羽衣甘藍抗寒生理特性研究

張亞玲,幸宏偉,郭　寧,韓　碩,宗　梅,劉　凡,王桂香

(1.重慶工商大學 環(huán)境與資源學院,重慶　400067;2.北京市農(nóng)林科學院 蔬菜研究中心,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室,北京　100097)

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羽衣甘藍抗寒生理特性研究

張亞玲1,2,幸宏偉1,郭寧2,韓碩2,宗梅2,劉凡2,王桂香2

(1.重慶工商大學 環(huán)境與資源學院,重慶400067;2.北京市農(nóng)林科學院 蔬菜研究中心,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室,北京100097)

觀賞羽衣甘藍作為秋冬季節(jié)重要的園林綠化植物,抗寒性直接影響其推廣和應用。為了闡明羽衣甘藍響應低溫的生理特性,揭示抗寒機理,以北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組選配的優(yōu)良F1雜種作為研究試材,分析不同低溫處理下葉片電導率變化和半致死溫度,以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性的變化。結(jié)果顯示,羽衣甘藍葉片電導率在-5 ℃以下迅速升高,-10 ℃左右達到最大值;半致死溫度為-10.3～-13.7 ℃,紅色類型低于白色類型,羽葉和圓葉低于皺葉類型。上述研究結(jié)果與觀賞羽衣甘藍田間抗寒表現(xiàn)一致。低溫處理下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性響應特性表明,不同指標呈現(xiàn)不同的變化趨勢,除了可溶性糖在-10 ℃含量最高外,可溶性蛋白和游離脯氨酸含量,以及超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性均在-5 ℃或-8 ℃達到最大值,并隨溫度進一步降低而下降。主成分分析結(jié)果表明半致死溫度、可溶性糖和游離脯氨酸含量是導致羽衣甘藍抗寒性差異的主要因素。研究結(jié)果為建立羽衣甘藍抗寒性評價體系,進一步解析抗凍機理,培育抗寒新品種奠定理論基礎(chǔ)。

羽衣甘藍;抗寒性;半致死溫度;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);抗氧化酶

溫度是植物生長的重要環(huán)境因子,低溫嚴重影響植物的生長發(fā)育并限制作物的分布和產(chǎn)量[1-3]。我國北方冬季寒冷干燥,既不利于園林植被生長,也限制了蔬菜等作物的生產(chǎn)。提高作物自身的抗寒性,培育抗寒新品種,是建設(shè)綠色都市、保障冬季菜籃子工程的重要途徑。

羽衣甘藍 (Brassicaoleraceavar.acephala) 系十字花科蕓薹屬甘藍種的一個變種,兩年生草本,葉形豐富,葉色絢麗,營養(yǎng)豐富,既可用于城市綠化,也是餐桌上的美食,為賞食兼用的優(yōu)良材質(zhì)[4]。它抗寒耐凍性強,耐旱,形態(tài)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為葉表具蠟質(zhì)、葉片全緣或深裂,根系生長旺盛,細胞對低溫和脫水脅迫的調(diào)控能力強,是研究蕓薹屬蔬菜作物非生物逆境,特別是抗寒機制及抗性基因的優(yōu)良材料。

本試驗以北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組選配的優(yōu)良羽衣甘藍F1雜種為試材,分析不同羽衣甘藍材料在不同低溫處理下相對電導率和半致死溫度,不同溫度處理滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和蛋白、游離脯氨酸的含量,以及抗氧化酶POD和SOD活性變化,闡明羽衣甘藍響應低溫的生理特性,為揭示羽衣甘藍抗寒機理,建立抗寒性綜合評價體系,培育抗性新品種提供理論依據(jù)。

1　材料和方法

1.1試驗材料

電導率和半致死溫度研究選用北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組培育的14個羽衣甘藍F1雜種/雜交組合(表1),以不耐寒的49菜心作為對照;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性分析選用不同葉形葉色,并且半致死溫度存在差異的9份F1雜種/雜交組合(表1中下劃線標示的材料)。所有材料于2014年8月15日播種,9月16日定植于18 cm×18 cm的花盆中,于北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心溫室中進行常規(guī)管理,每個品種(品系)每個處理設(shè)置3次重復,均選取定植60 d,經(jīng)過不同低溫處理后中層相同部位的健康葉片。

表1　試驗材料名稱和來源及表現(xiàn)型

1.2試驗方法

1.2.1相對電導率測定與半致死溫度的計算取定植后生長60 d羽衣甘藍試驗材料中層相同部位的健康葉片,用蒸餾水洗凈、拭干,在低溫培養(yǎng)箱(SANYO公司,Model:MIR-254)中設(shè)置0,-5,-8,-10,-15,-20 ℃等6個低溫環(huán)境條件,離體處理16 h,將葉片用剪刀剪為0.5 cm×0.5 cm的碎片置于裝有20 mL去離子水的玻璃試管中,放于真空泵中抽取真空15 min,靜置15 min后,應用電導率儀(上海雷磁儀器,Model:DDS-307)測定電導值S1,然后沸水浴處理20 min后再測得電導值S2,前后比值即是相對電導率(Relative electrical conductivity,REC),計算各溫度處理條件下的相對電導率。在此基礎(chǔ)上應用Logistic方程計算各試材的半致死溫度(LT50),參考郭海林等[5]的計算方法。

1.2.2滲透調(diào)節(jié)物含量和抗氧化酶活性測定處理條件：在定植后生長60 d的9個不同品種(品系)的羽衣甘藍試材中選取生長勢和生長量相同的試材,置于低溫恒溫培養(yǎng)箱(SANYO公司,Model:MIR-254)中,設(shè)置6個不同的溫度(20，5，0，-5，-8，-10 ℃)分別處理16 h,每個品種每個處理溫度均設(shè)置3次重復。

母液提?。悍Q取1 g葉片,在5 mL的磷酸緩沖液(50 mmol/L,pH值7.8)中研磨成勻漿,4 ℃、4 000 r/min離心20 min,吸取上清液作為可溶性糖、蛋白、游離脯氨酸和酶測定的粗提液。

測定方法：分別采用硫代巴比妥酸比色法、Bradford法和酸性茚三酮法測定可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量[6]。應用氮藍四唑氧化法[7]和愈創(chuàng)木酚法[8]測定超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)的活性。所有指標的吸光度值均應用島津UV1800分光光度計進行測定。

1.2.3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Excel 2010軟件,方差分析和主成分分析應用SPSS (IBM SPSS Statistic 19.0.1) 軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1不同溫度處理對羽衣甘藍葉片電導率變化的影響與半致死溫度差異

當植物受到凍害時,生物膜發(fā)生相變,引起膜結(jié)構(gòu)破壞,透性增加,電解質(zhì)大量外滲[9],電導率及半致死溫度與所測試材的抗寒性密切相關(guān)[10]。羽衣甘藍葉片相對電導率隨著處理溫度的降低,變化曲線表現(xiàn)為“S”型。從0～-5 ℃相對電導率的值低,變化小,-5 ℃相對電導率急劇升高,在-10 ℃左右時達到最高值(圖1)。結(jié)果表明(圖2),試驗材料的半致死溫度均低于-10 ℃,京蓮白3號的半致死溫度最高，為-10.3 ℃,京羽紅2號最低，為-13.7 ℃。方差分析結(jié)果顯示,受試羽衣甘藍試材與對照試材49菜心的半致死溫度具有顯著差異(P<0.05)。多重比較分析結(jié)果顯示,不同羽衣甘藍試材半致死溫度均顯著低于對照試材49菜心,表明供試14個羽衣甘藍品種均比49菜心具有更好的耐寒性。進一步分析不同類型羽衣甘藍的半致死溫度,結(jié)果顯示,紅色類型的平均半致死溫度(-12.53 ℃)低于白色類型(-11.79 ℃),羽葉類型的平均半致死溫度(-12.97 ℃)低于圓葉類型(-12.03 ℃),皺葉類型平均半致死溫度(-11.99 ℃)最高。

圖1　不同溫度處理下14份羽衣甘藍試材相對電導率變化

a、b、c、d、e等字母為 Duncan grouping 表示值,字母相同者為差異不顯著。

2.2不同溫度處理對不同品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境脅迫時表現(xiàn)出的一種調(diào)節(jié)方式,由細胞生物合成和吸收累積某些物質(zhì)來完成其調(diào)節(jié)過程。在逆境條件下,細胞內(nèi)主動積累溶質(zhì)來降低細胞液的滲透勢,以防止細胞過度失水。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要包括可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等[11-15]。

2.2.1可溶性糖含量變化分析可溶性糖是冷害和凍害條件下細胞內(nèi)外的保護物質(zhì),通過糖的積累降低冰點,增強細胞的保水能力,并且通過糖的代謝可產(chǎn)生其他保護性物質(zhì)及能源,對細胞起到保護作用,其含量多少與植物的抗寒性相關(guān)[16]。本試驗中不同溫度處理,羽衣甘藍葉片中可溶性糖含量呈現(xiàn)出先小幅度降低后升高的變化規(guī)律(圖3)。隨著溫度的降低,可溶性糖含量在5 ℃或0 ℃時降至最低水平,然后迅速升高,在-10 ℃時達到最高值。其中京羽紅2號在-10 ℃時,可溶性糖含量最高。

2.2.2可溶性蛋白含量變化分析低溫環(huán)境下,可溶性蛋白含量增加能有效增強細胞的持水能力,減少原生質(zhì)因結(jié)冰而致死的幾率。低溫脅迫后組織內(nèi)可溶性蛋白增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過程,隨著組織內(nèi)可溶性蛋白含量的增加,植物的抗寒性也隨之增強[17]。試驗結(jié)果顯示,羽衣甘藍葉片中可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的變化規(guī)律,從20～5 ℃可溶性蛋白含量降低,5～-8 ℃含量逐漸升高,-8 ℃處理含量最高,-10 ℃又開始降低。可溶性蛋白含量在不同溫度和不同品種間存在差異,其中紅色圓葉品種Z14-8在-8 ℃時可溶性蛋白含量最高(圖4)。

圖3　不同溫度處理下可溶性糖含量變化

圖4　不同溫度處理下可溶性蛋白含量變化

2.2.3游離脯氨酸含量變化分析游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)具有水溶性和水勢高、在細胞內(nèi)積累無毒性等特點,能保持原生質(zhì)與環(huán)境滲透平衡。植物受到冷脅迫時,游離脯氨酸能促進蛋白質(zhì)水合作用,由于親水、疏水表面的相互作用,蛋白質(zhì)膠體親水面積增大,保護酶的空間結(jié)構(gòu)為生化反應提供足夠的自由水和生理活性物質(zhì),從而對細胞起到一定的保護作用[18]。試驗結(jié)果表明,羽衣甘藍葉片中游離脯氨酸含量隨著溫度的降低,呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢,20 ℃時含量最低,-5 ℃達到最高水平,隨著溫度降低含量又逐漸下降。不同溫度處理和不同試材間游離脯氨酸含量均存在差異,其中京羽紅2號在各溫度間游離脯氨酸含量均表現(xiàn)為最高,這可能是京羽紅2號半致死溫度最低,抗寒表現(xiàn)較好的原因之一(圖5)。

圖5　不同溫度處理下游離脯氨酸含量變化

2.3不同溫度處理對超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性變化的影響

隨著處理溫度的逐漸降低,羽衣甘藍葉片中超氧化物歧化酶(SOD)的活性(以鮮質(zhì)量計)均呈現(xiàn)出先小幅度降低后急劇升高的變化趨勢,在5 ℃或0 ℃時活性最低,可能是由于環(huán)境溫度降低抑制了酶的活性,但是隨著溫度的進一步降低,SOD的活性急劇升高,達到最低水平的1.76～3.20倍。0～-5 ℃其活性變化最大,隨著溫度的進一步降低趨于平穩(wěn)(圖6)。這說明-5 ℃的低溫脅迫能夠激發(fā)羽衣甘藍SOD活性的快速升高,抵御凍害脅迫產(chǎn)生的活性氧對膜系統(tǒng)等造成的傷害。

圖6　不同溫度處理下SOD活性變化

羽衣甘藍葉片中過氧化物酶(POD)活性(以鮮質(zhì)量計)隨著處理溫度的降低,呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。20 ℃時羽衣甘藍葉片中POD的活性最低,溫度降低POD的活性升高,在-5 ℃或-8 ℃時達到最大值,隨著溫度的進一步降低活性又有所下降(圖7)。POD的響應溫度較SOD要高,0 ℃以上的低溫冷害可誘導其活性升高,催化水解脅迫產(chǎn)生的細胞毒性物質(zhì)過氧化氫,從而對細胞起到保護作用。

圖7　不同溫度處理下POD活性變化

2.4不同溫度處理下羽衣甘藍各生理指標相關(guān)性分析

在分析羽衣甘藍抗寒相關(guān)化合物含量和抗氧化酶活性受低溫影響變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,進一步研究了各生理指標之間的相關(guān)性關(guān)系。試驗結(jié)果顯示(表2),可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及SOD和POD在不同溫度處理下含量或活性之間在0.01水平上極顯著相關(guān)。各指標之間的相關(guān)系數(shù)為0.381～0.705,其中相關(guān)系數(shù)最大的為可溶性蛋白與SOD,其次為POD與SOD,相關(guān)系數(shù)最小的為可溶性糖與POD。相關(guān)性分析結(jié)果表明,羽衣甘藍各生理指標對低溫的響應趨勢具有顯著的相關(guān)性,因此，可以利用部分代表性指標的變化衡量羽衣甘藍的抗寒特性。

進一步對不同試材的半致死溫度與不同溫度條件下各指標的含量與活性進行了相關(guān)性分析(表3)。結(jié)果顯示,各個溫度條件下的游離脯氨酸含量均與半致死溫度呈顯著負相關(guān),說明游離脯氨酸含量越高,半致死溫度越低。特別是處理溫度達到0 ℃以下時游離脯氨酸含量與半致死溫度呈現(xiàn)出極顯著負相關(guān)關(guān)系(0.01水平),這說明游離脯氨酸的含量與羽衣甘藍抗寒性關(guān)系密切,在一定程度上能代表羽衣甘藍的抗寒性強弱。

表2　不同生理指標之間相關(guān)系數(shù)

注：*.顯著差異(P<0.05);**.極顯著差異(P<0.01)。表3同。

Note:*.Significant at the 0.05 probability level;**.Significant at the 0.01 probability level.Tab same as Tab.3.

表3　不同生理指標與半致死溫度的相關(guān)系數(shù)

2.5不同溫度處理下羽衣甘藍各生理指標主成分分析

對9份試材(京蓮白3號、京冠紅6號、京羽粉2號、京羽紅2號、Z13-9、Z13-12、Z13-15、Z13-27、Z14-8)的半致死溫度和不同溫度處理下各生理指標的含量和活性進行主成分分析。結(jié)果顯示,前7個主成分的累計貢獻率達到97.426%,第1主成分44.945%,所占的比重最高(表4)。在第1主成分中得分最高的指標為不同試材的半致死溫度,以及不同處理溫度條件下可溶性糖和游離脯氨酸含量(圖8),這些指標可能是導致羽衣甘藍不同材料抗寒性差異的主要因素。

根據(jù)主成分分析結(jié)果,前2個主成分累計貢獻率為62.510%,利用前2個主成分分別作為橫縱坐標繪制9份羽衣甘藍試材低溫處理不同生理指標的主成分得分圖(PSL-DA score plot)進行主成分分類(圖9)。結(jié)果顯示,根據(jù)不同試材在第1主成分(PC1,44.945%)上的得分,9份羽衣甘藍試材可以明顯分為兩大類,第1類包括:京蓮白3號、Z13-9、Z13-15、Z13-27,全部為白色葉色品種;第2類包括:Z14-8、Z13-12、京冠紅6號、京羽粉2號、京羽紅2號,全部為紅色類型品種(圖9)。

表4　指標主成分貢獻率

圖8　九份羽衣甘藍試材半致死溫度和不同溫度下生理指標主成分分析負載圖

圖9　九份羽衣甘藍試材主成分分類圖

2.6試驗材料的半致死溫度與田間抗凍表現(xiàn)

根據(jù)羽衣甘藍在凍害中葉片不同的損傷程度,羽衣甘藍可分為5個凍害等級(表5),等級越低抗凍性越強,等級越高凍害越嚴重。表6列出了不同類型試材2008-2014年田間抗寒性調(diào)查結(jié)果,數(shù)值為凍害等級。不同類型的試材之間抗凍性存在差異,根據(jù)多年的抗寒性調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn),羽葉和圓葉類型材料抗寒性優(yōu)于皺葉類型,紅色材料優(yōu)于白色。半致死溫度分析結(jié)果與田間表現(xiàn)一致,紅色類型的平均半致死溫度低于白色類型,不同葉形平均半致死溫度高低為:羽葉<圓葉<皺葉。這說明半致死溫度可以作為衡量羽衣甘藍抗寒性的重要指標。

表5　凍害級別

表6　2008-2014年田間抗凍性調(diào)查結(jié)果

3　結(jié)論與討論

3.1羽衣甘藍的半致死溫度體現(xiàn)抗寒特性

本試驗結(jié)果顯示不同品種羽衣甘藍的半致死溫度(-10.3～-13.7 ℃)低于冬油菜(-3.23～-5.86 ℃)[20]、菊花(-3.55～-8.58 ℃)[21]和茶樹無性苗(-6.75～-10.21 ℃)[22],高于繡線菊(-20.7～-32.6 ℃)[23]和楊樹無性系(-25～-32 ℃)[24]。

在多年育種與栽培生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn),觀賞羽衣甘藍喜歡冷涼氣候,在環(huán)境夜間最低溫度低于15 ℃時中心葉片開始顯色。環(huán)境溫度達到0 ℃以下時羽衣甘藍生長受到抑制,可以耐受環(huán)境最低溫度-5 ℃以上的長期低溫。環(huán)境溫度到達-5 ℃以下時羽衣甘藍表現(xiàn)出不同程度的凍害,可以耐受-7～-10 ℃的短期低溫。當環(huán)境溫度達到-10 ℃以下時,絕大部分試材出現(xiàn)較嚴重凍害,地上部分表現(xiàn)出萎蔫、干枯等而失去觀賞價值,但地下部分仍然存活,待春季氣溫回升后,地下部分可以發(fā)出新的枝芽,抽薹開花進行種子繁育。本試驗中不同羽衣甘藍試材葉片低溫處理后相對電導率變化的研究結(jié)果與羽衣甘藍的抗寒特性相一致,半致死溫度很好的揭示了羽衣甘藍的抗寒特性。當處理溫度從0 ℃降到-5 ℃時,羽衣甘藍葉片的電導率變化非常小,但是從-5 ℃降到-8 ℃時,電導率急劇升高,在-10～-15 ℃時達到最大值。這說明環(huán)境溫度低于-5 ℃時,羽衣甘藍葉片的膜系統(tǒng)開始受到破壞,電解質(zhì)外滲;當環(huán)境溫度低于-10 ℃,膜系統(tǒng)明顯損傷,表現(xiàn)出凍害。

3.2滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性變化體現(xiàn)羽衣甘藍抗寒特性

不同品種類型羽衣甘藍葉片中可溶性糖含量隨著處理溫度的降低呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢,在5 ℃或0 ℃時最低,-10 ℃最高。隨著處理溫度的降低,可溶性蛋白含量先降低后升高再降低,分別在5,-8 ℃時達到最低和最高水平;游離脯氨酸的含量呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢,在-5 ℃時達到最高水平然后又逐漸降低。這說明相對于可溶性蛋白,脯氨酸含量響應溫度的變化更加敏感。超氧化物歧化酶(SOD)活性隨著溫度的降低先小幅度降低,然后從0～-5 ℃時迅速大幅度升高,然后趨于穩(wěn)定,-5～-10 ℃變化較小,變化曲線呈現(xiàn)出“S”型。過氧化物酶(POD)對低溫的響應較SOD早,接收到低溫信號后活性就開始升高,在-5 ℃或-8 ℃達到最大值,隨著溫度的進一步降低,活性也下降。

本試驗檢測的3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和2種抗氧化酶活性,除了可溶性糖含量外,其余指標均在-5 ℃或-8 ℃時達到最大值,隨著溫度進一步降低呈現(xiàn)出下降趨勢。這可能也是羽衣甘藍能夠耐受-5 ℃低溫,但是在-10 ℃及其以下溫度出現(xiàn)明顯凍害的生理基礎(chǔ)。

3.3半致死溫度、可溶性糖和游離脯氨酸含量是區(qū)分羽衣甘藍抗寒性強弱的主要指標

相關(guān)性分析表明，3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和2種抗氧化酶之間均存在極顯著的相關(guān)性,其中不同溫度游離脯氨酸的含量,以及-5,-8 ℃條件下可溶性糖含量與半致死溫度間呈現(xiàn)出顯著或極顯著正相關(guān)。主成分分析研究發(fā)現(xiàn),在第1主成分(貢獻率44.945%)中,半致死溫度,以及不同溫度處理條件下可溶性糖和游離脯氨酸含量的得分最高,是區(qū)分羽衣甘藍抗寒性強弱的主要指標。主成分分類結(jié)果與田間抗寒表現(xiàn)一致,在第1主成分上可以明顯地將白色和紅色類型試材進行區(qū)分,在第2主成分上大體可以將不同葉形試材加以區(qū)分。相關(guān)分析和主成分分析為評價羽衣甘藍的抗寒性,進一步建立抗寒評價體系提供理論依據(jù)。

本試驗研究分析了低溫處理條件下不同羽衣甘藍試材的電導率變化和半致死溫度差異,以及3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和2種抗氧化酶活性的變化;進一步通過相關(guān)性和主成分分析揭示羽衣甘藍低溫抗性差異的主要生理指標;結(jié)合多年的不同類型羽衣甘藍抗寒性表型表現(xiàn),證實了主要生理指標與抗性表現(xiàn)的一致性關(guān)系。本研究闡明了羽衣甘藍抗寒性生理特性,為建立抗寒性評價體系,進一步挖掘抗寒基因,培育抗寒新品種奠定基礎(chǔ)。

[1]Graham D,Patterson B D.Responses of plants to low,nonfreezing temperatures:proteins,metabolism,and acclimation[J].Annual Review of Plant Physiology,1982,33:347-372.

[2]王慧,周小梅.低溫脅迫對辣椒相關(guān)生理生化指標的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2015,43(2):152-154.

[3]苗永美,寧宇,魏慶鎮(zhèn),等.低溫對不同基因型黃瓜幼苗生長及生理特性的影響[J].華北農(nóng)學報,2013,28(6):140-146.

[4]趙秀樞,李名揚,張文玲,等.觀賞羽衣甘藍高頻再生體系的建立[J].基因組學與應用生物學,2009,28(1):141-148.

[5]郭海林,劉建秀,朱雪花,等.結(jié)縷草屬雜交后代抗寒性評價[J].草地學報,2006,14(1):24-28.

[6]李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2001:167-258.

[7]Beyer W F,Fridovich I.Assaying for superoxide dismutase activity:some large consequences of minor changes in conditions[J].Analytical Biochemistry,1987,161(2):559-566.

[8]Prasad K V S K,Paradha Saradhi P,Sharmila P.Concerted action of antioxidant enzymes and curtailed growth under zinc toxicity inBrassicajuncea[J].Environmental and Experimental Botany,1999,42(1):1-10.

[9]Steponkus P L.Role of the plasma membrane in freezing injury and cold acclimation[J].Annual Review of Plant Physiology,1984,35:543-584.

[10]Lindén L P,Lindén M.Relating freeze-induced electrolyte leakage measurements to lethal temperature in red raspberry[J].Journal of the American Society for Horticultural Science,2000,125(4):429-435.

[11]Beck E H,Bhattarai T.Specific and unspecific responses of plants to cold and drought stress[J].Journal of Biosciences,2007,32(3):501-510.

[12]Krasensky J,Jonak C.Drought,salt,and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks[J].Journal of Experimental Botany,2012,63(4):1593-1608.

[13]Wisniewski M,Gusta L,Neuner G.Adaptive mechanisms of freeze avoidance in plants:a brief update[J].Environmental and Experimental Botany,2014,99(3):133-140.

[14]肖小君,黃作喜，陳文年,等.外源NO對鉛脅迫下水果黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響[J].華北農(nóng)學報,2015,30(3):123-128.

[15]徐傳保,戴慶敏.低溫脅迫對竹子3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2011,40(1):127-130.

[16]Shao X,Zhu Y,Cao S,et al.Soluble sugar content and metabolism as related to the heat-induced chilling tolerance of loquat fruit during cold storage[J].Food and Bioprocess Technology,2013,6(12):3490-3498.

[17]Chabot B F.IX.Metabolic and enzymatic adaptations to low temperature[M].Comparative Mechanisms of Cold Adaptation.New York:Academic Press,INC,1979:283-301.

[18]謝虹,楊蘭,李忠光.脯氨酸在植物非生物脅迫耐性形成中的作用[J].生物技術(shù)通報,2011,(2):23-27.

[19]Chen L J,Li T L,Miao Y,et al.An overview of cold resistance in plants[J].Journal of Agronomy and Crop Science,2014,200(4):237-245.

[20]楊寧寧,孫萬倉,劉自剛,等.北方冬油菜抗寒性的形態(tài)與生理機制[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2014,47(3):452-461.

[21]許瑛,陳發(fā)棣.菊花8個品種的低溫半致死溫度及其抗寒適應性[J].園藝學報,2008,35(4):559-564.

[22]宋緒忠.茶樹無性系苗期抗寒特性研究[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學,2002.

[23]馮楠楠,張超,樊超,等.6種繡線菊抗寒能力的比較[J].佳木斯大學學報:自然科學版,2007,25(4):565-568.

[24]史清華,高建社,王軍,等.5個楊樹無性系抗寒性的測定與評價[J].西北植物學報,2003,23(11):1937-1941.

The Physiological Characteristics of Ornamental Kale for Cold Resistance

ZHANG Yaling1,2,XING Hongwei1,GUO Ning2,HAN Shuo2,ZONG Mei2,LIU Fan2,WANG Guixiang2

(1.Department of Environment and Resources,Chongqing Technology and Business University,Chongqing400067,China;2.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture,P.R.China,Beijing100097,China)

Kales,which are widely cultivated as ornamental plants in wintertime or cold areas,play important roles for urban landscaping.Cold stress which can reduce the ornamental value is one of the most important characters for the improvement and breeding of kales.In order to elucidate the physiological characteristics during low temperature and reveal cold resistance mechanism,several varieties and strains which were bred by our group were used as research materials.The relative electrical conductivity (REC) under different low temperature treatment,semi-lethal temperature (LT50) of different accessions,as well as the osmoregulation substances contents and antioxidant enzymes activities under different temperature treatment were analyzed.It was showed that the REC of kale leaves increased rapidly when temperature under -5 ℃,and reached maximum values at about -10 ℃.The TL50values of kale accessions were -10.3--13.7 ℃.The TL50s of red types were lower than white types,as well as round and leatherleaf types were lower than wrinkle types.These results were consistent with field cold resistance performances of the varieties.Changing characteristics of the detected osmoregulation substances and antioxidant enzyme activities were different under different temperature treatments.These physiological indexes reached maximum values at -5 ℃ or -8 ℃ and decreased at lower temperature,except soluble sugar which reached maximum value at -10 ℃.The principal component analysis revealed that LT50value,soluble sugar and free proline contents were main components causing cold resistance variations among different varieties.These results will provide theoretical basis for the establishment of kale cold resistance evaluation system,and lay foundation for the development of new varieties with excellent cold resistance.

Brassicaoleraceavar.acephala;Cold resistance ability;Semi-lethal temperature;Osmoregulation substances;Antioxidant enzymes

2016-04-16

國家自然科學基金項目(31501752);北京市農(nóng)林科學院財政專項(KJCX20140423);國家星火計劃項目(2015GA600004)

張亞玲(1990-),女,重慶人,在讀碩士,主要從事生態(tài)園林研究。

幸宏偉(1965-),女,重慶人,副教授,碩士,碩士生導師,主要從事生態(tài)園林研究。

郭寧(1983-),男,河北滄州人,助理研究員,博士,主要從事蔬菜生物技術(shù)與育種研究。

S635.01

A

1000-7091(2016)04-0168-09

10.7668/hbnxb.2016.04.027