低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗根系活力和保護(hù)酶活性的影響

陳明輝， 張志錄， 程世平， 張保青

(1.平頂山學(xué)院低山丘陵區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南平頂山 467000； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007)

通信作者：張保青，博士，助理研究員，主要從事甘蔗種質(zhì)資源創(chuàng)新利用研究。E-mail：zbqsxau@126.com。

果蔗是熱帶和亞熱帶地區(qū)最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其種植歷史悠久，分布范圍廣泛，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，商品價(jià)值高及可供鮮食，在我國(guó)農(nóng)業(yè)、商品經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用[1-2]。我國(guó)種植果蔗歷史悠久，種植范圍廣，主要產(chǎn)區(qū)為廣東、廣西、海南和福建等省(區(qū))。近幾年來(lái)，隨著南涼北熱的逆差、品種引進(jìn)馴化和栽培技術(shù)的改進(jìn)等，蔗區(qū)逐年北移，現(xiàn)已擴(kuò)大到河北、河南、山東等省。隨著種蔗效益提高和種植面積擴(kuò)大，果蔗引種受到極大重視[3]。由于果蔗各品種間的抗寒性差異較大，有些抗寒性較差的品種無(wú)法適應(yīng)北方的氣候條件。

在甘蔗抗寒性研究方面，前人對(duì)糖蔗的抗寒性研究較多[4-7]，而少有對(duì)果蔗抗寒性的研究。本研究選取在廣西、福建、四川生長(zhǎng)良好且種植面積較廣的4個(gè)果蔗品種作為試驗(yàn)材料，通過(guò)對(duì)其苗期進(jìn)行低溫脅迫，研究隨脅迫程度增加，果蔗苗期根系活力及保護(hù)酶活性的變化，明確各個(gè)果蔗品種抗寒能力及差異，并結(jié)合根系活力及超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性等指標(biāo)的變化，對(duì)其抗寒性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，以期為果蔗品種的引進(jìn)、篩選和推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年4月在平頂山學(xué)院低山丘陵區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試的果蔗品種為桂果蔗1號(hào)、拔地拉(Badila)、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)4個(gè)果蔗品種。其中，桂果蔗1號(hào)和拔地拉由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供，閩引黃皮果蔗由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供，川蔗26號(hào)由四川省植物工程研究院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將4個(gè)果蔗品種單芽種莖脫毒處理后放進(jìn)沙盤中進(jìn)行沙培，待果蔗長(zhǎng)出2～3張葉時(shí)，將蔗苗從沙中移出，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的果蔗苗移栽至25 cm×30 cm的營(yíng)養(yǎng)盆中土培，每盆種植2株，按日常管理生長(zhǎng)50 d，果蔗為5～6葉期時(shí)分組進(jìn)行處理。選取4個(gè)品種長(zhǎng)勢(shì)一致的甘蔗苗各10盆，每個(gè)品種為1個(gè)處理，每個(gè)處理10盆，共40盆。將4個(gè)品種40盆果蔗幼苗置于低溫培養(yǎng)室內(nèi)，溫度為0 ℃，光照度為300～400 μmol/(m2·s)，12 h光照，相對(duì)濕度65%～75%，連續(xù)脅迫14 d，處理期間土壤含水量保持為25%左右。分別于低溫處理后0、1、3、7、10、14 d取各處理幼苗+1葉(甘蔗最高可見(jiàn)肥厚帶所在的葉片)，分別進(jìn)行各生理指標(biāo)的測(cè)定，所有指標(biāo)均設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 測(cè)定方法

根系活力采用2，3，5-氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法測(cè)定[9]。用蒸餾水把根仔細(xì)洗凈，稱取根樣品0.5 g，放入小培養(yǎng)皿(空白試驗(yàn)先加硫酸再加入根樣品，其他操作相同)，加入0.4% TTC溶液和磷酸緩沖液的等量混合液10 mL，把根充分浸沒(méi)在溶液內(nèi)，在37 ℃下暗處溫育1.5 h，然后加入 1 mol/L 硫酸2 mL終止反應(yīng)。把根取出，吸干水分后與乙酸乙酯5 mL和少量石英砂一起磨碎，以提出TTF。把紅色提出液移入試管，用少量乙酸乙酯把殘?jiān)礈?～3次，皆移入試管，最后加乙酸乙酯使總量為10 mL，用分光光度計(jì)測(cè)定D485 nm值。POD、SOD、CAT、APX活性檢測(cè)均參照Parida等的方法[9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，其中采用LSD檢驗(yàn)(α=0.05)進(jìn)行顯著性分析，用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗根系活力的影響

從圖1可以看出，低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗根系活力造成了一定的影響，隨低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)果蔗品種幼苗根系活力都呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)蜏孛{迫3 d時(shí)，幼苗根系活力上升到最高，與對(duì)照組(0 d)相比，桂果蔗1號(hào)、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)的根系活力分別顯著提高26.98、22.84、27.09、18.84 μg/(g·h)。隨著低溫脅迫時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，幼苗根系活力明顯下降，當(dāng)?shù)蜏孛{迫14 d 時(shí)，與對(duì)照組(0 d)相比分別下降13.31、22.49、16.62、20.49 μg/(g·h)，差異顯著。4個(gè)品種相比較，在整個(gè)低溫脅迫過(guò)程中，品種桂果蔗1號(hào)幼苗根系活力一直高于其他3個(gè)品種。在低溫脅迫最嚴(yán)重的14 d后，品種桂果蔗1號(hào)幼苗根系活力分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)顯著高 8.051、5.33、7.05 μg/(g·h)，而其他3個(gè)品種差異不顯著。

2.2 低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗SOD活性的影響

由圖2可以看出，低溫脅迫后7 d，4個(gè)果蔗品種幼苗SOD活性達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始緩慢下降。低溫脅迫后7 d，桂果蔗1號(hào)、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)的SOD活性較對(duì)照組(0 d)分別顯著提高80.13、50.32、37.57、 59.34 U/g。4個(gè)品種相比較，低溫脅迫后7 d，品種桂果蔗1號(hào)SOD活性分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)顯著高33.80、43.46、23.93 U/g。

2.3 低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗POD活性的影響

低溫脅迫后10 d，4個(gè)果蔗品種幼苗POD活性達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始緩慢下降(圖3)。低溫脅迫后10 d，桂果蔗1號(hào)、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)的POD活性較對(duì)照組(0 d)分別顯著提高300、231、330、237 U/g。4個(gè)品種相比較，低溫脅迫后10 d，品種桂果蔗1號(hào)POD活性分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)顯著高60、121、74 U/g；拔地拉、川蔗26號(hào)POD活性分別比閩引黃皮果蔗顯著高61和 47 U/g；而拔地拉和川蔗26號(hào)POD活性差異不顯著。

2.4 低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗CAT活性的影響

由圖4可以看出，4個(gè)果蔗品種幼苗CAT活性在低溫脅迫1～7 d平穩(wěn)上升，低溫脅迫7 d達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始緩慢下降。低溫脅迫7 d，桂果蔗1號(hào)、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)的CAT活性較對(duì)照組(0 d)分別顯著提高50.17、34.16、43.27、33.43 U/(g·min)。4個(gè)品種相比較，低溫脅迫7 d，品種桂果蔗1號(hào)CAT活性分別比拔地拉、川蔗26號(hào)顯著高18.84、21.24 U/(g·min)。而桂果蔗1號(hào)CAT活性比閩引黃皮果蔗高9.06 U/(g·min)，拔地拉CAT活性比川蔗26號(hào)高2.4 U/(g·min)，但差異均不顯著。

2.5 低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗APX活性的影響

低溫脅迫下，4個(gè)果蔗品種幼苗APX活性在脅迫后7 d達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始緩慢下降(圖5)。低溫脅迫后7 d，桂果蔗1號(hào)、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號(hào)的APX活性較對(duì)照組(0 d)分別顯著提高174.72、134.99、174.15、153.05 U/(g·min)。4個(gè)品種相比較，低溫脅迫后7 d，品種桂果蔗1號(hào)APX活性分別比拔地拉、川蔗26號(hào)顯著高45.17、 28.22 U/(g·min)。而桂果蔗1號(hào)APX活性比閩引黃皮果蔗顯著高4.14 U/(g·min)，拔地拉APX活性和川蔗26號(hào)的APX活性僅相差16.95 U/(g·min)，差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響地上部的營(yíng)養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。和紅云等研究表明，低溫脅迫條件下，二甜瓜品種在各溫度下幼苗根系活力隨時(shí)間延長(zhǎng)呈先升后降的趨勢(shì)，同一時(shí)期各溫度條件下，伊麗莎白的根系活力均高于早金[10]；康俊梅等研究表明，低溫脅迫對(duì)野牛草幼苗根系活力的影響較顯著，隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，根系活力急劇降低[11]；李天來(lái)等研究夜間低溫脅迫下鈣對(duì)番茄幼苗根系活力及活性氧代謝的調(diào)控作用發(fā)現(xiàn)，夜間低溫脅迫(蒸餾水灌根)能顯著降低番茄幼苗根系活力[12]。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫處理對(duì)4個(gè)果蔗品種幼苗根系活力有很大的影響，都呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)。這說(shuō)明低溫處理時(shí)4個(gè)果蔗品種幼苗根系產(chǎn)生了積極響應(yīng)，來(lái)適應(yīng)這種不良的環(huán)境，根系活力升高。但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，低溫加劇，根系的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力受到抑制，超出了它本身的調(diào)節(jié)能力，根系活力急劇下降。由于品種的不同和遺傳特性的差異，桂果蔗1號(hào)根系活力相對(duì)穩(wěn)定，而其他3個(gè)果蔗品種根系活力變化波動(dòng)大。同期相比，桂果蔗1號(hào)根系活力始終大于其他3個(gè)果蔗品種，說(shuō)明其受到的傷害相對(duì)較小，對(duì)低溫有更強(qiáng)的耐受性。

低溫脅迫對(duì)4個(gè)果蔗品種的根系活力及SOD、POD、CAT、APX活性等指標(biāo)均產(chǎn)生影響，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果表明，所測(cè)果蔗品種的抗寒性由高到低依次為桂果蔗1號(hào)、閩引黃皮果蔗、拔地拉、川蔗26號(hào)。

參考文獻(xiàn)：

[1]輕工業(yè)部甘蔗糖業(yè)科學(xué)研究所.中國(guó)甘蔗栽培學(xué)[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1985.

[2]李楊瑞. 現(xiàn)代甘蔗學(xué)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2010.

[3]王繼華，曹 干，張劍亮，等. 我國(guó)果蔗產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展[J]. 甘蔗糖業(yè)，2013(5)：56-61.

[4]唐仕云，楊麗濤，李楊瑞. 不同甘蔗基因型對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)及其耐寒性評(píng)價(jià)[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2012，33(4)：635-641.

[5]黃巧玲，黃 杏，孫 富，等. 低溫脅迫對(duì)甘蔗葉綠體蛋白質(zhì)及其相關(guān)基因表達(dá)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45(24)：4978-4987.

[6]王振波，陳疏影，李智勇，等. 甘蔗苗期對(duì)低溫的響應(yīng)及其耐寒性評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31(30)：162-168.

[7]黃 杏，陳明輝，楊麗濤，等. 低溫脅迫下外源ABA對(duì)甘蔗幼苗抗寒性及內(nèi)源激素的影響[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32(4)：6-11.

[8]Knievel D P. Procedure for estimating ratio of live to dead root dry matter in root core samples[J]. Crop Science，1973，13(1)：124-126.

[9]Parida A K，Das A B，Mohanty P. Defense potentials to NaCl in a mangrove，Bruguieraparviflora：differential changes of isoforms of some antioxidative enzymes[J]. Journal of Plant Physiology，2004，161(5)：531-542.

[10]和紅云，薛 琳，田麗萍，等. 低溫脅迫對(duì)甜瓜幼苗根系活力及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J]. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，26(5)：583-586.

[11]康俊梅，李 燕，沈 靜，等. 低溫脅迫對(duì)野牛草幼苗滲透調(diào)節(jié)物與根系活力的影響[J]. 中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2010，37(12)：18-22.

[12]李天來(lái)，高曉倩，劉玉鳳. 夜間低溫脅迫下鈣對(duì)番茄幼苗根系活力及活性氧代謝的調(diào)控作用[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20(8)：127-132.

[13]Simontacchi M，Puntarulo S. Oxygen radical generation by isolated microsomes from soybean seedlings[J]. Plant Physiology，1992，100(3)：1263-1268.

[14]Matysik J，Bhalu B A，Mohanty P，et al. Molecular mechanisms of quenching of reactive oxygen species by proline under stress in plants[J]. Current Science，2002，82(5)：525-532.

[15]李 晶，閻秀峰，祖元?jiǎng)? 低溫脅迫下紅松幼苗活性氧的產(chǎn)生及保護(hù)酶的變化[J]. 植物學(xué)報(bào)，2000，42(2)：148-152.

[16]Naknao Y，Asada K. Purification of ascorbate peroxidase in spinch chloroplasts its inactivation in ascorbate-depleted medium and reactivation by monode hydroascorbate radical[J]. Plant & Cell Physiology，1987(28)：131-140.

[17]吳雪霞，朱宗文，許 爽，等. 低溫脅迫及恢復(fù)對(duì)茄子幼苗活性氧代謝和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28(7)：17-21.

[18]蔣景龍，沈季雪，徐衛(wèi)平，等. 外源H2O2對(duì)低溫脅迫下大紅柑生長(zhǎng)及葉片生理指標(biāo)的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28(7)：1164-1170.

[19]楊 靜，毛笈華，于永濤，等. 低溫對(duì)甜玉米種子氧化酶活性的影響及相關(guān)基因表達(dá)分析[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，30(9)：1840-1847.

[20]孫 富，楊麗濤，謝曉娜，等. 低溫脅迫對(duì)不同抗寒性甘蔗品種幼苗葉綠體生理代謝的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2012，38(4)：732-739.