生菜苗期耐寒性的綜合評價

宋云鵬,龔繁榮*,楊學(xué)科,張麗麗,劉凱歌

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所 上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室,上海 201403;2.32152部隊,河北 石家莊 050081)

生菜(LactucasativaL.)又名葉用萵苣,為菊科萵苣屬植物。生菜可生食,脆嫩爽口且營養(yǎng)豐富,是一種低熱量、高營養(yǎng)的蔬菜,在歐美國家是漢堡食品不可缺少的綠色蔬菜。生菜原產(chǎn)于歐洲地中海沿岸,傳入中國的歷史較為悠久,在我國各地已廣泛栽培[1]。近年來旅游業(yè)和餐飲業(yè)發(fā)展迅速,加上人民生活水平有了顯著的提高,市場對生菜的需求量急劇增加。

生菜是一種喜冷涼植物,既不耐熱也不耐寒,15～25 ℃是其適宜的生長溫度。為滿足生菜的周年供應(yīng),冬季較冷天氣多采用設(shè)施栽培。然而,低溫對生菜的影響仍然很大,往往影響生菜的產(chǎn)量。前人研究指出,植物為適應(yīng)低溫的不良作用,體內(nèi)會產(chǎn)生各種抗性,如抗寒性,它主要受細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、生理及酶活性的影響[2-4]。篩選抗寒品種是擴(kuò)大生菜栽培面積,提高其經(jīng)濟(jì)價值的有效途徑。目前,對生菜低溫脅迫的研究甚少,有關(guān)低溫對生菜生理生化指標(biāo)影響的研究也不多。鑒于此，我們對引種的15份生菜品種進(jìn)行人工低溫處理,分析了低溫處理對生菜生長指標(biāo)、相關(guān)生理指標(biāo)的影響,旨在為后續(xù)生菜抗寒品種的引進(jìn)與篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院實驗室開展,所用材料是挑選自國內(nèi)外的15個生菜品種(申選4號、鐵人、玻璃生菜、芳妮、羅馬生菜、綠湖、大速生、羅莎綠、凱撒、申選5號、羅莎紅、申選1號、尼羅、橡葉紅、大湖118)，它們的編號依次為L18001～L18015。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理 對生菜種子采用一般方法先浸種,然后催芽;準(zhǔn)備好72孔穴盆,往孔里裝好基質(zhì)(草炭∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1),隨后挑選發(fā)芽規(guī)整的生菜種子在穴盆中播種。為了提高試驗的準(zhǔn)確性,設(shè)置3次重復(fù),每個生菜品種均播3盤。生菜播種后被放置在光照培養(yǎng)箱中,在常溫下培養(yǎng)；待長至5片真葉時,將穴盤從中間剪開,一半依然放在常溫下進(jìn)行培養(yǎng)，作為每個品種的對照,另一半進(jìn)行4 ℃低溫處理,其他條件不變。

1.2.2 測定項目與方法 在低溫處理的第1天測定植株的生長量(株高),到第7天時再次測定植株的生長量。同時在第7天時,再分別取樣,測定幼苗的電解質(zhì)滲漏率(EC)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性和脯氨酸含量。

生長量的測定:以低溫處理前的15個生菜品種的幼苗為待測材料,從群體中隨機(jī)抽取10株,測定它們的株高(H0)；在低溫處理7 d后，再次測定這些幼苗的株高(H1)；按以下公式計算各生菜品種幼苗在低溫影響下株高的相對生長量：株高相對生長量(%)=(H1-H0)×100/H0。

相關(guān)生理指標(biāo)的測定:采用趙世杰等[5]的方法測定電解質(zhì)滲漏率；采用朱祝軍等[6]的方法對抗氧化酶進(jìn)行提??；采用Cakmak等[7]的方法測定POD的活性和MDA的含量；采用Prochazkova等[8]的方法測定SOD的活性;采用酸性茚三酮顯色法[9]測定游離脯氨酸含量。

隸屬函數(shù)值法:按照以下模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式[10],對各抗寒指標(biāo)的測定值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后得出各指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度。

正向隸屬度函數(shù)值的計算公式為:

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

反向隸屬度函數(shù)值的計算公式如下:

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

上式中:Xi為各指標(biāo)的測定值;Xmin為所有參加試驗的生菜某一個指標(biāo)的最小值;Xmax為所有參加試驗的生菜某一個指標(biāo)的最大值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析；采用Microsoft Excel對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析；采用隸屬函數(shù)值法對抗寒性進(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對生菜幼苗生長量的影響

由表1可以看出,隨著培養(yǎng)時間的延長,生菜幼苗生長量增加。但低溫處理不同程度地限制了株高的增長。不同生菜品種在低溫處理下的株高相對增加量不同，具體來說，在處理7 d后, L18010的株高相對增長量最大,達(dá)到117.00%,居所有品種之首；其次是L18011，其株高相對增加量也達(dá)到115.60%；而L18015的株高相對增加量最低,僅為8.87%。說明生菜品種不同,其抗寒能力也不同,在低溫處理下還能保持高生長量的品種具有較強(qiáng)的抗寒能力。

表1 低溫對生菜幼苗株高的影響

2.2 低溫處理對生菜幼苗電解質(zhì)滲漏率的影響

從圖1可以看出，低溫處理在不同程度上提高了各個生菜品種的電解質(zhì)滲漏率。在處理7 d后, L18015的電解質(zhì)滲漏率上升幅度最大,達(dá)到82.31%,居所有品種之首,說明其抗寒能力最弱；而L18009和L18010的電解質(zhì)滲漏率上升幅度較小,分別為1.97%和2.47%，說明這2個品種的抗寒能力較強(qiáng)。方差分析結(jié)果顯示,不同品種間的電解質(zhì)滲漏率差異達(dá)到了顯著水平,與品種的抗寒性呈正相關(guān)。

圖1 低溫處理對生菜幼苗電解質(zhì)滲漏率的影響

2.3 低溫處理對生菜幼苗MDA含量的影響

由圖2可以看出,不同生菜品種的幼苗經(jīng)低溫處理后其MDA含量表現(xiàn)出不同的變化趨勢：在低溫處理7 d之后, L18001、L18007、L18008、L18010、L18011的MDA含量一直維持在較低的水平；而另外幾個生菜品種的MDA含量都有較大幅度的上升,其中L18015的MDA含量由處理前的1.94 μmol/g上升到6.44 μmol/g,上升了232%,說明其受寒害程度最大。對不同生菜品種的MDA含量的變化進(jìn)行方差分析,結(jié)果表明,經(jīng)過低溫處理后各品種間MDA含量變化差異極顯著。

圖2 低溫處理對生菜幼苗MDA含量的影響

2.4 低溫處理對脯氨酸含量的影響

不同生菜品種葉部脯氨酸(PRO)含量的變化如圖3所示:在低溫處理前,各生菜品種的脯氨酸含量差異并不是很大,而在7 d的低溫處理后所有生菜品種的脯氨酸含量均有所增加,但各品種增加的幅度不同,其中脯氨酸含量上升比率最高的是L18011,其上升比率達(dá)到240.79%,說明L18011隨著低溫處理時間的延長,其脯氨酸含量波動較大;緊隨其后的是L18010、L18009、L18012和L18013，它們的上升比率也均超過100%；上升比率最低的是L18002,僅為3.07%,說明低溫對其脯氨酸含量的變化影響較小。

圖3 低溫處理對生菜幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 低溫處理下生菜SOD活性的變化

不同生菜品種葉部SOD活性的變化如圖4所示:在連續(xù)7 d低溫處理后,各生菜品種的SOD活性都比低溫處理前有所上升,其中L18011的漲幅最大,比處理前升高了114.04%；L18008的上升幅度次之,比處理前升高了111.29%；緊隨其后的是L18014和L18010,上升幅度分別為85.53%和85.14%；其余品種經(jīng)低溫處理后SOD活性上升幅度不大；而在7 d低溫處理后,也有些品種的SOD活性出現(xiàn)了下降情況,例如L18006比處理前下降了25.59%,L18013比處理前下降了3.95%。

圖4 低溫處理對生菜幼苗SOD活性的影響

2.6 低溫處理下生菜POD活性的變化

不同生菜品種POD活性的變化如圖5所示:在連續(xù)7 d低溫處理后,大部分生菜品種的POD活性都比低溫處理前有所上升,其中L18010的漲幅最大,比處理前升高了95.38%；緊隨其后的是L18005(漲幅65.70%)以及L18014(65.31%)；其余品種經(jīng)低溫處理后POD活性上升幅度不顯著；而在7 d低溫處理后,也有些品種的POD活性出現(xiàn)了下降情況,例如L18006比處理前下降了18.09%,L18013比處理前下降了17.25%。

2.7 低溫處理下生菜幼苗各指標(biāo)相對增加量與對應(yīng)隸屬函數(shù)值

在低溫處理下生菜幼苗各指標(biāo)的相對增加量如表2所示。因電解質(zhì)滲漏率(EC)與丙二醛(MDA)含量與植物的抗逆性呈負(fù)相關(guān),因此用反向隸屬函數(shù)值計算法；其余各指標(biāo)與植物的抗逆性呈正相關(guān),利用正向隸屬函數(shù)值計算方法,并將得到的各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求和,結(jié)果如表3所示?？傮w來看,抗逆性最強(qiáng)的是L18010,其次為L18011、L18008、L18012、L18005、L18014、L18007、L18009、L18001、L18003、L18013、L18006、L18004、L18002,而L18015的抗逆性最弱。

圖5 低溫處理對生菜幼苗POD活性的影響

3 討論

電解質(zhì)滲漏率是植物抗逆性的基本指標(biāo)。在本試驗中,經(jīng)7 d低溫處理后,不同生菜幼苗的電解質(zhì)滲漏率均有不同程度的提高,說明低溫脅迫引起的損傷不能被植物體內(nèi)的生理反應(yīng)系統(tǒng)修復(fù),而膜脂過氧化產(chǎn)物的增多使植物機(jī)體內(nèi)部產(chǎn)生了新的應(yīng)對變化[11]。

表2 低溫處理下生菜幼苗各指標(biāo)的相對增加量

表3 生菜各指標(biāo)相對增加量對應(yīng)的隸屬函數(shù)值

丙二醛(MDA)為膜脂過氧化產(chǎn)物,所以丙二醛含量能反饋出植物受逆境傷害的程度[12]。本試驗發(fā)現(xiàn),隨著低溫處理時間的延長,生菜葉片中MDA含量呈現(xiàn)不同程度的增加,說明每個品種應(yīng)對低溫脅迫的能力是不同的,相應(yīng)的其膜脂過氧化程度也不同。

植物體內(nèi)脯氨酸是具有低溫保護(hù)效應(yīng)的物質(zhì)[13-14]。有研究表明,高濃度的脯氨酸是擬南芥抗凍性提高的重要原因[15]。在本試驗中,各生菜品種中脯氨酸含量在低溫處理之后都顯著增加,表明脯氨酸含量對低溫脅迫敏感,對生菜的抗寒性具有重要的調(diào)節(jié)作用。不同品種的抗寒性不同,所以脯氨酸含量的增加幅度也不盡相同。

SOD是植物體內(nèi)的一種保護(hù)酶,POD是H2O2的清除酶，隨著逆境脅迫處理時間的延長,植物為了應(yīng)對逆境脅迫，其體內(nèi)的SOD和POD活性會有不同程度的增加[16-17]。本試驗結(jié)果表明，各個生菜品種在經(jīng)歷低溫處理后,其SOD活性和POD活性均呈不同程度的上升,說明低溫對生菜幼苗產(chǎn)生了傷害,膜脂過氧化嚴(yán)重,生菜幼苗通過提高SOD和POD活性來消除膜脂過氧化帶來的傷害。

由于植物的抗寒性與很多數(shù)量性狀相關(guān),并不能完全由某一個指標(biāo)來反映。因此，采用隸屬函數(shù)法對植物的抗寒性進(jìn)行綜合分析，可以較準(zhǔn)確地確定其耐低溫脅迫的能力,這比采用單項指標(biāo)所得結(jié)果更加全面,可信度更高[18]。迄今也有利用隸屬函數(shù)法對植物的抗逆性進(jìn)行綜合評價的報道[19-20]。本試驗利用類似的方法,對生菜幼苗的株高、電解質(zhì)滲漏率、丙二醛含量、脯氨酸含量、SOD活性和POD活性等生長、生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,得出抗寒性最強(qiáng)的品種是L18010,其次為L18011、L18008、L18012、L18005、L18014、L18007、L18009、L18001、L18003、L18013、L18006、L18004、L18002,而L18015的抗寒性最弱。這與田間觀測的結(jié)果基本一致,這說明隸屬函數(shù)法在生菜的抗寒性分析中也適用。