不同CaCl2濃度對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗生理指標(biāo)的影響

向娟　潘紹坤　魯榮?！莻餍恪×至⒔稹〔芩囂m　鐘莉莎　陳玲

摘? ? 要： 為研究CaCl2對(duì)蔬菜低溫脅迫的緩解效應(yīng)，以豇豆幼苗為試驗(yàn)材料，在10 ℃低溫處理?xiàng)l件下用不同濃度（0、5、10、20、40 mmol·L-1）CaCl2噴施豇豆幼苗葉片。結(jié)果表明，噴施CaCl2能普遍提高豇豆幼苗生物量、相對(duì)含水量、光合色素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及抗氧化酶活性，降低其相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量。且10 mmol·L-1 CaCl2處理后，豇豆幼苗各部分生物量、光合色素含量達(dá)到最大，超氧化物岐化酶活性較對(duì)照增加99.6%、過(guò)氧化氫酶活性較對(duì)照增加29.49%，且相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量分別較對(duì)照降低62.07%、36.15%。因此，CaCl2能夠緩解低溫脅迫對(duì)豇豆生理生態(tài)的影響，且濃度為10 mmol·L-1的CaCl2效果最好。

關(guān)鍵詞： 豇豆幼苗; CaCl2; 低溫脅迫; 生理生態(tài)

Effect of different concentrations of CaCl2 on physiological characteristics of cowpea seedlings under low temperature

XIANG Juan1， PAN Shaokun1， LU Ronghai1， WU Chuanxiu2， LIN Lijin3， CAO Yilan4， ZHONG Lisha4， CHEN Ling1

（1. Institute of Horticulture， Chengdu Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Chengdu 611130， Sichuan， China; 2. Agricultural Department of Sichuan Province， Chengdu 610041， Sichuan， China; 3. Institute of Pomology and Olericulture， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， Sichuan， China; 4. College of Horticulture， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， Sichuan， China）

Abstract： In order to study the alleviation effect of different concentrations of CaCl2 on physiological characteristics of cowpea seedlings under low temperature. The leaves of cowpea seedlings were foliage sprayed with different concentrations （0， 5， 10， 20， 40 mmol·L-1） of CaCl2 under low temperature treatment （10 ℃）. The results showed that the biomass， relative water content， photosynthetic pigment content， proline content， soluble sugar content and the activities of antioxidant enzymes of cowpea seedlings were all increased after foliage spraying with CaCl2， the relative conductivity and malondialdehyde content of cowpea seedlings were decreased.? The biomass and content of photosynthetic pigment reached the maximum under 10 mmol·L-1 CaCl2 concentration treatment， compared with the control， the activity of superoxide dismutase increased 99.6%， the catalase activity increased 29.49%， the relative conductivity and malondialdehyde content decreased 62.07%， 36.15% respectively. In conclusion， 10 mmol·L-1 CaCl2 showed the best? alleviation effect on the cowpea seedlings under low temperature.

Key words： Cowpea seedlings; CaCl2; Low temperature stress; Physiology

我國(guó)初春季節(jié)常有“倒春寒”發(fā)生，低溫脅迫是自然界主要的非生物脅迫之一，是限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。低溫對(duì)植物的不可逆?zhèn)κ紫润w現(xiàn)在生物膜系統(tǒng)類(lèi)脂分子的相變上，低溫能改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性，而細(xì)胞膜的流動(dòng)性與植物抗寒性密切相關(guān)[1-3]。低溫脅迫造成的細(xì)胞膜損傷可能與自由基和活性氧引起的膜脂過(guò)氧化和蛋白質(zhì)破壞有關(guān)[4-5]。同時(shí)，低溫也能影響植物光合作用、呼吸作用，其原因主要是低溫脅迫導(dǎo)致葉綠體和類(lèi)囊體雙層膜結(jié)構(gòu)的完整性喪失[6]。目前，利用外源Ca2+提高作物抗寒性已成為一種新的趨勢(shì)[7-10]，Ca2+作為一個(gè)主要的第二信使，有防止細(xì)胞膜損傷和滲漏、穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)以及維持膜完整性的作用，在植物對(duì)逆境的適應(yīng)調(diào)節(jié)中起著重要作用[9， 11]。豇豆原產(chǎn)于亞熱帶地區(qū)，耐熱性強(qiáng)而不耐低溫，植株生長(zhǎng)的適宜溫度為15～30 ℃[12]，低溫常常導(dǎo)致豇豆種苗無(wú)法正常發(fā)育甚至死亡，對(duì)豇豆的高效生產(chǎn)造成巨大影響。噴施外源氯化鈣（CaCl2）為緩解豇豆低溫脅迫提供了新途徑，但目前外源Ca2+對(duì)低溫脅迫下蔬菜生理生態(tài)影響的研究主要集中在番茄上[9-10， 13-14]，而CaCl2應(yīng)用于豇豆的抗冷研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，筆者在低溫脅迫下，研究噴施不同濃度CaCl2對(duì)豇豆幼苗生理生態(tài)的影響，探討CaCl2增強(qiáng)豇豆抗寒性的最適濃度，為應(yīng)用CaCl2作為外源調(diào)節(jié)物質(zhì)，增強(qiáng)蔬菜抗寒性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為豇豆新材料‘7104，由成都市農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所提供。

1.2 方法

試驗(yàn)于2018年3—6月在成都市農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所培養(yǎng)室進(jìn)行試驗(yàn)。選取粒大、飽滿(mǎn)、大小一致的種子，用2 %次氯酸鈉消毒15 min后，播種到營(yíng)養(yǎng)缽（V營(yíng)養(yǎng)土∶V蛭石=1∶1）中，置于人工氣候箱（25 ℃，相對(duì)濕度85%）中育苗。待豇豆幼苗長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，選取無(wú)病蟲(chóng)害、健壯、生長(zhǎng)勢(shì)均一的幼苗每30株為1組，共5組置于氣候箱中進(jìn)行低溫處理：白天（10±0.5）℃，夜晚（5±0.5） ℃，光照/暗各12 h，光照度為200 μmol·m-2·s-1 [15]，各處理每天分別用0（CK）、5、10、20、40 mmol·L-1的CaCl2進(jìn)行葉面噴施處理1次（以葉面凝成水滴，又不滴下為準(zhǔn)），每個(gè)處理重復(fù)3次。低溫處理9 d后測(cè)定幼苗各部分（根、莖、葉）生物量、根冠比、各部分相對(duì)含水量;從上往下數(shù)第3片（成熟葉片）的光合色素（葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素）含量、抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

生物量用天平稱(chēng)量，相對(duì)含水量采用烘干法測(cè)定[16]，光合色素（葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素）含量采用乙醇-丙酮比色法測(cè)定[17]。SOD活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[18]，POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定[17]，CAT活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[17]?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮蘭G-250法測(cè)定[19]，脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測(cè)定[17]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[18]，相對(duì)電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)定[17]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Microsoft Excel 2013軟件繪制圖表。根冠比=根系生物量/地上部生物量[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗生物量的影響

由圖1可知，隨著CaCl2濃度的增加，豇豆幼苗各部分生物量總體呈現(xiàn)先增加后下降再增加的趨勢(shì)，均高于對(duì)照。除根系生物量外，莖稈、葉片及地上部分生物量均以10 mmol·L-1 CaCl2處理最大，顯著高于對(duì)照，分別為對(duì)照的2.115、2.166、2.145倍。5 mmol·L-1 CaCl2處理的根系生物量最高，為對(duì)照的2.439倍，但與10 mmol·L-1 CaCl2處理的根系生物量差異不顯著。5 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗根冠比最大，較對(duì)照增加114.5%。

2.2 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗相對(duì)含水量的影響

如圖2所示，隨著CaCl2濃度的增加，幼苗相對(duì)含水量呈現(xiàn)波浪式變化，普遍高于對(duì)照。5 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗及20 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗根系和莖稈相對(duì)含水量相互不顯著，但顯著高于對(duì)照及其他處理。5 mmol·L-1 CaCl2處理的根系及莖稈相對(duì)含水量分別較對(duì)照增加1.432%、3.158%，20 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗根系及莖稈相對(duì)含水量分別較對(duì)照增加1.315%、3.08%，40 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗葉片相對(duì)含水量最高且顯著高于對(duì)照及其他處理，較對(duì)照提高了0.887%，地上部相對(duì)含水量為5 mmol·L-1 CaCl2處理最高，與對(duì)照相比，提高了0.349%。

2.3 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗光合色素含量的影響

由圖3可知，適宜濃度的CaCl2能夠顯著提高豇豆幼苗葉片光合色素含量。葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量及類(lèi)胡蘿卜素含量隨著CaCl2濃度的增加先增加后下降，最大值均出現(xiàn)在CaCl2濃度為10 mmol·L-1時(shí)，且與對(duì)照及其他處理差異顯著。此時(shí)葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量及類(lèi)胡蘿卜素含量分別為對(duì)照的1.113、1.904、1.211、1.201倍，此時(shí)葉綠素a/b比值最小，較對(duì)照降低41.77%。

2.4 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表1可知，CaCl2處理后豇豆幼苗葉片可溶性蛋白含量有所上升，但各處理與對(duì)照差異不顯著。適宜的CaCl2處理能明顯增加豇豆幼苗葉片脯氨酸含量，各處理脯氨酸排序?yàn)椋?0 mmol·L-1>10 mmol·L-1>5 mmol·L-1>0>40 mmol·L-1，除40 mmol·L-1濃度下脯氨酸含量與對(duì)照差異不顯著，其余各處理均顯著高于對(duì)照，分別較對(duì)照增加89.88%、77.89%、62.26%?？扇苄蕴呛侩SCaCl2濃度的增加先增加后減少，除10 mmol·L-1 CaCl2處理的可溶性糖含量顯著高于對(duì)照外，其余各處理與對(duì)照差異不顯著或顯著低于對(duì)照，與對(duì)照相比，10 mmol·L-1 CaCl2濃度下可溶性糖含量增加42.80%。

2.5 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

從表2可知，CaCl2處理能顯著提高豇豆幼苗葉片抗氧化酶的活性。SOD、POD及CAT活性均隨CaCl2濃度的增加先上升后降低，各處理SOD活性排序?yàn)椋?0 mmol·L-1>5 mmol·L-1>40 mmol·L-1>20 mmol·L-1>0，分別為對(duì)照的2.177、1.996、1.336、1.314倍。各處理POD活性排序?yàn)椋?0 mmol·L-1>40 mmol·L-1>10 mmol·L-1>5 mmol·L-1>0，分別較對(duì)照增加76.31%、54.50%、49.60%、30.54%。各處理CAT活性排序?yàn)椋?0 mmol·L-1>5 mmol·L-1>0 >20 mmol·L-1>40 mmol·L-1，10 mmol·L-1 CaCl2處理的CAT活性較對(duì)照增加29.49%，40 mmol·L-1 CaCl2處理的CAT活性較對(duì)照減少30.04%。

2.6 不同濃度CaCl2處理對(duì)低溫脅迫下豇豆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量的影響

由圖4～5可知，隨著CaCl2濃度的增加，豇豆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量大致呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，二者同時(shí)在10 mmol·L-1 CaCl2時(shí)達(dá)到最低。與對(duì)照相比，10 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率下降了62.07%，40 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率最高，為43.45%，較對(duì)照上升11.58%。各處理丙二醛含量排序?yàn)椋?>20 mmol·L-1>40 mmol·L-1>5 mmol·L-1>10 mmol·L-1，10 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗丙二醛含量較對(duì)照下降了36.15%，20 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗丙二醛含量較對(duì)照下降了11.07%。

3 討 論

低溫脅迫是影響植物物種地理分布和組成的主要環(huán)境因素之一，不僅影響作物品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響產(chǎn)量。研究表明低溫脅迫下，植物相對(duì)含水量下降，植株代謝活動(dòng)能力減弱，進(jìn)而影響植株生長(zhǎng)[21]。植物受低溫脅迫后，光合功能的降低與光合色素的變化有關(guān)，其原因可能是低溫造成植株葉綠體雙層膜結(jié)構(gòu)完整性喪失，基質(zhì)和基質(zhì)片層變得松散，影響葉綠體的功能[10]。本試驗(yàn)中，經(jīng)10 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗各部分生物量、根冠比較對(duì)照顯著提升，根、莖、葉的相對(duì)含水量較對(duì)照有所增加，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量均顯著高于對(duì)照，且葉綠素a/b比值達(dá)到最低，表明10 mmol·L-1 CaCl2能提高豇豆幼苗相對(duì)含水量，緩解植株水分虧缺，保護(hù)幼苗葉綠素類(lèi)囊體膜結(jié)構(gòu)完整性，促進(jìn)豇豆幼苗在低溫脅迫下的光合作用，緩解低溫對(duì)豇豆幼苗生長(zhǎng)的抑制，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，利于形成壯苗，增強(qiáng)豇豆幼苗抗寒性。

可溶性蛋白、游離脯氨酸和可溶性糖是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)滲透濃度來(lái)增加植物抗寒性[22-23]。可溶性蛋白具有較強(qiáng)的親水性，通過(guò)增加束縛水含量和原生質(zhì)彈性從而增強(qiáng)植物抗寒性[24]。脯氨酸對(duì)原生質(zhì)的保水能力及蛋白質(zhì)膠體的穩(wěn)定性有一定的作用，而且在穩(wěn)定生物大分子如酶蛋白的功能、解毒、降低冰點(diǎn)、增強(qiáng)膜中蛋白質(zhì)分子間的水合力，調(diào)節(jié)滲透壓及保護(hù)原生質(zhì)膜等方面具有重要作用[25]。可溶性糖能夠提高細(xì)胞液的濃度，增加細(xì)胞持水組織中的非結(jié)冰水，從而降低細(xì)胞的結(jié)冰溫度，減輕植物凍害[26]。本試驗(yàn)中，經(jīng)10 mmol·L-1 CaCl2處理后豇豆幼苗葉片可溶性蛋白含量變化不明顯，但脯氨酸含量、可溶性糖含量顯著增加，表明10 mmol·L-1 CaCl2能增加豇豆幼苗葉片中各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，提高豇豆抗寒性，這與前人研究的結(jié)果一致[21-23]。

植物生長(zhǎng)過(guò)程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生活性氧，正常情況下，細(xì)胞內(nèi)活性氧會(huì)被抗氧化酶系統(tǒng)清除，并不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的損傷[27]。低溫會(huì)導(dǎo)致活性氧大量積累，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)活性氧含量超過(guò)抗氧化酶系統(tǒng)的清除能力后將引起細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，破壞膜的結(jié)構(gòu)，改變細(xì)胞膜通透性，造成細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物等物質(zhì)外滲，同時(shí)產(chǎn)生丙二醛[28]。相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量越高，說(shuō)明細(xì)胞膜的損傷程度越嚴(yán)重。在該試驗(yàn)中，隨CaCl2濃度的增加，SOD、POD及CAT活性先上升后下降，除20、40 mmol·L-1 CaCl2使豇豆幼苗CAT活性較對(duì)照有所降低外，其余各濃度CaCl2均使豇豆幼苗SOD、POD及CAT活性較對(duì)照不同程度增加，且10 mmol·L-1 CaCl2處理的豇豆幼苗SOD、CAT活性達(dá)到最大。豇豆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量與抗氧化酶活性變化趨勢(shì)相反，CaCl2濃度為10 mmol·L-1時(shí)，以上兩指標(biāo)均達(dá)到最低值，分別較對(duì)照降低62.07%，36.15%，即10 mmol·L-1 CaCl2能顯著提高豇豆幼苗抗氧化酶活性，保護(hù)其免受低溫的脅迫，提高豇豆幼苗的抗寒性。

4 結(jié) 論

噴施CaCl2能夠普遍提高豇豆幼苗生物量、根冠比、相對(duì)含水量、光合色素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及SOD、POD、CAT活性，降低其相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量，且噴施10 mmol·L-1 CaCl2的豇豆幼苗生物量達(dá)到最大，地上部分為對(duì)照的2.145倍，相對(duì)含水量顯著高于對(duì)照，葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量及類(lèi)胡蘿卜素含量分別為對(duì)照的1.113、1.904、1、211、1.201倍，脯氨酸含量、可溶性糖含量分別較對(duì)照增加77.89%、42.80%。SOD、POD、CAT活性顯著高于對(duì)照，且SOD、CAT活性達(dá)到最大。其相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量達(dá)到最低，分別較對(duì)照下降62.07%、11.07%。表明CaCl2預(yù)處理能夠提高豇豆幼苗的抗寒性，緩解低溫對(duì)豇豆幼苗的脅迫，且濃度為10 mmol·L-1最佳。

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