低溫處理對(duì)西番蓮扦插苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

劉智成，嚴(yán)良文，陳瑤瑤

(福建省龍巖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建龍巖，364000)

西番蓮Passifloracoerulea，俗稱雞蛋果、百香果，是一種可當(dāng)年種植當(dāng)年獲得收益的作物，且喜溫?zé)?，?duì)低溫較敏感。西番蓮已在全國(guó)多地區(qū)推廣種植成功，尤其在南方較高海拔種植區(qū)或偏冷山區(qū)，生產(chǎn)上采用設(shè)施保護(hù)進(jìn)行西番蓮育苗，但每年3月西番蓮定植前煉苗期或定植后會(huì)遇到低溫天氣，有些地方甚至出現(xiàn)短暫的倒春寒或霜凍現(xiàn)象，從而影響西番蓮植株生長(zhǎng)及當(dāng)年上市時(shí)間和產(chǎn)量[1]。西番蓮植株在低溫環(huán)境下其生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制[2-4]，其中葉片比較敏感，植物為了適應(yīng)溫度的變化，其生理特性會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整，從而應(yīng)對(duì)不良低溫環(huán)境[5-8]。目前，關(guān)于西番蓮抗寒研究主要集中在低溫處理時(shí)間[9]、成熟枝條及葉片受低溫脅迫后生理及結(jié)構(gòu)變化[5，10]等方面，而其在不同低溫對(duì)植株脅迫下生理變化以及植株恢復(fù)培養(yǎng)后成活率的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文為了研究西番蓮在低溫條件下其植株生長(zhǎng)及其體內(nèi)保護(hù)酶活性變化情況，通過(guò)不同品種西番蓮扦插苗在不同低溫處理下，測(cè)定葉片生理指標(biāo)，并進(jìn)行恢復(fù)生長(zhǎng)試驗(yàn)，調(diào)查植株恢復(fù)情況。分析西番蓮的耐冷性及生理指標(biāo)的影響，為進(jìn)一步選育出耐冷品種及其栽培生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

選取福建省龍巖市當(dāng)?shù)匚鞣徶髟云贩N芭樂(lè)黃金果、紫香1號(hào)和臺(tái)農(nóng)1號(hào)。

1.2 方法

1.2.1 扦插育苗 本試驗(yàn)在福建省龍巖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，2018年10月13日從3個(gè)西番蓮品種母株上選取當(dāng)年生健壯結(jié)果枝條，剪取2個(gè)節(jié)位，留上半部葉片作為插穗備用，將上述插穗插入盛有已消毒的椰糠與細(xì)沙比例為1∶1的基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)缽(10 cm×10 cm)中扦插育苗。

1.2.2 試驗(yàn)處理 2018年12月20日選取生長(zhǎng)健康的扦插苗，高約25 cm，分別在0、3、5、10、15 ℃及25 ℃(對(duì)照)溫度下處理24 h，每組處理50株，每處理重復(fù)3次，然后放置在20～25 ℃保溫大棚下，進(jìn)行恢復(fù)生長(zhǎng)培養(yǎng)。

1.2.3 數(shù)據(jù)測(cè)定 低溫處理24 h后，每株取1片葉，每次每組取樣10片，分別測(cè)定丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸含量，超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。MDA含量采用硫代巴比妥酸(TAB)法[11]，SOD活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[12]，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[13]，CAT活性采用紫外吸光法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[14]，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測(cè)定[15]。

恢復(fù)生長(zhǎng)培養(yǎng)3 d時(shí)，測(cè)定存活率，存活率(%)=成活株數(shù)/試驗(yàn)總株數(shù)×100，以葉片完全展開及頂芽恢復(fù)直立生長(zhǎng)計(jì)為恢復(fù)成活植株。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，用方差分析方法分析不同處理間的差異，并采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)葉片丙二醛(MDA)含量和超氧化物酶(SOD)活性的影響

從表1可以看出，在低溫處理下，3個(gè)西番蓮品種葉片中MDA含量均隨溫度下降而增加。與25 ℃(對(duì)照)處理相比，低溫處理的葉片MDA含量均達(dá)到顯著性差異；其中0 ℃處理的芭樂(lè)黃金果葉片MDA含量最大，為48.50 μmol/g，紫香1號(hào)葉片的MDA含量次之，為36.82 μmol/g，臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片的MDA最小，為35.50 μmol/g；在相同低溫處理下，芭樂(lè)黃金果葉片MDA含量均比其他2個(gè)品種大。

隨處理溫度下降，3個(gè)品種葉片SOD活性出現(xiàn)下降趨勢(shì)，與25 ℃(對(duì)照)處理相比，存在顯著性差異。0 ℃處理下，芭樂(lè)黃金果的葉片SOD活性最低，為11.2 U/g;紫香1號(hào)的葉片SOD活性次之，為12.5 U/g;臺(tái)農(nóng)1號(hào)的葉片SOD活性較高，為14.2 U/g。說(shuō)明低溫處理西番蓮幼苗，其葉片中SOD活性受到抑制。

2.2 對(duì)葉片過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的影響

從表2可以看出，低溫處理的3個(gè)品種葉片氧化物酶(POD)活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)；10～15 ℃處理時(shí)POD活性均逐漸增加；10 ℃處理時(shí)，臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片POD活性達(dá)到最大，為42.98 U/g，與25 ℃(對(duì)照)處理相比，達(dá)到顯著性差異；在0～5 ℃處理時(shí)3個(gè)品種POD活性均逐漸減少，其中0～3 ℃處理時(shí)3個(gè)品種POD活性均比對(duì)照低，0 ℃達(dá)到顯著性差異。說(shuō)明溫度下降時(shí)，POD活性開始增加，當(dāng)溫度低于5 ℃時(shí)，POD活性受到一定抑制。

表1 不同低溫處理對(duì)西番蓮扦插苗葉片丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性的影響

隨溫度降低，3個(gè)品種葉片CAT活性呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。10 ℃處理時(shí)，3個(gè)品種葉片CAT活性最大；0、3 ℃處理時(shí)，芭樂(lè)黃金果葉片CAT活性分別為4.02和4.80 U/g，比25 ℃(對(duì)照)處理還低，存在顯著性差異；0 ℃處理時(shí)紫香1號(hào)葉片CAT活性4.12 U/g，低于25 ℃(對(duì)照)處理，存在顯著性差異；0 ℃處理時(shí)臺(tái)農(nóng)1號(hào)CAT活性5.24 U/g，略低于25 ℃(對(duì)照)處理，無(wú)顯著性差異。說(shuō)明低溫處理會(huì)使西番蓮葉片中CAT活性產(chǎn)生先升后降的變化，其中，在溫度≤3 ℃時(shí)，芭樂(lè)黃金果葉片CAT活性受到一定抑制；0 ℃處理時(shí)紫香1號(hào)葉片CAT活性受到抑制，而臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片CAT活性受抑制不明顯。

表2 不同低溫處理對(duì)西番蓮扦插苗葉片過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性的影響

2.3 對(duì)葉片可溶性糖和脯氨酸含量的影響

從表3可以看出，低溫處理的3個(gè)品種葉片可溶性糖含量均隨溫度降低而升高，且與25 ℃(對(duì)照)處理相比，大部分均存在顯著性差異；其中0 ℃處理下臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片可溶性糖含量達(dá)到最大，為6.98 mg/g，紫香1號(hào)葉片可溶性糖含量次之，為6.02 mg/g，芭樂(lè)黃金果葉片可溶性糖含量較小，為5.28 mg/g。

西番蓮葉片中脯氨酸含量隨溫度的降低呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。10～15 ℃處理時(shí)，脯氨酸含量逐漸增加，3個(gè)品種脯氨酸含量均比25 ℃(對(duì)照)處理大，均存在顯著性差異，其中10 ℃處理時(shí)，臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片脯氨酸含量最大，為18.92 μg/g；在0～5 ℃處理時(shí)，脯氨酸含量逐漸減少，0、3 ℃處理下，3個(gè)品種脯氨酸含量均比對(duì)照(25 ℃)處理小，0 ℃處理均達(dá)到顯著性差異，其中0 ℃處理時(shí)芭樂(lè)黃金果脯氨酸含量最小，為2.15 μg/g。

表3 不同低溫處理對(duì)西番蓮扦插苗葉片可溶性糖和脯氨酸含量的影響

2.4 對(duì)幼苗存活率的影響

從表4可以看出，低溫處理24 h，進(jìn)行恢復(fù)生長(zhǎng)3 d后，3個(gè)品種存活率隨溫度下降而降低。其中10～15 ℃處理后，3個(gè)品種存活率均≥90%，與25 ℃(對(duì)照)處理相比，無(wú)顯著性差異；5 ℃處理后，3個(gè)品種存活率均明顯減少，與溫度25 ℃(對(duì)照)處理相比，存在顯著性差異，其恢復(fù)生長(zhǎng)存活率為58.05%～65.35%；3 ℃處理后，芭樂(lè)黃金果恢復(fù)生長(zhǎng)存活率為0，紫香1號(hào)、臺(tái)農(nóng)1號(hào)兩個(gè)品種存活率分別為2.21%和8.35%；0 ℃處理后，3個(gè)品種恢復(fù)生長(zhǎng)后存活率均為0。說(shuō)明低溫處理后，尤其是溫度≤3 ℃時(shí)，西番蓮種苗生長(zhǎng)會(huì)受到一定的影響。

3 討論與結(jié)論

植物因低溫脅迫，會(huì)誘導(dǎo)植株體內(nèi)MDA含量不斷積累增加[16-19]，從而引起膜脂過(guò)氧化[20]，植株體內(nèi)的MDA含量可作為衡量膜系統(tǒng)受傷程度指標(biāo)之一[21]。本試驗(yàn)中，隨溫度降低，3個(gè)西番蓮品種扦插苗葉片中MDA含量不斷增加，其中芭樂(lè)黃金果在0 ℃處理時(shí)，MDA含量達(dá)到最大，為48.50 μmol/g，紫香1號(hào)次之，臺(tái)農(nóng)1號(hào)較小。

表4 不同低溫處理對(duì)西番蓮扦插苗存活率的影響

植物體內(nèi)的POD、SOD和CAT具有自我調(diào)節(jié)功能，能清除由于逆境脅迫下產(chǎn)生過(guò)多的活性氧，以提高植株抗逆性[9，16]。有研究表明，不同植物在受到低溫脅迫下，植株體內(nèi)保護(hù)酶活性會(huì)表現(xiàn)出不同的變化[22-26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)西番蓮品種在0～15 ℃處理下，SOD活性均隨溫度降低而減少；而POD和CAT活性均隨溫度下降，表現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)，在10 ℃處理時(shí)，活性值均達(dá)到最大，當(dāng)溫度低于5 ℃時(shí)，POD和CAT活性均低于對(duì)照，且達(dá)到顯著性差異。

可溶性糖作為細(xì)胞重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，其含量增加能降低細(xì)胞液冰點(diǎn)[27]，從而提高植株抗寒性。在本試驗(yàn)中，隨溫度的下降，3個(gè)西番蓮品種體內(nèi)可溶性糖含量逐漸增加，當(dāng)0和3 ℃處理時(shí)，測(cè)得植株體內(nèi)可溶性糖含量變化較小，兩者無(wú)顯著性差異，其中，臺(tái)農(nóng)1號(hào)在0 ℃處理時(shí)可溶性糖含量最大，為6.98 mg/g。說(shuō)明3個(gè)西番蓮品種扦插苗在低溫處理時(shí)，植株體內(nèi)可溶性糖隨溫度下降其含量逐漸積累增加，當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí)，其含量無(wú)明顯變化。

有研究表明，脯氨酸可以提高作物的滲透壓，增強(qiáng)組織保水能力[28]，同時(shí)作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以減少細(xì)胞質(zhì)膜受到外界低溫影響[29]；董萬(wàn)鵬等[2]對(duì)西番蓮成熟枝條抗寒性研究表明，隨溫度降低，脯氨酸含量會(huì)逐漸增加。本試驗(yàn)中，對(duì)3個(gè)西番蓮品種扦插苗進(jìn)行低溫處理，測(cè)得其葉片中脯氨酸含量隨溫度降低，呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)；10 ℃處理時(shí)，3個(gè)西番蓮品種葉片中脯氨酸含量均高于其他溫度處理，其中臺(tái)農(nóng)1號(hào)葉片脯氨酸含量最大，為18.92 μg/g；當(dāng)溫度低于3 ℃時(shí)，超出西番蓮扦插苗葉片承受低溫范圍，而出現(xiàn)脯氨酸含量減少，并低于對(duì)照。

本試驗(yàn)中，在5 ℃處理24 h后進(jìn)行恢復(fù)生長(zhǎng)，3個(gè)西番蓮品種幼苗存活率均比對(duì)照低，且存在顯著性差異；在3 ℃處理后，芭樂(lè)黃金果存活率為0，紫香1號(hào)和臺(tái)農(nóng)1號(hào)存活率低于10%，與對(duì)照存在顯著性差異；0 ℃處理后，3個(gè)西番蓮品種存活率均為0，這與潘俊杰等[17]對(duì)紫果西番蓮扦插苗在0 ℃低溫處理24 h后扦插苗無(wú)法恢復(fù)生長(zhǎng)結(jié)果相似。

綜合以上可知，在低溫脅迫下，西番蓮植株葉片中MDA含量不斷增加，表明植株受到不同程度的低溫傷害，植株體內(nèi)滲透系統(tǒng)和保護(hù)酶系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡被破壞，其中脯氨酸和可溶性糖含量增加，促使其體內(nèi)滲透壓提高和細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度增加，而植株體內(nèi)誘導(dǎo)出POD、SOD和CAT活性，從而減輕由于低溫造成植株的傷害，使植株抗寒性得到提高；但當(dāng)溫度低于5 ℃時(shí)，植株體內(nèi)POD、SOD和CAT活性受到抑制作用，無(wú)法及時(shí)清除體內(nèi)氧化物質(zhì)對(duì)植株的傷害。因此，在溫度低于3 ℃時(shí)，植物葉片中脯氨酸含量出現(xiàn)減少，可溶性糖含量積累無(wú)顯著性變化，導(dǎo)致芭樂(lè)黃金果西番蓮無(wú)法恢復(fù)生長(zhǎng)。