低溫對草莓生理特性的影響

李春生，王敏敏，陳曉丹，楊朝科

(貴州省黎平縣氣象局，貴州 黎平 557300)

0 引 言

眾所周知，草莓是我國主要設施作物之一，有水果皇后之稱，其果實的肉質鮮爽可口、營養(yǎng)豐富，在醫(yī)藥方面也有不俗影響，深受人們喜愛，需求量在不斷增加，草莓的栽培也成為了造福人民群眾的種植業(yè)之一[1]。然而，在種植草莓過程中，低溫凍害、雪害、風害等氣象災害時有發(fā)生，對草莓生長影響嚴重，不僅影響產量還影響品質和果型，造成經濟效益上的損失[2]，特別是低溫災害的影響最嚴重。前人研究表明，溫度低于適宜生長條件會致使植物體產生富余的活性氧而形成對細胞膜的脂過氧化過程，蛋白質性狀改變以及核苷酸的損害,嚴重時會使細胞死亡[3]，不同物種在不同低溫脅迫下抗氧化酶活性變化已有相關報道[4-6]，羅婭等[6-7]研究表明草莓在極度低的溫度脅迫處理下,葉片活性氧會劇烈變化積累于體內,導致抗氧化酶增多，與此同時,可溶性蛋白質含量迅速增加,細胞因此得到保護，可溶性糖含量逐漸增加，葉綠素含量隨脅迫時間的延長而下降；樊國華等[8]研究殼聚糖和水楊酸的抗寒性機理知道，其可通過對草莓本身系統(tǒng)的保護膜，降低外界因嚴重低溫脅迫產生的活性氧，以保護細胞膜功能的穩(wěn)定性,增強草莓在惡劣低溫環(huán)境中的抗寒能力，從而達到鍛煉提升破環(huán)性環(huán)境適應能力，植物自身抗寒性存在差異，既受自身從母體植株繼承的遺傳物質，又受外界自然環(huán)境的變化的雙重制約[9]。段世萍等[10]在植物受低溫危害的生理機理研究中發(fā)現(xiàn)，低溫環(huán)境會使植物體的生長代謝紊亂，在一定指標上引起植物體的生理變化，嚴重時可能引起植物體組織功能不同程度失靈，乃至死亡；Anita Sonsteby等[11]研究表明總植物干重和葉面積隨溫度和光周期的增加而增加；在調節(jié)草莓植物的生長和發(fā)育條件時，其溫度、日照長度和光強度占主導。

因此，研究低溫對草莓葉綠素、可溶性蛋白、可溶性糖、光響應曲線的影響，以探討草莓抗低溫防御體系的調節(jié)作用，揭示草莓在短期低溫脅迫下的響應機制，為設施草莓的管理提供決策支持，可有效加強草莓對低溫脅迫的防御能力。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選取南京六合地區(qū)農戶種植的“紅顏”(beauty)草莓苗62珠，莖高12～15 cm，莖粗0.8～1.0 cm，于2016年8月在南京信息工程大學Venlo試驗溫室內進行培育。溫室長30.0 m、寬9.6 m、頂高5.0 m、肩高4.5 m，苗床長8 m、寬1 m、深0.5 m。統(tǒng)一培育于土壤、水分和養(yǎng)分等條件一致的基質中，每月施一次有機肥，3個月后剔除長勢差的草莓苗，選擇生長健壯且生長狀況基本一致的草莓苗移入盆中栽培，作為試驗材料。

1.2 試驗方法

將盆內栽培的草莓苗放入人工氣候箱(TGP-2009,Australian)中進行處理，試驗設計為低溫單因素試驗，溫度設置為0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3個處理水平，水分條件和光照條件一致，每個處理時間分別為3、5、7 d，重復3次，以常溫下生長的草莓作為對照ck。

1.3 項目測定

Ha=13.95×L665-6.88×L649

(1)

Hb=24.96×L649-7.32×L665

(2)

Ha表示葉綠素a的濃度,Hb表示葉綠素b的濃度，L665表示提取液在波長665下的吸光度，L649表示提取液在波長649下的吸光度。

1.3.2可溶性蛋白含量測定 采用考馬斯亮藍G-250染色法[13]測定可溶性蛋白含量，試驗經驗公式:

H=(c·Vm/V)/M

(3)

H為樣本蛋白含量，c為查標準曲線每管蛋白質含量，Vm為提取液總體積，V為測定所取提取液體積。

1.3.3 可溶性糖含量的測定 采用蒽酮比色法[14]測定可溶性糖的含量。試驗經驗公式(4)與式(3)相同：

確定各熱料倉礦料和礦粉的用量。必須從二次篩分后進入各熱料倉的礦料取樣進行篩分，根據(jù)篩分結果，通過計算，使礦質混合料的級配接近目標配合比，以確定各熱料倉礦料和礦粉的用料比例，供拌和機控制室使用。同時反復調整冷料倉進料比例，以達到供料均衡。

H=(c·Vm/V)/M

(4)

H為樣本可溶性糖含量，c為查標準曲線每管可溶性糖含量，Vm為提取液總體積，V為測定所取提取液體積。

1.3.4 光響應曲線的測定 應用LI-6400測定凈光合速率Pn，設置光合有效輻射PAR梯度為1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、150、50和0 μmol·m-2·s-1，由LI-6400繪出凈光合速率的點11個，后用Photosynthesis軟件得出光補償點、光飽和點。

1.4 數(shù)據(jù)分析

LI-6400測光響應曲線，采用Microsoft Office Excel 2013、SPSSV21進行相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計計算、分析和作圖。

2 結果和分析

2.1 低溫對草莓葉片葉綠素a、b含量的影響

表1是各低溫處理水平下葉綠素a、b的含量，結果顯示相同低溫水平處理下，脅迫時間越長，對于草莓葉片中的葉綠素a和葉綠素b的影響越顯著，其含量隨低溫脅迫時間的延長而下降。結果表明，0 ℃處理7 d得到的葉綠素a含量下降水平明顯，ck下降0.1 mg·g-1，較ck下降6倍。對于所有處理，最小值普遍出現(xiàn)在7 d處理組，與高冠等[15]研究的番茄花期葉綠素含量變化以及白青華等[16]人對辣椒幼苗葉片葉綠素變化結論一致。葉綠素b相對葉綠素a下降不明顯。

相同時間水平處理下，0 ℃處理的葉綠素a含量低于4 ℃和8 ℃處理，都顯著高于ck，且4 ℃處理低于8 ℃，處理3 d的值顯示8 ℃葉綠素a的含量與0 ℃、4 ℃、ck 3組差異顯著，處理5 d的值(4 ℃、8 ℃)兩組與0 ℃、ck差異顯著，而處理7 d的葉綠素a含量0 ℃和4 ℃、8 ℃、ck差異顯著。

表1表明，同一時間處理下，溫度高的葉綠素b含量普遍高，但也有例外。處理3 d的值除0 ℃外與ck都差異顯著，處理5 d的值4 ℃、8 ℃兩組與ck差異顯著，而處理7 d的葉綠素b含量0 ℃與4 ℃、8 ℃、ck差異顯著。

表1 低溫處理對葉綠素a、b的影響Tab.1 The effect of low temperature treatment on chlorophyll a and chlorophyll b

2.2 低溫對草莓葉片可溶性蛋白的影響

圖1是0 ℃、4℃、8℃處理下草莓葉片可溶性蛋白含量隨時間變化，從圖1a可知草莓葉片受到低溫脅迫的影響，隨時間的延長，此時草莓葉片中的可溶性蛋白含量趨勢先上升后下降，處理3 d的可溶性蛋白含量為1.87 mg·g-1，處理5 d的可溶性蛋白含量變成3.46 mg·g-1，當處理7 d時，可溶性蛋白含量下降為2.03 mg·g-1。脅迫時間除了3 d的可溶性蛋白含量低于ck值以外，其余都高于ck，高出的范圍為10%～50%。

圖1b可知，草莓葉片在受到低溫破壞性試驗后，隨脅迫時間的延長，可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，處理3 d的值為2.13 mg·g-1，處理進行5 d的值為3.88 mg·g-1，處理進行7 d的值為2.58 mg·g-1。處理的可溶性蛋白含量普遍高出21%～73%。

圖1c可知，草莓葉片受到低溫脅迫的影響，隨時間的延長草莓葉片中的可溶性蛋白含量趨勢先升高后下降，處理3 d的可溶性蛋白含量為2.02 mg·g-1，處理5 d的可溶性蛋白含量變成4.02 mg·g-1，當處理7 d時，可溶性蛋白含量下降為3.62 mg·g-1。處理的可溶性蛋白含量普遍高出70 %～110%。

圖1 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8 ℃(c)可溶性蛋白隨時間的變化Fig.1 The changes in 0 ℃(a),4℃(b)8 ℃(c)-soluble protein over time

圖2表明，隨著處理的時間延長，可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出現(xiàn)上升后降低的趨勢變化，且處理5 d和處理7 d的可溶性蛋白含量值均顯著高于ck。處理中以8 ℃的含量值最高，ck的可溶性蛋白含量最低。3 d處理，0 ℃、4 ℃、8 ℃、ck差異都不顯著；5 d處理時0 ℃與8 ℃差異顯著，0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3組與ck差異顯著；7 d處理，8 ℃和0 ℃、4 ℃兩組差異顯著，8 ℃和ck差異顯著，0 ℃和4 ℃差異不顯著。處理結束時各溫度處理高于ck 10 %～58%。

圖2 低溫處理可溶性蛋白動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soluble protein under lowtemperature treatments

綜合上述結果，低溫脅迫下隨時間的延長可溶性蛋白含量先升后降，與朱政等[17]可溶性蛋白含量先下降后上升結論不同，且普遍高出ck的可溶性蛋白含量，與沙偉等[18]對扎龍?zhí)J葦分析的可溶性蛋白含量明顯降低,但仍高于對照組結論大致相同，且與林健忠[19]的結論一致。

2.3 低溫對草莓葉片可溶性糖的影響

0 ℃低溫處理，圖3a表明，草莓在受到低溫破壞性處理后，隨著時間的推移，可溶性糖的變化呈現(xiàn)出下降趨勢，下降幅度在加大。處理3 d的可溶性糖含量為6.13 mg·g-1，處理5 d的可溶性糖含量變成5.87 mg·g-1，處理7 d時可溶性糖含量下降為2.24 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各處理均顯著高于ck，高出的范圍為23%～38%。

圖3 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)可溶性糖隨時間的變化Fig.3 The changes in 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)-soluble sugar over time

4 ℃低溫處理，圖3b表明，較低溫度的脅迫對于草莓葉片的可溶性糖含量的變化，隨著時間的延長，可溶性糖的變化呈現(xiàn)出下降趨勢，下降幅度在有所加大。當脅迫進行3 d，可溶性糖含量為6.61 mg·g-1，至5 d的可溶性糖含量變成6.38 mg·g-1，處理7 d時可溶性糖含量下降為2.48 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各處理均高于ck，高出的范圍為30%～54%。

8 ℃低溫處理，圖3c表明，低溫對于草莓葉片可溶性糖含量的影響，隨時間的延長，草莓葉片中的可溶性糖含量是下降趨勢，處理3 d的可溶性糖含量為6.84 mg·g-1，處理5 d的可溶性糖含量變成6.52 mg·g-1，當處理7 d時，可溶性糖含量下降為3.41 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖濃度低于ck外，其余處理均普遍高出ck處理的可溶性糖含量50%～57%。

受低溫的影響，可溶性糖含量變化由圖4得出，隨低溫處理時間的延長，可溶性糖含量總體呈下降趨勢。3 d處理，4 ℃、8 ℃兩組與ck差異顯著，0 ℃與ck差異顯著，0 ℃與4 ℃、8 ℃兩組差異顯著；5 d處理，結果與3 d處理相同；7 d處理，0 ℃、4 ℃兩組與ck差異顯著，8 ℃與ck差異顯著。

圖4 低溫處理可溶性糖動態(tài)變化Fig.4 The dynamic changes of soluble sugar under lowtemperature treatments

綜合上述結果，低溫脅迫下隨時間的延長可溶性糖的含量顯著降低，普遍高出ck的可溶性糖含量，之后低于ck，與林健忠[19]12h后的可溶性糖變化趨勢一致，但和李小安[20]對扁蓿豆種子的結論相反。在同一時間不同溫度下，8 ℃處理明顯高于其他組溫度的，這結果與崔國文[21]對紫花苜蓿種子結論相悖，可能因其品種不同而有差異。

2.4 低溫對草莓葉片光響應曲線的影響

由圖5a可知，在凈光合速率一定時，溫度為8 ℃的光響應曲線比4 ℃、0 ℃的光合有效輻射要小，在圖5b中ck對照組最高，8 ℃被4 ℃超過，在圖5c中0 ℃此時大于4 ℃，4 ℃有波動在1 500之后又上升。研究表明，同一時間不同溫度處理，凈光合速率為ck和8 ℃對照組高于其他溫度處理，4 ℃高于0 ℃，與解政強等[22]與彭壽強等[23]的結論大體一致，也有不同，在5 d中出現(xiàn)了4 ℃高于8 ℃，7 d中0 ℃高于4 ℃的情況，這可能是低溫對呼吸作用的抑制大于光合作用的抑制。

圖5 光響應曲線Fig.5 Light response curve

光補償點是許多植物在光照條件惡劣的環(huán)境中能充分利用光的指標。從表2可知草莓“紅顏”3 d 8 ℃的光補償點要高于其他兩組不同溫度處理，而在5 d 8 ℃和4 ℃大于ck對照組(725μmol·m-2·s-1)。在7 d的處理中，ck和8 ℃光補償點大于其他兩組溫度的值。表明光補償點同一時間不同脅迫，普遍溫度高的大于溫度低的，這與李曉靖[24]對木荷新萌枝的研究一致。

表2 光合參數(shù)Tab.2 The effect of low temperature treatment on photosynthetic parameters

光飽和點(LSP)是凈光合速率不再隨光合有效輻射繼續(xù)增加的點，光飽和點也是許多植物在光照條件強烈的環(huán)境中利用光的指標。從表2可以看出8 ℃的光飽和點都高于其他溫度，3 d處理下，ck對照組的光飽和點最大，而5 d處理中8 ℃光飽和點最大，在7 d處理中與5 d結果一致。與光補償點結論一致。

3 結論與討論

①不同的惡劣環(huán)境中，不同植被葉綠素含量也各有不同[25]。葉綠素有兩種成分，包括葉綠素a和葉綠素b，8成以上的葉綠素a和所有的葉綠素b的功能是對光能的攝取和移動搬運。研究表明，適宜程度的低溫脅迫能夠鍛煉植株的逆境適應程度，促進草莓的生理反應，刺激葉片葉綠素的產生，對光合作用有利，但過度的低溫迫害會使草莓光合作用能力受到摧殘。

②可溶性蛋白質中對水分的親近是顯著的，當其含量在植物中增加，對植物體本身的益處是其保水能力一定程度上增強[19]，可溶性蛋白對羥自由基有較好的清除作用[26]。一定低溫的鍛煉下，可溶性蛋白含量會增加，其保水能力加強，而過度低溫會使其保水能力喪失，可溶性蛋白含量下降。

③可溶性糖在滲透調節(jié)中起重要作用，可通過調節(jié)植物細胞的滲透勢，以此提高水分的吸收能力，此時糖分升高能減輕呼吸作用對植物體的破壞[19]。可溶性糖決定植物器官合成和同化物的轉運、積累以及最終產量的形成。研究表明適宜低溫下促進糖分的積累，減輕植株在低溫逆境的迫害。當溫度過低或低溫持續(xù)時間過長，植株受到迫害，糖分無法累積。

低溫環(huán)境會使草莓對弱光有適應性，但長時間處于惡劣環(huán)境，會使植株死亡。