三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾低溫抗性的影響

摘要：為了分析不同類型誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾（Poa pratensis）低溫抗性的影響，本試驗(yàn)以草地早熟禾‘巴潤(rùn)’為材料，研究低溫脅迫（白天4℃/黑夜0℃，每天光照14 h，黑暗10 h，光強(qiáng)3500～4000 Lux，相對(duì)濕度60%）下噴施不同濃度的殼聚糖（0，20，50，100，200，300，400和500 μmol·L^-1）、甜菜堿（0，20，40，60，80，100，120和140 μmol·L^-1）和褪黑素（0，25，50，100，200，300，400和500 μmol·L^-1）對(duì)草地早熟禾生理特性的影響。結(jié)果表明：噴施適宜濃度的誘導(dǎo)劑均能有效緩解草地早熟禾幼苗受低溫脅迫危害，三種誘導(dǎo)劑處理的草地早熟禾幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量均低于低溫對(duì)照幼苗，并呈先降后升的趨勢(shì)；葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量呈先升后降趨勢(shì)，抗氧化酶活性顯著提高；通過計(jì)算各指標(biāo)抗寒隸屬函數(shù)值并排序發(fā)現(xiàn)，三種誘導(dǎo)劑中以300 μmol·L^-1濃度的褪黑素的處理效果最佳。

關(guān)鍵詞：草地早熟禾；誘導(dǎo)劑；低溫脅迫；生理特性

中圖分類號(hào)：S945.79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0435（2024）10-3194-11

Effects of Three Inducers on Low Temperature Resistance of Poa pratensis

MA Fu-qin， HAN Yue， LI Wen-xiu， CUI Lin-yu， ZHANG Shi-lin， DONGWen-ke^*

（College of Pratacultural Science， Gansu Agricultural University/Key Laboratory of Grassland Ecosystem/Ministry of Education/

Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province/Sino-U.S. Center for Grassland Ecosystem Sustainability/Key Laboratory of Forage Gerplasm Innovationand Variety Breeding of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Lanzhou， Gansu Province 730070，China）

Abstract：In order to analyze the effects of different types of inducers on the cold resistance of Kentucky bkuegrass （Poa pratensis），the experiment was conducted to study the effects of different concentrations of chitosan （0，20，50，100，200，300，400 and 500 μmol·L^-1），betaine（0，20，40，60，80，100，120 and 140 μmol·L^-1） and melatonin（0，25，50，100，200，300，400 and 500 μmol·L^-1） on the physiological characteristics of Poa pratensis ‘Baron’ under low temperature stress（day 4℃/night 0℃，light 14 hours a day，darkness 10 hours，light intensity 3500-4000 Lux，relative humidity 60%）. The results showed that spraying the appropriate concentration of inducers could effectively alleviate the damage of P. pratensis seedlings under low temperature stress. The relative conductivity and malondialdehyde content of P. pratensis seedlings treated with three kinds of inducers were lower than that of control seedlings under low temperature stress，and showed a trend of first decreasing and then increasing. The contents of chlorophyll，soluble sugar，soluble protein and free proline increased first and then decreased，and the activity of antioxidant enzymes increased significantly. The cold resistance membership function of each index was calculated and sorted. It was found that 300 μmol·L^-1 of melatonin had the best treatment effect.

Key words：Poa pratensis;Inducer;Low temperature stress;Physiological characteristics

收稿日期：2024-01-31；修回日期：2024-05-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（32201457）；草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)）開放課題（KLGE202210）資助

作者簡(jiǎn)介：

馬福欽（1998-），男，漢族，甘肅金昌人，碩士研究生，主要從事牧草及草坪草種質(zhì)資源育種研究，E-mail：Mafq2023@163.com；*通信作者Author of corresponfence，E-mail：dongwk2021@163.com

隨著社會(huì)的發(fā)展，草坪成為人類日常生活和現(xiàn)代文明不可或缺的一部分，具有維持生態(tài)系統(tǒng)、美化環(huán)境、休憩、游玩、運(yùn)動(dòng)等作用，是城市綠化中的重要成分^［1］。草地早熟禾（Poa pratensis ）是城市草坪建植中主要使用的冷季型草坪草之一，具有極深的藍(lán)綠色，質(zhì)地細(xì)嫩，具耐熱、耐寒、耐旱，抗病性較好等優(yōu)點(diǎn)^［2］，在草坪建植以及生態(tài)環(huán)境治理中廣泛應(yīng)用。

低溫是一種最常見的逆境脅迫因子，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，限制植物在自然界中的地理分布。當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，其細(xì)胞膜系統(tǒng)受破壞，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收受到影響，生物合成速率降低^［3］，光能吸收減少，許多生理代謝功能受到阻礙，嚴(yán)重時(shí)可造成植株死亡^［4］。噴施某些化學(xué)物質(zhì)可以提高植物抗寒性，這類化學(xué)物質(zhì)統(tǒng)稱為抗寒誘導(dǎo)劑。殼聚糖（Chitosan，CTS）是甲殼質(zhì)脫乙酞化后得到的一種聚氨基葡萄糖，殼聚糖及其衍生物能提高植物的抗寒能力，在低溫條件下促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高種子的發(fā)芽率，降低細(xì)胞膜透性及丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的積累，提高植物中滲透物質(zhì)的含量，減小低溫脅迫對(duì)幼苗傷害^［5-6］。已有研究發(fā)現(xiàn)，將殼聚糖作為外源物質(zhì)噴施于棉花（Gossypium）^［7］、水稻（Oryza sativa）^［8］和辣椒（Capsicum annuum）^［9］等的葉片，均能提高其低溫抗性。褪黑素（Melatonin，MT）是一種低分子量的吲哚類化合物，在植物中的主要作用是作為活性氧自由基（Reactive Oxygen Species，ROS）清除劑，起到抵御植物內(nèi)部和環(huán)境氧化應(yīng)激的第一層保護(hù)作用，能夠增強(qiáng)植物對(duì)非生物脅迫的抵性，延緩植物葉片的衰老^［10］。噴施外源褪黑激素使低溫脅迫下玉米（Zea mays）幼苗滲透物質(zhì)含量和抗氧化酶活性增加^［11］；減輕了低溫脅迫對(duì)黃瓜（Cucumis sativus）^［12］的光合機(jī)構(gòu)的損傷，降低了低溫造成的膜質(zhì)過氧化程度，能夠增強(qiáng)其抵抗低溫的能力，恢復(fù)幼苗正常生長(zhǎng)。甜菜堿（Betaine，BT）是一種季銨型水溶性生物堿，廣泛存在于動(dòng)植物及微生物中，是維持細(xì)胞穩(wěn)定的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)^［13］。當(dāng)植物處于不良環(huán)境條件下時(shí)，植物體內(nèi)的甜菜堿會(huì)大量積累，用以減輕逆境脅迫對(duì)細(xì)胞膜的損傷，并保護(hù)主要酶活性以及穩(wěn)定光合作用中多肽，從而提高植物適應(yīng)不良環(huán)境的能力^［14］。前人研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施外源甜菜堿能夠緩解低溫脅迫下番茄（Solanum lycopersicum ）幼苗的葉綠素含量下降，增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力，提高其耐低溫能力^［15］。

目前已有低溫脅迫下噴施外源殼聚糖、褪黑素和甜菜堿在狗牙根（Cynodon dactylon）^［16］、小麥（Triticum aestivum）^［17］、水稻^［18］等植物的研究，并獲得了較好的效果。為此，本試驗(yàn)選擇殼聚糖、甜菜堿、褪黑素為誘導(dǎo)劑，探索噴施不同濃度誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗低溫抗性的影響，旨在篩選出最佳誘導(dǎo)劑及其最適濃度，為提高草地早熟禾低溫抗性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料草地早熟禾品種‘巴潤(rùn)’種子由北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供、三種誘導(dǎo)劑殼聚糖、甜菜堿、褪黑素由上海源葉生物科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 幼苗種植與培養(yǎng) 選取顆粒飽滿、完整的草地早熟禾‘巴潤(rùn)’種子，先用70%乙醇消毒30 s，再用20%的次氯酸鈉消毒15 min后用蒸餾水沖洗5～6次，將種子晾干，均勻的撒在盛有清洗干凈并高溫烘干殺菌的沙土的育苗缽中，并用干沙覆蓋，將其表面噴至濕潤(rùn)，每天噴水2次，保證沙子濕潤(rùn)度，并移至光照培養(yǎng)室［每天光照14 h，黑暗10 h，晝夜溫度分別為（23±1）℃和（20±1）℃，相對(duì)濕度60%］。待幼苗長(zhǎng)至2 cm左右時(shí)，需在沙基中澆灌Hoagland's營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.2 噴施誘導(dǎo)劑處理 待幼苗生長(zhǎng)30 d時(shí)，選取形態(tài)和長(zhǎng)勢(shì)基本一致的草地早熟禾幼苗，用小型噴壺分別往植株葉片噴施不同濃度的三種誘導(dǎo)劑，殼聚糖設(shè)置為0，20，50，100，200，300，400和500 μmol·L^-1，甜菜堿設(shè)置為0，20，40，60，80，100，120和140 μmol·L^-1，褪黑素設(shè)置為0，25，50，100，200，300，400和500 μmol·L^-1，并設(shè)置常溫對(duì)照組（CK），每個(gè)處理設(shè)置三次重復(fù)；噴施程度以葉面均勻布滿霧狀水滴為宜；每24 h噴灑葉片1次，連續(xù)噴3次；緩苗1天后將幼苗轉(zhuǎn)入4℃/0℃（白天/黑夜，每天光照14 h，黑暗10 h，光強(qiáng)3500～4000 Lux，相對(duì)濕度60%）光照培養(yǎng)箱中低溫脅迫處理，72 h后采樣測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 普通生理指標(biāo)的測(cè)定 葉片相對(duì)電導(dǎo)率參照魏臻武等^［19］的方法；葉綠素含量采用丙酮法^［20］測(cè)定；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法^［21］測(cè)定；游離脯氨酸（Proline，Pro）含量采用磺基水楊酸提取法^［22］測(cè)定；可溶性糖（Soluble sugar，SS）含量采用蒽酮法^［23］測(cè)定；可溶性蛋白（Soluble protein，SP）含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法^［24］測(cè)定。

1.3.2 抗氧化酶活性測(cè)定 超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（Peroxidase，POD）和過氧化氫酶（Catalase，CAT）酶的活性，參照賀佳圓^［25］的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素ANOVA進(jìn)行分析處理，Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性方差分析；Microsoft Excel 2010用于繪圖和數(shù)據(jù)處理。用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行低溫抗性綜合評(píng)價(jià)^［26］，指標(biāo)性狀與低溫抗性呈正相關(guān)時(shí)（Pro、SS、SP和葉綠素含量以及SOD、POD、CAT活性）使用正隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)，指標(biāo)性狀與低溫抗性呈負(fù)相關(guān)時(shí)（相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量）使用反隸屬函數(shù)。公式如下：

正隸屬函數(shù)公式為：U（X）=（X-X）/（X-X）

反隸屬函數(shù)公式為：U（X） =1- （X-X）/（X-X）

式中，U（X）是隸屬函數(shù)值；X為某一處理水平某指標(biāo)測(cè)定值；X和X為所有參試水平系中某一指標(biāo)中的最大值和最小值；最后將每個(gè)處理各抗寒指標(biāo)的隸屬函數(shù)值相加，求出平均值（D值）進(jìn)行抗寒性排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響

如圖1所示，低溫脅迫下，草地早熟禾幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率較常溫對(duì)照有顯著上升，最大上升幅度為220.3%；葉面噴施不同類型誘導(dǎo)劑后，草地早熟禾幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率均較低溫對(duì)照（0 μmol·L^-1）下降，但均顯著高于CK（P<0.05）。其中與低溫對(duì)照相比，葉面噴施200 μmol·L^-1的殼聚糖、80 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最小值，分別較低溫對(duì)照降低了34.5%，32.2%，38.9%，300 μmol·L^-1褪黑素處理的降低幅度最大。

2.2 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗丙二醛（MDA）含量的影響

如圖2所示，低溫脅迫下，低溫對(duì)照的草地早熟禾幼苗MDA含量較CK顯著上升，但隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的升高，草地早熟禾幼苗的MDA含量均呈先下降后上升的趨勢(shì)。在200 μmol·L^-1的殼聚糖、60 μmol·L^-1的甜菜堿和100 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的MDA含量達(dá)到最小值，分別較低溫對(duì)照降低了44.2%、27.2%、43.4%，其中200 μmol·L^-1殼聚糖處理下的MDA含量降低幅度最大，但在褪黑素濃度為100 μmol·L^-1時(shí)草地早熟禾幼苗的MDA含量最小。

2.3 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗葉綠素含量的影響

如圖3所示，低溫脅迫下，草地早熟禾幼苗的葉綠素含量變化幅度不顯著，但較CK有顯著的降低；且隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的升高，草地早熟禾幼苗的葉綠素含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)。在300 μmol·L^-1的殼聚糖、100 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的葉綠素含量達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照升高了3.9%，3.7%，3.5%，其中300 μmol·L^-1殼聚糖處理的升高幅度最大。

2.4 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗游離脯氨酸（Pro）含量的影響

如圖4所示，低溫脅迫下，隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的Pro含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)。噴施殼聚糖處理的幼苗Pro含量均顯著低于低溫對(duì)照（P<0.05），甜菜堿處理的幼苗Pro含量在濃度為60～80 μmol·L^-1時(shí)顯著高于低溫對(duì)照（P<0.05），褪黑素處理下幼苗Pro的含量均顯著高于低溫對(duì)照（P<0.05）；殼聚糖抑制低溫脅迫下草地早熟禾幼苗Pro的合成，而適宜濃度的甜菜堿和褪黑素能促進(jìn)幼苗Pro的合成；且在80 μmol·L^-1的甜菜堿和200 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的Pro含量達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照升高了18.1%、76.2%，其中200 μmol·L^-1褪黑素的處理升高幅度最大，幼苗的Pro含量最高。

2.5 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗可溶性糖（SS）含量的影響

如圖5所示，三種誘導(dǎo)劑處理對(duì)低溫脅迫下草地早熟禾幼苗的SS含量有顯著的影響，整體表現(xiàn)為隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的SS含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，但變化差異又因誘導(dǎo)劑濃度的差異而不盡相同。其中，低濃度的誘導(dǎo)劑促進(jìn)低溫下草地早熟禾幼苗SS含量的升高，而高濃度誘導(dǎo)劑抑制草地早熟禾幼苗的SS含量的升高，在200 μmol·L^-1的殼聚糖、80 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的SS含量達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照升高了14.4%，15.6%，29.2%，其中300 μmol·L^-1褪黑素處理的升高幅度最大。

2.6 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗可溶性蛋白（SP）含量的影響

如圖6所示，低溫脅迫下，經(jīng)不同類型誘導(dǎo)劑處理后的草地早熟禾幼苗SP含量顯著高于常溫對(duì)照和低溫對(duì)照（P<0.05），同一類型誘導(dǎo)劑處理后的SP含量在不同濃度下存在差異，在300 μmol·L^-1的殼聚糖、100 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的SP含量達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照升高了18.5%，27.4%，43.6%，其中300 μmol·L^-1褪黑素處理的升高幅度最大，但隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的SP含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，且褪黑素處理后SP含量顯著高于其他兩組。

2.7 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

如圖7所示，低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗SOD活性有顯著的影響，隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的SOD活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。無(wú)低溫脅迫時(shí)草地早熟禾幼苗SODXfwmlcprIa64PpWfUs2y7A==活性顯著低于低溫脅迫后；在200 μmol·L^-1的殼聚糖、80 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的SOD活性達(dá)到最大值，且顯著高于低溫對(duì)照（P<0.05），分別較低溫對(duì)照升高了16.0%，14.8%，45.2%，其中褪黑素處理后SOD活性上升最為顯著。

2.8 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗過氧化物酶（POD）活性的影響

如圖8所示，隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的POD活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)，但各類型誘導(dǎo)劑處理下差異較大。低溫對(duì)照（0 μmol·L^-1）和常溫對(duì)照（CK）差異不顯著，隨著誘導(dǎo)劑濃度的升高，300 μmol·L^-1的殼聚糖、80 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的POD活性達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照升高了42.0%，28.7%，119.2%。在褪黑素濃度為400 μmol·L^-1和500 μmol·L^-1時(shí)POD活性仍顯著高于CK和低溫對(duì)照處理（P<0.05）。

2.9 低溫脅迫下三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾幼苗過氧化氫酶（CAT）活性的影響

如圖9所示，低溫對(duì)照的CAT活性顯著低于CK的活性（P<0.05）；隨著不同類型誘導(dǎo)劑濃度的增加，草地早熟禾幼苗的CAT活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。在300 μmol·L^-1的殼聚糖、100 μmol·L^-1的甜菜堿和300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾幼苗的CAT活性達(dá)到最大值，分別較低溫對(duì)照（0 μmol·L^-1）升高了17.5%，12.8%，42.7%，其中300 μmol·L^-1褪黑素處理的升高幅度最大。

2.10 草地早熟禾抗寒性綜合評(píng)價(jià)

通過計(jì)算各指標(biāo)抗寒隸屬函數(shù)均值，對(duì)三種不同濃度誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾低溫抗性的誘導(dǎo)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)300 μmol·L^-1的褪黑素處理下草地早熟禾抗寒評(píng)價(jià)值最大為0.880，抗寒性最強(qiáng)，其次是褪黑素濃度為200 μmol·L^-1時(shí)；500 μmol·L^-1的殼聚糖處理，抗寒評(píng)價(jià)值最小為0.200，抗寒性最弱（表1）。

3 討論

低溫脅迫使植物細(xì)胞膜脂過氧化，質(zhì)膜透性改變或失去透性，MDA大量積累，胞內(nèi)物質(zhì)泄露，從而導(dǎo)致電解質(zhì)升高，因此植物細(xì)胞膜脂過氧化程度及電解質(zhì)外滲程度常用MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表現(xiàn)，代表脅迫對(duì)植物的損失程度。本研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下未進(jìn)行三種外源誘導(dǎo)劑（0 μmol·L^-1）處理的草地早熟禾幼苗相對(duì)電導(dǎo)率、MDA相對(duì)于常溫對(duì)照（CK）有明顯phrnBwj3QI4IQrAg0PFGgQ==上升，而三種外源誘導(dǎo)劑處理后草地早熟禾幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA有顯著降低的趨勢(shì)。這與練華山等^［27］在殼聚糖緩解低溫處理對(duì)絲瓜（Luffa aegyptiaca）幼苗的影響研究和尉欣榮等^［28］在低溫脅迫下褪黑素對(duì)多年生黑麥草（Lolium perenne）幼苗生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的作用中的研究結(jié)果一致。殼聚糖、甜菜堿和褪黑素三種誘導(dǎo)劑能緩解低溫對(duì)草地早熟禾幼苗細(xì)胞膜脂的過氧化，保證細(xì)胞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性，從而提高了草地早熟禾幼苗的低溫抗性。

植物在應(yīng)對(duì)不利于其生長(zhǎng)的環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞滲透物質(zhì)增加，來(lái)維持低溫環(huán)境下細(xì)胞的滲透平衡^［29］。Pro、SS、SP作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其作用是提高細(xì)胞的保水能力，抑制了電解質(zhì)外流，防止活性氧對(duì)膜脂和蛋白質(zhì)的過氧化作用，保護(hù)生物膜，減輕細(xì)胞損傷程度^［30］。朱云林等^［31］研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下殼聚糖可以使水稻幼苗滲透物質(zhì)的含量升高，維持細(xì)胞正常酸堿度和穩(wěn)定生物膜滲透性。本研究表明，低溫脅迫增加了草地早熟禾幼苗體內(nèi)Pro，SS和SP的含量，并且葉面噴施殼聚糖后Pro等滲透物質(zhì)的含量隨殼聚糖濃度的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)。這可能是由于適當(dāng)濃度的殼聚糖可以破壞細(xì)胞膜的完整性，而正是由于這種破壞，才會(huì)誘發(fā)一系列有利于增強(qiáng)抵抗力的生理變化，激活酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶促抗氧化系統(tǒng)^［32］。本研究也表明，低溫脅迫下草地早熟禾幼苗的滲透物質(zhì)含量顯著高于常溫對(duì)照，并且在葉面噴施甜菜堿后這些物質(zhì)的含量進(jìn)一步的上升，說明甜菜堿可以提高草地早熟禾幼苗體內(nèi)滲透物質(zhì)的含量。其原因可能是，外源甜菜堿在提高滲透物質(zhì)合成途徑中關(guān)鍵酶的活性，促進(jìn)酶的合成方面具有一定作用。白如意等^［33］研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下，100 μmol·L^-1的褪黑素處理顯著提高了南瓜幼苗中SS等物質(zhì)的含量，減輕了低溫脅迫對(duì)南瓜幼苗的傷害。本研究也發(fā)現(xiàn)葉面噴施褪黑素后，草地早熟禾幼苗的Pro、SS和SP含量明顯上升；其中，200～300 μmol·L^-1褪黑素處理效果最為顯著，噴施外源褪黑素可以通過誘導(dǎo)草地早熟禾幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，維持滲透勢(shì)平衡，從而提高草地早熟禾抵抗低溫的能力。

植物能夠通過光合作用合成有機(jī)物，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)。葉綠素是植物光合作用中重要的物質(zhì)之一，也是反映葉片受損程度的一個(gè)直接指標(biāo)^［34］。低溫脅迫會(huì)造成葉綠體和線粒體電子傳遞系統(tǒng)紊亂，是導(dǎo)致過量ROS產(chǎn)生的主要原因之一，也是破壞光合膜和其他細(xì)胞膜的主要因素之一，從而引發(fā)脅迫破壞。低溫脅迫會(huì)破壞植物葉片細(xì)胞中葉綠體的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉綠素發(fā)生降解，影響光能的吸收、轉(zhuǎn)化和分配，阻礙光合電子傳遞和破壞光合機(jī)制，抑制碳同化作用，最終導(dǎo)致植物葉片的光合能力下降^［35］。楊文飛等^［36］研究發(fā)現(xiàn)，低溫處理下水稻幼苗葉片中葉綠素含量下降，且隨著低溫時(shí)間的延長(zhǎng)，呈逐漸下降的趨勢(shì)，與葉綠素的合成和降解有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，低溫下草地早熟禾幼苗葉片中葉綠素的含量顯著低于常溫對(duì)照。練華山等^［27］研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可以顯著提高絲瓜幼苗葉片中葉綠素的含量，其原因可能是殼聚糖可有效抑制低溫下葉綠體類囊體片層結(jié)構(gòu)紊亂、被膜內(nèi)陷或破裂，促進(jìn)葉綠體形成和葉綠素合成。此外，甜菜堿還能維持逆境條件下植物葉綠體體積，增加葉綠素a/b的值，降低類胡蘿卜素和葉綠素的比值，保持Ca²⁺-ATPase活性和希爾反應(yīng)活力，以維持植物的光合能力^［39］。已有的研究表明，褪黑素可以通過上調(diào)冷響應(yīng)途徑的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子CBFs/DREBs和低溫應(yīng)答基因COR15a的表達(dá)水平，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子CAMTA1，ZAT10和ZAT12的表達(dá)，從而提高擬南芥（Arabidopsis thaliana）的冷凍耐受性^［38］。本試驗(yàn)中，葉面噴施殼聚糖、甜菜堿和褪黑素三種誘導(dǎo)劑能顯著減緩低溫下葉綠素降低的趨勢(shì)，表明殼聚糖、甜菜堿和褪黑素可以通過增強(qiáng)葉綠素合成相關(guān)基因的表達(dá)或抑制低溫下葉綠體結(jié)構(gòu)的紊亂，維持草地早熟禾葉片內(nèi)葉綠素含量的穩(wěn)定，增強(qiáng)草地早熟禾對(duì)低溫的抗性。

在正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)足以保護(hù)植物體免受活性氧的傷害，而低溫脅迫下，由于植物細(xì)胞膜脂過氧化，并產(chǎn)生大量的ROS，使植物細(xì)胞膜受到傷害；但抗氧化酶活性也相應(yīng)升高，來(lái)增強(qiáng)植物的抗氧化能力，減緩低溫對(duì)植物細(xì)胞造成的傷害^［39］。SOD具有催化歧化反應(yīng)生成O和HO的作用，因此，被認(rèn)為是植物逆境抗性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)^［40］。植物的低溫抗性強(qiáng)弱與植物體內(nèi)是否能夠維持較高的SOD活性水平有關(guān)^［41］。POD和CAT是植物體內(nèi)常見的氧化還原酶，具有分解植物體內(nèi)HO防止細(xì)胞受損的作用，并與SOD一起在減少生物氧自由基濃度上共同作用，與植物低溫?fù)p傷和耐寒性密切相關(guān)^［42］。徐婷等^［43］研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下外源甜菜堿處理的玉米幼苗SOD、POD、CAT活性顯著提高，能有效緩解低溫對(duì)玉米幼苗的危害，其原因可能是甜菜堿能與膜外蛋白質(zhì)的羧基陰離子相互作用，使低溫下細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)不被破壞^［44］。張嘉雯等^［45］研究表明，低溫脅迫下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，煙草（Nicotiana tabacum）幼苗的SOD和CAT活性先降低后升高，而POD活性呈持續(xù)降低的趨勢(shì)，其可能是低溫脅迫初期ROS大量積累，消耗了更多的抗氧化酶，褪黑素處理后這三種酶的活性均上升。低溫脅迫下草地早熟禾SOD活性顯著升高，POD和CAT的活性上升幅度較小，而葉面噴施殼聚糖、甜菜堿和褪黑素處理后這三種酶的活性顯著升高，說明殼聚糖、甜菜堿和褪黑素能夠提高抗氧化酶的活性，在低溫脅迫時(shí)增強(qiáng)草地早熟禾幼苗清除ROS的能力，提高草地早熟禾幼苗的低溫抗性。

4 結(jié)論

噴施三種誘導(dǎo)劑均能有效緩解低溫對(duì)草地早熟禾幼苗造成的傷害，但三種誘導(dǎo)劑對(duì)草地早熟禾低溫抗性的增強(qiáng)效果不同，抗低溫效果由強(qiáng)到弱依次為褪黑素、甜菜堿、殼聚糖，且同種誘導(dǎo)劑不同濃度之間存在濃度效應(yīng)。通過抗低溫綜合評(píng)價(jià)值相關(guān)性分析表明，300 μmol·L^-1褪黑素噴施處理對(duì)提高草地早熟禾幼苗低溫抗性的作用效果最強(qiáng)。

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（責(zé)任編輯 彭露茜）