西番蓮不同種質資源抗寒性測定

郭玉琳　吳鳳禪　李安定　蔡國俊

摘 ?要：為篩選貴州抗寒性強的西番蓮品種，設定5個低溫處理梯度，測定不同低溫脅迫下6個品種西番蓮枝條膜脂特性、可溶性物質、細胞保護酶，分析其變化趨勢，并通過隸屬函數(shù)法綜合評價各品種抗寒能力。研究結果表明，所有品種枝條相對電導率均隨處理溫度降低而增加，‘藍香西番蓮’（）、‘瑪格麗特西番蓮’（‘’）、‘貴寒1號’（）半致死溫度較其他低，各品種MDA變化趨勢差異較大，總體上–20℃下MDA含量高于5℃處理，‘瑪格麗特西番蓮’‘貴寒1號’‘臺農(nóng)1號’‘巨無霸黃金果’枝條可溶性糖隨處理溫度降低呈下降趨勢，各西番蓮品種枝條可溶性蛋白質含量隨處理溫度降低呈先增加后減少趨勢，除‘巨無霸黃金果’外，其他品種枝條CAT酶活性均隨處理溫度下降呈先上升后下降趨勢，枝條POD酶活性隨處理溫度下降呈先上升后下降趨勢，各品種枝條SOD酶活性隨溫度變化趨勢差異較大。根據(jù)隸屬函數(shù)法判定6個西番蓮品種均為Ⅱ級，中抗寒性品種，得出各品種抗寒性強弱順序為：‘貴寒1號’>‘藍香西番蓮’>‘瑪格麗特西番蓮’>‘臺農(nóng)1號’>‘紫花西番蓮’（）>‘巨無霸黃金果’。

關鍵詞：西番蓮;抗寒性;生理特性;隸屬函數(shù)法中圖分類號：S65??????文獻標識碼：A

?

?is an important fruit to raise peasants’ income in rough country in subtropical China. Cold resistance of ?is crucial to keep survival rates， quality and yield. In order to screen strong cold resistance varieties in Guizhou， we set five low temperature gradients， 5℃， 0℃， ?5℃， ?10℃， ?20℃， for 6 ?varieties from Pingtang， Guizhou， China， and determined the membrane lipid characteristics， soluble substances， and cell protective enzymes， and then analyzed the variation trend of above indictors under different temperature treatment. Finally we used the membership function method to evaluate the cold resistance capacity of ?comprehensively. The results showed the relative electric conductivity increased with decreasing temperature （mean relative electric conductivity of the varieties 35.19% in 5℃?treatment and 89.71% in 20℃?treatment）， the semilethal temperature of ，‘’?and was lower than that of other varieties （?1.426?0.98℃）. We also found the variation trends of intracellular malondialdehyde in plants （MDA） were different among varieties， and the MDA content under ?20℃?treatment was generally higher than that under 5℃?treatment. When temperature decreased， the soluble sugar of majority varieties declined， the descent range of ‘QueenJuwuba’ was the highest （59.24%） while that of ‘Tainong’was the lowest （31.26%）. Soluble protein content in the branches of all varieties increased first and then declined with decreasing treatment temperature. Catalase （CAT） activity was processed with temperature drop of all varieties except ‘QueenJuwuba’. Variation trend of peroxidase （POD） enzyme activity was the same as CAT. However， the variation of superoxide dismutase （SOD） enzyme activity with temperature was different among varieties. Through the membership function method， we identified the cold resistance of the varieties was in II?level， its ranking with membership was： ‘GuiHanNo.1’ （0.543） >?（0.542）>‘’?（0.521）> ‘Tainong’（0.501）>?（0.489）> ‘QueenJuwuba’（0.459）. The results indicated the cold-resistant of ‘GuiHanNo.1’ and ?was the strongest among the six varieties， while the cold-resistant of ‘QueenJuwuba’ was the poorest. The cold resistance should?be improved for all six varieties.

; cold resistance; physiology properties; membership function

： 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.010

植物的生長發(fā)育除了依靠自身的生理調節(jié)外，還受外部環(huán)境影響，其中低溫脅迫是重要的外部影響因素之一。低溫分為冷害和凍害，冷害指0～10℃對植物造成的傷害，凍害指0℃以下溫度對植物造成的傷害，低溫不僅是影響植物自然地理分布的主要環(huán)境條件，也是制約農(nóng)林生產(chǎn)活動的重要因素，當外界環(huán)境溫度變低時，植物體內(nèi)的生理調節(jié)也會隨之變化以減輕低溫對植物造成的傷害，植物細胞膜系統(tǒng)是最先受低溫脅迫影響的部位，低溫會破壞植物細胞膜系統(tǒng)，導致溶質外滲，引起細胞電導率發(fā)生改變，因此，植物抗寒性強弱與電導率變化密切相關，除此之外，植物細胞內(nèi)丙二醛（MDA）含量與植物細胞質膜損傷程度呈負相關，可據(jù)此判定植物抗寒性強弱。

低溫脅迫下，細胞內(nèi)可溶性糖可增強細胞保水能力，保護細胞器和生物膜，為新陳代謝提供能量?？扇苄缘鞍滓簿咴鰪娂毎Ｋ芰Α⒄{控抗寒基因等作用，通過研究低溫脅迫下植物可溶性糖和蛋白的變化分析植物抗寒性在葡萄等多種農(nóng)作物上已得到廣泛應用。

酶作為植物體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)的重要物質，低溫脅迫下可保持清除活性氧自由基的作用，調節(jié)細胞膜透性，防止膜損傷，超氧化物歧化酶（SOD），過氧化物酶（POD），過氧化氫酶（CAT）是研究得最多的保護酶系統(tǒng)，抗寒性強的植物在低溫下仍能維持較高的酶活性水平。目前，以上植物生理指標在多種經(jīng)濟作物抗寒品種（如水稻、小麥等）篩選中均有較充分的研究，但關于西番蓮生理指標對低溫脅迫的響應及抗寒性判定研究較少。

西番蓮（）原產(chǎn)于熱帶地區(qū)，目前主要栽培于我國廣西、云南等地。貴州屬于喀斯特地貌，石漠化問題嚴重，西番蓮作為常綠攀巖型植物，具有良好的植被覆蓋能力及經(jīng)濟效益，是防治喀斯特地區(qū)石漠化防的理想栽培作物。西番蓮種植平均氣溫為18℃以上，而貴州省常年溫度為16℃左右，且冬季貴州大部分地區(qū)溫度在0℃左右，導致西番蓮不能順利越冬，因此，選取抗寒性較強的西番蓮品種極為迫切。本研究主要通過設定不同低溫處理，測定‘貴寒1號’等6個品種的西番蓮枝條膜脂特性、可溶性物質、細胞保護酶類對低溫處理的響應，旨在選出抗寒性較強的西番蓮品種，通過本研究，可以為喀斯特地區(qū)西番蓮引種栽培和培育提供理論依據(jù)。

材料與方法

??材料

試驗材料為西番蓮一年成熟標準株枝條，材料全部采自貴州省平塘種植基地，分別有‘貴寒1號’（）、‘巨無霸黃金果’、‘瑪格麗特西番蓮’（‘’）、‘臺農(nóng)1號’、‘藍香西番蓮’（）、‘紫花西番蓮’（）6個品種。

方法

1.2.1 ?半致死溫度測定 ?對各株系西番蓮一年生枝條進行室內(nèi)人工低溫試驗。將每個品種的西番蓮枝條剪成數(shù)段，分成6份，將枝條沖洗干凈，并用吸水紙吸干枝葉表面水分，然后用自封袋保存并放入人工智能培養(yǎng)箱（溫度控制精度為±0.1℃，用水銀溫度計進行校準）進行不同梯度溫度處理，低溫分別設置為5、0、–5、–10、–20℃，待溫度穩(wěn)定后維持16?h后在室溫中解凍，放入50?mL的三角瓶中，加人40?mL重蒸餾水，用真空干燥器抽20～30?min，搖勻后用電導儀測出電導率（），代表低溫處理的電解質滲出量。再將其放入蒸鍋中（用保鮮膜封瓶口）蒸30 min后，測得不同植物部位被殺死后的電導率（），代表處理材料的原生質膜全部破壞后所滲出電解質的總量。以上實驗3次重復，以浸泡液的導電率為對照（）。電解質滲出率（）=??將測得的電導率曲線進行非線性回歸分析，采用Logistic回歸方程擬和，Logistic回歸方程的表達式為：=/（1+）。=電解質滲出率，=處理溫度，=細胞傷害率和飽和容量，為方程參數(shù)。對和進行回歸分析，得出的數(shù)值，由Logistic求取二級導數(shù)得出=ln，此時值即半致死溫度（LT）。

1.2.2 ?枝條MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、SOD、POD、CAT測定 ?采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量，蒽酮法測定可溶性糖（soluble sugar， SS）含量，考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白（soluble protein， SP）含量，氮藍四唑（NBT）法測氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性，愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶（peroxidase， POD）活性，過氧化氫還原法測過氧化氫酶（catalase， CAT）活性，每個指標重復測3次，結果取平均值。

數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計算、制圖等采用Excel軟件處理，SPASS軟件進行相關系數(shù)分析。

?結果與分析

西番蓮枝條膜脂特性對低溫脅迫的響應

由表1可知，隨著溫度的降低，所有品種的西番蓮相對電導率逐漸上升，5℃時，‘貴寒1號’電導率最低，‘臺農(nóng)1號’電導率最高，當溫度下降至0℃時，所有品種的相對電導率變化趨勢不大，當溫度下降至?5℃時，‘貴寒1號’‘巨無霸黃金果’‘臺農(nóng)1號’的電導率顯著上升，電導率在70%左右，說明枝條受到了傷害，其中‘臺農(nóng)1號’電導率最高，‘貴寒1號’電導率最低;其余品種變化電導率均在50%以下，說明枝條受到的傷害要小于上述5個品種，當溫度下降至?10℃時，‘瑪格麗特西番蓮’‘藍香西番蓮’‘紫花西番蓮’的電導率顯著上升，說明在?5～?10℃溫度區(qū)間內(nèi)，對該品種的枝條傷害較大;在?10～?20℃時，6個西番蓮品種的電導率持續(xù)上升，相對電導率均在85%～93%之間，說明該溫度區(qū)間下6個品種的西番蓮枝條已經(jīng)受到最大傷害。

根據(jù)在不同溫度條件下測定的6個西番蓮品種枝條的相對電導率可求得其Logistic方程、低溫半致死溫度及擬合度，求取結果見表2。6個西番蓮品種的擬合度在0.903～0.977之間，擬合度較高，說明數(shù)據(jù)可信度高，從Logistic方程統(tǒng)計結果可以看出，6個西番蓮品種的半致死溫度范圍為0.980～?3.359之間，半致死溫度最低為‘藍香西番蓮’，最高為‘臺農(nóng)1號’，通過半致死溫度數(shù)值對這6個品種的抗寒性進行排序，結果為：‘藍香西番蓮’>‘紫花西番蓮’>‘瑪格麗特西番蓮’>‘貴寒1號’>‘巨無霸黃金果’>‘臺農(nóng)1號’。

一般認為，MDA含量積累越多，機體中清除自由基的能力越差，組織自我保護能力越弱。由圖1可知，5℃處理下各品種MDA含量最低，相對5℃處理，0℃處理后5個品種枝條MDA含量上升幅度顯著，‘貴寒1號’‘紫花西番蓮’‘臺農(nóng)1號’‘藍香西番蓮’MDA含量均在0℃處理時達到最大，說明在0℃處理下‘貴寒1號’‘紫花西番蓮’‘臺農(nóng)1號’‘藍香西番蓮’‘巨無霸黃金果’枝條細胞質膜已嚴重受損，‘瑪格麗特西番蓮’枝條MDA含量隨處理溫度降低緩

慢上升，在?10℃處理下達到最高。

??西番蓮枝條可溶性物質對低溫脅迫的響應

隨處理溫度降低，‘瑪格麗特西番蓮’‘貴寒1號’‘臺農(nóng)1號’‘巨無霸黃金果’枝條可溶性糖含量均呈下降趨勢（圖2）。‘藍香西番蓮’與‘紫花西番蓮’枝條可溶性糖含量變化趨勢相似，在5～?5℃處理下降低，?10℃處理下略有回升，所有品種枝條可溶性糖含量最高值均出現(xiàn)在5℃處理時，最低值出現(xiàn)在?20℃處理，且最高值與最低值差異極顯著，‘巨無

霸黃金果’降幅最大（59.24%），‘臺農(nóng)1號’降幅最小（31.26%）。

除‘巨無霸黃金果’外，各西番蓮品種枝條可溶性蛋白質含量隨處理溫度降低呈先增加后減少趨勢（圖3），且?5℃處理下，除‘巨無霸黃金果’外的其他品種枝條可溶性蛋白含量都處于較高水平（50.68～55.00?μg/mL），‘巨無霸黃金果’枝條可溶性蛋白質含量隨處理溫度降低呈下降趨勢。

??西番蓮枝條細胞保護酶類對低溫脅迫的響應

除‘巨無霸黃金果’外，其他品種枝條CAT酶活性均在5～0℃處理間上升，隨后隨處理溫度下降呈下降趨勢（圖4），‘藍香西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’和‘貴寒1號’下降趨勢較緩。

‘紫花西番蓮’‘巨無霸黃金果’‘瑪格麗特西番蓮’‘藍香西番蓮’‘貴寒1號’枝條POD酶活性在?10～?20℃降幅最大（21.52%～33.77%），5～??10℃間變化幅度較?。?.40%～8.58%），‘臺農(nóng)1號’枝條酶活性在0℃處理時達到最高值，隨后隨處理溫度降低基本呈直線下降趨勢。

枝條SOD酶活性變化與溫度關系較復雜，‘紫花西番蓮’和‘藍香西番蓮’枝條SOD酶活性隨處理溫度降低呈先上升后下降隨后上升趨勢，最低值出現(xiàn)在?5℃處理下，‘貴寒1號’枝條SOD酶活性最低值也出現(xiàn)在?5℃處理下，但隨處理溫度降低，其變化趨勢為先降低后上升，‘臺

農(nóng)1號’和‘巨無霸黃金果’枝條SOD酶活性在?5℃處理下達到最大值，‘瑪格麗特西番蓮’枝條SOD酶活性則隨處理溫度降低呈下降趨勢，當溫度小于?10℃時，其值有回升，但與?10℃下的值差異不顯著。

?隸屬函數(shù)法對西番蓮抗寒性綜合評價

參照董萬鵬等、姜麗娜等的隸屬函數(shù)法及對抗寒性劃分方法，對各指標進行抗寒性判定，6個品種均為Ⅱ級，中抗寒性品種，其平均隸屬度由大到小為：‘貴寒1號’>‘藍香西番蓮’>‘瑪格麗特西番蓮’>‘臺農(nóng)1號’>‘紫花西番蓮’>‘巨無霸黃金果’（表3）。

?討論

低溫脅迫下，西番蓮枝條膜脂特性、可溶性物質、細胞保護酶類均隨不同溫度處理產(chǎn)生不同變化趨勢。枝條相對電導率均隨處理溫度降低而增加，低溫易使細胞間隙中的水分結冰，產(chǎn)生壓力，將細胞內(nèi)的水分向間隙中擠壓，導致原生質脫水，從而增大細胞膜透性，相對電導率增加?！{香西番蓮’‘紫花西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’相對電導率在?5℃處理下均處于較低水平，當處理溫度小于?10℃時，各品種電導率差異小，說明‘藍香西番蓮’‘紫花西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’細胞膜透性抗性較其他品種強，當溫度低于?10℃時，西番蓮枝條細胞膜受損嚴重。由相對電導率推算的各品種半致死溫度結果顯示，‘藍香西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’‘貴寒1號’半致死溫度較低（分別為?3.359℃，?2.384℃，?1.426℃），抗寒性強，其中‘貴寒1號’半致死溫度較董萬鵬等研究的‘貴寒1號’半致死溫度高（?2.857℃）。

細胞膜受到逆境傷害時，膜脂產(chǎn)生過氧化作用，生成MDA，因此MDA與相對電導率表征作用一致，低溫下枝條MDA含量越大，細胞膜質過氧化程度越嚴重。相對其他品種來說，‘瑪格麗特西番蓮’枝條MDA含量隨溫度降低上升幅度較小，說明其抗寒性強。

可溶性糖增加利于提高細胞液濃度，增強植物抗寒性，有研究認為溫度下降促進植物可溶性糖積累，抗寒性越強的物質細胞內(nèi)可溶性糖含量增加幅度越大;本研究中‘藍香西番蓮’與‘紫花西番蓮’枝條可溶性糖與其余品種相比含量在?10℃處理下略有回升，說明‘藍香西番蓮’和‘紫花西番蓮’抗寒性較其他品種強。可溶性蛋白促進細胞持水力增強，可減少因原生質結冰造成的病害，本研究中除‘巨無霸黃金果’外，各西番蓮品種枝條可溶性蛋白質含量隨處理溫度降低呈先增加后減少趨勢，且?5℃處理下，除‘巨無霸黃金果’外的其他品種枝條可溶性蛋白含量都處于較高水平（50.68～55.00?μg/mL），說明‘巨無霸黃金果’相較其余品種抗寒性較差，董萬鵬等的研究也發(fā)現(xiàn)隨處理溫度降低西番蓮可溶性蛋白呈先上升后下降趨勢，所得結果一致。

超氧歧化酶和過氧化物酶同工酶可作為參與植物抗逆反應的催化劑，調節(jié)膜透性和防止膜的損傷，當植物處于低溫脅迫時，SOD、CAT、POD三種膜保護酶相互協(xié)調共同提高植物體抗寒的能力，一般認為，酶活性越強越利于植物抗寒。除‘巨無霸黃金果’外，其他品種枝條CAT酶活性均隨處理溫度下降呈先上升后下降趨勢，‘藍香西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’和‘貴寒1號’下降趨勢較緩。‘紫花西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’‘藍香西番蓮’‘貴寒1號’枝條POD酶活性降幅較?。?.40%～8.58%），枝條SOD酶活性變化與溫度關系較復雜?！{香西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’和‘貴寒1號’低溫下有較強的酶活性，利于抗寒。

根據(jù)隸屬函數(shù)法判定6個西番蓮品種均為Ⅱ級，中抗寒性品種，其平均隸屬度由大到小為：‘貴寒1號’>‘藍香西番蓮’>‘瑪格麗特西番蓮’>‘臺農(nóng)1號’>‘紫花西番蓮’>‘巨無霸黃金果’，‘貴寒1號’‘藍香西番蓮’‘瑪格麗特西番蓮’與抗寒性呈正相關的生理指標（如CAT、POD）均表現(xiàn)為同一低溫處理下較其他品種更高的值，或下降趨勢較緩，與抗寒性呈負相關的生理指標（如MDA）則表現(xiàn)為同一低溫處理下較其他品種更低的值，隸屬度結果與各生理指標測定結果吻合。董萬鵬等的研究也表明‘貴寒1號’較其他西番蓮品種有更強的抗寒性。

結論

本研究結果表明，6個西番蓮品種均為Ⅱ級，中抗寒性品種，得出各品種抗寒性強弱順序為：‘貴寒1號’>‘藍香西番蓮’>‘瑪格麗特西番蓮’>‘臺農(nóng)1號’>‘紫花西番蓮’>‘巨無霸黃金果’。

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