張亞玲,幸宏偉,郭　寧,韓　碩,宗　梅,劉　凡,王桂香

(1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,重慶　400067;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院 蔬菜研究中心,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京　100097)

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羽衣甘藍(lán)抗寒生理特性研究

張亞玲1,2,幸宏偉1,郭寧2,韓碩2,宗梅2,劉凡2,王桂香2

(1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,重慶400067;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院 蔬菜研究中心,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100097)

觀賞羽衣甘藍(lán)作為秋冬季節(jié)重要的園林綠化植物,抗寒性直接影響其推廣和應(yīng)用。為了闡明羽衣甘藍(lán)響應(yīng)低溫的生理特性,揭示抗寒機(jī)理,以北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組選配的優(yōu)良F1雜種作為研究試材,分析不同低溫處理下葉片電導(dǎo)率變化和半致死溫度,以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性的變化。結(jié)果顯示,羽衣甘藍(lán)葉片電導(dǎo)率在-5 ℃以下迅速升高,-10 ℃左右達(dá)到最大值;半致死溫度為-10.3～-13.7 ℃,紅色類型低于白色類型,羽葉和圓葉低于皺葉類型。上述研究結(jié)果與觀賞羽衣甘藍(lán)田間抗寒表現(xiàn)一致。低溫處理下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性響應(yīng)特性表明,不同指標(biāo)呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì),除了可溶性糖在-10 ℃含量最高外,可溶性蛋白和游離脯氨酸含量,以及超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性均在-5 ℃或-8 ℃達(dá)到最大值,并隨溫度進(jìn)一步降低而下降。主成分分析結(jié)果表明半致死溫度、可溶性糖和游離脯氨酸含量是導(dǎo)致羽衣甘藍(lán)抗寒性差異的主要因素。研究結(jié)果為建立羽衣甘藍(lán)抗寒性評(píng)價(jià)體系,進(jìn)一步解析抗凍機(jī)理,培育抗寒新品種奠定理論基礎(chǔ)。

羽衣甘藍(lán);抗寒性;半致死溫度;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);抗氧化酶

溫度是植物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子,低溫嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育并限制作物的分布和產(chǎn)量[1-3]。我國(guó)北方冬季寒冷干燥,既不利于園林植被生長(zhǎng),也限制了蔬菜等作物的生產(chǎn)。提高作物自身的抗寒性,培育抗寒新品種,是建設(shè)綠色都市、保障冬季菜籃子工程的重要途徑。

羽衣甘藍(lán) (Brassicaoleraceavar.acephala) 系十字花科蕓薹屬甘藍(lán)種的一個(gè)變種,兩年生草本,葉形豐富,葉色絢麗,營(yíng)養(yǎng)豐富,既可用于城市綠化,也是餐桌上的美食,為賞食兼用的優(yōu)良材質(zhì)[4]。它抗寒耐凍性強(qiáng),耐旱,形態(tài)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為葉表具蠟質(zhì)、葉片全緣或深裂,根系生長(zhǎng)旺盛,細(xì)胞對(duì)低溫和脫水脅迫的調(diào)控能力強(qiáng),是研究蕓薹屬蔬菜作物非生物逆境,特別是抗寒機(jī)制及抗性基因的優(yōu)良材料。

本試驗(yàn)以北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組選配的優(yōu)良羽衣甘藍(lán)F1雜種為試材,分析不同羽衣甘藍(lán)材料在不同低溫處理下相對(duì)電導(dǎo)率和半致死溫度,不同溫度處理滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和蛋白、游離脯氨酸的含量,以及抗氧化酶POD和SOD活性變化,闡明羽衣甘藍(lán)響應(yīng)低溫的生理特性,為揭示羽衣甘藍(lán)抗寒機(jī)理,建立抗寒性綜合評(píng)價(jià)體系,培育抗性新品種提供理論依據(jù)。

1　材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

電導(dǎo)率和半致死溫度研究選用北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心生物技術(shù)課題組培育的14個(gè)羽衣甘藍(lán)F1雜種/雜交組合(表1),以不耐寒的49菜心作為對(duì)照;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性分析選用不同葉形葉色,并且半致死溫度存在差異的9份F1雜種/雜交組合(表1中下劃線標(biāo)示的材料)。所有材料于2014年8月15日播種,9月16日定植于18 cm×18 cm的花盆中,于北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心溫室中進(jìn)行常規(guī)管理,每個(gè)品種(品系)每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù),均選取定植60 d,經(jīng)過(guò)不同低溫處理后中層相同部位的健康葉片。

表1　試驗(yàn)材料名稱和來(lái)源及表現(xiàn)型

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定與半致死溫度的計(jì)算取定植后生長(zhǎng)60 d羽衣甘藍(lán)試驗(yàn)材料中層相同部位的健康葉片,用蒸餾水洗凈、拭干,在低溫培養(yǎng)箱(SANYO公司,Model:MIR-254)中設(shè)置0,-5,-8,-10,-15,-20 ℃等6個(gè)低溫環(huán)境條件,離體處理16 h,將葉片用剪刀剪為0.5 cm×0.5 cm的碎片置于裝有20 mL去離子水的玻璃試管中,放于真空泵中抽取真空15 min,靜置15 min后,應(yīng)用電導(dǎo)率儀(上海雷磁儀器,Model:DDS-307)測(cè)定電導(dǎo)值S1,然后沸水浴處理20 min后再測(cè)得電導(dǎo)值S2,前后比值即是相對(duì)電導(dǎo)率(Relative electrical conductivity,REC),計(jì)算各溫度處理?xiàng)l件下的相對(duì)電導(dǎo)率。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Logistic方程計(jì)算各試材的半致死溫度(LT50),參考郭海林等[5]的計(jì)算方法。

1.2.2滲透調(diào)節(jié)物含量和抗氧化酶活性測(cè)定處理?xiàng)l件：在定植后生長(zhǎng)60 d的9個(gè)不同品種(品系)的羽衣甘藍(lán)試材中選取生長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)量相同的試材,置于低溫恒溫培養(yǎng)箱(SANYO公司,Model:MIR-254)中,設(shè)置6個(gè)不同的溫度(20，5，0，-5，-8，-10 ℃)分別處理16 h,每個(gè)品種每個(gè)處理溫度均設(shè)置3次重復(fù)。

母液提取：稱取1 g葉片,在5 mL的磷酸緩沖液(50 mmol/L,pH值7.8)中研磨成勻漿,4 ℃、4 000 r/min離心20 min,吸取上清液作為可溶性糖、蛋白、游離脯氨酸和酶測(cè)定的粗提液。

測(cè)定方法：分別采用硫代巴比妥酸比色法、Bradford法和酸性茚三酮法測(cè)定可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量[6]。應(yīng)用氮藍(lán)四唑氧化法[7]和愈創(chuàng)木酚法[8]測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)的活性。所有指標(biāo)的吸光度值均應(yīng)用島津UV1800分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2010軟件,方差分析和主成分分析應(yīng)用SPSS (IBM SPSS Statistic 19.0.1) 軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1不同溫度處理對(duì)羽衣甘藍(lán)葉片電導(dǎo)率變化的影響與半致死溫度差異

當(dāng)植物受到凍害時(shí),生物膜發(fā)生相變,引起膜結(jié)構(gòu)破壞,透性增加,電解質(zhì)大量外滲[9],電導(dǎo)率及半致死溫度與所測(cè)試材的抗寒性密切相關(guān)[10]。羽衣甘藍(lán)葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著處理溫度的降低,變化曲線表現(xiàn)為“S”型。從0～-5 ℃相對(duì)電導(dǎo)率的值低,變化小,-5 ℃相對(duì)電導(dǎo)率急劇升高,在-10 ℃左右時(shí)達(dá)到最高值(圖1)。結(jié)果表明(圖2),試驗(yàn)材料的半致死溫度均低于-10 ℃,京蓮白3號(hào)的半致死溫度最高，為-10.3 ℃,京羽紅2號(hào)最低，為-13.7 ℃。方差分析結(jié)果顯示,受試羽衣甘藍(lán)試材與對(duì)照試材49菜心的半致死溫度具有顯著差異(P<0.05)。多重比較分析結(jié)果顯示,不同羽衣甘藍(lán)試材半致死溫度均顯著低于對(duì)照試材49菜心,表明供試14個(gè)羽衣甘藍(lán)品種均比49菜心具有更好的耐寒性。進(jìn)一步分析不同類型羽衣甘藍(lán)的半致死溫度,結(jié)果顯示,紅色類型的平均半致死溫度(-12.53 ℃)低于白色類型(-11.79 ℃),羽葉類型的平均半致死溫度(-12.97 ℃)低于圓葉類型(-12.03 ℃),皺葉類型平均半致死溫度(-11.99 ℃)最高。

圖1　不同溫度處理下14份羽衣甘藍(lán)試材相對(duì)電導(dǎo)率變化

a、b、c、d、e等字母為 Duncan grouping 表示值,字母相同者為差異不顯著。

2.2不同溫度處理對(duì)不同品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境脅迫時(shí)表現(xiàn)出的一種調(diào)節(jié)方式,由細(xì)胞生物合成和吸收累積某些物質(zhì)來(lái)完成其調(diào)節(jié)過(guò)程。在逆境條件下,細(xì)胞內(nèi)主動(dòng)積累溶質(zhì)來(lái)降低細(xì)胞液的滲透勢(shì),以防止細(xì)胞過(guò)度失水。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要包括可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等[11-15]。

2.2.1可溶性糖含量變化分析可溶性糖是冷害和凍害條件下細(xì)胞內(nèi)外的保護(hù)物質(zhì),通過(guò)糖的積累降低冰點(diǎn),增強(qiáng)細(xì)胞的保水能力,并且通過(guò)糖的代謝可產(chǎn)生其他保護(hù)性物質(zhì)及能源,對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用,其含量多少與植物的抗寒性相關(guān)[16]。本試驗(yàn)中不同溫度處理,羽衣甘藍(lán)葉片中可溶性糖含量呈現(xiàn)出先小幅度降低后升高的變化規(guī)律(圖3)。隨著溫度的降低,可溶性糖含量在5 ℃或0 ℃時(shí)降至最低水平,然后迅速升高,在-10 ℃時(shí)達(dá)到最高值。其中京羽紅2號(hào)在-10 ℃時(shí),可溶性糖含量最高。

2.2.2可溶性蛋白含量變化分析低溫環(huán)境下,可溶性蛋白含量增加能有效增強(qiáng)細(xì)胞的持水能力,減少原生質(zhì)因結(jié)冰而致死的幾率。低溫脅迫后組織內(nèi)可溶性蛋白增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過(guò)程,隨著組織內(nèi)可溶性蛋白含量的增加,植物的抗寒性也隨之增強(qiáng)[17]。試驗(yàn)結(jié)果顯示,羽衣甘藍(lán)葉片中可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的變化規(guī)律,從20～5 ℃可溶性蛋白含量降低,5～-8 ℃含量逐漸升高,-8 ℃處理含量最高,-10 ℃又開(kāi)始降低?？扇苄缘鞍缀吭诓煌瑴囟群筒煌贩N間存在差異,其中紅色圓葉品種Z14-8在-8 ℃時(shí)可溶性蛋白含量最高(圖4)。

圖3　不同溫度處理下可溶性糖含量變化

圖4　不同溫度處理下可溶性蛋白含量變化

2.2.3游離脯氨酸含量變化分析游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)具有水溶性和水勢(shì)高、在細(xì)胞內(nèi)積累無(wú)毒性等特點(diǎn),能保持原生質(zhì)與環(huán)境滲透平衡。植物受到冷脅迫時(shí),游離脯氨酸能促進(jìn)蛋白質(zhì)水合作用,由于親水、疏水表面的相互作用,蛋白質(zhì)膠體親水面積增大,保護(hù)酶的空間結(jié)構(gòu)為生化反應(yīng)提供足夠的自由水和生理活性物質(zhì),從而對(duì)細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用[18]。試驗(yàn)結(jié)果表明,羽衣甘藍(lán)葉片中游離脯氨酸含量隨著溫度的降低,呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì),20 ℃時(shí)含量最低,-5 ℃達(dá)到最高水平,隨著溫度降低含量又逐漸下降。不同溫度處理和不同試材間游離脯氨酸含量均存在差異,其中京羽紅2號(hào)在各溫度間游離脯氨酸含量均表現(xiàn)為最高,這可能是京羽紅2號(hào)半致死溫度最低,抗寒表現(xiàn)較好的原因之一(圖5)。

圖5　不同溫度處理下游離脯氨酸含量變化

2.3不同溫度處理對(duì)超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性變化的影響

隨著處理溫度的逐漸降低,羽衣甘藍(lán)葉片中超氧化物歧化酶(SOD)的活性(以鮮質(zhì)量計(jì))均呈現(xiàn)出先小幅度降低后急劇升高的變化趨勢(shì),在5 ℃或0 ℃時(shí)活性最低,可能是由于環(huán)境溫度降低抑制了酶的活性,但是隨著溫度的進(jìn)一步降低,SOD的活性急劇升高,達(dá)到最低水平的1.76～3.20倍。0～-5 ℃其活性變化最大,隨著溫度的進(jìn)一步降低趨于平穩(wěn)(圖6)。這說(shuō)明-5 ℃的低溫脅迫能夠激發(fā)羽衣甘藍(lán)SOD活性的快速升高,抵御凍害脅迫產(chǎn)生的活性氧對(duì)膜系統(tǒng)等造成的傷害。

圖6　不同溫度處理下SOD活性變化

羽衣甘藍(lán)葉片中過(guò)氧化物酶(POD)活性(以鮮質(zhì)量計(jì))隨著處理溫度的降低,呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。20 ℃時(shí)羽衣甘藍(lán)葉片中POD的活性最低,溫度降低POD的活性升高,在-5 ℃或-8 ℃時(shí)達(dá)到最大值,隨著溫度的進(jìn)一步降低活性又有所下降(圖7)。POD的響應(yīng)溫度較SOD要高,0 ℃以上的低溫冷害可誘導(dǎo)其活性升高,催化水解脅迫產(chǎn)生的細(xì)胞毒性物質(zhì)過(guò)氧化氫,從而對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用。

圖7　不同溫度處理下POD活性變化

2.4不同溫度處理下羽衣甘藍(lán)各生理指標(biāo)相關(guān)性分析

在分析羽衣甘藍(lán)抗寒相關(guān)化合物含量和抗氧化酶活性受低溫影響變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了各生理指標(biāo)之間的相關(guān)性關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果顯示(表2),可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及SOD和POD在不同溫度處理下含量或活性之間在0.01水平上極顯著相關(guān)。各指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)為0.381～0.705,其中相關(guān)系數(shù)最大的為可溶性蛋白與SOD,其次為POD與SOD,相關(guān)系數(shù)最小的為可溶性糖與POD。相關(guān)性分析結(jié)果表明,羽衣甘藍(lán)各生理指標(biāo)對(duì)低溫的響應(yīng)趨勢(shì)具有顯著的相關(guān)性,因此，可以利用部分代表性指標(biāo)的變化衡量羽衣甘藍(lán)的抗寒特性。

進(jìn)一步對(duì)不同試材的半致死溫度與不同溫度條件下各指標(biāo)的含量與活性進(jìn)行了相關(guān)性分析(表3)。結(jié)果顯示,各個(gè)溫度條件下的游離脯氨酸含量均與半致死溫度呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明游離脯氨酸含量越高,半致死溫度越低。特別是處理溫度達(dá)到0 ℃以下時(shí)游離脯氨酸含量與半致死溫度呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(0.01水平),這說(shuō)明游離脯氨酸的含量與羽衣甘藍(lán)抗寒性關(guān)系密切,在一定程度上能代表羽衣甘藍(lán)的抗寒性強(qiáng)弱。

表2　不同生理指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)

注：*.顯著差異(P<0.05);**.極顯著差異(P<0.01)。表3同。

Note:*.Significant at the 0.05 probability level;**.Significant at the 0.01 probability level.Tab same as Tab.3.

表3　不同生理指標(biāo)與半致死溫度的相關(guān)系數(shù)

2.5不同溫度處理下羽衣甘藍(lán)各生理指標(biāo)主成分分析

對(duì)9份試材(京蓮白3號(hào)、京冠紅6號(hào)、京羽粉2號(hào)、京羽紅2號(hào)、Z13-9、Z13-12、Z13-15、Z13-27、Z14-8)的半致死溫度和不同溫度處理下各生理指標(biāo)的含量和活性進(jìn)行主成分分析。結(jié)果顯示,前7個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到97.426%,第1主成分44.945%,所占的比重最高(表4)。在第1主成分中得分最高的指標(biāo)為不同試材的半致死溫度,以及不同處理溫度條件下可溶性糖和游離脯氨酸含量(圖8),這些指標(biāo)可能是導(dǎo)致羽衣甘藍(lán)不同材料抗寒性差異的主要因素。

根據(jù)主成分分析結(jié)果,前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為62.510%,利用前2個(gè)主成分分別作為橫縱坐標(biāo)繪制9份羽衣甘藍(lán)試材低溫處理不同生理指標(biāo)的主成分得分圖(PSL-DA score plot)進(jìn)行主成分分類(圖9)。結(jié)果顯示,根據(jù)不同試材在第1主成分(PC1,44.945%)上的得分,9份羽衣甘藍(lán)試材可以明顯分為兩大類,第1類包括:京蓮白3號(hào)、Z13-9、Z13-15、Z13-27,全部為白色葉色品種;第2類包括:Z14-8、Z13-12、京冠紅6號(hào)、京羽粉2號(hào)、京羽紅2號(hào),全部為紅色類型品種(圖9)。

表4　指標(biāo)主成分貢獻(xiàn)率

圖8　九份羽衣甘藍(lán)試材半致死溫度和不同溫度下生理指標(biāo)主成分分析負(fù)載圖

圖9　九份羽衣甘藍(lán)試材主成分分類圖

2.6試驗(yàn)材料的半致死溫度與田間抗凍表現(xiàn)

根據(jù)羽衣甘藍(lán)在凍害中葉片不同的損傷程度,羽衣甘藍(lán)可分為5個(gè)凍害等級(jí)(表5),等級(jí)越低抗凍性越強(qiáng),等級(jí)越高凍害越嚴(yán)重。表6列出了不同類型試材2008-2014年田間抗寒性調(diào)查結(jié)果,數(shù)值為凍害等級(jí)。不同類型的試材之間抗凍性存在差異,根據(jù)多年的抗寒性調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn),羽葉和圓葉類型材料抗寒性優(yōu)于皺葉類型,紅色材料優(yōu)于白色。半致死溫度分析結(jié)果與田間表現(xiàn)一致,紅色類型的平均半致死溫度低于白色類型,不同葉形平均半致死溫度高低為:羽葉<圓葉<皺葉。這說(shuō)明半致死溫度可以作為衡量羽衣甘藍(lán)抗寒性的重要指標(biāo)。

表5　凍害級(jí)別

表6　2008-2014年田間抗凍性調(diào)查結(jié)果

3　結(jié)論與討論

3.1羽衣甘藍(lán)的半致死溫度體現(xiàn)抗寒特性

本試驗(yàn)結(jié)果顯示不同品種羽衣甘藍(lán)的半致死溫度(-10.3～-13.7 ℃)低于冬油菜(-3.23～-5.86 ℃)[20]、菊花(-3.55～-8.58 ℃)[21]和茶樹(shù)無(wú)性苗(-6.75～-10.21 ℃)[22],高于繡線菊(-20.7～-32.6 ℃)[23]和楊樹(shù)無(wú)性系(-25～-32 ℃)[24]。

在多年育種與栽培生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),觀賞羽衣甘藍(lán)喜歡冷涼氣候,在環(huán)境夜間最低溫度低于15 ℃時(shí)中心葉片開(kāi)始顯色。環(huán)境溫度達(dá)到0 ℃以下時(shí)羽衣甘藍(lán)生長(zhǎng)受到抑制,可以耐受環(huán)境最低溫度-5 ℃以上的長(zhǎng)期低溫。環(huán)境溫度到達(dá)-5 ℃以下時(shí)羽衣甘藍(lán)表現(xiàn)出不同程度的凍害,可以耐受-7～-10 ℃的短期低溫。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到-10 ℃以下時(shí),絕大部分試材出現(xiàn)較嚴(yán)重凍害,地上部分表現(xiàn)出萎蔫、干枯等而失去觀賞價(jià)值,但地下部分仍然存活,待春季氣溫回升后,地下部分可以發(fā)出新的枝芽,抽薹開(kāi)花進(jìn)行種子繁育。本試驗(yàn)中不同羽衣甘藍(lán)試材葉片低溫處理后相對(duì)電導(dǎo)率變化的研究結(jié)果與羽衣甘藍(lán)的抗寒特性相一致,半致死溫度很好的揭示了羽衣甘藍(lán)的抗寒特性。當(dāng)處理溫度從0 ℃降到-5 ℃時(shí),羽衣甘藍(lán)葉片的電導(dǎo)率變化非常小,但是從-5 ℃降到-8 ℃時(shí),電導(dǎo)率急劇升高,在-10～-15 ℃時(shí)達(dá)到最大值。這說(shuō)明環(huán)境溫度低于-5 ℃時(shí),羽衣甘藍(lán)葉片的膜系統(tǒng)開(kāi)始受到破壞,電解質(zhì)外滲;當(dāng)環(huán)境溫度低于-10 ℃,膜系統(tǒng)明顯損傷,表現(xiàn)出凍害。

3.2滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性變化體現(xiàn)羽衣甘藍(lán)抗寒特性

不同品種類型羽衣甘藍(lán)葉片中可溶性糖含量隨著處理溫度的降低呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì),在5 ℃或0 ℃時(shí)最低,-10 ℃最高。隨著處理溫度的降低,可溶性蛋白含量先降低后升高再降低,分別在5,-8 ℃時(shí)達(dá)到最低和最高水平;游離脯氨酸的含量呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì),在-5 ℃時(shí)達(dá)到最高水平然后又逐漸降低。這說(shuō)明相對(duì)于可溶性蛋白,脯氨酸含量響應(yīng)溫度的變化更加敏感。超氧化物歧化酶(SOD)活性隨著溫度的降低先小幅度降低,然后從0～-5 ℃時(shí)迅速大幅度升高,然后趨于穩(wěn)定,-5～-10 ℃變化較小,變化曲線呈現(xiàn)出“S”型。過(guò)氧化物酶(POD)對(duì)低溫的響應(yīng)較SOD早,接收到低溫信號(hào)后活性就開(kāi)始升高,在-5 ℃或-8 ℃達(dá)到最大值,隨著溫度的進(jìn)一步降低,活性也下降。

本試驗(yàn)檢測(cè)的3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和2種抗氧化酶活性,除了可溶性糖含量外,其余指標(biāo)均在-5 ℃或-8 ℃時(shí)達(dá)到最大值,隨著溫度進(jìn)一步降低呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。這可能也是羽衣甘藍(lán)能夠耐受-5 ℃低溫,但是在-10 ℃及其以下溫度出現(xiàn)明顯凍害的生理基礎(chǔ)。

3.3半致死溫度、可溶性糖和游離脯氨酸含量是區(qū)分羽衣甘藍(lán)抗寒性強(qiáng)弱的主要指標(biāo)

相關(guān)性分析表明，3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和2種抗氧化酶之間均存在極顯著的相關(guān)性,其中不同溫度游離脯氨酸的含量,以及-5,-8 ℃條件下可溶性糖含量與半致死溫度間呈現(xiàn)出顯著或極顯著正相關(guān)。主成分分析研究發(fā)現(xiàn),在第1主成分(貢獻(xiàn)率44.945%)中,半致死溫度,以及不同溫度處理?xiàng)l件下可溶性糖和游離脯氨酸含量的得分最高,是區(qū)分羽衣甘藍(lán)抗寒性強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。主成分分類結(jié)果與田間抗寒表現(xiàn)一致,在第1主成分上可以明顯地將白色和紅色類型試材進(jìn)行區(qū)分,在第2主成分上大體可以將不同葉形試材加以區(qū)分。相關(guān)分析和主成分分析為評(píng)價(jià)羽衣甘藍(lán)的抗寒性,進(jìn)一步建立抗寒評(píng)價(jià)體系提供理論依據(jù)。

本試驗(yàn)研究分析了低溫處理?xiàng)l件下不同羽衣甘藍(lán)試材的電導(dǎo)率變化和半致死溫度差異,以及3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和2種抗氧化酶活性的變化;進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)性和主成分分析揭示羽衣甘藍(lán)低溫抗性差異的主要生理指標(biāo);結(jié)合多年的不同類型羽衣甘藍(lán)抗寒性表型表現(xiàn),證實(shí)了主要生理指標(biāo)與抗性表現(xiàn)的一致性關(guān)系。本研究闡明了羽衣甘藍(lán)抗寒性生理特性,為建立抗寒性評(píng)價(jià)體系,進(jìn)一步挖掘抗寒基因,培育抗寒新品種奠定基礎(chǔ)。

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The Physiological Characteristics of Ornamental Kale for Cold Resistance

ZHANG Yaling1,2,XING Hongwei1,GUO Ning2,HAN Shuo2,ZONG Mei2,LIU Fan2,WANG Guixiang2

(1.Department of Environment and Resources,Chongqing Technology and Business University,Chongqing400067,China;2.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture,P.R.China,Beijing100097,China)

Kales,which are widely cultivated as ornamental plants in wintertime or cold areas,play important roles for urban landscaping.Cold stress which can reduce the ornamental value is one of the most important characters for the improvement and breeding of kales.In order to elucidate the physiological characteristics during low temperature and reveal cold resistance mechanism,several varieties and strains which were bred by our group were used as research materials.The relative electrical conductivity (REC) under different low temperature treatment,semi-lethal temperature (LT50) of different accessions,as well as the osmoregulation substances contents and antioxidant enzymes activities under different temperature treatment were analyzed.It was showed that the REC of kale leaves increased rapidly when temperature under -5 ℃,and reached maximum values at about -10 ℃.The TL50values of kale accessions were -10.3--13.7 ℃.The TL50s of red types were lower than white types,as well as round and leatherleaf types were lower than wrinkle types.These results were consistent with field cold resistance performances of the varieties.Changing characteristics of the detected osmoregulation substances and antioxidant enzyme activities were different under different temperature treatments.These physiological indexes reached maximum values at -5 ℃ or -8 ℃ and decreased at lower temperature,except soluble sugar which reached maximum value at -10 ℃.The principal component analysis revealed that LT50value,soluble sugar and free proline contents were main components causing cold resistance variations among different varieties.These results will provide theoretical basis for the establishment of kale cold resistance evaluation system,and lay foundation for the development of new varieties with excellent cold resistance.

Brassicaoleraceavar.acephala;Cold resistance ability;Semi-lethal temperature;Osmoregulation substances;Antioxidant enzymes

2016-04-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31501752);北京市農(nóng)林科學(xué)院財(cái)政專項(xiàng)(KJCX20140423);國(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目(2015GA600004)

張亞玲(1990-),女,重慶人,在讀碩士,主要從事生態(tài)園林研究。

幸宏偉(1965-),女,重慶人,副教授,碩士,碩士生導(dǎo)師,主要從事生態(tài)園林研究。

郭寧(1983-),男,河北滄州人,助理研究員,博士,主要從事蔬菜生物技術(shù)與育種研究。

S635.01

A

1000-7091(2016)04-0168-09

10.7668/hbnxb.2016.04.027