田雪慧， 頡建明

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生態(tài)環(huán)境工程分院， 陜西 楊凌 712100； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

百合(Lilium)是國(guó)家衛(wèi)生部首批公布的藥食同源植物，又是著名的觀(guān)賞植物[1]。食用百合是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的特種蔬菜，其鱗莖含碳水化合物、蛋白質(zhì)、果膠、脂肪、鉀、磷鈣、鐵、百合甙等抗癌性植物堿和多種維生素，并兼具保健功能。其中，龍牙百合(Liliumbrownievar.viridulumBaker)、宜興百合(LiliumlancifoliumThunb.)和蘭州百合﹝LiliumdavidiiDuch. var.unicolor(Hong)Cotton﹞為食用百合3大主栽品種。宜興百合味稍苦，蘭州百合味甜但生長(zhǎng)周期長(zhǎng)(6～7 a)，而龍牙百合生長(zhǎng)期為2～3 a，味道稍甜，以鱗片碩大、肉質(zhì)肥厚、色白、高產(chǎn)而著稱(chēng)，但抗性差[1-2]。3種食用百合品種各有優(yōu)點(diǎn)，但也各有局限性，并且因產(chǎn)地氣候環(huán)境不同，生長(zhǎng)習(xí)性差異很大，很難在他地種植成功。溫度是植物生長(zhǎng)最重要的環(huán)境因子之一。通過(guò)對(duì)食用百合抗寒性的研究，篩選出百合抗寒評(píng)價(jià)指標(biāo)及抗寒性較強(qiáng)的食用百合品種是目前食用百合生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題[2-3]。篩選適宜中西部生長(zhǎng)、食用及觀(guān)賞百合品種，對(duì)我國(guó)中西部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及農(nóng)民增收具有重要意義。

目前，對(duì)百合抗寒性研究主要集中于亞洲百合[3]、東方百合[4]和卷丹百合[5]等觀(guān)賞品種，鮮見(jiàn)有關(guān)食用百合品種抗寒性的研究報(bào)道。植物在低溫脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率增大，葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm值降低，細(xì)胞膜透性增大[6]，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸積累[7]，膜脂相變及膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛含量和保護(hù)酶活性[7]升高等。通常情況下，這些指標(biāo)被用作指示植物抗寒性的指標(biāo)[8]，但是，植物抗逆性評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同植物中表現(xiàn)不同，且單一指標(biāo)不能作為植物抗逆性評(píng)價(jià)的依據(jù)[9]。為此，以生產(chǎn)上常見(jiàn)的3個(gè)食用百合品種的幼苗為試材，采用人工模擬低溫環(huán)境，通過(guò)觀(guān)測(cè)各品種葉片的形態(tài)特征及對(duì)抗寒性有關(guān)生理生化指標(biāo)的變化，篩選出與百合抗寒密切相關(guān)的生理指標(biāo)及抗寒性強(qiáng)的品種，綜合評(píng)價(jià)其抗寒性，以期為百合抗寒育種、引種及栽培提供理論支撐及技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

自然生長(zhǎng)成熟的宜興百合、龍牙百合和蘭州百合種球，分別于江蘇宜興、江西萬(wàn)載和蘭州七里河地區(qū)采集。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理 經(jīng)采集的百合儲(chǔ)藏于2℃冰箱110 d[10]后，種植于15 cm口徑的花盆中，置于20℃智能低溫人工氣候箱(RXZ-0288型)中培養(yǎng)，光照強(qiáng)度40 000 lx，澆水方式采用滴灌，光周期為14/10 h(白天/夜晚)，其他采用常規(guī)管理。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 其他生長(zhǎng)條件不變，將生長(zhǎng)至15 cm左右的食用百合幼苗放在智能低溫人工氣候箱(RXZ-0288型)中進(jìn)行梯度低溫處理。降溫梯度分別為10℃和4℃，共2個(gè)處理，以室溫20℃作為對(duì)照溫度，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8株，降至目標(biāo)溫度后維持24 h[10]。低溫處理后，測(cè)定各品種相同部位葉片的生理指標(biāo)。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定 相對(duì)電導(dǎo)率(Rec)采用電導(dǎo)法測(cè)定，可溶性蛋白(SP)采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定[11]，可溶性糖(SS)含量采用硫酸-蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定，游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法[12]進(jìn)行測(cè)定，丙二醛(MDA)含量參照LAVANIA D等方法[13]，超氧化物歧化酶(SOD)活性及過(guò)氧化氫酶(CAT)酶活性測(cè)定采用BALDI P等方法，過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用ZHANG W等方法[13]，葉綠素?zé)晒獠捎肍lour Cam熒光成像系統(tǒng)，每個(gè)指標(biāo)平行測(cè)定3次。

抗寒系數(shù)=低溫脅迫后指標(biāo)測(cè)定值/對(duì)照指標(biāo)測(cè)定值×100%

負(fù)向指標(biāo)的抗寒系數(shù)=-低溫脅迫后指標(biāo)測(cè)定值/對(duì)照指標(biāo)測(cè)定值×100%

式中，RC為綜合抗寒系數(shù)，PI為各品種抗寒系數(shù)，n為指標(biāo)抗寒系數(shù)數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS19.0、DPS、Microsoft Excel和PowerPoint進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下食用百合不同品種植株形態(tài)特征的變化

從圖1可知，低溫脅迫24 h后，除蘭州百合外，其他2個(gè)品種葉片出現(xiàn)不同程度的卷曲、失水萎焉。宜興百合和龍牙百合在4℃條件下較10℃條件下受害更顯著，相同溫度脅迫下龍牙百合較宜興百合受害程度輕。說(shuō)明不同食用百合品種在低溫脅迫下均受一定程度的傷害，各品種對(duì)低溫的抵抗能力存在差異。

2.2 低溫脅迫下不同品種食用百合葉綠素?zé)晒獾淖兓?/h3>

低溫逆境條件下引起的保護(hù)性的能量耗散過(guò)程(如葉黃素循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)加強(qiáng)而提高熱耗散)可導(dǎo)致Fv/Fm下降[13]。從圖2可知，食用百合葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fm)均有所下降，說(shuō)明低溫對(duì)光系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用，但降幅不同。隨著溫度的降低(20～10℃，10～4℃)，蘭州百合的Fv/Fm分別降低3.8%和10.1%；龍牙百合的Fv/Fm分別降低10.3%和14.1%；宜興百合的Fv/Fm分別降低16.3%和21.3%(圖2)。食用百合的抗寒性與Fv /Fm的降低率呈負(fù)相關(guān)，降低率小的試材抗寒性強(qiáng)。因?yàn)榈蜏氐饶婢硹l件下，PSⅡ光化學(xué)效率下降，F(xiàn)v/Fm值降低。表明，抗寒性蘭州百合最強(qiáng)，龍牙百合次之，

宜興百合最弱。

2.3 低溫脅迫下不同食用百合品種生理指標(biāo)的變化

2.3.1 葉片相對(duì)電導(dǎo)率與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 相對(duì)電導(dǎo)率是低溫脅迫下衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，其值越大，表示電解質(zhì)的滲漏量越多，細(xì)胞膜受害程度越重[14]。滲透調(diào)節(jié)在植物抗寒過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。低溫脅迫下植物可通過(guò)增加體內(nèi)的主要滲透物質(zhì)含量提高其抗寒適應(yīng)性[15]。從表1可知，與對(duì)照相比，隨溫度的下降，不同食用百合幼苗的葉片相對(duì)電導(dǎo)率、SP和Pro呈不同程度的上升趨勢(shì)。蘭州百合可溶性糖含量隨溫度的降低而升高，宜興百合和龍牙百合可溶性糖含量呈先升高后下降趨勢(shì)。說(shuō)明，在4℃時(shí)，宜興百合和龍牙百合的葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受一定程度的損壞，導(dǎo)致體內(nèi)相關(guān)合成酶活性降低，水解酶活性增強(qiáng)，從而使可溶性糖的合成受阻，甚至被分解或水解而低于正常值[16]。

經(jīng)分析，食用百合抗寒性與相對(duì)電導(dǎo)率、SS和Pro極顯著相關(guān)。

2.3.2 葉片抗氧化酶活性和MDA含量變化 從表1可知，隨溫度的降低，不同食用百合品種幼苗葉片SOD、CAT和POD活性明顯增加，MDA明顯增加。說(shuō)明食用百合幼苗在低溫脅迫下，通過(guò)提高抗氧化酶活性來(lái)清除自由基毒害，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定，從而提高植物對(duì)寒冷的適應(yīng)能力。食用百合地上部分抗寒性與SOD、CAT、POD活性間的相關(guān)性達(dá)極顯著水平，與MDA含量顯著相關(guān)。

表1 低溫脅迫下不同食用百合品種幼苗葉片的生理指標(biāo)

2.4 低溫脅迫24 h 后各食用百合的生理指標(biāo)抗寒系數(shù)

從表2可看出，經(jīng)4℃低溫脅迫后，相對(duì)電導(dǎo)率抗寒系數(shù)，宜興百合最大，為 -250.7%；蘭州百合最小，為 -143.2%。說(shuō)明蘭州百合的抗寒能力強(qiáng)于宜興百合。SP抗寒系數(shù)、SS抗寒系數(shù)和Pro抗寒系數(shù)均以蘭州百合最大，分別為142.9%、159.3%和187.3%；宜興百合最小，分別為117.9%、87.2%和101.2%。綜合抗寒系數(shù)，蘭州百合最大，4℃和10℃下分別為71.7%和58.7%；宜興百合最小，4℃和10℃下分別為51.6%和51.8%，龍牙百合綜合抗寒系數(shù)介于兩者之間，4℃和10℃下分別為63.2%和52.9%。說(shuō)明，蘭州百合抗寒能力最強(qiáng)，宜興百合抗寒能力最弱。

表2 低溫脅迫下不同食用百合品種各項(xiàng)指標(biāo)的抗寒系數(shù)

綜合分析，食用百合抗寒強(qiáng)弱依次為蘭州百合>龍牙百合>宜興百合。

2.5 低溫脅迫24 h 后不同食用百合品種各指標(biāo)間的相關(guān)性

從表3可知，SS與SP間、SS與Pro間、MDA與Pro間及MDA與SP間呈顯著正相關(guān)，F(xiàn)v/Fm與SP間呈顯著負(fù)相關(guān)，SOD與Pro間、SOD與SP間、Pro與SP間及MDA與SS間呈極顯著正相關(guān)。因此，多個(gè)指標(biāo)對(duì)抗寒性有影響，且指標(biāo)間相互作用共同影響食用百合的抗寒性。

表3 低溫脅迫24 h 后不同食用百合品種各指標(biāo)間的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

植物的抗逆性是受多種因素影響的復(fù)雜的數(shù)量性狀，用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)植物的抗逆性具有片面性[17]，只有用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)才能準(zhǔn)確反映植物的抗逆性[18-19]。

植物生長(zhǎng)在自然環(huán)境條件下，不可避免地受到多種逆境脅迫。這些非生物脅迫均會(huì)產(chǎn)生次級(jí)脅迫，使植物直接或間接形成過(guò)量的活性氧自由基(ROS)，而ROS對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)和核酸等大分子具有很強(qiáng)的破壞作用[20]。逆境條件下植物體同時(shí)存在保護(hù)酶系統(tǒng)，能夠清除體內(nèi)多余的自由基，這一保護(hù)酶系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)抗氧化系統(tǒng)，是由許多酶和還原性物質(zhì)組成，其中超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)是主要的抗氧化酶，植物通過(guò)抗氧化酶加強(qiáng)抗氧化作用提高對(duì)逆境的抗性，從而防止自由基毒害[21]。Fv/Fm等生理指標(biāo)是植物抗寒性的主要敏感指標(biāo)，用于擬南芥[22]等許多種植物的抗寒性鑒定中。低溫下，植物啟動(dòng)滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量發(fā)生變化[23]，膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛含量變化，活性氧自由基產(chǎn)生[24]，超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶等抗氧化酶系統(tǒng)可以清除活性氧、降低低溫帶來(lái)的傷害[25。研究以生產(chǎn)上推廣的3個(gè)食用百合品種為試材，選取9個(gè)生理指標(biāo)在低溫處理下進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，食用百合各品種隨著溫度的降低其相對(duì)電導(dǎo)率和葉綠素?zé)晒庀禂?shù)Fv/Fm呈極顯著變化，是食用百合抗寒性的重要指標(biāo)，可作為食用百合抗寒種質(zhì)篩選的依據(jù)；食用百合地上部分隨著溫度的降低可溶性蛋白和脯氨酸極顯著變化；食用百合不同品種保護(hù)酶系統(tǒng)隨溫度的降低變化較大，但超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶活性變化極顯著，丙二醛含量變化顯著。因此，相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素?zé)晒庀禂?shù)、可溶性蛋白、脯氨酸、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶活性等可作為食用百合抗寒性強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，食用百合各生理指標(biāo)間通過(guò)聯(lián)合互作與各品種抗寒性呈顯著相關(guān)。

根據(jù)低溫脅迫下各生理指標(biāo)的綜合分析，4℃和10℃溫度下，蘭州百合的綜合抗寒系數(shù)分別為71.7%和58.7%，龍牙百合的綜合抗寒系數(shù)分別為63.2%和52.9%，宜興百合的綜合抗寒系數(shù)分別為51.6%和51.8%， 3個(gè)食用百合品種的抗寒性依次為蘭州百合>龍牙百合>宜興百合。綜合分析結(jié)果與低溫脅迫后各品種形態(tài)特征觀(guān)察結(jié)果基本一致，并與各品種在實(shí)際生產(chǎn)上的表現(xiàn)相符[26]。3種食用百合中，蘭州百合是最抗寒的食用百合品種，可進(jìn)一步研究其抗寒分子機(jī)制，發(fā)掘抗寒的通路及抗寒基因，為抗寒及品質(zhì)優(yōu)良食用百合品種選育提供參考。相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、可溶性蛋白、游離脯氨酸、超氧化物歧化酶活性等指標(biāo)可作為百合抗寒品種選擇的依據(jù)，可為食用百合引種及栽培區(qū)劃分提供技術(shù)支持，也可用于評(píng)價(jià)除3種食用百合外的其他食用百合及觀(guān)賞百合的抗寒性。