易拓 王馨 楊闖 朱杰輝 宋勇

摘? 要：為探究木薯的耐寒性及其在低溫脅迫下抗?jié)B透響應，對耐寒‘F200木薯和低溫敏感品種‘華南8號（‘SC8）木薯幼苗在人工低溫條件下進行4 ℃低溫處理，分別觀測處理前和處理3、6、12、24 h下不同木薯品種生長表型情況以及滲透性物質(zhì)含量變化情況。結(jié)果表明：隨著脅迫時間的增加，‘F200木薯幼苗上部和下部葉片出現(xiàn)輕度萎焉，而‘SC8所有葉片均嚴重萎焉，頂部葉片甚至出現(xiàn)脫水現(xiàn)象;‘F200木薯葉片受H2O2的損害輕于‘SC8，相對于‘SC8的損傷持續(xù)增加，‘F200呈現(xiàn)先加重后減輕的趨勢;隨著低溫脅迫時間的延長，木薯葉片的相對葉綠素含量呈現(xiàn)先急劇下降、再上升、后下降的過程;相對電導率（REC）和丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）的含量均逐漸升高;低溫脅迫下，‘F200木薯的總?cè)~綠素減少64.23%，且小于‘SC8的78.15%，二者差異不顯著;REC增加11.48%，且顯著小于‘SC8的188%;MDA增加14.74%，且顯著小于‘SC8的20.98%;Pro增加90.53%，顯著大于‘SC8的27.95%;SP增加12.96%，且大于‘SC8的17.82%，二者無顯著差異;SP增加45.18%，且顯著大于‘SC8的2.16%?？梢?，低溫脅迫下，‘F200木薯通過增強H2O2的清除能力、增強光合作用、增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等途徑，緩解了低溫對木薯幼苗造成的傷害。低溫耐受型木薯‘F200和低溫敏感型木薯‘SC8的形態(tài)結(jié)構和生理指標在低溫脅迫下存在明顯差異，可作為木薯種質(zhì)資源耐低溫性評價的參考指標。

關鍵詞：木薯;低溫;抗?jié)B透響應

中圖分類號：S533????? 文獻標識碼：A

Anti-osmotic Response of ‘F200 and ‘SC8 Cassava Seedlings under Low Temperature Stress

YI Tuo1， WANG Xin1， YANG Chuang1， ZHU Jiehui5*， SONG Yong1，2，3，4

1. College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China; 2. Potato Center of Hunan Province， Changsha， Hunan 410128， China; 3. Engineering Research Center for Horticultural Crop Germplasm Creation and New Variety Breeding， Ministry of Education， Changsha， Hunan 410128， China; 4. Key Labortory for Vegetable Biology of Hunan Province， Changsha， Hunan 410128， China; 5. Orient Science &Technology College of Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China

Abstract： In order to explore the cold tolerance of cassava and its response to osmosis under low temperature stress， the cold-tolerant ‘F200 cassava and the low-temperature sensitive variety ‘Huanan 8 （‘SC8） cassava seedlings were treated at 4 ℃ under artificial low temperature conditions， and the treatments were observed separately. The growth phenotype of different cassava varieties and the change of osmotic substance content under 3 h， 6 h， 12 h， 24 h before and after treatment. With the increase of stress time， the upper and lower leaves of ‘F200 cassava seedlings showed mild wilting， while all the leaves of ‘SC8 were severely wilted， and the top leaves were even dehydrated. The leaves of ‘F200 were less damaged by H2O2 than ‘SC8. Compared with the continuous increase in the damage of ‘SC8， ‘F200 showed a trend of first aggravating and then reducing. With the extension of low temperature stress， the relative chlorophyll content of cassava leaves showed a process of first sharp decline， then rise， and then decline， relative conductivity and malondioxide， content of aldehyde， soluble sugar， soluble protein， and proline gradually increased. Under low temperature stress， the total chlorophyll of ‘F200 cassava decreased by 64.23% and was 78.15% less than that of ‘SC8， but the difference was not significant， the relative conductivity increased by 11.48% and was significant less than that of ‘SC8 （188%）， malondialdehyde increased by 14.74% and significantly less than that of ‘SC8 （20.98%）， proline increased by 90.53% and was significantly greater than that of ‘SC8 （27.95%）， soluble protein increased by 12.96% and was greater than that of ‘SC8 （17.82%）， but there was no significant difference between the two， the soluble sugar increased by 45.18% and was significantly greater than that of ‘SC8 （2.16%）. It can be seen that under low temperature stress， ‘F200 cassava can alleviate the damage caused by low temperature to cassava seedlings by enhancing the scavenging ability of H2O2， enhancing photosynthesis， and increasing the content of osmotic adjustment substances. This study would lay foundation for the in-depth study of the low temperature tolerance mechanism of cassava and the low temperature breeding. The morphological structure and physiological indexes of low temperature tolerant cassava ‘F200 and low temperature sensitive cassava ‘SC8 were significantly different under low temperature stress， which could be used as a reference index for evaluation of low temperature tolerance of cassava germplasm resources.

Keywords： cassava; low temperature; anti-penetration response

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.013

木薯（Manihot esculenta Crantz）為大戟科植物，別名樹薯[1]。原產(chǎn)于美洲熱帶地區(qū)的亞馬遜河流域，是世界七大糧食作物之一，與馬鈴薯、甘薯并列為世界三大薯類作物，有著“地下糧倉”“淀粉之王”的美稱[2]。木薯用途廣泛，具有高膳食纖維、高鈣、高鉀、低糖、低脂的特點，能加工成鮮食、淀粉、全粉三大類食品[3]，工業(yè)上，在木薯淀粉加工、清潔能源、醫(yī)療、造紙和化工等領域發(fā)展。我國木薯每年進口量達千萬噸級別，且年增長率處于較高水平[4]，相較于我國旺盛的需求，由于種植區(qū)域的限制，木薯自給能力較弱，為了保證國家糧食安全，有必要擴大木薯適種區(qū)域以及增加產(chǎn)量[5]。

低溫對植物正常生長有著較大的負面作用，當植物正常生長溫度沒有得到滿足，會導致生長受抑制，最終造成作物減產(chǎn)[6]。木薯廣泛種植于南、北緯30°以內(nèi)的熱帶、亞熱帶地區(qū)，適宜生長年平均溫度為20 ℃以上地區(qū)，當溫度低于15 ℃時會抑制其正常生長[7]。中國熱帶地區(qū)處于世界熱帶地區(qū)的北邊緣，完全適合木薯生長的地區(qū)較少，為了擴大木薯種植面積，保證我國的糧食安全，國家木薯產(chǎn)業(yè)技術體系“十二五”期間提出“木薯北移”戰(zhàn)略，將湖南、江西、貴州、福建等省份作為木薯北移區(qū)域[8]。目前，有關木薯抗?jié)B透方面的研究較少，而可評價與木薯抗?jié)B透相關生理指標研究尚無報道。對低溫耐受性木薯‘F200和低溫敏感性木薯‘SC8進行低溫脅迫，分析其耐低溫相關形態(tài)結(jié)構及生理相應的差異，為木薯耐低溫性評價及耐低溫木薯種質(zhì)資源篩選提供參考依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試材料為耐低溫性極端差異材料低溫耐受型木薯‘F200和低溫敏感型木薯‘SC8，均為國家木薯產(chǎn)業(yè)技術長沙綜合試驗站通過大田低溫脅迫和人工低溫脅迫中篩選獲得。

試驗于2019年7月在湖南農(nóng)業(yè)大學園藝學院實驗中心人工氣候室進行，將試驗品種‘F200和‘SC8的成熟莖桿截取長度約15 cm的莖段，選取芽點完好且粗細、質(zhì)量一致的莖段各70根，用育苗基質(zhì)培養(yǎng)于口徑17 cm的育苗盆中。放入FYS-1010W型室內(nèi)高照度人工氣候室中培養(yǎng)60 d（白天溫度/光強：28 ℃/7500 lx，晚上22 ℃/0 lx，濕度40%）;當木薯長到7～8片葉片后，2個品種各取生長勢一致的木薯30株進行4 ℃（±1 ℃）處理0、3、6、12、24 h，28 ℃為對照。取樣葉片為從上往下數(shù)第3、4、5片功能葉，第3片用于測量丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）4個生理指標;第4片葉用于測量葉綠素和相對電導率（REC）;第5片葉用于過氧化氫DAB原位反應。

1.2? 方法

采用浸提法[9]提取總?cè)~綠素（Chl），用分光光度計進行測定;利用電導率儀測相對電導率（REC）[10];采用染色法[11]測定過氧化氫原位（DAB）檢測;采用蒽酮比色法[9]測可溶性糖（SS）;采用硫代巴比妥酸法[9]測定丙二醛（MDA）;采用蘇州科銘生物技術有限公司的生理指標試劑盒測可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行均值及標準差分析，利用SPSS 17.0軟件進行ANOVA單因素方差分析等，采用Graphpad prism 5軟件進行繪圖。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 生長狀態(tài)差異分析

結(jié)果如圖1、圖2所示。處理3 h時，‘F200僅底部小葉輕微變黃，其他葉片無明顯變化;‘SC8中下部葉片輕微萎焉且下部底部小葉變黃。處理6 h時，‘F200上部葉片輕微萎焉，下部小葉變黃;‘SC8下部葉片萎焉嚴重，上午幼葉輕微下垂。處理12 h時‘F200下部葉片部分變黃，上部萎焉恢復正常;‘SC8中下部葉片全部下垂、萎焉，上部幼葉部分卷曲。處理24 h時，‘F200頂部幼葉萎焉，下部黃葉失水凋零;‘SC8下部葉片開始失水，上部幼葉葉片卷曲嚴重，失水嚴重。由此可以看出，隨著低溫脅迫時間的增加，‘F200在受到4 ℃低溫脅迫時，頂部幼葉和中部功能葉受低溫傷害較小，且存在受害之后恢復的過程，主要是底部小葉受傷害。反觀‘SC8受低溫傷害情況持續(xù)增加，由此可見，‘F200木薯能夠緩解木薯低溫傷害。

2.2? 低溫脅迫對木薯葉片中H2O2含量的影響

如圖3、圖4所示，低溫處理后，木薯幼苗葉片上的褐色斑點數(shù)量明顯增加，處理3 h時，‘F200葉片上無明顯褐色斑點聚集，‘SC8中葉頂部出現(xiàn)部分褐色斑點; 6 h時，‘F200葉片的左小葉上出現(xiàn)明顯褐色斑點聚集，‘SC8葉片大部均出現(xiàn)褐色斑點。隨著脅迫時間的增加，‘SC8的斑點逐漸增加，而‘F200呈先減弱再增加的過程。說明在低溫脅迫期間，低溫耐受型木薯‘F200的活性氧清除能力強于低溫敏感型木薯‘SC8。

2.3? 低溫脅迫對木薯葉片Chl含量的影響

如圖5可知，隨著低溫脅迫時間的增加，2個品種木薯幼苗葉片中Chl含量隨之下降。低溫處理3 h時，總Chl含量‘F200下降31.34%，‘SC8下降26.69%;處理6 h，總Chl含量‘F200下降20.36%，‘SC8下降31.72%;處理12 h，總Chl含量‘F200下降43.30%，‘SC8下降52.89%;處理24 h，總Chl含量‘F200下降54.01%，‘SC8下降66.65%?！瓼200木薯葉片中總Chl含量總體呈先下降再上升后降低的變化趨勢，處理6 h時達到峰值，僅降低20.36%;而‘SC8隨著時間的增加，總Chl含量持續(xù)下降， 且下降幅度大于‘F200。由此可以看出，‘F200能減緩低溫對葉綠素的降解作用，從而增強光合作用，緩解低溫對木薯的傷害。

2.4? 低溫脅迫對木薯葉片細胞膜系統(tǒng)的影響

如圖6、7所示，4 ℃低溫處理后，木薯葉片中的REC和MDA均有不同程度的增加。3 h時，‘F200的REC增加9.68%，‘SC8增加12.5%;6 h時，‘F200增加9.43%，‘SC8增加76.67%。;12 h時，‘F200增加6.67%;‘SC8增加180%;24 h時，‘F200增加11.48%，‘SC8增加188%。從低溫脅迫6 h開始，‘SC8顯著增加，并繼續(xù)擴大，‘F200則保持相對穩(wěn)定。MDA增加幅度遠小于REC的增幅。在低溫脅迫3 h時，‘F200增加5.98%，‘SC8增加26.87%; 6 h時，‘F200增加10.36%，SC8增加16.96%; 12 h時，‘F200增加6.65%，‘SC8增加44.74%;24 h時，‘F200增加14.74%，‘SC8增加20.98%。以上結(jié)果可以看出，低溫脅迫對木薯葉片細胞膜結(jié)構產(chǎn)生了損傷，隨著時間增加而增加，且低溫耐受型品種‘F200的細胞膜受損程度明顯小于‘SC8。

2.5? 低溫脅迫對木薯葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

如圖8、9、10所示，隨著脅迫時間的增加，2個品種木薯葉片Pro含量、SP和SS在各個脅迫時期相較于CK均在不同程度增加。如圖8所示，‘F200的Pro含量較‘SC8增幅較大，最大值出現(xiàn)在低溫脅迫6 h時差異明顯;‘SC8的Pro含量增幅有限，且各脅迫時間點的Pro含量均顯著低于‘F200。脅迫3 h時，‘F200增加46.42%;‘SC8增加9.76%;脅迫6 h時，‘F200增加65.03%，‘SC8增加23.52%;脅迫12 h時，‘F200增加36.21%，‘SC8增加34.52%;脅迫24 h時，‘F200增加47.51%，‘SC8增加27.95%。從圖9可以看出，脅迫3、6、12、24 h時，‘F200的SP分別增加21.33%、35.18%、16.49%、19.80%; ‘SC8分別增加12.96%、14.13、17.83、17.82%。從圖10可以看出，SS在各個時期分別增加23.27%、18.25%、49.69%、45.18%;對照組‘SC8分別增加13.58%、11.10%、8.70%、2.16%。說明低溫耐受型木薯‘F200在低溫脅迫下生成Pro、SP和SS的響應速度和強度均優(yōu)于低溫敏感型木薯‘SC8，即‘F200能夠更好地應對低溫脅迫。

3? 討論

植物應對低溫脅迫時，可通過形態(tài)結(jié)構改變及生理活性變化以適應環(huán)境[12]。在受到非生物脅迫時，植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量活性物質(zhì)，造成脂膜過氧化，進而產(chǎn)生醛類、烴類等有毒化學物質(zhì)，對細胞造成損傷[13]。本研究通過H2O2原位檢測，發(fā)現(xiàn)‘F200木薯活性氧清除能力強于‘SC8，這與薛晶晶[14]等脅迫處理下木薯的H2O2含量變化趨勢一致。葉片光合色素含量會影響葉綠素對光能的吸收、傳遞之間的分配，從而影響光合作用[15-16]。有研究表明，植物應對逆境時會通過光合速率及無氧呼吸、抗氧化相關酶活性變化來應對逆境[17]。在本研究中，2個木薯品種相對低溫脅迫前葉綠素含量均有所降低，有可能是低溫脅迫致使呼吸作用減弱，導致細胞內(nèi)較多的氧自由基破壞葉綠體膜結(jié)構，造成葉綠素分解，這與夏雪琴[18]的研究結(jié)果一致。同時低溫脅迫會使植物葉綠素合成相關酶活性降低，進而影響葉綠素合成，最終影響光合速率。植物受到低溫脅迫后，最先受到傷害的是膜系統(tǒng)，細胞膜滲透性增加，電解質(zhì)大量泄漏，電導率升高[19]。本研究結(jié)果表明：低溫脅迫后，木薯葉片的REC和MDA含量呈增長趨勢，其與木薯耐寒性呈負相關，這與黃曉梅等[20]和鄒苗等[21]結(jié)果相似。低溫脅迫下，植物體內(nèi)的Pro、SS、SP等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均有一定程度的增加，這是植物為了適應環(huán)境而產(chǎn)生的一種保護機制[22]。同時，Pro除了作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以外，還可作為能量庫、氮素儲存劑、羥基清除劑和細胞結(jié)構穩(wěn)定的兼容性溶劑[23]。在本研究中，隨著低溫脅迫的增加，木薯幼苗葉片中的Pro、SS、SP含量均增加，‘F200木薯Pro含量顯著高于‘SC8，這與馬明杰等[24]研究中Pro增長趨勢一致;‘F200木薯SP含量高于‘SC8，二者差異不顯著;‘F200木薯SS含量顯著大于‘SC8，這與姚遠等[25]發(fā)現(xiàn)的木薯耐寒品種ARG中SS的含量研究結(jié)果一致。說明‘F200適應低溫脅迫能力強于‘SC8。

4? 結(jié)論

在低溫脅迫下，低溫耐受型木薯‘F200幼苗的形態(tài)結(jié)構優(yōu)于‘SC8，其活性氧清除能力、葉綠素含量、REC含量、MDA含量、Pro含量、SS含量、SP含量均優(yōu)于‘SC8。因此，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加和活性氧清除能力提高可能是木薯‘F200耐低溫的主要生理因素;木薯幼苗在低溫脅迫時的形態(tài)結(jié)構及生理指標可用于評價木薯耐低溫性差異，‘F200木薯具有一定的作為耐低溫的潛力，創(chuàng)制耐低溫木薯種質(zhì)資源提供重要依據(jù)。

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責任編輯：白? 凈