低溫脅迫對‘熱研1號’檳榔新品種生理特性的影響

黃麗云　劉立云　李艷　周煥起　嚴玉超

摘 要 為進一步完善‘熱研1號檳榔新品種的生物學特性，以1年幼苗為材料，在26、20、14、8 ℃的溫度梯度下，分別生長0，10，20和30 d后，測定植株的相對含水量、電導率、葉綠素、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等生理指標的變化，探討供試材料在低溫脅迫下的耐受性。結果表明：在26 ℃/10 d、26 ℃/20 d、26 ℃/30 d處理條件下各指標表現正常；20 ℃/10 d、20 ℃/20 d低溫處理時各指標數值開始出現小幅度變化，但在20 ℃/30 d條件下變化明顯，表現為多個指標數值差異顯著；當處理溫度在14、8 ℃條件下，處理時間為10 d時各指標數值間差異達顯著水平，特別是隨著低溫脅迫程度的加強，在8℃/30d時脯氨酸、丙二醛、POD、SOD活性均出現了持續上升后再下降的趨勢，結合植株瀕臨死亡的外觀癥狀，證明了在8 ℃/30 d條件下幼苗嚴重受損直至死亡。

關鍵詞 熱研1號；低溫脅迫；生理指標

中圖分類號 S543.2 文獻標識碼 A

Abstract To improve the studies of biological characteristics of‘Reyan No.1， one year old seedlings were used as experimental materials to measure the effects of chilling stress on the physiological characteristics. The seedlings were grown under 26， 20， 14， 8 ℃ for 0， 10， 20， 30 d respectively. The results showed that indices were normal under 26 ℃/10 d， 26 ℃/20 d， 26 ℃/30 d and had a small change under 20 ℃/10 d and 20 ℃/20 d. But there were obvious changes at 20 ℃/30 d and even significant under 14 ℃/10 d and 8 ℃/10 d. Especially with prolong of the treatment at 8 ℃/30 d， Pro， MDA， POD and SOD first gradually increased and then decreased. Combined with the severe injury symptom， 8 ℃/30 d is the lethal temperature for“Reyan No.1”.

Key words Reyan No.1； Chilling tress； Physiological indices

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.11.015

檳榔（Areca catechu L.）是檳榔屬中唯一的栽培種[1]，也是海南省極為重要的熱帶經濟作物。檳榔是熱帶亞熱帶作物，適宜的溫度范圍為24～28 ℃，在中國僅有海南、臺灣及云南部分地區適宜栽種。海南種植檳榔有2 000多年的栽培歷史，長期的自然環境和人工選擇逐漸形成了豐富的資源多樣性，其中不乏具有高產、優質、抗寒等性狀的優異資源。在經過多年多點生產性試驗后，中國熱帶農業科學院椰子研究所選育了‘熱研1號檳榔新品種[2]，并于2014年6月通過全國熱帶作物品種審定委員會審定，該品種具有高產穩產，品質優異，適宜加工等的優良特性。但由于受氣候條件的限制，未進行規范的抗寒性試驗。

低溫是影響熱帶作物生長的限制因子，臨界低溫會對作物造成損傷并極大影響其正常生長。植物的生理指標是反映植物抗逆性敏感程度的重要參數，單一指標不能全面地反映出植物的生理變化。已有研究結果表明，在低溫條件下植物的生理指標會產生規律性的變化，如植物細胞含水量與耐寒力[3]；原生質膜與相對電導率及丙二醛[4-6]；光合作用與葉綠素[7-8]，滲透調節物質如脯氨酸[9]，保護性酶POD、SOD[7，9]等；因此，多個生理指標的結合才能綜合反映出植物對低溫影響的反應變化[10]。2014年本研究組已對該品種的植物學特性、品質性狀及鮮果質構等進行了分析測試[11]。其他研究者也開展了本地種檳榔的寒害調查及生理生化分析[12-14]。但對于新品種‘熱研1號耐冷性的研究尚未見報道。因此，本文以‘熱研1號檳榔品種1 a幼苗為材料，進行低溫脅迫實驗，通過測定相對含水量、電導率、葉綠素、Pro、MDA、POD、SOD活性等指標，探討隨溫度降低和脅迫時間的延長對幼苗生理變化的影響，該研究結果可為品種適應性栽培區域的界定奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用檳榔于2013年4月28日播種，6月25日出芽率達90%，2014年7月6日取12株1年幼苗開展低溫脅迫試驗。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 設置4個溫度處理，分別為CK（室內常溫26 ℃）、20、14、8 ℃，每個處理3次重復。采用PGX-250C智能光照培養箱進行溫控，空氣濕度66%～70%，光照強度7 000 SI。分別于0、10、20、30 d采集植株葉片定量進行生理指標測定。

1.2.2 測定方法 葉片相對含水量（RWC）采用稱重法；細胞膜透性采用電導法[15]（電導儀DDS-11A）；葉綠素測定采用葉綠素儀（型號SPAD-502）；脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）均采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒進行測定，測定方法按照試劑盒內實驗說明書進行。

1.3 數據處理

數據分析采用SPSS軟件（SPSS statistics 17.0）與Excel office相結合進行分析。

2 結果與分析

2.1 相對含水量的變化

溫度的變化對植株相對含水量有著顯著的影響。由表1可知，隨著溫度的下降，幼苗葉片相對含水量也逐漸下降。處理時間相同的條件下，8 ℃生長的檳榔幼苗葉片含水量均顯著低于其他溫度處理（p<0.05），8 ℃/10 d、8 ℃/20 d、8 ℃/30 d分別比對應時間CK處理降低了29.23%、47.07%、34.45%。另外隨著處理時間的延長，CK、20 ℃、14 ℃各處理含水量均呈緩慢下降的趨勢，而8 ℃條件下表現為先下降后上升的態勢。此外，不同脅迫時間處理下，CK的平均含水量為75.74%，無顯著差異，但從20 ℃開始，不同處理時間含水量之間差異顯著，直至8 ℃平均含水量僅達47.78%，總體下降明顯。

2.2 相對電導率的變化

相對電導率可作為衡量質膜透性大小的指標，可反映植物膜系統受損傷的程度。由表1可知，隨著溫度的降低，植株相對電導率也逐漸上升，8 ℃時急劇上升。幼苗葉片在不同低溫處理脅迫20 d后，各處理相對電導率差異均達顯著（p<0.05）水平。此外，隨著處理時間的延長，20 ℃和14 ℃時相對電導率均表現為緩慢上升，但在8 ℃條件下，隨著時間的延長，相對電導率呈現出先急劇后緩慢的整體上升趨勢。

2.3 葉綠素含量的變化

低溫脅迫下，植物細胞色素系統易遭到破壞，導致葉綠素含量降低。由表1可知，隨著溫度的降低，葉綠素含量也逐漸降低。當處理時間為20、30 d時，不同溫度條件下葉綠素含量均達顯著差異（p<0.05）。8 ℃處理30 d相對10 d時下降的比例最大，為51.2%，是20（9.2%）、14℃（8.4%）處理的5～6倍。

2.4 脯氨酸含量的變化

脯氨酸是植物體中主要參與細胞水平滲透作用的調節劑。由表1可知，隨著溫度的降低，Pro含量逐漸增加，CK處理檳榔葉片的Pro含量顯著低于其它處理。20、14 ℃處理時不同溫度間差異不顯著，8 ℃時Pro含量與其他處理差異顯著。相同溫度不同時間條件下，除CK外，各處理間Pro含量均達顯著差異（p<0.05）。CK、20 ℃、14 ℃時Pro含量整體逐漸增加，8 ℃時Pro含量表現為先急劇上升后下降的趨勢。

2.5 丙二醛含量的變化

丙二醛含量的高低可作為考察細胞所受脅迫程度大小的指標。由表1可知，隨著溫度的降低，MDA含量逐漸增加，在低溫處理20～30 d時，MDA含量在14 ℃與20 ℃不同溫度下無顯著差異，其他處理間差異均達顯著水平（p<0.05）。相對于其他溫度MDA含量呈緩慢上升的態勢，8 ℃時隨低溫脅迫時間的延長MDA含量表現為先上升后下降的態勢。隨著脅迫時間的延長，MDA含量逐漸降低，特別是在14、8 ℃時各處理時間MDA含量差異達顯著水平（p<0.05）。

2.6 POD、SOD活性的變化

SOD、POD是植物細胞內重要的保護酶，是體現植物生理狀況的重要指標。由表1可知，POD和SOD的整體變化規律較為一致，處理10 d時各溫度間2種酶表現為先小幅度上升后下降再上升的趨勢，處理間POD活性差異顯著。處理20 d時不同溫度條件下2種酶表現為先下降后上升再下降的趨勢，POD活性在各溫度處理間亦差異顯著。處理30 d時各溫度間2種酶表現為先上升后下降的趨勢。而相同溫度不同時間條件下，CK處理時2種酶活性差異不明顯，20、14、8 ℃處理時POD活性在不同時間內差異顯著；20、14 ℃處理時SOD活性在不同時間內差異顯著。

3 討論與結論

植物細胞內水分含量對植物抗寒能力的強弱有明顯的指示作用[3]。本研究中，隨著低溫脅迫時間的延長，幼苗葉片相對含水量不斷降低。在8 ℃低溫條件下，隨著低溫時間的延長，葉片含水量表現為先下降后上升，這與葛亞英[16]的研究中低溫處理條件下口紅花葉片含水量的變化趨勢一致。這有可能是低溫時期植物細胞自由水含量降低，束縛水含量增加的緣故。該變化有利于降低檳榔體內細胞代謝活性，增強細胞原生質膠體結構穩定性，從而進一步提高檳榔對低溫脅迫的耐受性，增強幼苗對低溫脅迫的抵抗力。

細胞膜是活細胞和環境之間的界面和屏障，其完整性和通透性與植株的耐寒性密切相關[4]。逆境脅迫下，相對電導率值的高低可表明植物細胞膜受損傷的程度；MDA是細胞膜脂過氧化的主要產物[5-6]，其含量的變化也反映了膜脂被過氧化的程度。因此，相對電導率和MDA是衡量低溫傷害較直接的鑒定指標。本研究結果表明，相對電導率和MDA變化趨勢一致，均隨著脅迫程度的加強而不斷升高。但對較低溫度的反映靈敏度不同，質膜相對透性在低溫脅迫下一直持續上升，但幅度不大。而丙二醛含量在8 ℃/20 d時出現轉折，呈現下降的趨勢。這與李靜[17]等以油棕為材料的研究結果相似。

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用，作物光合作用的強弱直接受其含量多少的影響。本研究中，葉綠素含量隨著脅迫程度的增加不斷下降，在8 ℃時最低含量僅達7.9 mg/L，下降的比例是其它溫度處理葉綠素含量的5～6倍。植物體在持續的低溫脅迫下，葉綠素降解加快，合成亦受到限制，導致含量持續降低[7-8]。

Pro作為植物體內的滲透調節物質，其主要參與細胞水平上的滲透調節，在植物的抗寒反應中起到重要的作用。在低溫脅迫下，隨著時間的延長，Pro含量逐漸上升，當達到一定脅迫程度，則呈下降趨勢。8 ℃是Pro含量變化的轉折點，這與李靜[17]、楊華庚[9]等的研究結果一致。

保護性酶可以保護植物體免受自由基和活性氧強氧化作用的傷害。逆境脅迫下，植物對氧的利用能力下降，致使體內的自由基和活性氧增加，保護性酶的含量和活性也會相應的增加。大量研究表明，植物體隨著低溫脅迫的加強，體內的保護酶活性逐漸升高[18-19]。本研究中，POD和SOD酶活性整體變化規律較為一致，起始階段均表現為先小幅上升后緩慢下降再上升，至試驗后期又持續下降。適度的低溫脅迫可以啟動植物細胞中酶促防御系統中重要的保護酶，清除超氧自由基，保證細胞內活性氧與防御系統之間的平衡。隨著低溫脅迫時間的延長，酶活性含量波動小幅上升。這說明植物能夠適應低溫環境，細胞內的活性氧與防御系統之間保持著平衡狀態。但隨著低溫脅迫程度的加深和時間得延長，在8 ℃低溫條件下，這2種酶活性先大幅上升后出現下降的現象，這表明了隨脅迫程度的加強出現代謝紊亂，細胞內自由基產生和防御系統遭到破壞，導致細胞正常功能喪失，這與陳代慧的研究結果相似[20]。

綜上所述，低溫脅迫下檳榔幼苗會出現含水量降低，電導率、MDA和Pro含量升高等現象，說明葉片在低溫條件下受到明顯的損傷。在輕度脅迫下，該品種均能通過調節滲透物質的積累來防止細胞膜脂被過氧化，保證細胞膜脂各項生理生化反應正常進行，活性酶含量也在一定幅度范圍內波動以調節適應溫度的變化。但在重度低溫時植物本身的防御機制受到破壞，使得植物細胞的結構和功能受到嚴重影響，如Pro、MDA、POD、SOD活性都出現了先上升后下降的趨勢，結合植株瀕臨死亡的外觀癥狀，證明了該品種1年齡苗在8 ℃/30 d的條件下受損嚴重甚至死亡。

海南是中國檳榔的主產區，冬季極易遭受低溫陰雨天氣的影響，較為典型的是2008年1～2月海南省遭遇了50年不遇的持續低溫陰雨天氣，9～10 ℃持續近1個月[21]，但調查表明，此次寒害對海南檳榔當年的產量會產生一定的不利影響，但影響不會很大[14]。本試驗結論表明該品種可適宜在海南全省范圍內種植。

參考文獻

[1] 覃偉權， 范海闊. 檳榔[M. 北京：中國農業大學出版社， 2010： 17.

[2] 李和帥， 范海闊， 黃麗云， 等. 檳榔新品種 “熱研1號”[J]. 園藝學報， 2011， 38（5）： 1 011-1 012.

[3] 董軍生， 張昕欣， 袁惠貞， 等. 幾種生理生化指標與植物抗寒性關系研究概況[J]. 河北林業科技， 2009， S1： 44-45.

[4] Lyons J M， Raison J K. Oxidative activity of mitochondria isolated from plant tissues sensitive and resistant to chilling injury[J]. Plant Physiology， 1970， 45（4）： 386-389.

[5] Ye C J， Zhao K F. Effects of adaptation to elevated salinity on some enzymes' salt tolerance in vitro and physiological changes of eelgrass[J]. Acta Botanica Sinica， 2002， 44（3）： 788-794.

[6] Cong H J， Chen K M， Cao Y S， et al. Antioxidant system in two ecotype of reed（Phragmites communis）leaves from different habitats[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2004， 24（2）： 193-199.

[7] 楊 靜， 王華田， 宋承東， 等. 持續低溫脅迫對紅葉石楠抗寒生理生化特性的影響[J].江西農業大學學報， 2007， 29（6）： 988-992.

[8] 王 寧， 吳 軍， 夏鵬云， 等. 低溫脅迫對大葉冬青生理特性的影響[J]. 河南農業大學學報， 2011， 45： 407-410.

[9] 楊華庚， 林位夫. 低溫脅迫下油棕幼苗的某些生理生化特性[J].熱帶作物學報， 2008， 29（3）： 326-332.

[10] 岳 海， 李國華， 李國偉， 等.澳洲堅果不同品種耐寒特性的研究[J]. 園藝學報， 2010， 37（1）： 31-38.

[11] 黃麗云， 劉立云， 李 艷， 等. 海南主栽檳榔品種鮮果性狀評價[J]. 熱帶作物學報， 2014， 35（2）： 313-316.

[12] 曹紅星， 馮美利， 孫程旭， 等. 低溫及干旱脅迫對檳榔幼苗生理生化特性的影響[J]. 西南農業學報， 2010， 23（3）： 832-335.

[13] 孫程旭， 陳良秋， 馮美利， 等. 檳榔不同品種幼苗耐寒性比較初步研究[J]. 西南農業學報， 2009， 22（6）： 1 686-1 689.

[14] 董志國， 劉立云， 王 萍， 等. 檳榔寒害調查研究[J]. 安徽農學通報， 2008， 14（14）： 98-99.

[15] 朱根海， 劉祖祺， 朱培仁. 應Logistic方程確定植物組織低溫半致死溫度研究[J]. 南京農業大學學報， 1986（3）： 11-16.

[16] 葛亞英， 田丹青， 郁永明， 等. 垂吊植物口紅花葉片對低溫脅迫的生理響應[J]. 浙江大學學報， 2012， 38（5）： 559-565.

[17] 李 靜， 陳秀龍， 李志陽， 等. 低溫脅迫對10個油棕新品種生理生化特性的影響[J]. 華南農業大學學報， 2013， 34（1）62-66.

[18] 王 蘭， 蔡千蕙. 低溫脅迫對水稻苗期SOD、 POD活性的影響[J]. 湖南農業科學， 2011（11）： 56-58.

[19] 陳衛國， 劉 勇， 周冀衡. 低溫脅迫對煙草膜保護酶系統的影響[J]. 安徽農業科學， 2011， 39： 3 978-3 980.

[20] 陳代慧， 劉宇新， 王艷梅， 等. 低溫脅迫對不同抗寒品種三茶花生理生化指標的影響[J]. 河南科學， 2013， 31（12）： 2 154-2 155.

[21] 黃麗云， 范海闊， 周煥起， 等. 2008年海南省椰子寒害調查[J]. 中國果樹， 2009（2）： 66-68.