低溫處理對西番蓮扦插苗生長及生理特性的影響

劉智成，嚴(yán)良文，陳瑤瑤

(福建省龍巖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建龍巖，364000)

西番蓮Passifloracoerulea，俗稱雞蛋果、百香果，是一種可當(dāng)年種植當(dāng)年獲得收益的作物，且喜溫?zé)?，對低溫較敏感。西番蓮已在全國多地區(qū)推廣種植成功，尤其在南方較高海拔種植區(qū)或偏冷山區(qū)，生產(chǎn)上采用設(shè)施保護(hù)進(jìn)行西番蓮育苗，但每年3月西番蓮定植前煉苗期或定植后會遇到低溫天氣，有些地方甚至出現(xiàn)短暫的倒春寒或霜凍現(xiàn)象，從而影響西番蓮植株生長及當(dāng)年上市時間和產(chǎn)量[1]。西番蓮植株在低溫環(huán)境下其生長發(fā)育受到抑制[2-4]，其中葉片比較敏感，植物為了適應(yīng)溫度的變化，其生理特性會產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整，從而應(yīng)對不良低溫環(huán)境[5-8]。目前，關(guān)于西番蓮抗寒研究主要集中在低溫處理時間[9]、成熟枝條及葉片受低溫脅迫后生理及結(jié)構(gòu)變化[5，10]等方面，而其在不同低溫對植株脅迫下生理變化以及植株恢復(fù)培養(yǎng)后成活率的研究鮮見報道。本文為了研究西番蓮在低溫條件下其植株生長及其體內(nèi)保護(hù)酶活性變化情況，通過不同品種西番蓮扦插苗在不同低溫處理下，測定葉片生理指標(biāo)，并進(jìn)行恢復(fù)生長試驗，調(diào)查植株恢復(fù)情況。分析西番蓮的耐冷性及生理指標(biāo)的影響，為進(jìn)一步選育出耐冷品種及其栽培生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

選取福建省龍巖市當(dāng)?shù)匚鞣徶髟云贩N芭樂黃金果、紫香1號和臺農(nóng)1號。

1.2 方法

1.2.1 扦插育苗 本試驗在福建省龍巖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地進(jìn)行，2018年10月13日從3個西番蓮品種母株上選取當(dāng)年生健壯結(jié)果枝條，剪取2個節(jié)位，留上半部葉片作為插穗備用，將上述插穗插入盛有已消毒的椰糠與細(xì)沙比例為1∶1的基質(zhì)營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm)中扦插育苗。

1.2.2 試驗處理 2018年12月20日選取生長健康的扦插苗，高約25 cm，分別在0、3、5、10、15 ℃及25 ℃(對照)溫度下處理24 h，每組處理50株，每處理重復(fù)3次，然后放置在20～25 ℃保溫大棚下，進(jìn)行恢復(fù)生長培養(yǎng)。

1.2.3 數(shù)據(jù)測定 低溫處理24 h后，每株取1片葉，每次每組取樣10片，分別測定丙二醛(MDA)、可溶性糖、脯氨酸含量，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性。MDA含量采用硫代巴比妥酸(TAB)法[11]，SOD活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[12]，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[13]，CAT活性采用紫外吸光法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[14]，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[15]。

恢復(fù)生長培養(yǎng)3 d時，測定存活率，存活率(%)=成活株數(shù)/試驗總株數(shù)×100，以葉片完全展開及頂芽恢復(fù)直立生長計為恢復(fù)成活植株。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，用方差分析方法分析不同處理間的差異，并采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對葉片丙二醛(MDA)含量和超氧化物酶(SOD)活性的影響

從表1可以看出，在低溫處理下，3個西番蓮品種葉片中MDA含量均隨溫度下降而增加。與25 ℃(對照)處理相比，低溫處理的葉片MDA含量均達(dá)到顯著性差異；其中0 ℃處理的芭樂黃金果葉片MDA含量最大，為48.50 μmol/g，紫香1號葉片的MDA含量次之，為36.82 μmol/g，臺農(nóng)1號葉片的MDA最小，為35.50 μmol/g；在相同低溫處理下，芭樂黃金果葉片MDA含量均比其他2個品種大。

隨處理溫度下降，3個品種葉片SOD活性出現(xiàn)下降趨勢，與25 ℃(對照)處理相比，存在顯著性差異。0 ℃處理下，芭樂黃金果的葉片SOD活性最低，為11.2 U/g;紫香1號的葉片SOD活性次之，為12.5 U/g;臺農(nóng)1號的葉片SOD活性較高，為14.2 U/g。說明低溫處理西番蓮幼苗，其葉片中SOD活性受到抑制。

2.2 對葉片過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性的影響

從表2可以看出，低溫處理的3個品種葉片氧化物酶(POD)活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；10～15 ℃處理時POD活性均逐漸增加；10 ℃處理時，臺農(nóng)1號葉片POD活性達(dá)到最大，為42.98 U/g，與25 ℃(對照)處理相比，達(dá)到顯著性差異；在0～5 ℃處理時3個品種POD活性均逐漸減少，其中0～3 ℃處理時3個品種POD活性均比對照低，0 ℃達(dá)到顯著性差異。說明溫度下降時，POD活性開始增加，當(dāng)溫度低于5 ℃時，POD活性受到一定抑制。

表1 不同低溫處理對西番蓮扦插苗葉片丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性的影響

隨溫度降低，3個品種葉片CAT活性呈現(xiàn)先升后降趨勢。10 ℃處理時，3個品種葉片CAT活性最大；0、3 ℃處理時，芭樂黃金果葉片CAT活性分別為4.02和4.80 U/g，比25 ℃(對照)處理還低，存在顯著性差異；0 ℃處理時紫香1號葉片CAT活性4.12 U/g，低于25 ℃(對照)處理，存在顯著性差異；0 ℃處理時臺農(nóng)1號CAT活性5.24 U/g，略低于25 ℃(對照)處理，無顯著性差異。說明低溫處理會使西番蓮葉片中CAT活性產(chǎn)生先升后降的變化，其中，在溫度≤3 ℃時，芭樂黃金果葉片CAT活性受到一定抑制；0 ℃處理時紫香1號葉片CAT活性受到抑制，而臺農(nóng)1號葉片CAT活性受抑制不明顯。

表2 不同低溫處理對西番蓮扦插苗葉片過氧化物酶和過氧化氫酶活性的影響

2.3 對葉片可溶性糖和脯氨酸含量的影響

從表3可以看出，低溫處理的3個品種葉片可溶性糖含量均隨溫度降低而升高，且與25 ℃(對照)處理相比，大部分均存在顯著性差異；其中0 ℃處理下臺農(nóng)1號葉片可溶性糖含量達(dá)到最大，為6.98 mg/g，紫香1號葉片可溶性糖含量次之，為6.02 mg/g，芭樂黃金果葉片可溶性糖含量較小，為5.28 mg/g。

西番蓮葉片中脯氨酸含量隨溫度的降低呈現(xiàn)先升后降趨勢。10～15 ℃處理時，脯氨酸含量逐漸增加，3個品種脯氨酸含量均比25 ℃(對照)處理大，均存在顯著性差異，其中10 ℃處理時，臺農(nóng)1號葉片脯氨酸含量最大，為18.92 μg/g；在0～5 ℃處理時，脯氨酸含量逐漸減少，0、3 ℃處理下，3個品種脯氨酸含量均比對照(25 ℃)處理小，0 ℃處理均達(dá)到顯著性差異，其中0 ℃處理時芭樂黃金果脯氨酸含量最小，為2.15 μg/g。

表3 不同低溫處理對西番蓮扦插苗葉片可溶性糖和脯氨酸含量的影響

2.4 對幼苗存活率的影響

從表4可以看出，低溫處理24 h，進(jìn)行恢復(fù)生長3 d后，3個品種存活率隨溫度下降而降低。其中10～15 ℃處理后，3個品種存活率均≥90%，與25 ℃(對照)處理相比，無顯著性差異；5 ℃處理后，3個品種存活率均明顯減少，與溫度25 ℃(對照)處理相比，存在顯著性差異，其恢復(fù)生長存活率為58.05%～65.35%；3 ℃處理后，芭樂黃金果恢復(fù)生長存活率為0，紫香1號、臺農(nóng)1號兩個品種存活率分別為2.21%和8.35%；0 ℃處理后，3個品種恢復(fù)生長后存活率均為0。說明低溫處理后，尤其是溫度≤3 ℃時，西番蓮種苗生長會受到一定的影響。

3 討論與結(jié)論

植物因低溫脅迫，會誘導(dǎo)植株體內(nèi)MDA含量不斷積累增加[16-19]，從而引起膜脂過氧化[20]，植株體內(nèi)的MDA含量可作為衡量膜系統(tǒng)受傷程度指標(biāo)之一[21]。本試驗中，隨溫度降低，3個西番蓮品種扦插苗葉片中MDA含量不斷增加，其中芭樂黃金果在0 ℃處理時，MDA含量達(dá)到最大，為48.50 μmol/g，紫香1號次之，臺農(nóng)1號較小。

表4 不同低溫處理對西番蓮扦插苗存活率的影響

植物體內(nèi)的POD、SOD和CAT具有自我調(diào)節(jié)功能，能清除由于逆境脅迫下產(chǎn)生過多的活性氧，以提高植株抗逆性[9，16]。有研究表明，不同植物在受到低溫脅迫下，植株體內(nèi)保護(hù)酶活性會表現(xiàn)出不同的變化[22-26]。本試驗結(jié)果表明，3個西番蓮品種在0～15 ℃處理下，SOD活性均隨溫度降低而減少；而POD和CAT活性均隨溫度下降，表現(xiàn)出先上升后下降趨勢，在10 ℃處理時，活性值均達(dá)到最大，當(dāng)溫度低于5 ℃時，POD和CAT活性均低于對照，且達(dá)到顯著性差異。

可溶性糖作為細(xì)胞重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，其含量增加能降低細(xì)胞液冰點[27]，從而提高植株抗寒性。在本試驗中，隨溫度的下降，3個西番蓮品種體內(nèi)可溶性糖含量逐漸增加，當(dāng)0和3 ℃處理時，測得植株體內(nèi)可溶性糖含量變化較小，兩者無顯著性差異，其中，臺農(nóng)1號在0 ℃處理時可溶性糖含量最大，為6.98 mg/g。說明3個西番蓮品種扦插苗在低溫處理時，植株體內(nèi)可溶性糖隨溫度下降其含量逐漸積累增加，當(dāng)溫度下降到一定程度時，其含量無明顯變化。

有研究表明，脯氨酸可以提高作物的滲透壓，增強(qiáng)組織保水能力[28]，同時作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以減少細(xì)胞質(zhì)膜受到外界低溫影響[29]；董萬鵬等[2]對西番蓮成熟枝條抗寒性研究表明，隨溫度降低，脯氨酸含量會逐漸增加。本試驗中，對3個西番蓮品種扦插苗進(jìn)行低溫處理，測得其葉片中脯氨酸含量隨溫度降低，呈現(xiàn)先升后降的趨勢；10 ℃處理時，3個西番蓮品種葉片中脯氨酸含量均高于其他溫度處理，其中臺農(nóng)1號葉片脯氨酸含量最大，為18.92 μg/g；當(dāng)溫度低于3 ℃時，超出西番蓮扦插苗葉片承受低溫范圍，而出現(xiàn)脯氨酸含量減少，并低于對照。

本試驗中，在5 ℃處理24 h后進(jìn)行恢復(fù)生長，3個西番蓮品種幼苗存活率均比對照低，且存在顯著性差異；在3 ℃處理后，芭樂黃金果存活率為0，紫香1號和臺農(nóng)1號存活率低于10%，與對照存在顯著性差異；0 ℃處理后，3個西番蓮品種存活率均為0，這與潘俊杰等[17]對紫果西番蓮扦插苗在0 ℃低溫處理24 h后扦插苗無法恢復(fù)生長結(jié)果相似。

綜合以上可知，在低溫脅迫下，西番蓮植株葉片中MDA含量不斷增加，表明植株受到不同程度的低溫傷害，植株體內(nèi)滲透系統(tǒng)和保護(hù)酶系統(tǒng)動態(tài)平衡被破壞，其中脯氨酸和可溶性糖含量增加，促使其體內(nèi)滲透壓提高和細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度增加，而植株體內(nèi)誘導(dǎo)出POD、SOD和CAT活性，從而減輕由于低溫造成植株的傷害，使植株抗寒性得到提高；但當(dāng)溫度低于5 ℃時，植株體內(nèi)POD、SOD和CAT活性受到抑制作用，無法及時清除體內(nèi)氧化物質(zhì)對植株的傷害。因此，在溫度低于3 ℃時，植物葉片中脯氨酸含量出現(xiàn)減少，可溶性糖含量積累無顯著性變化，導(dǎo)致芭樂黃金果西番蓮無法恢復(fù)生長。