9個油棕品種抗寒性的生理生化鑒定

金龍飛 楊蒙迪 周麗霞 馮美利 曹紅星

摘要：以三年生的油棕小葉為材料，研究低溫脅迫對其可溶性糖、可溶性蛋白、總酚、脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶、過氧化氫酶以及過氧化物酶活性的影響，采用隸屬函數法對不同油棕品種的抗寒性進行綜合評價。結果表明，9個油棕品種在低溫脅迫下的生理生化指標變化差異顯著，隸屬函數值的平均值表現為RYCR2>RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。9個油棕品種中RYCR2、RYCR3、RYNG1的抗寒性較強，RYCR6、RYCR4、RYMY8次之，RYCR5、RYMY9、RYCR7最弱。

關鍵詞：油棕;低溫脅迫;抗寒性評價;隸屬函數;生理生化指標

中圖分類號：S565.901文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）08-0132-05

收稿日期：2020-07-13

基金項目：中國熱帶農業科學院基本科研業務費項目（編號：1630152017008）。

作者簡介：金龍飛（1988—），男，湖北荊門人，博士，助理研究員，主要從事熱帶木本油料作物栽培研究。E-mail：jinlf@catas.cn。

通信作者：曹紅星，博士，研究員，主要從事熱帶木本油料作物種質資源評價研究。E-mail：hongxing1976@163.com。

油棕（Elaeis guineensis）是重要的熱帶木本油料作物，產油效率極高，是花生的5～6倍，大豆的9～10倍。油棕原產于非洲幾內亞灣的熱帶河谷地區，性喜濕熱，適宜生長的溫度為22～32 ℃。當氣溫低于20 ℃，油棕的開花結實受抑制;當溫度低于 15 ℃，生長受抑制;當溫度低于10 ℃，油棕受到嚴重的寒害[1]。油棕在我國海南、云南、廣西、雷州半島等地區種植時，冬季易受低溫寒害[2-5]。中國熱帶農業科學院椰子研究所從尼日利亞、馬來西亞、哥斯達黎加等引進了9個油棕品種進行試種，對這些品種在低溫脅迫下的抗寒性評價是引種試驗的重要內容。在低溫脅迫下，植物會通過一系列的生理生化變化增強對低溫的耐受性，包括增加可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、游離脯氨酸（Pro）等滲透調節物質的含量;通過增強抗氧化酶活性，例如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等;以及增強非酶類抗氧化物質的含量，例如酚類物質、谷胱甘肽和類黃酮等，增強對低溫引起的活性氧的清除能力[6-10]。李靜等對10個油棕品種低溫的生理生化特性進行測定，發現在低溫脅迫下葉片可溶性糖含量逐漸升高，脯氨酸和可溶性蛋白含量先升高后降低[2]。曹紅星等研究不同油棕資源對低溫脅迫的生理生化響應，發現SS、SP、Pro、丙二醛（MDA）的含量，SOD、POD、CAT、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性與抗寒性密切相關，可作為油棕抗寒鑒定指標[11]。本研究從生理生化角度對9個油棕品種的抗寒性進行評價和鑒定，通過對不同低溫脅迫處理的油棕葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等滲透調節物質的含量，總酚和丙二醛的含量以及SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性進行測定，并采用隸屬函數對9個品種的抗寒性進行綜合評價，以期為我國油棕引種奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試油棕品種取自中國熱帶農業科學院椰子研究所試驗基地（110°46′E，19°33′N），品種名依次為RYNG1、RYCR2、RYCR3、RYCR4、RYCR5、RYCR6、RYCR7、RYMY8、RYMY9。在晴天09：00，選擇長勢統一、生長旺盛、無病害的三年生油棕植株的第17片葉進行采樣，采樣后帶回實驗室進行低溫脅迫處理。在人工氣候箱中分別設置2個低溫梯度[15 ℃（T1）、10 ℃（T2）]，處理24 h，以25 ℃作為對照（CK），每個處理設置3次重復。試驗于2020年1—4月開展。

1.2 試驗方法

采用蒽酮比色法測定可溶性糖（SS）含量，二喹啉甲酸法測定總蛋白（SP）含量，分光光度法測定總酚（TF）含量和游離脯氨酸（Pro）含量，硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量;采用試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等的活性。

1.3 數據分析

數據采用SPSS 13.0進行差異顯著性分析。采用隸屬函數值法對抗寒性進行綜合評價，計算SS、SP、TF、Pro、MDA含量以及SOD、POD、CAT活性等指標在T1、T2時的隸屬函數值。分析指標與抗寒性呈正相關，則計算公式為U（Xijk）=（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）;分析指標與抗寒性呈負相關，則計算公式為U（Xijk）=1-（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）。Xijk表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的測定值;U（Xijk）表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的隸屬函數值;Xmax、Xmin分別表示測定值中的最大值、最小值。先對各指標分別計算隸屬函數值，再對所有指標計算平均值，值越大表示抗寒性越強，反之則越弱。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對油棕葉片滲透調節物質含量的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片的滲透調節物質含量變化情況如表1所示。油棕葉片可溶性糖（SS）含量隨著溫度的降低整體呈上升趨勢，10 ℃時RYCR2葉片可溶性糖含量最高，為97.95 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR5葉片可溶性糖含量增幅最大，是對照的4.4倍。油棕葉片可溶性蛋白（SP）含量隨著溫度的降低呈上升趨勢，10 ℃時RYCR2葉片可溶性蛋白含量最高，為4.83 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR3葉片可溶性蛋白含量增幅最大，是對照的2.8倍。低溫脅迫下油棕葉片脯氨酸（Pro）含量隨著溫度的降低呈升高的趨勢，10 ℃ 時RYCR2葉片脯氨酸含量最高，為46.10 μg/g，顯著高于對照;增幅也最大，是對照的1.7倍。

2.2 不同低溫處理對油棕葉片總酚和丙二醛含量的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片TF、MDA含量變化如表2所示。低溫脅迫下油棕葉片TF含量隨著溫度的降低呈上升趨勢。15 ℃時RYNG1葉片TF含量最高，為15.19 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR5葉片TF含量增幅最大，是對照的1.99倍。低溫脅迫下油棕葉片的丙二醛（MDA）含量隨著溫度的降低整體呈上升趨勢，10 ℃的RYMY8葉片MDA含量最高，為101.29 nmol/g，顯著高于對照;RYNG1、RYCR2葉片MDA含量增幅較小。

2.3 不同低溫處理對油棕葉片抗氧化酶活性的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片抗氧化酶活性變化如表3所示。油棕葉片SOD活性隨著溫度的降低呈升高的趨勢，15 ℃時RYCR3葉片SOD活性最高，為3.39 U/g，顯著高于對照;15 ℃時RYCR4葉片SOD活性增幅最大，是對照的2.5倍。油棕葉片POD活性總體隨著溫度的降低呈先升高再降低的趨勢，RYMY8、RYMY9的POD活性總體隨著溫度的降低而逐漸升高。15 ℃時RYCR5葉片POD活性最高，為126.05 U/g，顯著高于對照。油棕葉片CAT活性總體隨著溫度的降低呈逐漸升高的趨勢。10 ℃時RYCR6葉片CAT活性最高，為 37.71 U/g，顯著高于對照;RYMY8葉片CAT酶活性增幅最大，是對照的2.4倍。

2.4 不同品種油棕各指標隸屬函數值和綜合評價結果

通過對低溫脅迫下油棕葉片的可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、總酚（TF）、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量和SOD、POD、CAT8酶活性等8項抗寒相關生理指標變化幅度的隸屬函數值求平均值，按其大小排序得到9個油棕抗寒性的綜合評價結果（表4），表明9個油棕的抗寒能力表現為RYCR2>RYCR3>RYNG1>RYCR6>RYCR4>RYMY8>RYCR5>RYMY9>RYCR7。

3 討論與結論

油棕起源于熱帶雨林，對低溫的抵御能力較弱，在長期的栽培、引種和馴化中，其抗寒性也逐漸增強[12-13]。SS、SP、Pro是植物細胞內重要的滲透調節物質，在低溫脅迫下滲透調節物質含量的增加能夠改變細胞質濃度，提高細胞的保水能力，進而有效緩解低溫對植物細胞的傷害[14]，其含量的高低也能從一定程度上反映抗寒性的強弱[15-16]。SS與水結合形成束縛水，提高原生質的黏度，能夠降低細胞的凝固點，植物中SS含量越高，植物的抗寒性越強[17]。9個油棕品種的SS含量在溫度逐漸降低的過程中逐漸上升，其中RYNG1、RYCR2、RYCR3的SS含量上升的幅度最大，這表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的SS，緩解低溫造成的細胞損傷，提高抗寒性。9個油棕品種的SP含量在溫度逐漸降低的過程中逐漸上升，其中RYCR2、RYCR3、RYMY8的SP含量上升的幅度最大，這表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的SP，增強對低溫脅迫的抗性。在一般情況下，植物細胞的Pro含量較低，在低溫脅迫下Pro迅速積累，外源噴施Pro能夠增強植物的抗寒性[18]。9個油棕品種的Pro在15、10 ℃處理下迅速積累，其中RYNG1、RYCR3、RYMY8的Pro含量上升的幅度最大，表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的Pro，增強對低溫脅迫的抗性。

低溫脅迫下細胞內會產生大量的活性氧，包括超氧陰離子自由基（O-2·）、過氧化氫（H2O2）、羥基自由基（·OH-）、一氧化氮（NO）等[19-20]。過量的活性氧積累會對蛋白質、核酸和脂質等生物大分子造成損傷，從而影響其正常的生理生化功能[21]。MDA是活性氧與脂質發生過氧化反應的終產物，會引起蛋白質、核酸等生物大分子的交聯結合，且具有細胞毒性[21]。RYNG1、RYCR2、RYCR3的MDA含量在低溫脅迫下的積累量明顯低于其他品種，表明受低溫脅迫的影響較小。酚類物質是植物重要的非酶類抗氧化劑，在逆境脅迫下，酚類物質的積累能夠有效清除活性氧的積累[21]。不同油棕品種在低溫脅迫下的酚類物質變化差異較大，其中RYNG1、RYCR3、RYCR5的TF含量上升的幅度最大，表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的酚類物質，增強對低溫脅迫的抗性。SOD、POD、CAT是植物細胞內重要的抗氧化酶，通過清除膜脂過氧化產生的活性氧來保護細胞免受傷害，減少細胞膜損傷，提高植物的抗寒能力。低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性的高低也能在一定程度上反映植物的抗寒能力。9個油棕品種在低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性都有不同程度的上升，其中RYCR4、RYCR6、RYNG1在低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性上升的幅度高于其他品種，這表明RYCR4、RYCR6、RYNG1在低溫脅迫下對活性氧的清除能力較強。

由于油棕樹體高大，本研究采用油棕葉片離體低溫處理的方式模擬低溫脅迫，同時基于與抗寒性密切相關的生理生化指標的變化進行抗寒性的評估。植物抗寒性是多個因素綜合控制的，包括形態結構、解剖結構、生理生化指標等，全面的抗寒性評估須對這些指標進行綜合分析，同時還須結合田間調查的結果。本試驗利用隸屬函數對油棕葉片在低溫脅迫下的生理生化指標綜合分析，得出9個油棕品種的抗寒性表現為RYCR2> RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。

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