低温胁迫对不同豇豆品种抗寒性生理特性的影响.docx

低温胁迫对不同豇豆品种抗寒性生理特性的影响 摘 要：为了探讨豇豆的抗寒性，该试验研究了低温胁迫对德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白条等4个豇豆品种生理特性的影响。结果表明：在低温胁迫下，德州白条豇豆的根系活力明显高于德州灰嘴、禹城18粒和德州的紫皮豇豆，且叶片的SOD、POD活性以及可溶性糖含量也最高，并显著高于其余3个品种；同时，德州白条豇豆叶片的MDA含量与相对电导率均最低，并与其他品种间差异达显著水平。此外，在德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮3个豇豆品种中，德州紫皮和禹城18粒的SOD、POD活性以及可溶性糖含量显著高于德州灰嘴豇豆，而MDA含量和相对电导率则明显低于德州灰嘴豇豆。综上，在4个豇豆供试品种中，德州白条豇豆的抗寒性最强，其次是德州紫皮与禹城18粒豇豆，而德州灰嘴豇豆的抗寒性最弱。 关键词：豇豆；抗寒性；根系活力；抗氧化酶；可溶性糖 中图分类号 S63 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）24-0060-03 豇豆（Vigna unguiculata L.）是豆科豇豆属豇豆种一年生缠绕草本植物，原产于非洲东北部和印度，中国是其第二起源中心1-2。豇豆易栽培、产量高、品质佳，是解决夏秋淡季蔬菜供应的重要蔬菜作物之一，同时其营养丰富，药用价值高，是倍受人们青睐的保健蔬菜。豇豆栽培范围非常广泛，尤其在长江以南地区，春夏秋季均适宜豇豆的种植5-6。豇豆在设施内主要作早春蔬菜栽培，越冬栽培容易受冻害7-8，低温是限制豇豆冬春保护地栽培产量与品种的主要因素之一，如何提高豇豆的抗寒性已成为目前豇豆设施栽培品种选育的重要课题9-11。而使用低温耐受性强的品种是实现豇豆冬春优质高效栽培的关键途径。为此，笔者探讨了与豇豆抗寒性紧密相关的几个指标（根系活力、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性、可溶性糖和丙二醛含量及相对电导率）在低温胁迫环境下的变化规律，比较分析了4个豇豆品种抗寒性的强弱，旨在为筛选豇豆的耐寒性品种提供理论依据与技术支撑。 1 材料与方法 1.1 供试材料 试验设在德州市九龙湾低碳生态农业循环经济产业园的温室大棚内。供试豇豆品种有4个：德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白条，均由德州学院生态与园林建筑学院提供。 1.2 试验设计 挑选饱满、大小均匀的4个品种的豇豆种子，温汤浸种后，播种于50孔育苗穴盘，每穴1粒。然后放于育苗温室培养，昼夜温度1922，自然光照，待幼苗2叶1心时，选取整齐一致的幼苗放入光照培养箱中培养，光照强度为76μmol/（m2s），温度7/7（昼/夜）。每个品种作为一个处理，重复3次，每个重复20株苗。低温胁迫6d后，取出幼苗植株开始测定各项指标，生理指标的测定采用完全展开的第2片真叶。 1.3 测定项目与方法 豇豆幼苗的根系活力的测定采用TTC比色法；叶片SOD和POD活性的测定分别采用氮蓝四唑（NBT）光还原法和愈创木酚法；叶片可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法；叶片丙二醛（MDA）含量和相对电导率的测定采用硫代巴比妥酸法和电导仪法。UV-265型紫外可见分光光度计测定吸光值，测定均重复3次。 1.4 数据处理 使用Microsoft Excel 2013进行数据统计与分析，使用DPS 7.05软件进行方差分析。 2 结果与分析 2.1 不同品种的根系活力比较 根系活力主要指根系新陈代谢的活动能力，是反映根系吸收功能的重要指标之一，根系特性和发育状况能直接关系到豇豆对土壤水分、养分的吸收。因此，根系活力的高低也影响着豇豆植株的生长情况。低温胁迫对豇豆幼苗根系活力的影响如图1所示，由图1可知，低温胁迫对4个不同豇豆品种的根系活力具有明显的影响。各个品种根系活力的变化规律为：德州白条禹城18粒≈德州紫皮德州灰嘴，德州白条豇豆的根系活力达最大值，并显著高于其他品种，分别较德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮显著高出39.29%、18.18%和14.71%；禹城18粒和德州紫皮豇豆无显著性差异，但均显著高于德州灰嘴。数据分析表明，4个豇豆品种的根系活力对低温胁迫呈现出截然不同的响应，其中德州白条豇豆的根系活力显著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮。 2.2 不同品种的叶片SOD与POD活性比较 从酶促防御活性氧伤害的保护系统来看，作为植物体内重要的抗氧化酶，SOD是植物细胞最重要的清除氧自由基的一种酶，其主要生理功能是清除氧自由基产生H2O2，而H2O2能与氧自由基相互作用并产生更多的氧自由基；而POD能清除H2O2，维持活性氧的代谢平衡，保护膜系统，进而减轻或拮抗逆境的胁迫14-15。图2显示了低温胁迫对豇豆幼苗叶片的SOD和POD活性的影响，由图2可以得出，4个豇豆品种叶片的SOD与POD活性对低温胁迫呈现出显著的差异。德州白条豇豆的SOD活性最高，并显著高于其他品种，分别较德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮显著高出56.80%、26.79%和21.56%；依次是德州紫皮和禹城18粒，两个品种的SOD活性差异未达显著水平，但明显高于德州灰嘴。不同豇豆品种叶片的POD活性大小次序为：德州白条德州紫皮禹城18粒德州灰嘴，且品种之间的差异均达显著水平，其中德州白条的POD活性分别比德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮显著提高103.23%、46.51%和21.15%。以上分析认为，德州白条豇豆在低温胁迫下可以较好地保护膜系统，进而减缓低温胁迫，具有较强的抗寒性；其次是德州紫皮和禹城18粒豇豆，而德州灰嘴豇豆的抗寒性最弱。 2.3 不同品种的叶片可溶性糖比较 可溶性糖是作物抵御低温胁迫的重要保护性物质之一，可以降低冰点，提高原生质的保护能力，从而保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝固，这表明可溶性糖含量越高，抗寒性越强。从图3可以看出，4个豇豆品种叶片的可溶性糖含量在低温胁迫下具有明显的变化。各品种的可溶性糖含量大小次序为：德州白条德州紫皮禹城18粒德州灰嘴，且各个品种之间的差异均达显著水平，德州白条的可溶性糖含量分别较德州灰嘴、禹城18粒与德州紫皮明显提高72.92%、45.61%和20.29%；其次是德州紫皮，也显著高于禹城18粒和德州灰嘴，而德州灰嘴的可溶性糖含量最低，且与其他品种间的差异达显著水平。数据分析表明，在4个豇豆品种中，德州白条豇豆叶片的可溶性糖含量较高，可以提高原生质的保护能力，能较好地保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝固；依次是德州紫皮和禹城18粒豇豆，而德州灰嘴豇豆最差。2.4 不同品种的MDA含量与相对电导率比较 丙二醛（MDA）是膜质过氧化的重要产物，其积累是受到活性氧毒害作用的外观表现。细胞浸出液电导率的变化能够反映质膜的受伤害程度；当植物遭受低温胁迫时，一般会伤害原生质结构进而引起膜透性增大，导致细胞的内含物外渗，相对电导率增大。因此，相对电导率越大，说明受伤害越重，抗寒性就越弱。从图4可以看出，低温胁迫对豇豆幼苗叶片的丙二醛含量与相对电导率具有显著的影响，而且丙二醛含量与相对电导率呈现基本一致的变化规律：德州灰嘴禹城18粒≈德州紫皮德州白条，德州灰嘴豇豆的丙二醛含量与相对电导率均达最高值，并显著高于其余3个品种，其中丙二醛含量分别比禹城18粒、德州紫皮和德州白条显著高出30.77%、34.21%和96.15%，相对电脑率分别显著高出20.10%、23.17%和54.16%；依次是禹城18粒和德州紫皮豇豆，而德州白条的丙二醛含量与相对电导率均显著低于其他品种。由此可见，4个豇豆品种中，德州白条豇豆在低温胁迫时受害最轻，其次为德州紫皮与禹城18粒豇豆，而德州白条豇豆在低温胁迫下所受伤害最严重。 3 讨论与结论 低温胁迫对4个豇豆品种的生长均产生了一定影响。本试验结果得出，4个豇豆品种的根系活力在低温胁迫环境下呈现出显著的差异。德州白条豇豆的根系活力明显高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆。 SOD、POD作为内源活性氧的清除剂可以在低温胁迫中清除过量的活性氧，保持膜结构稳定性，进而减轻或去除伤害。有研究表明，在低温逆境下SOD与POD活性的高低和作物品种的抗寒性强弱有紧密联系。同时，可溶性蛋白是重要的渗透调节物质，在低温胁迫环境下能作为防脱水剂保护作物，其含量增加能增强组织或细胞持水的能力，进而增强作物的抗寒性。由此可见，作物在低温胁迫环境中，通过提高SOD与POD等保护酶活性及渗透调节物质含量，能够保护细胞膜免受活性氧的伤害。本试验研究得出，在低温胁迫条件下，德州白条豇豆叶片的SOD和POD活性及可溶性糖含量均最高，并显著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆。 低温胁迫还能引发或加剧细胞的膜脂过氧化作用，作物抗寒性与MDA含量呈负相关关系。吴锦程等对枇杷的研究表明，低温胁迫会加剧幼果细胞膜脂过氧化作用，导致MDA含量显著增加。还有研究发现，低温逆境会使黄瓜幼苗的膜透性与MDA含量明显增加。本试验得出了相似的结论，低温环境使豇豆叶片的MDA含量和相对电导率显著增加。而张瑜的研究则认为，低温胁迫使豇豆幼苗MDA含量升高，但可溶性糖含量呈显著降低的趋势，这与本研究结论不完全一致，造成这一差异可能与胁迫强度、胁迫时间和作物品种等因素有关。此外，本试验还发现，在4个豇豆品种中，德州白条豇豆叶片的SOD、POD及可溶性糖含量均显著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆，而MDA含量与相对电导率则显著低于其余3个品种；在德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮3个豇豆品种中，德州紫皮和禹城18粒的保护酶活性和渗透调节物质含量均明显高于德州灰嘴。综合分析认为，在4个不同的豇豆品种中，德州白条豇豆的抗寒性最强，其次是德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的抗寒性最弱。 参考文献 Siddiqui M H，Al-Whaibi M H，Basalah M O.Role of nitric oxide in tolerance of plants to abiotic stress normal; word-spacing: 0px; text-transform: none; color: rgb(51,51,51); text-align: left; font: 16px/28px 微软雅黑, Helvetica; letter-spacing: normal; text-indent: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px / 井大炜，王明友，张红，等.鸡粪对芸豆土壤有机碳氧化稳定性与碳库管理指数的影响J.农业机械学报，2016，47（8）：192-200. 贾德新，李士平，王风丹，等.蚯蚓粪对豇豆根际土壤生物学特征及微生物活性的影响J.浙江农业学报，2016，28（2）：318-323. 王明友，井大炜，张红，等.蚯蚓粪对豇豆土壤活性有机碳及微生物活性的影响J.核农学报，2016，30（7）：1404-1410. 刘方春，邢尚军，马海林，等.根际促生细菌（PGPR）对冬枣根际土壤微生物数量及细菌多样性影响J.林业科学，2013，49（8）：75-80. 徐兆生，王素，徐丽鸣，等.菜豆优良品种综合鉴定评价J.中国蔬菜，2001（5）：19-20. 郭经纬，商桑，穆大伟，等.外源NO对低温胁迫下豇豆幼苗生长和生理特性的影响J.热带作物学报，2015，36（12）：2179-2183. 袁成志，高美玲，郭晶.低温处理对不同油豆角品种幼苗的影响J.北方园艺，2009（12）：100-102. 陈禅友，汪汇东，丁毅.低温胁迫下长豇豆幼苗可溶性蛋白质和细胞保护酶活性的变化J.园艺学报，2005，32（5）：911-913. 井大炜，邢尚军，刘方春，等.保水剂施用方式对侧柏根际微生态环境的影响J.农业机械学报，2016，47（5）：146-154. 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