低 溫脅迫對優(yōu)良三色堇自交系幼苗耐寒性的影響 常珍惜 杜曉華 賈文慶 朱小佩 穆金艷 劉會超 河南科技學院 園藝園林學院 河南 新鄉(xiāng) 453003 摘要 以 9 份優(yōu)良三色堇自交系幼苗為試材 在試驗室中對其進行低溫脅迫 測定植株的可溶性糖 游離脯氨 酸 可溶性蛋白 MDA 葉綠素熒光及細胞膜透性等生理指標 同時結(jié)合大田冷害調(diào)查 研究了 9 份三色堇自交 系的耐寒性 根據(jù)所測定的生理指標進行的抗寒性綜合評價表明 9 份材料抗寒能力由強到弱依次為 XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 根據(jù)大田冷害調(diào)查所測定的耐寒系數(shù)表明 9 份材料抗寒能力由強到弱依次為 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 綜合上述兩種 評價方法 9 份材料中 較為耐寒材料為 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 可溶性糖和游離脯氨酸可能與抗寒 性成正相關 MDA 和葉綠素熒光與抗寒性成負相關 關鍵詞 三色堇 低溫脅迫 生理指標 中圖分類號 S681 9 文獻標志碼 A 文章編號 2096 9473 2022 04 0023 08 Effects of low temperature stress on cold tolerance of excellent Pansies inbred lines CHANG Zhenxi DU Xiaohua JIA Wenqing ZHU Xiaopei MU Jinyan LIU Huichao College of Horticulture and Landscape Architecture Henan Institute of Science and Technology Xinxiang 453003 China Abstract In this study the seedlings of 9 excellent inbred lines of pansies were used as plant materials to test their physiological indicators of plants such as soluble sugar free proline soluble protein MDA chlorophyll fluorescence and cell membrane permeability under low temperature Meanwhile the low temperature tolerance of 9 inbred lines of pansy was investigated in the field The comprehensive evaluation of low temperature tolerance based on the measured physiological indicators shows that the cold resistance of the 9 materials is as follows XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 and the cold resistance of the 9 materials in the field assessment is EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 Combining the above two results the more cold resistant materials are PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 and EYO 3 among the 9 materials Soluble sugar and free proline may be positively correlated with cold resistance while MDA and chlorophyll fluorescence are negatively correlated with cold resistance Key words pansies cold tolerance physiological indicators 三色堇 Viola wittrockiana 是堇菜科堇菜屬的一 二年生草本花卉 其品種繁多 色彩鮮艷 花期較 長 素有 花壇皇后 的美譽 1 自 20 世紀八十年代以來 逐漸成為我國城鄉(xiāng)重要的花壇和盆栽花卉之一 收稿日期 2022 03 21 基金項目 國家重點研發(fā)計劃 2018YFD1000401 河南省科技攻關項目 222102110173 202102110056 作者簡介 常珍惜 1992 男 河南周口人 碩士生 主要從事觀賞園藝學研究 通信作者 劉會超 1964 男 河南南陽人 博士 教授 主要從事觀賞植物抗性生理及種質(zhì)資源研究 河南科技學院學報 自 然 科 學 版 Journal of Henan Institute of Science and Technology Natural Science Edition doi 10 3969 j issn 2096 9473 2022 04 004 第 50 卷 第 4 期 Vol 50 No 4 Aug 2022 2022 年 8 月 23 在 我國長江流域 三色堇主要應用于秋 冬 春三季 而在我國北方 由于冬季氣溫較低 三色堇一般需要 設施保護 春季才能應用于室外 2 研究三色堇資源的耐寒性 發(fā)掘耐寒三色堇種質(zhì)資源 培育耐寒三色堇 品種 對于解決三色堇在我國北方冬季越冬 豐富我國寒冷季節(jié)可應用的室外花卉具有重要意義 前人研究表明 低溫會給植物造成一定的脅迫和傷害 這些傷害體現(xiàn)在多個方面 其中細胞膜的傷害 可用丙二醛含量變化 細胞相對電導率等來表征 其也可作為植物抗寒性鑒定的依據(jù) 3 植物在受到低溫 脅迫時 機體內(nèi)可啟動一系列生理生化反應來降低低溫造成的傷害 4 包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化以 及抗氧化系統(tǒng)的變化 植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 主要是有機小分子 如可溶性糖 可溶性蛋白 脯氨酸等 5 楊克彬等 6 研究發(fā)現(xiàn) 7 個切花紅掌在 6 低溫下 隨著低溫脅迫時間的延長 各品種的相對電導率 丙二 醛及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量逐漸上升 抗氧化酶呈現(xiàn)先升后降的結(jié)果 劉冰等 7 比較了 3 種杜鵑花材料在杭 州自然低溫后 測定部分生理指標 結(jié)果表明 杜鵑花的抗寒性與蔗糖 可溶性蛋白 脯氨酸及丙二醛含量 密切相關 許瑛等 8 在秋冬季自然環(huán)境下 通過測定 8 個菊花品種的抗寒性 試驗發(fā)現(xiàn) 8 種菊花的半致死 溫度隨馴化溫度降低而降低 并驗證生長恢復試驗同半致死溫度結(jié)果一致 結(jié)果表明半致死溫度可以作 為評價菊花抗寒性的重要指標之一 有關三色堇耐寒性研究 羅玉蘭研究了低溫下 1 個本地三色堇品種與 1 個荷蘭三色堇品種的相 對電導率及膜損傷率等指標的變化 發(fā)現(xiàn)本地三色堇抗寒性低于荷蘭三色堇品種 9 齊陽陽等 10 通過對 三色堇進行 5 低溫脅迫發(fā)現(xiàn) 其可溶性糖 脯氨酸含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢 但上述研究僅從生理層 面進行研究 缺乏植株直觀表現(xiàn) 本研究以 9 種三色堇優(yōu)良自交系為材料 研究低溫脅迫下三色堇滲透調(diào) 節(jié)物質(zhì)及膜系統(tǒng)指標的變化 結(jié)合田間耐寒性調(diào)查 探討三色堇在低溫下的生理響應以及與耐寒性的關 系 為三色堇抗寒材料的篩選及耐寒新品種的選育提供理論參考 1 材料與方法 1 1 試驗材料 試驗材料為河南科技學院三色堇課題組多年選育的 9 份三色堇自交系 材料基本情況詳見表 1 表 1 供試的 9 份三色堇自交系材料 Tab 1 The nine inbred lines of pansies in this study 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名稱 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B DSRFY 1 2 E01 1 EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 花色 黃色 藍紫 黃色帶斑 淺紫 白色 黃色 紫色 紫色 黃色帶斑 花型 大花 大花 大花 微型花 大花 中花 小花 中花 大花 來源 德國班納利種子公司 德國班納利種子公司 德國班納利種子公司 上海園林科學研究所 上海園林科學研究所 上海園林科學研究所 美國高美斯公司 美國泛美種子公司 美國泛美種子公司 試驗用苗為 2020 年 10 月上旬播種 幼苗長到 7 8 片真葉時 將其分為兩部分 一部分幼苗移栽至大 田進行田間抗寒性試驗 每品種栽植 50 株 株行距 30 cm 30 cm 田間溫度測定采用溫濕度記錄儀 另一 部分幼苗 每品種 10 株 在人工氣候箱內(nèi) 20 下恒溫培養(yǎng) 24 h 后 進行人工模擬低溫處理 溫度每 1 h 降低 1 待溫度降至 0 時 培養(yǎng) 24 h 光照強度 10 000 lx 晝夜光照時間 12 h 12 h 每株取 1 2 片葉測 定生理生化指標 1 2 試驗方法 1 2 1 三色堇田間抗寒性調(diào)查與冷害指數(shù)測定 依據(jù)新鄉(xiāng)市氣象局預報結(jié)合田間電子溫度計測定 2020 年 12 月 25 日至 26 日 為試驗區(qū)冬季最低氣溫 2 8 低溫脅迫 24 h 后 對三色堇進行冷害 調(diào)查 2022 年 河南科技學院學報 自 然 科 學 版 24 三色 堇田間冷害癥狀調(diào)查分級標準結(jié)合劉旭梅等 11 李 剛等 12 以 及齊陽陽等 13 在 杜鵑 常綠樹種幼 苗 大花三色堇等低溫脅迫后 研究文獻制定冷害分級 冷害分級標準具體如下 一級 植株正常無凍害 二級 葉片呈現(xiàn)皺縮 有失綠 三級 葉片皺縮小于 50 綠色較多 四級 葉片皺縮大于 50 綠色較少 五級 葉片皺縮 有壞死斑塊 整體萎蔫 六級 植株干枯 冷害指數(shù)計算公式 冷害指數(shù) 1 S1 2 S2 3 S3 4 S4 5 S5 6 S6 總株數(shù) 6 1 式 1 中 S 為每一冷害級的苗數(shù) 每材料調(diào)查 30 株 1 2 2 生理生化指標測定 采 用 Yayin1661 葉綠素熒光儀測定各材料葉綠素熒光參數(shù) 14 采 用電導法測 定相對電導率 15 采用茚三酮比色法測定游離脯氨酸含量 14 15 采用考馬斯亮藍 法測定可溶性蛋白含量 15 采用苯酚比色法測定可溶性糖含量 15 采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量 15 所有指標的測 定均重復 3 次 1 2 3 抗寒性綜合評價 參 照龍海濤等 16 付 晴晴等 17 的 方法 用隸屬函數(shù)標準差系數(shù)權(quán)重法進行 9 個三 色堇自交系抗寒性的綜合評價 具體計算公式如下 單一性狀耐寒系數(shù) 處理測定值 對照測定值 100 2 根據(jù)單一性狀耐寒系數(shù) 使用 SPSS 軟件分析得出各綜合指標主成分測定值 CI X j 隸屬函數(shù)分析 U X j X j X min X max X min j 1 2 n 3 式 3 中 U X j 表 示 j 指標抗寒隸屬函數(shù)值 X j 表 示 j 指標的測定值 X min 表 示 9 種三色堇中 j 指標最 小值 X max 表示 9 種三色堇中 j 指標最大值 權(quán)重 4 式 4 中 W j 值表示第 j 個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度 P j 為各綜合指標的貢獻率 綜合評價 5 式 5 中 D 值為 9 份三色堇材料在低溫脅迫條件下 各生理指標所得的抗寒性綜合評價值 1 2 4 數(shù) 據(jù)分析方法 采用 Excel 2003 軟件整理數(shù)據(jù) 并計算三色堇各指標隸屬函數(shù)值和綜合評價值等 利用 DPS 7 5 和 SPSS 25 0 軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和方差分析 2 結(jié)果與分析 2 1 自然低溫下 9 份三色堇材料的冷害指數(shù) 供試的 9 份三色堇材料冷害調(diào)查表見表 2 常 珍惜等 低溫脅迫對優(yōu)良三色堇自交系幼苗耐寒性的影響 第 4 期 25 表 2 供試的 9 份三色堇材料冷害調(diào)查表 Tab 2 Cold damage of 9 inbred lines of pansies 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名稱 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B DSRFY 1 2 EO1 1 EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 一級 3 2 二級 9 1 3 17 9 2 6 10 三級 9 27 15 22 7 4 20 8 10 四級 8 3 13 4 3 2 7 1 8 五級 2 1 1 1 1 1 六級 由表 2 可以看出 9 份三色堇材料中 EWO 1 一級和二級植株達 20 株 所占比例最高 顯示該材料耐 寒性最強 其次是 EYO 3 一級和二級植株為 11 株 達到四級和五級標準最多的是 DSRFY 1 2 DPLS 2 1 XXL YB 1 1 1 2 分別為 14 株 10 株及 8 株 供試的 9 份三色堇材料進行大田耐寒性分析如圖 1 所示 圖 1 三色堇材料冷害指數(shù)測定 Fig 1 Chilling injury index of each material after low temperature stress 如圖 1 可知 低溫對 9 種三色堇材料造成不同程度的傷害 其冷害指數(shù)在 0 39 0 55 之間 9 份材料 中 EWO 1 的冷害指數(shù)值最低 為 0 39 其次為 EYO 3 為 0 42 冷害指數(shù)值最高的為 DSRFY 1 2 材料 達 到 0 55 反映出 EWO 1 的耐寒性最強 其次是 EYO 3 最不耐寒材料為 DSRFY 1 2 2 2 低溫脅迫下 9 份三色堇自交系生理生化指標的變化 低溫脅迫下對三色堇生理生化指標的影響如圖 2 所示 株 2022 年 河南科技學院學報 自 然 科 學 版 26 a 可溶性糖 b 可溶性蛋白 c 游離脯氨酸 d 丙二醛含量 e 葉綠素熒光 f 細胞膜透性 圖 2 低溫脅迫三色堇生理生化指標的影響 Fig 2 Effects of low temperature on some physiological and biochemical indexes of pansies 由圖 2 a 可知 同對照相比 0 處理后各材料可溶性糖含量增加 除 EWO 1 和 JB 1 1 5 兩個材料 另外 7 種材料與對照相比 存在顯著性差異 PPXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 2022 年 河南科技學院學報 自 然 科 學 版 28 3 結(jié)論與討論 本試驗研究表明 低溫脅迫下 9 份三色堇材料的部分生理生化指標產(chǎn)生上升 下降的結(jié)果 抗寒性 綜合評價表明 9 份材料抗寒能力由強到弱依次為 XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 大田冷害調(diào)查結(jié)果 9 份材料抗寒能力由 強 到 弱 依 次 為 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 綜合上述兩種評價方法 9 份材料中 較為耐寒材料 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 不耐寒材料 JB 1 1 5 和 DSRFY 1 2 低溫處理條件下因植物種類不同 在低溫脅迫后 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化規(guī)律有所差異 齊陽陽等 10 以三 色堇離體葉片為試材 隨著低溫脅迫時間的增加 三色堇葉片的脯氨酸 可溶性糖含量呈現(xiàn)先升后降趨 勢 張雨等 18 通過對低溫脅迫下板凳果生理指標的研究 發(fā)現(xiàn)板凳果體內(nèi) MDA 可溶性蛋白和相對電導 率呈上升結(jié)果 何偉等 19 探索葡萄半致死低溫時發(fā)現(xiàn) 葡萄隨著低溫時間的增加 可溶性糖 可溶性蛋白 均先升后降 而游離脯氨酸含量呈現(xiàn)緩升緩降 MDA 呈現(xiàn)平緩上升結(jié)果 本試驗中 低溫脅迫下 9 份三色 堇材料的可溶性糖含量整體提高 且 DSRAB 1 4B XXL YB 1 1 1 2 EYO 3 E01 1 DSRFY 1 2 等 5 種 材料顯著提高 可溶性蛋白含量 4 份材料下降 5 份材料上升 游離脯氨酸含量 3 份材料下降 6 份材料上 升 上升的 6 份材料其耐寒性也較高 與前人研究報道結(jié)果相近 這進一步說明低溫脅迫下 三色堇抗寒 生理表現(xiàn)過程中 可溶性糖起到了更加關鍵作用 脯氨酸和可溶性蛋白也起到了一定作用 植物體內(nèi)細胞膜起著維持其正常代謝的重要作用 當植物受到脅迫后 細胞膜受損 透性增大 使得 電解質(zhì)外滲 引起植物細胞浸提液電導率增大 15 本試驗中 與對照相比 0 處理后 9 份材料相對電導率 值出現(xiàn)增大或減小的變化 電導率明顯上升的自交系 XXL YB 1 1 1 2 JB 1 1 5 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B 等材料 其抗寒性綜合值也較高 反之 電導率明顯降低的材料 其抗寒性綜合值也較 低 MDA 是反映細胞膜破壞程度的另一指標 用來表現(xiàn)植物的損傷程度 20 當植物體細胞膜受到的損傷 越大 其體內(nèi) MDA 的含量就會越多 21 本試驗結(jié)果表明 低溫脅迫后 DPLS 2 1 DSRFY 1 2 JB 1 1 5 3 種材 料的 MDA 值上升 表明這 3 份三色堇材料細胞膜損傷較大 抗寒性低于另外 6 份三色堇材料 光合作用是維持植物正常生長發(fā)育的重要因素之一 且對溫度的變化較為敏感 溫度的上升或下 降會影響光合效果 22 葉綠素熒光參數(shù)是測定葉片在光合作用過程中自身對光能吸收 傳遞 耗散等 光合能力的一種方法 23 25 本試驗在低溫脅迫后得出 9 種三色堇材料光合能力在 0 條件下均有下降 表示低溫一定程度抑制了光合作用 但分析表明 葉綠素熒光系數(shù)與抗寒性貢獻率較小 可以不作為抗 寒性指標 劉國宇等 26 通過對 3 種熱帶觀賞植物抗寒性研究發(fā)現(xiàn) 可溶性糖含量 游離脯氨酸含量與植物抗寒 性呈正相關 結(jié)合本次試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn) 印證了上述劉國宇等人試驗結(jié)果 可溶性糖和游離脯氨酸含量 低溫后呈現(xiàn)升高 是植物應對低溫的防御反應 可能與抗寒性是正相關的 丙二醛含量以及葉綠素熒光指 數(shù)多數(shù)材料下降 可能與抗寒性成負相關 參考文獻 1 張其生 包滿珠 盧興霞 等 大花三色堇育種研究進展 J 植物學報 2010 45 1 128 133 2 段新霞 趙恒君 草本花卉在園林綠化中的應用探討 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2015 650 12 192 193 3 潘瑞熾 植物生理學 M 北京 高等教育出版社 2008 4 MOHAMMADREZAKHANIS REZANEJAD F HAJILOU J Effect ofputrescine and proline on proflies ofGABA antioxidant activities in leaves of three Citrus species in response to low temperature stress J Journal of Plant 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