低溫脅迫對不同豇豆品種抗寒性生理特性的影響

王明友++張紅++李士平

摘 要：為了探討豇豆的抗寒性，該試驗研究了低溫脅迫對德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條等4個豇豆品種生理特性的影響。結果表明：在低溫脅迫下，德州白條豇豆的根系活力明顯高于德州灰嘴、禹城18粒和德州的紫皮豇豆，且葉片的SOD、POD活性以及可溶性糖含量也最高，并顯著高于其余3個品種；同時，德州白條豇豆葉片的MDA含量與相對電導率均最低，并與其他品種間差異達顯著水平。此外，在德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮3個豇豆品種中，德州紫皮和禹城18粒的SOD、POD活性以及可溶性糖含量顯著高于德州灰嘴豇豆，而MDA含量和相對電導率則明顯低于德州灰嘴豇豆。綜上，在4個豇豆供試品種中，德州白條豇豆的抗寒性最強，其次是德州紫皮與禹城18粒豇豆，而德州灰嘴豇豆的抗寒性最弱。

關鍵詞：豇豆；抗寒性；根系活力；抗氧化酶；可溶性糖

中圖分類號 S63 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）24-0060-03

豇豆（Vigna unguiculata L.）是豆科豇豆屬豇豆種一年生纏繞草本植物，原產于非洲東北部和印度，中國是其第二起源中心[1-2]。豇豆易栽培、產量高、品質佳，是解決夏秋淡季蔬菜供應的重要蔬菜作物之一[3]，同時其營養豐富，藥用價值高，是倍受人們青睞的保健蔬菜[4]。豇豆栽培范圍非常廣泛，尤其在長江以南地區，春夏秋季均適宜豇豆的種植[5-6]。豇豆在設施內主要作早春蔬菜栽培，越冬栽培容易受凍害[7-8]，低溫是限制豇豆冬春保護地栽培產量與品種的主要因素之一，如何提高豇豆的抗寒性已成為目前豇豆設施栽培品種選育的重要課題[9-11]。而使用低溫耐受性強的品種是實現豇豆冬春優質高效栽培的關鍵途徑。為此，筆者探討了與豇豆抗寒性緊密相關的幾個指標（根系活力、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性、可溶性糖和丙二醛含量及相對電導率）在低溫脅迫環境下的變化規律，比較分析了4個豇豆品種抗寒性的強弱，旨在為篩選豇豆的耐寒性品種提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗設在德州市九龍灣低碳生態農業循環經濟產業園的溫室大棚內。供試豇豆品種有4個：德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條，均由德州學院生態與園林建筑學院提供。

1.2 試驗設計 挑選飽滿、大小均勻的4個品種的豇豆種子，溫湯浸種后，播種于50孔育苗穴盤，每穴1粒。然后放于育苗溫室培養，晝夜溫度19～22℃，自然光照，待幼苗2葉1心時，選取整齊一致的幼苗放入光照培養箱中培養，光照強度為76μmol/（m2·s），溫度7℃/7℃（晝/夜）。每個品種作為一個處理，重復3次，每個重復20株苗。低溫脅迫6d后，取出幼苗植株開始測定各項指標，生理指標的測定采用完全展開的第2片真葉。

1.3 測定項目與方法 豇豆幼苗的根系活力的測定采用TTC比色法；葉片SOD和POD活性的測定分別采用氮藍四唑（NBT）光還原法和愈創木酚法；葉片可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法；葉片丙二醛（MDA）含量和相對電導率的測定采用硫代巴比妥酸法和電導儀法[12]。UV-265型紫外可見分光光度計測定吸光值，測定均重復3次。

1.4 數據處理 使用Microsoft Excel 2013進行數據統計與分析，使用DPS 7.05軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種的根系活力比較 根系活力主要指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的重要指標之一，根系特性和發育狀況能直接關系到豇豆對土壤水分、養分的吸收[13]。因此，根系活力的高低也影響著豇豆植株的生長情況。低溫脅迫對豇豆幼苗根系活力的影響如圖1所示，由圖1可知，低溫脅迫對4個不同豇豆品種的根系活力具有明顯的影響。各個品種根系活力的變化規律為：德州白條>禹城18粒≈德州紫皮>德州灰嘴，德州白條豇豆的根系活力達最大值，并顯著高于其他品種，分別較德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮顯著高出39.29%、18.18%和14.71%；禹城18粒和德州紫皮豇豆無顯著性差異，但均顯著高于德州灰嘴。數據分析表明，4個豇豆品種的根系活力對低溫脅迫呈現出截然不同的響應，其中德州白條豇豆的根系活力顯著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮。

2.2 不同品種的葉片SOD與POD活性比較 從酶促防御活性氧傷害的保護系統來看，作為植物體內重要的抗氧化酶，SOD是植物細胞最重要的清除氧自由基的一種酶，其主要生理功能是清除氧自由基產生H2O2，而H2O2能與氧自由基相互作用并產生更多的氧自由基；而POD能清除H2O2，維持活性氧的代謝平衡，保護膜系統，進而減輕或拮抗逆境的脅迫[14-15]。圖2顯示了低溫脅迫對豇豆幼苗葉片的SOD和POD活性的影響，由圖2可以得出，4個豇豆品種葉片的SOD與POD活性對低溫脅迫呈現出顯著的差異。德州白條豇豆的SOD活性最高，并顯著高于其他品種，分別較德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮顯著高出56.80%、26.79%和21.56%；依次是德州紫皮和禹城18粒，兩個品種的SOD活性差異未達顯著水平，但明顯高于德州灰嘴。不同豇豆品種葉片的POD活性大小次序為：德州白條>德州紫皮>禹城18粒>德州灰嘴，且品種之間的差異均達顯著水平，其中德州白條的POD活性分別比德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮顯著提高103.23%、46.51%和21.15%。以上分析認為，德州白條豇豆在低溫脅迫下可以較好地保護膜系統，進而減緩低溫脅迫，具有較強的抗寒性；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 不同品種的葉片可溶性糖比較 可溶性糖是作物抵御低溫脅迫的重要保護性物質之一，可以降低冰點，提高原生質的保護能力，從而保護蛋白質膠體不致遇冷變性凝固[9]，這表明可溶性糖含量越高，抗寒性越強。從圖3可以看出，4個豇豆品種葉片的可溶性糖含量在低溫脅迫下具有明顯的變化。各品種的可溶性糖含量大小次序為：德州白條>德州紫皮>禹城18粒>德州灰嘴，且各個品種之間的差異均達顯著水平，德州白條的可溶性糖含量分別較德州灰嘴、禹城18粒與德州紫皮明顯提高72.92%、45.61%和20.29%；其次是德州紫皮，也顯著高于禹城18粒和德州灰嘴，而德州灰嘴的可溶性糖含量最低，且與其他品種間的差異達顯著水平。數據分析表明，在4個豇豆品種中，德州白條豇豆葉片的可溶性糖含量較高，可以提高原生質的保護能力，能較好地保護蛋白質膠體不致遇冷變性凝固；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 不同品種的MDA含量與相對電導率比較 丙二醛（MDA）是膜質過氧化的重要產物，其積累是受到活性氧毒害作用的外觀表現。細胞浸出液電導率的變化能夠反映質膜的受傷害程度；當植物遭受低溫脅迫時，一般會傷害原生質結構進而引起膜透性增大，導致細胞的內含物外滲，相對電導率增大。因此，相對電導率越大，說明受傷害越重，抗寒性就越弱[16]。從圖4可以看出，低溫脅迫對豇豆幼苗葉片的丙二醛含量與相對電導率具有顯著的影響，而且丙二醛含量與相對電導率呈現基本一致的變化規律：德州灰嘴>禹城18粒≈德州紫皮>德州白條，德州灰嘴豇豆的丙二醛含量與相對電導率均達最高值，并顯著高于其余3個品種，其中丙二醛含量分別比禹城18粒、德州紫皮和德州白條顯著高出30.77%、34.21%和96.15%，相對電腦率分別顯著高出20.10%、23.17%和54.16%；依次是禹城18粒和德州紫皮豇豆，而德州白條的丙二醛含量與相對電導率均顯著低于其他品種。由此可見，4個豇豆品種中，德州白條豇豆在低溫脅迫時受害最輕，其次為德州紫皮與禹城18粒豇豆，而德州白條豇豆在低溫脅迫下所受傷害最嚴重。

3 討論與結論

低溫脅迫對4個豇豆品種的生長均產生了一定影響。本試驗結果得出，4個豇豆品種的根系活力在低溫脅迫環境下呈現出顯著的差異。德州白條豇豆的根系活力明顯高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆。

SOD、POD作為內源活性氧的清除劑可以在低溫脅迫中清除過量的活性氧，保持膜結構穩定性，進而減輕或去除傷害[16]。有研究表明，在低溫逆境下SOD與POD活性的高低和作物品種的抗寒性強弱有緊密聯系[7]。同時，可溶性蛋白是重要的滲透調節物質，在低溫脅迫環境下能作為防脫水劑保護作物，其含量增加能增強組織或細胞持水的能力，進而增強作物的抗寒性[9]。由此可見，作物在低溫脅迫環境中，通過提高SOD與POD等保護酶活性及滲透調節物質含量，能夠保護細胞膜免受活性氧的傷害[8]。本試驗研究得出，在低溫脅迫條件下，德州白條豇豆葉片的SOD和POD活性及可溶性糖含量均最高，并顯著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆。

低溫脅迫還能引發或加劇細胞的膜脂過氧化作用，作物抗寒性與MDA含量呈負相關關系[7]。吳錦程等[17]對枇杷的研究表明，低溫脅迫會加劇幼果細胞膜脂過氧化作用，導致MDA含量顯著增加。還有研究發現[18]，低溫逆境會使黃瓜幼苗的膜透性與MDA含量明顯增加。本試驗得出了相似的結論，低溫環境使豇豆葉片的MDA含量和相對電導率顯著增加。而張瑜[19]的研究則認為，低溫脅迫使豇豆幼苗MDA含量升高，但可溶性糖含量呈顯著降低的趨勢，這與本研究結論不完全一致，造成這一差異可能與脅迫強度、脅迫時間和作物品種等因素有關。此外，本試驗還發現，在4個豇豆品種中，德州白條豇豆葉片的SOD、POD及可溶性糖含量均顯著高于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮豇豆，而MDA含量與相對電導率則顯著低于其余3個品種；在德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮3個豇豆品種中，德州紫皮和禹城18粒的保護酶活性和滲透調節物質含量均明顯高于德州灰嘴。綜合分析認為，在4個不同的豇豆品種中，德州白條豇豆的抗寒性最強，其次是德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的抗寒性最弱。

參考文獻

[1]Siddiqui M H，Al-Whaibi M H，Basalah M O.Role of nitric oxide in tolerance of plants to abiotic stress[J].Protoplasma，2011，248（3）：447-455.

[2]井大煒，王明友，張紅，等.雞糞對蕓豆土壤有機碳氧化穩定性與碳庫管理指數的影響[J].農業機械學報，2016，47（8）：192-200.

[3]賈德新，李士平，王風丹，等.蚯蚓糞對豇豆根際土壤生物學特征及微生物活性的影響[J].浙江農業學報，2016，28（2）：318-323.

[4]王明友，井大煒，張紅，等.蚯蚓糞對豇豆土壤活性有機碳及微生物活性的影響[J].核農學報，2016，30（7）：1404-1410.

[5]劉方春，邢尚軍，馬海林，等.根際促生細菌（PGPR）對冬棗根際土壤微生物數量及細菌多樣性影響[J].林業科學，2013，49（8）：75-80.

[6]徐兆生，王素，徐麗鳴，等.菜豆優良品種綜合鑒定評價[J].中國蔬菜，2001（5）：19-20.

[7]郭經緯，商桑，穆大偉，等.外源NO對低溫脅迫下豇豆幼苗生長和生理特性的影響[J].熱帶作物學報，2015，36（12）：2179-2183.

[8]袁成志，高美玲，郭晶.低溫處理對不同油豆角品種幼苗的影響[J].北方園藝，2009（12）：100-102.

[9]陳禪友，汪匯東，丁毅.低溫脅迫下長豇豆幼苗可溶性蛋白質和細胞保護酶活性的變化[J].園藝學報，2005，32（5）：911-913.

[10]井大煒，邢尚軍，劉方春，等.保水劑施用方式對側柏根際微生態環境的影響[J].農業機械學報，2016，47（5）：146-154.

[11]Shi J Y，Liu N，Gu R X，et al. Signals induced by exogenous nitric oxide and their role in controlling brown rot disease caused by Monilinia fructicola in postharvest peach fruit[J].Journal of General Plant Pathology，2015，81（1）：68-76.

[12]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[13]井大煒，邢尚軍，劉方春，等.保水劑-尿素凝膠對側柏裸根苗細根生長和氮素利用率的影響[J].應用生態學報，2016，27（4）：1046-1052.

[14]江緒文，李賀勤，王建華.鹽脅迫下黃芩種子萌發及幼苗對外源抗壞血酸的生理響應[J].植物生理學報，2015，51（2）：166-170.

[15]劉方春，邢尚軍，馬海林，等.干旱生境中接種根際促生細菌對核桃根際土壤生物學特征的影響[J].應用生態學報，2014，25（5）：1475-1482.

[16]井大煒，邢尚軍，杜振宇，等.干旱脅迫對楊樹幼苗生長光合特性及活性氧代謝的影響[J].應用生態學報，2013，24（7）：1809-1816

[17]吳錦程，陳偉建，蔡麗琴，等.外源NO對低溫脅迫下枇杷幼果抗氧化能力的影響[J].林業科學，2010，46（9）：73-78

[18]樊懷福，杜長霞，朱祝軍.外源NO對低溫脅迫下黃瓜幼苗生長、葉片膜脂過氧化和光合作用的影響[J].浙江農業學報，2011，23（3）：538-542

[19]張瑜.環境因子對豇豆光合特性和若干生理生化指標的影響[D].福州：福建農林大學園藝學院，2010. （責編：張宏民）