低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗根系活力和保護酶活性的影響

陳明輝， 張志錄， 程世平， 張保青

(1.平頂山學院低山丘陵區生態修復重點實驗室，河南平頂山 467000； 2.中國農業科學院甘蔗研究中心/廣西農業科學院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西南寧 530007)

通信作者：張保青，博士，助理研究員，主要從事甘蔗種質資源創新利用研究。E-mail：zbqsxau@126.com。

果蔗是熱帶和亞熱帶地區最重要的經濟作物之一，其種植歷史悠久，分布范圍廣泛，營養成分豐富，商品價值高及可供鮮食，在我國農業、商品經濟和社會發展中發揮著相當重要的作用[1-2]。我國種植果蔗歷史悠久，種植范圍廣，主要產區為廣東、廣西、海南和福建等省(區)。近幾年來，隨著南涼北熱的逆差、品種引進馴化和栽培技術的改進等，蔗區逐年北移，現已擴大到河北、河南、山東等省。隨著種蔗效益提高和種植面積擴大，果蔗引種受到極大重視[3]。由于果蔗各品種間的抗寒性差異較大，有些抗寒性較差的品種無法適應北方的氣候條件。

在甘蔗抗寒性研究方面，前人對糖蔗的抗寒性研究較多[4-7]，而少有對果蔗抗寒性的研究。本研究選取在廣西、福建、四川生長良好且種植面積較廣的4個果蔗品種作為試驗材料，通過對其苗期進行低溫脅迫，研究隨脅迫程度增加，果蔗苗期根系活力及保護酶活性的變化，明確各個果蔗品種抗寒能力及差異，并結合根系活力及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性等指標的變化，對其抗寒性進行全面評價，以期為果蔗品種的引進、篩選和推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年4月在平頂山學院低山丘陵區生態修復重點實驗室進行，供試的果蔗品種為桂果蔗1號、拔地拉(Badila)、閩引黃皮果蔗、川蔗26號4個果蔗品種。其中，桂果蔗1號和拔地拉由廣西農業科學院甘蔗研究所提供，閩引黃皮果蔗由福建省農業科學院甘蔗研究所提供，川蔗26號由四川省植物工程研究院提供。

1.2 試驗設計

將4個果蔗品種單芽種莖脫毒處理后放進沙盤中進行沙培，待果蔗長出2～3張葉時，將蔗苗從沙中移出，選取長勢一致的果蔗苗移栽至25 cm×30 cm的營養盆中土培，每盆種植2株，按日常管理生長50 d，果蔗為5～6葉期時分組進行處理。選取4個品種長勢一致的甘蔗苗各10盆，每個品種為1個處理，每個處理10盆，共40盆。將4個品種40盆果蔗幼苗置于低溫培養室內，溫度為0 ℃，光照度為300～400 μmol/(m2·s)，12 h光照，相對濕度65%～75%，連續脅迫14 d，處理期間土壤含水量保持為25%左右。分別于低溫處理后0、1、3、7、10、14 d取各處理幼苗+1葉(甘蔗最高可見肥厚帶所在的葉片)，分別進行各生理指標的測定，所有指標均設置3個重復。

1.3 測定方法

根系活力采用2，3，5-氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法測定[9]。用蒸餾水把根仔細洗凈，稱取根樣品0.5 g，放入小培養皿(空白試驗先加硫酸再加入根樣品，其他操作相同)，加入0.4% TTC溶液和磷酸緩沖液的等量混合液10 mL，把根充分浸沒在溶液內，在37 ℃下暗處溫育1.5 h，然后加入 1 mol/L 硫酸2 mL終止反應。把根取出，吸干水分后與乙酸乙酯5 mL和少量石英砂一起磨碎，以提出TTF。把紅色提出液移入試管，用少量乙酸乙酯把殘渣洗滌2～3次，皆移入試管，最后加乙酸乙酯使總量為10 mL，用分光光度計測定D485 nm值。POD、SOD、CAT、APX活性檢測均參照Parida等的方法[9]。

1.4 數據分析

采用SPSS 19.0軟件進行數據方差分析，其中采用LSD檢驗(α=0.05)進行顯著性分析，用Excel 2007進行數據計算和作圖。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗根系活力的影響

從圖1可以看出，低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗根系活力造成了一定的影響，隨低溫處理時間的延長，4個果蔗品種幼苗根系活力都呈現出先升后降的趨勢。當低溫脅迫3 d時，幼苗根系活力上升到最高，與對照組(0 d)相比，桂果蔗1號、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號的根系活力分別顯著提高26.98、22.84、27.09、18.84 μg/(g·h)。隨著低溫脅迫時間繼續延長，幼苗根系活力明顯下降，當低溫脅迫14 d 時，與對照組(0 d)相比分別下降13.31、22.49、16.62、20.49 μg/(g·h)，差異顯著。4個品種相比較，在整個低溫脅迫過程中，品種桂果蔗1號幼苗根系活力一直高于其他3個品種。在低溫脅迫最嚴重的14 d后，品種桂果蔗1號幼苗根系活力分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號顯著高 8.051、5.33、7.05 μg/(g·h)，而其他3個品種差異不顯著。

2.2 低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗SOD活性的影響

由圖2可以看出，低溫脅迫后7 d，4個果蔗品種幼苗SOD活性達到最大值，隨后開始緩慢下降。低溫脅迫后7 d，桂果蔗1號、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號的SOD活性較對照組(0 d)分別顯著提高80.13、50.32、37.57、 59.34 U/g。4個品種相比較，低溫脅迫后7 d，品種桂果蔗1號SOD活性分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號顯著高33.80、43.46、23.93 U/g。

2.3 低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗POD活性的影響

低溫脅迫后10 d，4個果蔗品種幼苗POD活性達到最大值，隨后開始緩慢下降(圖3)。低溫脅迫后10 d，桂果蔗1號、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號的POD活性較對照組(0 d)分別顯著提高300、231、330、237 U/g。4個品種相比較，低溫脅迫后10 d，品種桂果蔗1號POD活性分別比拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號顯著高60、121、74 U/g；拔地拉、川蔗26號POD活性分別比閩引黃皮果蔗顯著高61和 47 U/g；而拔地拉和川蔗26號POD活性差異不顯著。

2.4 低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗CAT活性的影響

由圖4可以看出，4個果蔗品種幼苗CAT活性在低溫脅迫1～7 d平穩上升，低溫脅迫7 d達到最大值，隨后開始緩慢下降。低溫脅迫7 d，桂果蔗1號、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號的CAT活性較對照組(0 d)分別顯著提高50.17、34.16、43.27、33.43 U/(g·min)。4個品種相比較，低溫脅迫7 d，品種桂果蔗1號CAT活性分別比拔地拉、川蔗26號顯著高18.84、21.24 U/(g·min)。而桂果蔗1號CAT活性比閩引黃皮果蔗高9.06 U/(g·min)，拔地拉CAT活性比川蔗26號高2.4 U/(g·min)，但差異均不顯著。

2.5 低溫脅迫對4個果蔗品種幼苗APX活性的影響

低溫脅迫下，4個果蔗品種幼苗APX活性在脅迫后7 d達到最大值，隨后開始緩慢下降(圖5)。低溫脅迫后7 d，桂果蔗1號、拔地拉、閩引黃皮果蔗、川蔗26號的APX活性較對照組(0 d)分別顯著提高174.72、134.99、174.15、153.05 U/(g·min)。4個品種相比較，低溫脅迫后7 d，品種桂果蔗1號APX活性分別比拔地拉、川蔗26號顯著高45.17、 28.22 U/(g·min)。而桂果蔗1號APX活性比閩引黃皮果蔗顯著高4.14 U/(g·min)，拔地拉APX活性和川蔗26號的APX活性僅相差16.95 U/(g·min)，差異不顯著。

3 結論與討論

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長情況和活力水平直接影響地上部的營養狀況及產量水平。和紅云等研究表明，低溫脅迫條件下，二甜瓜品種在各溫度下幼苗根系活力隨時間延長呈先升后降的趨勢，同一時期各溫度條件下，伊麗莎白的根系活力均高于早金[10]；康俊梅等研究表明，低溫脅迫對野牛草幼苗根系活力的影響較顯著，隨著低溫脅迫時間的延長，根系活力急劇降低[11]；李天來等研究夜間低溫脅迫下鈣對番茄幼苗根系活力及活性氧代謝的調控作用發現，夜間低溫脅迫(蒸餾水灌根)能顯著降低番茄幼苗根系活力[12]。本研究結果表明，低溫脅迫處理對4個果蔗品種幼苗根系活力有很大的影響，都呈現出先升后降的趨勢。這說明低溫處理時4個果蔗品種幼苗根系產生了積極響應，來適應這種不良的環境，根系活力升高。但隨著時間延長，低溫加劇，根系的適應調節能力受到抑制，超出了它本身的調節能力，根系活力急劇下降。由于品種的不同和遺傳特性的差異，桂果蔗1號根系活力相對穩定，而其他3個果蔗品種根系活力變化波動大。同期相比，桂果蔗1號根系活力始終大于其他3個果蔗品種，說明其受到的傷害相對較小，對低溫有更強的耐受性。

低溫脅迫對4個果蔗品種的根系活力及SOD、POD、CAT、APX活性等指標均產生影響，各項指標的測定結果表明，所測果蔗品種的抗寒性由高到低依次為桂果蔗1號、閩引黃皮果蔗、拔地拉、川蔗26號。

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