低溫對(duì)草莓生理特性的影響

李春生，王敏敏，陳曉丹，楊朝科

(貴州省黎平縣氣象局，貴州 黎平 557300)

0 引 言

眾所周知，草莓是我國(guó)主要設(shè)施作物之一，有水果皇后之稱，其果實(shí)的肉質(zhì)鮮爽可口、營(yíng)養(yǎng)豐富，在醫(yī)藥方面也有不俗影響，深受人們喜愛，需求量在不斷增加，草莓的栽培也成為了造福人民群眾的種植業(yè)之一[1]。然而，在種植草莓過程中，低溫凍害、雪害、風(fēng)害等氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對(duì)草莓生長(zhǎng)影響嚴(yán)重，不僅影響產(chǎn)量還影響品質(zhì)和果型，造成經(jīng)濟(jì)效益上的損失[2]，特別是低溫災(zāi)害的影響最嚴(yán)重。前人研究表明，溫度低于適宜生長(zhǎng)條件會(huì)致使植物體產(chǎn)生富余的活性氧而形成對(duì)細(xì)胞膜的脂過氧化過程，蛋白質(zhì)性狀改變以及核苷酸的損害,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使細(xì)胞死亡[3]，不同物種在不同低溫脅迫下抗氧化酶活性變化已有相關(guān)報(bào)道[4-6]，羅婭等[6-7]研究表明草莓在極度低的溫度脅迫處理下,葉片活性氧會(huì)劇烈變化積累于體內(nèi),導(dǎo)致抗氧化酶增多，與此同時(shí),可溶性蛋白質(zhì)含量迅速增加,細(xì)胞因此得到保護(hù)，可溶性糖含量逐漸增加，葉綠素含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而下降；樊國(guó)華等[8]研究殼聚糖和水楊酸的抗寒性機(jī)理知道，其可通過對(duì)草莓本身系統(tǒng)的保護(hù)膜，降低外界因嚴(yán)重低溫脅迫產(chǎn)生的活性氧，以保護(hù)細(xì)胞膜功能的穩(wěn)定性,增強(qiáng)草莓在惡劣低溫環(huán)境中的抗寒能力，從而達(dá)到鍛煉提升破環(huán)性環(huán)境適應(yīng)能力，植物自身抗寒性存在差異，既受自身從母體植株繼承的遺傳物質(zhì)，又受外界自然環(huán)境的變化的雙重制約[9]。段世萍等[10]在植物受低溫危害的生理機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，低溫環(huán)境會(huì)使植物體的生長(zhǎng)代謝紊亂，在一定指標(biāo)上引起植物體的生理變化，嚴(yán)重時(shí)可能引起植物體組織功能不同程度失靈，乃至死亡；Anita Sonsteby等[11]研究表明總植物干重和葉面積隨溫度和光周期的增加而增加；在調(diào)節(jié)草莓植物的生長(zhǎng)和發(fā)育條件時(shí)，其溫度、日照長(zhǎng)度和光強(qiáng)度占主導(dǎo)。

因此，研究低溫對(duì)草莓葉綠素、可溶性蛋白、可溶性糖、光響應(yīng)曲線的影響，以探討草莓抗低溫防御體系的調(diào)節(jié)作用，揭示草莓在短期低溫脅迫下的響應(yīng)機(jī)制，為設(shè)施草莓的管理提供決策支持，可有效加強(qiáng)草莓對(duì)低溫脅迫的防御能力。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取南京六合地區(qū)農(nóng)戶種植的“紅顏”(beauty)草莓苗62珠，莖高12～15 cm，莖粗0.8～1.0 cm，于2016年8月在南京信息工程大學(xué)Venlo試驗(yàn)溫室內(nèi)進(jìn)行培育。溫室長(zhǎng)30.0 m、寬9.6 m、頂高5.0 m、肩高4.5 m，苗床長(zhǎng)8 m、寬1 m、深0.5 m。統(tǒng)一培育于土壤、水分和養(yǎng)分等條件一致的基質(zhì)中，每月施一次有機(jī)肥，3個(gè)月后剔除長(zhǎng)勢(shì)差的草莓苗，選擇生長(zhǎng)健壯且生長(zhǎng)狀況基本一致的草莓苗移入盆中栽培，作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

將盆內(nèi)栽培的草莓苗放入人工氣候箱(TGP-2009,Australian)中進(jìn)行處理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為低溫單因素試驗(yàn)，溫度設(shè)置為0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3個(gè)處理水平，水分條件和光照條件一致，每個(gè)處理時(shí)間分別為3、5、7 d，重復(fù)3次，以常溫下生長(zhǎng)的草莓作為對(duì)照ck。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

Ha=13.95×L665-6.88×L649

(1)

Hb=24.96×L649-7.32×L665

(2)

Ha表示葉綠素a的濃度,Hb表示葉綠素b的濃度，L665表示提取液在波長(zhǎng)665下的吸光度，L649表示提取液在波長(zhǎng)649下的吸光度。

1.3.2可溶性蛋白含量測(cè)定 采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[13]測(cè)定可溶性蛋白含量，試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式:

H=(c·Vm/V)/M

(3)

H為樣本蛋白含量，c為查標(biāo)準(zhǔn)曲線每管蛋白質(zhì)含量，Vm為提取液總體積，V為測(cè)定所取提取液體積。

1.3.3 可溶性糖含量的測(cè)定 采用蒽酮比色法[14]測(cè)定可溶性糖的含量。試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式(4)與式(3)相同：

確定各熱料倉(cāng)礦料和礦粉的用量。必須從二次篩分后進(jìn)入各熱料倉(cāng)的礦料取樣進(jìn)行篩分，根據(jù)篩分結(jié)果，通過計(jì)算，使礦質(zhì)混合料的級(jí)配接近目標(biāo)配合比，以確定各熱料倉(cāng)礦料和礦粉的用料比例，供拌和機(jī)控制室使用。同時(shí)反復(fù)調(diào)整冷料倉(cāng)進(jìn)料比例，以達(dá)到供料均衡。

H=(c·Vm/V)/M

(4)

H為樣本可溶性糖含量，c為查標(biāo)準(zhǔn)曲線每管可溶性糖含量，Vm為提取液總體積，V為測(cè)定所取提取液體積。

1.3.4 光響應(yīng)曲線的測(cè)定 應(yīng)用LI-6400測(cè)定凈光合速率Pn，設(shè)置光合有效輻射PAR梯度為1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、150、50和0 μmol·m-2·s-1，由LI-6400繪出凈光合速率的點(diǎn)11個(gè)，后用Photosynthesis軟件得出光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

LI-6400測(cè)光響應(yīng)曲線，采用Microsoft Office Excel 2013、SPSSV21進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算、分析和作圖。

2 結(jié)果和分析

2.1 低溫對(duì)草莓葉片葉綠素a、b含量的影響

表1是各低溫處理水平下葉綠素a、b的含量，結(jié)果顯示相同低溫水平處理下，脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)于草莓葉片中的葉綠素a和葉綠素b的影響越顯著，其含量隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。結(jié)果表明，0 ℃處理7 d得到的葉綠素a含量下降水平明顯，ck下降0.1 mg·g-1，較ck下降6倍。對(duì)于所有處理，最小值普遍出現(xiàn)在7 d處理組，與高冠等[15]研究的番茄花期葉綠素含量變化以及白青華等[16]人對(duì)辣椒幼苗葉片葉綠素變化結(jié)論一致。葉綠素b相對(duì)葉綠素a下降不明顯。

相同時(shí)間水平處理下，0 ℃處理的葉綠素a含量低于4 ℃和8 ℃處理，都顯著高于ck，且4 ℃處理低于8 ℃，處理3 d的值顯示8 ℃葉綠素a的含量與0 ℃、4 ℃、ck 3組差異顯著，處理5 d的值(4 ℃、8 ℃)兩組與0 ℃、ck差異顯著，而處理7 d的葉綠素a含量0 ℃和4 ℃、8 ℃、ck差異顯著。

表1表明，同一時(shí)間處理下，溫度高的葉綠素b含量普遍高，但也有例外。處理3 d的值除0 ℃外與ck都差異顯著，處理5 d的值4 ℃、8 ℃兩組與ck差異顯著，而處理7 d的葉綠素b含量0 ℃與4 ℃、8 ℃、ck差異顯著。

表1 低溫處理對(duì)葉綠素a、b的影響Tab.1 The effect of low temperature treatment on chlorophyll a and chlorophyll b

2.2 低溫對(duì)草莓葉片可溶性蛋白的影響

圖1是0 ℃、4℃、8℃處理下草莓葉片可溶性蛋白含量隨時(shí)間變化，從圖1a可知草莓葉片受到低溫脅迫的影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，此時(shí)草莓葉片中的可溶性蛋白含量趨勢(shì)先上升后下降，處理3 d的可溶性蛋白含量為1.87 mg·g-1，處理5 d的可溶性蛋白含量變成3.46 mg·g-1，當(dāng)處理7 d時(shí)，可溶性蛋白含量下降為2.03 mg·g-1。脅迫時(shí)間除了3 d的可溶性蛋白含量低于ck值以外，其余都高于ck，高出的范圍為10%～50%。

圖1b可知，草莓葉片在受到低溫破壞性試驗(yàn)后，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，處理3 d的值為2.13 mg·g-1，處理進(jìn)行5 d的值為3.88 mg·g-1，處理進(jìn)行7 d的值為2.58 mg·g-1。處理的可溶性蛋白含量普遍高出21%～73%。

圖1c可知，草莓葉片受到低溫脅迫的影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)草莓葉片中的可溶性蛋白含量趨勢(shì)先升高后下降，處理3 d的可溶性蛋白含量為2.02 mg·g-1，處理5 d的可溶性蛋白含量變成4.02 mg·g-1，當(dāng)處理7 d時(shí)，可溶性蛋白含量下降為3.62 mg·g-1。處理的可溶性蛋白含量普遍高出70 %～110%。

圖1 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8 ℃(c)可溶性蛋白隨時(shí)間的變化Fig.1 The changes in 0 ℃(a),4℃(b)8 ℃(c)-soluble protein over time

圖2表明，隨著處理的時(shí)間延長(zhǎng)，可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出現(xiàn)上升后降低的趨勢(shì)變化，且處理5 d和處理7 d的可溶性蛋白含量值均顯著高于ck。處理中以8 ℃的含量值最高，ck的可溶性蛋白含量最低。3 d處理，0 ℃、4 ℃、8 ℃、ck差異都不顯著；5 d處理時(shí)0 ℃與8 ℃差異顯著，0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3組與ck差異顯著；7 d處理，8 ℃和0 ℃、4 ℃兩組差異顯著，8 ℃和ck差異顯著，0 ℃和4 ℃差異不顯著。處理結(jié)束時(shí)各溫度處理高于ck 10 %～58%。

圖2 低溫處理可溶性蛋白動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soluble protein under lowtemperature treatments

綜合上述結(jié)果，低溫脅迫下隨時(shí)間的延長(zhǎng)可溶性蛋白含量先升后降，與朱政等[17]可溶性蛋白含量先下降后上升結(jié)論不同，且普遍高出ck的可溶性蛋白含量，與沙偉等[18]對(duì)扎龍?zhí)J葦分析的可溶性蛋白含量明顯降低,但仍高于對(duì)照組結(jié)論大致相同，且與林健忠[19]的結(jié)論一致。

2.3 低溫對(duì)草莓葉片可溶性糖的影響

0 ℃低溫處理，圖3a表明，草莓在受到低溫破壞性處理后，隨著時(shí)間的推移，可溶性糖的變化呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，下降幅度在加大。處理3 d的可溶性糖含量為6.13 mg·g-1，處理5 d的可溶性糖含量變成5.87 mg·g-1，處理7 d時(shí)可溶性糖含量下降為2.24 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各處理均顯著高于ck，高出的范圍為23%～38%。

圖3 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)可溶性糖隨時(shí)間的變化Fig.3 The changes in 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)-soluble sugar over time

4 ℃低溫處理，圖3b表明，較低溫度的脅迫對(duì)于草莓葉片的可溶性糖含量的變化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性糖的變化呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，下降幅度在有所加大。當(dāng)脅迫進(jìn)行3 d，可溶性糖含量為6.61 mg·g-1，至5 d的可溶性糖含量變成6.38 mg·g-1，處理7 d時(shí)可溶性糖含量下降為2.48 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各處理均高于ck，高出的范圍為30%～54%。

8 ℃低溫處理，圖3c表明，低溫對(duì)于草莓葉片可溶性糖含量的影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，草莓葉片中的可溶性糖含量是下降趨勢(shì)，處理3 d的可溶性糖含量為6.84 mg·g-1，處理5 d的可溶性糖含量變成6.52 mg·g-1，當(dāng)處理7 d時(shí)，可溶性糖含量下降為3.41 mg·g-1。除了處理7 d的可溶性糖濃度低于ck外，其余處理均普遍高出ck處理的可溶性糖含量50%～57%。

受低溫的影響，可溶性糖含量變化由圖4得出，隨低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性糖含量總體呈下降趨勢(shì)。3 d處理，4 ℃、8 ℃兩組與ck差異顯著，0 ℃與ck差異顯著，0 ℃與4 ℃、8 ℃兩組差異顯著；5 d處理，結(jié)果與3 d處理相同；7 d處理，0 ℃、4 ℃兩組與ck差異顯著，8 ℃與ck差異顯著。

圖4 低溫處理可溶性糖動(dòng)態(tài)變化Fig.4 The dynamic changes of soluble sugar under lowtemperature treatments

綜合上述結(jié)果，低溫脅迫下隨時(shí)間的延長(zhǎng)可溶性糖的含量顯著降低，普遍高出ck的可溶性糖含量，之后低于ck，與林健忠[19]12h后的可溶性糖變化趨勢(shì)一致，但和李小安[20]對(duì)扁蓿豆種子的結(jié)論相反。在同一時(shí)間不同溫度下，8 ℃處理明顯高于其他組溫度的，這結(jié)果與崔國(guó)文[21]對(duì)紫花苜蓿種子結(jié)論相悖，可能因其品種不同而有差異。

2.4 低溫對(duì)草莓葉片光響應(yīng)曲線的影響

由圖5a可知，在凈光合速率一定時(shí)，溫度為8 ℃的光響應(yīng)曲線比4 ℃、0 ℃的光合有效輻射要小，在圖5b中ck對(duì)照組最高，8 ℃被4 ℃超過，在圖5c中0 ℃此時(shí)大于4 ℃，4 ℃有波動(dòng)在1 500之后又上升。研究表明，同一時(shí)間不同溫度處理，凈光合速率為ck和8 ℃對(duì)照組高于其他溫度處理，4 ℃高于0 ℃，與解政強(qiáng)等[22]與彭壽強(qiáng)等[23]的結(jié)論大體一致，也有不同，在5 d中出現(xiàn)了4 ℃高于8 ℃，7 d中0 ℃高于4 ℃的情況，這可能是低溫對(duì)呼吸作用的抑制大于光合作用的抑制。

圖5 光響應(yīng)曲線Fig.5 Light response curve

光補(bǔ)償點(diǎn)是許多植物在光照條件惡劣的環(huán)境中能充分利用光的指標(biāo)。從表2可知草莓“紅顏”3 d 8 ℃的光補(bǔ)償點(diǎn)要高于其他兩組不同溫度處理，而在5 d 8 ℃和4 ℃大于ck對(duì)照組(725μmol·m-2·s-1)。在7 d的處理中，ck和8 ℃光補(bǔ)償點(diǎn)大于其他兩組溫度的值。表明光補(bǔ)償點(diǎn)同一時(shí)間不同脅迫，普遍溫度高的大于溫度低的，這與李曉靖[24]對(duì)木荷新萌枝的研究一致。

表2 光合參數(shù)Tab.2 The effect of low temperature treatment on photosynthetic parameters

光飽和點(diǎn)(LSP)是凈光合速率不再隨光合有效輻射繼續(xù)增加的點(diǎn)，光飽和點(diǎn)也是許多植物在光照條件強(qiáng)烈的環(huán)境中利用光的指標(biāo)。從表2可以看出8 ℃的光飽和點(diǎn)都高于其他溫度，3 d處理下，ck對(duì)照組的光飽和點(diǎn)最大，而5 d處理中8 ℃光飽和點(diǎn)最大，在7 d處理中與5 d結(jié)果一致。與光補(bǔ)償點(diǎn)結(jié)論一致。

3 結(jié)論與討論

①不同的惡劣環(huán)境中，不同植被葉綠素含量也各有不同[25]。葉綠素有兩種成分，包括葉綠素a和葉綠素b，8成以上的葉綠素a和所有的葉綠素b的功能是對(duì)光能的攝取和移動(dòng)搬運(yùn)。研究表明，適宜程度的低溫脅迫能夠鍛煉植株的逆境適應(yīng)程度，促進(jìn)草莓的生理反應(yīng)，刺激葉片葉綠素的產(chǎn)生，對(duì)光合作用有利，但過度的低溫迫害會(huì)使草莓光合作用能力受到摧殘。

②可溶性蛋白質(zhì)中對(duì)水分的親近是顯著的，當(dāng)其含量在植物中增加，對(duì)植物體本身的益處是其保水能力一定程度上增強(qiáng)[19]，可溶性蛋白對(duì)羥自由基有較好的清除作用[26]。一定低溫的鍛煉下，可溶性蛋白含量會(huì)增加，其保水能力加強(qiáng)，而過度低溫會(huì)使其保水能力喪失，可溶性蛋白含量下降。

③可溶性糖在滲透調(diào)節(jié)中起重要作用，可通過調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)，以此提高水分的吸收能力，此時(shí)糖分升高能減輕呼吸作用對(duì)植物體的破壞[19]。可溶性糖決定植物器官合成和同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)、積累以及最終產(chǎn)量的形成。研究表明適宜低溫下促進(jìn)糖分的積累，減輕植株在低溫逆境的迫害。當(dāng)溫度過低或低溫持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，植株受到迫害，糖分無(wú)法累積。

低溫環(huán)境會(huì)使草莓對(duì)弱光有適應(yīng)性，但長(zhǎng)時(shí)間處于惡劣環(huán)境，會(huì)使植株死亡。