全 文 ：第 34 卷第 15 期
2014年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.15
Aug.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201203033);国家“十二五冶科技支撑计划(2011BAD16B14);河南省科技攻关计划项目(122102310311)
收稿日期:2013鄄07鄄27; 摇 摇 修订日期:2014鄄03鄄08
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: 13703731637@ sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201307271962
姜丽娜,张黛静,宋飞,刘佩,樊婷婷,余海波,李春喜.不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价.生态学报,2014,34(15):4251鄄4261.
Jiang L N, Zhang D J,Song F, Liu P, Fan T T,Yu H B, Li C X.Evaluation of cold resistance of different wheat varieties based on physiological responses
of leaves to low temperature at the jointing stage.Acta Ecologica Sinica,2014,34(15):4251鄄4261.
不同品种小麦叶片对拔节期低温的
生理响应及抗寒性评价
姜丽娜,张黛静,宋摇 飞,刘摇 佩,樊婷婷,余海波,李春喜*
(河南师范大学生命科学学院, 新乡摇 453007)
摘要:以黄淮海麦区参加区试的 24个小麦品种为材料,分析了拔节期低温胁迫对其叶片相对电导率、可溶性糖含量、可溶性蛋
白含量、游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的影响。 结果表明,低温胁
迫后,叶片相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量、MDA含量、SOD活性和 POD活性均高于对照(P<0.01),而可溶性蛋白含量
低于对照(P<0.01)。 小麦叶片各指标存在极显著的品种间差异(P<0.01)。 以叶片各指标的相对值作为抗寒性指标,采用隶属
函数法和极极点排序法计算参试品种的平均隶属度值为 0.19—0.63,综合排序值为 1.66—4.08。 通过 K鄄means聚类,将 24个小
麦品种聚为 5类。 其中良星 619、丰德存麦 1号、B07鄄4056、石 H083鄄363、山农 055843和良星 99等 6个品种抗寒性最强,宿 553、
陕农 509、A鄄9、中原 6号、徐麦 4036、舜麦 1718和石麦 19等 7个品种抗寒性强,尧麦 16、C鄄 44、山农 05鄄 066、冀麦 585和石 B05鄄
7388等 5个品种抗寒性中等,偃展 4110、B鄄33、B05鄄6507和石 4185等 4个品种抗寒性弱,石 06鄄6136和石优 20这 2个品种抗寒
性最弱。 相关分析表明,平均隶属度值和综合排序值与相对可溶性糖含量、相对脯氨酸含量、相对 POD 活性呈正相关(P<
0郾 05),与相对 MDA含量呈负相关(P<0.05)。 叶片可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、POD 活性及 MDA 含量可以作为拔节期小
麦抗寒性的鉴定评价指标。
关键词:小麦;低温;叶片生理;抗寒性;隶属函数法;极点排序法
Evaluation of cold resistance of different wheat varieties based on physiological
responses of leaves to low temperature at the jointing stage
JIANG Lina, ZHANG Daijing, SONG Fei, LIU Pei, FAN Tingting,YU Haibo, LI Chunxi*
College of Life Sciences, Henan Normal University, Xinxiang, Henan 453007, China
Abstract: Cold injury is one of the main problems in winter wheat production in the Huanghuaihai wheat region. Winter
wheat grows rapidly at the jointing stage, and becomes sensitive to the drops in temperatures that frequently occur in spring.
Low temperature during the jointing stage restricts the growth of winter wheat and directly affects grain yield. Therefore,
correctly evaluating and improving the cold resistance of wheat varieties is very important for grain security. In this study,
we evaluated the cold tolerance of 24 wheat varieties grown in the Huanghuaihai region. The wheat plants were grown in pots
outdoors, and they were moved into an artificial climate chamber and subjected to a cold treatment at the jointing stage.
After the cold treatment, we measured seven physiological indices in leaves; relative electrical conductivity, soluble sugars
content, soluble protein content, free proline content, malondialdehyde (MDA) content, superoxide dismutase ( SOD)
activity, and peroxidase (POD) activity. The results showed that the soluble protein content was lower in low鄄temperature鄄
treated plants than in the control plants (P<0.01), while the other six indices showed higher values in the low鄄temperature鄄
http: / / www.ecologica.cn
treated plants than in the control plants (P<0.01). Analysis of variance showed that the values of these seven physiological
indices differed significantly among varieties both in low鄄temperature鄄treated and control plants (P<0.01). Compared with
control plants, the low鄄temperature鄄treated plants showed a greater range of relative conductivity, soluble sugars content,
soluble proline content, MDA content, and POD activity, but lower range of soluble protein content and SOD activity. The
relative character value, that is, the proportion of the measured value in low鄄temperature鄄treated plants to that in control
plants, eliminated the genetic background difference. For each wheat variety, we used the relative character values to
calculate the average subordinative function value by the subordinative function method, and we calculated the
comprehensive score by the polar ordination method. The average subordinative function values ranged from 0.19 to 0.63 and
the comprehensive scores from 1.66 to 4.08. Among the 24 cultivars, Liangxing 619 showed the highest value and score,
while Shiyou 20 showed the lowest. Using K鄄means clustering analysis, the 24 winter wheat cultivars were divided into five
groups according to cold resistance; strong, high, medium, low, and weak. The strong cold resistance group contained six
varieties; Lingxing 619, Fengdecunmai No.1, B07鄄 4056, Shi H083鄄 363, Shannong 055843, and Lingxing 99. The high
cold resistance group contained seven varieties; Su 553, Shannong 509, A鄄 9, Zhongyuan No.6, Xumai 4036, Shunmai
1718, and Shimai 19. The medium cold resistance group consisted of five varieties; Yaomai 16, C鄄44, Shannong 05鄄066,
Jimai 585, and Shi B05鄄7388. The low cold resistance group contained Yanzhan 4110, B鄄 33, B05鄄 6507, and Shi 4185.
Two varieties, Shiyou 20 and Shi 06鄄 6136, were in the weak cold resistance group. Correlation analyses showed that the
average subordinative function value and comprehensive score were significantly positively correlated with soluble sugars
content and relative proline content (P< 0. 01), and with relative POD activity (P < 0. 05). The average subordinative
function value and comprehensive score were significantly negatively correlated with relative MDA content (P<0.05). In
conclusion, the soluble sugars content, free proline content, POD activity, and MDA content in leaves at the jointing stage
can serve as cold鄄resistance indices. Wheat varieties with higher soluble sugars content, free proline content, and POD
activity, but lower MDA content in leaves showed stronger cold resistance. Among the 24 varieties, Liangxing 619 showed
the strongest cold resistance at the jointing stage, while Shiyou 20 showed the weakest.
Key Words: wheat; low temperature; leaf physiology; cold resistance; subordination function; polar ordination
摇 摇 低温冷(冻)害是黄淮海麦区频发的自然灾害之
一,严重影响并制约着小麦的生长发育及产量的形
成[1鄄2]。 低温胁迫后,植物体通过形态结构、内含物
质和光合作用等一系列复杂的生理生化变化,对低
温环境进行响应[3鄄6]。 研究表明,植物的抗寒性与细
胞膜的流动性[7]、膜脂过氧化程度[8鄄9]、抗氧化酶活
性[9鄄11]、渗透调节物质含量[12鄄13]密切相关。 植物抗
寒性是多基因控制的数量性状,单一的生理指标难
以全面准确反映抗寒性的强弱,可结合与抗寒性有
关的多个指标,利用隶属函数法[14鄄15]、加权法[16]、模
糊评判法[17]、极点排序法[18]等进行抗寒性评价。 其
中,加权法和模糊评判法需要人为确定指标的权重
值,而权重值的大小直接影响评判的结果。 隶属函
数法是根据模糊数学原理,计算的隶属函数值是多
项指标综合的结果,能比较准确地反映出品种间的
抗寒性差异,在小麦[14]、果桑[15]、甘蔗[19]、葡萄[20]
等均有应用。 极点排序法,是将与抗寒性相关的多
个指标进行权重分配,通过矩阵复合运算获得综合
评价结果,已在甘蔗[18]、辣椒[21]、黄瓜[22]等进行了
应用,而在小麦抗寒上未见报道。 本文以黄淮海麦
区参加区试的 24个小麦品种为材料,在人工气候室
模拟拔节期低温,分析其对叶片生理的影响。 以低
温胁迫后各性状的相对值作为抗寒性评价指
标[14,23],通过隶属函数法和极点排序法对参试品种
抗寒性进行鉴定,以筛选应对春季低温胁迫的抗寒
性品种及抗寒性鉴定指标,为增强黄淮海区域小麦
减灾抗灾能力提供理论支持。
1摇 材料与方法
1.1摇 供试材料与试验设计
供试小麦品种及其供种单位如表 1所示。
2524 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
表 1摇 参试小麦品种的编号、名称以及供种单位
Table 1摇 Number, name and source of wheat varieties used in this study
编号
No.
品种名称
Variety
供种单位
Variety source
编号
No.
品种名称
Variety
供种单位
Variety source
1 石麦 19 河北省石家庄市农业科学研究院 13 山农 055843 山东农业大学
2 石优 20 河北省石家庄市农林科学研究所 14 良星 99 山东省德州市良星种子研究所
3 石 H083鄄366 河北省石家庄市农业科学研究院 15 良星 619 山东省德州市良星种子研究所
4 B05鄄6507 河北省石家庄市农业科学研究院 16 尧麦 16 山西省农业科学院
5 B07鄄4056 河北省石家庄市农业科学研究院 17 舜麦 1718 山西省农业科学院
6 石 06鄄6136 河北省石家庄市农业科学研究院 18 陕农 509 西北农林科技大学
7 石 B05鄄7388 河北省石家庄市农业科学研究院 19 徐麦 4036 徐州农业科学研究
8 石 4185 河北省石家庄市农业科学研究院 20 丰德存麦 1号 河南省天存小麦改良技术研究所
9 冀麦 585 河北省农林科学院 21 宿 553 宿州市农业科学院
10 偃展 4110 河南省豫西农作物品种展览中心 22 A鄄9 河北省农林科学院
11 中原 6号 河南谷得科技种业有限公司 23 B鄄33 河北省农林科学院
12 山农 05鄄066 山东农业大学 24 C鄄44 河北省农林科学院
摇 摇 2010年 10月 24日在河南师范大学网室进行盆
栽种植。 各品种选取完整无损、大小均匀的小麦籽
粒,播入米氏盆(h19cm伊渍23cm)中,每盆装土 2.5kg,
播种 30粒。 随机排列,每品种 4 盆。 三叶期每盆定
苗 15株,常规管理。 于 2011 年 4 月 5 日将低温组
(每品种 2 盆)移入人工气候室中,16益昼 ( 16h,
12000lx) / 10益夜条件下正常生长 1d,然后在 4益昼
(16h,12000lx) / 4益夜低温条件下连续处理 3d。 对
照组(每品种 2 盆)仍在网室中正常生长,环境温度
如图 1所示。 处理结束后,分别取低温和对照各品
种小麦的倒一叶用于生理指标的测定,每品种重复
2次。
图 1摇 对照组环境温度
Fig.1摇 The environment temperature of Control
1.2摇 测定方法
相对电导率采用电导率仪法[24],可溶性糖含量
采用蒽酮比色法[24],可溶性蛋白含量采用考马斯亮
蓝 G鄄250比色法[24],游离脯氨酸含量采用磺基水杨
酸浸提鄄酸性茚三酮显色法[25],丙二醛(MDA)含量
采用 TBA比色法[26],超氧化物歧化酶(SOD)活性采
用 NBT比色法[24],过氧化物酶(POD)活性采用愈创
木酚比色法[27]。
1.3摇 数据分析
1.3.1摇 性状相对值
以公式 1[15]计算性状相对值 x j 作为评价品种抗
寒性的指标:
相对值( x j ) = (低温处理下某一指标测定值 /对照
测定值)伊100% (1)
1.3.2摇 相对性状的隶属度值
以公式 2和公式 3计算各品种相对性状的隶属
度值[14鄄15]。 其中,与抗寒性呈正相关的各指标(可溶
性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量及 SOD
活性、POD活性)隶属度值以公式 2 计算,与抗寒性
呈负相关的各指标(MDA 含量和相对电导率)隶属
度值以公式 3计算。
每一品种相对性状隶属度值的平均数即为该品
种的平均隶属度值:
U(xij) = (xij - x jmin) / (x jmax - x jmin) (2)
U(xij) = 1 - (xij - x jmin) / (x jmax - x jmin) (3)
式中, U(xij)为 i品种 j指标的隶属函数值, xij为 i品
种 j指标的相对值, x jmin 和 x jmax 为各品种 j指标相对
值的最小值和最大值。
1.3.3摇 综合排序值
(1) 将指标相对性状值划分为 5 级,每一指标
的得分级差(每得 1 分之差)记为 D,以公式 4 计算
3524摇 15期 摇 摇 摇 姜丽娜摇 等:不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价 摇
http: / / www.ecologica.cn
各相对指标的得分级差 D j [18]。
D j = (x jmax - x jmin) / 5 (4)
(2) 对每一品种所测指标相对值进行分级,使
每一品种的每一指标都得到相应级别值 E ij 。 当指
标与抗寒性呈正相关时,该指标的 E ij 值以公式 5 计
算;当指标与抗寒性呈负相关时,该指标的 E ij 值以
公式 6计算:
E ij = [(xij - x jmin) / D j] + 1 (5)
E ij = 5 - [(xij - x jmin) / D j] + 1 (6)
(3) 指标权重系数 B j为每一指标在综合评价中
的权重,以公式 7进行计算:
B j = 某一指标的变异系数 /各指标变异系数之和
(7)
(4) 每一品种综合排序值 Vi以公式 8 进行
计算:
Vi =移E ij 伊 B j (8)
1.3.4摇 统计分析
利用 Microsoft Excel 2003 和 SPSS 13.0 进行数
据处理和作图。
2摇 结果与分析
2.1摇 拔节期低温对小麦叶片生理指标的影响
2.1.1摇 相对电导率
正常生长条件下,参试的 24 个小麦品种叶片相
对电导率平均为(23.08依3.99)%(图 2),品种间差异
极显著(P<0.01),以山农 05鄄066(12号)叶片相对电
导率表现最低,石麦 19(1号)最高。 低温处理后,叶
片电解质外渗增加,相对电导率极显著高于对照
(P<0.01)。 低温处理后,不同品种小麦叶片相对电
导率的极差值增加,变异系数没有明显变化。 与对
照相比,在供试的 24个品种中,山农 05鄄 066(12 号)
叶片相对电导率增幅最高 ( 291. 68%),而石麦 19
(1号)增幅最低,仅为 72.63%。
图 2摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片相对电导率
Fig.2摇 Relative electrical conductivity in wheat leaves in response to low temperature stress
2.1.2摇 可溶性糖含量
对照组叶片可溶性糖含量为(18.05依4.41) mg /
g干重(图 3),品种间差异极显著(P<0.01)。 低温
促进了小麦叶片可溶性糖的积累,低温处理后小麦
叶片可溶性糖含量平均为(25.40依5.89) mg / g 干重,
极显著高于对照(P<0.01),且不同品种间极差值增
加,而变异系数没有明显变化。 与对照相比,良星
619(15号)叶片可溶性糖含量增加了 97.80%,而石
06鄄6136(6号)仅增加了 4%。
2.1.3摇 可溶性蛋白含量
对照组小麦叶片可溶性蛋白含量平均为(6.09依
1.98) mg / g 鲜重(图 4),品种间差异极显著 (P <
0郾 01)。 低温处理后叶片可溶性蛋白含量为(2.65依
1.35) mg / g鲜重,极显著低于对照(P<0.01),且品
种间可溶性蛋白含量极差值亦低于对照,而品种间
变异系数高于对照。 与对照相比,石 4185(8 号)叶
片可溶性蛋白含量降低幅度最高(86.73%),而山农
05鄄066(12号)仅降低了 5.58%。
2.1.4摇 游离脯氨酸含量
对照组小麦叶片游离脯氨酸含量平均为
(131郾 36依73.70) 滋g / g鲜重(图 5),品种间差异极显
著(P<0郾 01)。 低温处理后,叶片游离脯氨酸含量增
加,平均为(236.33依96.19) 滋g / g 鲜重,极显著高于
对照(P<0郾 01),其品种间极差值亦高于对照,而变
4524 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
异系数低于对照。 与对照相比,良星 619(15 号)叶
片脯氨酸含量增加了 350.43%,石 4185(8 号)仅增
加了 0.39%。
图 3摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片可溶性糖含量
Fig.3摇 Soluble sugar content in wheat leaves in response to low temperature stress
图 4摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片可溶性蛋白含量
Fig.4摇 Soluble protein content in wheat leaves in response to low temperature stress
图 5摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片游离脯氨酸含量
Fig.5摇 Free proline content in wheat leaves in response to low temperature stress
2.1.5摇 MDA含量
对照组小麦叶片 MDA含量平均为(1.06依0.29)
滋mol / g鲜重(图 6),品种间差异极显著(P<0.01)。
低温处理后,叶片 MDA 含量平均值为(1.68依0.46)
滋mol / g鲜重,极显著高于对照(P<0.01),且品种间
极差值高于对照,而变异系数无明显变化。 与对照
5524摇 15期 摇 摇 摇 姜丽娜摇 等:不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价 摇
http: / / www.ecologica.cn
相比, 石优 20 ( 2 号 ) 叶片 MDA 含量增加了 318郾 32%,而石 H083鄄363(3号)仅增加了 10.34%。
图 6摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片MDA含量
Fig.6摇 MDA content in wheat leaves in response to low temperature stress
2.1.6摇 SOD活性
对照组叶片 SOD 活性平均为(278.27依70.61)
U / g鲜重(图 7),品种间差异极显著(P<0.01)。 低
温处理后,叶片 SOD 活性为(349.75依45.96) U / g 鲜
重,极显著高于对照(P<0.01),且品种间极差值和变
异系数均低于对照。 与对照相比,石 H083鄄 363(3
号)叶片 SOD活性增加了 171.85%,而徐麦 4036(19
号)仅增加了 1.74%。
图 7摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片 SOD活性
Fig.7摇 SOD activity in wheat leaves in response to low temperature stress
2.1.7摇 POD活性
对照组叶片 POD 活性平均为(59. 57 依 22. 83)
U / g鲜重(图 8),品种间差异极显著(P<0.01)。 低温
处理后 ,叶片 POD活性为 (103.50依40.88) U / g鲜
图 8摇 低温胁迫下不同小麦品种叶片 POD活性
Fig.8摇 POD activity in wheat leaves in response to low temperature stress
6524 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
重,极显著高于对照(P<0.01),且品种间极差值高于
对照,但变异系数未有明显变化。 与对照相比,B07鄄
4056(5号)增加了 388.29%,而山农 05鄄 066(12 号)
仅增加了 10.00%。
2.2摇 拔节期低温处理后小麦叶片相对性状值
计算各指标的相对性状值列于表 2。 低温胁迫
后,相对电导率的相对值和相对脯氨酸含量较高,平
均值达到 253.27%和 223.47%,其次是相对 POD 活
性和相对 MDA 含量,而相对可溶性蛋白含量较低。
从各性状相对值的变异系数来看,相对脯氨酸含量、
相对可溶性蛋白含量、相对 POD 活性的变异系数较
高,均高于 50%,其次是相对 MDA 含量和相对 SOD
活性。
表 2摇 各品种相对性状值 / %
Table 2摇 Relative character values of each variety
编号 No. 品种名称 Variety x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7
1 石麦 19 172.63 118.05 54.55 192.39 141.94 156.50 129.92
2 石优 20 252.86 136.93 23.13 122.00 418.33 119.18 138.67
3 石 H083鄄366 209.16 150.20 25.13 323.35 110.33 271.85 155.56
4 B05鄄6507 193.81 107.40 28.38 139.06 168.06 113.37 130.00
5 B07鄄4056 207.55 143.03 54.40 162.71 123.38 112.55 488.89
6 石 06鄄6136 246.86 104.00 25.56 120.70 268.85 104.42 125.00
7 石 B05鄄7388 293.27 143.88 29.44 120.86 115.05 117.00 210.00
8 石 4185 314.51 132.62 13.27 100.39 124.22 111.44 133.93
9 冀麦 585 302.34 147.79 54.19 116.18 114.80 107.75 187.50
10 偃展 4110 203.78 128.98 24.10 120.50 123.22 132.69 126.62
11 中原 6号 234.85 177.75 48.19 121.25 130.83 271.10 120.63
12 山农 05鄄066 391.68 120.11 94.42 128.79 165.25 153.32 110.00
13 山农 055843 324.48 189.80 94.14 334.69 187.02 116.15 153.33
14 良星 99 225.44 152.12 34.59 436.92 139.65 157.79 150.00
15 良星 619 248.09 197.80 55.23 450.43 134.69 111.34 208.33
16 尧麦 16 223.71 126.21 19.86 313.24 127.30 107.67 186.11
17 舜麦 1718 309.04 171.43 57.26 377.56 299.73 117.72 138.89
18 陕农 509 255.66 195.60 90.48 137.07 188.22 126.24 177.48
19 徐麦 4036 231.33 113.00 35.53 302.73 182.64 101.74 297.00
20 丰德存麦 1号 288.15 129.81 25.82 446.15 133.00 132.66 440.00
21 宿 553 227.39 144.65 38.70 362.08 158.97 108.31 277.55
22 A鄄9 273.77 164.25 86.31 165.69 128.08 117.71 165.28
23 B鄄33 211.46 127.03 39.50 153.60 261.67 123.77 125.00
24 C鄄44 236.59 115.42 69.17 115.03 116.72 116.46 157.14
平均 Average 253.27 143.24 46.72 223.47 169.25 133.70 188.87
标准差 Standard deviation 50.43 27.38 24.81 123.99 74.00 45.18 97.12
变异系数 Coefficient of variation 19.91 19.11 53.09 55.48 43.72 33.79 51.42
摇 摇 x1、x2、x3、x4、x5、x6和 x7分别表示相对电导率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、MDA含量、SOD活性和 POD活性的相对值
2.3摇 抗寒性评价
根据相对性状值,计算参试品种的平均隶属度
值为 0.19—0.63,综合排序值为 1.66—4.08(图 9)。
平均隶属度值和综合排序值高,该品种的抗寒性强;
反之,该品种的抗寒性弱。 根据平均隶属度值和综
合排序值对参试品种进行排序,结果不完全相同,二
者均以良星 619表现最高,石优 20表现最低。
以平均隶属度值和综合排序值对参试品种进行
K鄄Means聚类,经过 4次聚类迭代后将参试品种聚为
5类,各类中心值列于表 3。 第玉类综合排序值和平
均隶属度值均较高,抗低温能力最强;第吁类综合排
序值和平均隶属度值均较低,抗低温能力最弱。
7524摇 15期 摇 摇 摇 姜丽娜摇 等:不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价 摇
http: / / www.ecologica.cn
图 9摇 各品种的平均隶属度值和综合排序值及其聚类类别
Fig.9摇 Average of subordinate function and comprehensive score of each variety and cluster membership
表 3摇 聚类分析中的各类中心
Table 3摇 Cluster centers in cluster analysis
聚类 Cluster
玉 域 芋 郁 吁
综合排序值 Comprehensive score 3.87 3.32 2.87 2.32 1.77
平均隶属度值 Average of SF 0.57 0.49 0.37 0.31 0.20
摇 摇 各品种的聚类类别如图 9所示。 良星 619、丰德
存麦 1号、B07鄄4056、石 H083鄄363、山农 055843和良
星 99 等 6 个品种聚在第玉类,其抗寒性最强;宿
553、陕农 509、A鄄9、中原 6 号、徐麦 4036、舜麦 1718
和石麦 19 等 7 个品种聚在第域类,其抗寒性强;尧
麦 16、C鄄44、山农 05鄄066、冀麦 585和石 B05鄄7388等
5个品种聚在第芋类,其抗寒性中等;偃展 4110、B鄄
33、B05鄄6507和石 4185 等 4 个品种聚在第郁类,其
抗寒性弱;石 06鄄6136 和石优 20 这 2 个品种聚在第
吁类,其抗寒性最弱。
表 4摇 各相对性状的相关分析
Table 4摇 Correlation analysis of relative indexes for cold resistance
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 CS ASF
x1 1.000
x2 0.230 1.000
x3 0.422* 0.479* 1.000
x4 -0.027 0.327 -0.068 1.000
x5 0.079 -0.049 -0.070 -0.076 1.000
x6 -0.169 0.204 -0.043 0.025 -0.223 1.000
x7 -0.091 -0.015 -0.093 0.339 -0.244 -0.224 1.000
CS -0.014 0.556** 0.393 0.691** -0.506* 0.268 0.511* 1.000
ASF -0.149 0.640** 0.347 0.621** -0.503* 0.404 0.412* 0.970** 1.000
摇 摇 *表示相关性达显著性水平(P<0.05),**表示相关性达极显著水平(P<0.01); CS表示综合排序值,ASF表示平均隶属度值
摇 摇 从相关关系来看(表 4),平均隶属度值和综合
排序值与叶片相对可溶性糖含量、相对脯氨酸含量
呈极显著正相关(P<0.01),与叶片相对 POD活性呈
显著正相关(P<0.05),与叶片相对 MDA 含量呈显
著负相关(P<0.05)。 二者与相对可溶性蛋白含量和
相对 SOD活性呈正相关,与相对电导率呈负相关。
从各品种的相对性状值来看(表 2),良星 619
(15号)叶片相对可溶性糖含量和相对脯氨酸含量
均最高,其平均隶属函数值和综合排序值亦排在首
位,抗寒性最高。 石 H083鄄363(3 号)叶片相对 MDA
含量最低,相对 SOD活性最高,其隶属函数值和综合
排序值分别为 0.604 和 3.763,抗寒性属于第 I 类;
B07鄄4056(5 号)叶片相对 POD 活性远高于其它品
种,其隶属函数值和综合排序值分别为 0. 566 和
8524 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
3郾 837,抗寒性亦属于第 I类。 石优 20(2 号)叶片相
对 MDA含量远高于其它品种,其隶属函数值和综合
排序值分别为 0.192 和 1.661,其抗寒性最弱;石 06鄄
6136(6号)叶片相对可溶性糖含量和相对 SOD活性
较低,而石 4185(8 号)叶片相对可溶性蛋白含量和
相对脯氨酸含量均最低,这 2 个品种的抗寒性均弱,
仅略高于石优 20(2号)。
3摇 讨论
拔节期是小麦快速生长时期,亦是对低温敏感
的时期[14]。 低温胁迫下,植物细胞发生一系列生理
生化变化以适应和进行自我调节[4鄄6]。 生物膜是植
物细胞与外界环境之间发生物质交换的通道,各种
逆境对植物细胞的影响首先作用于生物膜,常以叶
片电导率作为鉴定细胞膜透性以及破坏程度的重要
指标[7,28]。 本研究表明,拔节期低温胁迫后小麦叶
片相对电导率较对照增加。 因此,低温胁迫使小麦
叶片生物膜透性增加并且膜受损程度加大。
低温胁迫下可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨
酸等渗透调节物质的含量发生变化,植物可通过调
节渗透浓度来启动脱落酸的形成,诱发蛋白质的合
成,增加抗寒性[9]。 本研究表明,拔节期低温胁迫
后,叶片可溶性糖含量和游离脯氨酸含量较对照增
加,在一定程度上可以促进蛋白质的合成,但叶片中
可溶性蛋白含量仍表现为低于对照。
低温胁迫下,植物体内产生大量的活性氧自由
基,引发膜脂过氧化[8],产生膜脂过氧化产物 MDA,
且膜脂过氧化的程度随温度降低和胁迫时间延长而
加重[9],同时植物体内还存在着 SOD、POD等抗氧化
酶系统以清除活性氧、降低逆境损伤[9鄄11]。 本研究
表明,拔节期低温胁迫下,小麦叶片 SOD 活性、POD
活性和 MDA含量均高于对照。 SOD 活性和 POD 活
性的增加可以减轻低温对生物膜的迫害,说明植株
对低温产生了一定的响应。 但是 MDA 含量的增加
显示低温胁迫后叶片膜脂过氧化程度仍然呈现增高
趋势。
不同小麦品种抗低温能力差异很大[8,14,24,26鄄27,30鄄31]。
有研究表明,低温胁迫下小麦叶片 MDA 含量[8,14]、
可溶性蛋白含量[8]下降,电导率[29]、SOD 活性[6,29]、
POD活性[6]、可溶性糖含量[14]的变化存在品种间差
异或变化不明显。 这主要是由于品种特性、胁迫温
度强度、胁迫持续时间及小麦所处生育期不同而致。
本研究表明,拔节期低温胁迫后,小麦叶片相对电导
率、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、MDA含量、POD
活性品种间极差值均高于对照,而可溶性蛋白含量
和 SOD活性品种间极差值低于对照,不同品种间各
指标的增加(减少)量存在较大差异。 计算各指标的
相对性状值,则可以消除品种自身遗传特性的影
响[8,14鄄15]。 本研究表明,低温胁迫后,相对电导率的
相对值以及相对脯氨酸含量较高,而相对可溶性蛋
白含量较低。 由相对性状值,通过隶属函数法和极
点排序法,计算出各品种的平均隶属度值和综合排
序值,并通过 K鄄means 聚类,将参试品种聚成了 5
类。 其中,良星 619 抗低温能力最强,而石优 20 抗
低温能力最弱。
有关小麦抗寒性的评价指标,已有研究并不完
全一致。 刘艳阳研究认为 SOD活性、MDA含量可以
作为小麦抗寒性的评价指标[6],高志强认为电导率
和可溶性糖含量是衡量小麦抗寒性较好的指标[28]。
本研究相关分析表明,叶片相对可溶性糖含量、相对
脯氨酸含量、相对 POD 活性与相对 MDA 含量与平
均隶属度值和综合排序值相关关系显著,认为这 4
个指标可以作为拔节期小麦抗寒性鉴定的主要评价
指标。
本研究仅从叶片生理响应上分析了拔节期低温
对小麦植株生长的影响,而小麦的抗寒性不仅包含
自身的遗传因素和生理特征,更与外界环境因素密
切有关。 选育抗寒性强的品种、建立良种良法配套
的高产栽培技术,提高小麦的抗寒综合能力,是目前
小麦安全高效栽培生产中亟待解决的问题。
References:
[ 1 ] 摇 Fang S B, Yang J J, Zhou G X. Change trend distributive
characteristics of agrometeorological disasters in China in recent 30
years. Journal of Natural Disasters, 2011, 20(5): 69鄄73.
[ 2 ] 摇 Wang J F, Zhu Y Y, Liu H P. Main agrometeorological disasters
and their impact in recent 28 a in Henan. Meteorological and
Environmental Sciences, 2007, 30(Suppl.): 9鄄11.
[ 3 ] 摇 Cao H M, Shi Z M, Zhou X B, Lei P Z, Dong S G. A review on
response of plant to low temperature and its cold resistance.
Chinese Journal of Agrometeorology, 2010, 31(2): 310鄄314.
[ 4 ] 摇 Gana J A, Sutton F, Kenefick D G. cDNA structure and
expression patterns of a low鄄temperature鄄specific wheat gene tacr7.
Plant Molecular Biology, 1997, 34: 643鄄650.
9524摇 15期 摇 摇 摇 姜丽娜摇 等:不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价 摇
http: / / www.ecologica.cn
[ 5 ]摇 Minami A, Nagao M, Ikegami K, Koshiba T, Arakawa K,
Fujikawa S, Takezawa D. Cold acclimation in bryophytes: low鄄
temperature鄄induced freezing tolerance in Physcomitrella patens is
associated with increases in expression levels of stress鄄related
genes but not with increase in level of endogenous abscisic acid.
Planta, 2005, 220: 414鄄423.
[ 6 ] 摇 Liu Y Y, Li J Z, Chen L, Cui D Q. Effect of low temperature
stress on peroxidation product of membrane lipids and activity of
related enzymes in wheat seeding leaves. Journal of Triticeae
Crops, 2006, 26(4): 70鄄73.
[ 7 ] 摇 Wang J Y, Yu S Q. Studies on resistance and membrane lipid
fluidity of various breeds of cold鄄resistant wheat. Biotechnology,
1998, 8(2): 28鄄30.
[ 8 ] 摇 Wang S G, Wang Z L, Wang P, Wang H W, Li F, Huang W,
Wu Y G, Yin Y P. Evaluation of wheat freezing resistance based
on the responses of the physiological indices to low temperature
stress. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(4): 1064鄄1072.
[ 9 ] 摇 Li C Y, Chen S S, Xu W, Li D S, Gu X, Zhu X K, Guo W S,
Feng C N. Effect of low temperature at seedling stage on
Antioxidation enzymes and Cytoplasmic Osmoticum of leaves in
wheat cultivar Yangmai 16. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37
(12): 2293鄄2298.
[10] 摇 Allen R D. Dissection of oxidative stress tolerance using transgenic
plants. Plant Physiology, 1995, 107: 1049鄄1054.
[11] 摇 Wang X N, Fu L S, Li Z F, Sun Y L, Wang Y B, Liu C, Wang
J W, Chen Y X. Morphogenesis and physiological basis in wheat
cultivars with different levels of cold鄄resistance during cold
acclimation and freezing period. Acta Agronomica Sinica, 2009,
35(7): 1313鄄1319.
[12] 摇 Wang X X, Li S D, Dong H R, Gao Z H, Dai S S. The
relationship between tomato varieties resistance and ABA and
soluble sugar content. Acta Horticulturae Sinica, 1998, 25(1):
56鄄60.
[13] 摇 Liu H Y, Zhu Z J, Lv G H, Qian Q Q. Study on relationship
between physiological changes and chilling tolerance in grafted
watermelon seedlings under low temperature stress. Scientia
Agricultura Sinica, 2003, 36(11): 1325鄄1329.
[14] 摇 Chen L, Wu S G, Li S M, Yin G H, Zhou L, Gu H M.
Biochemical reaction and resistance analysis of jointing stage of
winter wheat under low temperature stress. Acta Agriculturae
Boreali鄄Sinica, 2001, 16(4): 42鄄46.
[15] 摇 Yang M, Guo J Z. Evaluation of mulberry cold resistance based on
the responses of the physiological indices to low temperature stress.
Northern Horticulture, 2012,(4): 29鄄32.
[16] 摇 Du Y J, Yu L, Sun J X, Lu W H. Comprehensive assessment of
cold resistance of three Zoysia japonica varieties. Acta
Prataculturae Sinica, 2008, 17(3): 6鄄16.
[17] 摇 Xu N. Application of fuzzy comprehensive evaluation in the cold
resistance identification of tea germplasms. Tea in Fujian, 1993,
(3): 16鄄19.
[18] 摇 Tang S Y, Yang L T, Li Y R. Response of different sugarcane
genotypes to low temperature and evaluation for cold tolerance of
sugarcane. Chinese Journal of Tropical Crops, 2012, 33 ( 4):
635鄄641.
[19] 摇 Zhang B Q, Yang L T, Li Y R. Comparison of physiological and
biochemical characteristics related to cold resistance in sugarcane
under field conditions. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(3):
496鄄505.
[20] 摇 Zhang W E, Wang F, Pan X J. Comprehensive evaluation on cold
hardiness of Vitis species by Subordinate Function ( SF). Journal
of Fruit Science, 2007, 24(6): 849鄄853.
[21] 摇 Liu X M, Shang Q M, Zhang Z G. Low鄄temperature tolerance of
pepper at germination stage and its evaluation method. Chinese
Journal of Eco鄄Agriculture, 2005, 18(3): 521鄄527.
[22] 摇 Liu X M, Shang Q M, Wang X L, Zhang Z G, Liu J C, Cui S M.
Studies on low temperature tolerance evaluation method of different
cucumber varieties at early stage. Journal of Inner Mongolia
Agricultural University, 2010, 31(4): 154鄄160.
[23] 摇 Ma W G, Cui H W, Li Y P, Zheng Y Y, Han R, Hu J. Effects
of low temperature stress on physiological and biochemical
characteristics of 20 tobacco cultivars and assessment of their cold
tolerance at germination and seedling stages. Acta Agriculturae
Zhejiangensis, 2011, 23(2): 232鄄238.
[24] 摇 Li H S. The experiment principle and technique on plant
Physiology and biochemistry. Beijing: Higher Education Press,
2000, 167鄄139, 184鄄185, 195鄄197, 261鄄263.
[25] 摇 Shanghai Institute of Plant Physiology; Academia Sinica,
Shanghai Institute of Plant Physiology. Modern Plant Physiology
Laboratory Manual. Beijing: Science Press, 1999: 303.
[26] 摇 Hou F L. Plant Physiology Experimental Course. Beijing: Science
Press, 2004, 91.
[27] 摇 Ren X L, Li J R. Changes of active oxygen and some physiological
indexes in the processes of maturation and senescence of apricot
fruits. Plant Physiogy Communications, 1991, 27(1): 34鄄36.
[28] 摇 Gao Z Q, Zhang G H, Zhang A Z, Miao G Y. The low
temperature reaction of the different wheat varieties. Journal of
Shanxi Agricultural University, 2002, 22(2): 109鄄112.
[29] 摇 Yi Y, Zhang Y L, Guo Z F, Bai L P, Qiao X, Hou L B.
Physiological responses of winter wheat忆s leaves to low temperature
stress. Acta Agriculturae Boreali鄄Sinica, 2013, 28(1): 144鄄148.
[30] 摇 Yu J, Zhang L, Cang J, Hao Z B, Wang D J. Research progress
of cold resistance in winter wheat. Journal of Northeast Agricultural
University, 2008, 39(11): 123鄄127.
[31] 摇 Feng S W, Dong N, Hu T Z, Li G, Li X H, Ru Z G. Analysis on
the integrated winter hardness of different wheat varieties. Journal
of Henan Institute of Science and Technology, 2010, 38(3): 4鄄7.
参考文献:
[ 1 ] 摇 房世波, 阳晶晶, 周广胜. 30 年来我国农业气象灾害变化趋
0624 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
http: / / www.ecologica.cn
势和分布特征. 自然灾害学报. 2011, 20(5): 69鄄73.
[ 2 ] 摇 王记芳, 朱业玉, 刘和平. 近 28a河南主要农业气象灾害及其
影响. 气象与环境科学, 2007, 30(增刊):9鄄11.
[ 3 ] 摇 曹慧明,史作民,周晓波,雷鹏志, 董生刚. 植物对低温环境的
响应及其抗寒性研究综述. 中国农业气象, 2010, 31 ( 2):
310鄄314.
[ 6 ] 摇 刘艳阳,李俊周,陈磊,崔党群. 低温胁迫对小麦叶片细胞膜脂
过氧化产物及相关酶活性的影响. 麦类作物学报, 2006, 26
(4): 70鄄73.
[ 7 ] 摇 王纪元, 喻尚其. 不同抗寒性小麦品种的抗性与膜脂流动性
的研究. 生物技术, 1998, 8(2): 28鄄30.
[ 8 ] 摇 王树刚, 王振林, 王 平,王海伟,李府,黄玮,武玉国,尹燕枰.
不同小麦品种对低温胁迫的反应及抗冻性评价. 生态学报,
2011, 31(4): 1064鄄1072.
[ 9 ] 摇 李春燕,陈思思,徐雯, 李东升, 顾骁, 朱新开, 郭文善, 封超
年. 苗期低温胁迫对扬麦 16叶片抗氧化酶和渗透调节物质的
影响. 作物学报, 2011, 37(12): 2293鄄2298.
[11] 摇 王晓楠, 付连双, 李卓夫, 孙艳丽,王玉波,刘灿,王金伟,陈
禹兴. 低温驯化及封冻后不同抗寒性小麦品种的形态建成及
生理基础分析. 作物学报, 2009, 35(7): 1313鄄1319.
[12] 摇 王孝宣, 李树德, 东惠茹, 高振华, 戴善书. 番茄品种耐寒性
与 ABA和可溶性糖含量的关系. 园艺学报, 1998, 25(1):
56鄄60.
[13] 摇 刘慧英, 朱祝军, 吕国华, 钱琼秋. 低温胁迫下西瓜嫁接苗的
生理变化与耐冷性关系的研究. 中国农业科学, 2003, 36
(11): 1325鄄1329.
[14] 摇 陈龙,吴诗光, 李淑梅,殷贵鸿, 周琳, 古红梅. 低温胁迫下冬
小麦拔节期生化反应及抗性分析. 华北农学报. 2001, 16(4):
42鄄46.
[15] 摇 杨梅,郭军战. 不同果桑品种对低温胁迫的反应及抗寒性评
价. 北方园艺, 2012, (4): 29鄄32.
[16] 摇 杜永吉,于磊,孙吉雄,鲁为华. 结缕草 3个品种抗寒性的综合
评价. 草业学报,2008, 17(3): 6鄄16.
[17] 摇 许宁. 模糊综合评判在茶树种质资源抗寒性鉴定中的应用研
究.福建茶叶, 1993, (3): 16鄄19.
[18] 摇 唐仕云,杨丽涛,李杨瑞. 不同甘蔗基因型对低温胁迫的响应
及其耐寒性评价. 热带作物学报. 2012, 33(4): 635鄄641.
[19] 摇 张保清,杨丽涛, 李杨瑞. 自然条件下甘蔗品种抗寒生理生化
特性的比较. 作物学报, 2011, 37(3): 496鄄505.
[20] 摇 张文娥,王飞,潘学军. 应用隶属函数法综合评价葡萄种间抗
寒性. 果树学, 2007, 24(6): 849鄄853.
[21] 摇 刘雪梅,尚庆茂, 张志刚. 辣椒不同品种种子萌芽期耐低温性
及评价方法研究. 中国生态农业学报, 2005, 18(3): 521鄄527.
[22] 摇 刘雪梅, 尚庆茂, 王晓黎, 张志刚, 刘杰才, 崔世茂. 黄瓜不
同品种耐低温性早期评价方法研究. 内蒙古农业大学学报,
2010, 31(4): 154鄄160.
[23] 摇 马文广,崔华威,李永平,郑昀晔, 韩瑞, 胡晋. 20个烟草品种
低温逆境下发芽和苗期生理生化特性的变化及耐寒性评价.
浙江农业学报. 2011, 23(2): 232鄄238.
[24] 摇 李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出版
社, 2000, 167鄄139, 184鄄185, 195鄄197, 261鄄263.
[25] 摇 中国科学院上海植物生理研究所, 上海植物生理学会. 现代
植物生理学实验指南. 北京: 科学出版社, 1999: 303.
[26] 摇 侯福林. 植物生理学实验教程. 北京: 科学出版社, 2004, 91.
[27] 摇 任小林,李嘉瑞. 杏果实成熟衰老过程中活性氧和几种生理指
标的变化(简报) . 植物生理学通讯, 1991, 27(1): 34鄄36.
[28] 摇 高志强, 张国红, 张爱芝, 苗果园. 不同小麦品种对低温的生
理反应研究. 山西农业大学学报, 2002, 22(2): 109鄄112.
[29] 摇 衣莹, 张玉龙, 郭志富, 白丽萍, 乔雪, 侯立白. 冬小麦叶片
对低温胁迫的生理响应. 华北农学报, 2013, 28(1): 144鄄148.
[30] 摇 于晶, 张林, 苍晶, 郝再彬, 王多佳. 冬小麦抗寒性的研究进
展. 东北农业大学学报, 2008, 39(11): 123鄄127.
[31] 摇 冯素伟, 董娜, 胡铁柱, 李淦, 李笑慧, 茹振钢. 不同小麦品
种抗低温能力比较. 河南科技学院学报, 2010, 38(3): 4鄄7.
1624摇 15期 摇 摇 摇 姜丽娜摇 等:不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价 摇