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Effect of low temperature on phytohormones and carbohydrates metabolism in Bermuda grass

低温胁迫对狗牙根激素和碳水化合物代谢的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015133 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
杨勇,娄燕宏,杨知建,向佐湘,徐庆国,胡龙兴.低温胁迫对狗牙根激素和碳水化合物代谢的影响.草业学报,2016,25(2):205215.
YANGYong,LOUYanHong,YANGZhiJian,XIANGZuoXiang,XUQingGuo,HULongXing.Effectoflowtemperatureonphytohormones
andcarbohydratesmetabolisminBermudagrass.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(2):205215.
低温胁迫对狗牙根激素和碳水化合物代谢的影响
杨勇1,2,娄燕宏2,杨知建2,向佐湘2,徐庆国2,胡龙兴2
(1.湖南涉外经济学院体育学院,湖南 长沙410205;2.湖南农业大学农学院草业科学系,湖南 长沙410128)
摘要:以杂交狗牙根品种天堂419,天堂328,老鹰草,运动百慕大和普通狗牙根品种保定狗牙根为试验材料,分析
了人工模拟昼夜温度为适温(30℃/25℃)、亚适温(18℃/10℃)、冷害(8℃/4℃)和冻害(4℃/-4℃)等4种梯度降
温冷驯化条件下,低温胁迫对狗牙根叶片细胞膜稳定性、叶绿素含量、内源激素(ABA、IAA,GA3 和tZR)以及可溶
性糖、淀粉、果聚糖、总非结构性糖等碳水化合物代谢的影响。结果表明:随着温度的降低,狗牙根叶片的电导率显
著升高,叶绿素含量下降,内源激素ABA含量升高,而IAA,GA3 和tZR含量均下降;碳水化合物中可溶性糖、果糖
和总非结构性糖含量在5个品种中均呈不同程度的升高,但不同品种在冷驯化过程中不同温度处理下其变化差异
较大,如天堂328、老鹰草和运动百慕大的淀粉含量下降;天堂419的淀粉含量变化不大,而保定狗牙根的淀粉含量
则呈上升趋势。综合分析各生理指标的变化,5个狗牙根品种的抗寒能力强弱为:保定狗牙根最弱,而天堂419,老
鹰草、天堂328和运动百慕大耐寒能力依次较强。低温胁迫下积累或维持较高的内源激素 ABA、GA3、IAA、tZR
和碳水化合物可溶性糖和果聚糖可能是耐寒性较强的主要原因,这些代谢物的积累或维持有助于狗牙根细胞内渗
透平衡和细胞膜稳定性的维持,延缓叶片的枯黄衰老和诱导抗性相关基因或蛋白的表达从而提高了狗牙根品种的
抗寒能力。
关键词:狗牙根;品种;低温胁迫;内源激素;碳水化合物  
犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀狆犺狔狋狅犺狅狉犿狅狀犲狊犪狀犱犮犪狉犫狅犺狔犱狉犪狋犲狊犿犲狋犪犫狅犾犻狊犿犻狀犅犲狉
犿狌犱犪犵狉犪狊狊
YANGYong1,2,LOUYanHong2,YANGZhiJian2,XIANGZuoXiang2,XUQingGuo2,HULongXing2
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犘犺狔狊犻犮犪犾犈犱狌犮犪狋犻狅狀,犎狌狀犪狀犐狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犈犮狅狀狅犿犻犮狊犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犆犺犪狀犵狊犺犪410205,犆犺犻狀犪;2.犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳
犜狌狉犳犵狉犪狊狊犛犮犻犲狀犮犲狊,犆狅犾犾犲犵犲狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲,犎狌狀犪狀犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犆犺犪狀犵狊犺犪410128,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Toinvestigatetheeffectsofmodulatedcoldacclimationontheleafmembranestability,chlorophyl
content,endogenoushormones(ABA,IAA,GA3,tZR),andcarbohydrate(solublesugars,starch,fructan,
totalnonstructuralcarbohydrates)metabolism,fiveBermudagrasscultivars,Tifway,Tifgreen,Tifsport,
TifeagleandBaodingwereselectedandtreatedunderarangeoftemperatures:optimum(30℃/25℃),subopti
mum(18℃/12℃),chiling(8℃/4℃)andfreezing(4℃/-4℃)ingrowthchambers.Theresultsdemonstra
tedthatleafelectrolyteleakage,abscisicacid(ABA)contentandcarbohydrates(solublesugars,starch,fruc
tan,totalnonstructuralcarbohydrates)increasedwhilechlorophyl content,endogenoushormonesauxin
(IAA),gibberelin(GA3)andcytokinin(tZR)contentdecreasedwithlowtemperaturestress,butthechanges
第25卷 第2期
Vol.25,No.2
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
205-215
2016年2月
收稿日期:20150311;改回日期:20150610
基金项目:长沙市科技局项目(K140302631),国家教育部“创新团队发展计划”(IRT1239)和湖南省教育厅项目(KC2011B023)资助。
作者简介:杨勇(1982),男,湖南岳阳人,在读博士。Email:yongy2014@163.com
通信作者Correspondingauthor.Email:huxu0309@aliyun.com,hulx2010@163.com
variedwithcultivar.Tifeagle,TifsportandTifgreenwererankedhighest,Tifwaywasrankedintermediate
whileBaodingrankedlowest.Accumulatingormaintainingrelativelyhigherlevelsofphytohormonesandcar
bohydrates,associatedwithcelularosmotichomeostasisandmembranestability,delayedleafsenescence.
ColdresistancegenesorproteininductionmaycontributetothehighercoldtoleranceinBermudagrassunder
lowtemperature.
犓犲狔狑狅狉犱狊:bermudagrass(犆狔狀狅犱狅狀犱犪犮狋狔犾狅狀);cultivars;lowtemperaturestress;endogenoushormone;car
bohydrates
狗牙根(犆狔狀狅犱狅狀犱犪犮狋狔犾狅狀)是暖季型草坪草中使用最广泛的草种之一,广泛应用于热带、亚热带及温带地区
的公共绿地、运动场草坪、高尔夫球场、护坡草坪的建植[1]。温度是影响狗牙根分布和生长的重要因素,其最适生
长温度为25~32℃,当日均温度≤12℃时,狗牙根生长缓慢,7~10℃时变为棕黄色[2]。但由于其对低温敏感和
抗寒能力差,在我国推广应用的狗牙根常常表现为南方地区绿色期较短,过渡带地区容易受到低温危害而出现大
面积死亡,北方地区则不能安全越冬等问题,极大地降低了其观赏价值,限制了狗牙根这一重要经济植物的广泛
推广应用[14]。因此,狗牙根低温胁迫抗性机理已成为狗牙根研究的重要内容,也是草坪气候过渡区狗牙根新品
种选育的最重要育种目标之一。
植物内源激素与其抗寒性关系密切,对植物抗寒能力的调控起着重要的作用。当植物受到低温胁迫时,植物
会通过体内的激素调节来适应外界环境变化[57]。脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)和细胞分裂素
(CTK)等植物激素对其耐寒性具有明显调节作用[8]。GA能够明显影响植物体内自由水和束缚水的含量,从而
对植物的抗寒性产生影响;IAA和CTK可调控低温胁迫下植物的衰老过程[9];ABA是植物低温锻炼的促进剂,
在低温锻炼过程中,游离态与结合态的ABA可相互转化,诱导相关抗性基因转录水平的表达以及增强它们在蛋
白水平上的活性从而提高其抗寒能力[7,1011]。
碳水化合物既是植物生长发育过程中的重要能量提供者,同时也对植物抗逆性具有重要的调节作用。低温
可以诱导水解酶的活性,使淀粉水解加速,从而增加可溶性糖的含量[12]。低温下可溶性糖的积累,提高了细胞的
渗透势,有利于细胞的渗透调节,保护膜的结构。果聚糖解聚能释放大量可降低组织水分冰点的游离果糖,而果
糖位于液泡之中,从而起到液泡渗透缓冲剂和低温防护剂的作用[13]。
以往国内外围绕狗牙根抗寒性鉴定、自然低温或实验室低温处理对狗牙根草坪质量、根形态特征、膜结构、酶
活性、蛋白合成、光合和呼吸等生理生化过程的影响开展了较多的研究[36,14],而对不同抗寒性狗牙根品种在低温
胁迫下内源激素和碳水化合物的代谢差异探讨较少,尤其对内源激素和碳水化合物在低温驯化过程中的变化与
狗牙根抗寒性的关系研究则更少。本研究以多个不同优良狗牙根品种为材料,探讨其人工模拟低温驯化处理下
细胞膜透性、叶绿素含量、内源激素和碳水化合物代谢的变化及其与狗牙根抗寒性的关系,为不同抗寒性狗牙根
品种的适应区域选择、狗牙根在寒冷区的栽培应用及其抗寒育种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
本研究供试材料采用了5个不同狗牙根品种,分别为天堂419(犆.犱犪犮狋狔犾狅狀×犆.狋狉犪狊狏犪犾犲狀狊犻狊cv.Tifway),
天堂328(犆.犱犪犮狋狔犾狅狀×犆.狋狉犪狊狏犪犾犲狀狊犻狊cv.Tifgreen),老鹰草(犆.犱犪犮狋狔犾狅狀×犆.狋狉犪狊狏犪犾犲狀狊犻狊cv.Tifeagle),运
动百慕大(犆.犱犪犮狋狔犾狅狀×犆.狋狉犪狊狏犪犾犲狀狊犻狊cv.Tifsport)和保定狗牙根(犆.犱犪犮狋狔犾狅狀cv.Baoding)。其中,保定狗
牙根引自河南农业大学,其他4个狗牙根品种引自湖南天泉科技开发有限公司。
1.2 田间试验与盆栽温度处理方法
供试各狗牙根品种于2014年5月分别用草茎种植于湖南农业大学教学科研试验基地。2014年8月,挖取
成坪后的狗牙根草皮块洗净其根部泥土,种植于上口径25cm、下口径15cm、高20cm的塑料盆中,栽培基质为
602 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
市售花土和河沙,按重量比1∶1混合均匀,每盆用土1.4kg。每个品种种植4盆,共计20盆,放置于湖南农业大
学教学科研试验基地培养。
将成坪后的各盆栽材料转入人工气候箱中分别进行梯度降温处理:(1)适温处理。初始温度30℃/25℃(昼/
夜)处理7d;(2)亚适温处理。经初始处理材料再将气候箱温度降为18℃/12℃(昼/夜)处理7d;(3)冷害处理。
经初始和亚适温处理材料再在8℃/4℃(昼/夜)处理7d;(4)冻害处理。经初始、亚适温和冷害处理材料再转入
温度设为4/-4℃的生长箱中处理24h。人工气候箱相对湿度设为65%~75%,12h光照时间和12000lx的光
强。各处理设4次重复(4盆),在各梯度降温处理结束时,每盆取各成熟狗牙根植株功能叶片混匀,其中一部分
叶样用于测定其电导率和叶绿素含量;另一部分鲜叶样在液氮速冻后保存于-80℃冰箱,用于内源激素和碳水化
合物的测定分析。
1.3 测定项目与方法
(1)电导率:各处理分别称取约0.1g狗牙根叶片,用去离子水冲洗干净,剪成1cm的小段置于试管中,加去
离子水10mL在黑暗条件下轻微振荡24h后,测外渗液的电导率(E1),然后封口在高压灭菌锅中高温高压灭菌
15min,冷却至室温后测电导率(E2),再按下式计算:相对电导率(%)=[(E2-E1)/E2]×100。
(2)叶绿素含量:采用分光光度计法,用二甲基亚砜浸提48h后于波长663、645和470nm 下测定吸光
值[15]。
(3)内源激素含量:样品采用80%冷丙酮提取,提取液用20μm过滤柱去除杂质和色素,然后用96孔固相萃
取柱分步萃取分别获得ABA,IAA,GA3 和tZR,经流动相溶解后的样品采用高效液相色谱质谱(HPLC-MS)的
方法测定[16]。
(4)碳水化合物:烘干至恒重的样品经液氮研磨过0.42mm细筛,然后用92%的乙醇提取,上清液经真空干
燥后用流动相溶解用于测定的可溶性糖(果糖、葡萄糖和蔗糖),剩下的沉淀按 MorvanBertrand等[17]和王正
文[18]的方法利用HPLC测定果聚糖和淀粉含量。总的非结构性糖含量用可溶性糖、淀粉和果聚糖的总和表示。
1.4 数据处理
利用SASforWindow9.0软件进行试验数据统计方差分析,采用单因素方差分析和Duncan多重比较检验
不同处理间的差异(犘<0.05)。
2 结果与分析
2.1 低温对狗牙根细胞膜透性的影响
从表1可看出,随着处理温度的降低,5个狗牙根品种叶片细胞膜透性增加,相对电导率均显著升高(犘<
0.05)。与适温条件下的对照相比较,狗牙根品种老鹰草在冷害和冻害温度处理时叶片相对电导率增加幅度最
小,分别为适温对照条件下的2.2和3.4倍;而保定狗牙根增幅最大,分别增加了4.5和5.6倍。在冷害温度处
理下,保定狗牙根和天堂419的叶片相对电导率最大,其次为运动百慕大和天堂328,老鹰草的电导率最低。在
冻害温度处理下,狗牙根品种运动百慕大、天堂328和老鹰草的叶片电导率处于同一水平,显著低于保定狗牙根
和天堂419叶片的电导率。
2.2 低温胁迫对狗牙根叶绿素含量的影响
叶绿素含量的变化是叶片衰老的重要生理指标之一。从表2可知,随着温度的降低,5个狗牙根品种叶片均
出现衰老,其叶绿素含量均显著下降。在各温度处理条件下,狗牙根品种保定狗牙根和天堂419的叶片衰老最
快,叶绿素下降程度最大,在亚适温时分别下降至适温对照的58%和64%,在冷害温度时分别下降至适温对照的
46%和49%,到冻害温度,均下降至对照的34%。狗牙根品种天堂328、老鹰草和运动百慕大叶片的衰老程度均
比保定狗牙根和天堂419缓慢,在亚适温、冷害和冻害温度时叶绿素含量分别下降至适温对照的77%~79%、
57%~62%和45%~54%。
2.3 低温胁迫对狗牙根内源激素含量的影响
2.3.1 对ABA含量的影响  由表3可知,随着温度的降低,不同狗牙根品种叶片ABA含量显著升高,其中
702第25卷第2期 草业学报2016年
运动百慕大和老鹰草增幅最大,天堂419和保定狗牙根增幅最小。与适温对照相比,运动百慕大和老鹰草在亚适
温、冷害和冻害温度条件下叶片ABA含量分别增至适温对照的2.0~2.4倍、5.4~5.7倍和9.6~10.4倍,含量
分别达63.1~71.8ng/g、168.0~168.1ng/g和280.4~321.3ng/g鲜重。天堂328叶片ABA含量增幅居中,
在亚适温、冷害和冻害温度条件下ABA含量分别增至对照的1.9、3.7和6.9倍。保定狗牙根和天堂419叶片
ABA含量增幅最小,在亚适温、冷害和冻害温度条件下只增至对照的1.4~1.5倍、2.4~2.6倍和4.1~4.7倍。
表1 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片电导率的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犲犾犲犮狋狉狅犾狔狋犲犾犲犪犽犪犵犲犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊 %
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大Tifsport 10.7±0.91Ad 15.6±1.35Bc 34.0±2.79Bb 46.4±1.41Ba
天堂419Tifway 12.1±2.25Ad 30.2±2.36Ac 49.7±3.25Ab 60.0±1.49Aa
天堂328Tifgreen 11.3±0.40Ad 21.2±1.15Bc 37.3±3.11Bb 48.2±2.74Ba
老鹰草 Tifeagle 12.0±1.68Ac 22.3±2.88Bb 26.9±1.57Cb 41.3±3.88Ba
保定狗牙根Baodinggouyagen 10.1±0.42Ad 29.7±2.33Ac 55.3±2.43Ab 66.3±2.23Aa
 注:大写字母表示同一温度处理下不同品种之间的显著性比较,小写字母表示同一品种在不同温度处理下的显著性比较(Duncan多重比较,犘<
0.05),狀=4。下同。
 Note:uppercaselettersindicatesignificancecomparisonsamongcultivarswithinsametemperaturetreatment,lowercaselettersindicatesignifi
cancecomparisonsamongtemperaturetreatmentsinsamecultivars(犘<0.05),狀=4.Thesamebelow.
表2 低温胁迫对不同狗牙根品种叶绿素含量的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犮犺犾狅狉狅狆犺狔犾犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊 mg/g
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 1.78±0.15Aa 1.38±0.08Ab 1.02±0.08Ac 0.80±0.11Ac
天堂419Tifway 1.75±0.18Aa 1.12±0.07Bb 0.86±0.07Bc 0.59±0.07Bd
天堂328Tifgreen 1.70±0.12Aa 1.29±0.11ABb 1.04±0.09Ac 0.87±0.05Ac
老鹰草 Tifeagle 1.68±0.10Aa 1.25±0.14ABb 0.98±0.04ABbc 0.85±0.11Ac
保定狗牙根Baodinggouyagen 1.77±0.10Aa 1.04±0.10Bb 0.82±0.07Bc 0.60±0.03Bd
表3 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片脱落酸含量的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犃犅犃犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
ng/gfreshweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 30.9±2.88Ad 63.1±6.03ABc 168.1±21.61Ab 321.3±29.46Aa
天堂419Tifway 31.7±2.66Ad 45.7±5.50Cc 76.4±10.51Cb 130.6±23.09Da
天堂328Tifgreen 32.2±2.81Ad 60.1±3.98Bc 120.3±9.72Bb 221.6±12.50Ca
老鹰草 Tifeagle 29.3±5.21Ad 71.8±4.57Ac 168.0±11.10Ab 280.4±16.70Ba
保定狗牙根Baodinggouyagen 32.9±4.07Ad 50.8±4.04Cc 86.3±9.18Cb 155.7±15.22Da
802 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
2.3.2 对IAA含量的影响  在适温生长条件下,5个狗牙根品种叶片IAA含量无显著性差异(表4)。随着
温度的降低,狗牙根各品种叶片IAA含量均呈下降趋势,但下降程度差异较大,其中以保定狗牙根叶片IAA含
量下降幅度最大,其次为天堂419,其余3个品种居于同一水平。在亚适温条件下,运动百慕大叶片IAA含量最
高,为155.3ng/g,保定狗牙根IAA 含量最低,为97.1ng/g,其余3个狗牙根品种叶片IAA 含量居中,在
124.5~131.7ng/g之间。在冷害和冻害温度处理时,天堂419和保定狗牙根叶片IAA含量显著低于其余3个
狗牙根品种,而老鹰草和天堂328叶片IAA含量显著高于天堂419和保定狗牙根的IAA含量,但显著低于运动
百慕大的IAA含量(犘<0.05)。
表4 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片生长素含量的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犪狌狓犻狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊 ng/gfreshweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 177.2±15.13Aa 155.3±7.15Ab 148.9±11.72Ab 96.7±12.62Ac
天堂419Tifway 172.4±13.56Aa 131.7±11.91Bb 89.8±13.88Cc 45.8±8.51Cd
天堂328Tifgreen 163.0±15.81Aa 128.1±19.01Bb 95.7±9.65BCc 72.0±9.61Bd
老鹰草 Tifeagle 167.2±19.88Aa 124.5±15.18Bb 110.7±10.55Bb 66.6±12.14Bc
保定狗牙根Baodinggouyagen 163.0±10.26Aa 97.1±8.30Cb 86.4±9.06Cc 33.4±5.07Cd
2.3.3 对GA3 含量的影响  由表5可知,在适温生长条件下,狗牙根品种天堂328叶片GA3 含量显著低于
其余4个狗牙根品种的GA3 含量(犘<0.05)。随着处理温度的降低,5个狗牙根品种叶片GA3 含量均呈下降趋
势,其中以保定狗牙根和天堂419的下降幅度最大。在亚适温处理时,保定狗牙根叶片GA3 含量下降至适温对
照的49%,运动百慕大下降至对照的72%,其余3个品种的GA3 含量为对照的81%~83%。在冷害温度处理
下,天堂419和保定狗牙根叶片GA3 含量分别下降至对照的27%和33%,而在冻害处理温度下则分别下降至对
照的9%和5%,其含量显著低于天堂328、老鹰草和运动百慕大的含量。
表5 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片赤霉素含量的影响
犜犪犫犾犲5 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犵犻犫犫犲狉犲犾犻狀犪犮犻犱犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
ng/gfreshweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 14.3±1.84ABa 10.3±0.71Ab 8.4±1.18Ac 5.8±1.27Ad
天堂419Tifway 14.8±2.18ABa 12.0±0.99Ab 4.0±0.99Bc 1.3±0.69Cd
天堂328Tifgreen 13.4±2.07Ba 11.1±1.16Aa 7.3±1.38Ab 3.6±0.64Bc
老鹰草 Tifeagle 14.7±2.47ABa 12.0±1.19Ab 7.1±1.08Ac 4.2±0.60ABd
保定狗牙根Baodinggouyagen 16.1±1.21Aa 7.9±1.58Bb 5.2±0.76Bc 0.8±0.21Cd
2.3.4 对tZR含量的影响  由表6可知,5个狗牙根品种叶片tZR含量均随着处理温度的降低而下降,其中
以保定狗牙根和天堂419下降幅度最大。在适温生长条件下5个狗牙根品种之间的叶片tZR含量无显著性差
异。在亚适温生长条件下,保定狗牙根的叶片tZR含量最低,仅为205.5ng/g,而运动百慕大叶片tZR含量最
高,达301.7ng/g,天堂328、老鹰草和天堂419居中,为249.7~262.7ng/g之间。在冷害和冻害处理温度下,保
定狗牙根和天堂419的叶片tZR含量最低,运动百慕大的tZR含量最高,其余3个品种的叶片tZR含量居中。
902第25卷第2期 草业学报2016年
表6 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片细胞分裂素(狋犣犚)含量的影响
犜犪犫犾犲6 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犮狔犽狅狋犻狀犻狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
ng/gfreshweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 332.5±20.87Aa 301.7±16.27Aa 188.7±13.45Ab 135.1±19.40Ac
天堂419Tifway 314.0±18.40Aa 260.2±16.31Bb 136.7±18.57BCc 76.0±9.08Cd
天堂328Tifgreen 328.3±22.35Aa 249.7±11.23Bb 176.0±10.60Ac 105.8±6.57Bd
老鹰草 Tifeagle 317.7±29.30Aa 262.7±14.89Bb 154.1±14.60Bc 94.4±9.00Bd
保定狗牙根Baodinggouyagen 297.3±18.52Aa 205.5±24.88Cb 128.8±13.45Cc 60.8±5.64Dd
2.4 低温胁迫对狗牙根碳水化合物的影响
2.4.1 对可溶性糖含量的影响  可溶性糖是植物细胞中维持原生质体和渗透平衡,保持膜稳定性和完整的重
要物质。由表7可知,随着温度的降低,5个狗牙根品种叶片可溶性糖含量均呈持续增长趋势。在亚适温处理
时,保定狗牙根和天堂419叶片可溶性糖含量增至适温对照的1.2和1.5倍,而其余3个品种叶片的可溶性糖含
量均增至对照的2倍以上。在冷害温度处理下,保定狗牙根和天堂419叶片可溶性糖含量分别升高至对照的2.5
倍左右,而老鹰草增至对照的3.2倍,天堂328和运动百慕大升高至对照的3.5倍,均显著高于保定狗牙根和天
堂419的可溶性糖含量。
表7 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片可溶性糖含量的影响
犜犪犫犾犲7 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳狊狅犾狌犫犾犲狊狌犵犪狉狊犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
mg/gdryweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 52.4±1.83Ad 109.5±12.80Ac 183.7±13.43Ab 366.4±20.27Aa
天堂419Tifway 53.2±3.13Ad 79.9±15.64Bc 136.7±12.57Cb 219.4±22.76Ca
天堂328Tifgreen 49.6±2.44Ad 105.8±8.62Ac 176.0±10.60Ab 271.8±24.93Ba
老鹰草 Tifeagle 49.0±3.70Ad 109.2±11.21Ac 154.1±11.10Bb 329.5±28.69Aa
保定狗牙根Baodinggouyagen 51.1±2.94Ac 60.0±4.17Cc 128.8±13.45Cb 213.7±27.50Ca
2.4.2 对淀粉含量的影响  由表8可知,在适温生长条件下,5个狗牙根品种之间的叶片淀粉含量无显著差
异(犘>0.05)。随着处理温度的下降,5个品种叶片淀粉含量的变化趋势差异较大。与适温对照相比较,保定狗
牙根叶片的淀粉含量随温度的下降呈上升趋势,天堂419的淀粉含量则无显著变化,而天堂328、老鹰草和运动
百慕大的叶片淀粉含量则随温度的下降而降低。
2.4.3 对果聚糖含量的影响  由表9可知,随着处理温度的下降,5个狗牙根品种叶片果聚糖含量均呈上升
趋势,其中保定狗牙根和天堂419上升的幅度较小,另3个品种的叶片果聚糖含量上升幅度较大。在亚适温处理
下,保定狗牙根和天堂419叶片果聚糖含量升高至适温对照的1倍左右,而天堂328和运动百慕大升至对照的
1.3倍左右,老鹰草则增加至对照的1.8倍。老鹰草、天堂328和运动百慕大的果聚糖含量在冷害温度处理时增
加至对照的1.8~2.0倍,在冻害温度处理时增至对照的2.0~2.8倍,而天堂419和保定狗牙根的果聚糖含量在
冷害温度处理时仅增至对照的1.3~1.5倍,在冻害温度处理时增至对照的1.7倍左右。
012 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
表8 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片淀粉含量的影响
犜犪犫犾犲8 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳狊狋犪狉犮犺犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
mg/gdryweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 49.0±3.96Aa 40.8±3.18Bb 35.2±1.50Bb 35.1±3.44Bb
天堂419Tifway 49.5±5.40Aab 43.5±3.30Bb 57.7±5.51Aa 55.4±4.00Aa
天堂328Tifgreen 47.5±6.30Aa 41.1±2.94Bab 36.0±2.52Bb 25.8±3.50Cc
老鹰草 Tifeagle 44.1±4.21Aa 39.1±4.01Bab 34.7±1.52Bb 23.7±3.46Cc
保定狗牙根Baodinggouyagen 46.0±3.52Ab 62.7±3.79Aa 50.5±2.59Ab 64.0±6.11Aa
表9 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片果聚糖含量的影响
犜犪犫犾犲9 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳犳狉狌犮狋犪狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
mg/gdryweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 6.7±0.61Ad 8.6±0.70ABc 12.1±1.41Ab 18.4±1.38Aa
天堂419Tifway 6.6±0.61Ac 6.7±0.49Bc 8.7±0.71Bb 10.6±0.70Ca
天堂328Tifgreen 6.7±0.79Ac 8.7±0.60ABb 12.6±1.14Aa 13.7±0.76Ba
老鹰草 Tifeagle 5.5±0.50Ac 10.0±0.91Ab 10.9±1.33ABb 14.5±0.67Ba
保定狗牙根Baodinggouyagen 6.4±0.56Ab 7.1±0.57Bb 9.6±0.90Ba 10.9±1.25Ca
2.4.4 对总非结构性糖含量的影响  由表10可知,在适温生长条件下,5个狗牙根品种之间的叶片总非结构
性糖含量无显著差异(犘>0.05)。随着处理温度的下降,5个品种叶片总非结构性糖含量变化均呈升高趋势。在
亚适温处理下,保定狗牙根和天堂419叶片总非结构性糖含量显著低于另3个狗牙根品种的总非结构性糖含量;
在冷害温度处理时仅保定狗牙根叶片总非结构性糖含量显著低于另4个品种的总非结构性糖含量;而在冻害温
度处理下,保定狗牙根叶片总非结构性糖含量最低;其次为天堂328、老鹰草和天堂419的总非结构性糖含量;运
动百慕大叶片总非结构性糖含量则最高。
表10 低温胁迫对不同狗牙根品种叶片总非结构性糖含量的影响
犜犪犫犾犲10 犈犳犳犲犮狋狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犾犲犪犳狋狅狋犪犾狀狅狀狊狋狉狌犮狋狌狉犪犾犮犪狉犫狅犺狔犱狉犪狋犲狊犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犫犲狉犿狌犱犪犵狉犪狊狊犮狌犾狋犻狏犪狉狊
mg/gdryweight
品种
Cultivar
处理温度 Treatmenttemperature
适温(30℃/25℃)
Optimum
亚适温(18℃/12℃)
Suboptimum
冷害(8℃/4℃)
Chiling
冻害(4℃/-4℃)
Freezing
运动百慕大 Tifsport 108.2±6.77Ad 159.0±15.45Ac 231.1±12.61Ab 419.9±24.55Aa
天堂419Tifway 109.3±7.59Ad 130.1±10.97Bc 203.2±15.73Ab 285.4±24.28Ba
天堂328Tifgreen 103.8±7.57Ad 155.6±7.08Ac 224.6±12.98Ab 311.3±27.51ABa
老鹰草 Tifeagle 98.7±7.27Ad 158.3±9.37Ac 199.7±16.01Ab 367.7±24.82ABa
保定狗牙根Baodinggouyagen 113.5±5.70Ad 129.8±8.21Bc 188.9±14.70Bb 288.6±20.94Ba
112第25卷第2期 草业学报2016年
3 讨论
3.1 低温对狗牙根细胞膜稳定性和叶片衰老的影响
细胞膜是植物遭受低温伤害和抵抗低温伤害的关键组织,低温胁迫下,膜系统常受到不同程度的伤害而随之
丧失选择性,引起细胞内电解质外渗,组织浸出液电导率增高[1921]。因此电解质渗透率的大小直接反映出细胞膜
受低温伤害的程度。本研究结果表明,在人工模拟低温冷驯化条件下,供试的5个狗牙根品种电解质渗透率均呈
上升趋势,这也与前人研究认为低温使狗牙根叶片的电导率升高结果相一致[3,2223]。但野生栽培种保定狗牙根
叶片电导率显著高于杂交狗牙根品种,且不同杂交狗牙根品种之间的电导率差异也较大,表明本地狗牙根和引进
的杂交狗牙根品种在低温伤害程度和耐低温抗性存在显著差异,其中天堂328、运动百幕大和老鹰草的低温处理
电导率低,耐低温能力较强;而保定狗牙根和天堂419的电导率高,耐低温能力较弱。
叶片失绿被认为是叶片衰老的最主要和最初的症状,因此常用叶绿素含量作为叶片衰老开始的标志。此外,
叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素,其含量还反映了叶片光合能力的强弱,是维持叶片正常光合作用和呼
吸作用的关键[2425]。本研究结果显示,随着温度的降低,5个供试狗牙根品种叶片均出现枯黄失绿和衰老症状,
表明狗牙根对低温比较敏感;其中以保定狗牙根叶片枯黄衰老最快,而天堂419,天堂328、运动百幕大和老鹰草
叶绿素含量下降相对较慢,表明对低温较敏感的狗牙根品种在低温来临时枯黄衰老较快,从而绿色期会相对较
短,而相对较耐低温的品种枯黄休眠较迟,光合能力维持时间较长,绿色期也较长。这可能主要是对低温敏感的
狗牙根品种在低温下产生较多的活性氧而破坏了DNA、蛋白质和膜脂等生物大分子的结构,引起叶绿素分子的
降解。
3.2 低温对狗牙根叶片内源激素的影响
植物激素是植物正常代谢的产物,是在植物体内合成的,并能从产生部位转移到作用部位,其在很低的浓度
下就能调节植物生长发育的有机小分子物质,逆境胁迫下其含量的变化影响植物的代谢、生长发育及其抗逆
性[26]。内源激素与植物的抗逆性研究一致的结论是逆境能促使植物体内激素含量和活性发生变化,尤其是
ABA等抑制类内源激素含量会显著增加,而GA、IAA等促进类内源激素含量则显著下降从而影响其代谢生理
过程和抗逆性[10]。本研究结果表明,随着温度的降低,5个供试狗牙根品种叶片 ABA含量显著升高,而 GA、
IAA和tZR含量均显著下降。这与前人在水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)和黄瓜(犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊)等作物上的研究结果相
一致[2729]。
蒲高斌等[30]研究指出,冷胁迫下植物中的ABA水平与其抗冷性呈正相关,抗寒性强的植物内源ABA 含量
高于抗寒性弱的,且外施ABA可以增强植物的抗冷性。本研究表明,随着温度的降低,狗牙根叶片ABA含量显
著上升,而耐低温能力较强的狗牙根品种天堂328、运动百慕大和老鹰草叶片ABA含量升高程度显著高于对低
温较敏感的保定狗牙根和天堂419,表明低温胁迫下狗牙根叶片ABA含量与其耐低温能力显著相关。前人研究
表明,ABA含量的升高既能提高SOD活性,减轻超氧自由基对膜的伤害[3132],同时还是低温锻炼的促进剂,在低
温锻炼过程中诱导抗性相关基因在转录及蛋白水平的表达从而提高了其抗寒能力[7,1011]。这也表明了在低温胁
迫下ABA含量的升高有助于狗牙根叶片细胞膜稳定性的维持以及诱导抗寒性相关基因和蛋白的表达,从而提
高了狗牙根适应低温的能力[3334]。
赤霉素能够明显影响植物体内自由水和束缚水的含量,从而对植物的抗寒性产生影响,而生长素和细胞分裂
素可调控低温胁迫下植物的衰老过程[9]。此外,细胞分裂素还可提高SOD等膜保护酶的活性,直接或间接地清
除自由基,减少脂质过氧化及膜脂肪酸组成的比例从而保护细胞膜[35]。本研究结果显示,随着温度的降低,狗牙
根叶片GA3、IAA和tZR含量显著下降,但在同一温度条件下耐低温能力较强的狗牙根品种天堂328、运动百慕
大和老鹰草叶片GA3、IAA和tZR含量下降程度显著低于对低温较敏感的保定狗牙根和天堂419,表明低温胁
迫下狗牙根叶片GA3、IAA和tZR含量与其耐低温能力相关,维持较高的GA3、IAA和tZR含量有助于降低自
由水的含量,延缓叶片的枯黄衰老和维持细胞膜的稳定性,从而提高抗寒能力。
3.3 低温对狗牙根叶片碳水化合物代谢的影响
渗透调节是植物适应逆境胁迫的基本特征。植物可通过调节其体内的渗透调节物质,改变组织细胞的渗透
势以适应逆境环境,其中可溶性糖是植物组织中所含有的渗透调节物质之一[36]。本研究结果表明,在低温条件
212 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
下,狗牙根叶片的可溶性糖产生了明显的变化,随着温度的降低,可溶性糖含量处于增加的趋势,表明可溶性糖含
量与狗牙根的耐寒性密切相关,但耐寒性较强的天堂328、运动百慕大和老鹰草叶片可溶性糖含量显著高于天堂
419和保定狗牙根,其含量与抗寒性成明显正相关,这与李培英等[22]的研究结果一致。可溶性糖可作为一种抗寒
性保护物质,这在其他作物的研究上也取得了相似的结果[12,3738],可溶性糖含量越高,则植物耐寒性越强[23]。低
温下可溶性糖的积累,提高了细胞的渗透势,有利于细胞的渗透调节,保护膜结构的完整性和稳定性,增强了抗寒
性。
果聚糖是一类重要的可溶性碳水化合物,许多研究表明果聚糖在植物中的积累对提高植物的抗逆性具有重
要作用[39]。本研究结果显示,随着温度的降低,狗牙根叶片果聚糖含量显著升高,表明低温诱导了果聚糖的积
累,但耐寒品种果聚糖含量升高的幅度更大,这与前人在小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)和匍匐剪股颖(犃犵狉狅狊狋犻狊狊狋狅犾狅
狀犻犳犲狉犪)中的研究结果相一致[4042]。Demel等[43]研究发现果聚糖与磷脂可相互作用,通过直接与膜相互作用来保
护植物不受到低温脱水的伤害。此外,果聚糖解聚能释放大量可降低组织水分冰点的游离果糖,而果糖位于液泡
之中,从而起到液泡渗透缓冲剂和低温防护剂的作用[13]。由此可知,低温胁迫下狗牙根叶片积累更多的果聚糖,
有助于狗牙根维持细胞内渗透平衡和细胞膜的稳定性,从而提高对低温的适应性和抵抗能力。
植物在低温等逆境条件下体内可溶性碳水化合物含量的提高不仅在于可溶性碳水化合物参与细胞的渗透调
节作用,更重要的原因可能在于许多可溶性碳水化合物是植物适应环境的信号物质[27,4445]。本试验的研究表明,
狗牙根体内可溶性糖的含量与其抗寒能力的强弱有明显的关系,但是否能够作为适应环境信号物质还有待于进
一步研究。
4 结论
通过对供试5个狗牙根品种在人工模拟低温驯化条件下叶片细胞膜稳定性、叶绿素含量、内源激素ABA、
GA3、IAA和tZR含量及碳水化合物的测定分析,结果表明,野生本地狗牙根品种保定狗牙根的耐寒能力最弱,
而引自北美的杂交狗牙根品种天堂419,老鹰草、天堂328和运动百慕大的耐寒能力较强。低温胁迫下积累或维
持较高的内源激素ABA、GA3、IAA、tZR和碳水化合物可溶性糖和果聚糖可能是狗牙根品种耐寒性较强的主要
原因,这些代谢物的积累或维持有助于狗牙根细胞内渗透平衡和细胞膜稳定性的维持,延缓叶片的枯黄衰老和诱
导抗性相关基因或蛋白的表达从而提高了狗牙根品种的抗寒能力。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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