免费文献传递   相关文献

Studies on the Cold Resistance of Three Sweet Tamarind Varieties under Low Temperature Stress in Seedling Stage

低温胁迫下3个甜角品种幼苗的抗寒性研究



全 文 :林业科学研究 2012,25(2):150 156
ForestResearch
  文章编号:10011498(2012)02015007
低温胁迫下3个甜角品种幼苗的抗寒性研究
赵一鹤1,李建宾2,杨时宇1,陈疏影2,李体初3,吴义军4
(1中国林业科学研究院资源昆虫研究所,云南 昆明 650224;2云南农业大学农学与生物技术学院,云南 昆明 650201;
3中国林业科学研究院资源昆虫研究所元江试验站,云南 元江 653300;4西南林业大学林学院,云南 昆明 650224)
收稿日期:20111110
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(riricaf200901Z);国家林业公益性行业科研专项(201204420);科技部农业
科技成果转化资金项目(2010GB24320620)
作者简介:赵一鹤(1970—),男(白族),云南大理人,博士,副研究员.主要从事植物生态学研究.
通讯作者.
摘要:以甜角品种PRAKAYTONG(闪金)、SRITONG(金色)、SRITONGBAO(轻金色)的1年生嫁接苗为材料,采用人
工气候箱连续15d分别进行5、10、15、20、25、30℃的温度处理,测定分析了低温胁迫下甜角幼苗叶片与抗寒性相关
的生理生化指标。结果表明:20 30℃是甜角生长发育的最适温度范围,当温度下降到15℃时,随着温度的降低,
甜角幼苗叶片的相对电导率、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量呈上升趋势,过氧化物酶(POD)活性
表现出先升后降趋势,叶片含水量呈现下降趋势;温度降到10℃时,幼苗叶片上述指标变化加剧,幼苗生长发育受
到抑制。在相同的低温条件下,随着处理时间的延长,幼苗叶片的上述6个指标呈现相似的变化趋势,温度越低,变
化越剧烈。根据隶属函数法,综合判定 3个甜角品种的抗寒性强弱的顺序为:SRITONG>SRITONGBAO>
PRAKAYTONG。
关键词:甜角;低温胁迫;抗寒性指标;隶属函数法
中图分类号:S7223+6 文献标识码:A
StudiesontheColdResistanceofThreeSweetTamarindVarieties
underLowTemperatureStressinSeedlingStage
ZHAOYihe1,LIJianbin2,YANGShiyu1,CHENShuying2,LITichu3,WUYijun4
(1ResearchInstituteofResourcesInsects,ChineseAcademyofForestry,Kunming 650224,Yunnan,China;2FacultyofAgriculture,
YunnanAgriculturalUniversity,Kunming 650201,Yunnan,China;3YuanjiangExperimentStation,ResearchInstituteof
ResourcesInsects,ChineseAcademyofForestry,Yuanjiang 653300,Yunnan,China;4ColegeofForestry,
SouthwestForestryUniversity,Kunming 650224,Yunnan,China)
Abstract:Thecoldresistanceof1yearoldgraftedseedlingofSweetTamarind(TamarindusindicaL.)including
threevarietiesofPRAKAYTONG,SRITONGandSRITONGBAOintroducedfromThailandweretestedfor15daysto
measureandanalyzethephysiologicalandbiochemicalindexesofleafrelatedtocoldresistanceundertreatmenttem
peraturesof5,10,15,20,25,and30℃ separately.Theresultsshowedthattheoptimumtemperaturerangefor
thegrowthofSweetTamarindwas20 30℃.Whenthetemperaturedroppedto15℃,theelectricalconductivity,
MDA,prolineandsolublesucrosecontentsincreased,theactivitiesofPODincreasedatfirstandthendecreased,
whiletheleafwatercontentdecreasedwiththedecreaseoftemperatures.Whenthetemperaturedroppedto10℃,
thechangesoftheseindexesweremoredrasticalyandtheseedlinggrowthwasinhibited.Thesixindexesshowed
similarchangeswiththeprolongingtreatmenttimesoflowtemperaturebelow15℃ andthelowertemperature,the
moreintensethechanges.TheintegratedassesstothecoldresistancemagnitudeofthethreevarietiesofSweetTam
第2期 赵一鹤等:低温胁迫下3个甜角品种幼苗的抗寒性研究
arindsisasfolows:SRITONG>SRITONGBAO>PRAKAYTONG,basedonmembershipfunctionmethod.
Keywords:SweetTamarind;lowtemperaturestress;coldresistanceindex;subordinatefunction(SF)
酸角(TamarindusindicaL.)又称罗望子,为苏
木科(Caesalpiniaceae)酸豆属(Tamarindus)的常绿
大型乔木,原产热带非洲,除南极洲外,其它各大洲
均有分布,中国以云南种植面积最广,产量最
高[1-3]。甜角是酸角的一类甜型栽培品种,为传统
水果,在泰国已广泛种植,每年都要向欧洲和东南亚
其它国家出口大量的果实[4]。2000年,中国林业科
学研究院资源昆虫研究所从泰国引进了3个甜角品
种,在云南省澜沧江流域的景洪市、普洱市,红河流
域的元江县、元阳县和红河县,金沙江流域的宾川
县、永胜县、元谋县等地进行引种试种,3个品种在
各地生长良好,3 4年即开花结实,荚果大,产量
高,果肉香甜[5-6]。因各地温度和降水量等气候因
子不同,3个甜角品种的开花、结实存在明显差异。
许多热带、亚热带植物遇到低温容易发生冷害,
导致植物体内一系列的生理生化反应,植物抗寒性
的研究包括低温条件下植物形态、生理生化特性、生
态及细胞遗传学等方面[7-11]。目前,有关甜角抗寒
性的研究,绝大多数都集中在宏观气候学和生态特
征的观察与描述上,对其生理生化特性及在低温下
的生理生化变化等深入和系统研究的相关文献尚未
见报道[4-6,12]。云南地处低纬高原,立体气候明显,
多纬度带气候特征共存,低温是云南省最为常见和
严重的自然灾害之一[13]。本研究是在人工低温胁
迫条件下,通过测定甜角幼苗叶片与抗寒性相关的
生理生化指标,综合评价3个甜角品种的抗寒性,为
甜角品种耐寒性选育和种植区划提供理论基础和科
学依据。
1 材料与方法
11 实验材料
本研究以盆栽1年生甜角嫁接苗(苗高40 60
cm)为实验材料,3个甜角品种嫁接苗由中国林业科
学研究院资源昆虫研究所元江试验站提供,放在云
南农业大学后山农场的温室大棚中培育10d后,选
取长势良好,生长一致的植株作为实验材料。供试
3个甜角品种分别为 PRAKAYTONG(闪金)、SRI
TONG(金色)、SRITONGBAO(轻金色)。
12 实验处理
低温胁迫实验设5、10、15、20、25、30℃ 6个处
理温度。将选好的甜角幼苗分别放入设有不同温度
的6个人工气候箱中,湿度为60%,每天光照12h,
光照强度为4000lx的条件下连续培养15d。每个
气候箱中放置3个品种,每个品种18株,6个处理,
共计324株。在培养期间,不追施肥料,适时补充水
分,保持土壤湿润。
13 抗寒性生理生化指标测定
在幼苗放入人工气候箱开始处理前每个品种分
别取4株,取下每株上的所有叶片,洗净,充分混合
均匀成原始样品。根据所测生理生化指标所需样品
重量,从原始样品中随机取样称质量,测定各项生理
生化指标。放入人工气候箱开始温度胁迫处理后,
分别观察各个处理植株的生长发育状况,记录植株
产生的不良形态变化,如植株萎焉、叶片收缩、变色、
脱落等。以后每4d测定1次,每个品种取3 4株
进行测定,共测定4次。测定指标为相对电导率、丙
二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、过氧化物酶
活性、含水量,测定方法分别采用电导率仪法、硫代
巴比妥酸法、酸性茚三酮法、蒽酮法、愈创木酚法和
称质量法等[14]。
14 数据处理与分析
采用MicrosoftExcel对实验测定数据进行统计
分析,参照许桂芳等的方法,计算隶属函数值和平均
隶属度,分析评价3个甜角品种的抗寒性[15-16]。
隶属函数计算公式:
A Uij=
Xij-Xjmin
Xjmax-Xjmin
(正相关)
B Uij=1-
Xij-Xjmin
Xjmax-Xjmin
(负相关)
上式中:Uij表示第 i种第 j指标的抗寒性隶属函数
值;Xij表示第i种第 j指标的测定值;Xjmin表示所有
品种第j指标的最小值;Xjmax表示所有品种第 j指标
的最大值;i表示某个品种;j表示某项指标。
2 结果与分析
21 低温胁迫对甜角幼苗叶片相对电导率的影响
不同温度处理下,甜角叶片的相对电导率见图
1,由图1可知:不同温度范围内,相对电导率的变化
不同。在15 5℃范围内,甜角叶片的相对电导率
表现出随着温度的降低而升高;在相同的温度条件
下,随着低温处理时间的延长而增加的变化趋势。
温度越低,相对电导率变化越剧烈。在5℃时,3个
151
林 业 科 学 研 究 第25卷
甜角品种叶片的相对电导率(Y)与低温处理时间
(X)呈直线相关的关系(表1)。在20 30℃,相对
电导率不随温度的升高和处理时间的延长而增加。
这一结果表明,当温度低于15℃时,甜角幼苗细胞
膜开始受到伤害,并随着温度的降低,叶片细胞膜受
伤害的程度增加,达5℃时,细胞膜的伤害程度与持
续时间呈直线相关的关系。
表1 5℃低温不同时间处理下甜角叶片相对
电导率的变化及相关方程
品种
相对电导率/%
0d 4d 8d
相关方程 拟合度(R2)
PRAKAYTONG 406550729Y=1615X+238 09961
SRITONG 414536712Y=149X+256 09892
SRITONGBAO 416547720Y=152X+257 09937
图1 不同温度不同时间处理下甜角叶片的相对电导率
22 低温胁迫对甜角幼苗叶片内丙二醛(MDA)含
量的影响
不同温度处理下,甜角叶片的丙二醛(MDA)含
量见图2,由图2可知:在15 5℃范围内,MDA含
量随着温度的降低而升高;在相同的温度下,随着处
理时间的延长而增加,且温度越低,这种变化越激
烈;而在20 30℃,MDA含量不随温度的升高和处
理时间的延长而增加。这一结果表明,当温度低于
15℃时,甜角幼苗叶片细胞膜开始受到伤害,膜脂
发生过氧化作用而降解。温度持续下降时,甜角叶
片细胞内膜脂过氧化加剧,损害了膜脂功能,MDA
含量急剧增加。
图2 不同温度不同时间处理下甜角鲜叶片的MDA含量
23 低温胁迫对甜角幼苗叶片内脯氨酸含量的
影响
不同温度处理下,甜角叶片的脯氨酸含量见图
3,由图3可知:在15 10℃范围内,随着温度的降
低和低温处理时间的延长,脯氨酸的含量呈现出增
加的趋势。15℃条件下处理8d内,脯氨酸的含量
251
第2期 赵一鹤等:低温胁迫下3个甜角品种幼苗的抗寒性研究
增加缓慢,而处理8d后,含量快速增加;与之相反,
10℃条件下处理的甜角幼苗,脯氨酸的含量在处理
前期(4d)增加快速,中期缓慢,后期又加快。在
5℃时,随着低温处理时间的延长,脯氨酸的含量呈
现出先快速增加后迅速减少的变化趋势。说明甜角
幼苗处于低温胁迫时,为了提高其抗寒性而生成了
大量的脯氨酸。当温度达5℃时,脯氨酸的合成功
能降低,含量下降。
图3 不同温度不同时间处理下甜角鲜叶片的脯氨酸含量
24 低温胁迫对甜角幼苗叶片内可溶性糖含量的
影响
不同温度处理下,甜角叶片的可溶性糖含量见
图4,由图4可知:在15 5℃范围,甜角幼苗叶片
内的可溶性糖含量随着处理温度的降低而升高;温
度相同下,随着处理时间的延长而增加。温度越低,
含量随处理时间的延长而增加的幅度越大。结果说
明,温度降低到15℃时,甜角幼苗开始受到低温胁
迫。甜角叶片内可溶性糖含量的增加,使细胞膜免
受降解和破坏,提高了其对低温胁迫的适应性[20]。
图4 不同温度不同时间处理下甜角鲜叶片的可溶性糖含量
25 低温胁迫对甜角幼苗叶片内过氧化物酶
(POD)活性的影响
不同温度处理下,甜角叶片的过氧化物酶(POD)
活性见图5,由图5可知:在15℃条件下处理甜角幼
苗4d,叶片中POD的活性迅速增强,随着处理时间
的延长,活性逐渐下降。在10℃条件下处理,POD活
性表现出类似的变化趋势,但 POD活性下降的幅度
比15℃时的大。5℃低温处理,POD活性随着处理
时间的延长迅速降低,处理8d后 POD活性基本丧
失。在20 30℃范围,POD活性虽然也呈现出随处
理时间的延长先升高后下降的变化趋势,但变化幅度
不明显,POD活性基本维持在处理前的水平。
26 低温胁迫对甜角幼苗叶片含水量的影响
不同温度处理下,甜角叶片的含水量见图6,由
图6可知:在15℃条件下,随着处理时间的延长,叶
片含水量略有下降。在10 5℃范围,叶片含水量
351
林 业 科 学 研 究 第25卷
随着处理温度的降低和处理时间的延长而下降,温
度越低,含水量下降越明显。这一结果表明,甜角受
到低温逆境胁迫时,往往伴随有水分胁迫的产生,影
响根系对水分的吸收,导致叶片含水量下降[8-9]。
图5 不同温度不同时间处理下甜角叶片的POD活性
图6 不同温度不同时间处理下甜角叶片的含水量
27 甜角品种抗寒性综合评价
上述分析结果表明:甜角幼苗生长发育的适宜温
度是20 30℃,当外界环境温度低于15℃时,甜角
幼苗开始受到低温胁迫,叶片内的相对电导率、MDA
含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD活性和含水量
等生理生化指标发生明显变化。当温度下降到10℃
时,上述指标的变化显著增强。对3个甜角品种在10
℃处理下的实验测定结果进行方差分析,结果表明:
即使低温处理12d,甜角叶片的相对电导率、MDA含
量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD活性和含水量等
各项指标,在3个品种之间的差异均不显著,无法从
一个或几个指标的测定结果直接判断哪一品种的抗
寒性更好。因此,根据隶属函数计算公式先分别计算
出各品种以上6项指标的隶属度,然后取同品种6项
指标隶属度的算术平均数作为平均隶属度,对3个品
种的抗寒性进行综合评价(表2)。
表2 3个甜角品种抗寒性综合分析
品种
相对电导率
/%
MDA/
(μmol·g-1)
脯氨酸/
(μg·g-1)
可溶性糖/
(g·(100g)-1)
POD活性/
(μ·g-1·min-1)
含水量
/%
平均隶属度 位次
PRAKAYTONG 6960 11250 17960 062 147600 4700 004 3
SRITONG 6320 10890 25930 071 186000 5200 091 1
SRITONGBAO 6620 10430 17720 060 178600 5000 049 2
451
第2期 赵一鹤等:低温胁迫下3个甜角品种幼苗的抗寒性研究
从表 2看出:各品种间的抗寒性顺序是 SRI
TONG>SRITONGBAO>PRAKAYTONG,其中 SRI
TONG具有相对较强的抗寒性,PRAKAYTONG的耐
寒性弱。为进一步研究6个抗寒性指标间的协同变
异程度,对6个指标及平均隶属度进行了相关性分
析(表3、4)。
表3 甜角抗寒指标间的相关系数
指标 电导率 MDA 脯氨酸 可溶性糖 POD活性 含水量 平均隶属度
电导率 1000
MDA 0470 1000
脯氨酸 -0834 0096 1000
可溶性糖 -0744 0239 0989 1000
POD活性 -0954 -0713 0629 0510 1000
含水量 -0997 -0538 0787 0689 0975 1000
平均隶属度 -1000 -0460 0840 0752 0951 0996 1000
表4 甜角抗寒指标间的决定系数
指标 电导率 MDA 脯氨酸 可溶性糖 POD活性 含水量 平均隶属度
电导率 1000
MDA 0221 1000
脯氨酸 0695 0009 1000
可溶性糖 0554 0057 0979 1000
POD活性 0910 0509 0396 0260 1000
含水量 0994 0290 0620 0475 0950 1000
平均隶属度 1000 0212 0705 0565 0903 0992 1000
  注:决定系数是相关系数的平方,可以防止对相关系数所表示的相关做夸张的解释,其数值愈接近1表示两变量具有愈密切的相关性。
表3、4中的相关性分析结果表明:除丙二醛
(MDA)含量外,平均隶属度与其它5个指标之间的
相关系数均达到了极显著水平,决定系数均在05
以上,说明可以用平均隶属度来代表其它5个指标
表示甜角抗寒性的大小。丙二醛含量直接表现膜的
受损程度,在体现品种的抗寒性差异方面敏感度
不够。
3 结论与讨论
甜角属于热带果树,低温逆境对甜角幼苗的损
害相当明显。本实验结果表明,甜角幼苗的生长发
育受温度影响比较大,在20 30℃范围内,甜角幼
苗生长发育良好,随着温度的升高,甜角叶片中相对
电导率、MDA含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量和
POD活性等均无明显变化,幼苗叶色深绿,长势强,
生长旺盛,说明20 30℃是甜角生长发育的最适
温度范围。当温度下降到15℃,甜角幼苗开始受到
低温胁迫,叶片相对电导率、MDA含量、脯氨酸含量
和可溶性糖含量增加,POD活性增强,含水量下降;
降到10℃时,幼苗叶片上述指标变化加剧,幼苗生
长发育受到抑制,植株表现出顶端幼叶萎焉,老叶收
缩变黄并脱落等低温危害症状。
植物在逆境条件下,叶片各项生理生化指标会
发生明显变化,这是植物对不良环境的一种适应,许
多研究表明,植物受到低温胁迫时,电导率值变大,
MDA、脯氨酸和可溶性糖含量增加,POD活性增
强[10,17-21]。甜角幼苗在10℃条件下处理4d,植株
生长发育停止,顶端幼叶萎焉,老叶收缩;处理 8d
后,叶片的相对电导率、MDA含量、脯氨酸含量和可
溶性糖含量大幅度增加,含水量和 POD活性快速下
降,PRAKAYTONG品种生长停止,叶片开始变黄脱
落,说明其抗寒性较 SRITONG和 SRITONGBAO品
种差。在5℃条件下处理4d,甜角幼苗植株开始表
现冻害症状,叶片脯氨酸含量和 POD活性下降,叶
片由绿色变成黑色水渍状;处理8d后,POD活性丧
失,50%叶片失去绿色变枯;处理10d后,叶片全部
枯萎脱落,植株死亡。甜角幼苗遇到低温初期,作为
植物的正常抗逆反应,脯氨酸、可溶性糖的积累可增
加细胞的渗透调节能力,不仅可以保持原生质体与
环境的渗透平衡,还可以增加蛋白质的水合作用,有
利于保持细胞膜结构的完整性,使细胞膜免受降解
和破坏。POD活性上升,能在逆境中清除植物体内
的活性氧,减少氧自由基的形成,减轻有毒物质对活
细胞的毒害,延迟和阻止细胞结构的破坏,从而使植
551
林 业 科 学 研 究 第25卷
物在一定程度上忍耐抵抗逆境胁迫。含水量下降,
细胞的代谢活动减弱,防止低温对细胞结构的破坏。
但是随着低温处理时间的延长,或者是温度的快速
下降,MDA的积累对生物膜和细胞造成伤害,POD
本身因低温逆境而受损伤,活性下降,甜角叶片脯氨
酸含量和POD活性下降。
植物的抗性受多种因素影响,用单一指标很难
反映植物的抗寒性,也不能揭示植物抗寒性的生理
生化机理,隶属函数分析提供了在多项生理生化指
标测定的基础上对材料进行综合评价的方法,将它
应用于抗性品种的选择,更具科学性和可靠
性[15-16,23]。通过平均隶属度评价结果,3个甜角品
种中,SRITONG的抗寒性最强,PRAKAYTONG的耐
寒性最弱。
参考文献:
[1]SiddigK,EbertG,LuddersP.Tamarind(TamarindusindicaL.):
AreviewonamultipurposetreewithpromisingfutureintheSudan
[J].AngewandteBotanik,1999,73(5-6):202-205
[2]中国植物志编委会.中国植物志[M].北京:科学出版社,1988,
39:216-217
[3]赵 静,冯叙桥,吴永娴.酸角的营养成分分析[J].营养学报,
2011,23(4):378-379
[4]ChindaprasertTS.Tamarind(TamarindusindicaL.)plantgenetic
resourcesinThailand[J].ThaiJournalofAgriculturalScience,1996
(1):1-11
[5]赵一鹤,杨时宇,王兵益,等.泰国甜角嫁接繁殖技术研究[J].云
南大学学报:自然科学版,2006,28(6):547-553
[6]赵一鹤,杨时宇,李 昆.泰国甜角不同栽培品种果实营养成分
分析[J].植物资源与环境学报,2005,14(3):57-58
[7]TomaszA,OrvileML.Seasonalchangesincoldhardeningonsen
sitivityofRhododendronL.[J].AmerSocHortSci,1996,121:301
-306
[8]邱乾栋,吕晓贞,臧德奎,等.植物抗寒生理研究进展[J].山东农
业科学,2009(8):53-57
[9]曹慧明,史作民,周晓波,等.植物对低温环境的响应及其抗寒性
研究综述[J].中国农业气象,2010,31(2):310-314
[10]贺 磊,游 凯,李远芳,等.5种典型热带引种园林植物幼苗
抗寒性研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(2):65-71
[11]谢晓全,李映雪,张耀鸿.园林植物抗寒性测定技术研究[J].
福建林业科技,2009,35(3):244-249
[12]赵一鹤,杨时宇,李 昆.世界酸角研究现状及进展[J].云南农
业大学学报,2005,20(1):65-72
[13]段 旭,谢应齐,龙卫红.云南近百年春季气温变化层次结构和
突变特征以及低温冷害天气(I)[J].云南大学学报,1999,21
(1):48-51
[14]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出
版社,2000
[15]许桂芳,张朝阳,向佐湘.利用隶属函数法对4种珍珠菜属植
物的抗寒性综合评价[J].西北林学院学报,2009,24(3):24
-26
[16]方小平,李昌艳,胡光平.贵州4种木兰科植物幼苗的抗寒性研
究[J].林业科学研究,2010,23(6):862-865
[17]刘云鹏,徐福元,朱兴俊,等.杨树黄化苗木叶部氧化酶及 MDA
响应特征[J].林业科学研究,2010,23(3):355-361
[18]张保青,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[J].作物学报,2011,37(3):496-505
[19]ArtusNN,UemuraM.Constitutiveexpressionofthecoldregulated
ArabidopsisthalianaCOR15,ageneafectsbothchloroplastandpro
toplastfreezingtolerance[J].ProcNatlAcadSciUSA,1996,93:
13404-13409
[20]阙生全,胡 丹,张 燕.低温胁迫对彩色马蹄莲生理生化特性
的影响[J].安徽农业科学,2009,37(2):486-487
[21]罗焕亮,徐位力,李建忠,等.马占相思对低温胁迫适应性的研
究[J].华南农业大学学报:自然科学版,2002,23(2):51-53
[22]司剑华,卢素锦.低温胁迫对5种柽柳抗寒性生理指标的影响
[J].中南林业科技大学学报,2010,30(8):78-81
[23]许东新,庄柄莉,薛建辉,等.南京地区5个常绿阔叶树种的抗
寒性评价[J].南京林业大学学报:自然科学版,2010,34(3):
72-76
651