低溫脅迫對優(yōu)良三色堇自交系幼苗耐寒性的影響.pdf

低 溫脅迫對優(yōu)良三色堇自交系幼苗耐寒性的影響 常珍惜 杜曉華 賈文慶 朱小佩 穆金艷 劉會超 河南科技學(xué)院 園藝園林學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003 摘要 以 9 份優(yōu)良三色堇自交系幼苗為試材 在試驗(yàn)室中對其進(jìn)行低溫脅迫 測定植株的可溶性糖 游離脯氨 酸 可溶性蛋白 MDA 葉綠素?zé)晒饧凹?xì)胞膜透性等生理指標(biāo) 同時結(jié)合大田冷害調(diào)查 研究了 9 份三色堇自交 系的耐寒性 根據(jù)所測定的生理指標(biāo)進(jìn)行的抗寒性綜合評價(jià)表明 9 份材料抗寒能力由強(qiáng)到弱依次為 XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 根據(jù)大田冷害調(diào)查所測定的耐寒系數(shù)表明 9 份材料抗寒能力由強(qiáng)到弱依次為 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 綜合上述兩種 評價(jià)方法 9 份材料中 較為耐寒材料為 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 可溶性糖和游離脯氨酸可能與抗寒 性成正相關(guān) MDA 和葉綠素?zé)晒馀c抗寒性成負(fù)相關(guān) 關(guān)鍵詞 三色堇 低溫脅迫 生理指標(biāo) 中圖分類號 S681 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 2096 9473 2022 04 0023 08 Effects of low temperature stress on cold tolerance of excellent Pansies inbred lines CHANG Zhenxi DU Xiaohua JIA Wenqing ZHU Xiaopei MU Jinyan LIU Huichao College of Horticulture and Landscape Architecture Henan Institute of Science and Technology Xinxiang 453003 China Abstract In this study the seedlings of 9 excellent inbred lines of pansies were used as plant materials to test their physiological indicators of plants such as soluble sugar free proline soluble protein MDA chlorophyll fluorescence and cell membrane permeability under low temperature Meanwhile the low temperature tolerance of 9 inbred lines of pansy was investigated in the field The comprehensive evaluation of low temperature tolerance based on the measured physiological indicators shows that the cold resistance of the 9 materials is as follows XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 and the cold resistance of the 9 materials in the field assessment is EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 Combining the above two results the more cold resistant materials are PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 and EYO 3 among the 9 materials Soluble sugar and free proline may be positively correlated with cold resistance while MDA and chlorophyll fluorescence are negatively correlated with cold resistance Key words pansies cold tolerance physiological indicators 三色堇 Viola wittrockiana 是堇菜科堇菜屬的一 二年生草本花卉 其品種繁多 色彩鮮艷 花期較 長 素有 花壇皇后 的美譽(yù) 1 自 20 世紀(jì)八十年代以來 逐漸成為我國城鄉(xiāng)重要的花壇和盆栽花卉之一 收稿日期 2022 03 21 基金項(xiàng)目 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 2018YFD1000401 河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目 222102110173 202102110056 作者簡介 常珍惜 1992 男 河南周口人 碩士生 主要從事觀賞園藝學(xué)研究 通信作者 劉會超 1964 男 河南南陽人 博士 教授 主要從事觀賞植物抗性生理及種質(zhì)資源研究 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 Journal of Henan Institute of Science and Technology Natural Science Edition doi 10 3969 j issn 2096 9473 2022 04 004 第 50 卷 第 4 期 Vol 50 No 4 Aug 2022 2022 年 8 月 23 在 我國長江流域 三色堇主要應(yīng)用于秋 冬 春三季 而在我國北方 由于冬季氣溫較低 三色堇一般需要 設(shè)施保護(hù) 春季才能應(yīng)用于室外 2 研究三色堇資源的耐寒性 發(fā)掘耐寒三色堇種質(zhì)資源 培育耐寒三色堇 品種 對于解決三色堇在我國北方冬季越冬 豐富我國寒冷季節(jié)可應(yīng)用的室外花卉具有重要意義 前人研究表明 低溫會給植物造成一定的脅迫和傷害 這些傷害體現(xiàn)在多個方面 其中細(xì)胞膜的傷害 可用丙二醛含量變化 細(xì)胞相對電導(dǎo)率等來表征 其也可作為植物抗寒性鑒定的依據(jù) 3 植物在受到低溫 脅迫時 機(jī)體內(nèi)可啟動一系列生理生化反應(yīng)來降低低溫造成的傷害 4 包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化以 及抗氧化系統(tǒng)的變化 植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 主要是有機(jī)小分子 如可溶性糖 可溶性蛋白 脯氨酸等 5 楊克彬等 6 研究發(fā)現(xiàn) 7 個切花紅掌在 6 低溫下 隨著低溫脅迫時間的延長 各品種的相對電導(dǎo)率 丙二 醛及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量逐漸上升 抗氧化酶呈現(xiàn)先升后降的結(jié)果 劉冰等 7 比較了 3 種杜鵑花材料在杭 州自然低溫后 測定部分生理指標(biāo) 結(jié)果表明 杜鵑花的抗寒性與蔗糖 可溶性蛋白 脯氨酸及丙二醛含量 密切相關(guān) 許瑛等 8 在秋冬季自然環(huán)境下 通過測定 8 個菊花品種的抗寒性 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 8 種菊花的半致死 溫度隨馴化溫度降低而降低 并驗(yàn)證生長恢復(fù)試驗(yàn)同半致死溫度結(jié)果一致 結(jié)果表明半致死溫度可以作 為評價(jià)菊花抗寒性的重要指標(biāo)之一 有關(guān)三色堇耐寒性研究 羅玉蘭研究了低溫下 1 個本地三色堇品種與 1 個荷蘭三色堇品種的相 對電導(dǎo)率及膜損傷率等指標(biāo)的變化 發(fā)現(xiàn)本地三色堇抗寒性低于荷蘭三色堇品種 9 齊陽陽等 10 通過對 三色堇進(jìn)行 5 低溫脅迫發(fā)現(xiàn) 其可溶性糖 脯氨酸含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢 但上述研究僅從生理層 面進(jìn)行研究 缺乏植株直觀表現(xiàn) 本研究以 9 種三色堇優(yōu)良自交系為材料 研究低溫脅迫下三色堇滲透調(diào) 節(jié)物質(zhì)及膜系統(tǒng)指標(biāo)的變化 結(jié)合田間耐寒性調(diào)查 探討三色堇在低溫下的生理響應(yīng)以及與耐寒性的關(guān) 系 為三色堇抗寒材料的篩選及耐寒新品種的選育提供理論參考 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為河南科技學(xué)院三色堇課題組多年選育的 9 份三色堇自交系 材料基本情況詳見表 1 表 1 供試的 9 份三色堇自交系材料 Tab 1 The nine inbred lines of pansies in this study 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名稱 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B DSRFY 1 2 E01 1 EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 花色 黃色 藍(lán)紫 黃色帶斑 淺紫 白色 黃色 紫色 紫色 黃色帶斑 花型 大花 大花 大花 微型花 大花 中花 小花 中花 大花 來源 德國班納利種子公司 德國班納利種子公司 德國班納利種子公司 上海園林科學(xué)研究所 上海園林科學(xué)研究所 上海園林科學(xué)研究所 美國高美斯公司 美國泛美種子公司 美國泛美種子公司 試驗(yàn)用苗為 2020 年 10 月上旬播種 幼苗長到 7 8 片真葉時 將其分為兩部分 一部分幼苗移栽至大 田進(jìn)行田間抗寒性試驗(yàn) 每品種栽植 50 株 株行距 30 cm 30 cm 田間溫度測定采用溫濕度記錄儀 另一 部分幼苗 每品種 10 株 在人工氣候箱內(nèi) 20 下恒溫培養(yǎng) 24 h 后 進(jìn)行人工模擬低溫處理 溫度每 1 h 降低 1 待溫度降至 0 時 培養(yǎng) 24 h 光照強(qiáng)度 10 000 lx 晝夜光照時間 12 h 12 h 每株取 1 2 片葉測 定生理生化指標(biāo) 1 2 試驗(yàn)方法 1 2 1 三色堇田間抗寒性調(diào)查與冷害指數(shù)測定 依據(jù)新鄉(xiāng)市氣象局預(yù)報(bào)結(jié)合田間電子溫度計(jì)測定 2020 年 12 月 25 日至 26 日 為試驗(yàn)區(qū)冬季最低氣溫 2 8 低溫脅迫 24 h 后 對三色堇進(jìn)行冷害 調(diào)查 2022 年 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 24 三色 堇田間冷害癥狀調(diào)查分級標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合劉旭梅等 11 李 剛等 12 以 及齊陽陽等 13 在 杜鵑 常綠樹種幼 苗 大花三色堇等低溫脅迫后 研究文獻(xiàn)制定冷害分級 冷害分級標(biāo)準(zhǔn)具體如下 一級 植株正常無凍害 二級 葉片呈現(xiàn)皺縮 有失綠 三級 葉片皺縮小于 50 綠色較多 四級 葉片皺縮大于 50 綠色較少 五級 葉片皺縮 有壞死斑塊 整體萎蔫 六級 植株干枯 冷害指數(shù)計(jì)算公式 冷害指數(shù) 1 S1 2 S2 3 S3 4 S4 5 S5 6 S6 總株數(shù) 6 1 式 1 中 S 為每一冷害級的苗數(shù) 每材料調(diào)查 30 株 1 2 2 生理生化指標(biāo)測定 采 用 Yayin1661 葉綠素?zé)晒鈨x測定各材料葉綠素?zé)晒鈪?shù) 14 采 用電導(dǎo)法測 定相對電導(dǎo)率 15 采用茚三酮比色法測定游離脯氨酸含量 14 15 采用考馬斯亮藍(lán) 法測定可溶性蛋白含量 15 采用苯酚比色法測定可溶性糖含量 15 采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量 15 所有指標(biāo)的測 定均重復(fù) 3 次 1 2 3 抗寒性綜合評價(jià) 參 照龍海濤等 16 付 晴晴等 17 的 方法 用隸屬函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)權(quán)重法進(jìn)行 9 個三 色堇自交系抗寒性的綜合評價(jià) 具體計(jì)算公式如下 單一性狀耐寒系數(shù) 處理測定值 對照測定值 100 2 根據(jù)單一性狀耐寒系數(shù) 使用 SPSS 軟件分析得出各綜合指標(biāo)主成分測定值 CI X j 隸屬函數(shù)分析 U X j X j X min X max X min j 1 2 n 3 式 3 中 U X j 表 示 j 指標(biāo)抗寒隸屬函數(shù)值 X j 表 示 j 指標(biāo)的測定值 X min 表 示 9 種三色堇中 j 指標(biāo)最 小值 X max 表示 9 種三色堇中 j 指標(biāo)最大值 權(quán)重 4 式 4 中 W j 值表示第 j 個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度 P j 為各綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率 綜合評價(jià) 5 式 5 中 D 值為 9 份三色堇材料在低溫脅迫條件下 各生理指標(biāo)所得的抗寒性綜合評價(jià)值 1 2 4 數(shù) 據(jù)分析方法 采用 Excel 2003 軟件整理數(shù)據(jù) 并計(jì)算三色堇各指標(biāo)隸屬函數(shù)值和綜合評價(jià)值等 利用 DPS 7 5 和 SPSS 25 0 軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析 2 結(jié)果與分析 2 1 自然低溫下 9 份三色堇材料的冷害指數(shù) 供試的 9 份三色堇材料冷害調(diào)查表見表 2 常 珍惜等 低溫脅迫對優(yōu)良三色堇自交系幼苗耐寒性的影響 第 4 期 25 表 2 供試的 9 份三色堇材料冷害調(diào)查表 Tab 2 Cold damage of 9 inbred lines of pansies 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名稱 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B DSRFY 1 2 EO1 1 EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 一級 3 2 二級 9 1 3 17 9 2 6 10 三級 9 27 15 22 7 4 20 8 10 四級 8 3 13 4 3 2 7 1 8 五級 2 1 1 1 1 1 六級 由表 2 可以看出 9 份三色堇材料中 EWO 1 一級和二級植株達(dá) 20 株 所占比例最高 顯示該材料耐 寒性最強(qiáng) 其次是 EYO 3 一級和二級植株為 11 株 達(dá)到四級和五級標(biāo)準(zhǔn)最多的是 DSRFY 1 2 DPLS 2 1 XXL YB 1 1 1 2 分別為 14 株 10 株及 8 株 供試的 9 份三色堇材料進(jìn)行大田耐寒性分析如圖 1 所示 圖 1 三色堇材料冷害指數(shù)測定 Fig 1 Chilling injury index of each material after low temperature stress 如圖 1 可知 低溫對 9 種三色堇材料造成不同程度的傷害 其冷害指數(shù)在 0 39 0 55 之間 9 份材料 中 EWO 1 的冷害指數(shù)值最低 為 0 39 其次為 EYO 3 為 0 42 冷害指數(shù)值最高的為 DSRFY 1 2 材料 達(dá) 到 0 55 反映出 EWO 1 的耐寒性最強(qiáng) 其次是 EYO 3 最不耐寒材料為 DSRFY 1 2 2 2 低溫脅迫下 9 份三色堇自交系生理生化指標(biāo)的變化 低溫脅迫下對三色堇生理生化指標(biāo)的影響如圖 2 所示 株 2022 年 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 26 a 可溶性糖 b 可溶性蛋白 c 游離脯氨酸 d 丙二醛含量 e 葉綠素?zé)晒?f 細(xì)胞膜透性 圖 2 低溫脅迫三色堇生理生化指標(biāo)的影響 Fig 2 Effects of low temperature on some physiological and biochemical indexes of pansies 由圖 2 a 可知 同對照相比 0 處理后各材料可溶性糖含量增加 除 EWO 1 和 JB 1 1 5 兩個材料 另外 7 種材料與對照相比 存在顯著性差異 PPXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 2022 年 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 28 3 結(jié)論與討論 本試驗(yàn)研究表明 低溫脅迫下 9 份三色堇材料的部分生理生化指標(biāo)產(chǎn)生上升 下降的結(jié)果 抗寒性 綜合評價(jià)表明 9 份材料抗寒能力由強(qiáng)到弱依次為 XXL YB 1 1 1 2 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 JB 1 1 5 E01 1 DSRAB 1 4B DPLS 2 1 DSRFY 1 2 大田冷害調(diào)查結(jié)果 9 份材料抗寒能力由 強(qiáng) 到 弱 依 次 為 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B XXL YB 1 1 1 2 DPLS 2 1 DSRAB 1 4B E01 1 JB 1 1 5 DSRFY 1 2 綜合上述兩種評價(jià)方法 9 份材料中 較為耐寒材料 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 不耐寒材料 JB 1 1 5 和 DSRFY 1 2 低溫處理?xiàng)l件下因植物種類不同 在低溫脅迫后 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化規(guī)律有所差異 齊陽陽等 10 以三 色堇離體葉片為試材 隨著低溫脅迫時間的增加 三色堇葉片的脯氨酸 可溶性糖含量呈現(xiàn)先升后降趨 勢 張雨等 18 通過對低溫脅迫下板凳果生理指標(biāo)的研究 發(fā)現(xiàn)板凳果體內(nèi) MDA 可溶性蛋白和相對電導(dǎo) 率呈上升結(jié)果 何偉等 19 探索葡萄半致死低溫時發(fā)現(xiàn) 葡萄隨著低溫時間的增加 可溶性糖 可溶性蛋白 均先升后降 而游離脯氨酸含量呈現(xiàn)緩升緩降 MDA 呈現(xiàn)平緩上升結(jié)果 本試驗(yàn)中 低溫脅迫下 9 份三色 堇材料的可溶性糖含量整體提高 且 DSRAB 1 4B XXL YB 1 1 1 2 EYO 3 E01 1 DSRFY 1 2 等 5 種 材料顯著提高 可溶性蛋白含量 4 份材料下降 5 份材料上升 游離脯氨酸含量 3 份材料下降 6 份材料上 升 上升的 6 份材料其耐寒性也較高 與前人研究報(bào)道結(jié)果相近 這進(jìn)一步說明低溫脅迫下 三色堇抗寒 生理表現(xiàn)過程中 可溶性糖起到了更加關(guān)鍵作用 脯氨酸和可溶性蛋白也起到了一定作用 植物體內(nèi)細(xì)胞膜起著維持其正常代謝的重要作用 當(dāng)植物受到脅迫后 細(xì)胞膜受損 透性增大 使得 電解質(zhì)外滲 引起植物細(xì)胞浸提液電導(dǎo)率增大 15 本試驗(yàn)中 與對照相比 0 處理后 9 份材料相對電導(dǎo)率 值出現(xiàn)增大或減小的變化 電導(dǎo)率明顯上升的自交系 XXL YB 1 1 1 2 JB 1 1 5 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B 等材料 其抗寒性綜合值也較高 反之 電導(dǎo)率明顯降低的材料 其抗寒性綜合值也較 低 MDA 是反映細(xì)胞膜破壞程度的另一指標(biāo) 用來表現(xiàn)植物的損傷程度 20 當(dāng)植物體細(xì)胞膜受到的損傷 越大 其體內(nèi) MDA 的含量就會越多 21 本試驗(yàn)結(jié)果表明 低溫脅迫后 DPLS 2 1 DSRFY 1 2 JB 1 1 5 3 種材 料的 MDA 值上升 表明這 3 份三色堇材料細(xì)胞膜損傷較大 抗寒性低于另外 6 份三色堇材料 光合作用是維持植物正常生長發(fā)育的重要因素之一 且對溫度的變化較為敏感 溫度的上升或下 降會影響光合效果 22 葉綠素?zé)晒鈪?shù)是測定葉片在光合作用過程中自身對光能吸收 傳遞 耗散等 光合能力的一種方法 23 25 本試驗(yàn)在低溫脅迫后得出 9 種三色堇材料光合能力在 0 條件下均有下降 表示低溫一定程度抑制了光合作用 但分析表明 葉綠素?zé)晒庀禂?shù)與抗寒性貢獻(xiàn)率較小 可以不作為抗 寒性指標(biāo) 劉國宇等 26 通過對 3 種熱帶觀賞植物抗寒性研究發(fā)現(xiàn) 可溶性糖含量 游離脯氨酸含量與植物抗寒 性呈正相關(guān) 結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn) 印證了上述劉國宇等人試驗(yàn)結(jié)果 可溶性糖和游離脯氨酸含量 低溫后呈現(xiàn)升高 是植物應(yīng)對低溫的防御反應(yīng) 可能與抗寒性是正相關(guān)的 丙二醛含量以及葉綠素?zé)晒庵?數(shù)多數(shù)材料下降 可能與抗寒性成負(fù)相關(guān) 參考文獻(xiàn) 1 張其生 包滿珠 盧興霞 等 大花三色堇育種研究進(jìn)展 J 植物學(xué)報(bào) 2010 45 1 128 133 2 段新霞 趙恒君 草本花卉在園林綠化中的應(yīng)用探討 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2015 650 12 192 193 3 潘瑞熾 植物生理學(xué) M 北京 高等教育出版社 2008 4 MOHAMMADREZAKHANIS REZANEJAD F HAJILOU J Effect ofputrescine and proline on proflies ofGABA antioxidant activities in leaves of three Citrus species in response to low temperature stress J 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植物學(xué)報(bào) 2015 50 6 706 712 17 付晴晴 孫魯龍 翟衡 等 葡萄種間雜交砧木育種 F 1 代植株耐鹽性分析 J 植物學(xué)報(bào) 2017 52 6 733 743 18 張雨 賈民隆 曹冬梅 等 頂花板凳果耐寒性分析及評價(jià)指標(biāo)的篩選 J 山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 3 337 341 19 何偉 艾軍 楊義明 等 山葡萄種質(zhì)資源枝條的低溫半致死溫度研究 J 北方園藝 2014 21 19 22 20 張繼寧 閻世江 低溫脅迫對茄子幼苗生理指標(biāo)的影響 J 河北科技師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2013 3 10 13 21 張偉 周青平 孫萬斌 等 沙化草地三種牧草葉片生理適應(yīng)特性的比較研究 J 西南民族大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2020 46 2 111 119 22 張守仁 葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的意義及討論 J 植物學(xué)通報(bào) 1999 4 444 448 23 陳爽 尹航 金愛蘭 等 TMV 脅迫對不同抗性曬煙品種葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?J 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào) 2014 3 246 251 24 李維敏 周國興 李旭新 等 不同覆膜方式對玉米光合特性及產(chǎn)量的影響 J 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2017 32 1 50 57 25 郭學(xué)民 劉建珍 李娜 等 桃樹不同品種葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘谋容^ J 河北科技師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2016 30 2 11 15 26 劉國宇 王慶 毛祝新 等 自然低溫對 3 種亞熱帶觀賞植物耐寒生理指標(biāo)的影響 J 分子植物育種 2019 17 15 5136 5143 2022 年 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 30