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低 温胁迫对优良三色堇自交系幼苗耐寒性的影响 常珍惜 杜晓华 贾文庆 朱小佩 穆金艳 刘会超 河南科技学院 园艺园林学院 河南 新乡 453003 摘要 以 9 份优良三色堇自交系幼苗为试材 在试验室中对其进行低温胁迫 测定植株的可溶性糖 游离脯氨 酸 可溶性蛋白 MDA 叶绿素荧光及细胞膜透性等生理指标 同时结合大田冷害调查 研究了 9 份三色堇自交 系的耐寒性 根据所测定的生理指标进行的抗寒性综合评价表明 9 份材料抗寒能力由强到弱依次为 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 根据大田冷害调查所测定的耐寒系数表明 9 份材料抗寒能力由强到弱依次为 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 综合上述两种 评价方法 9 份材料中 较为耐寒材料为 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 可溶性糖和游离脯氨酸可能与抗寒 性成正相关 MDA 和叶绿素荧光与抗寒性成负相关 关键词 三色堇 低温胁迫 生理指标 中图分类号 S681 9 文献标志码 A 文章编号 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 是堇菜科堇菜属的一 二年生草本花卉 其品种繁多 色彩鲜艳 花期较 长 素有 花坛皇后 的美誉 1 自 20 世纪八十年代以来 逐渐成为我国城乡重要的花坛和盆栽花卉之一 收稿日期 2022 03 21 基金项目 国家重点研发计划 2018YFD1000401 河南省科技攻关项目 222102110173 202102110056 作者简介 常珍惜 1992 男 河南周口人 硕士生 主要从事观赏园艺学研究 通信作者 刘会超 1964 男 河南南阳人 博士 教授 主要从事观赏植物抗性生理及种质资源研究 河南科技学院学报 自 然 科 学 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 我国长江流域 三色堇主要应用于秋 冬 春三季 而在我国北方 由于冬季气温较低 三色堇一般需要 设施保护 春季才能应用于室外 2 研究三色堇资源的耐寒性 发掘耐寒三色堇种质资源 培育耐寒三色堇 品种 对于解决三色堇在我国北方冬季越冬 丰富我国寒冷季节可应用的室外花卉具有重要意义 前人研究表明 低温会给植物造成一定的胁迫和伤害 这些伤害体现在多个方面 其中细胞膜的伤害 可用丙二醛含量变化 细胞相对电导率等来表征 其也可作为植物抗寒性鉴定的依据 3 植物在受到低温 胁迫时 机体内可启动一系列生理生化反应来降低低温造成的伤害 4 包括渗透调节物质含量的变化以 及抗氧化系统的变化 植物体内渗透调节物质 主要是有机小分子 如可溶性糖 可溶性蛋白 脯氨酸等 5 杨克彬等 6 研究发现 7 个切花红掌在 6 低温下 随着低温胁迫时间的延长 各品种的相对电导率 丙二 醛及渗透调节物质含量逐渐上升 抗氧化酶呈现先升后降的结果 刘冰等 7 比较了 3 种杜鹃花材料在杭 州自然低温后 测定部分生理指标 结果表明 杜鹃花的抗寒性与蔗糖 可溶性蛋白 脯氨酸及丙二醛含量 密切相关 许瑛等 8 在秋冬季自然环境下 通过测定 8 个菊花品种的抗寒性 试验发现 8 种菊花的半致死 温度随驯化温度降低而降低 并验证生长恢复试验同半致死温度结果一致 结果表明半致死温度可以作 为评价菊花抗寒性的重要指标之一 有关三色堇耐寒性研究 罗玉兰研究了低温下 1 个本地三色堇品种与 1 个荷兰三色堇品种的相 对电导率及膜损伤率等指标的变化 发现本地三色堇抗寒性低于荷兰三色堇品种 9 齐阳阳等 10 通过对 三色堇进行 5 低温胁迫发现 其可溶性糖 脯氨酸含量呈现先升后降的趋势 但上述研究仅从生理层 面进行研究 缺乏植株直观表现 本研究以 9 种三色堇优良自交系为材料 研究低温胁迫下三色堇渗透调 节物质及膜系统指标的变化 结合田间耐寒性调查 探讨三色堇在低温下的生理响应以及与耐寒性的关 系 为三色堇抗寒材料的筛选及耐寒新品种的选育提供理论参考 1 材料与方法 1 1 试验材料 试验材料为河南科技学院三色堇课题组多年选育的 9 份三色堇自交系 材料基本情况详见表 1 表 1 供试的 9 份三色堇自交系材料 Tab 1 The nine inbred lines of pansies in this study 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名称 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 黄色 蓝紫 黄色带斑 浅紫 白色 黄色 紫色 紫色 黄色带斑 花型 大花 大花 大花 微型花 大花 中花 小花 中花 大花 来源 德国班纳利种子公司 德国班纳利种子公司 德国班纳利种子公司 上海园林科学研究所 上海园林科学研究所 上海园林科学研究所 美国高美斯公司 美国泛美种子公司 美国泛美种子公司 试验用苗为 2020 年 10 月上旬播种 幼苗长到 7 8 片真叶时 将其分为两部分 一部分幼苗移栽至大 田进行田间抗寒性试验 每品种栽植 50 株 株行距 30 cm 30 cm 田间温度测定采用温湿度记录仪 另一 部分幼苗 每品种 10 株 在人工气候箱内 20 下恒温培养 24 h 后 进行人工模拟低温处理 温度每 1 h 降低 1 待温度降至 0 时 培养 24 h 光照强度 10 000 lx 昼夜光照时间 12 h 12 h 每株取 1 2 片叶测 定生理生化指标 1 2 试验方法 1 2 1 三色堇田间抗寒性调查与冷害指数测定 依据新乡市气象局预报结合田间电子温度计测定 2020 年 12 月 25 日至 26 日 为试验区冬季最低气温 2 8 低温胁迫 24 h 后 对三色堇进行冷害 调查 2022 年 河南科技学院学报 自 然 科 学 版 24 三色 堇田间冷害症状调查分级标准结合刘旭梅等 11 李 刚等 12 以 及齐阳阳等 13 在 杜鹃 常绿树种幼 苗 大花三色堇等低温胁迫后 研究文献制定冷害分级 冷害分级标准具体如下 一级 植株正常无冻害 二级 叶片呈现皱缩 有失绿 三级 叶片皱缩小于 50 绿色较多 四级 叶片皱缩大于 50 绿色较少 五级 叶片皱缩 有坏死斑块 整体萎蔫 六级 植株干枯 冷害指数计算公式 冷害指数 1 S1 2 S2 3 S3 4 S4 5 S5 6 S6 总株数 6 1 式 1 中 S 为每一冷害级的苗数 每材料调查 30 株 1 2 2 生理生化指标测定 采 用 Yayin1661 叶绿素荧光仪测定各材料叶绿素荧光参数 14 采 用电导法测 定相对电导率 15 采用茚三酮比色法测定游离脯氨酸含量 14 15 采用考马斯亮蓝 法测定可溶性蛋白含量 15 采用苯酚比色法测定可溶性糖含量 15 采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量 15 所有指标的测 定均重复 3 次 1 2 3 抗寒性综合评价 参 照龙海涛等 16 付 晴晴等 17 的 方法 用隶属函数标准差系数权重法进行 9 个三 色堇自交系抗寒性的综合评价 具体计算公式如下 单一性状耐寒系数 处理测定值 对照测定值 100 2 根据单一性状耐寒系数 使用 SPSS 软件分析得出各综合指标主成分测定值 CI X j 隶属函数分析 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 指标抗寒隶属函数值 X j 表 示 j 指标的测定值 X min 表 示 9 种三色堇中 j 指标最 小值 X max 表示 9 种三色堇中 j 指标最大值 权重 4 式 4 中 W j 值表示第 j 个综合指标在所有综合指标中的重要程度 P j 为各综合指标的贡献率 综合评价 5 式 5 中 D 值为 9 份三色堇材料在低温胁迫条件下 各生理指标所得的抗寒性综合评价值 1 2 4 数 据分析方法 采用 Excel 2003 软件整理数据 并计算三色堇各指标隶属函数值和综合评价值等 利用 DPS 7 5 和 SPSS 25 0 软件数据处理系统 对数据进行统计和方差分析 2 结果与分析 2 1 自然低温下 9 份三色堇材料的冷害指数 供试的 9 份三色堇材料冷害调查表见表 2 常 珍惜等 低温胁迫对优良三色堇自交系幼苗耐寒性的影响 第 4 期 25 表 2 供试的 9 份三色堇材料冷害调查表 Tab 2 Cold damage of 9 inbred lines of pansies 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 材料名称 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 一级 3 2 二级 9 1 3 17 9 2 6 10 三级 9 27 15 22 7 4 20 8 10 四级 8 3 13 4 3 2 7 1 8 五级 2 1 1 1 1 1 六级 由表 2 可以看出 9 份三色堇材料中 EWO 1 一级和二级植株达 20 株 所占比例最高 显示该材料耐 寒性最强 其次是 EYO 3 一级和二级植株为 11 株 达到四级和五级标准最多的是 DSRFY 1 2 DPLS 2 1 XXL YB 1 1 1 2 分别为 14 株 10 株及 8 株 供试的 9 份三色堇材料进行大田耐寒性分析如图 1 所示 图 1 三色堇材料冷害指数测定 Fig 1 Chilling injury index of each material after low temperature stress 如图 1 可知 低温对 9 种三色堇材料造成不同程度的伤害 其冷害指数在 0 39 0 55 之间 9 份材料 中 EWO 1 的冷害指数值最低 为 0 39 其次为 EYO 3 为 0 42 冷害指数值最高的为 DSRFY 1 2 材料 达 到 0 55 反映出 EWO 1 的耐寒性最强 其次是 EYO 3 最不耐寒材料为 DSRFY 1 2 2 2 低温胁迫下 9 份三色堇自交系生理生化指标的变化 低温胁迫下对三色堇生理生化指标的影响如图 2 所示 株 2022 年 河南科技学院学报 自 然 科 学 版 26 a 可溶性糖 b 可溶性蛋白 c 游离脯氨酸 d 丙二醛含量 e 叶绿素荧光 f 细胞膜透性 图 2 低温胁迫三色堇生理生化指标的影响 Fig 2 Effects of low temperature on some physiological and biochemical indexes of pansies 由图 2 a 可知 同对照相比 0 处理后各材料可溶性糖含量增加 除 EWO 1 和 JB 1 1 5 两个材料 另外 7 种材料与对照相比 存在显著性差异 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 河南科技学院学报 自 然 科 学 版 28 3 结论与讨论 本试验研究表明 低温胁迫下 9 份三色堇材料的部分生理生化指标产生上升 下降的结果 抗寒性 综合评价表明 9 份材料抗寒能力由强到弱依次为 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 大田冷害调查结果 9 份材料抗寒能力由 强 到 弱 依 次 为 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 综合上述两种评价方法 9 份材料中 较为耐寒材料 PXP BT D 1 1 1 B EWO 1 EYO 3 不耐寒材料 JB 1 1 5 和 DSRFY 1 2 低温处理条件下因植物种类不同 在低温胁迫后 渗透调节物质变化规律有所差异 齐阳阳等 10 以三 色堇离体叶片为试材 随着低温胁迫时间的增加 三色堇叶片的脯氨酸 可溶性糖含量呈现先升后降趋 势 张雨等 18 通过对低温胁迫下板凳果生理指标的研究 发现板凳果体内 MDA 可溶性蛋白和相对电导 率呈上升结果 何伟等 19 探索葡萄半致死低温时发现 葡萄随着低温时间的增加 可溶性糖 可溶性蛋白 均先升后降 而游离脯氨酸含量呈现缓升缓降 MDA 呈现平缓上升结果 本试验中 低温胁迫下 9 份三色 堇材料的可溶性糖含量整体提高 且 DSRAB 1 4B XXL YB 1 1 1 2 EYO 3 E01 1 DSRFY 1 2 等 5 种 材料显著提高 可溶性蛋白含量 4 份材料下降 5 份材料上升 游离脯氨酸含量 3 份材料下降 6 份材料上 升 上升的 6 份材料其耐寒性也较高 与前人研究报道结果相近 这进一步说明低温胁迫下 三色堇抗寒 生理表现过程中 可溶性糖起到了更加关键作用 脯氨酸和可溶性蛋白也起到了一定作用 植物体内细胞膜起着维持其正常代谢的重要作用 当植物受到胁迫后 细胞膜受损 透性增大 使得 电解质外渗 引起植物细胞浸提液电导率增大 15 本试验中 与对照相比 0 处理后 9 份材料相对电导率 值出现增大或减小的变化 电导率明显上升的自交系 XXL YB 1 1 1 2 JB 1 1 5 EWO 1 EYO 3 PXP BT D 1 1 1 B 等材料 其抗寒性综合值也较高 反之 电导率明显降低的材料 其抗寒性综合值也较 低 MDA 是反映细胞膜破坏程度的另一指标 用来表现植物的损伤程度 20 当植物体细胞膜受到的损伤 越大 其体内 MDA 的含量就会越多 21 本试验结果表明 低温胁迫后 DPLS 2 1 DSRFY 1 2 JB 1 1 5 3 种材 料的 MDA 值上升 表明这 3 份三色堇材料细胞膜损伤较大 抗寒性低于另外 6 份三色堇材料 光合作用是维持植物正常生长发育的重要因素之一 且对温度的变化较为敏感 温度的上升或下 降会影响光合效果 22 叶绿素荧光参数是测定叶片在光合作用过程中自身对光能吸收 传递 耗散等 光合能力的一种方法 23 25 本试验在低温胁迫后得出 9 种三色堇材料光合能力在 0 条件下均有下降 表示低温一定程度抑制了光合作用 但分析表明 叶绿素荧光系数与抗寒性贡献率较小 可以不作为抗 寒性指标 刘国宇等 26 通过对 3 种热带观赏植物抗寒性研究发现 可溶性糖含量 游离脯氨酸含量与植物抗寒 性呈正相关 结合本次试验结果分析发现 印证了上述刘国宇等人试验结果 可溶性糖和游离脯氨酸含量 低温后呈现升高 是植物应对低温的防御反应 可能与抗寒性是正相关的 丙二醛含量以及叶绿素荧光指 数多数材料下降 可能与抗寒性成负相关 参考文献 1 张其生 包满珠 卢兴霞 等 大花三色堇育种研究进展 J 植物学报 2010 45 1 128 133 2 段新霞 赵恒君 草本花卉在园林绿化中的应用探讨 J 现代农业科技 2015 650 12 192 193 3 潘瑞炽 植物生理学 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 Journal of Plant Biochemistry and Biotec hnology 2021 30 3 545 553 5 强晓晶 小盐芥 ThPIP1 基因的水稻遗传转化及耐盐机理研究 D 北京 中国农业科学院 2015 6 杨克彬 孟凡志 郭先锋 七个切花红掌品种对低温胁迫的生理响应及耐低温能力评价 J 植物生理学报 2017 53 9 1609 1618 常珍惜等 低温胁迫对优良三色堇自交系幼苗耐寒性的影响 第 4 期 29 7 刘冰 曹莎 周泓 等 杜鹃花品种耐寒性比较及其机制研究 J 园艺学报 2016 43 2 295 306 8 许瑛 陈发棣 菊花 8 个品种的低温半致死温度及其抗寒适应性 J 园艺学报 2008 4 559 564 9 罗玉兰 陆亮 王泰哲 本地和荷兰三色堇抗寒性的比较 J 植物生理学通讯 2001 1 27 28 10 齐阳阳 杜晓华 王梦叶 等 大花三色堇和角堇对低温胁迫的生理响应及其抗寒性 J 江苏农业科学 2017 45 15 115 118 11 刘旭梅 赵冰 申惠翡 等 低温胁迫下二十个杜鹃花品种的抗寒性评价 J 北方园艺 2017 5 60 66 12 李刚 姜卫兵 翁忙玲 等 木兰科 6 种常绿树幼苗抗寒性的初步研究 J 园艺学报 2007 3 783 786 13 齐阳阳 大花三色堇自交系遗传差异 配合力及杂种优势研究 D 新乡 河南科技学院 2017 14 中国科学院上海植物生理研究所上海市植物生理学会 现代植物生理学实验指南 M 北京 科学出版社 1999 15 王学奎 植物生理生化实验原理和技术 M 北京 高等教育出版社 2006 16 龙海涛 李丽梅 谢泽虹 等 综合隶属函数法评价花生品种抗旱性与 AhNCED1 基因表达的关系 J 植物学报 2015 50 6 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