结球甘蓝耐寒性研究进展

蔡青 李成琼 司军

（西南大学园艺园林学院，重庆，400715）

结球甘蓝耐寒性研究进展

蔡青 李成琼 司军

（西南大学园艺园林学院，重庆，400715）

综述了结球甘蓝耐寒性生理生化方面的研究进展及耐寒性鉴定研究现状，并对其发展趋势进行了展望。

结球甘蓝 耐寒性 研究现状

结球甘蓝简称甘蓝，是我国各地广泛种植的一种重要蔬菜作物，据农业部2003年 “中国农业统计资料”统计，我国甘蓝播种面积达88.4万hm2，近年来栽培面积还在不断扩大。由于甘蓝具有不同熟性配套、适于不同季节栽培的品种，加之具有适应性广、抗逆性强等特点，它在蔬菜周年生产中占有重要的地位[1]。

但冬季甘蓝经常遭受低温甚至零下低温的影响，使其产量和品质下降，低温成为甘蓝露地越冬栽培的制约因素。因此，揭示其寒害机理并对其鉴定方法进行研究，对甘蓝的越冬栽培及抗寒育种等方面的研究具有重要的意义。

1 甘蓝的耐寒能力

甘蓝对温度的适应范围较广，耐寒性强，喜温和冷凉气候。种子发芽的最低温度为2～3℃，10℃以上才能顺利发芽，发芽最适温度为20～25℃，刚出土的幼苗抗寒能力弱，具有6～8片叶的健壮幼苗耐寒性增强，能忍受-5～-2℃低温；经过低温锻炼的幼苗，能忍耐短期-12～-8℃严寒。进入结球期以15～20℃为宜，叶球较耐低温，5～10℃叶球仍能缓慢生长。成熟的叶球耐寒力虽不如幼苗，但早熟品种的叶球可耐短期-5～-3℃低温，中、晚熟品种的叶球可耐短期-8～-5℃的低温。在抽薹开花期，适宜的温度为20～25℃，10℃以下的低温会影响正常结实，如遇到-3～-1℃低温，会使花枝遭受冻害。

2 甘蓝耐寒性生理生化研究

2.1 细胞膜透性

生物膜是外界环境作用于植物细胞及细胞器的界面，各种逆境对细胞的影响首先作用于质膜。细胞膜的流动性和稳定性是细胞乃至整个植物体赖以生存的基础。膜系统一旦受到伤害，会产生一系列连锁反应。在低温胁迫下植物细胞膜由液晶态转变成凝胶状态，膜收缩，使膜的半透性改变或丧失，细胞内物质大量外渗，电导率明显升高，最终导致细胞死亡[2]。温度逆境不可逆伤害的原初反应发生在生物膜系统类脂分子的相变上。

大量研究证实，膜系中脂肪酸的不饱和度与植物抗寒性密切相关。膜脂上的不饱和脂肪酸成分比例越大，膜流动性越强，植物的相变温度越低，抗寒性越强[3]。李建勇等[4]研究发现，甘蓝遭受低温胁迫后叶片电解质渗透率大幅度增加，抗冻性强的品种电解质渗透率小，而抗冻性较弱的品种电解质渗透率较大，品种间的差异可能与膜系中磷脂和脂肪酸的不饱和度有关，抗冻性强的品种可能具有较高的膜脂不饱和度，可在低温下保持流动性并维持正常生理功能。膜脂不饱和度与品种特性有关，并受低温诱导的影响，低温诱导后叶片不饱和脂肪酸含量升高。

2.2 丙二醛

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的主要产物之一，通常作为膜脂过氧化指标，表示细胞膜对逆境条件的反应与抵抗能力。MDA含量的上升与膜透性的增加呈显著正相关，MDA积累是活性氧毒害作用的表现[5]。李建勇等[4]报告指出，4个供试甘蓝品种在低温下叶片MDA含量有一定差异，耐低温能力弱的品种其膜脂过氧化作用显著，而耐低温能力强的品种其膜脂过氧化水平则变化较小，造成该差异的原因主要是品种间抗冻性的差异所致，不同播种期甘蓝叶片MDA含量也有一定差异。

2.3 脯氨酸

脯氨酸（Pro）是一种无毒的中性物质，溶解度高，能够维持细胞的膨压；同时脯氨酸还具有极性，对生物多聚体的空间结构有保护作用，增加细胞结构的稳定性。植物处于低温胁迫时，脯氨酸能维持细胞结构、细胞运输，调节渗透压，使植物具有一定的抗性和保护作用。吴能表等[6]研究表明，在低温条件下甘蓝体内通过脯氨酸的积累来抵御低温伤害，在室内低温胁迫最初的几分钟内，脯氨酸含量大幅度增加，随着胁迫时间的延长又减少。同时该研究也发现SOD、ASP和POD活性在低温胁迫下也显著增加，所以认为游离脯氨酸可能作为渗透调节物质，提高甘蓝叶片的抗低温能力，使其不受低温的伤害。

王磊等[7]研究表明，在适宜的温度条件下，不同甘蓝品种游离Pro含量不同。随着温度的下降，各品种体内的游离Pro含量急剧上升，其中抗冻性强的甘蓝品种上升最快，较弱的上升幅度较小。当气温到达最低值时，抗冻性强的甘蓝品种游离Pro的含量最高，可见品种的抗冻性与其体内游离Pro含量密切相关。同一品种不同播期在相同时间取样，游离Pro含量也有一定的差异，但差异不明显而且规律性不强。

2.4 保护酶系统

植物体内的活性氧自由基具有很强的氧化能力，对许多生物功能分子有破坏作用，同时，植物体内也存在一些清除自由基和活性氧的酶类和非酶类物质。活性氧自由基和清除它们的酶类和非酶类物质在正常条件下处于平衡状态。这些酶类和非酶类物质在低温下可以保护膜结构，减轻有毒物质对生物细胞的毒害，延迟或阻止细胞结构的破坏，从而使植物能在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫，因此把其称为抗氧化系统或保护系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APS）等抗氧化酶和抗坏血酸、谷胱甘肽、细胞色素f、铁氧还蛋白、类胡萝卜素等抗氧化剂[8]。

SOD能清除超氧化物自由基，降低膜脂过氧化水平，且植物的抗冻性强弱与其体内SOD活性高低密切相关。耐冷性材料SOD下降较缓慢且保持一定水平，冷敏感性品种下降迅速且保持较低水平。李建勇等[4]研究表明，冻害胁迫下抗冻性较弱的3个甘蓝品种叶片SOD活性均随气温下降而下降，抗冻性最弱的品种SOD活性降幅最大，其细胞膜受伤害也最严重，而抗冻性最强的品种SOD活性较高。亚适温条件下该品种叶片MDA含量较低，这与其SOD活性保持较高水平有关，可见亚适温条件激活了细胞的氧化应激机制，但随温度下降，达到一定阈值后其叶片SOD活性也开始下降。

低温胁迫下甘蓝叶片POD活性上升能有效清除体内的H2O2，使植株在一定程度上忍耐、减缓或抵抗冻害胁迫，且耐寒性强的品种升幅较大，耐寒性弱的品种升幅较小。SOD和POD与品种抗冻性之间有一定关系[9]。但是同一品种SOD和POD活性的变化情况不同，SOD活性增强的幅度大，POD活性增强的幅度比较小，可能是这2种酶在甘蓝叶片中对低温胁迫的响应机制不同[10]。

2.5 可溶性蛋白质

按照生物化学和分子生物学概念，生物的任何变化最终与蛋白质生物合成的变化有关，低温引起蛋白质谱系的变化是一个普遍的规律。一般认为可溶性蛋白和总蛋白质含量与抗冷性成正相关。低温胁迫后组织内可溶性蛋白增加是植物产生抗寒性的重要过程。随着组织内可溶性蛋白质含量的增加，植物的抗寒性也增强。王磊等[7]研究表明，甘蓝在0℃低温下可溶性蛋白质含量增加，耐冻性差的品种增加幅度较大，而在极端低温下除抗冻性强的品种仍增加外，其余品种均下降，而且抗冻性弱的降幅较大，但均比适温下含量高，可见甘蓝的抗冻性与蛋白质合成系统运行直接相关，在冻害温度下抗冻性品种其蛋白质合成系统运行正常，而抗冻性弱的品种蛋白质合成系统则受到抑制。可见，抗冻性强的品种其抗冻性强的原因主要是依赖于比较稳定的可溶性蛋白质含量的增加。

2.6 可溶性糖

可溶性糖是冷害和冻害条件下细胞内的保护物质，其含量与多数植物的抗寒性成正相关[11]。可溶性糖含量增加使细胞粘度增大，从而在低温胁迫下，发挥渗透调节功能。可溶性糖的积累是甘蓝对低温胁迫的一种适应性反应，低温后耐寒品种的上升幅度大于不耐寒品种，不同时期表现出相同的趋势。早在20世纪90年代，Sasakih等[12]就提出甘蓝叶片中的可溶性糖含量与甘蓝的耐寒性肯定有关。王磊等[7]研究表明，甘蓝随着自然温度的降低其可溶性糖含量表现出先升后降的趋势，在适宜温度条件下，抗冻性强的品种可溶性糖含量比抗冻性差的品种高，低温胁迫后，可溶性糖含量大幅度增加，增加的幅度无明显规律。感受低温冻害后，可溶性糖含量下降，抗冻性强的品种下降幅度小于抗冻性弱的品种。宋良图[13]对甘蓝型油菜研究指出，短暂的升温可迅速降低可溶性糖含量，但这可被接下来的低温所逆转。可见可溶性糖能否作为抗冻指标还有待进一步研究。

3 甘蓝耐寒性鉴定

已经进行的植物抗寒性鉴定的研究，大多数鉴定试验都是采用植物幼苗作材料，在低温胁迫下调查其低温伤害症状，在对冷害进行分级（从植株表现正常到死亡分为0到4或5级）的基础上，用公式计算出冷害指数。也有研究者以种子、胚作为研究材料进行发芽试验，以鉴定其抗寒性。李建勇、王磊、陈民生等[4，7，9]对冻害低温下越冬甘蓝的少数几种渗透调节物质的含量变化进行了研究，并进行了田间植株的冻害分级，吴能表等[6，10]在室内低温胁迫下对甘蓝幼苗进行了研究。王磊等[7]参考朱月林等不结球白菜的分级标准[14]，并结合甘蓝植株的田间生物性状制定了甘蓝植株的冻害分级：0级，植株完好无冻伤症状；1级，仅个别外叶受害，受害叶片局部萎蔫；2级，半数外叶受害，受害叶片局部或大部分萎蔫、干枯，表层球叶稍有冻害，局部萎蔫，心叶正常；3级，全部外叶受害，受害叶片局部或大部分萎蔫干枯，球叶1～2层局部出现萎蔫干枯，少数心叶呈现水渍状；4级，全株受害，球叶1～2层萎蔫干枯，干叶下2～3层腐烂，心叶全部呈现水渍状，球变软；5级，全株严重萎蔫干枯，植株趋向死亡。冻害指数=100∑i·ni/5·Σni（i：冻害的级别，ni：i级冻害的株数）。

4 研究展望

近年来对甘蓝耐寒生理生化的研究已经很多，但由于植物耐寒性受多种特异的数量抗寒基因调控，因此，鉴定植物抗寒性必须是多方面的，甘蓝也不例外。许多学者指出，指标单一化不能正确反映植物的抗寒性实质，因此只有综合评价指标并采用多种方法进行印证，才能得出正确的结论，这将是今后研究工作的重点。

分子生物技术的快速发展使分子标记成为广大学者研究甘蓝耐寒性的重要手段，随着对这一领域研究的不断深入，将为以后的甘蓝抗寒育种和抗寒基因定位研究打下坚实的基础。

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[14]朱月林，曹寿椿.致死低温确定法的改进及其在不结球白菜上的验证[J].园艺学报，1998，15（1）：51－56.

Progress of Study on Cold Tolerance in Cabbage

CAI Qing,LI Chengqiong,SI Jun
(College of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University,Chongqing 400715)

The physiological and biochemical mechanism of tolerance to cold and the identification of cold tolerance are reviewed in cabbage.The prospect of cold tolerance of cabbage was also discussed.

Cabbage;Cold tolerance;Identification

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.001

国家科技部支撑项目（2006BAD01A7-2-03），重庆市“十一五”科技攻关项目（10376）

蔡青（1982-），男，硕士研究生，电话：023－68201747。E-mail：benn_1982@163.com

李成琼，通信作者。E-mail：chqli@swu.edu.cn

2008-10-08