低温驯化对马铃薯半致死温度的影响

杨超英等

摘要：为了确定不同品种马铃薯的抗寒能力、比较不同品种马铃薯的抗寒性及低温驯化能力，以青薯9号、青引5号、夏波蒂、E107、DR-2、DR-9、T3、A1、S4等9个马铃薯品种的叶片为试验材料，研究在低温驯化前后，马铃薯叶片在低温胁迫下组织电解质外渗率的变化，同时配合Logistic方程测定各品种马铃薯的半致死温度（LT50）。结果表明：低温驯化前，DR-2的半致死温度最低，耐冻性极强，青薯9号的耐冻性最弱。经过低温驯化，DR-2的耐冻性最强，夏波蒂的耐冻性最弱。在9份材料中，没有驯化能力的材料是DR-9，冷驯化能力最强的是青薯9号，相应的冷驯化能力为3.6 ℃，表现出很强的冷驯化能力。

关键词：低温驯化；马铃薯；半致死温度；抗寒性；冷驯化能力；电导率法

中图分类号： S532.01 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0080-02

收稿日期：2013-12-18

基金项目：现代农业产业技术体系专项（编号：CARS-10）；青海省科技厅资助（编号：2012-214、2012-Z-725）；中国科学院“西部之光”人才培养项目。

作者简介：杨超英（1986—），女，河北邯郸人，硕士研究生，从事作物遗传育种方面的研究。E-mail：ycy_0925@126.com。

通信作者：王舰，男，研究员，博士生导师，从事马铃薯种质资源创新与利用改良研究。E-mail：wangjian2197@sohu.com。马铃薯（Solanum tuberosum L.）为茄科（Solanaceae）茄属（Solanum）的一年生草本植物，原产于南美洲西海岸的智利和秘鲁的安第斯山区，其块茎中含有约8%～29%的淀粉、蛋白质、矿物质和维生素等多种营养成分，是一种分布广泛、适应性强、产量高、营养丰富的宜粮、宜菜、宜饲、宜作工业原料的多用途粮经作物。我国是世界第一大马铃薯生产国，除海南省外，在其余各省份均有种植，目前我国马铃薯的栽培面积约为533.33万hm2，占世界总栽培面积的1/4，总产量达 7 800 万t，占世界总产量的22%[1]。

植物在生长过程中会受到各种生物和非生物因素的影响，其中低温是影响植物生长的主要非生物因素之一，许多植物在一定的非伤害性温度下低温锻炼一段时间后，能够提高自身的抗寒性。植物在0 ℃以上的低温环境中锻炼一段时间后，其抗冻能力得到不同程度的提高，称为低温驯化[2]；而冷驯化能力是指植物对寒冷条件作出反应而逐渐增加其耐冻的能力[3]。本研究以9个马铃薯品种为试验对象，测定其在低温驯化前后半致死温度变化，以期筛选出抗寒性强、冷驯化能力强的品种。

1材料与方法

1.1试验材料

供试的9个马铃薯品种为青薯9号、青引5号、夏波蒂、E107、DR-2、DR-9、T3、A1、S4，各品种的组培苗均由青海省农林科学院生物技术研究所提供。2013年5月9日将组培苗移栽到一次性杯子中，在实验室内进行炼苗，每个品种种植50株，栽培基质为1 ∶1的羊板粪+蛭石。炼苗1周后揭膜，6月18日将每个品种的25个植株放入光照培养箱中进行低温驯化，驯化条件为白天温度4 ℃、光照14 h，夜间温度2 ℃，其他植株仍在正常条件下培养。采取部位相同、长势一致的成熟叶片，用自来水冲洗干净后用蒸馏水、双蒸水各冲洗3次，用滤纸吸干后将叶片装入试管中，每个品种处理重复3次。

1.2试验仪器

DDS-307A电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵，河南郑州长城科工贸有限公司；THZ-82恒温振荡器，江苏常州国华电器有限公司；RTOP智能型人工气候箱，浙江托普仪器有限公司；低温冷库。

1.3试验方法

1.3.1人工冷冻法人工冷冻法参照李飞的方法[3]，但略有改动。先将放有离体叶片的试管放入可变温冷库中，温度分别设为2、0、-2、-4、-6、-8、-10 ℃。冷库的初始温度设为2 ℃，保持1 h后取样；从2 ℃降到0 ℃，保持1 h后取样；从0 ℃降到-2 ℃，保持1 h后取样；依次类推，直到降温到 -10 ℃，取样；降温速度为2 ℃/h。取样后立即放入冰盒中，迅速带回实验室，在4 ℃冰箱中过夜解冻。

1.3.2细胞质膜的相对透性利用电导率法测定细胞质膜的透性，参照刘世红等的方法[4-6]但略有改动。将解冻后得叶片剪成0.5 cm×0.5 cm的碎片并装入试管中，加入25 mL双蒸水，于室温条件下在振荡器上以220 r/min浸提12 h。静置后采用DDS-307A型电导仪测定电导率EC1；将试管放入沸水浴中水浴20 min以杀死植物组织，取出后迅速用自来水冷却，测定电导率EC2；以双蒸水的电导率EC0为对照。

3结论与讨论

3.1应用电导率法确定植物的半致死温度

电导率法配合Logistic方程计算植物半致死温度的测定方法科学、可靠、直观，目前已成为公认的应用较广泛的研究植物抗逆性非常有效的途径。张倩应用电导率法测定5个葡萄的抗寒性表明，根系结构特征反映的各品种抗寒性强弱与半致死温度的测定结果完全一致[8]。许瑛等应用电导率法测定了菊花、草莓花、油茶及苹果的抗寒性，结果都表明电导率可作为评价植物抗寒性的一个可靠指标[9-14]。本试验结果表明，随着温度的降低，9个马铃薯品种的相对电导率升高，并且呈“慢—快—慢”的趋势，是典型的“S”曲线，与前人结果[6，9，12]一致。

3.2低温驯化对马铃薯抗寒性的影响

在低温驯化过程中，植物通过自身调节来增强其抗寒性。有研究表明，植物在低温驯化过程中，细胞形态、组织结构及生理生化过程均有变化[15-16]，经过低温驯化后植株的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和ATP酶活性稳定性提高，植物抗寒性增强[17]。被认为是最抗寒的马铃薯品种S.acaule、S.commersonii属于高抗寒性野生品种，低温驯化后半致死温度均降低，抗寒性增强[18-20]。Stone等认为，一些马铃薯野生种在霜冻条件下存活主要决定于2个因素：驯化前的耐冻性（NA）、驯化能力（ACC）[21]。本试验结果表明，经低温驯化后，9个马铃薯品种中除DR-9的半致死温度无变化外，其他品种的半致死温度均有不同程度的降低，其中青薯9号的降低幅度最大，即低温驯化能力最强。

参考文献：

[1]Jansky S H，Jin L P，Xie K Y，et al. Potato production and breeding in China[J]. Potato Research，2009，52（1）：57-65.

[2]Levitt J. Chilling，freezing，and high temperature stresses[M]. New York：Academic Press，1980：497.

[3]李飞. 野生马铃薯植株苗期耐冻性鉴定及耐冻机理研究[D]. 北京：中国农业科学院，2008：1-44.

[4]刘世红，田耀华，魏丽萍，等. 西双版纳30个橡胶树品种的低温半致死温度及低温对抗氧化系统的影响[J]. 植物生理学报，2011，47（5）：505-511.

[5]张超. 3种玉兰花期抗寒性及花色变化机理研究[D]. 保定：河北农业大学，2012.

[6]李俊才，刘成，王家珍，等. 洋梨枝条的低温半致死温度[J]. 果树学报，2007，24（4）：529-532.

[7]朱根海，刘祖祺，朱培仁. 应用Logistic方程确定植物组织低温半致死温度的研究[J]. 南京农业大学学报，1986，9（3）：11-16.

[8]张倩. 5个葡萄种群的低温半致死温度与其抗寒适应性的关系[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，5（5）：149-154.

[9]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，2008，35（4）：559-564.

[10]王静，赵密珍，于红梅，等. 低温胁迫下草莓花半致死温度的研究[J]. 江西农业大学学报，2012，34（2）：255-258.

[11]夏莹莹，叶航，马锦林，等. 4个油茶品种的半致死温度与耐热性研究[J]. 中国农学通报，2012，28（4）：58-61.

[12]时朝，王亚芝，刘国杰. 应用Logistic方程确定五种苹果枝条的半致死温度的研究[J]. 北方园艺，2013（2）：36-38.

[13]王红亮，陈丽丽. 低温胁迫对9种绿化树木相对电导率的影响[J]. 江苏农业科学，2013，41（4）：167-169.

[14]娄晓鸣，吕文涛，张文婧. 景天属植物抗寒性调查及抗寒生理指标[J]. 江苏农业科学，2012，40（3）：150-151.

[15]Pearce R S. Molecular analysis of acclimation to cold[J]. Plant Growth Regulation，1999，29（1/2）：47-76.

[16]高述民，程朋军，郭惠红，等. 日本桃叶珊瑚的冷驯化及抗寒机制研究[J]. 西北植物学报，2003，23（12）：2113-2119.

[17]Guo H H，Gao S M，Zhao F J，et al. Effects of cold acclimation on several enzyme activities in Euonymus radicans ‘Emorald & Gold and its relation to semi-lethal temperature[J]. Forestry Studies in China，2004，6（1）：10-17.

[18]Chen H H，Li P H. Characteristics of cold acclimation and deacclimation in tuber-bearing Solanum species[J]. Plant Physiology，1980，65（6）：1146-1148.

[19]Hawkes J G. The indigenous American potatoes and their value in plant breeding[J]. Empire Journal of Experimental Agriculture，1945，13：11-40.

[20]Mastenbroek C. Some experiences in breeding frost-tolerant potatoes[J]. Euphytica，1956，5（3）：289-297.

[21]Stone J M，Palta J P，Bamberg J B，et al. Inheritance of freezing resistance in tuber-bearing Solanum species：evidence for independent genetic control of nonacclimated freezing tolerance and cold acclimation capacity[J]. PNAS，1993，90（16）：7869-7873.

参考文献：

[1]Jansky S H，Jin L P，Xie K Y，et al. Potato production and breeding in China[J]. Potato Research，2009，52（1）：57-65.

[2]Levitt J. Chilling，freezing，and high temperature stresses[M]. New York：Academic Press，1980：497.

[3]李飞. 野生马铃薯植株苗期耐冻性鉴定及耐冻机理研究[D]. 北京：中国农业科学院，2008：1-44.

[4]刘世红，田耀华，魏丽萍，等. 西双版纳30个橡胶树品种的低温半致死温度及低温对抗氧化系统的影响[J]. 植物生理学报，2011，47（5）：505-511.

[5]张超. 3种玉兰花期抗寒性及花色变化机理研究[D]. 保定：河北农业大学，2012.

[6]李俊才，刘成，王家珍，等. 洋梨枝条的低温半致死温度[J]. 果树学报，2007，24（4）：529-532.

[7]朱根海，刘祖祺，朱培仁. 应用Logistic方程确定植物组织低温半致死温度的研究[J]. 南京农业大学学报，1986，9（3）：11-16.

[8]张倩. 5个葡萄种群的低温半致死温度与其抗寒适应性的关系[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，5（5）：149-154.

[9]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，2008，35（4）：559-564.

[10]王静，赵密珍，于红梅，等. 低温胁迫下草莓花半致死温度的研究[J]. 江西农业大学学报，2012，34（2）：255-258.

[11]夏莹莹，叶航，马锦林，等. 4个油茶品种的半致死温度与耐热性研究[J]. 中国农学通报，2012，28（4）：58-61.

[12]时朝，王亚芝，刘国杰. 应用Logistic方程确定五种苹果枝条的半致死温度的研究[J]. 北方园艺，2013（2）：36-38.

[13]王红亮，陈丽丽. 低温胁迫对9种绿化树木相对电导率的影响[J]. 江苏农业科学，2013，41（4）：167-169.

[14]娄晓鸣，吕文涛，张文婧. 景天属植物抗寒性调查及抗寒生理指标[J]. 江苏农业科学，2012，40（3）：150-151.

[15]Pearce R S. Molecular analysis of acclimation to cold[J]. Plant Growth Regulation，1999，29（1/2）：47-76.

[16]高述民，程朋军，郭惠红，等. 日本桃叶珊瑚的冷驯化及抗寒机制研究[J]. 西北植物学报，2003，23（12）：2113-2119.

[17]Guo H H，Gao S M，Zhao F J，et al. Effects of cold acclimation on several enzyme activities in Euonymus radicans ‘Emorald & Gold and its relation to semi-lethal temperature[J]. Forestry Studies in China，2004，6（1）：10-17.

[18]Chen H H，Li P H. Characteristics of cold acclimation and deacclimation in tuber-bearing Solanum species[J]. Plant Physiology，1980，65（6）：1146-1148.

[19]Hawkes J G. The indigenous American potatoes and their value in plant breeding[J]. Empire Journal of Experimental Agriculture，1945，13：11-40.

[20]Mastenbroek C. Some experiences in breeding frost-tolerant potatoes[J]. Euphytica，1956，5（3）：289-297.

[21]Stone J M，Palta J P，Bamberg J B，et al. Inheritance of freezing resistance in tuber-bearing Solanum species：evidence for independent genetic control of nonacclimated freezing tolerance and cold acclimation capacity[J]. PNAS，1993，90（16）：7869-7873.

参考文献：

[1]Jansky S H，Jin L P，Xie K Y，et al. Potato production and breeding in China[J]. Potato Research，2009，52（1）：57-65.

[2]Levitt J. Chilling，freezing，and high temperature stresses[M]. New York：Academic Press，1980：497.

[3]李飞. 野生马铃薯植株苗期耐冻性鉴定及耐冻机理研究[D]. 北京：中国农业科学院，2008：1-44.

[4]刘世红，田耀华，魏丽萍，等. 西双版纳30个橡胶树品种的低温半致死温度及低温对抗氧化系统的影响[J]. 植物生理学报，2011，47（5）：505-511.

[5]张超. 3种玉兰花期抗寒性及花色变化机理研究[D]. 保定：河北农业大学，2012.

[6]李俊才，刘成，王家珍，等. 洋梨枝条的低温半致死温度[J]. 果树学报，2007，24（4）：529-532.

[7]朱根海，刘祖祺，朱培仁. 应用Logistic方程确定植物组织低温半致死温度的研究[J]. 南京农业大学学报，1986，9（3）：11-16.

[8]张倩. 5个葡萄种群的低温半致死温度与其抗寒适应性的关系[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，5（5）：149-154.

[9]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，2008，35（4）：559-564.

[10]王静，赵密珍，于红梅，等. 低温胁迫下草莓花半致死温度的研究[J]. 江西农业大学学报，2012，34（2）：255-258.

[11]夏莹莹，叶航，马锦林，等. 4个油茶品种的半致死温度与耐热性研究[J]. 中国农学通报，2012，28（4）：58-61.

[12]时朝，王亚芝，刘国杰. 应用Logistic方程确定五种苹果枝条的半致死温度的研究[J]. 北方园艺，2013（2）：36-38.

[13]王红亮，陈丽丽. 低温胁迫对9种绿化树木相对电导率的影响[J]. 江苏农业科学，2013，41（4）：167-169.

[14]娄晓鸣，吕文涛，张文婧. 景天属植物抗寒性调查及抗寒生理指标[J]. 江苏农业科学，2012，40（3）：150-151.

[15]Pearce R S. Molecular analysis of acclimation to cold[J]. Plant Growth Regulation，1999，29（1/2）：47-76.

[16]高述民，程朋军，郭惠红，等. 日本桃叶珊瑚的冷驯化及抗寒机制研究[J]. 西北植物学报，2003，23（12）：2113-2119.

[17]Guo H H，Gao S M，Zhao F J，et al. Effects of cold acclimation on several enzyme activities in Euonymus radicans ‘Emorald & Gold and its relation to semi-lethal temperature[J]. Forestry Studies in China，2004，6（1）：10-17.

[18]Chen H H，Li P H. Characteristics of cold acclimation and deacclimation in tuber-bearing Solanum species[J]. Plant Physiology，1980，65（6）：1146-1148.

[19]Hawkes J G. The indigenous American potatoes and their value in plant breeding[J]. Empire Journal of Experimental Agriculture，1945，13：11-40.

[20]Mastenbroek C. Some experiences in breeding frost-tolerant potatoes[J]. Euphytica，1956，5（3）：289-297.

[21]Stone J M，Palta J P，Bamberg J B，et al. Inheritance of freezing resistance in tuber-bearing Solanum species：evidence for independent genetic control of nonacclimated freezing tolerance and cold acclimation capacity[J]. PNAS，1993，90（16）：7869-7873.