低温胁迫对‘热研1号’槟榔新品种生理特性的影响

黄丽云　刘立云　李艳　周焕起　严玉超

摘 要 为进一步完善‘热研1号槟榔新品种的生物学特性，以1年幼苗为材料，在26、20、14、8 ℃的温度梯度下，分别生长0，10，20和30 d后，测定植株的相对含水量、电导率、叶绿素、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等生理指标的变化，探讨供试材料在低温胁迫下的耐受性。结果表明：在26 ℃/10 d、26 ℃/20 d、26 ℃/30 d处理条件下各指标表现正常；20 ℃/10 d、20 ℃/20 d低温处理时各指标数值开始出现小幅度变化，但在20 ℃/30 d条件下变化明显，表现为多个指标数值差异显著；当处理温度在14、8 ℃条件下，处理时间为10 d时各指标数值间差异达显著水平，特别是随着低温胁迫程度的加强，在8℃/30d时脯氨酸、丙二醛、POD、SOD活性均出现了持续上升后再下降的趋势，结合植株濒临死亡的外观症状，证明了在8 ℃/30 d条件下幼苗严重受损直至死亡。

关键词 热研1号；低温胁迫；生理指标

中图分类号 S543.2 文献标识码 A

Abstract To improve the studies of biological characteristics of‘Reyan No.1， one year old seedlings were used as experimental materials to measure the effects of chilling stress on the physiological characteristics. The seedlings were grown under 26， 20， 14， 8 ℃ for 0， 10， 20， 30 d respectively. The results showed that indices were normal under 26 ℃/10 d， 26 ℃/20 d， 26 ℃/30 d and had a small change under 20 ℃/10 d and 20 ℃/20 d. But there were obvious changes at 20 ℃/30 d and even significant under 14 ℃/10 d and 8 ℃/10 d. Especially with prolong of the treatment at 8 ℃/30 d， Pro， MDA， POD and SOD first gradually increased and then decreased. Combined with the severe injury symptom， 8 ℃/30 d is the lethal temperature for“Reyan No.1”.

Key words Reyan No.1； Chilling tress； Physiological indices

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.11.015

槟榔（Areca catechu L.）是槟榔属中唯一的栽培种[1]，也是海南省极为重要的热带经济作物。槟榔是热带亚热带作物，适宜的温度范围为24～28 ℃，在中国仅有海南、台湾及云南部分地区适宜栽种。海南种植槟榔有2 000多年的栽培历史，长期的自然环境和人工选择逐渐形成了丰富的资源多样性，其中不乏具有高产、优质、抗寒等性状的优异资源。在经过多年多点生产性试验后，中国热带农业科学院椰子研究所选育了‘热研1号槟榔新品种[2]，并于2014年6月通过全国热带作物品种审定委员会审定，该品种具有高产稳产，品质优异，适宜加工等的优良特性。但由于受气候条件的限制，未进行规范的抗寒性试验。

低温是影响热带作物生长的限制因子，临界低温会对作物造成损伤并极大影响其正常生长。植物的生理指標是反映植物抗逆性敏感程度的重要参数，单一指标不能全面地反映出植物的生理变化。已有研究结果表明，在低温条件下植物的生理指标会产生规律性的变化，如植物细胞含水量与耐寒力[3]；原生质膜与相对电导率及丙二醛[4-6]；光合作用与叶绿素[7-8]，渗透调节物质如脯氨酸[9]，保护性酶POD、SOD[7，9]等；因此，多个生理指标的结合才能综合反映出植物对低温影响的反应变化[10]。2014年本研究组已对该品种的植物学特性、品质性状及鲜果质构等进行了分析测试[11]。其他研究者也开展了本地种槟榔的寒害调查及生理生化分析[12-14]。但对于新品种‘热研1号耐冷性的研究尚未见报道。因此，本文以‘热研1号槟榔品种1 a幼苗为材料，进行低温胁迫实验，通过测定相对含水量、电导率、叶绿素、Pro、MDA、POD、SOD活性等指标，探讨随温度降低和胁迫时间的延长对幼苗生理变化的影响，该研究结果可为品种适应性栽培区域的界定奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用槟榔于2013年4月28日播种，6月25日出芽率达90%，2014年7月6日取12株1年幼苗开展低温胁迫试验。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 设置4个温度处理，分别为CK（室内常温26 ℃）、20、14、8 ℃，每个处理3次重复。采用PGX-250C智能光照培养箱进行温控，空气湿度66%～70%，光照强度7 000 SI。分别于0、10、20、30 d采集植株叶片定量进行生理指标测定。

1.2.2 测定方法 叶片相对含水量（RWC）采用称重法；细胞膜透性采用电导法[15]（电导仪DDS-11A）；叶绿素测定采用叶绿素仪（型号SPAD-502）；脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）均采用南京建成生物工程研究所提供的试剂盒进行测定，测定方法按照试剂盒内实验说明书进行。

1.3 数据处理

数据分析采用SPSS软件（SPSS statistics 17.0）与Excel office相结合进行分析。

2 结果与分析

2.1 相对含水量的变化

温度的变化对植株相对含水量有着显著的影响。由表1可知，随着温度的下降，幼苗叶片相对含水量也逐渐下降。处理时间相同的条件下，8 ℃生长的槟榔幼苗叶片含水量均显著低于其他温度处理（p<0.05），8 ℃/10 d、8 ℃/20 d、8 ℃/30 d分别比对应时间CK处理降低了29.23%、47.07%、34.45%。另外随着处理时间的延长，CK、20 ℃、14 ℃各处理含水量均呈缓慢下降的趋势，而8 ℃条件下表现为先下降后上升的态势。此外，不同胁迫时间处理下，CK的平均含水量为75.74%，无显著差异，但从20 ℃开始，不同处理时间含水量之间差异显著，直至8 ℃平均含水量仅达47.78%，总体下降明显。

2.2 相对电导率的变化

相对电导率可作为衡量质膜透性大小的指标，可反映植物膜系统受损伤的程度。由表1可知，随着温度的降低，植株相对电导率也逐渐上升，8 ℃时急剧上升。幼苗叶片在不同低温处理胁迫20 d后，各处理相对电导率差异均达显著（p<0.05）水平。此外，随着处理时间的延长，20 ℃和14 ℃时相对电导率均表现为缓慢上升，但在8 ℃条件下，随着时间的延长，相对电导率呈现出先急剧后缓慢的整体上升趋势。

2.3 叶绿素含量的变化

低温胁迫下，植物细胞色素系统易遭到破坏，导致叶绿素含量降低。由表1可知，随着温度的降低，叶绿素含量也逐渐降低。当处理时间为20、30 d时，不同温度条件下叶绿素含量均达显著差异（p<0.05）。8 ℃处理30 d相对10 d时下降的比例最大，为51.2%，是20（9.2%）、14℃（8.4%）处理的5～6倍。

2.4 脯氨酸含量的变化

脯氨酸是植物体中主要参与细胞水平渗透作用的调节剂。由表1可知，随着温度的降低，Pro含量逐渐增加，CK处理槟榔叶片的Pro含量显著低于其它处理。20、14 ℃处理时不同温度间差异不显著，8 ℃时Pro含量与其他处理差异显著。相同温度不同时间条件下，除CK外，各处理间Pro含量均达显著差异（p<0.05）。CK、20 ℃、14 ℃时Pro含量整体逐渐增加，8 ℃时Pro含量表现为先急剧上升后下降的趋势。

2.5 丙二醛含量的变化

丙二醛含量的高低可作为考察细胞所受胁迫程度大小的指标。由表1可知，随着温度的降低，MDA含量逐渐增加，在低温处理20～30 d时，MDA含量在14 ℃与20 ℃不同温度下无显著差异，其他处理间差异均达显著水平（p<0.05）。相对于其他温度MDA含量呈缓慢上升的态势，8 ℃时随低温胁迫时间的延长MDA含量表现为先上升后下降的态势。随着胁迫时间的延长，MDA含量逐渐降低，特别是在14、8 ℃时各处理时间MDA含量差异达显著水平（p<0.05）。

2.6 POD、SOD活性的变化

SOD、POD是植物细胞内重要的保护酶，是体现植物生理状况的重要指标。由表1可知，POD和SOD的整体变化规律较为一致，处理10 d时各温度间2种酶表现为先小幅度上升后下降再上升的趋势，处理间POD活性差异显著。处理20 d时不同温度条件下2种酶表现为先下降后上升再下降的趋势，POD活性在各温度处理间亦差异显著。处理30 d时各温度间2种酶表现为先上升后下降的趋势。而相同温度不同时间条件下，CK处理时2种酶活性差异不明显，20、14、8 ℃处理时POD活性在不同时间内差异显著；20、14 ℃处理时SOD活性在不同时间内差异显著。

3 讨论与结论

植物细胞内水分含量对植物抗寒能力的强弱有明显的指示作用[3]。本研究中，随着低温胁迫时间的延长，幼苗叶片相对含水量不断降低。在8 ℃低温条件下，随着低温时间的延长，叶片含水量表现为先下降后上升，这与葛亚英[16]的研究中低温处理条件下口红花叶片含水量的变化趋势一致。这有可能是低温时期植物细胞自由水含量降低，束缚水含量增加的缘故。该变化有利于降低槟榔体内细胞代谢活性，增强细胞原生质胶体结构稳定性，从而进一步提高槟榔对低温胁迫的耐受性，增强幼苗对低温胁迫的抵抗力。

细胞膜是活细胞和环境之间的界面和屏障，其完整性和通透性与植株的耐寒性密切相关[4]。逆境胁迫下，相对电导率值的高低可表明植物细胞膜受损伤的程度；MDA是细胞膜脂过氧化的主要产物[5-6]，其含量的变化也反映了膜脂被过氧化的程度。因此，相对电导率和MDA是衡量低温伤害较直接的鉴定指标。本研究结果表明，相对电导率和MDA变化趋势一致，均随着胁迫程度的加强而不断升高。但对较低温度的反映灵敏度不同，质膜相对透性在低温胁迫下一直持续上升，但幅度不大。而丙二醛含量在8 ℃/20 d时出现转折，呈现下降的趋势。这与李静[17]等以油棕为材料的研究结果相似。

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用，作物光合作用的强弱直接受其含量多少的影响。本研究中，叶绿素含量随着胁迫程度的增加不断下降，在8 ℃时最低含量仅达7.9 mg/L，下降的比例是其它温度处理叶绿素含量的5～6倍。植物体在持续的低温胁迫下，叶绿素降解加快，合成亦受到限制，导致含量持续降低[7-8]。

Pro作为植物体内的渗透调节物质，其主要参与细胞水平上的渗透调节，在植物的抗寒反应中起到重要的作用。在低温胁迫下，随着時间的延长，Pro含量逐渐上升，当达到一定胁迫程度，则呈下降趋势。8 ℃是Pro含量变化的转折点，这与李静[17]、杨华庚[9]等的研究结果一致。

保护性酶可以保护植物体免受自由基和活性氧强氧化作用的伤害。逆境胁迫下，植物对氧的利用能力下降，致使体内的自由基和活性氧增加，保护性酶的含量和活性也会相应的增加。大量研究表明，植物体随着低温胁迫的加强，体内的保护酶活性逐渐升高[18-19]。本研究中，POD和SOD酶活性整体变化规律较为一致，起始阶段均表现为先小幅上升后缓慢下降再上升，至试验后期又持续下降。适度的低温胁迫可以启动植物细胞中酶促防御系统中重要的保护酶，清除超氧自由基，保证细胞内活性氧与防御系统之间的平衡。随着低温胁迫时间的延长，酶活性含量波动小幅上升。这说明植物能够适应低温环境，细胞内的活性氧与防御系统之间保持着平衡状态。但随着低温胁迫程度的加深和时间得延长，在8 ℃低温条件下，这2种酶活性先大幅上升后出现下降的现象，这表明了随胁迫程度的加强出现代谢紊乱，细胞内自由基产生和防御系统遭到破坏，导致细胞正常功能丧失，这与陈代慧的研究结果相似[20]。

综上所述，低温胁迫下槟榔幼苗会出现含水量降低，电导率、MDA和Pro含量升高等现象，说明叶片在低温条件下受到明显的损伤。在轻度胁迫下，该品种均能通过调节渗透物质的积累来防止细胞膜脂被过氧化，保证细胞膜脂各项生理生化反应正常进行，活性酶含量也在一定幅度范围内波动以调节适应温度的变化。但在重度低温时植物本身的防御机制受到破坏，使得植物细胞的结构和功能受到严重影响，如Pro、MDA、POD、SOD活性都出现了先上升后下降的趋势，结合植株濒临死亡的外观症状，证明了该品种1年龄苗在8 ℃/30 d的条件下受损严重甚至死亡。

海南是中国槟榔的主产区，冬季极易遭受低温阴雨天气的影响，较为典型的是2008年1～2月海南省遭遇了50年不遇的持续低温阴雨天气，9～10 ℃持续近1个月[21]，但调查表明，此次寒害对海南槟榔当年的产量会产生一定的不利影响，但影响不会很大[14]。本试验结论表明该品种可适宜在海南全省范围内种植。

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