12℃低温锻炼对棉苗抗冷性的影响

郝辉芳，范月仙，李生泉，孙亚莉

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030800；2.山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

12℃低温锻炼对棉苗抗冷性的影响

郝辉芳1，范月仙2，李生泉2，孙亚莉1

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030800；2.山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

棉花苗期的抗冷性直接影响棉花生产，抗冷性是棉花育种的一项重要指标。通过棉苗抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量的变化来分析12℃低温锻炼棉苗后，其耐4℃冷胁迫能力。将棉种脱绒后浸泡适当时间，于28℃/ 12 h光照条件下培养至长出至少2片真叶后，分为2组：一组作为对照（未低温锻炼），另一组于12℃/12 h光照条件下低温锻炼5 d，然后2组一起于4℃/12 h光照条件下冷胁迫5 d后，取真叶进行研究。结果表明，晋棉35号、晋棉44号、晋棉49号这3种供试棉种经过12℃锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程中基本都表现出SOD，CAT，POD活性以及可溶性蛋白含量明显高于同期未经低温锻炼的棉苗，说明经过12℃临界低温锻炼5 d后的棉苗耐4℃冷胁迫能力有所提高。

低温锻炼；棉苗；抗氧化酶活性；可溶性蛋白含量

棉花苗期的抗冷性严重影响着棉花的产量和质量，适当的低温锻炼可以提高植物的抗冷性[1-5]。植物在可耐受的低温环境中不但不会受到低温伤害，还能积极启动防御机制，一方面通过抗氧化系统（超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）及时清除过剩的氧自由基[6-7]；另一方面通过可溶性物质如可溶性蛋白的积累调节细胞的渗透压，减少水分流失，从而保护核酸和蛋白质的结构和功能完整[8-9]，进而提高自身的抗冷性。

本研究拟通过抗氧化系统相关酶活性和可溶性蛋白质含量的变化来分析低温锻炼后棉苗耐冷胁迫的能力，进一步分析棉花的抗冷机制，旨在为抗冷性棉花的选育提供一定的理论指导。

1 材料和方法

1.1 材料

陆地棉（Gossypium hirsutum Linn.）晋棉35号、晋棉44号、晋棉49号，由山西省农业科学院棉花研究所提供。

1.2 方法

挑选饱满棉种经浓硫酸脱绒后，置于水中28℃过夜浸泡，使其春化。将春化好的种子播种于营养钵中（土∶沙＝3∶1），并做好标记。28℃/12 h光照条件下恒温培养箱中培养至长出至少2片真叶后分为2组，其中一组不进行低温锻炼，作为对照，另一组转入12℃/12 h光照条件下恒温培养箱进行低温锻炼5 d，然后再与对照一起置于4℃/12 h光照环境中分别进行冷胁迫0，1，3，5 d。分别采摘经冷胁迫不同天数的棉花真叶进行测定。

1.3 测定项目及方法

准确称取新鲜棉花真叶0.2 g置于预冷研钵中，加入2 mL0.05 mol/L的磷酸缓冲液（pH值7.8），冰浴研磨成匀浆，10 000 r/min，4℃下离心15 min，取上清液用于酶活性测定[10]。采用邻苯三酚自氧化法测定SOD活性，采用过氧化氢法测定CAT活性，采用愈创木酚法测定POD活性。

准确称取0.2 g棉花真叶，放入预冷的1.5 mL EP管中，加入1 mL蛋白提取液[11]后用研杵研碎，于4℃，12 000 r/min离心15 min，吸取上清；再重复一次离心，取上清进行测定。参照刘艳玲[12]的方法绘制蛋白质标准曲线，采用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量。

1.4 数据处理

运用SAS 8.0软件对试验数据进行统计分析，不同数据组间的差异采用单因素进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 棉花真叶中3种保护酶活性变化及分析

由表1可知，3个品种的棉花经过12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫3 d时，SOD，CAT，POD这3种保护酶活性都明显高于同期对照。

表1 3个品种棉花中3种保护酶活性变化 U/（g·min）

晋棉35号未经12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长先上升后持续下降，到冷胁迫5 d时与未经冷胁迫间差异极显著（P＜0.01）；CAT活性随冷胁迫时间延长先上升后下降，冷胁迫3 d时就显著低于未经冷胁迫处理；POD活性随冷胁迫时间延长持续下降，冷胁迫3 d时就显著低于未经冷胁迫处理，到冷胁迫5 d时降低到原来的75.4%。而经过12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长先上升后下降再回升，且与同期未经低温锻炼的对照相比，在冷胁迫3 d差异达极显著水平（P＜0.01），冷胁迫5 d是同期未经锻炼的1.14倍；CAT活性随冷胁迫时间延长持续上升，并且明显高于同期未经锻炼处理，冷胁迫1 d与未经锻炼处理间差异极显著，冷胁迫5 d时是同期未经低温锻炼的5.57倍；POD活性随冷胁迫时间延长持续上升，冷胁迫1 d与未经锻炼处理间差异不显著，冷胁迫3 d时与未经锻炼处理间差异极显著，到冷胁迫5 d时是同期对照的1.38倍。

晋棉44号未经12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长持续下降，冷胁迫5 d时下降更为明显，与未胁迫处理间差异极显著（P＜0.01）；CAT活性在冷胁迫1 d时上升，后随冷胁迫时间延长持续下降，冷胁迫5 d时下降到原来的58.6%；POD活性随冷胁迫时间延长也是先明显上升后下降，冷胁迫5 d时降到原来水平，与未胁迫处理间差异不显著。而经过12℃低温锻炼的在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长先下降再回升，冷胁迫5 d时比未胁迫的还要高2.75%，且都明显高于同期对照，冷胁迫5 d时是同期对照的1.17倍；CAT活性随冷胁迫时间延长持续上升，冷胁迫3 d后与未胁迫处理间差异极显著，且也都明显高于同期对照，二者差异在胁迫1 d就达显著水平（P＜0.05），3，5 d达极显著差异水平（P＜0.01）；POD活性随冷胁迫时间延长先下降后回升，到冷胁迫1 d后与未胁迫处理间差异极显著，且在胁迫过程中一直明显高于同期对照，差异极显著（P＜0.01）。

晋棉49号未经12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长持续下降，冷胁迫1 d时就与未冷胁迫处理间差异极显著（P＜0.01）；CAT活性随冷胁迫时间延长先上升后持续下降，冷胁迫3 d时与未冷胁迫处理间差异极显著（P＜0.01）；POD活性随冷胁迫时间延长也是先下降后回升再下降，冷胁迫1～3 d时与未冷胁迫处理间差异不显著，到5 d时差异极显著（P＜0.01）。而经过12℃低温锻炼的在4℃冷胁迫过程中，SOD活性随冷胁迫时间延长先下降再回升，冷胁迫5 d时回升到原来水平，未冷胁迫时与未锻炼处理间差异不显著，冷胁迫1～5 d都明显高于同期对照；CAT活性随冷胁迫时间延长持续上升，冷胁迫1 d后与未冷胁迫处理间差异显著（P＜0.05），且也都明显高于同期对照，且差异极显著（P＜0.01）；POD活性随冷胁迫时间延长呈上升趋势，到冷胁迫5 d后与未胁迫处理间差异极显著，且在胁迫过程中一直明显高于同期对照，且差异都极显著（P＜0.01）。

SOD，CAT，POD都属于保护酶系统[13]，在低温逆境中可以协同作用，有效地清除活性氧，尽可能地维持细胞结构和功能的稳定，有效地抵御外界逆境的伤害，从而提高植物的抗逆性。胡建芳等[14]研究认为，保护酶活性是反映植物抗寒能力的重要指标，耐寒性强的品种能维持较高的酶活性。本研究结果表明，晋棉35号、晋棉44号、晋棉49号经过12℃低温锻炼5 d后，在4℃冷胁迫过程（1～5 d）中都表现出了SOD，CAT活性明显高于未经锻炼处理；POD活性在4℃冷胁迫3 d后明显高于未经锻炼处理，说明12℃低温锻炼5 d后，3种供试棉耐4℃冷胁迫能力都有所提高。

2.2 棉花真叶中可溶性蛋白含量变化及分析

从图1可以看出，晋棉35号、晋棉44号、晋棉49号3个品种未经12℃低温锻炼5 d的在4℃冷胁迫过程中，可溶性蛋白含量都随冷胁迫时间延长逐渐降低；而经过12℃低温锻炼处理都随冷胁迫时间延长先降低再回升后又降低，冷胁迫初期（1 d），与未低温锻炼处理间差异不显著，在冷胁迫3 d时，含量达到最高，与同期对照相比差异显著，冷胁迫5 d时，差异也显著。

可溶性蛋白是细胞内多种非膜结合蛋白的组合，一般游离存在于细胞中，对调节细胞渗透压起一定的作用。有研究发现[15]，低温环境中，植物会调节体内蛋白质的合成与分解，利用一些已有蛋白质或新合成一些蛋白质来维持正常温度下才能进行的新陈代谢。陈禅友等[16]研究认为，可溶性蛋白含量变化与植物的抗寒性有关，其积累可作为渗透调节物质和防脱水剂而利于作物抗寒。本研究中，12℃低温锻炼5 d后在4℃冷胁迫过程中，3个品种的棉苗真叶中可溶性蛋白含量都明显高于同期未经锻炼处理，说明12℃低温锻炼5 d后，棉苗的耐4℃冷胁迫能力有所提高。

3 讨论与结论

植物处于逆境时，会迅速产生大量的氧自由基，氧自由基会转化成H2O2，进一步生成脂质自由基和蛋白自由基，破坏细胞脂类和蛋白结构变化，从而影响细胞的正常功能代谢[17]。在刚处于低温环境时产生大量的氧自由基会由SOD最先发生作用迅速清除，但未及时清除的氧自由基就会进一步转化成H2O2，再由CAT和POD发挥作用。本研究结果表明，12℃低温锻炼5 d后在4℃冷胁迫过程中，棉苗真叶中SOD，CAT，POD这3种保护酶活性都表现出明显高于未经锻炼处理，而酶活性的高低与植物的抗寒性密切相关，说明12℃低温锻炼5 d对棉苗的耐4℃冷胁迫能力确实有所作用。可溶性蛋白对调节细胞渗透压可起一定的作用。可溶性蛋白的积累可作为渗透调节物质和防脱水剂而利于作物抗寒。本研究结果表明，12℃低温锻炼5 d后在4℃冷胁迫过程中，3个品种的棉苗真叶中可溶性蛋白含量都明显高于同期未经锻炼处理，说明12℃低温锻炼5 d后，棉苗的耐4℃冷胁迫能力确实有所提高。

综上所述，12℃低温锻炼5 d，能有效提高棉花幼苗的保护酶活性、增加可溶性蛋白含量，从而有效提高棉苗的耐4℃冷胁迫能力。

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Effect of 12℃Low Temperature Exercise on Cold Resistance of Cotton Seedlings

HAOHuifang1，FANYuexian2，LI Shengquan2，SUNYali1
（1.College ofInformation，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China；2.College ofArts and Sciences，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

Cold resistance on stage of cotton seedling is directly related to production and it is also an important indicator of the cotton breeding.This studydetected the change ofantioxidant enzyme activityand the content ofsoluble protein ofcotton seedlings，under the condition of cold resistance at 4℃after cold acclimating at 12℃.Detinted cotton seeds and soaked for an appropriate time,then cultured at 28℃/12 h,until it grewat least two true leaves.Leaving the control（without cold acclimating）,the remain were created at 12℃/12 h acclimating for 5 days.Then all placed at 4℃/12 h cold stressing for 5 days,then determinated the indicators of euphylla. The results showed that after exercising at 12℃for 5 days,in the 4℃cold stress process,Jinmian 35,Jinmian 44,Jinmian 49 all showed SOD,CAT,POD activity obviously higher than that of without exercising,and the soluble protein content also showed obviously higher than that ofthe control.It indicated that cold resistance ofcotton seedlings at 4℃improved after at 12℃critical cold acclimating for 5 days.

cold acclimation;cotton seedlings;antioxidant enzyme activity;soluble protein content

S562

A

1002-2481（2016）06-0726-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.06.02

2016-03-29

郝辉芳（1985-），女，山西平遥人，助教，硕士，主要从事植物抗性相关研究工作。