9个油棕品种抗寒性的生理生化鉴定

金龙飞 杨蒙迪 周丽霞 冯美利 曹红星

摘要：以三年生的油棕小叶为材料，研究低温胁迫对其可溶性糖、可溶性蛋白、总酚、脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶、过氧化氢酶以及过氧化物酶活性的影响，采用隶属函数法对不同油棕品种的抗寒性进行综合评价。结果表明，9个油棕品种在低温胁迫下的生理生化指标变化差异显著，隶属函数值的平均值表现为RYCR2>RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。9个油棕品种中RYCR2、RYCR3、RYNG1的抗寒性较强，RYCR6、RYCR4、RYMY8次之，RYCR5、RYMY9、RYCR7最弱。

关键词：油棕;低温胁迫;抗寒性评价;隶属函数;生理生化指标

中图分类号：S565.901文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）08-0132-05

收稿日期：2020-07-13

基金项目：中国热带农业科学院基本科研業务费项目（编号：1630152017008）。

作者简介：金龙飞（1988—），男，湖北荆门人，博士，助理研究员，主要从事热带木本油料作物栽培研究。E-mail：jinlf@catas.cn。

通信作者：曹红星，博士，研究员，主要从事热带木本油料作物种质资源评价研究。E-mail：hongxing1976@163.com。

油棕（Elaeis guineensis）是重要的热带木本油料作物，产油效率极高，是花生的5～6倍，大豆的9～10倍。油棕原产于非洲几内亚湾的热带河谷地区，性喜湿热，适宜生长的温度为22～32 ℃。当气温低于20 ℃，油棕的开花结实受抑制;当温度低于 15 ℃，生长受抑制;当温度低于10 ℃，油棕受到严重的寒害[1]。油棕在我国海南、云南、广西、雷州半岛等地区种植时，冬季易受低温寒害[2-5]。中国热带农业科学院椰子研究所从尼日利亚、马来西亚、哥斯达黎加等引进了9个油棕品种进行试种，对这些品种在低温胁迫下的抗寒性评价是引种试验的重要内容。在低温胁迫下，植物会通过一系列的生理生化变化增强对低温的耐受性，包括增加可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、游离脯氨酸（Pro）等渗透调节物质的含量;通过增强抗氧化酶活性，例如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等;以及增强非酶类抗氧化物质的含量，例如酚类物质、谷胱甘肽和类黄酮等，增强对低温引起的活性氧的清除能力[6-10]。李静等对10个油棕品种低温的生理生化特性进行测定，发现在低温胁迫下叶片可溶性糖含量逐渐升高，脯氨酸和可溶性蛋白含量先升高后降低[2]。曹红星等研究不同油棕资源对低温胁迫的生理生化响应，发现SS、SP、Pro、丙二醛（MDA）的含量，SOD、POD、CAT、抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性与抗寒性密切相关，可作为油棕抗寒鉴定指标[11]。本研究从生理生化角度对9个油棕品种的抗寒性进行评价和鉴定，通过对不同低温胁迫处理的油棕叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等渗透调节物质的含量，总酚和丙二醛的含量以及SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性进行测定，并采用隶属函数对9个品种的抗寒性进行综合评价，以期为我国油棕引种奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油棕品种取自中国热带农业科学院椰子研究所试验基地（110°46′E，19°33′N），品种名依次为RYNG1、RYCR2、RYCR3、RYCR4、RYCR5、RYCR6、RYCR7、RYMY8、RYMY9。在晴天09：00，选择长势统一、生长旺盛、无病害的三年生油棕植株的第17片叶进行采样，采样后带回实验室进行低温胁迫处理。在人工气候箱中分别设置2个低温梯度[15 ℃（T1）、10 ℃（T2）]，处理24 h，以25 ℃作为对照（CK），每个处理设置3次重复。试验于2020年1—4月开展。

1.2 试验方法

采用蒽酮比色法测定可溶性糖（SS）含量，二喹啉甲酸法测定总蛋白（SP）含量，分光光度法测定总酚（TF）含量和游离脯氨酸（Pro）含量，硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量;采用试剂盒（南京建成生物工程研究所）测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等的活性。

1.3 数据分析

数据采用SPSS 13.0进行差异显著性分析。采用隶属函数值法对抗寒性进行综合评价，计算SS、SP、TF、Pro、MDA含量以及SOD、POD、CAT活性等指标在T1、T2时的隶属函数值。分析指标与抗寒性呈正相关，则计算公式为U（Xijk）=（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）;分析指标与抗寒性呈负相关，则计算公式为U（Xijk）=1-（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）。Xijk表示第i个品种第j个处理下的第k个指标的测定值;U（Xijk）表示第i个品种第j个处理下的第k个指标的隶属函数值;Xmax、Xmin分别表示测定值中的最大值、最小值。先对各指标分别计算隶属函数值，再对所有指标计算平均值，值越大表示抗寒性越强，反之则越弱。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对油棕叶片渗透调节物质含量的影响

低温胁迫处理下，9个油棕品种叶片的渗透调节物质含量变化情况如表1所示。油棕叶片可溶性糖（SS）含量随着温度的降低整体呈上升趋势，10 ℃时RYCR2叶片可溶性糖含量最高，为97.95 mg/g，显著高于对照;10 ℃时RYCR5叶片可溶性糖含量增幅最大，是对照的4.4倍。油棕叶片可溶性蛋白（SP）含量随着温度的降低呈上升趋势，10 ℃时RYCR2叶片可溶性蛋白含量最高，为4.83 mg/g，显著高于对照;10 ℃时RYCR3叶片可溶性蛋白含量增幅最大，是对照的2.8倍。低温胁迫下油棕叶片脯氨酸（Pro）含量随着温度的降低呈升高的趋势，10 ℃ 时RYCR2叶片脯氨酸含量最高，为46.10 μg/g，显著高于对照;增幅也最大，是对照的1.7倍。

2.2 不同低温处理对油棕叶片总酚和丙二醛含量的影响

低温胁迫处理下，9个油棕品种叶片TF、MDA含量变化如表2所示。低温胁迫下油棕叶片TF含量随着温度的降低呈上升趋势。15 ℃时RYNG1叶片TF含量最高，为15.19 mg/g，显著高于对照;10 ℃时RYCR5叶片TF含量增幅最大，是对照的1.99倍。低温胁迫下油棕叶片的丙二醛（MDA）含量随着温度的降低整体呈上升趋势，10 ℃的RYMY8叶片MDA含量最高，为101.29 nmol/g，显著高于对照;RYNG1、RYCR2叶片MDA含量增幅较小。

2.3 不同低温处理对油棕叶片抗氧化酶活性的影响

低温胁迫处理下，9个油棕品种叶片抗氧化酶活性变化如表3所示。油棕叶片SOD活性随着温度的降低呈升高的趋势，15 ℃时RYCR3叶片SOD活性最高，为3.39 U/g，显著高于对照;15 ℃时RYCR4叶片SOD活性增幅最大，是对照的2.5倍。油棕叶片POD活性总体随着温度的降低呈先升高再降低的趨势，RYMY8、RYMY9的POD活性总体随着温度的降低而逐渐升高。15 ℃时RYCR5叶片POD活性最高，为126.05 U/g，显著高于对照。油棕叶片CAT活性总体随着温度的降低呈逐渐升高的趋势。10 ℃时RYCR6叶片CAT活性最高，为 37.71 U/g，显著高于对照;RYMY8叶片CAT酶活性增幅最大，是对照的2.4倍。

2.4 不同品种油棕各指标隶属函数值和综合评价结果

通过对低温胁迫下油棕叶片的可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、总酚（TF）、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量和SOD、POD、CAT8酶活性等8项抗寒相关生理指标变化幅度的隶属函数值求平均值，按其大小排序得到9个油棕抗寒性的综合评价结果（表4），表明9个油棕的抗寒能力表现为RYCR2>RYCR3>RYNG1>RYCR6>RYCR4>RYMY8>RYCR5>RYMY9>RYCR7。

3 讨论与结论

油棕起源于热带雨林，对低温的抵御能力较弱，在长期的栽培、引种和驯化中，其抗寒性也逐渐增强[12-13]。SS、SP、Pro是植物细胞内重要的渗透调节物质，在低温胁迫下渗透调节物质含量的增加能够改变细胞质浓度，提高细胞的保水能力，进而有效缓解低温对植物细胞的伤害[14]，其含量的高低也能从一定程度上反映抗寒性的强弱[15-16]。SS与水结合形成束缚水，提高原生质的黏度，能够降低细胞的凝固点，植物中SS含量越高，植物的抗寒性越强[17]。9个油棕品种的SS含量在温度逐渐降低的过程中逐渐上升，其中RYNG1、RYCR2、RYCR3的SS含量上升的幅度最大，这表明这3个品种在低温胁迫下能够积累大量的SS，缓解低温造成的细胞损伤，提高抗寒性。9个油棕品种的SP含量在温度逐渐降低的过程中逐渐上升，其中RYCR2、RYCR3、RYMY8的SP含量上升的幅度最大，这表明这3个品种在低温胁迫下能够积累大量的SP，增强对低温胁迫的抗性。在一般情况下，植物细胞的Pro含量较低，在低温胁迫下Pro迅速积累，外源喷施Pro能够增强植物的抗寒性[18]。9个油棕品种的Pro在15、10 ℃处理下迅速积累，其中RYNG1、RYCR3、RYMY8的Pro含量上升的幅度最大，表明这3个品种在低温胁迫下能够积累大量的Pro，增强对低温胁迫的抗性。

低温胁迫下细胞内会产生大量的活性氧，包括超氧阴离子自由基（O-2·）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（·OH-）、一氧化氮（NO）等[19-20]。过量的活性氧积累会对蛋白质、核酸和脂质等生物大分子造成损伤，从而影响其正常的生理生化功能[21]。MDA是活性氧与脂质发生过氧化反应的终产物，会引起蛋白质、核酸等生物大分子的交联结合，且具有细胞毒性[21]。RYNG1、RYCR2、RYCR3的MDA含量在低温胁迫下的积累量明显低于其他品种，表明受低温胁迫的影响较小。酚类物质是植物重要的非酶类抗氧化剂，在逆境胁迫下，酚类物质的积累能够有效清除活性氧的积累[21]。不同油棕品种在低温胁迫下的酚类物质变化差异较大，其中RYNG1、RYCR3、RYCR5的TF含量上升的幅度最大，表明这3个品种在低温胁迫下能够积累大量的酚类物质，增强对低温胁迫的抗性。SOD、POD、CAT是植物细胞内重要的抗氧化酶，通过清除膜脂过氧化产生的活性氧来保护细胞免受伤害，减少细胞膜损伤，提高植物的抗寒能力。低温胁迫下SOD、POD、CAT活性的高低也能在一定程度上反映植物的抗寒能力。9个油棕品种在低温胁迫下SOD、POD、CAT活性都有不同程度的上升，其中RYCR4、RYCR6、RYNG1在低温胁迫下SOD、POD、CAT活性上升的幅度高于其他品种，这表明RYCR4、RYCR6、RYNG1在低温胁迫下对活性氧的清除能力较强。

由于油棕树体高大，本研究采用油棕叶片离体低温处理的方式模拟低温胁迫，同时基于与抗寒性密切相关的生理生化指标的变化进行抗寒性的评估。植物抗寒性是多个因素综合控制的，包括形态结构、解剖结构、生理生化指标等，全面的抗寒性评估须对这些指标进行综合分析，同时还须结合田间调查的结果。本试验利用隶属函数对油棕叶片在低温胁迫下的生理生化指标综合分析，得出9个油棕品种的抗寒性表现为RYCR2> RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。

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