印度梨形孢和CaCl2对香蕉抗寒性的影响

王 斌, 林芳柯, 李 丹, 刘嘉鹏, 黄玉吉, 程春振,2

(1.福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；2.山西农业大学园艺学院，山西 太谷 030801)

香蕉属于芭蕉科芭蕉属(Musa)大型草本植物，是世界上驯化最早也是最重要的果树之一[1-2].我国是重要的香蕉种植国，栽培面积居世界第五，产量居世界第二.然而，我国香蕉主产区大都地处亚热带，不属于香蕉最适种植区，冬季常有寒潮入侵.2008年，受低温霜冻天气的影响，广西省香蕉的受灾面积高达其栽培总面积的97%，苗木和果实均受到不同程度的冻害，造成了7亿多元的经济损失[3].2016年1月下旬，受极端的雨夹雪、结冰、冰雹、冻雨等寒冻灾害天气的影响，广西香蕉全产区均受到了严重的灾损[4].2020年12月末及2021年1月初的两次寒潮对我国香蕉主产区造成了巨大的经济损失.受恶劣天气的影响，近些年来我国香蕉的进口量呈波动式上升趋势[5]，产区优势未能充分体现.因此，提高植株的抗寒性对于香蕉产业的健康发展意义重大.

钙作为一个主要的第二信使，在抵御逆境胁迫时可以有效防止膜系统损伤和离子渗漏，有稳定膜结构和维持膜完整性的作用.研究表明，外源施用CaCl2能够有效减轻低温对香蕉的伤害，减缓叶绿素降解，提高植物抗寒物质的含量或活性，提高香蕉的抗寒性[6-8].

印度梨形孢(Piriformosporaindica)是印度学者Varma et al在印度西部拉贾斯坦邦的塔尔沙漠中发现的一种类丛枝菌根真菌[9].印度梨形孢宿主范围广泛，对宿主植物的促生增抗作用已被广泛证实[10-11].印度梨形孢对宿主植物抗寒能力的提高作用也有了一些成功报道.如：Varma et al[12]研究表明，在低温环境下印度梨形孢可以提高12种蔬菜的种子萌发率，促进生物量的积累；Murphy et al[13]研究表明，印度梨形孢定殖可以提高大麦在低温条件下的产量；Alizadeh et al[14]研究表明，印度梨形孢可以通过影响抗氧化酶活性促进绿豆在低温条件下的生长.与丛枝菌根真菌不同，印度梨形孢还可以定殖在十字花科植物上.有研究指出，印度梨形孢可以通过上调CBF等冷胁迫响应相关基因的表达进而提高拟南芥的抗寒能力和冷害后的恢复能力[15].香蕉是印度梨形孢的理想宿主[16-17]，有印度梨形孢定殖的香蕉不仅生根和生长情况显著优于无定殖对照，抗热和抗病能力也显著提升[18-19].

本研究以冷敏感栽培香蕉种质‘天宝蕉’(Musaacuminatecv. ‘Tianbaojiao’)幼苗为材料，研究外源CaCl2喷施和印度梨形孢定殖处理对其抗寒性的影响，旨在为CaCl2和印度梨形孢在香蕉等作物上的抗寒生产应用提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料

供试印度梨形孢菌株和‘天宝蕉’幼苗均由福建农林大学园艺学院提供.

1.2 试验设计

经过增殖、生根和炼苗后，取长势相对一致的‘天宝蕉’幼苗移栽入营养土盆钵中，置于人工气候室培养2个月后，选取长势均一、高度约为20 cm的6～7叶期幼苗分成两组(每组20株)，一组接种印度梨形孢，一组不接种.印度梨形孢发酵液制备参照程春振等[20]的方法，为确保印度梨形孢的定殖，印度梨形孢接种组每间隔3 d浇一次，共浇3次.之后将两组香蕉苗进一步各分为两组：一组在叶片上喷施2 g·L-1CaCl2溶液至有液滴落下，每隔3 d喷施一次，共喷施6次；另一组喷施无菌水.由此，香蕉苗被分为未做处理的对照组(CK)、喷施CaCl2处理组(T1)、接种印度梨形孢处理组(T2)以及喷施CaCl2和接种印度梨形孢复合处理组(T3)，共4组.最后，将4组香蕉苗再各分成2组，分别置于4和28 ℃光照培养箱中培养.每组设5个生物重复.培养12 h后观察和记录幼苗表型，然后取第2片叶用于生理生化指标的测定.

1.3 生理生化指标的测定

采用电导法[21]测定4和28 ℃培养的香蕉苗第2片叶的电解质相对渗透率.使用5 mm直径的打孔器在叶片上打出15个叶圆片，放入含有15 mL蒸馏水的试管中，另取一个试管，加入等量蒸馏水作为空白对照.利用抽气机使试管内部真空换气10 min，再置于常温30 min后测定第1次的电导率(K1)，将试管放入沸水中处理10 min后测定第2次的电导率(K2)，以未经处理的空白对照组的电导率(C)作为本底.电解质渗透率/%=(K1-C)/(K2-C)×100.

过氧化氢(H2O2)浓度、丙二醛(malondialdehyde, MDA)浓度和可溶性糖含量采用苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒测定，具体操作按其说明书进行.

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2019软件进行数据统计，使用SPSS软件分析各组样品间各指标在0.05水平的差异显著性.

2 结果与分析

2.1 CaCl2和印度梨形孢处理对香蕉幼苗表型的影响

28 ℃条件下，3种处理方式对香蕉幼苗表型均无显著影响，而4 ℃处理12 h后4组样品间表现出明显的受害症状差异(图1).其中：CK组幼苗受害症状最为严重，叶片表现出卷曲萎缩和大面积水渍症状；T1、T2和T3组幼苗也出现冷害症状，但叶片卷曲程度明显轻于CK组，水渍程度也更轻.

图1 28和4 ℃处理12 h后4组‘天宝蕉’幼苗表型Fig.1 Phenotypes of ‘Tianbaojiao’ seedlings after treatments at 28 and 4 ℃ for 12 h

2.2 CaCl2和印度梨形孢处理对香蕉叶片电解质渗透率、H2O2浓度和MDA浓度的影响

图2显示：28 ℃条件下，CK组香蕉叶片的电解质渗透率最高，与T1、T2、T3组的差异不显著；4 ℃条件下，CK、T1、T2和T3组的电解质渗透率均升高，分别为28 ℃处理的1.72、1.85、1.68和1.55倍，其中,CK组与T1组的差异显著(P<0.05)；4 ℃条件下，T1组的电解质渗透率低于CK组，但未达到显著水平(P>0.05)，而T2和T3组的电解质渗透率显著低于CK组(P<0.05).

图3和图4显示：28 ℃条件下，T1、T2和T3组香蕉叶片的H2O2和MDA浓度均高于CK组，T1和T3组的H2O2浓度显著高于CK组(P<0.05)，T2和T3组的MDA浓度显著高于CK组(P<0.05)；4 ℃条件下，CK、T1、T2和T3组的H2O2浓度升高，CK、T2和T3组的H2O2浓度显著高于各自的28 ℃处理组(P<0.05，分别为28 ℃处理组的2.76、1.67和1.33倍)，CK和T1组的MDA浓度均显著升高(P<0.05，分别为28 ℃处理组的2.1和1.32倍)，而T2和T3组略有下降(P>0.05，分别为28 ℃处理组的90.32%和93.63%).

2.3 CaCl2和印度梨形孢处理对香蕉叶片可溶性糖含量的影响

图5显示：28 ℃条件下，T1、T2和T2组香蕉叶片的可溶性糖含量均显著高于CK组，分别为CK组的1.3、1.23和1.6倍；相较于28 ℃，4 ℃条件下的CK和T1组的可溶性糖含量均显著升高(P<0.05，分别为28 ℃处理组的1.72和1.16倍)，T2组略有升高(P>0.05，为28 ℃处理组的1.12倍)，而T3组显著下降(P<0.05，为28 ℃处理组的80.92%)；4 ℃处理12 h后，T1、T2和T3组的可溶性糖含量均显著低于CK组(P<0.05，分别为CK组的97.91%、80.4%和75.61%).

3 讨论

3.1 外源喷施CaCl2和根系定殖印度梨形孢可以通过影响叶片H2O2和MDA的浓度提高香蕉抗寒性

逆境条件下，植物细胞Ca2+浓度会发生变化，并由此引发植物一些特定的生理反应以进行自我保护和调节[22].张永福等[23]研究表明，25 ℃条件下，20 mmol·L-1CaCl2处理组的假连翘叶片中的H2O2浓度显著高于未处理的对照组，随着Ca2+浓度的下降，H2O2浓度也逐渐下降.本研究结果表明，28 ℃条件下，CaCl2喷施和复合处理组的香蕉叶片H2O2浓度显著高于CK组，而单独的印度梨形孢处理对其影响不显著.说明CaCl2在调节叶片H2O2浓度方面的作用更显著.大量研究表明，CaCl2处理可以降低低温胁迫下植物叶片H2O2浓度.如Wang et al[24]研究表明，10 mmol·L-1CaCl2处理能够显著抑制低温胁迫下结缕草叶片H2O2浓度；韩晓村[25]研究表明，15 mmol·L-1CaCl2处理可以减少低温胁迫下西瓜叶片中H2O2的积累.本研究结果显示：4 ℃处理后，T1、T2和T3组香蕉叶片H2O2浓度均显著低于CK组，说明CaCl2和印度梨形孢均可抑制低温胁迫下香蕉叶片H2O2的积累.

低温会导致细胞膜透性大幅增大，造成离子大量渗漏，最终导致组织受损或死亡.同时，细胞膜的损伤会加剧MDA的积累，对植物造成毒害作用[26].本研究结果表明：28 ℃条件下，T1、T2和T3组香蕉叶片的MDA浓度显著高于CK组，这可能与多次喷施CaCl2和接种印度梨形孢对植株造成胁迫有关.王小媚等[27]研究表明，经300 mg·L-1CaCl2处理的番木瓜抗寒性最好，减少了低温胁迫下叶片MDA的积累；杨芮[28]研究表明，印度梨形孢定殖可以减轻低温胁迫下红掌细胞膜受损程度，降低MDA浓度，提高植株耐寒性.本研究结果表明，低温处理后，印度梨形孢处理组和复合处理组香蕉叶片相对电解质渗透率均显著低于CK组和CaCl2喷施处理组，MDA浓度也低于CK组；此外，本研究结果还表明，低温处理后的CK组和CaCl2处理组香蕉叶片MDA浓度与28 ℃相比均上升，而印度梨形孢处理组和复合处理组变化不大.进一步说明印度梨形孢能够增强低温下细胞膜的稳定性，提高香蕉对低温的耐受能力.

3.2 外源喷施CaCl2和根系定殖印度梨形孢可以通过调节叶片可溶性糖含量提高香蕉抗寒性

低温条件下，植物体内的可溶性糖含量增加，进而可以提高细胞液的浓度、减少低温损伤[29].研究表明，可溶性糖含量高且随着温度下降而变化平稳的品种，其抗寒性强，反之则抗寒性弱[30].李利兰[31]指出，CaCl2处理能使低温下辣椒细胞内可溶性糖含量保持在较高的水平，从而提高其抗寒性；刘雪琳等[32]研究表明，印度梨形孢定殖可以提高逆境胁迫下水稻叶片可溶性糖含量，以维持细胞的正常代谢.本研究结果表明：28 ℃条件下，T1、T2和T3组香蕉叶片可溶性糖含量显著高于CK组；4 ℃处理后，CK、T1和T2组可溶性糖含量均有所升高，T1和T2组的可溶性糖含量上升幅度低于CK组，变化相对平稳，说明经CaCl2和印度梨形孢处理的香蕉，其抗寒性更强.值得注意的是：T3组香蕉叶片可溶性糖含量在4 ℃处理后有所下降，这可能与其自身抗寒能力更强，12 h的4 ℃低温处理下不需要大量积累可溶性糖用于降低低温损伤有关.

3.3 外源喷施CaCl2和根系定殖印度梨形孢复合处理对香蕉抗寒能力的促进效果最佳

Meents et al[33]研究表明，印度梨形孢与拟南芥根系共生初期，拟南芥细胞中的Ca2+浓度升高，说明Ca2+可能是印度梨形孢与植物互作的一个早期信号.本研究结果表明：CaCl2和印度梨形孢处理均能提高香蕉耐寒性，两种处理均能显著降低4 ℃低温和28 ℃处理下香蕉叶片的相对电解质渗透率，显著提高28 ℃处理下的可溶性糖含量，抑制4 ℃低温处理下的H2O2浓度、MDA浓度和可溶性糖含量的增加.二者的作用效果也存在一定的差异：印度梨形孢定殖在降低低温条件下叶片的相对电解质渗透率，提高28 ℃条件下MDA浓度等方面的效果优于CaCl2处理，CaCl2处理则在调节叶片H2O2积累方面的效果更显著.而二者的复合处理表现出明显的协同作用，对香蕉抗寒能力的促进效果优于单独处理.

综上可以看出，根系定殖印度梨形孢和叶片喷施CaCl2处理均能提高香蕉的抗寒能力.二者复合处理的效果最佳，有应用于香蕉田间防寒减灾的潜力.