低温对草莓生理特性的影响

李春生，王敏敏，陈晓丹，杨朝科

(贵州省黎平县气象局，贵州 黎平 557300)

0 引 言

众所周知，草莓是我国主要设施作物之一，有水果皇后之称，其果实的肉质鲜爽可口、营养丰富，在医药方面也有不俗影响，深受人们喜爱，需求量在不断增加，草莓的栽培也成为了造福人民群众的种植业之一[1]。然而，在种植草莓过程中，低温冻害、雪害、风害等气象灾害时有发生，对草莓生长影响严重，不仅影响产量还影响品质和果型，造成经济效益上的损失[2]，特别是低温灾害的影响最严重。前人研究表明，温度低于适宜生长条件会致使植物体产生富余的活性氧而形成对细胞膜的脂过氧化过程，蛋白质性状改变以及核苷酸的损害,严重时会使细胞死亡[3]，不同物种在不同低温胁迫下抗氧化酶活性变化已有相关报道[4-6]，罗娅等[6-7]研究表明草莓在极度低的温度胁迫处理下,叶片活性氧会剧烈变化积累于体内,导致抗氧化酶增多，与此同时,可溶性蛋白质含量迅速增加,细胞因此得到保护，可溶性糖含量逐渐增加，叶绿素含量随胁迫时间的延长而下降；樊国华等[8]研究壳聚糖和水杨酸的抗寒性机理知道，其可通过对草莓本身系统的保护膜，降低外界因严重低温胁迫产生的活性氧，以保护细胞膜功能的稳定性,增强草莓在恶劣低温环境中的抗寒能力，从而达到锻炼提升破环性环境适应能力，植物自身抗寒性存在差异，既受自身从母体植株继承的遗传物质，又受外界自然环境的变化的双重制约[9]。段世萍等[10]在植物受低温危害的生理机理研究中发现，低温环境会使植物体的生长代谢紊乱，在一定指标上引起植物体的生理变化，严重时可能引起植物体组织功能不同程度失灵，乃至死亡；Anita Sonsteby等[11]研究表明总植物干重和叶面积随温度和光周期的增加而增加；在调节草莓植物的生长和发育条件时，其温度、日照长度和光强度占主导。

因此，研究低温对草莓叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖、光响应曲线的影响，以探讨草莓抗低温防御体系的调节作用，揭示草莓在短期低温胁迫下的响应机制，为设施草莓的管理提供决策支持，可有效加强草莓对低温胁迫的防御能力。

1 材料和方法

1.1 试验材料

选取南京六合地区农户种植的“红颜”(beauty)草莓苗62珠，茎高12～15 cm，茎粗0.8～1.0 cm，于2016年8月在南京信息工程大学Venlo试验温室内进行培育。温室长30.0 m、宽9.6 m、顶高5.0 m、肩高4.5 m，苗床长8 m、宽1 m、深0.5 m。统一培育于土壤、水分和养分等条件一致的基质中，每月施一次有机肥，3个月后剔除长势差的草莓苗，选择生长健壮且生长状况基本一致的草莓苗移入盆中栽培，作为试验材料。

1.2 试验方法

将盆内栽培的草莓苗放入人工气候箱(TGP-2009,Australian)中进行处理，试验设计为低温单因素试验，温度设置为0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3个处理水平，水分条件和光照条件一致，每个处理时间分别为3、5、7 d，重复3次，以常温下生长的草莓作为对照ck。

1.3 项目测定

Ha=13.95×L665-6.88×L649

(1)

Hb=24.96×L649-7.32×L665

(2)

Ha表示叶绿素a的浓度,Hb表示叶绿素b的浓度，L665表示提取液在波长665下的吸光度，L649表示提取液在波长649下的吸光度。

1.3.2可溶性蛋白含量测定 采用考马斯亮蓝G-250染色法[13]测定可溶性蛋白含量，试验经验公式:

H=(c·Vm/V)/M

(3)

H为样本蛋白含量，c为查标准曲线每管蛋白质含量，Vm为提取液总体积，V为测定所取提取液体积。

1.3.3 可溶性糖含量的测定 采用蒽酮比色法[14]测定可溶性糖的含量。试验经验公式(4)与式(3)相同：

确定各热料仓矿料和矿粉的用量。必须从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配接近目标配合比，以确定各热料仓矿料和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡。

H=(c·Vm/V)/M

(4)

H为样本可溶性糖含量，c为查标准曲线每管可溶性糖含量，Vm为提取液总体积，V为测定所取提取液体积。

1.3.4 光响应曲线的测定 应用LI-6400测定净光合速率Pn，设置光合有效辐射PAR梯度为1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、150、50和0 μmol·m-2·s-1，由LI-6400绘出净光合速率的点11个，后用Photosynthesis软件得出光补偿点、光饱和点。

1.4 数据分析

LI-6400测光响应曲线，采用Microsoft Office Excel 2013、SPSSV21进行相关数据的统计计算、分析和作图。

2 结果和分析

2.1 低温对草莓叶片叶绿素a、b含量的影响

表1是各低温处理水平下叶绿素a、b的含量，结果显示相同低温水平处理下，胁迫时间越长，对于草莓叶片中的叶绿素a和叶绿素b的影响越显著，其含量随低温胁迫时间的延长而下降。结果表明，0 ℃处理7 d得到的叶绿素a含量下降水平明显，ck下降0.1 mg·g-1，较ck下降6倍。对于所有处理，最小值普遍出现在7 d处理组，与高冠等[15]研究的番茄花期叶绿素含量变化以及白青华等[16]人对辣椒幼苗叶片叶绿素变化结论一致。叶绿素b相对叶绿素a下降不明显。

相同时间水平处理下，0 ℃处理的叶绿素a含量低于4 ℃和8 ℃处理，都显著高于ck，且4 ℃处理低于8 ℃，处理3 d的值显示8 ℃叶绿素a的含量与0 ℃、4 ℃、ck 3组差异显著，处理5 d的值(4 ℃、8 ℃)两组与0 ℃、ck差异显著，而处理7 d的叶绿素a含量0 ℃和4 ℃、8 ℃、ck差异显著。

表1表明，同一时间处理下，温度高的叶绿素b含量普遍高，但也有例外。处理3 d的值除0 ℃外与ck都差异显著，处理5 d的值4 ℃、8 ℃两组与ck差异显著，而处理7 d的叶绿素b含量0 ℃与4 ℃、8 ℃、ck差异显著。

表1 低温处理对叶绿素a、b的影响Tab.1 The effect of low temperature treatment on chlorophyll a and chlorophyll b

2.2 低温对草莓叶片可溶性蛋白的影响

图1是0 ℃、4℃、8℃处理下草莓叶片可溶性蛋白含量随时间变化，从图1a可知草莓叶片受到低温胁迫的影响，随时间的延长，此时草莓叶片中的可溶性蛋白含量趋势先上升后下降，处理3 d的可溶性蛋白含量为1.87 mg·g-1，处理5 d的可溶性蛋白含量变成3.46 mg·g-1，当处理7 d时，可溶性蛋白含量下降为2.03 mg·g-1。胁迫时间除了3 d的可溶性蛋白含量低于ck值以外，其余都高于ck，高出的范围为10%～50%。

图1b可知，草莓叶片在受到低温破坏性试验后，随胁迫时间的延长，可溶性蛋白含量呈现先升高后降低的趋势，处理3 d的值为2.13 mg·g-1，处理进行5 d的值为3.88 mg·g-1，处理进行7 d的值为2.58 mg·g-1。处理的可溶性蛋白含量普遍高出21%～73%。

图1c可知，草莓叶片受到低温胁迫的影响，随时间的延长草莓叶片中的可溶性蛋白含量趋势先升高后下降，处理3 d的可溶性蛋白含量为2.02 mg·g-1，处理5 d的可溶性蛋白含量变成4.02 mg·g-1，当处理7 d时，可溶性蛋白含量下降为3.62 mg·g-1。处理的可溶性蛋白含量普遍高出70 %～110%。

图1 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8 ℃(c)可溶性蛋白随时间的变化Fig.1 The changes in 0 ℃(a),4℃(b)8 ℃(c)-soluble protein over time

图2表明，随着处理的时间延长，可溶性蛋白含量呈现出现上升后降低的趋势变化，且处理5 d和处理7 d的可溶性蛋白含量值均显著高于ck。处理中以8 ℃的含量值最高，ck的可溶性蛋白含量最低。3 d处理，0 ℃、4 ℃、8 ℃、ck差异都不显著；5 d处理时0 ℃与8 ℃差异显著，0 ℃、4 ℃、8 ℃ 3组与ck差异显著；7 d处理，8 ℃和0 ℃、4 ℃两组差异显著，8 ℃和ck差异显著，0 ℃和4 ℃差异不显著。处理结束时各温度处理高于ck 10 %～58%。

图2 低温处理可溶性蛋白动态变化Fig.2 Dynamic changes of soluble protein under lowtemperature treatments

综合上述结果，低温胁迫下随时间的延长可溶性蛋白含量先升后降，与朱政等[17]可溶性蛋白含量先下降后上升结论不同，且普遍高出ck的可溶性蛋白含量，与沙伟等[18]对扎龙芦苇分析的可溶性蛋白含量明显降低,但仍高于对照组结论大致相同，且与林健忠[19]的结论一致。

2.3 低温对草莓叶片可溶性糖的影响

0 ℃低温处理，图3a表明，草莓在受到低温破坏性处理后，随着时间的推移，可溶性糖的变化呈现出下降趋势，下降幅度在加大。处理3 d的可溶性糖含量为6.13 mg·g-1，处理5 d的可溶性糖含量变成5.87 mg·g-1，处理7 d时可溶性糖含量下降为2.24 mg·g-1。除了处理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各处理均显著高于ck，高出的范围为23%～38%。

图3 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)可溶性糖随时间的变化Fig.3 The changes in 0 ℃(a)、4 ℃(b)、8℃(c)-soluble sugar over time

4 ℃低温处理，图3b表明，较低温度的胁迫对于草莓叶片的可溶性糖含量的变化，随着时间的延长，可溶性糖的变化呈现出下降趋势，下降幅度在有所加大。当胁迫进行3 d，可溶性糖含量为6.61 mg·g-1，至5 d的可溶性糖含量变成6.38 mg·g-1，处理7 d时可溶性糖含量下降为2.48 mg·g-1。除了处理7 d的可溶性糖低于ck外，其余各处理均高于ck，高出的范围为30%～54%。

8 ℃低温处理，图3c表明，低温对于草莓叶片可溶性糖含量的影响，随时间的延长，草莓叶片中的可溶性糖含量是下降趋势，处理3 d的可溶性糖含量为6.84 mg·g-1，处理5 d的可溶性糖含量变成6.52 mg·g-1，当处理7 d时，可溶性糖含量下降为3.41 mg·g-1。除了处理7 d的可溶性糖浓度低于ck外，其余处理均普遍高出ck处理的可溶性糖含量50%～57%。

受低温的影响，可溶性糖含量变化由图4得出，随低温处理时间的延长，可溶性糖含量总体呈下降趋势。3 d处理，4 ℃、8 ℃两组与ck差异显著，0 ℃与ck差异显著，0 ℃与4 ℃、8 ℃两组差异显著；5 d处理，结果与3 d处理相同；7 d处理，0 ℃、4 ℃两组与ck差异显著，8 ℃与ck差异显著。

图4 低温处理可溶性糖动态变化Fig.4 The dynamic changes of soluble sugar under lowtemperature treatments

综合上述结果，低温胁迫下随时间的延长可溶性糖的含量显著降低，普遍高出ck的可溶性糖含量，之后低于ck，与林健忠[19]12h后的可溶性糖变化趋势一致，但和李小安[20]对扁蓿豆种子的结论相反。在同一时间不同温度下，8 ℃处理明显高于其他组温度的，这结果与崔国文[21]对紫花苜蓿种子结论相悖，可能因其品种不同而有差异。

2.4 低温对草莓叶片光响应曲线的影响

由图5a可知，在净光合速率一定时，温度为8 ℃的光响应曲线比4 ℃、0 ℃的光合有效辐射要小，在图5b中ck对照组最高，8 ℃被4 ℃超过，在图5c中0 ℃此时大于4 ℃，4 ℃有波动在1 500之后又上升。研究表明，同一时间不同温度处理，净光合速率为ck和8 ℃对照组高于其他温度处理，4 ℃高于0 ℃，与解政强等[22]与彭寿强等[23]的结论大体一致，也有不同，在5 d中出现了4 ℃高于8 ℃，7 d中0 ℃高于4 ℃的情况，这可能是低温对呼吸作用的抑制大于光合作用的抑制。

图5 光响应曲线Fig.5 Light response curve

光补偿点是许多植物在光照条件恶劣的环境中能充分利用光的指标。从表2可知草莓“红颜”3 d 8 ℃的光补偿点要高于其他两组不同温度处理，而在5 d 8 ℃和4 ℃大于ck对照组(725μmol·m-2·s-1)。在7 d的处理中，ck和8 ℃光补偿点大于其他两组温度的值。表明光补偿点同一时间不同胁迫，普遍温度高的大于温度低的，这与李晓靖[24]对木荷新萌枝的研究一致。

表2 光合参数Tab.2 The effect of low temperature treatment on photosynthetic parameters

光饱和点(LSP)是净光合速率不再随光合有效辐射继续增加的点，光饱和点也是许多植物在光照条件强烈的环境中利用光的指标。从表2可以看出8 ℃的光饱和点都高于其他温度，3 d处理下，ck对照组的光饱和点最大，而5 d处理中8 ℃光饱和点最大，在7 d处理中与5 d结果一致。与光补偿点结论一致。

3 结论与讨论

①不同的恶劣环境中，不同植被叶绿素含量也各有不同[25]。叶绿素有两种成分，包括叶绿素a和叶绿素b，8成以上的叶绿素a和所有的叶绿素b的功能是对光能的摄取和移动搬运。研究表明，适宜程度的低温胁迫能够锻炼植株的逆境适应程度，促进草莓的生理反应，刺激叶片叶绿素的产生，对光合作用有利，但过度的低温迫害会使草莓光合作用能力受到摧残。

②可溶性蛋白质中对水分的亲近是显著的，当其含量在植物中增加，对植物体本身的益处是其保水能力一定程度上增强[19]，可溶性蛋白对羟自由基有较好的清除作用[26]。一定低温的锻炼下，可溶性蛋白含量会增加，其保水能力加强，而过度低温会使其保水能力丧失，可溶性蛋白含量下降。

③可溶性糖在渗透调节中起重要作用，可通过调节植物细胞的渗透势，以此提高水分的吸收能力，此时糖分升高能减轻呼吸作用对植物体的破坏[19]。可溶性糖决定植物器官合成和同化物的转运、积累以及最终产量的形成。研究表明适宜低温下促进糖分的积累，减轻植株在低温逆境的迫害。当温度过低或低温持续时间过长，植株受到迫害，糖分无法累积。

低温环境会使草莓对弱光有适应性，但长时间处于恶劣环境，会使植株死亡。