低温胁迫对葛藤幼苗生长发育及生理特性的影响_赵文武.pdf

53卷南 方 农 业 学 报 3068收稿日期：2022-07-04基金项目：国家自然科学基金项目（32060391）；贵州省科技计划项目（黔科合支撑 2021 一般155，黔科合平台人才 2021 5636，黔科合基础 2020 1Z026）通讯作者：赵丽丽（1981-），https:/orcid.org/0000-0001-5735-7666，博士，教授，主要从事牧草种质资源及育种研究工作，E-mail：zhaolili_第一作者：赵文武（1998-），https:/orcid.org/0000-0003-2200-155X，研究方向为牧草种质资源及育种，E-mail：低温胁迫对葛藤幼苗生长发育及生理特性的影响赵文武，黄莉娟，赵丽丽*，王雷挺，谢文辉（贵州大学动物科学学院，贵州贵阳550025）摘要：【目的】探明低温对葛藤幼苗生长发育和生理生化指标的影响，为葛藤种质耐低温鉴定及合理选育抗冷害性强的种质提供参考依据。【方法】以葛藤种质为试验材料，采用盆栽土培试验，在光照培养箱预培养一周后，以昼/夜25/20 为对照（CK），设2个温度梯度进行低温处理，分别为轻度低温胁迫（记为LD，昼/夜15/10）和重度低温胁迫（记为SD，昼/夜10/5），测定不同处理葛藤幼苗的生长状况和生理生化指标，再结合相关性、主成分分析和隶属函数进行综合评价。【结果】随温度下降，葛藤幼苗的生长速度减缓，叶片变小，水含量下降，相对电导率上升。可溶性糖、脯氨酸（Pro）等渗透调节物质含量上升；丙二醛（MDA）含量上升但差异不显著（P0.05）；过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等保护酶活性上升，过氧化氢酶（CAT）活性下降，但始终保持在较高水平；内源激素中脱落酸（ABA）、赤霉素（GA3）和玉米素（ZT）含量均呈先升高后降低，生长素（IAA）含量呈下降趋势。相关分析结果表明，葛藤幼苗生长速度与MDA含量呈显著（P0.05，下同）负相关，ABA含量与可溶性糖含量和相对电导率分别呈显著和极显著（P0.05）；the activities of protective enzymes such as peroxidase（POD），superoxidedismutase（SOD）and ascorbate peroxidase（APX）increased and catalase（CAT）activity showed a decreasing trend butalways remained at a high level；the content of endogenous hormones such as abscisic acid（ABA），gibberellin（GA3）andzeaxanthin（ZT）showed an increasing trend and then decreased；the content of auxin（IAA）showed a decreasing trend.The correlation analysis indicated that growth rate was significantly（P0.05，the same below）negatively correlated withMDA content；ABA content was significantly negatively correlated with relative conductivity，and soluble sugar content11期30690引言【研究意义】低温是植物生长周期中最常见的非生物胁迫之一。当环境温度长时间低于植物生长所需的适宜温度时，就会对植物形成低温胁迫，根据严重程度可分为冷害（一般为010）和冻害（一般在0 以下）（宋静爽等，2019），植株遭受严重冻害时甚至会发生死亡。冷害多发生在我国高纬度的东北和高海拔的云贵高原等地区（蔡志欢和张桂莲，2018）。葛藤（Pueraria lobata）为豆科（Legumino-sae）多年生藤本植物，在我国分布广泛，尤其在我国南方各地数量较多，其根、茎、藤均可入药，作为牧草和饲料加工原材料时可用于防治动物的某些疾病，具有良好的饲药合用特质。葛藤具有耐贫瘠、耐干旱、抗病虫害能力强等特点，还具有喜钙性及岩生性特征，能在土壤和水分严重亏缺的石漠化地区生长，可作为石漠化治理的先锋植物（陈俊等，2014）。作为高蛋白的饲草资源，葛藤藤茎生长旺盛，可常年提供青绿饲料（郑霞等，2018），能有效缓解我国南方高蛋白牧草季节性不均衡的问题。葛藤喜欢温暖的气候，适宜生长温度为2226 （陈俊等，2014），在冷害发生区，低温成为限制葛藤生长的首要因素。因此，研究葛藤在低温下的生长状况，对葛藤种质的耐低温鉴定及在西南地区的推广应用具有重要意义。【前人研究进展】生理生化指标可作为评价植物抗寒性的重要指标。正常环境下，细胞内活性氧（ROS）的产生和清除处于动态平衡（Mittler et al.，2011），低温会引起ROS大量积累，进而诱导膜脂过氧化并产生丙二醛（MDA）（Velikova et al.，2000）。植物会形成一系列复杂的酶和非酶防御系统来维持这一动态平衡（Uemura et al.，2003）。田丰等（2018）对低温处理后的小麦幼苗进行研究，发现超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性及脯氨酸（Pro）等渗透调节物质含量均随温度的降低而升高，以抵抗低温带给小麦的不良影响。李倩等（2021）指出当植物遇到低温冷害时可能会造成生理代谢活动失调，表皮细胞死亡。盖志佳等（2021）指出低温会导致种子萌发降低、产量与质量严重下降，抗病性减弱等不利影响。低温还会诱导植物体内激素活性和含量发生改变，进而对植物的生长代谢过程产生影响。逆境胁迫能诱导植物内源脱落酸（ABA）积累，提高植物的抗逆性（刘海卿等，2016），赤霉素（GA）可提高植物体内生长素的含量，调节自由水和束缚水比例，从而对植物的抗寒能力产生影响（Qu et al.，2016）。马学才等（2021）研究发现油菜可通过增加ABA合成，同时适当减少生长素（IAA）和GA合成来抵御低温。【本研究切入点】葛藤在我国西南地区可作为优质的牧草饲料来源和环境保护植物物种。目前，与葛藤相关的研究主要集中在其水土保持（丁艳芳，2003）、饲用价值（张倩，2011）、药用价值（尹乐斌等，2016；房伟，2017）、种子萌发（谭景晨等，2021）等方面，而针对葛藤对低温胁迫响应的研究鲜见报道。葛藤喜温，低温对其生长不利，对葛藤的耐低温性研究还有待加强。【拟解决的关键问题】以葛藤种质为试验材料，采用盆栽土培试验，设轻度和重度低温胁迫处理，对比分析不同低温处理下葛藤幼苗的生长速度、叶形态、内源激素和生理生化指标变化情况，探明葛藤幼苗耐冷性的生理生化机制，揭示葛藤响应低温的关键机制，为葛藤种质耐低温鉴定及及合理选育抗冷害性强的种质提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料供试葛藤种子由江苏园林绿化种子公司提供。采取盆栽试验，花盆长50 cm、宽20 cm、高15 cm，栽培基质为自然土 蛭石 腐殖质=1 1 1。1.2试验方法挑选籽粒饱满、种胚完整、无霉变、大小基本一致的葛藤种子，先用次氯酸钠溶液浸泡20 min，再用was highly significantly（P0.01）negatively correlated with relative conductivity；POD content was significantly positive-ly correlated with IAA content.According to the characteristic values，the indexes was divided into 6 principal compo-nents.Combined with the membership function analysis，it was found that low temperature would bring negative effectson the growth of P.lobat.【Conclusion】Low temperature has adverse effects on the growth of P.lobata，but P.lobata seed-lings resist the adverse effects of low temperature stress by enhancing osmoregulation，increasing protective enzyme activi-ty，increasing the content of growth-inhibiting endogenous hormones，and decreasing the content of growth-promoting hor-mones in vivo.Key words：Pueraria lobata；low temperature stress；physiology and biochemistry；endogenous hormones；lowtemperature tolerance identificationFoundation items：National Natural Science Foundation of China（32060391）；Guizhou Provincial Science andTechnology Plan Project（QKHZC 2021 Yiban 155，QKHPTRC 2021 5636，QKHJC 2020 1Z026）赵文武等：低温胁迫对葛藤幼苗生长发育及生理特性的影响53卷南 方 农 业 学 报 3070蒸馏水冲洗45次后于常温下萌发，出苗后，每盆选取生长良好且长势基本一致的葛藤幼苗12株，移入盆栽，置于光照培养箱（昼/夜=25/20，光周期12 h/12 h，光照强度30000 LX，相对湿度75%）进行预培养一周。温度设2个水平梯度，分别为轻度低温胁迫（记为LD，昼/夜15/10）和重度低温胁迫（记为SD，昼/夜10/5）；以昼/夜25/20 为对照（CK）（条件同预培养）。每处理3个重复。在胁迫第10 d采用随机法每盆挑选3株葛藤，分别测量各项生长指标，并取新鲜的葛藤叶片用锡箔纸包住迅速置于液氮中速冻，保存于-80 冰箱中用于测量各项生理指标。1.3测定项目及方法1.3.1生长指标测定生长速度：每盆挂牌3株分别在胁迫前和胁迫最后1 d测量对应株高，计算生长速度，生长速度（cm/d）=（胁迫后高度-胁迫前高度）/生长天数。叶形态：用Epson Perfection V800 Photo（印度尼西亚）扫描仪扫描第3片完全展开功能叶的叶形态，每盆3株。干鲜比：每盆取3株完整的葛藤植株，洗净后吸水纸吸干称重，然后烘干至恒重再次称重，计算干鲜比。1.3.2生理生化指标测定称重法测定水含量（来强等，2008）；浸泡法测定相对电导率（高俊凤，2006）；可溶性糖、Pro和MAD含量及SOD、POD、CAT和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性采用北京索莱宝科技有限公司试剂盒测定，测定方法均按照说明书进行操作。采用北京索莱宝科技有限公司试剂盒通过酶联免疫吸附测定法（ELISA）进行植物组织内ABA、GA3、玉米素（ZT）、IAA等激素含量测定（Zhao et al.，2006）。1.4耐低温能力综合评价采用主成分分析法，将各处理葛藤叶片的18个生长及生理生化指标进行降维，并筛选出抗冷性综合指标，最后采用隶属函数法综合评价葛藤的抗冷能力。综合指标隶属函数值（U）：U（Xj）=XjXminXmaxXmin，j=1，2，3，n式中，Xj表示第j个综合