低温胁迫对秋石斛‘三亚阳光’成苗生理特性的影响_莫顺金.pdf
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1、热带作物学报 2023,44(2):317-325 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-04-24;修回日期 2022-06-12 基金项目 国家重点研发计划项目子课题(No.2019YFD1001003);海南省重大科技计划项目(No.ZDKJ2021015);海南省自然科学基金高层次人才项目(No.320RC722)。作者简介 莫顺金(1997),女,硕士研究生,研究方向:花卉遗传育种。*通信作者(Corresponding author):尹俊梅(YIN Junmei),E-mail:;徐诗涛(XU Shitao),E-mail:。低温
2、胁迫对秋石斛三亚阳光成苗生理特性的影响 莫顺金1,2,4,何嘉琦2,4,陆顺教2,4,张志群2,4,尹俊梅3,4*,徐诗涛1*1.海南大学园艺学院,海南海口 570228;2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部华南作物基因资源与种质创制重点实验室,海南海口 571101;3.中国热带农业科学院海口实验站,海南海口 571101;4.海南省热带观赏植物种质资源创新利用工程技术研究中心,海南儋州 571737 摘 要:秋石斛(Dendrobium spp.)是一类原产于热带地区的观赏植物,适合在高温高湿的环境栽培,易受到低温胁迫。为探究秋石斛成苗对低温胁迫的生理响应及耐寒性,本研
3、究以秋石斛三亚阳光成苗为试验材料,观察及测定在 15、10、5低温胁迫处理 1、2、4、8 h 和 1、2、4、8、16 d 后的外部形态变化和生理指标,统计各处理材料恢复生长后的落叶率,分析各处理材料的可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛和叶绿素含量,以及电导率等抗寒生理指标变化规律,并根据不同温度处理的相对电导率,拟合 Logistic 方程计算半致死温度(LT50),进行低温半致死温度(LT50)和抗寒生理指标相关性分析,探究不同低温环境下秋石斛成苗形态及生理响应特性,了解其生长发育的规律。结果表明,低温胁迫导致秋石斛三亚阳光成苗的相对电导率、游离脯氨酸含量、丙二醛含量及落叶率均随着
4、胁迫时间的延长明显增长,且处于较高水平;可溶性蛋白含量和可溶性糖含量不断波动,处于先上升后下降,再上升的状态;而叶绿素含量则逐渐减少,经 5处理 16 d 后的叶绿素含量降到最低,含量为 0.2534 mg/g。通过相关性分析发现游离脯氨酸含量、丙二醛含量、落叶率均与半致死温度有极显著的相关性,叶绿素含量与半致死温度呈显著相关性,推测这些生理指标含量可作为三亚阳光成苗耐寒性鉴定的主要指标。本研究结果为确定秋石斛三亚阳光成苗耐寒鉴定指标和处理秋石斛冷害问题提供了理论依据,并为进一步研究秋石斛对低温损伤的抗性奠定了基础。关键词:秋石斛;成苗;低温胁迫;生理特性;耐寒性 中图分类号:S682.31
5、文献标识码:A Effects of Low Temperature Stress on the Physiological Characteris-tics of Dendrobium Sonia Hiasakul Mature Plant MO Shunjin1,2,4,HE Jiaqi2,4,LU Shunjiao2,4,ZHANG Zhiqun2,4,YIN Junmei3,4*,XU Shitao1*1.School of Horticulture,Hainan University,Haikou,Hainan 570228,China;2.Tropical Crops Geneti
6、c Resources Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Haikou,Hainan 571101,China;3.Haikou Experimental Station,Chinese Academy of Tropical Agricultural Scienc
7、es,Haikou,Hainan 571101,China;4.Hainan Engineering Technology Research Center of Tropical Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization,Danzhou,Hainan 571737,China Abstract:Dendrobium is a class of ornamental plants native to tropical regions,suitable for cultivation in high tem-perature and
8、 high humidity environment,and susceptible to low temperature stress.To investigate the physiological response and cold tolerance of Dendrobium to low temperature stress,Dendrobium Sonia Hiasakul mature(SH)were treated in temperature 15,10 and 5 for 1 h,2 h,4 h,8 h,and the physiological indexes and
9、morphological changes of SH were surveyed 1 d,2 d,4 d,8 d and 16 d after.The changes of physiological indexes included soluble 318 热带作物学报 第 44 卷 protein,soluble sugar,free proline,malondialdehyde(MDA),chlorophyll content,electrical conductivity and the defo-liation rate of the treated plants.Based o
10、n the relative conductivity of different temperature treatments,a Logistic equa-tion was fitted to calculate the half-lethal temperature(LT50)of SH,and a correlation analysis between the half-lethal temperature at low temperature(LT50)and the physiological indexes of cold resistance was conducted,wi
11、th the aim to investigate the morphological and physiological response characteristics of SH under different low temperature envi-ronment and to understand the pattern of its growth and development.The electrical conductivity,free proline,malondialdehyde(MDA)content and the defoliation rate of SH in
12、creased significantly with the extension of the stress time and the soluble protein and soluble sugar content fluctuated continuously,in a state of rising,falling,then rising again.The chlorophyll content decreased gradually,reaching the lowest 0.2534 mg/g treated at 5 for 16 d.Correla-tion analysis
13、 revealed that the free proline,malondialdehyde(MDA),defoliation rate and semi-lethal temperature were all highly significantly correlated and chlorophyll content and semi-lethal temperature were significantly correlated,and it was speculated that the content of the physiological indicators was rela
14、ted to the cold resistance characteristics of SH.The study would provide a theoretical basis for determining the cold tolerance identification index and dealing with cold damage in SH,and lay a foundation for further research on the resistance of Dendrobium hybrids to low temperature damage.Keywords
15、:Dendrobium;mature plant;low temperature stress;physiological properties;cold resistance DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.02.011 秋石斛(Dendrobium spp.)别名蝴蝶石斛,是兰科石斛属多年生草本植物,其花色艳丽丰富,且花期较长,深受大众喜爱。秋石斛是重要的切花材料和盆花种类,是许多国家和地区花卉产业的重要组成部分,如澳大利亚、泰国、新加坡等。据统计,我国花卉行业的市场规模在 2018 年已达1562 亿元,2019 年达 1656 亿元1。我国花卉市场形
16、式逐渐改变,正在形成“西南地区的鲜切花,东南地区的苗木和盆栽,西北寒冷地区的种球,东北地区的花卉加工业”等四大生产布局2。在此环境下,大力发展秋石斛花卉产业对地方经济、农民就业等有着至关重要的意义。温度在植物生长过程中是一个十分重要的影响因子,不同的生育期对温度的要求都不一样3。例如温度过高或过低都会使蝴蝶兰难以抽出花梗4,持续足够的低温条件才能让春石斛完成花芽分化5,当气温每升高 1时,兰科植物的结实物候期提前 2.6 d6,由此可见适宜的温度对植株生长发育十分重要。秋石斛原产于热带及亚热带的一些岛屿和国家,是典型的热带兰,因此对生长环境有着十分严格的要求,在气温为 2530,湿度为 60%
17、70%的环境中才能正常生长和开花7。其独特的生长条件使得我国仅有少部分地区能进行生产,海南是全国唯一全部位于热带地区的省份,地处热带北缘,也是目前我国秋石斛的主要产地。但即使在海南,冬季秋石斛栽培仍会受到低温的影响,例如在 2016 年的低温气候就导致海南省东方市多个秋石斛品种受到低温损伤,甚至无法正常越冬8。随着全球环境气候的变化,秋石斛更加容易遭受低温逆境胁迫。2021 年 1 月海南省多地气温创多年来 1 月上旬新低,全岛平均气温降幅达 711,部分乡镇最低气温降至 5以下,严重影响了秋石斛的冬季供花。且兰花暴露在寒冷下,植株外部形态会明显发生变化,叶片变黄,植株倒伏等大大影响了兰花的观
18、赏性,对产业发展十分不利。我国引入秋石斛的时间较晚,对其基础研究仍较少,目前针对秋石斛的研究主要集中在栽培管理9-10、花色11-12及组织培养13-14等方面。在耐寒性方面研究相对欠缺,文献报道较少,因此,本研究以市场上广泛栽培品种三亚阳光成苗为试验材料,通过测定不同低温条件下叶片生理指标变化规律,探索其对不同程度低温耐受时间,以期为三亚阳光成苗生产中应对低温逆境问题提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料 以栽植于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所热带兰花资源圃内的秋石斛三亚阳光成苗为试验材料,挑选生长健壮,状态良好,长势相对一致的植株,株高约 3540 cm,苗龄为15 个月。1
19、.2 方法 1.2.1 试验设计 将植株放在温度梯度分别为15、10、5的人工气候培养箱中,光暗比 14 h/10 h,光强为 20 000 lx,相对湿度为 85%,在此第 2 期 莫顺金等:低温胁迫对秋石斛三亚阳光成苗生理特性的影响 319 环境下分别设置 0(CK)、1、2、4、8 h 和 1、2、4、8、16 d 的低温处理时间,每个处理 20 株,设5 次生物学重复。处理结束后,将植株放回苗圃内恢复生长,观察记录落叶情况,并统计落叶率,同时观察开花情况。1.2.2 样品采集 各低温处理结束后的植株随机采集 5 株顶端的全展叶片,用超纯水将叶片表明擦拭干净,后剪碎叶片混匀,用于各项生理
20、指标的测定。测定相对电导率的植株设置同样的栽培环境,温度梯度为 10、5、0、5,分别低温处理 12 h,同样随机取 5 株顶端的全展叶片用于电导率测定。每个处理重复 5 次,取平均值。1.2.3 测定方法 可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛、叶绿素及可溶性糖含量的测定方法分别参照李合生15的考马斯亮蓝法、磺基水杨酸比色法、硫代巴比妥酸法、95%乙醇浸提法、蒽酮比色法进行测定。1.3 数据处理 实验数据为 5 次重复,利用 Excel、SPSS、Origin 等软件进行数据统计分析和作图。2 结果与分析 2.1 低温胁迫对秋石斛成苗生理指标的影响 2.1.1 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白是植物体内一
21、种重要的调节物质,能在植物感受到低温时起到一定的保护作用。由图 1A 可以看出,在不同低温处理下,秋石斛三亚阳光的成苗叶片中可溶性蛋白含量呈现出一定规律,整体规律为降低上升降低上升。在低温前期处理条件下,可溶性蛋白含量的下降可能是由于秋石斛对低温产生的应激反应,到 1 h 后又全部上升。15和 5处理的叶片在 2 h又下降,到 1 d时下降至最低点。而 10处理则从 1 h 上升至 4 h 后又显著下降,到 2 d 时下降至最低点,然后从最低点持续上升直至最高点,而 15和 5处理从 1 d 上升至 4 d后又下降,到第 8 天时才显著上升。2.1.2 可溶性糖含量 低温会影响植物水分的吸收,
22、可溶性糖是新陈代谢的主要原料,可溶性糖含量的增多能提高细胞渗透浓度,增强保水能力,是一个重要的抗寒性指标。在 10与 15低温胁迫下,秋石斛三亚阳光成苗叶片中可溶性糖含量变化差异并不明显(图 1B),与可溶性蛋白量变化类似,刚开始略微下降,且变化趋势一致,后又呈现上升,下降,上升的变化规律。但是 5处理时含量变化呈现较大差异,在处理 1 h 时就上升至最高值,可能是由于 5低温胁迫程度较大导致可溶性糖含量大幅度增长来避免较低温度带来的伤害,上升至 1 h 含量又显著下降至 4 h,之后又上升,到第 8 小时持续下降,直至第 8 天到达最低点后又迅速上升,变化幅度较大,与另外 2 种温度处理的可
23、溶性糖含量变化不太一致。2.1.3 游离脯氨酸含量 由图 1C 可以看出 15处理时,游离脯氨酸含量一直处于上升状态,但幅度较小,5与 10处理时波动上升,但增加趋势较大,而 5处理的游离脯氨酸含量在第 8天上升至峰值后,随着处理天数的增加,游离脯氨酸含量不升反降,有可能是此温度太低,在这种强度温度下,秋石斛成苗的自身保护系统受到了破坏,造成了生理损伤,导致合成的游离脯氨酸含量下降。到 16 h 时 3 种温度处理的秋石斛 三亚阳光成苗叶片游离脯氨酸含量都显著比对照高,其中 10时含量最高。游离脯氨酸是一种广泛存在于植物体内的蛋白质组分,本研究中游离脯氨酸含量变化和 MDA 含量变化类似,在
24、3 种低温处理下整体呈相近的上升趋势,表明这 2 类物质含量在低温胁迫下敏感程度类似。2.1.4 MDA 含量 丙二醛(MDA)是脂膜过氧化的最终分解产物,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。从图 1D 中可以看出,秋石斛三亚阳光成苗叶片 MDA 含量在 3 种低温处理下整体呈上升趋势,其中 5处理时除了从第 2 小时至第 4 小时有小幅度下降外,整体含量增长十分明显,表明植株在处理过程中持续受低温伤害。15处理在开始持续上升,从 4 h 到 2 d 时间范围内含量不断波动,2 d 后又持续上升到达最高点,表明植株在刚开始受到低温胁迫时受到伤害后,一段时间后出现了一定适应性,但是 2 d 后
25、 MDA含量不断增多,表明随着处理时间越久植株受到的伤害加剧。10处理时开始小幅度下降,4 h时持续上升至第 4 天,之后又下降至第 8 天才上升至最高值。3 种温度处理的 MDA 含量均在第16 天时到达最高值,且含量相近,说明低温胁迫随着处理时间的延长加剧了 MDA 含量的积累。2.1.5 叶绿素含量 叶绿素是植物光合作用必不可少的一种色素,叶绿体对低温较为敏感,低温胁迫会对叶绿体内造成伤害,破坏叶绿素结构,使得相关合成酶活性降低导致叶绿素合成速率降低,而且分解速度加快,进而减少叶绿素积累16。320 热带作物学报 第 44 卷 从图 1E 中可以看出,秋石斛三亚阳光成苗叶片的叶绿素含量
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