低温胁迫对不同紫罗兰品种的生理特性影响

龚仲幸

摘要：以紫罗兰[Matthiola incana （L.）R. Br.]品种和谐（M. incana cv. Harmony）、灰姑娘（M. incana cv. Cinderella）为试材，分别进行15 ℃常温、6 ℃低温胁迫处理，比较了2个品种在2种温度条件下叶片相对电导率、MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD与 POD活性等指标的变化。结果表明，在15 ℃常温下，2个品种的各生理参数大部分差异不显著；但随着6 ℃低温胁迫时间的持续，2个品种的叶片相对电导率快速上升，MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD活性大部分显著增加，而POD活性持续下降。

关键词：紫罗兰[Matthiola incana （L.）R. Br.]；低温胁迫；生理特性

中图分类号：S681.2；Q948.112+.2；Q945.78 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2927-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.030

Physiological Characteristics of Different Cultivars of

Matthiola incana Under Chilling Stress

GONG Zhong-xing

（Hangzhou Vocational and Technical College， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Using Matthiola incana （L.）R. Br. cv. Harmony，M. incana cv. Cinderella as the material，effects of relative electric conductivity （REC），malondialdehyde （MDA） content，soluble proteins，soluble sugar and activities of peroxidases （POD） and superoxide dismutase （SOD） under15 ℃ norml-temperature and 6 ℃ low-temperature stress. Results showed that.The difference between the 2 cultivars were notsignificant parameters under 15 ℃ norml-temperature. Under 6 ℃ low-temperature stress，REC，MDA content increased，activities of SOD，the contents of soluble proteins，soluble sugar kept significantly increased.But the activity of POD decreased.

Key words： Matthiola incana （L.）R. Br.； low temperature stress； physiological characteristics

紫罗兰[Matthiola incana（L.）R. Br.]为十字花科（Cruciferae）紫罗兰属（Matthiola R. Br. corr. Spreng.）多年生草本植物，在园林绿化上一般作二年生花卉栽培，以供春节、劳动节花坛用花。紫罗兰花色丰富，花朵具有香味，而且花期正值季节交替、其他草花尚未开花之时，因而是理想的冬、春季花坛用花，所以在目前的花卉市场中占有一定的地位。紫罗兰的生长适温为15～18 ℃，能耐短期-5 ℃的低温[1，2]；但在华东的杭州市、上海市等地气温连续较低时，其开花和生长会受到影响；虽然可以在低温温室、塑料大棚内安全越冬，但增加了生产成本，影响了紫罗兰的大量应用。目前已有紫罗兰栽培管理的报道[2]，但对紫罗兰低温胁迫的研究鲜见，为此，试验选择紫罗兰2个耐寒性稍有差异的品种进行低温胁迫试验，探讨紫罗兰耐寒性的生理机制，以期为紫罗兰抗低温品种的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在杭州职业技术学院园艺技术实训基地内完成，供试品种为当今紫罗兰栽培中广泛应用的和谐（M. incana cv. Harmony）、灰姑娘（M. incana cv. Cinderella）2个品种，和谐的耐热性稍差于灰姑娘。紫罗兰种子从北京林业科技有限公司采购，由杭州园林花卉有限公司培育幼苗并上盆。

1.2 处理设置

选择生长一致的紫罗兰（花苞尚未形成时）若干盆，放置在杭州职业技术学院园艺基地的光照培养箱内，培养箱光照度为200 μmol/（m2·s），光/暗周期为14 h/10 h；试验设4个处理，处理1（T1）：品种灰姑娘，15 ℃常温栽培；处理2（T2）：品种灰姑娘，6 ℃低温胁迫栽培；处理3（T3）：品种和谐，15 ℃常温栽培；处理4（T4）：品种和谐，6 ℃低温胁迫栽培。每处理重复4次，每个重复T1、T3为20株（盒），T2、T4为10株（盒）。

试验开始后2个品种都先在15 ℃环境中培养2 d，然后T1、T3每个重复随机选择10株（盆），移到6 ℃低温光照培养箱中（T2、T4），以每隔4 h降5 ℃的速率降温到6 ℃，同时在试验过程中保持介质的湿润，并观察植株的受害状态。胁迫4 d后，将植株置于15 ℃的培养箱内生长（恢复）2 d；T1、T3处理分别于试验开始、培养2 d、培养4 d、培养6 d各时间段取样测定有关的生理指标；T2、T4处理分别于胁迫前（试验开始）、胁迫2 d、胁迫4 d、恢复生长2 d（15 ℃）各时间段取样测定有关的生理指标。

1.3 生理指标的测定

试验测定的植物生理指标分别是叶片相对电导率（Relative electric conductivity，REC）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量、可溶性糖（Soluble sugar）含量、可溶性蛋白（Soluble protein）含量、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性、过氧化物酶（（Peroxidase，POD）活性。测定方法分别采用朱祝军等[3]、李合生[4]、李忠光等[5]的方法。

1.4 数据处理

试验所得数据采用Microsft Office Excel 2003统计软件进行处理分析，用SAS 8.0统计软件进行差异显著性检验；用SPSS 11.0软件对紫罗兰2个品种在6 ℃低温胁迫后叶片相对电导率与其他各生理指标之间的相关性进行分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对紫罗兰叶片相对电导率的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片相对电导率的影响情况见图1。从图1可见，在15 ℃常温下生长的紫罗兰2个品种（T1、T3处理）各试验时段的叶片相对电导率变化不大，差异不显著（P>0.05）；而在6 ℃低温胁迫后，随着低温胁迫时间的持续，2个品种的叶片相对电导率快速上升（T2、T4处理），其中紫罗兰品种灰姑娘的叶片相对电导率在胁迫2 d后比胁迫前上升了142.6%，在胁迫4 d后比胁迫前上升了117.0%，差异都显著（P<0.05）；紫罗兰另一品种和谐的叶片相对电导率在胁迫2 d后比胁迫前上升了233.5%，在胁迫4 d后比胁迫前上升了273.3%，差异也都显著（P<0.05）。不过在15 ℃恢复生长2 d后，都快速下降，其中灰姑娘与胁迫前的水平无显著差异（P>0.05），和谐也仅比胁迫前高出了43.3%，但差异显著（P<0.05）。

2.2 低温胁迫对紫罗兰叶片MDA含量的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片MDA含量的影响情况见图2。从图2可见，在15 ℃常温下生长的紫罗兰2个品种（T1、T3处理）各试验时段的MDA含量无显著差异（P>0.05）。而在6 ℃低温胁迫后，随着低温胁迫时间的持续，2个品种的叶片MDA含量整体呈现上升趋势（T2、T4处理）；其中灰姑娘在低温胁迫2 d后比胁迫前上升了26.4%，与胁迫前的含量差异显著（P<0.05）；可在低温胁迫4 d后又下降到与胁迫前的含量无显著差异（P>0.05）的水平，说明灰姑娘的叶片细胞受伤害的程度较轻，表现出先上升后下降的变化趋势。而和谐在低温胁迫2、4 d后显著上升（P<0.05），分别比胁迫前上升了47.0%、53.5%。不过在15 ℃恢复生长2 d后，灰姑娘的MDA含量与胁迫前无显著差异（P>0.05），和谐的MDA含量比胁迫前上升了24.1%，与胁迫前差异显著（P<0.05），但有所下降。

2.3 低温胁迫对紫罗兰叶片可溶性糖含量的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片可溶性糖含量的影响情况见图3。从图3可见，在常温15 ℃下生长的灰姑娘叶片可溶性糖含量（T1）在培养4 d时稍有上升，并与试验开始时的可溶性糖含量差异显著（P<0.05），但与培养2 d、培养6 d的叶片可溶性糖含量差异不显著（P>0.05）；和谐的叶片可溶性糖含量（T3）在几个时间段基本一样，差异不显著（P>0.05）。随着低温胁迫时间的进程，2个品种叶片的可溶性糖含量总体呈上升趋势，其中在胁迫2、4 d时，灰姑娘分别比胁迫前上升了23.2%、31.1%，与胁迫前差异显著（P<0.05）；和谐分别比胁迫前上升了7.9%、49.8%，后者与胁迫前差异显著（P<0.05）。不过在15 ℃恢复生长2 d后，又都回返到接近于胁迫前的水平。

2.4 低温胁迫对紫罗兰叶片可溶性蛋白含量的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片可溶性蛋白含量的影响情况见图4。从图4可见，在15 ℃常温下生长的灰姑娘（T1）于试验生长2、4、6 d各时段的可溶性蛋白含量比试验开始时都有降低，并都与试验开始时差异显著（P<0.05）；而和谐（T3）各时段则基本平稳，与试验开始时的可溶性蛋白含量差异不显著（P>0.05）。但在6 ℃低温胁迫后，随着低温胁迫时间的持续，紫罗兰2个品种的可溶性蛋白含量总体呈上升趋势；其中在胁迫2、4 d时，灰姑娘（T2）比胁迫前分别上升了64.2%、22.9%，和谐（T4）比胁迫前分别上升了49.5%、85.8%。不过在15 ℃恢复生长2 d后，灰姑娘的含量反而低于胁迫前的水平；和谐的含量仍高于胁迫前，比其上升了26.9%；2个品种都与胁迫前差异显著（P<0.05）。

2.5 低温胁迫对紫罗兰叶片SOD活性的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片SOD活性的影响情况见图5。从图5可见，在常温15 ℃条件下生长，紫罗兰2个品种的叶片SOD活性在各时段都变化不大，相互之间差异不显著（P>0.05）。而在6 ℃低温胁迫后，随着胁迫时间的进程，2个品种的叶片SOD活性均呈持续上升的变化趋势，说明低温胁迫激活了SOD；其中在胁迫2、4 d时，灰姑娘（T2）比胁迫前分别上升了35.3%、46.4%，和谐（T4）比胁迫前分别上升了80.0%、274.1%，都与胁迫前差异显著（P<0.05）；即使是在15 ℃恢复生长2 d后，SOD活性仍高于胁迫前的水平，灰姑娘（T2）高15.9%，和谐（T4）高58.6%，仍然是都与胁迫前差异显著（P<0.05）。

2.6 低温胁迫对紫罗兰叶片POD活性的影响

试验测定的低温胁迫对紫罗兰叶片POD活性的影响情况见图6。从图6可见，在常温15 ℃条件下生长的灰姑娘（T1）其POD活性较高，但不稳定，在培养2、4 d时的POD活性比试验开始和培养6 d时的要高，并且差异显著（P<0.05）；而和谐（T3）各时段的POD活性虽然有差异，但差异不显著（P>0.05）。低温胁迫后，随着胁迫时间的进程，2个品种的叶片POD活性均呈持续下降的变化趋势，其中在胁迫2、4 d时，灰姑娘（T2）较胁迫前分别下降了13.2%、18.4%，都与胁迫前差异显著（P<0.05）；和谐（T4）较胁迫前分别下降了35.0%、48.7%，差异显著（P<0.05）。在15 ℃恢复生长2 d后，灰姑娘（T2）和和谐（T4）的POD活性都与胁迫前的水平之间差异显著（P<0.05）；但与胁迫4 d时的无显著差异（P>0.05）。

2.7 紫罗兰叶片相对电导率与生理指标间的相关性分析

紫罗兰2个品种在6 ℃低温胁迫后叶片相对电导率与其他各生理指标之间的相关分析结果见表1，从表1分析可见，叶片相对电导率与紫罗兰品种灰姑娘的MDA含量、可溶性蛋白含量、SOD活性均存在正相关关系，且相关极显著；与可溶性糖含量存在正相关关系，与POD活性存在负相关关系，但相关性不显著。叶片相对电导率与紫罗兰品种和谐的MDA含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性均存在正相关关系，且相关极显著；与POD活性存在负相关关系，但相关性不显著。

3 讨论

低温胁迫使植物叶片细胞膜的氧化伤害和膜透性增加，从而表现为叶片相对电导率的增加[6]；MDA含量表示细胞膜脂过氧化的轻重程度，通常用MDA含量作为膜脂过氧化的指标[6]。试验中，紫罗兰的MDA含量与叶片相对电导率之间呈极显著的正相关关系，表明MDA含量可以作为紫罗兰植物的低温胁迫指标。

有研究表明，可溶性糖与可溶性蛋白在参与细胞渗透调节、维持细胞内外的渗透平衡中起着重要作用[7]。试验中，可溶性糖含量与可溶性蛋白含量随着低温胁迫时间的持续，表现出不断增加的趋势，这与在低温胁迫下对瓜叶菊（Pericallis hybrida B. Nord.）[8]、山樱花（Prunus campanulata Maxim.）[9]、红掌（Anthurium andraeanum Linden）[10]、黄瓜（Cucumis sativus L.）[11]等植物的研究结果相一致。通过相关性分析，显示出可溶性蛋白含量与叶片电导率呈极显著的正相关关系，表明可溶性蛋白的积累可使植物有较强的渗透调节能力，从而能抵御外界逆境对植物的伤害。

正常温度下，植株体内自由基的产生与代谢不足以造成植物受到伤害，植物自身有一套起保护作用的抗氧化酶系统，这套酶保护系统有清除活性氧的能力。但当植物处于逆境状态下时，体内的活性氧大量累积，超出了抗氧化酶系统的清除能力，就会造成蛋白质变性、膜脂过氧化，甚至DNA产生变异等一系列的不良后果，从而对植物产生的一定的伤害[6-11]。在试验中，紫罗兰叶片细胞的SOD活性显著增加，与叶片的相对电导率呈极显著的正相关关系，这与在辣椒（Capsicum annuum L.）[12]、茄子（Solanum melongena L.）[13]、青榨槭（Acer davidii Franch.）[14]、过路黄（Lysimachia christinae Hance）[15]等植物上的研究结果相类似。POD的作用是清除氧代谢中所产生的H2O2以及由此产生的一些自由基，其与SOD等酶协调作用可使植物体内的自由基保持在一定的、不至于对植物自身产生伤害的平衡水平上。试验结果表明，POD的活性随着低温胁迫时间的进程呈持续下降的变化趋势，与叶片的相对电导率呈负相关关系，这与孙宗玖等[16]对狗牙根[Cynodon dactylon（L.）Pers.]的冷害协迫研究结果相一致。下一步要对POD与SOD的共同作用机制作进一步的试验研究。

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