脱落酸预处理提高橡胶树芽接苗期抗寒性的研究

2016-05-30王纪坤张盈盈王立丰杨川谢贵水

热带农业工程 2016年3期

王纪坤张盈盈王立丰杨川谢贵水

摘要以热研7-33-97一蓬叶稳定的芽接苗为材料，喷施不同浓度脱落酸（ABA）溶液后，人工气候室4 ℃低温处理，观察橡胶树芽接苗期抗寒性。结果表明，喷施浓度为25-100 mg·L-1的ABA能提高橡胶芽接苗的抗冷性，有效地降低叶片相对电导率，提高叶片内游离脯氨酸的含量、叶绿素含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性；25 mg·L-1ABA预处理抗寒效果和经济性最好。

关键词橡胶树；芽接苗；冷害；脱落酸

中图分类号 S794.1

巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）是天然橡胶的重要来源[1]，为大戟科橡胶树属落叶乔木，原产巴西亚马逊河流域，是一个典型的热带雨林树种，喜高温高湿，生长在南纬0-5°范围内的热带雨林中[2]。中国橡胶种植在广东、广西、福建、云南、海南等5省区，是世界上橡胶种植纬度最高的地区。冬季受北方大陆气团所控制，温度较低，迫使橡胶树停止生长，落叶休眠越冬。北方南下冷空气使温度大幅度降低，带来连续多天的平流低温阴雨，或强烈辐射低温霜冻，使中国大部分种植区的橡胶树遭受不同程度的寒害。低温寒害每年都会发生，严重影响橡胶单产及橡胶树的经济寿命，特别是大寒入侵时橡胶生产往往遭受毁灭性的破坏[3-5]。低温寒害已逐渐成为限制中国橡胶产业向前发展的主要原因[6]。加强橡胶树抗寒性相关机制研究和抗寒栽培技术对支撑橡胶产业的发展具有重要意义。

脱落酸（Abscisic acid，ABA）是一种植物体内存在的具有倍半萜结构的植物内源激素，具有控制植物生长、抑制种子萌发及促进衰老等效应。ABA对植物适应逆境起着重要的作用，是植物的抗逆诱导因子，对细胞的微管结构有保护作用，可以使植物适应变化的环境[7]。施用外源ABA可以改变植物体内ABA的平衡状况，从而诱导植物抗冷基因的表达，增强植株的抗冷能力，因而被称为植物的“胁迫激素”[8]。笔者拟采用不同浓度ABA对橡胶树芽接苗进行处理，通过测定抗寒相关生理生化指标，探究ABA预处理橡胶树芽接苗对低温的响应效果，确定最佳施用浓度，为抗寒生产提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种热研7-33-97的芽接苗取自中国热带农业科学院橡胶研究所国家橡胶树种质资源圃，在日光温室内自然光照下进行培养。选用每植株株高60 cm左右、叶片数10片左右，健康状况良好、长势一致的植株、第一蓬叶为稳定期的芽接苗。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

ABA喷施处理采用浓度分别为0（对照）、25、50和100 mg·L-1，每处理6株，3次重复。自然条件下连续喷施5 d后，转入4 ℃人工气候室，空气相对湿度80 %，光照强度设弱光（75-100 μmol·m-2·s-1）。于处理后24、48、96和144 h选取部位相同的叶片进行各项指标的测定和幼苗耐冷性鉴定。

1.2.2 外部形态学观察与冷害分级

记录外部形态的变化及受害叶片数。冷害分级参照雷朝云[9]的标准进行，根据冷害级别计算冷害指数，计算公式为CI/%=∑（sini）/4N×100，公式中：CI为冷害指数，si为冷害级别，ni为相应冷害级别的植株数，i为冷害分级的各个级别；N为调查总植株数。

1.2.3 生理生化指标测定

质膜透性测定，将经低温处理的幼苗叶片，称重后按邓令毅等[10]研究方法测定电导率，以相对电导率表示质膜透性的大小。以叶片杀死前的电导率占杀死后（全透性）电导率的百分数表示质膜相对透性，根据处理及对照的质膜透性计算出伤害率。丙二醛（MDA）测定采用硫代巴比妥酸法[11]，游离脯氨酸的测定采用磺基水杨酸法[12]，超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法[13]，过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法[14]。

1.3 数据统计

采用IBM-SPSS 20.0单因素方差分析对数据进行统计分析，并采用OriginPro 9.0软件进行绘图。

2 结果分析

2.1 ABA预处理芽接苗叶片冷害指数鉴定

由表1可知，在低温处理下，3种浓度ABA预处理橡胶树芽接苗的冷害指数均显著低于未经ABA处理的芽接苗。50 mg·L-1ABA处理橡胶芽接苗冷害指数在24、48、96和144 h分别为13.21 %、14.77 %、15.24 %和16.11 %，显著低于0、25和100 mg·L-1ABA处理的芽接苗。

2.2 低温对ABA预处理芽接苗叶片电导率的影响

由图1可知，低温处理后对照叶片电导率在0-48 h内随胁迫时间的延长呈逐渐上升的趋势，在96-144 h呈现下降趋势；在持续低温48 h内，叶片电导率均随ABA处理浓度的增加呈现上升的趋势；当ABA浓度为25 mg·L-1时，其电导率最低。说明ABA处理能显著提高芽接苗抗寒性。

2.3 低温对ABA预处理芽接苗叶片MDA含量的影响

由图2可见，0、25、100 mg·L-1ABA处理芽接苗叶片随着低温处理时间的延长，MDA含量均呈先降后升趋势；当ABA浓度为50 mg·L-1时，MDA含量随着时间的延长呈先降后升再降的趋势；处理144 h时，50 mg·L-1ABA处理的持续冷害的橡胶幼苗叶片中丙二醛含量最低。

2.4 低温对ABA预处理芽接苗叶片游离脯氨酸含量的影响

由图3可知，对照叶片脯氨酸含量随着胁迫时间的延长呈先下降后上升趋势，但增长趋势缓慢；经ABA预处理的叶片脯氨酸含量与对照相比显著增加，呈现上升趋势。3浓度ABA处理的幼苗叶片其脯氨酸含量的第一个高峰值在冷害48 h，脯氨酸含量均在胁迫144 h达到最高，其中50 mg·L-1ABA的处理叶片游离脯氨酸含量含量最高。

2.5 低温对ABA预处理芽接苗叶片POD和SOD活性的影响

由图4A可知，对照叶片的SOD活性随胁迫时间的延长变化趋势较平缓，在低温处理48 h后，SOD活性采开始上升；经ABA预处理的叶片SOD活性在0-48 h活性较高，在96 h处下降，后在144 h上升；ABA预处理能够显著提高橡胶芽接苗叶片SOD活性，提高其抵御低温伤害的能力。由图4B可知，对照叶片的POD活性呈现持续下降趋势；50 mg·L-1ABA预处理叶片的POD活性在冷害24 h下降，在48-144 h持续上升；100 mg·L-1 ABA处理的POD活性在48h内下降，随后上升。50和100 mg·L-1 ABA预处理叶片均在冷害时提高了POD活性，减少了氧自由基的积累，减轻了低温伤害。

2.6 低温对ABA预处理芽接苗叶片叶绿素含量的影响

图5是低温条件下橡胶幼苗叶片中叶绿素含量的变化规律。与对照相比，ABA预处理叶片的叶绿素a含量一直呈上升趋势，叶绿素b亦呈上升趋势。50和100 mg·L-1 ABA预处理叶片提高寒害叶片中总叶绿素含量，但并不影响叶绿素a/b比值。

3 讨论与结论

ABA主要在叶绿体中合成，然后转移到其他组织中积累起来。研究发现不仅植物的叶片，离体的根系，特别是根尖也能合成大量的脱落酸。ABA在植物体内主要有介导植物对环境胁迫产生应答和调控种子发育过程。近年来，许多研究已证实外源ABA的施用及内源ABA含量增加能提高植物的抗寒力[15，16]。其作用机制是植物在低温胁迫时，脱落酸是通过促进水分从根系向叶片的输送，提高细胞膜的通透性，并且能迅速关闭气孔以减少水分的损失。脱落酸可诱导植物渗透调剂物质脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增高以增加细胞膜的稳定性。脱落酸能够提高植物体内保护酶的活性，降低膜脂过氧化程度，保护膜结构的完整性，增强植物抗低温能力[17]。

植物质膜透性可通过植物组织相对电导率来反映逆境条件下质膜透性的变化趋势，电导率变化越大说明质膜透性越大，对细胞膜受到胁迫条件的伤害越严重[18]。本研究结果发现，25和50 mg·L-1浓度的外源ABA能够降低低温下叶片细胞膜的相对透性，减少低温对橡胶树叶片细胞膜的伤害，能有效地保护橡胶叶片细胞膜结构，维持细胞膜的稳定性和完整性，提高橡胶树对低温胁迫的适应性。MDA是膜脂过氧化的主要产物，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱[19]。植物器官在逆境条件下或衰老时，会发生膜脂过氧化作用，引起对酶和膜的严重损伤[20]。由于MDA含量越高，膜脂过氧化程度越大，对膜和细胞造成的伤害越大。本研究结果发现，ABA处理叶片和对照之间MDA含量没有差异，说明ABA主要是通过调控保护酶活性和渗透物质的含量调控叶片抗寒性。

游离脯氨酸是植物细胞中重要的渗透调节物质，可作为衡量植物抗寒性强弱的指标[21]。ABA预处理使橡胶树芽接苗体内游离脯氨酸的含量升高，缓解了低温伤害，提高了幼苗的抗冷性。SOD是植物体内第一个清除活性氧的关键酶，能清除低温逆境下体内产生的有害物质，使植物本身尽快适应逆境而生存下来[22，23]。POD在保护酶系统中主要是起到酶促降解H2O2的作用，植物在受到低温胁迫时，可通过提高POD活性，减少低温胁迫产生超氧化物自由基的伤害[24]。笔者从相对电导率、MDA含量等变化可以发现，喷施25、50 mg·L-1 ABA溶液的芽接苗，在经历低温胁迫后相对电导率和MDA含量保持较低水平，说明其受到的低温伤害较小；从POD和SOD活性变化可知，喷施50 mg·L-1 ABA，能在低温处理前提高保护酶活性，尽管在低温后其活性上升较缓慢，也说明叶片受到低温伤害较小。再次证明ABA处理能有效提高芽接苗叶片的抗寒性。结合成本等因素，认为25 mg·L-1 ABA喷施可有效提高橡胶树芽接苗的抗寒性。

参考文献

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