椰子抗寒相关生理生化指标筛选及评价

曹红星，雷新涛，刘艳菊，孙程旭，张如莲

（1.中国热带农业科学院椰子研究所/ 海南省热带油料作物生物学重点实验室，海南 文昌 571339；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737）



椰子抗寒相关生理生化指标筛选及评价

曹红星1，雷新涛1，刘艳菊1，孙程旭1，张如莲2

（1.中国热带农业科学院椰子研究所/ 海南省热带油料作物生物学重点实验室，海南 文昌 571339；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737）

摘 要：以2年生海南高种椰子、红矮椰子和香水椰子3个椰子品种的幼苗为材料，根据温度的日变化规律，设置不同的低温度处理，分别为CK（自然温度处理）、16℃（T1处理）、12℃（T2处理）、8℃（T3处理），利用相关性分析、聚类分析和主成分分析法研究了低温胁迫下椰子叶片MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、游离脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的变化，对抗寒密切相关的生理生化指标进行筛选，对不同椰子品种的抗寒性进行评价。结果表明：根据不同品种抗寒性相关生理生化指标变化幅度的不同，抗寒性强弱依次为海南高种椰子＞红矮椰子＞香水椰子。脯氨酸含量和POD活性与其他指标相关性高，不同低温处理间差异较大，可以聚为不同类分别代表渗透调节物质和保护酶类的指标，主成分分析结果表明，这2个指标可反映其他指标信息，可作为椰子抗寒鉴定指标。

关键词：低温胁迫；椰子；生理生化指标

椰子（Cocos nucifera L.）属棕榈科典型的热带喜温作物［1］，最适生长温度为26～27℃。一年中若有1个月的平均温度为18℃，其产量则明显下降，若平均温度低于15℃，就会引起落花、落果和叶片变黄。因此，低温对椰子的生长发育和产量有较大影响。如果抗寒育种取得突破性进展，将对提高椰子在低温季节的产量、扩大椰子的种植面积、推动椰子产业的发展起到重要作用，但抗寒品种在生产和育种中的应用还应建立在对其抗寒性的鉴定和抗寒生理的认识基础上［2］。

低温对椰子生长和产量影响的研究较少，目前仅有寒害之后的落裂果数及植株、叶片受害表现等的调查研究，认为不同椰子品种对冬季低温耐受力不同，落裂果程度有所不同，在所调查品种中，落裂果最严重的是黄矮，海南高种椰子落裂果最少；本地椰子品种耐寒性较好，香水椰子的耐寒性较差［3-5］。有研究采用电导法分析了5个椰子品种在低温胁迫后细胞原初部位原生质膜受低温处理后渗透性发生变化，配合Logistic方程，确定不同椰子品种的半致死温度在7.34～12.44℃之间，容易受寒害影响［6］。但有关对椰子抗寒相关生理生化指标筛选的研究还未见报道。因此，本研究通过分析3个椰子品种（海南高种椰子、红矮椰子和香水椰子）在不同低温胁迫处理下生理生化指标的变化，筛选出与抗寒相关的生理生化指标，为抗寒种质资源的早期筛选鉴定和抗寒品种的培育提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试3个椰子品种（海南高种椰子、红矮椰子和香水椰子）取自海南省文昌市中国热带农业科学院椰子研究所育苗基地，选取生长健壮、长势一致、无病害的2年生盆栽苗。

1.2 试验方法

试验于2014年2月开始进行，选取生长一致的盆栽苗在植物光照培养箱（型号RXZ-280B）中进行低温胁迫，以正常自然条件下盆栽处理为对照（CK），根据自然条件下温度的日变化进行模拟，设置16℃（T1）、12℃（T2）、8℃（T3）3个低温处理（表1）。放入光照培养箱中处理21 d后，以顶端下第2～3片叶定为样品叶进行取样，每个处理3株。叶片相对电导率（REC）采用DDS-307型电导率仪［7］测定，相对含水量采用饱和吸水的方法［8］测定，叶绿素含量采用分光光度法［8］测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法［8］测定，可溶性糖含量采用蒽酮乙酸乙酯法［8］测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法［8］测定，游离脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮比色法［8］测定，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性采用张治安等［9］的方法测定。每个生理生化指标重复测定3次。

利用Excel软件对原始数据进行统计，然后采用SPSS软件和DPS软件对数据进行方差分析、Duncan多重比较分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析。

表1 不同处理的温度日变化

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对椰子幼苗叶片渗透调节物质变化的影响

由表2可知，海南高种椰子、红矮椰子和香水椰子叶片的MDA、可溶性糖含量都随着处理温度的降低呈现上升趋势，变化幅度依次为香水椰子＞红矮椰子＞海南高种椰子，对照和各处理间都达到差异显著的水平。

3种椰子的叶片可溶性蛋白、脯氨酸含量在不同低温处理下也呈上升的变化趋势，其中海南本地高种变化幅度最大，香水椰子最小，可能与不同品种的抗寒能力有关。尤其可溶性糖含量在不同处理间的差异都达到显著或极显著水平，该指标对低温处理反应较快，变化明显，与抗寒性的关系较为密切。

表2 低温胁迫对3个品种椰子幼苗叶片渗透调节物质变化的影响

2.2 低温胁迫对椰子幼苗叶片保护酶活性的影响

从表3可以看出，3种椰子的SOD、POD、CAT、APX活性变化都随着处理温度的降低呈现先上升后下降的趋势，尤其POD活性在不同低温处理下变化较为明显，对照和各处理间的差异都达到极显著水平，该指标可能对低温的反应较为敏感，可在抗寒鉴定时加以利用。

表3 低温胁迫对3个品种椰子幼苗叶片保护酶活性活性的影响

2.3 不同低温胁迫下3种椰子生理生化指标相关性分析

由表4可知，可溶性糖含量与MDA含量呈极显著正相关；可溶性蛋白含量分别与脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性和APX活性呈极显著正相关；脯氨酸含量分别与SOD活性、POD活性、CAT活性和APX活性呈极显著正相关；SOD活性分别与POD活性、CAT性呈极显著正相关，与APX活性呈显著正相关；POD活性分别与CAT活性和APX活性呈极显著和显著正相关。由此可知，可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、CAT活性、APX活性、SOD活性和POD活性与其他指标间的相关性较高。

2.4 不同低温胁迫下椰子生理生化指标聚类分析

根据聚类分析结果（图1）可知，MDA含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性、脯氨酸含量和CAT活性先聚为一类，即为相似水平类；再与APX活性进行聚类，最后再与POD活性进行聚类。其中APX活性和POD活性都是单独为一类，无相似项。同为一类的指标可以进行简化，用一个因素代表其他因素。在第一类群中，可溶性蛋白含量和脯氨酸含量与其他指标间的相关性均较高，但在方差分析中脯氨酸含量在不同处理下差异较大，不同处理间差异均达显著或极显著水平，因此脯氨酸含量可以作为低温处理下渗透调节指标的代表。APX活性和POD活性虽然都单独聚为一类，在相关性分析时，APX活性和POD活性与其他指标间的相关性都较高，但在方差分析中，POD活性在不同处理间都达到显著差异水平，可以选择POD活性为保护酶活性的代表指标。

表4 3个椰子品种抗寒生理生化指标相关性分析

图1 椰子抗寒相关生理生化指标聚类结果

综合相关性分析、方差分析和聚类分析的结果，椰子抗寒鉴定指标可以简化为脯氨酸含量和POD活性两个主要指标，其中脯氨酸含量为渗透调节指标，POD活性为保护酶活性的代表指标。

2.5 不同低温胁迫下椰子生理生化指标主成分分析

由表5可知，选取特征值λ＞1的前2个主成分，提供的信息量分别为62.190%和28.538%，其累计方差贡献率达到90.728%，说明前2个主成分能代表原来生理生化指标的大部分（90.728%）信息，表明主成分分析能较好地将原始信息约化在主分量中。

表5 方差分解主成分提取分析结果

由表6可知，可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性和APX活性在主成分1上有较高载荷，说明主成分1基本反映了这些指标的信息；MDA含量和可溶性糖含量在主成分2上有较高载荷，说明主成分2基本反映了MDA含量和可溶性糖含量两个指标的信息。可见，提取这2个主成分可以基本反映全部指标的信息，因此决定用2个新变量来代替原来的8个变量。

表6 初始因子载荷矩阵

3 结论与讨论

对作物进行抗寒性鉴定的方法较多，如聚类分析方法、隶属函数法、模糊评判法和主成分分析法等［10-13］。其中聚类分析不需要人为设定权值，保证了结果数据的客观统一，而用主成分分析法把性状指标进行降维压缩，将分散在一组变量上的信息集中到某几个综合指标。运用主成分分析法和系统聚类方法对抗寒密切相关指标进行分析，简化后的抗寒评价指标可以反映指标的绝大部分信息，使筛选的抗寒指标更具有代表性和全面性，为科学评价作物的抗寒性提供理论依据［14］。相关研究表明，在低温胁迫下，大叶女贞叶片丙MDA含量和可溶性糖含量出现“上升趋势越早、上升幅度越大，其抗寒性越差”［15］的现象；抗寒性强的葡萄品种可溶性全蛋白随着温度下降增加的幅度大；抗寒性差的品种下降增加的幅度小［16］。本研究结果表明，随着处理温度的降低，3个椰子品种的MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量都呈现上升趋势，MDA含量和可溶性糖含量变化幅度表现为香水椰子＞红矮椰子＞海南高种椰子，可溶性蛋白含量和脯氨酸含量的变化幅度表现为海南高种椰子＞红矮椰子＞香水椰子，3种椰子的抗寒性表现为海南高种椰子＞红矮椰子＞香水椰子，这与本课题组之前的研究结果［6］相似。3种椰子的SOD、POD、CAT和APX活性随着处理温度的降低，呈现先上升后下降的趋势，表明其可通过提高酶活性来增强对低温的适应性，但椰子对低温较为敏感，随后活性下降，甜樱桃、茶树、杨树和石榴等植物上也有类似试验验结果［17-19］。

对不同抗寒生理生化指标相关性分析的结果表明，可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、CAT活性、APX活性、SOD活性和POD活性与其他指标间的相关性较高。对上述数据采用聚类分析法，同一相似类别可选用一个指标因子代表其他指标因子，与方差分析、相关性分析和主成分分析研究的结果相结合，椰子抗寒鉴定指标可以简化为脯氨酸含量和POD活性两个指标，且可以反映出绝大部分信息。

通过对椰子抗寒相关生理生化指标筛选及其评价的研究发现，海南高种椰子的抗寒性较强，香水椰子的抗寒性较差，脯氨酸含量和POD活性两个指标与椰子的抗寒性密切相关，可在椰子抗寒鉴定评价时加以利用。

参考文献：

［1］ 冯美利，李杰，王必尊. 我国椰子综合研究进展概述［J］. 中国热带农业，2007，5（1）：30-31.

［2］ 赵松林，曹红星. 椰子种质资源的收集、保存、鉴定评价及创新利用［M］. 北京：中国农业出版社，2012.

［3］ 冯美利，刘立云，李杰. 海南椰子寒害落（裂）果调查初报［J］. 中国南方果树，2008，37（5）：49-51.

［4］ 唐龙祥，牛聪，杨伟波. 中国椰子寒害及其对策研究［J］. 热带农业科学，2013，31（10）：92-94.

［5］ 牛启祥，孙程旭，王萍.雷州半岛椰子资源及寒害调查［J］.热带农业科学，2013（11）：32-35.

［6］ 曹红星，宋唯一，孙程旭，等. 应用电导率法及Logistic方程测试椰子幼苗耐寒性研究［J］. 广西植物，2009，29（4）：510-513.

［7］ 李合生. 植物生理生化实验原理和技术［M］. 北京：高等教育出版社，2000.

［8］ 王学奎. 植物生理学实验指导［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

［9］ 张治安，张美善，蔚荣海. 植物生理学实验指导［M］. 北京：中国农业科学技术出版社，2004.

［10］ 胡尚连，曹颖，段宁，等. 不同类型竹种抗寒性的灰色关联与聚类分析［J］. 福建林学院学报，2010，30 （4）：327-332.

［11］ 刘自刚，孙万仓，杨宁宁，等. 冬前低温胁迫下白菜型冬油菜抗寒性的形态及生理特征［J］. 中国农业科学，2013，46（22）：4679-4687.

［13］ 玉苏甫·阿不力提甫，阿依古丽·铁木儿，帕提曼·阿布都热合曼，等. 利用隶属函数法综合评价梨砧木抗寒性［J］. 中国农业大学学报，2014（3）：121-129.

［14］ 姜丽娜，张黛静，宋飞，等. 不同品种小麦叶片对拔节期低温的生理响应及抗寒性评价［J］. 生态学报，2014，34（15）：4251-4261.

［15］ 林艳，郭伟珍，徐振华，等. 大叶女贞抗寒性及冬季叶片丙二醛和可溶性糖含量的变化［J］. 中国农学通报，2012，28（25）：68-72.

［16］ 张连杰，李鹏程，郭佳鑫，等. 低温处理对4个葡萄砧木品种抗寒生理指标的影响［J］. 中外葡萄与葡萄酒，2014（2）：26-29.

［17］ Gill S S，Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants［J］. Plant Physiology and Biochemistry，2010，48（12）：909-930.

［18］ 杨雪梅，苑兆和，尹燕雷，等. 不同石榴品种抗寒性综合评价［J］. 山东农业科学，2014，46（2）：46-51.

［19］ Sadeghi H，Robati Z. Response of Cichorium intybus L. to eight seed priming methods under osmotic stress conditions ［J］. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology，2015，4（4）：443-448.

（责任编辑 张辉玲）

Identification and comprehensive evaluation of cold resistance indexes of coconut

CAO Hong-xing1，LEI Xin-tao1，LIU Yan-ju1，SUN Cheng-xu1，ZHANG Ru-lian2
（1. Coconut Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Key Biological Laboratory of Tropical Oil Crops，Wenchang 571339，China；2. Tropical Crops Genetic Resources Research Institute，Chines Acadeiny of Tropical Agricultural Sciences，Danzhou 571737，China）

Abstract：Taking two years old Hainan tall coconut，red dwarf coconut and aromatic coconut seedlings as materials，four low temperature treatments，including CK （natural temperature treatment），16℃ （T1 treatment），12℃ （T2 treatment），8℃ （T3 treatment） were designed according to the daily temperature change regularity. After treated for 21 days，the changes of malondialdehyde （MDA）content，soluble sugar content，soluble protein content，free proline content，superoxide dismutase （SOD） activity，peroxidase （POD） activity，catalase （CAT） activity，ascorbate peroxidase （APX） activity were analyzed. The data were treated by pertinence analysis，clustering analysis，principal component analysis for cold resistance indexes identification and their comprehensive evaluation of cold tolerance. The results showed that there were different change tendency of physiological and biochemical traits under low temperature treatments in different coconut varieties，the cold resistance of the three varieties were listed as Hainan tall coconut ＞ red dwarf coconut ＞ aromatic coconut. Free proline content and POD activity were highly related with other indexes，there were greater differences under different low temperature treatments，they were clustered into different classes and indicated as osmotic substance and protective enzyme index，respectively. These two indexes could reflect the information of other indexes according to the principal component analysis. Free proline content and POD activity could be identified as cold resistance evaluation indexes of coconut.

Key words：low temperature stress；coconut；physiological and biochemical index

中图分类号：S59

文献标识码：A

文章编号：1004-874X（2016）02-0049-06

收稿日期：2015-07-14

基金项目：中央级事业单位基本业务科研专项经费（1630032015012）；海南省自然科学基金（314148）

作者简介：曹红星（1977-），女，博士，副研究员，E-mail：hongxing1976@163.com