18个香蕉种质幼苗的抗寒性鉴定

何海旺，赵明，武鹏，龙芳，邹瑜*，林茜，林贵美

(1.广西农业科学院生物技术研究所，广西南宁530007;2.广西植物组培苗有限公司，广西南宁530007)

18个香蕉种质幼苗的抗寒性鉴定

何海旺1，赵明1，武鹏1，龙芳1，邹瑜1*，林茜1，林贵美2

(1.广西农业科学院生物技术研究所，广西南宁530007;2.广西植物组培苗有限公司，广西南宁530007)

通过低温处理后的生理及形态指标变化对18个香蕉种质幼苗的抗寒性进行了鉴定。结果表明，单项生理指标所提供的抗寒相关信息有较多重叠，不能直接利用它们对香蕉的抗寒性进行准确的评价。通过主成分分析，可以将8个单项指标转化为3个综合指标对18个香蕉种质幼苗的抗寒性进行综合评价，其抗寒顺序依次为:LT＞粉杂＞金粉1号＞广东粉蕉＞SNT＞LNS＞桂蕉青7号＞HLT＞LE＞SNY＞LNF＞HA＞NLF＞HR＞桂蕉6号＞SDW＞ZNF＞HLE。依据综合得分进行系统聚类分析，可以将18个香蕉种质聚为3类，第Ⅰ类包括LT、粉杂和金粉1号3个种质，其抗寒能力最强;第Ⅲ类包括HLE、SDW、桂蕉6号和ZNF 4个种质，其抗寒能力最弱;其余的11个种质聚为第Ⅱ类，抗寒能力居中。通过形态鉴定的结果与通过生理指标综合评价的结果基本一致。

香蕉;抗寒性;生理指标;主成分分析

香蕉(Musa spp.)属热带果树，喜热怕冷［1］。在我国的香蕉主产区，除海南和广东西南等少数地区外，其他产区常年遭受低温霜冻的危害［2］。在桂中的北部地区，寒冻害出现较为频繁且灾害严重，因而仅适合种植包含B基因组的大蕉(ABB)或粉蕉(ABB)等较抗寒的香蕉品种。而在桂南及桂中大部分的香蕉主产区，冬春季也常有寒冻害的发生，给香蕉的安全生产造成极大的困扰。

目前，我国的香蕉主栽种类为香牙蕉(AAA)，其中主栽品种“桂蕉6号”的种植面积占全国的60 %～70%，占广西的95%以上［3］，品种比较单一，加上香牙蕉类型的香蕉品种普遍抗寒性较低，使得香蕉种植寒害发生的风险增加。因此，加快选育及推广抗寒的香蕉品种，对丰富我区乃至全国的香蕉品种及安全生产具有重要意义。种质的精准鉴定是香蕉新品种选育的关键。目前对香蕉抗寒性的研究，大部分为寒害生理等基础性研究［4－7］，为香蕉种质的抗寒性鉴定分类奠定基础。本研究利用生理及形态指标对香蕉种质幼苗的抗寒性进行鉴定，并对它们的抗寒力进行相对比较，从众多的品种资源中选出相对抗寒的种质，划分抗寒力不同的级别，以期对香蕉抗寒育种的早期鉴定提供参考依据。

表1 供试验的18个香蕉种质Table 1 18 tested banana germplasms

1 材料与方法

1.1 试验材料

从国内各香蕉产区收集18个不同类型的香蕉种质用于抗寒性鉴定，其编号及名称见表1，所有种质经过组培生根后，于8月份移栽至营养杯中，基质为经杀菌消毒的黄壤。育苗棚为塑料大棚，不盖遮阳网。从移栽到2叶期内，保证空气湿度为95%以上，2叶期后经常浇水保证基质湿润。抽生新叶后，用0.1%～0.5%的复合肥(15-15-15)水溶液进行叶面喷施，每隔1星期施1次。移栽60 d左右，叶龄长至7叶1心期时进行试验处理。

1.2 低温处理

试验材料淋足水后，置于人工气候箱中，人工气候箱的空气湿度控制在70%～80%。参考徐健等［7］的逐级降温的处理方法，按顺序分别在30、25、20和15℃下培养24 h后，将温度调至4℃左右进行低温处理。每个处理10株，设置3个重复。

1.3 生理指标测定

4℃低温处理4 h后，取展开的倒数第2张叶片进行生理指标的测定。以30℃培养(正常温度处理)的植株做为对照。采用脯氨酸(PRO)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，货号:A107)测定样品的脯氨酸含量。采用过氧化物酶(POD)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，货号:A084-3)测定样品的过氧化物酶活性。采用超氧化物歧化酶(SOD)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，货号:A001-1)测定样品的超氧化物歧化酶活性。采用丙二醛(MDA)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，货号:A003-1)测定样品的丙二醛含量。

1.4 寒害的形态鉴定

4℃低温处理10 h后，按顺序分别在15、20和25℃下培养24 h后，将温度恢复至30℃进行培养，在温度恢复过程中观察记录各种质出现寒害症状的时间及危害程度。

1.5 数据分析

收集的数据采用Excel2007和SPSS13.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 香蕉寒害后的生理指标变化

测定各参试材料(低温处理及对照)的PRO含量、POD酶活性、SOD酶活性及MDA含量，再根据公式(CR=处理值/对照值)计算得出各指标相应的变化率。由表2可以看出，18个香蕉种质脯氨酸含量(X1)的变化在所有测定的指标中最大，变异系数达91.91%，其中最大的为18号种质LNS(55.91 μg/g)，8号种质(SDW)最小，仅为4.33μg/g。低温处理后，有10个香蕉种质的脯氨酸含量比对照有不同程度的增加(CR＞1，下同)，其中增幅最大的是13号种质(SNT)，增加了3.31倍，而另外8个种质则不同程度的减少(CR＜1，下同)。低温处理后，各种质间的POD酶活性(X2)变化相对较小，变异系数为33.08%，但其变化率(CR)的变异系数则达91.43%，说明POD酶活性在低温处理前后，各品种的变化较大。大部分种质的POD酶活性在低温处理后均比对照增加，其中3号种质(HLE)增加了9.63倍，只有9(桂蕉青7号)和10号(粉杂)种质比对照减少。香蕉各种质低温处理后的SOD酶活性(X3)变化最小，变异系数仅为20.29%。低温处理后，11个种质的SOD酶活性比对照增加，而3、4、6、8、11、12、13号共7个种质则比对照略为减少。低温处理后，各种质MDA含量(X4)的变化也较大，有7个种质比对照增加，其中3号种质(HLE)变化最大(2.47倍)，而基因型为ABB的粉蕉种质(粉杂、金粉1号和广东粉蕉)的变化则相对较小，说明低温处理后，3号种质产生严重的膜脂过氧化作用，粉蕉种质则未出现明显的膜脂过氧化作用，这可能是香蕉种质抗寒的生理基础。

表2 参试香蕉种质的单项生理指标及其变化率Table 2 Individual physiological indices of tested banana and their change rate

2.2 香蕉生理指标的主成分分析

对测定的单项生理指标进行相关性分析，结果表明，脯氨酸含量、POD酶活性、SOD酶活性及MDA含量等生理指标间均存在一定的相关性(表3)，特别是SOD酶活性与MDA的含量呈极显著负相关，说明这些生理指标虽然在香蕉抗寒中所起的作用有所不同，但它们所提供的抗寒相关信息有较多重叠。因此，不能直接利用这些单项指标对香蕉的抗寒性进行准确的评价。

由于MDA为细胞受寒害后产生膜脂过氧化作用形成的产物，与香蕉的抗寒性呈负相关，因此，对其试验数据取负数进行正向化处理后，再利用主成分分析方法对PRO含量、POD酶活性、SOD酶活性、MDA含量及其变化率共8个指标进行统计分析。从表4可以看出，8个指标可以转化为3个综合指标，其方差贡献率分别为:40.96%、19.96%和13.03%，3个综合指标的方差贡献率累积达73.95%。因此，可以利用这3个综合指标代替原来的8个单独生理指标对香蕉种质的抗寒性进行综合评价。

表3 各单项生理指标的相关系数矩阵Table 3 Correlativematrix of the individual physiological indices

表4 解释的总方差Table 4 Total variance explained

从表5可以看出，第1主成分中的SOD酶活性及MDA含量的系数比较大，这2项生理指标与细胞的膜脂过氧化相关，因此，第1主成分代表细胞的膜脂过氧化程度。第2主成分中，脯氨酸含量的系数最大，第3主成分则以低温处理后POD酶活性的绝对值最大，这2个综合指标分别代表脯氨酸含量及POD酶活性。

表5 主成分分析因子载荷矩阵及线性组合中的系数Table 5 Loadmatrix principal components analysis and coefficients of linear combination

2.3 综合评价

将载荷数(表3)除以各相应主成分的特征根(表2)的开方得到各主成分的线性组合中的系数，结果见表5。由此得到各个主成分的线性组合如下:

式中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8分别代表X1、CR (X1)、X2、CR(X2)、X3、CR(X3)、X4和CR(X4)等指标进行标准化后的数据(数据标准化的计算公式为:(X－)/SD，其中:X为某指标的测定值，为某指标的平均数，SD为某指标的标准差)。利用各主成分的线性组合计算出18个香蕉种质的3个主成分组合得分(表6)。

2.4 香蕉种质抗寒性的形态鉴定

将18个香蕉种质置于4℃低温中培养10 h后，逐级升高培养温度，观察植株的受害情况。4℃培养10 h后，所有种质的叶片均出现轻微萎蔫、叶片下垂的现象。温度上升至15℃并培养24 h后，3号种质(HLE)的上部嫩叶最先出现水渍状斑点，接着为8号(SDW)、11号(桂蕉6号)和12号(ZNF)，说明这几个种质的抗寒能力在测试种质中最弱。温度上升到30℃后，上述几个种质叶片出现大面积干枯，而2号(LT)、10号(粉杂)、14号(金粉1号)和16号(广东粉蕉)的寒害症状不明显，其他种质的叶片则逐渐出现受害斑点。30℃培养7 d后，再对低温处理过的18个种质的形态进行观察，发现3号种质(HLF)的叶片已经全部干枯，假茎腐烂。8号(SDW)、11号(桂蕉6号)和12号(ZNF)种质的叶片受害面积达90%以上。1、4、5、6、7、8、9、13、15、17和18号种质的嫩叶出现干枯，受害面积大约为40%～60%，老叶变黄。而2号(LT)、10号(粉杂)和14号(金粉1号)种质仅嫩叶边缘出现少量的干枯现象，受害面积小于10%，16号(广东粉蕉)种质叶片的受害面积比这3个种质略大，为25%左右。2号(LT)、10号(粉杂)、14号(金粉1号)和16号(广东粉蕉)种质，经30℃培养7 d后，心叶能够正常抽出，而其他种质(除3号种质外)在培养2周后才恢复生长。由此可见，抗寒能力最强的为LT(2号)和粉杂(10号)和金粉1号(14号)3个粉蕉种质，其次为广东粉蕉(16号)，接着为桂蕉青7号(9号)和桂蕉6号(11号)等其他香牙蕉种质，而3号(HLE)种质的抗寒能力最弱。香蕉种质抗寒性形态鉴定的结果与生理指标鉴定的结果基本一致。

表6 18个香蕉种质的各主成分组合得分、综合得分及排序Table 6 Principal component combination scores，composite scores rank of18 banana germplasms

1利用综合得分对8个香蕉种质抗寒性的系统聚类分析Fig.1 Hierarchical cluster analysis on cold resistance of 18 banana by composite scores

3 讨论

香蕉属热带果树，喜热怕冷，其生长需要高温高湿的气候条件，生长温度为15～35，24～32℃为最适宜生长温度;香蕉对低温比较敏感，18℃以下时生长较为缓慢，低于10℃时其生长发受阻甚至停止，当温度降至5℃以下的低温时，香蕉的叶片就会出现冻害现象，0～2℃低温下，植株将受到严重的伤害［8］。广西年平均气温为13.2～27.5℃，是香蕉种植的次适宜区，在香蕉主产区，低温冷害现象时有发生。本研究的主要目的是通过试验筛选出香蕉抗寒性鉴定的生理生化指标，据此划分香蕉抗寒力不同的级别，并筛选出较为抗寒的种质，为今后广西香蕉的抗寒育种及确定香蕉品种的适合种植范围提供依据。因此，试验过程中尽量模拟广西冬季冷害发生的气温条件对香蕉种质进行抗寒性鉴定，选择4℃做为低温处理的温度。一般来说，叶片的生理指标变化早于冷害症状，通过前期的预备试验发现，4℃低温处理4 h后，香蕉种质叶片中各生理指标的变化都比较明显，而叶片形态上仅出现少量的寒害症状，不能对所有的种质进行精准的形态鉴定，处理10 h后，大部分的种质才出现不同程的寒害症状，因此选择低温处理4 h做为生理测定的处理时间，10 h做为香蕉种质抗寒性形态鉴定的处理时间。

据报道，当外界温度降低发生寒害时，首先受到严重影响的是植物体细胞生物膜系统［9］。“自由基伤害”学说认为，植物处于低温逆境时，由于细胞内自由基产生及清除系统的平衡受到破坏，出现活性氧不能及时清除而积累的情况，从而引起细胞膜的过氧化作用，细胞膜系统受到破坏，细胞膜的通透性增加导致胞内一系列的生理代谢紊乱，最终造成细胞的死亡［10］。因此在遇到低温时，能够保持膜系统的稳定性，是抗寒植物的一个重要特征［11］。SOD和POD是细胞内的重要保护酶系统，能够清除细胞内的超氧阴离子及过氧化氢，保持细胞膜的稳定性;而MDA是在细胞膜系统产生过氧化作用后的有毒产物，其含量高低代表膜脂的过氧化程度，与植物的抗寒性呈显著负相关。因此，在受到低温后，SOD、POD酶活性及MDA含量的变化量是衡量植物抗寒性的重要指标。在本研究中，经主份分析提取的3个主成分中，以MDA含量、SOD酶活性为代表的第1主成分及以POD酶活性为代表的第3主成分的贡献率累积超过50%，说明它们是香蕉种质抗寒性综合评价的重要指标，因此，今后可考虑以代表膜脂过氧化程度的指标来初步衡量香蕉种质的抗寒性。此外，由于脯氨酸具有高溶解度、无毒及高水势等特点，使之成为细胞内重要的渗透调节指标，对抵御冷害的发生具有重要作用［12］。本研究的结果表明，脯氨酸的含量也是香蕉种质抗寒性综合评价的关键因素(本文主成分分析中的第2主成分)。利用这些生理综合指标对香蕉种质进行抗寒性鉴定，其结果与形态鉴定基本一致，说明生理指标鉴定方法的可行性，该方法对于育成新品种的早期鉴定有重要意义［13］。

据报道，粉蕉具有较强的抗寒性等抗逆能力［14－15］，据本课题组调查，2016年1月，由于受极端寒冻天气条件影响，大部分香牙蕉干枯死，而“金粉1号”粉蕉品种仅叶片边缘表现轻微冻害，其抗寒性表现明显比香牙蕉强。但在本研究中发现，2号种质LT虽然属于香牙蕉类型，其抗寒能力与粉蕉相差不大，甚至更强，可能是强抗寒能力的变异株，因此在后续的试验中，需对其田间表现进行重点监测，以期选育出优良的抗寒香牙蕉品种。粉蕉类型种质的抗寒能力在本研究中排在前列，其中粉杂是从BB型野生香蕉与粉蕉杂交的后代中选育而成［16］，其抗寒能力最强，广西选育的“金粉1号”品种居中，而广东的粉蕉则较弱，可能跟其母本世代所处的气候环境有关。此外，其他香牙蕉种质的抗寒性均相对较弱。

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(责任编辑 王冠玉)

Evaluation on Cold Resistance of 18 Banana Germ p lasm Seedlings

HE Hai-wang1，ZHAO Ming1，WU Peng1，LONG Fang1，ZOU Yu1*，LIN Qian1，LIN Gui-mei2
(1.Bio-technology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Guangxi Nanning 530007，China;2.Guangxi Plant Tissue Culture Seedlings Limited Company，Guangxi Nanning 530007，China)

The cold resistances of18 banana germplasms seedling were studied by changes of physiological and morphological indices under low temperature treatment.The result showed thatoverlap was found in the cold-resistance relevant information provided by individual physiological indices，so it could notbe used to evaluate the cold resistance of banana germplasms directly and accurately.3 comprehensive indiceswere extracted from the eight individual physiological indices by principal component analysis，which was used for evaluate the cold resistance of eighteen banana germplasms.And the cold resistance evaluation of 18 bananaswas done by these comprehensive indices.They declined in sequence from LT，Fenza，Jinfen 1，Guangdongfenjiao，SNT，LNS，Guijiaoqing 7，HLT，LE，SNY，LNF，HA，NLF，HR，Guijiao 6，SDW，ZNF，to HLE.Also，these germplasms could be classified into three groups by hierarchical cluster analysis.The first group，included LT，Fenza and Jinfen 1，showed the highest cold resistance，the third group contained HLE，SDW，Guijiao6 and ZNFwith the minimum effects.The restgermplasmswere clustered into the second group，which revealedmedium cold resistance.The resultwas similar to themorphological evaluation.

Banana;Cold resistance;Physiological indices;Principal component analysis

S668.1

A

1001－4829(2017)2－0315－07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.013

2016－10－31

现代农业产业技术体系项目(CARS-32-15);广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2015YT54，桂农科2017YM29);广西农业科学院科技发展基金(桂农科2016JZ03)

何海旺(1979－)，男，广西容县人，助理研究员，研究方向为香蕉栽培与育种，E-mail:15959679@qq.com，*为通讯作者，E-mail:zy@gxaas.net。