生菜苗期耐寒性的综合评价

宋云鹏,龚繁荣*,杨学科,张丽丽,刘凯歌

(1.上海市农业科学院 园艺研究所 上海市设施园艺技术重点实验室,上海 201403;2.32152部队,河北 石家庄 050081)

生菜(LactucasativaL.)又名叶用莴苣,为菊科莴苣属植物。生菜可生食,脆嫩爽口且营养丰富,是一种低热量、高营养的蔬菜,在欧美国家是汉堡食品不可缺少的绿色蔬菜。生菜原产于欧洲地中海沿岸,传入中国的历史较为悠久,在我国各地已广泛栽培[1]。近年来旅游业和餐饮业发展迅速,加上人民生活水平有了显著的提高,市场对生菜的需求量急剧增加。

生菜是一种喜冷凉植物,既不耐热也不耐寒,15～25 ℃是其适宜的生长温度。为满足生菜的周年供应,冬季较冷天气多采用设施栽培。然而,低温对生菜的影响仍然很大,往往影响生菜的产量。前人研究指出,植物为适应低温的不良作用,体内会产生各种抗性,如抗寒性,它主要受细胞膜的结构、生理及酶活性的影响[2-4]。筛选抗寒品种是扩大生菜栽培面积,提高其经济价值的有效途径。目前,对生菜低温胁迫的研究甚少,有关低温对生菜生理生化指标影响的研究也不多。鉴于此，我们对引种的15份生菜品种进行人工低温处理,分析了低温处理对生菜生长指标、相关生理指标的影响,旨在为后续生菜抗寒品种的引进与筛选提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在上海市农业科学院实验室开展,所用材料是挑选自国内外的15个生菜品种(申选4号、铁人、玻璃生菜、芳妮、罗马生菜、绿湖、大速生、罗莎绿、凯撒、申选5号、罗莎红、申选1号、尼罗、橡叶红、大湖118)，它们的编号依次为L18001～L18015。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理 对生菜种子采用一般方法先浸种,然后催芽;准备好72孔穴盆,往孔里装好基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1),随后挑选发芽规整的生菜种子在穴盆中播种。为了提高试验的准确性,设置3次重复,每个生菜品种均播3盘。生菜播种后被放置在光照培养箱中,在常温下培养；待长至5片真叶时,将穴盘从中间剪开,一半依然放在常温下进行培养，作为每个品种的对照,另一半进行4 ℃低温处理,其他条件不变。

1.2.2 测定项目与方法 在低温处理的第1天测定植株的生长量(株高),到第7天时再次测定植株的生长量。同时在第7天时,再分别取样,测定幼苗的电解质渗漏率(EC)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和脯氨酸含量。

生长量的测定:以低温处理前的15个生菜品种的幼苗为待测材料,从群体中随机抽取10株,测定它们的株高(H0)；在低温处理7 d后，再次测定这些幼苗的株高(H1)；按以下公式计算各生菜品种幼苗在低温影响下株高的相对生长量：株高相对生长量(%)=(H1-H0)×100/H0。

相关生理指标的测定:采用赵世杰等[5]的方法测定电解质渗漏率；采用朱祝军等[6]的方法对抗氧化酶进行提取；采用Cakmak等[7]的方法测定POD的活性和MDA的含量；采用Prochazkova等[8]的方法测定SOD的活性;采用酸性茚三酮显色法[9]测定游离脯氨酸含量。

隶属函数值法:按照以下模糊数学隶属度公式[10],对各抗寒指标的测定值进行转换，最后得出各指标对应的隶属度。

正向隶属度函数值的计算公式为:

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

反向隶属度函数值的计算公式如下:

U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

上式中:Xi为各指标的测定值;Xmin为所有参加试验的生菜某一个指标的最小值;Xmax为所有参加试验的生菜某一个指标的最大值。

1.3 数据统计分析

采用SPSS软件对试验数据进行统计分析；采用Microsoft Excel对试验数据进行作图分析；采用隶属函数值法对抗寒性进行综合分析。

2 结果与分析

2.1 低温处理对生菜幼苗生长量的影响

由表1可以看出,随着培养时间的延长,生菜幼苗生长量增加。但低温处理不同程度地限制了株高的增长。不同生菜品种在低温处理下的株高相对增加量不同，具体来说，在处理7 d后, L18010的株高相对增长量最大,达到117.00%,居所有品种之首；其次是L18011，其株高相对增加量也达到115.60%；而L18015的株高相对增加量最低,仅为8.87%。说明生菜品种不同,其抗寒能力也不同,在低温处理下还能保持高生长量的品种具有较强的抗寒能力。

表1 低温对生菜幼苗株高的影响

2.2 低温处理对生菜幼苗电解质渗漏率的影响

从图1可以看出，低温处理在不同程度上提高了各个生菜品种的电解质渗漏率。在处理7 d后, L18015的电解质渗漏率上升幅度最大,达到82.31%,居所有品种之首,说明其抗寒能力最弱；而L18009和L18010的电解质渗漏率上升幅度较小,分别为1.97%和2.47%，说明这2个品种的抗寒能力较强。方差分析结果显示,不同品种间的电解质渗漏率差异达到了显著水平,与品种的抗寒性呈正相关。

图1 低温处理对生菜幼苗电解质渗漏率的影响

2.3 低温处理对生菜幼苗MDA含量的影响

由图2可以看出,不同生菜品种的幼苗经低温处理后其MDA含量表现出不同的变化趋势：在低温处理7 d之后, L18001、L18007、L18008、L18010、L18011的MDA含量一直维持在较低的水平；而另外几个生菜品种的MDA含量都有较大幅度的上升,其中L18015的MDA含量由处理前的1.94 μmol/g上升到6.44 μmol/g,上升了232%,说明其受寒害程度最大。对不同生菜品种的MDA含量的变化进行方差分析,结果表明,经过低温处理后各品种间MDA含量变化差异极显著。

图2 低温处理对生菜幼苗MDA含量的影响

2.4 低温处理对脯氨酸含量的影响

不同生菜品种叶部脯氨酸(PRO)含量的变化如图3所示:在低温处理前,各生菜品种的脯氨酸含量差异并不是很大,而在7 d的低温处理后所有生菜品种的脯氨酸含量均有所增加,但各品种增加的幅度不同,其中脯氨酸含量上升比率最高的是L18011,其上升比率达到240.79%,说明L18011随着低温处理时间的延长,其脯氨酸含量波动较大;紧随其后的是L18010、L18009、L18012和L18013，它们的上升比率也均超过100%；上升比率最低的是L18002,仅为3.07%,说明低温对其脯氨酸含量的变化影响较小。

图3 低温处理对生菜幼苗脯氨酸含量的影响

2.5 低温处理下生菜SOD活性的变化

不同生菜品种叶部SOD活性的变化如图4所示:在连续7 d低温处理后,各生菜品种的SOD活性都比低温处理前有所上升,其中L18011的涨幅最大,比处理前升高了114.04%；L18008的上升幅度次之,比处理前升高了111.29%；紧随其后的是L18014和L18010,上升幅度分别为85.53%和85.14%；其余品种经低温处理后SOD活性上升幅度不大；而在7 d低温处理后,也有些品种的SOD活性出现了下降情况,例如L18006比处理前下降了25.59%,L18013比处理前下降了3.95%。

图4 低温处理对生菜幼苗SOD活性的影响

2.6 低温处理下生菜POD活性的变化

不同生菜品种POD活性的变化如图5所示:在连续7 d低温处理后,大部分生菜品种的POD活性都比低温处理前有所上升,其中L18010的涨幅最大,比处理前升高了95.38%；紧随其后的是L18005(涨幅65.70%)以及L18014(65.31%)；其余品种经低温处理后POD活性上升幅度不显著；而在7 d低温处理后,也有些品种的POD活性出现了下降情况,例如L18006比处理前下降了18.09%,L18013比处理前下降了17.25%。

2.7 低温处理下生菜幼苗各指标相对增加量与对应隶属函数值

在低温处理下生菜幼苗各指标的相对增加量如表2所示。因电解质渗漏率(EC)与丙二醛(MDA)含量与植物的抗逆性呈负相关,因此用反向隶属函数值计算法；其余各指标与植物的抗逆性呈正相关,利用正向隶属函数值计算方法,并将得到的各指标的隶属函数值求和,结果如表3所示。总体来看,抗逆性最强的是L18010,其次为L18011、L18008、L18012、L18005、L18014、L18007、L18009、L18001、L18003、L18013、L18006、L18004、L18002,而L18015的抗逆性最弱。

图5 低温处理对生菜幼苗POD活性的影响

3 讨论

电解质渗漏率是植物抗逆性的基本指标。在本试验中,经7 d低温处理后,不同生菜幼苗的电解质渗漏率均有不同程度的提高,说明低温胁迫引起的损伤不能被植物体内的生理反应系统修复,而膜脂过氧化产物的增多使植物机体内部产生了新的应对变化[11]。

表2 低温处理下生菜幼苗各指标的相对增加量

表3 生菜各指标相对增加量对应的隶属函数值

丙二醛(MDA)为膜脂过氧化产物,所以丙二醛含量能反馈出植物受逆境伤害的程度[12]。本试验发现,随着低温处理时间的延长,生菜叶片中MDA含量呈现不同程度的增加,说明每个品种应对低温胁迫的能力是不同的,相应的其膜脂过氧化程度也不同。

植物体内脯氨酸是具有低温保护效应的物质[13-14]。有研究表明,高浓度的脯氨酸是拟南芥抗冻性提高的重要原因[15]。在本试验中,各生菜品种中脯氨酸含量在低温处理之后都显著增加,表明脯氨酸含量对低温胁迫敏感,对生菜的抗寒性具有重要的调节作用。不同品种的抗寒性不同,所以脯氨酸含量的增加幅度也不尽相同。

SOD是植物体内的一种保护酶,POD是H2O2的清除酶，随着逆境胁迫处理时间的延长,植物为了应对逆境胁迫，其体内的SOD和POD活性会有不同程度的增加[16-17]。本试验结果表明，各个生菜品种在经历低温处理后,其SOD活性和POD活性均呈不同程度的上升,说明低温对生菜幼苗产生了伤害,膜脂过氧化严重,生菜幼苗通过提高SOD和POD活性来消除膜脂过氧化带来的伤害。

由于植物的抗寒性与很多数量性状相关,并不能完全由某一个指标来反映。因此，采用隶属函数法对植物的抗寒性进行综合分析，可以较准确地确定其耐低温胁迫的能力,这比采用单项指标所得结果更加全面,可信度更高[18]。迄今也有利用隶属函数法对植物的抗逆性进行综合评价的报道[19-20]。本试验利用类似的方法,对生菜幼苗的株高、电解质渗漏率、丙二醛含量、脯氨酸含量、SOD活性和POD活性等生长、生理指标进行综合分析,得出抗寒性最强的品种是L18010,其次为L18011、L18008、L18012、L18005、L18014、L18007、L18009、L18001、L18003、L18013、L18006、L18004、L18002,而L18015的抗寒性最弱。这与田间观测的结果基本一致,这说明隶属函数法在生菜的抗寒性分析中也适用。