低温胁迫下外源SOD对枇杷幼果抗寒性的影响

2019-08-13靳瑞萍王化坤王彤

江苏农业科学 2019年2期

靳瑞萍王化坤王彤

摘要：以8年生白玉枇杷为试材，将不同浓度的聚天冬氨酸锰（MSOD）于2017年2月20日（低温前1 d）均匀喷施于幼果表面，之后测定相关抗寒指标，以判断MSOD对提高枇杷幼果抗寒性的作用效果。结果表明，在低温胁迫下，随着MSOD浓度的增加，枇杷幼果的相对电导率先升高后降低，丙二醛含量先减少后增加，脯氨酸含量先增加后减少，抗氧化酶（超氧化物歧化酶和过氧化物酶）活性均呈现先上升后下降的趋势，且12.5 mg/L MSOD处理对枇杷幼果抗氧化物作用效果最明显。说明在低温胁迫下对枇杷幼果适当施加MSOD，有利于提高其抗寒性。

关键词：枇杷幼果;聚天冬氨酸锰;低温胁迫;抗寒性;抗氧化酶

中图分类号： S667.301;Q945.78 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）02-0138-04

枇杷（Eriobotrya japonica）属蔷薇科（Rosaceae）枇杷属（Eriobotrya），原产于中国亚热带，为常绿小乔木，秋冬开花，果实初夏成熟，是我国南方的特色水果之一，已成为当地重要的支柱产业[1]。研究发现，低温胁迫常引起植物膜脂过氧化，细胞膜透性增大，抗氧化酶系统工作异常，造成植物生理障碍，代谢发生失调从而导致大量减产，尤以热带亚热带地区受害严重[2]。据统计，由此导致全球作物减产高达50%以上[3]。2008年，我国南方罕见的长期低温、暴雪天气以及霜冻给枇杷生产带来了严重的影响，特别是枇杷栽培的北缘地区[4]。而全国唯一的白沙枇杷商品生产基地——江苏太湖洞庭东山、西山恰处于北缘地区，其中白玉枇杷为当前主推品种之一。相对枇杷叶片和花而言，幼果更易受冻，常表现为种子受冻致死，特别是直径为1 cm左右的幼果更易受低温伤害[5-6]。这些研究充分说明了提高枇杷幼果抗寒性的重要性和必要性。

植物的抗寒性及其抗氧化酶活性和抗氧化物质含量的关系密切[7-8]。早在1973年，Lyons就提出了著名的植物冷害的“膜伤害假说”[9]。1984年，林植芳等提到植物抗氧化系统平衡及植物膜系统的平衡决定植物抗寒能力的强弱[10]。1991年，曾韶西等也表明相同观点[11]。聚天冬氨酸锰（poly aspartic manganese，MSOD）是外源SOD的一种模拟化合物，具有高效性和稳定性，合成简单，可以增强植物抵御逆境的能力，已成为农业抗逆性研究热点[12]。该产品被用于油菜[13]、菠菜[14]等抗逆研究，效果显著。但就枇杷的抗寒性方面，施加外源SOD的研究尚鮮见报道。本研究以低温胁迫下不同浓度的MSOD对8年生白玉枇杷幼果若干生理生化指标的影响为主要研究内容，旨在为提高枇杷的抗寒性提供理论参考，为枇杷商品优质高产奠定良好的基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年2月20—28日，在江苏省太湖常绿果树技术推广中心进行。该中心位于江苏省苏州市吴中区东山镇（又称洞庭东山），介于31°00′～31°07′N、120°20′～120°27′E 之间，属亚热带湿润气候型，降雨量多而不均，无霜期年平均长达233 d，冬季较短，而春季灾害频发，如低温、寒潮、暴雨等。试验选择2月期间，正处于寒潮期，气温最低达 -5 ℃，最高达18 ℃，温差大。各个小区选择在白沙枇杷资源圃。

1.2 试材与试剂

供试试材为8年生白玉枇杷（江苏省太湖常绿果树技术推广中心提供），平均株高3.0～4.0 m，冠径4.0～4.5 m，株行距4.0～5.0 m，植株整齐度90%以上，土壤为沙质壤土，pH值5.5～7.5。供试试剂聚天冬氨酸锰（MSOD）由河北协同环保有限公司提供，为红棕色黏稠性液体，其固体含量大于等于30%，pH值8.5～10.5，密度为1.15 g/cm3（20 ℃）。

1.3 方法

1.3.1 试验设计试验采用喷施的方法对幼果表面进行处理，处理药剂为MSOD，处理方式为CK2（喷施清水）、MSOD1、MSOD2、MSOD3，浓度分别对应0、5.0、12.5、20.0 mg/L。均匀喷施于试验区每株枇杷的叶面和幼果，每株树喷施量为 3.0 L。不作任何处理的设为对照CK1，每个小区3株，试验重复3次。

1.3.2 采样与测定在喷施MSOD的7 d之后进行采样，按照每株树树冠的东西南北中5个方位，随机采5穗果子。倒春寒冷空气来临之前，以同样方法采1次样，作为低温前的对照CK1，用自封袋塑封并立即于液氮罐中贮藏，带到实验室后在-70 ℃低温冰柜中冷冻保存，每次样品采集完成后立即测定。

相对电导率（relative conductivity，REC）的测定采用电导法，参照王学奎的《植物生理生化实验原理和技术》[15]并略加修改。将冲洗后的果肉组织切片，称取1 g左右，置于 50 mL 烧杯中，加20 mL去离子水，静置1 h后，用DDS-310型电导仪测定电导值E1。测定完毕，将烧杯在电炉上封口煮沸1 min，冷却1 h后，第2次测定电导值E2，然后带入相对电导率计算公式算出最终值，用来表示枇杷幼果果肉细胞膜透性。相对电导率计算公式：相对电导率=E1/E2×100%

脯氨酸（proline，Pro）含量的测定采用磺基水杨酸法，参照王学奎的方法[15]略加修改。（1）脯氨酸含量标准曲线的绘制;（2）脯氨酸的提取;（3）待测液测定，用紫外分光光度计于520 nm比色，同时以甲苯为空白对照。标准曲线的测定同此操作。

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的测定，采用氮蓝四唑法（NBT）;过氧化物酶（peroxidase，POD）活性的测定，采用愈创木酚法;这2种酶的测定均参照王学奎的方法[15]略加修改;丙二醛（molondialdehyde，MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法，参照汤章城的方法[16]略加修改。

1.3.3 数据处理用Excel 2010整理数据，用SPSS 17.0统计软件分析数据，采用LSD显著差异多重比较法和Duncans新复极差法进行方差分析，检查差异显著性。

2 结果与分析

2.1 MSOD对幼果细胞膜透性的影响

由表1可以看出，MSOD处理在一定程度上调节了枇杷幼果果肉组织的REC。經协方差分析得图1，与低温前相比，低温迫使CK1和CK2枇杷幼果REC增加率高达228.03%和207.35%，MSOD1、MSOD2和MSOD3处理的REC升高率相对较小，整体结果呈现先升高后降低的趋势。其中，MSOD2的REC升高率高达116.37%，和MSOD1、MSOD3均存在显著差异（P<0.05），表明低温使幼果细胞膜REC增大，喷施一定浓度的MSOD可以抑制其REC的增大，从而缓解幼果组织细胞膜受损。

2.2 MSOD对幼果细胞膜脂过氧化的影响

由表2可以看出，经低温胁迫，CK1、CK2以及MSOD各浓度处理的MDA含量变化均呈现上升趋势。经协方差分析得图2，与低温前相比，MSOD1、MSOD2、MSOD3处理的MDA含量增加率随MSOD浓度的增加先降低后升高。MSOD3处理MDA含量增加率与其他各处理均呈现显著差异（P<0.05），不仅未能降低MDA含量，升高幅度反而增加了;MSOD2降低幅度最大。说明低温胁迫下喷施一定浓度的MSOD可以降低幼果的MDA含量，浓度过高可能对降低MDA含量不利，12.5 mg/L的喷施效果则最为明显。

2.3 MSOD对幼果SOD活性的影响

通常胁迫条件下，SOD活性越高，植物的抗逆性就越强。由表3可以看出，低温胁迫下，无论对照CK1、清水处理CK2，还是处理MSOD1、MSOD2、MSOD3，其SOD活性均有提高。经协方差分析得图3，与低温前相比，CK1和CK2处理的SOD活性均有升高，MSOD各处理SOD活性升高幅度由大到小为MSOD2>MSOD1>MSOD3。这就说明幼果在轻度低温胁迫下抗氧化酶系统自身有清除活性氧的能力，可以促进SOD活性升高;喷施MSOD可进一步提高幼果SOD活性，从而增强其抵御低温能力。在试验浓度范围内，12.5 mg/L 喷施效果最为突出。

2.4 MSOD对幼果POD活性的影响

POD在适度逆境胁迫下，通过增加酶活性以提高植物的适应能力。由表4可以看出，低温胁迫下CK1和CK2的POD活性均呈下降趋势，MSOD的3种浓度处理整体呈现上升的趋势。经协方差分析得图4，随着MSOD处理浓度的增加，POD活性升高率先升高后下降，且MSOD2的效果最显著（P<0.05），而MSOD3的POD活性升高率则为负值，可能是由于MSOD浓度过高抑制了POD活性的升高。初步表明，低温胁迫对幼果的POD活性升高有抑制作用，而喷施一定浓度的MSOD可以调节或促进幼果的POD活性升高，其中 12.5 mg/L 为最佳喷施浓度。

2.5 MSOD对幼果Pro含量的影响

由表5可以看出，各处理于低温后Pro含量变化整体趋势均为下降。由协方差分析得图5，结果显示，各处理的Pro含量变化幅度均存在显著差异（P<0.05），其中下降幅度最大的为CK1，高达55.64%，下降幅度最小的为MSOD2，下降-13.06%，且随MSOD浓度的增加，各处理Pro含量升高效果呈现先升高后降低的趋势。这就说明枇杷幼果遭受低温胁迫的初期，细胞内Pro含量会明显降低，喷施MSOD可以适当提高幼果的Pro含量，12.5 mg/L的作用效果最明显。

3 讨论与结论

近几年来，全球气候多变，极端天气频发，木本植物在自然周期生长过程中经常遭受环境低温胁迫威胁[17]，甚至出现植物受冻死亡的现象[18-19]。低温伤害每年都给全世界农林生产造成巨大损失[20-22]。研究表明，气象因素（温度、光照、水分）和植物自身因素（植物的遗传基础、生长时期、发育水平以及低温胁迫下植物体内的抗氧化水平）是影响植物抗寒性的关键性因素。逆境胁迫下，植物体内抗氧化系统中的SOD、POD等抗氧化酶可以清除大量活性氧，维持系统活性氧平衡，以保护膜组织不受伤害，从而增强植物体自身抵御逆境的能力[23-26]。目前，外源SOD对油菜、杏花、紫苏、葡萄等植物抗寒性的研究[13，27-29]已有大量报道。然而，外源SOD对枇杷抗寒性的研究鲜有报道。本研究通过对8年生白玉枇杷幼果抗氧化酶及抗氧化物质等生理生化指标的检测，探讨了外源SOD对枇杷幼果抗寒性的影响。

本研究结果表明，12.5 mg/L MSOD对枇杷幼果SOD和POD活性的提升有显著效果（P<0.05），具有统计学意义，这与廖升荣等的研究结果[30-31]一致，充分证实了通过施加外源SOD达到提高果实内源SOD活性以增强其抗逆性的目的，有一定的可行性。施加MSOD后，枇杷幼果的相对电导率随MSOD浓度的增大先升高后降低，且12.5 mg/L作用最明显，这与2014年王晓晓等的研究结果[32]不同。首先，这可能与试材品种、树龄、样本量小有关;其次，也可能是由于地域问题局部小气候不同造成的结果。因此，外源SOD通过调节枇杷幼果REC大小以提高其抗寒性，有待进一步研究证实。MDA含量随MSOD浓度的增加先降低后升高，这与2011年周书娟等的研究结果[33]相似，充分说明了MDA含量可以作为表征植物抗寒性强弱的指标。Pro含量变化随MSOD浓度的增加先升高后降低，这与2009年刘玉祥等的研究结果[34]相似，证实了植物体在低温胁迫下通过增加体内Pro含量，来维持细胞渗透压的稳定水平，从而提高植物体抗寒性。因此，推测REC、MDA含量、Pro含量、SOD活性以及POD活性等指标可能和枇杷幼果抗寒力有关。

综上所述，低温胁迫下，MSOD可以通过影响幼果的细胞膜透性，减少膜脂过氧化反应，增加SOD、POD等抗氧化酶的活性，提高Pro的防御反应，从而调节幼果细胞的抗氧化系统，提高其抗寒防冻能力。通过施加浓度为12.5 mg/L的MSOD，提高植物体内抗氧化酶SOD和POD等的活性以及细胞渗透物质Pro的含量，可能会有效提高枇杷幼果的抗寒性;通过施加浓度为12.5 mg/L的MSOD，降低植物体内MDA含量，对枇杷幼果抗寒性的提高有一定的可行性;REC对枇杷幼果抗寒力的影响，有待进一步扩大样本，须通过多地域、多品种、多龄段研究以进一步证实。

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