电导率法结合Logistic方程鉴定大蒜品种资源的耐寒性

赵永强 樊继德 杨艳 陆信娟 刘灿玉 张碧薇 杨峰

(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所,江苏徐州 221121)

大蒜(Allium sativumL.)属于百合科葱属一二年生草本植物[1],原产于欧洲南部和中亚[2],最早由汉朝时张骞自西域引入我国[3],是深受我国人民喜爱的保健蔬菜和调味品,也是中国重要的出口创汇蔬菜和加工原料[4]。大蒜在我国南北各地均可种植,但在种植面积约占全国80%的我国大蒜主产区江苏、山东和河南3省[5],大蒜均为秋季播种[6]。近年来,受极端天气的影响,秋播大蒜生育期内冻害事件时有发生,造成大蒜死苗、弱苗等现象,降低大蒜产量和品质,严重影响我国大蒜产业的健康发展。同时,因为低温冻害引起的大蒜减产导致市场供求关系发生变化[7-9]。大蒜价格的频繁剧烈波动,对蒜农、库存商、消费者均产生不利影响。选用和推广耐寒性品种是减轻大蒜冻害、保持大蒜产量稳定、促进我国大蒜产业健康有序发展的有效措施之一。但是目前,尚未有关于大蒜种质资源耐寒性鉴定的研究报道,本研究以8个田间自然生长的大蒜品种资源离体叶片为试验材料,通过室内低温胁迫处理,利用电导法结合Logistic方程对大蒜品种资源的耐寒性进行鉴定,建立快速鉴定大蒜品种资源耐寒性的评价方法,为我国大蒜种质资源的耐寒性鉴定及合理推广利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

参试大蒜品种资源8个(见表1)。大蒜蒜种2018年10月9日下午清水浸泡过夜,次日上午播种,播种于徐州现代农业试验示范基地(位于N34°18′5.02″,E117°24′4.96″),株行距 15 cm×20 cm,生长期常规管理。2018年12月5日上午取样,取样前大蒜叶片经历的环境最低气温为2℃,采样前一天气温为3～10℃。选取长势较为一致的大蒜植株顶部第二片完全展开的叶片,采摘后自封袋保存,立即带回实验室。分别用自来水和去离子水清洗,吸水纸吸干水分。

表1 大蒜品种与来源

1.2 方法

1.2.1 叶片相对电导率测定 用打孔器打取叶圆片,直径6 mm,充分混匀后,快速称取每份0.2 g,放入15 ml离心管,拧紧离心管盖。设定的处理温度分别为0℃、-3℃、-6℃、-9℃和-12℃。 每温度处理重复3次。样品首先在0℃处理24 h,然后继续降温,每个胁迫温度处理24 h。将处理的样品取出,加入3℃去离子水10 ml,然后置于冰箱3℃解冻并浸泡12 h,室温放置2 h回温,用DDS-307A型电导率仪测定叶片浸提液电导率,记为R1。然后将离心管管盖旋紧,放入水浴锅90℃水浴30 min,冷却至室温后摇匀,再次测定浸提液电导率,记为R2,计算叶片相对电导率：REC(%)=(R1/R2)×100。

1.2.2 Logistic方程和半致死温度计算方法 不同处理温度与叶片相对电导率之间Logistic方程y=k/(1+ae-bx)各项参数与LT50的计算参照令凡等人的方法[10]进行。

1.3 数据分析

采用excel 2007和SPSS 19.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种大蒜资源在低温胁迫下的叶片相对电导率变化

参试的8个大蒜品种资源叶片在低温胁迫下的相对电导率变化趋势如图1所示。可以看出,经过初始胁迫温度0℃ 24 h的低温处理,参试大蒜品种的叶片相对电导率即已达到33.06% ～47.88%,说明初始胁迫温度0℃即可造成叶片细胞膜损伤,透性增大,细胞质外渗增加。随着胁迫温度的降低,相对电导率逐渐升高,呈“S”型曲线变化趋势,叶片相对电导率的两次跃升分别发生在0～-3℃和-6～-9℃,说明在这两个降温区间,参试大蒜品种的叶片细胞膜损伤更为剧烈,膜透性增加幅度更大。当处理温度降低到-9℃时,经过24 h的处理,各参试品种叶片的相对电导率均达到93%以上,进一步降温处理的叶片相对电导率趋于稳定,说明至-9℃的低温胁迫下,大蒜叶片细胞质膜已经濒临或者被完全破坏,细胞膜内外电解质浓度趋于平衡。

图1 低温胁迫下8个大蒜品种的叶片相对电导率变化

2.2 不同品种大蒜资源的低温半致死温度(LT50)分析

根据莫慧栋[11]的观点,首先确定Logistic方程中常数k的值为100%,然后对处理温度和相对电导率进行拟合,得出Logistic方程、拟合度和低温半致死温度如表2所示。

由表2可以看出,低温胁迫下供试材料的LT50在-0.587～-3.113℃之间,平均值为-1.808℃,变异系数为46%。根据LT50数值,确定参试的8个大蒜品种资源的抗寒性强弱依次为中牟大蒜、徐蒜6号、邢台紫皮蒜、莱芜红皮蒜、徐州白蒜、恩施红蒜、徐蒜3号和玉林白蒜。

另外,线性回归分析表明,大蒜种质资源在0℃、-3℃、-6℃、-9℃和-12℃低温胁迫处理下的叶片相对电导率与LT50之间相关系数 R2分别为0.923、 0.968、 0.862、 0.028 和 0.473。 说 明0℃、-3℃和-6℃胁迫处理下的叶片相对电导率与LT50之间呈显著正相关,其中以-3℃处理下相关性最高,其次为0℃和-6℃。

表2 8个大蒜品种相对电导率回归方程及LT50

3 讨论

低温是限制植物地理分布及其生物产量的重要因素,也是危害农业生产的主要自然灾害之一[12]。不同种类的植物在不同的分布区对低温表现出不同的耐受性,通过耐寒性的鉴定可以确定不同植物的低温适应性,为实际生产中的抗性选育工作提供参

考[13]。

目前,鉴定植物耐寒性的方法概括起来主要有：生长状况测试法、电阻法、电导率法(电解质渗出率法)、TTC染色法、组织褐变法、叶绿素A荧光技术法、茚三酮法、原子吸收光谱法、膜成分分析、可溶性蛋白质含量测定、氰酸测定法等[14-15]。自从Daxter[16]于1932年提出植物组织用电导率值变化显示因细胞膜受损而发生电解质渗漏的见解以来,电导率法逐渐广泛应用于植物耐寒性研究[17]。梁锁兴等通过对不同平欧杂种榛品种(系)低温半致死温度鉴定的抗寒性结果与田间露地越冬试验结果进行的比较,认为半致死温度可作为抗寒性鉴定评价的一个重要指标[18]。许瑛等对菊花脚芽恢复生长结果与半致死温度测定结果比较也发现两者趋势基本一致,所以认为半致死温度可作为菊花抗寒性评价的一个可靠指标[19]。另外,李华伟[20]、朴一龙[21]和杨桂英[22]等分别利用电导率法鉴定了马铃薯、葡萄、茶树等园艺作物的耐寒性;郑玉红[23]和谢德志[24]等也应用电导率法对园林绿化植物的耐寒性进行了研究。

本研究以田间自然生长的8份大蒜品种资源为材料,经过室内低温处理大蒜离体叶片,测定其电导率变化情况,并结合Logistic方程分析了大蒜材料的耐寒性,结果表明,供试大蒜品种资源LT50介于-0.587℃至-3.113℃。根据LT50结果,确定参试的8个大蒜品种资源的抗寒性强弱依次为中牟大蒜、徐蒜6号、邢台紫皮蒜、莱芜红皮蒜、徐州白蒜、恩施红蒜、徐蒜3号和玉林白蒜。另外,胁迫温度与LT50之间的相关性分析表明,以-3℃处理下相关性最高,其次为0℃和-6℃。