低温对茄子幼苗生理特性的影响及耐冷性指标的筛选

低温对茄子幼苗生理特性的影响及耐冷性指标的筛选
李彩霞;林碧英;申宝营;刘旭;刘亚男;廖自月
【摘要】以茄子幼苗为材料,探讨低温胁迫对茄子幼苗生理生化特性的影响,并对各指标进行相关性分析.结果表明:低温胁迫使茄子幼苗叶片光合色素含量降低;增加了茄子幼苗丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量,提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,且电导率值显著增大.恢复常温,光合色素含量都有不同程度升高,但低于对照,其他指标均降低,仍高于对照.相关性结果分析表明:所测各指标之间呈极显著正相关,且电导率与丙二醛、可溶性糖之间相关系数最大.研究结果表明,10℃/5℃(昼/夜)低温环境严重影响茄子幼苗的正常代谢,低于10℃/5℃(昼/夜)茄子幼苗保护系统破坏严重,不能够恢复正常生长,电导率、丙二醛、可溶性糖含量可作为茄子幼苗耐低温能力可靠的鉴定指标.
【期刊名称】《福建农业学报》
【年(卷),期】2018(033)009
【总页数】7页(P930-936)
【关键词】低温;茄子;生理特性;耐冷性
【作者】李彩霞;林碧英;申宝营;刘旭;刘亚男;廖自月
【作者单位】福建农林大学园艺学院,福建福州 350002;福建农林大学园艺学院,福建福州 350002;福建农林大学园艺学院,福建福州 350002;福建农林大学园艺学院,福建福州 350002;福建农林大学园艺学院,福建福州 350002;福建农林大学园艺学院,福建福州 350002
【正文语种】中文
【中图分类】S641.1
茄子Solanum melongena L．又名落苏，原产亚洲热带，是茄科茄属一年生草本植物，中国南北各地均有种植，果实可食用，根、茎、叶可入药，是喜温型蔬菜[1]，对低温非常敏感，低于15℃植株生长缓慢，并引起落花，低于10℃则会导
致新陈代谢失调[2]。

随着人们对冬、春季保护地栽培茄子需求量的增加，一般采
取节能型塑料日光温室及塑料大棚进行冬、春茄子反季节生产[3]，遭遇连续阴天，温度偏低，常出现低温冷害现象，严重制约茄子生产和栽培效益，给农业生产带来巨大的损失[4-6]。

目前较多学者在番茄、黄瓜、辣椒抗冷性方面做了大量研究[7-10]。

茄子低温胁迫研究相对较少，李烨等[11]对缓解茄子低温胁迫的方法进行了
研究。

张晓艳等[12]对茄子嫁接苗抗冷性进行了研究。

郭守鹏等[13]研究了不同品种茄子叶片对低温的耐受性及响应机制。

张素勤等[14]对茄子低温胁迫耐受程度进行了研究报道。

目前，对茄子低温胁迫后进行常温恢复筛选快速鉴定耐冷性指标的研究极少，本试验通过对低温胁迫及恢复常温后茄子幼苗生理生化指标的测定，以探究低温胁迫对茄子幼苗生理生化特性的影响，寻找简洁方便的抗冷性鉴定方法，旨在为茄子抗冷性材料的筛选及生产上提高茄子的抗逆性提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料茄子品种为福农绿茄，由福建农林大学园艺学院选育提供。

人工气候培养箱由上海一恒科学仪器有限公司生产。

1.2 试验方法
1.2.1 试验设计试验于2017年5～8月在福建农林大学温室和设施农业科学与工
程实验室进行。

常规温汤浸种后，置于(28±1)℃的恒温箱内进行催芽，待种子露白后播种到含混合基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1)72孔穴盘中育苗，待茄子幼苗长至2叶1心时，选取均匀一致幼苗移栽至8 cm×10 cm含混合基质的营养钵中，每隔3 d浇灌1次1/2日本山崎茄子营养液，每株约20 mL，在进行低温处理前1 d用1/2营养液浇透。

长至3叶1心时，挑选均匀一致的茄子幼苗置于光照培养箱中，进行低温处理。

培养箱有上、中、下3层，为了减小误差，材料随机排列。

试验设置4个处理：CK：26℃/15℃(昼/夜)；A1:10℃/5℃(昼/夜)；A2:12℃/7℃(昼/夜)；
A3:15℃/10℃(昼/夜)，光照强度5 000 lx，光照时间为12 h/12 h(昼/夜)。

低温处理3 d后，将温度调为(26±1)℃/15℃进行2 d的恢复处理，分别在低温处理后第1、2、3、4、5 d随机选取各处理叶片剪碎混合后进行各试验指标的测定，每个处理重复3次。

1.2.2 测定项目脯氨酸采用磺基水杨酸法测定[15]；丙二醛含量(MDA)测定采用硫代巴比妥酸法[13]；电导率采用电导法[15]；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[15]；可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法[15]；叶绿素采用混合液提取法[16]；过氧化物酶(Peroxidase;POD)采用愈创木酚法[16]；过氧化氢酶(Catalase;CAT)采用紫外吸收法测定[17]；超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase;SOD)采用氮蓝四唑法测定[17]。

1.3 数据处理
采用DPS 7.05软件进行方差分析，用Duncan新复极差法进行差异显著性分析，采用SPSS V21.0统计分析软件进行相关性分析，Word、Excel软件进行制表、绘图。

2 结果与分析
2.1 低温胁迫对茄子幼苗光合色素含量的影响
由表1可知，随着低温胁迫时间的延长，叶绿素a、b含量随时间延长呈下降趋势，处理第4 d后呈上升趋势。

低温处理第3 d，与CK相比，A1处理叶绿素a含量
下降幅度最大，为 23.36%，其次是A2和A3；恢复2 d后，A2叶绿素a下降幅度最大，为20.28%，其次为A1和A3处理。

处理第1、2 d时，A2、A3处理叶绿素b无显著性差异，在第3 d时差异性显著；在整个处理过程中，A1、A2、
A3处理的变化趋势相同，降低幅度由大到小为：A1>A2>A3。

叶绿素(a+b)含量
随着低温胁迫程度的加大，其降低速度越快；处理第3 d时，A1、A2、A3处理
叶绿素(a+b)含量比CK分别低31.41%、26.77% 、14.61%，各处理与CK相比
达到显著水平。

处理第5 d，A1、A2、A3处理叶绿素(a+b)含量比CK分别低19.72%、17.51%、8.51%。

类胡萝卜素具有捕获光能的作用，在低温胁迫下，其类胡萝卜素含量降低。

与CK相比，处理第3 d，A1类胡萝卜素含量下降幅度最大，比CK低131.25%,A1比A2、A3分别低0.06、0.08 mg·g-1；处理第5 d，类胡萝卜素含量比CK分别低60.86%、42.31%、27.59%，各处理在第2 d后类
胡萝卜素含量差异不显著。

2.2 低温胁迫对茄子幼苗生理生化指标的影响
2.2.1 电导率由图1可知，在不同低温处理的条件下，随着低温胁迫时间的延长，电导率总体呈现上升的变化趋势，电导率值与低温胁迫程度呈正相关关系，处理第4 d电导率急速下降，处理第5 d其下降速率明显减慢。

处理第1 d，A1、A2、
A3电导率值分别是CK的1.73、1.41、1.31倍，且各处理间差异显著，说明茄子幼苗叶片组织膜系统受到破坏，细胞膜透性增大。

表1 低温胁迫对茄子幼苗叶片光合色素的影响Table 1 Effects of low temperature on chlorophyll e in leaves of eggplant seedlings处理天数/d处理叶绿素a/(mg·g-1)叶绿素b/(mg·g-1)叶绿素(a+b)/(mg·g-1)类胡萝卜素
/(mg·g-1)1CK1.71±0.07a
0.82±0.03a2.53±0.10a0.36±0.26aA11.56±0.08c0.65±0.03c2.21±0.05d0.25±0.06cA21.64±0.06b0.70±0.01b2.34±0.03c 0.28±0.11cA31.69±0.02ab
0.74±0.03b2.43±0.04bc
0.31±0.11b2CK1.67±0.01a0.82±0.04a2.49±0.12a0.36±0.25aA11.48±0.08b0. 60±0.03c2.08±0.05c0.20±0.16cA21.61±0.06a0.64±0.02b2.15±0.03b0.24±0. 06bA31.62±0.02a0.69±0.01b2.31±0.07b0.27±0.06b3CK1.69±0.05a0.82±0.0 3a2.51±0.06a
0.37±0.16aA11.37±0.07c0.52±0.03d1.91±0.03c0.16±0.14cA21.38±0.02c0.5
9±0.02c1.98±0.10c0.22±0.16bA31.50±0.02b0.63±0.02b2.19±0.06b0.24±0. 10b4CK1.72±0.04a0.83±0.01a2.55±0.02a0.36±0.21aA11.48±0.04c
0.58±0.03d2.06±0.03c0.20±0.16cA21.42±0.03c0.64±0.02c2.16±0.01c0.25±0.11bA31.60±0.06b0.70±0.01b2.30±0.06b0.26±0.06b5CK1.72±0.03a0.83±0 .02a2.55±0.04a0.37±0.02aA11.50±0.06c
0.63±0.02d2.13±0.07c0.23±0.02cA21.43±0.01c
0.68±0.01c2.17±0.16bc0.26±0.01bcA31.63±0.01b0.73±0.03b2.35±0.03b0.2 9±0.02b
注：表中数据为同一处理3次重复的平均值±标准误差，同列不同小写字母表示处理间在0.05水平存在显著性差异。

图1 不同低温胁迫对茄子幼苗电导率的影响 Fig.1 Effect of clod stress on electric conductivity of eggplant seedlings
2.2.2 丙二醛(MDA)含量由图2 可知，不同低温处理条件下MDA含量呈平稳上
升趋势，处理第1 d,与CK相比A1上升幅度最大，为51.72%，其次为A2、A3，第3 d，A3与A2 MDA 含量接近且差异不显著，处理第5 d A1处理明显高于其
他各处理，说明在10℃/5℃(昼/夜)低温条件下对茄子幼苗的伤害较大，加速了膜
脂过氧化作用，导致恢复期MDA含量明显高于对照。

图2 不同低温胁迫对茄子幼苗丙二醛含量的影响Fig.2 Effect of cold stress on MDA content in eggplant seedlings
2.2.3 可溶性蛋白含量由图3可知，在整个处理期间，可溶性蛋白含量呈现先上升后下降的变化趋势，A1变化幅度最大，A2、A3变化幅度较接近。

处理第1 d,A1、A2、A3分别比CK高7
3.64%、49.38%、42.43%，A2、A3处理间差异不显著，其可溶性蛋白含量大小依次为：A1>A2>A3>CK,整个处理期间A1、A2、A3与CK相比差异显著，说明可溶性蛋白可能对茄子幼苗抵御低温具有重要的调节作用。

2.2.4 可溶性糖含量由图4可知，在不同低温处理条件下，随着时间的延长可溶性糖含量逐渐增加，但增加幅度不同，A1增加幅度最大，且处理第3 d上升幅度明显高于第2 d，增加了0.23、0.23、0.16倍，各处理间存在显著性差异，处理第
4 d则可溶性糖含量急速下降，但各处理可溶性糖含量始终高于对照，可见低温对茄子幼苗可溶性糖含量影响较大，在茄子苗期抵抗低温伤害起着重要的作用。

图3 不同低温胁迫对茄子幼苗可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effect of cold stress on soluble protein content of eggplant seedlings
图4 不同低温胁迫对茄子幼苗可溶性糖含量的影响Fig.4 Effect of cold stress on soluble sugar content of eggplant seedlings
2.2.5 脯氨酸含量由图5可知，低温条件下脯氨酸含量呈上升趋势，温度升高，脯氨酸含量则开始下降，A2、A3脯氨酸含量上升幅度较小，而A1上升幅度较大，处理第3 d，A1脯氨酸含量最高，比CK高1.45μg·g-1，其次是A2、A3，各处
理差异显著，第5 d,A1、A2处理间无显著性差异而与对照相比差异显著，说明在10℃/5℃(昼/夜)温度条件下，植物感受外界环境伤害明显，因而调节脯氨酸含量
抵御外界伤害。

图5 不同低温胁迫对茄子幼苗脯氨酸含量的影响Fig.5 Effects of cold stress on
proline content in eggplant seedlings
2.3 低温胁迫对茄子幼苗抗氧化酶活性的影响
2.3.1 CAT活性由图6可知，在低温处理期，随着低温胁迫时间的延长，CAT活
性持续上升，处理第3 d A1 CAT活性明显高于其他各处理，A2、A3 CAT活性较接近，在处理第4 d CAT活性明显下降，处理第5 d A1、A2、A3 CAT活性分别比CK高501、353.34、254 U·min-1·g-1 FW，A1、A2、A3与CK相比差异显著。

图6 不同低温胁迫对茄子幼苗CAT活性的影响Fig.6 Effect of cold stress on CAT activity of eggplant seedlings
2.3.2 POD活性由图7可知，在整个低温处理及恢复期间，POD活性呈现先上升后下降的变化趋势。

处理A1 POD活性明显高于CK，处理第3 d，A1、A2、A3 POD活性分别是CK的1.9、1.59、1.37倍,各处理间差异显著，处理第4 d POD 活性下降幅度分别为A2>A3>A1，A1、A2、A3之间差异不显著，处理第5 d，
A1 POD活性明显高于CK，说明POD活性对低温感受灵敏，从而调节其含量以
适应外界变化。

2.3.3 SOD活性由图8可知，在整个处理期间， SOD活性变化趋势与POD相似，而POD活性的上升幅度大于SOD，处理第1 d A1、A2、A3 SOD活性分别比
CK高42.36%、28.21%、21.49%，A2、A3处理间差异不显著，处理第5 d分
别比CK高33.79%、26.89%、15.93%，A3与CK对比差异不显著，而A1、A2与CK之间存在显著性差异。

说明低温条件下茄子幼苗通过持续增加SOD活性来
清除活性氧自由基，从而提高抗氧化能力。

图7 不同低温胁迫对茄子幼苗POD活性的影响Fig.7 Effect of cold stress on POD activity of eggplant seedlings
2.4 各生理生化指标之间的相关性统计分析
对茄子幼苗在不同低温胁迫及恢复条件下生理生化指标进行相关性分析的结果(表2)可知，供试的茄子幼苗其耐寒性生理生化指标之间的差异达极显著水平，所测各生理指标间呈现极显著的线性正相关关系，这说明茄子幼苗在低温胁迫前，细胞膜破裂胞液外流的同时，就启动了渗透调节及酶系统的保护机制，有利于在低温胁迫时很快地对自身进行相应的保护。

电导率和可溶性糖之间相关系数最大r=0.988，其次为丙二醛r=0.971。

图8 不同低温胁迫对茄子幼苗SOD活性的影响Fig.8 Effect of cold stress on SOD activity of eggplant seedlings
表2 低温胁迫条件下各生理生化指标之间相关性分析Table 2 Correlation analysis on physiological and biochemical indicators under cold stress项目电导率丙二醛可溶性蛋白可溶性糖脯氨酸CATPODSOD电导率
1.0000.971∗∗0.895∗∗0.988∗∗0.969∗∗0.820∗∗0.966∗∗0.162∗∗丙二醛
0.971∗∗1.0000.907∗∗0.972∗∗0.962∗∗0.818∗∗0.921∗∗0.167∗∗可溶性蛋白0.895∗∗0.907∗∗1.0000.915∗∗0.952∗∗0.960∗∗0.912∗∗0.350∗∗可溶性糖
0.988∗∗0.972∗∗0.915∗∗1.0000.981∗∗0.845∗∗0.953∗∗0.118∗∗脯氨酸
0.969∗∗0.962∗∗0.952∗∗0.981∗∗1.0000.884∗∗0.937∗∗0.160∗∗CAT0.820∗∗0 .818∗∗0.960∗∗0.845∗∗-
0.884∗∗1.0000.874∗∗0.338∗∗POD0.966∗∗0.921∗∗0.912∗∗0.953∗∗0.937∗∗0.874∗∗1.0000.293∗∗SOD0.162∗∗0.167∗∗0.350∗∗0.118∗∗0.160∗∗0.338∗∗0 .293∗∗1.000
注：*表示P<0.05的显著水平，**表示P<0.01的显著水平。

3 讨论与结论
3.1 低温胁迫对茄子幼苗光合色素含量的影响
光合色素吸收、传递、转换光能不仅受光强、光质的影响，也受温度的影响[18]。

本研究表明，同一低温条件下，随着时间的延长，其叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量降低，这与张永平等[19]对低温胁迫下甜瓜的研究结论一致，与欧俊梅等[20]对低温胁迫下冬小麦的研究结论相反，可能由于不同植物对低温响应机制不同。

在恢复期，各色素含量有所上升。

以上说明，低温胁迫导致植物光合色素降低，一方面可能由于低温条件下光合酶活性受到抑制，另一方面可能由于低温导致叶绿体形态受损，色素降解速度加快，进而导致光合色素含量降低。

3.2 低温胁迫对茄子幼苗生物膜系统的影响
低温条件下，植物细胞受到破坏的最初部位是细胞膜[21]。

隽加香等[22]研究发现，低温胁迫条件下，番茄细胞电解质外渗，质膜受到伤害，导致电导率和MDA含量均增大；本研究表明，10℃/5℃(昼/夜)温度条件下电导率、MDA含量最高，且表现出与低温胁迫时间及低温程度呈现正相关关系。

处理第4 d后，其电导率、MDA都有不同程度降低，说明低温严重破坏了细胞膜结构，导致膜透性增大，电解质外渗。

3.3 低温胁迫对茄子幼苗渗透调节物质含量的影响
脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质[23]。

本研究表明，植物在低温胁迫条件下迅速生成大量的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白，且随着温度的降低出现不同程度的升高，当温度升高其含量不同程度降低。

说明，对未进行低温锻炼的植物，当处于低温胁迫环境时，渗透调节物质共同作用来抵御外界伤害，其脯氨酸含量增加对植物有一定的保护作用，可溶性糖含量升高推测可能原因是低温诱导了水解酶的活性，促使淀粉迅速分解，而可溶性蛋白含量的升高可能是有新的蛋白质合成。

3.4 低温胁迫对茄子幼苗植物保护酶系统的影响
低温胁迫条件下细胞内活性氧迅速积累远远超过正常水平，进而对植物产生氧化胁
迫，CAT、SOD、POD等氧化酶具有清除活性氧的作用[24-26]。

本研究表明，随着胁迫时间的延长，CAT、SOD、POD活性上升，POD活性随温度变化幅度较大，当温度回升其含量下降迅速。

说明在低温胁迫环境中POD活性起着关键的调节作用，CAT和SOD活性辅助POD进行调节，而各种氧化酶对低温响应的时间存在差异，这与魏秀清等[27]对莲雾研究结论一致。

3.5 相关性分析在植物抗冷鉴定中的作用
单一指标不能够鉴定植物的耐低温能力，研究使用指标间相关性分析综合评价鉴定植物的耐低温能力，由分析结果可知植物感知外界环境伤害信号后，通过稳定生物膜透性、增加渗透调节物质含量、及时清除活性氧等方式来共同抵御外界的伤害。

电导率是目前公认的快速鉴定植物耐低温能力的常用指标，通过对所测得生理生化指标分析，结果表明，在低温胁迫过程中及胁迫后茄子幼苗电导率与所测各指标呈现极显著正相关关系，其中电导率与MDA、可溶性糖相关系数最大。

说明电导率、可溶性糖、MDA能够较好地反映出植物的抗冷能力，可作为快速鉴定植物耐低温的生理指标。

综上所述，10℃/5℃(昼/夜)低温条件下茄子幼苗叶片组织损伤严重，低于10℃/5℃对茄子幼苗叶片组织的损伤可能无法恢复。

电导率、MDA和可溶性糖含量可作为茄子幼苗叶片耐低温能力的可靠指标。

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