不同品种果蔗幼苗对低温的生理响应及耐寒性评价

陈明辉; 程世平; 张志录; 张保青

doi:10.7671/j.issn.1001-411X.2018.02.007

不同品种果蔗幼苗对低温的生理响应及耐寒性评价

1.
平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室，河南平顶山 467000
2.
广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心/广西农业科学院甘蔗研究所/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西南宁 530007

基金项目: 国家自然科学基金(31760415)；河南省科技厅科技攻关计划项目(152102110007)；河南省教育厅重点科研项目(16A220004)；广西农业科学院科技发展基金(2015JZ01)；广西重点实验室建设项目(16-A-01-01)

详细信息

作者简介:
陈明辉(1974—)，男，讲师，博士，E-mail:cmh_abc@126.com

通讯作者:
张保青(1980—)，男，助理研究员，博士，E-mail: zbqsxau@126.com

中图分类号: S566.1
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出版历程
- 收稿日期: 2017-08-27
- 网络出版日期: 2023-05-17
- 刊出日期: 2018-03-09

Physiological response and cold resistance evaluation of seedlings of different chewing cane cultivars to low temperature

1.
Key Laboratory of Ecological Restoration in Hilly Area, Pingdingshan University, Pingdingshan 467000, China
2.
Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement/Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture, Nanning 530007, China

摘要

摘要:
目的
低温是影响北方果蔗Saccharum officinarum L.栽培的主要限制因子，探讨低温条件下果蔗的生理响应和适应低温的生理机制，为果蔗抗寒种质资源筛选和品种改良提供理论依据。

方法
以6个果蔗品种幼苗为试材，采用人工模拟低温环境的方法对其进行低温胁迫，测定各品种叶片的相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的变化。以果蔗幼苗叶片各项指标的抗寒系数作为衡量抗寒性的指标，利用相关性分析、主成分分析和隶属函数分析对果蔗品种的抗寒性进行综合评价。

结果
6个品种的REC以及SS、SP和Pro含量随着低温胁迫时间的延长而持续升高，MDA含量以及POD、SOD、CAT和APX活性先升高后降低。隶属函数法综合评价结果表明，6个果蔗品种综合抗寒性由强到弱依次为‘桂果蔗1号’>‘拔地拉’、‘闽引黄皮果蔗’>‘白玉果蔗’>‘川蔗26号’>‘龙黑果蔗’。

结论
隶属函数法简便、准确，可作为果蔗抗寒能力鉴定的一种有效方法。不同果蔗品种对长时间持续低温的适应能力不同，果蔗的抗寒性不仅与自身的遗传因素和生理特征有关，还与外界环境因素密切相关。
- 果蔗 /
- 抗寒性 /
- 生理指标 /
- 综合评价
Abstract:
Objective
Low temperature is the main limiting factor affecting cultivation of chewing cane (Saccharum officinarum L.) in north China. To investigate the physiological mechanisms of low temperature adaptation and physiological responses of chewing cane cultivars under low temperature stress, and provide a theoretical basis for chewing cane cold resistance germplasm screening and breed improvement.

Method
Six chewing cane cultivars seedlings were used as test materials to determinate the effect of low temperature stress on the seedlings using the indexes such as relative conductivity(REC), malondialdehyde (MDA), soluble sugar (SS), soluble protein (SP) and proline (Pro) contents and superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase(APX) activities in artificial simulation low temperature environment. Taking cold resistant coefficient of each physiological index of chewing cane leaves as the index to measure cold resistance capacity, and cold resistance of chewing cane cultivars were comprehensively evaluated using correlation analysis, principal component analysis and membership function analysis based on cold resistant coefficients of these indexes. Evaluations of cold tolerance of six chewing cane cultivars seedlings were made through fuzzy membership function analysis.

Result
With the extension of low temperature stress time, the REC, SS, SP and Pro contents of six chewing cane cultivar seedling leaves kept the overall rising trend, and the MDA content, the activities of SOD, POD, CAT and APX showed the trend of increasing at first and then decreasing. The cold tolerance order of comprehensive evaluation was ‘Guiguozhe1’>‘Badila’=‘Minyinhuangpiguozhe’>‘Baiyuguozhe’>‘Chuanzhe26’>‘Longheiguozhe’.

Conclusion
Membership function analysis is simple and accurate, which can be used as an effective method to identify cold hardiness of chewing cane. The adaptabilities of different chewing cane cultivars to long lasting low temperature are different. The cold resistance of chewing cane is not only related to its own genetic factors and physiological characteristics, but also closely related to the external environmental factors.
- chewing cane /
- cold resistance /
- physiological index /
- comprehensive evaluation

HTML全文

表 1 低温胁迫对果蔗叶片REC、MDA和渗透调节物质含量的影响¹⁾

Table 1 Effect of low temperature stress on REC, MDA and osmotic regulation substances contents of chewing cane leaves

品种	t_处理/d	REC	b(MDA)/(μmol·g^–1)	w/(mg·g^–1)
品种	t_处理/d	REC	b(MDA)/(μmol·g^–1)	SS	SP	Pro
桂果蔗1号	0	15.69a	22.35a	12.49a	15.49a	21.49a
	7	25.66b	31.89b	27.47b	25.68b	44.68b
	14	37.14c	23.21b	41.44c	43.37c	46.37b
拔地拉	0	16.79a	21.15a	12.58a	14.88a	20.32a
	7	28.82b	34.49c	24.40b	25.40b	37.40b
	14	48.66c	22.93b	32.14c	34.88c	45.88b
闽引黄皮果蔗	0	16.46a	21.31a	13.23a	16.29a	19.79a
	7	29.81b	34.02b	23.84b	29.42b	39.84b
	14	47.46c	25.97a	35.11c	45.15c	43.15b
龙黑果蔗	0	15.74a	21.15a	11.82a	16.82a	21.99a
	7	29.97b	37.93c	22.99b	27.99b	31.99b
	14	50.22c	28.09b	29.99c	33.88c	33.88b
白玉果蔗	0	17.61a	22.95a	12.91a	17.91a	22.06a
	7	28.06b	35.43b	24.41b	28.18b	30.41b
	14	48.59c	26.68a	34.22c	46.52c	33.52b
川蔗26号	0	16.44a	20.64a	12.92a	15.17a	20.31a
	7	27.19b	38.32b	23.91b	29.09b	33.21b
	14	51.19c	29.34a	30.93c	36.93c	34.21b
1)相同品种、同列数据后凡是有一个相同小写字母者，表示处理间差异不显著(P>0.05, LSD 法)

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表 2 低温胁迫对果蔗叶片保护酶活性的影响¹⁾

Table 2 Effect of low temperature stress on defensive enzyme activities of chewing cane leaves U·g^–1

品种	t_处理/d	SOD活性	POD活性	CAT活性	APX活性
桂果蔗1号	0	23.08a	246.56a	67.50a	81.43a
	7	92.54b	515.92b	114.67b	255.46b
	14	88.76b	274.31a	85.47a	92.93a
拔地拉	0	18.66a	256.34a	64.67a	76.36a
	7	69.74b	483.47b	98.83b	210.29b
	14	64.55b	263.18a	72.73a	83.10a
闽引黄皮果蔗	0	22.03a	248.43a	66.33a	78.73a
	7	60.08b	404.70b	108.67b	251.32b
	14	57.54b	257.40a	68.37a	70.91a
龙黑果蔗	0	19.21a	236.32a	65.00a	75.93a
	7	79.74b	429.08b	96.67b	227.24b
	14	65.71b	220.71a	70.67a	82.89a
白玉果蔗	0	23.26a	237.93a	65.27a	80.31a
	7	61.77b	411.16b	98.55b	221.23b
	14	55.06b	232.03a	67.35a	79.11a
川蔗26号	0	18.08a	256.18a	64.75a	80.34a
	7	77.41b	423.83b	94.36b	207.43b
	14	62.11b	228.10a	69.44a	86.89a
1)相同品种、同列数据后凡是有一个相同小写字母者，表示处理间差异不显著(P>0.05, LSD 法)

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表 3 不同品种果蔗叶片各单项指标的抗寒系数

Table 3 Cold-resistant coefficient of each single index of chewing cane leaves of different cultivars %

品种	REC	MDA含量	SS含量	SP含量	Pro活性	SOD活性	POD活性	CAT活性	APX活性
桂果蔗1号	236.71	103.84	329.38	280.05	215.77	384.58	113.26	126.62	114.12
拔地拉	289.82	108.41	255.48	241.13	225.79	345.93	102.67	112.46	108.83
闽引黄皮果蔗	288.34	121.87	265.38	277.16	218.04	261.19	103.61	103.08	90.07
龙黑果蔗	319.06	132.81	253.72	201.43	154.07	342.06	93.39	108.72	109.17
白玉果蔗	275.92	116.25	265.07	259.74	151.95	236.72	97.51	103.19	98.51
川蔗26号	311.37	142.15	239.40	243.44	168.44	343.53	89.04	107.24	108.15

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表 4 果蔗幼苗抗寒指标的相关性分析¹⁾

Table 4 Correlation analyses between cold-resistance indices of chewing cane seedlings

指标	REC	MDA含量	SS含量	SP含量	Pro含量	SOD活性	POD活性	CAT活性	APX活性
REC	1.000
MDA含量	0.846*	1.000
SS含量	–0.896**	–0.722	1.000
SP含量	–0.801*	–0.538	0.598	1.000
Pro含量	–0.481	–0.625	0.424	0.548	1.000
SOD活性	–0.067	–0.080	0.339	–0.232	0.286	1.000
POD活性	–0.878*	–0.892**	0.880*	0.678	0.751	0.212	1.000
CAT活性	–0.632	–0.567	0.813*	0.238	0.455	0.806*	0.686	1.000
APX活性	–0.093	–0.110	0.302	–0.352	–0.012	0.902**	0.083	0.760	1.000
1)“”、“*”分别表示达 0.05、0.01 水平的显著相关

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表 5 各综合指标的系数及贡献率

Table 5 Coefficients of comprehensive indexes and their contribution rates

主成分	REC	MDA 含量	SS 含量	SP 含量	Pro 含量	SOD 活性	POD 活性	CAT 活性	APX 活性	特征值	贡献率/%	累积贡献率/%
A1	–0.910	–0.860	0.922	0.661	0.698	0.389	0.959	0.831	0.304	5.205	57.831	57.831
A2	0.260	0.207	0.030	–0.641	–0.154	0.883	–0.187	0.548	0.927	2.487	27.630	85.460

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表 6 不同果蔗品种的隶属函数值

Table 6 Subordinate function values of different chewing cane cultivars

品种	REC	MDA含量	SS含量	SP含量	Pro含量	SOD活性	POD活性	CAT活性	APX活性	隶属度	排序
桂果蔗1号	0.402	0.852	1.000	0.904	1.000	0.952	0.182	0.420	0.119	0.648	1
拔地拉	0.073	0.874	0.707	0.634	0.982	0.623	0.053	0.160	0.066	0.464	2
闽引黄皮果蔗	0.115	0.693	0.791	0.962	0.883	0.535	0.121	0.074	0.000	0.464	2
龙黑果蔗	0.033	0.584	0.614	0.603	0.534	0.643	0.000	0.120	0.065	0.355	5
白玉果蔗	0.071	0.662	0.771	1.000	0.521	0.504	0.043	0.054	0.023	0.405	3
川蔗26号	0.000	0.517	0.653	0.702	0.543	0.591	0.084	0.095	0.087	0.364	4

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