刘建新， 丁华侨， 徐笑寒

(浙江省农业科学院花卉研究开发中心，浙江杭州 311202)

红火炬郁金(Curcumahybrida‘Red Torch’)是国内花卉市场近年出现的球根花卉新品种[1]，与姜荷花同属于姜黄属(CurcumaLinnaeus)植物[2]，可作盆花、切花及园林花境应用，具体株型如图1-A所示，穗状花序，苞片阔卵形莲座状排列，苞片深红色。整个花期从7月中上旬至10月底，株高46～50 cm，全花长33～39 cm，花序长20 cm左右(全花长去掉花茎、花梗以外的长度)，花序宽7.0～7.5 cm，目前已在广东、浙江、山东等地得到应用。除刘建新等对其切花保鲜[3]、花茎延长[1]做过研究外，尚无其他相关报道。红火炬郁金是一种热带花卉，种球需要较高的温度才能顺利越冬，温度较低则会导致种球冻坏。在我国的绝大部分地区，种球都无法自然越冬，因此有必要使用抗寒相关植物生长调节剂来提升种球的抗寒能力。脱落酸(abscisic acid，ABA)是抗寒基因表达的信号分子，对植物抗寒力的调控起重要作用，能提高植物的抗逆性[4-6]。水杨酸(salicylic acid，SA)是一种植物内源信号物质和植物激素，能抑制气孔开放，从而使叶片具有抗蒸腾的作用，进而减少植物的水分蒸腾，提高植物的抗逆性[7-8]；多效唑(paclobutrazol，PP333)是一种高效、低毒的植物生长调节剂，可以抑制细胞纵向生长、缩短茎节、降低株高、改善植物群体结构、提高作物抗寒性、耐旱性和光合活性等[9-10]；6-BA(6-benzylaminopurine)的主要生理效应除促进细胞分裂、促进芽的分化、促进细胞扩大、延缓叶片衰老等外[11]，也可提高植物的抗逆性[8]。如 0.5 mg/L 6-BA诱导香根草能提高香根草的抗寒性，使得香根草能在低温下生长良好[12]。油菜素内酯(brassinolide，BR)浸种能增强花生对低温的忍耐能力[13-14]。

本试验研究红火炬郁金种球的抗寒生理，明确种球的所能耐受的低温，并尝试采用各种具有抗寒潜力的植物生长调节剂处理种球，以期找出能提升红火炬郁金种球抗寒性的方法，为国内的红火炬郁金种球生产提供支持，促进红火炬郁金的推广应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用笔者所在单位生产的红火炬郁金的成熟种球(图1-B，上部为球茎，萌芽部位，为本试验的材料。下部多个椭圆形球为营养球，仅用于贮存营养)，该种球大小一致、无病虫害及外伤。取样时，从种球的中间位置纵切开，从中切取完整小片(包含外中内各层组织，确保取样代表性)。丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量、蛋白质含量的测定用试剂盒均由苏州科铭生物技术有限公司提供。相关试验皆于2016年在浙江省农业科学院花卉研究开发中心完成。

1.2 试验方法

1.2.1 不同低温胁迫对红火炬郁金种球的生理生化指标的影响 将红火炬郁金种球分别置于24(常温，对照组)、9、5、1、-3 ℃下48 h，然后取出存放于超低温冰箱备用。

1.2.2 不同植物生长调节剂处理对红火炬郁金种球的生理生化影响 将红火炬郁金种球用不同的植物生长调节剂分别浸泡处理24 h，再转入1 ℃环境中冷胁迫48 h，然后取出存放于-80 ℃超低温冰箱冻存备用。试验植物生长调节剂包括 1 mg/L 脱落酸、11 mg/L(或 80 μmol/L)水杨酸、0.01 mg/L油菜素内酯、0.08 mg/L 6-BA、100 mg/L多效唑等。另设阳性对照(PCK)：清水浸泡24 h后，1 ℃环境中冷胁迫48 h，冻存备用；阴性对照(NCK)：水浸泡24 h后，常温处理48 h，冻存备用。

1.2.3 生理生化指标检测 相对电导率的测定采用电导仪直接测定沸水加热前后的电导率，然后再计算出相对电导率。束缚水含量的测定采用阿贝折光仪法[15]。用折光仪测定经蔗糖透析前后的浓度，再计算出束缚水的含量。MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量、蛋白质含量的测定均按照试剂盒说明书方法进行。所有测定重复3次。

1.3 数据分析

相关数据以Excel 2007软件分析并生成图片。

2 结果与分析

2.1 不同低温胁迫下红火炬郁金种球的生理生化变化

2.1.1 低温胁迫下细胞受损程度分析 植物受到低温危害时，细胞膜系统最先受到影响，细胞的质膜透性增大，电解质会有不同程度的外渗，导致电导率会有不同程度的增大[16]。膜透性的大小反映了细胞膜受损的程度，相对电导率与膜受伤害程度呈正相关，电导率越高说明细胞膜受到的伤害越大[17]；束缚水是指在植物体内和原生质胶体紧密结合的水分，不易结冰和蒸腾，与植物的抗性有密切关系，束缚水含量相对增加可以增强植物的抗寒能力[18-19]。植物器官在逆境条件下往往发生膜脂过氧化作用，膜脂过氧化过程发生伴随着MDA含量的增加，而MDA会严重损伤生物膜。通常用MDA含量作膜脂过氧化指标，表示细胞膜脂过氧化程度及对逆境反应的剧烈程度[20]。本研究对低温胁迫下细胞受损的3个指标特征进行检测，结果如图2所示。图2-A中红火炬郁金种球在24 ℃时的相对电导率是最低的，而在9 ℃时电导率显著升高，说明种球此时已处于受低温胁迫的状态了，其后的5、1、-3 ℃大致相近，此时细胞膜受损较严重。图 2-B所示，对照组(24 ℃)的束缚水含量是最高的。除对照组外，束缚水含量随着温度的降低(9 ℃降至1 ℃)而逐渐升高，在 -3 ℃ 时再降低。图2-C显示，低温胁迫处理后(9 ℃降至1 ℃时)，MDA含量变化并不明显，而在-3 ℃时显著增高，此时的细胞膜脂过氧化程度最高，受损最严重。结合这3个指标可知，低温胁迫条件下，种球在9 ℃环境下已经处于逆境胁迫状态了，1 ℃时束缚水含量增加得最为明显，-3 ℃时膜脂氧化最严重。

2.1.3 低温胁迫下细胞浸透调节系统变化 植物细胞遭受到伤害时，必须通过渗透调节保证一定的膨压来维持正常的生理功能[24]。大多数植物遭受环境低温胁迫时均在体内积累脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖等物质[25]，这些物质能有效降低细胞液的渗透势，防止细胞过度失水，有利于提高植物抗寒性[26]。低温胁迫时，脯氨酸能维持细胞水势，促进蛋白质的水合作用，并能维持细胞结构、物质运输和渗透调节等[23-27]；可溶性糖可以提高细胞液浓度，降低水势，增加保水能力，具有冰冻保护剂的作用[23]。可溶性蛋白有较强的亲水性，可束缚更多的水分，减少原生质内结冰而伤害致死的概率[27-29]。如图4-A所示，低温胁迫状态下，脯氨酸的含量先增加后降低，5 ℃时最高，其余各低温处理都较对照组(24 ℃)低；图4-B所示，低温胁迫下，各处理的可溶性糖含量在5 ℃时升到最高状态，然后再降低；图4-C所示，9 ℃低温时开始发生胁迫，可溶性蛋白质的含量达到最高状态，然后逐渐降低，在-3 ℃时达到最低点。

2.2 不同植物生长调节剂处理对红火炬郁金种球抗寒性的影响

从图5-A中可以看出，清水浸泡24 h后，常温处理48 h的阴性对照(NCK)相对电导率最低，而同样清水浸泡后1 ℃低温处理48 h的阳性对照(PCK)的相对电导率最高，其他各植物生长调节剂处理的相对电导率都介于这两者之间，都比PCK低，说明这些植物生长调节剂处理对细胞膜都有一定的保护作用，其中以SA和BR的相对电导率较高，保护效果相对较差，6-BA处理的最低，保护效果最好，ABA次之。图5-B 所示，各植物生长调节剂处理后的束缚水含量基本上都处于NCK和PCK之间，BR和6-BA处理的含量较低，与PCK较为接近；ABA和PP333的束缚水含量较高，效果较好。图5-C所示，各植物生长调节剂处理的MDA含量依次是SA>PP333>ABA>BR>6-BA，说明SA处理的膜脂氧化程度最高，6-BA处理的膜脂氧化程度最低。综上所述，各植物生长调节剂都能一定程度上缓解低温胁迫带来的伤害。

2.3 不同植物生长调节剂处理对低温胁迫下抗氧化酶系统的影响

如图6-A所示，除PP333外，各处理的SOD活性都介于NCK和PCK之间，从高到低依次是ABA>SA>BR>6-BA>PP333，ABA处理的效果最好，PP333处理的最差；图6-B所示，各处理的CAT活性从高到低依次是BR>ABA>6-BA>PP333>SA，BR、ABA和6-BA处理的效果较好，而PP333和SA处理的CAT活性大致接近，但都比PCK活性弱；图6-C所示，各处理的POD活性都介于NCK和PCK之间，从高到低依次是SA>PP333>BR>6-BA>ABA。可见，各处理植物生长调节剂在低温胁迫状态下促进生成的抗氧化酶种类各有所侧重，如ABA处理，以促进SOD和CAT为主；SA处理以促进SOD和POD为主；BR处理以促进CAT和POD为主；6-BA 处理以POD为主；PP333处理以POD为主，对SOD和CAT则产生明显的抑制作用。

2.4 不同植物生长调节剂处理对低温胁迫下细胞渗透调节系统变化

如图7-A所示，各植物生长调节剂处理的脯氨酸含量出现了分化，SA和ABA处理的PRO含量明显超出了PCK处理，其余的BR、6-BA和PP333处理的PRO含量都有不同程度的降低。图7-B所示，各处理的可溶性糖含量也出现了分化，SA处理的含量是最高的，BR处理的反而降低了。图 7-C 所示，各处理的可溶性蛋白质含量都比PCK对照明显增加，增加较明显的是ABA和6-BA处理。可见，各处理植物生长调节剂在低温胁迫状态下对细胞渗透调节系统各有所侧重，SA和ABA处理的细胞渗透调节综合表现较优，6-BA处理明显地促进了可溶性蛋白质的含量，但却抑制了PRO的含量。

3 结论与讨论

3.1 不同低温胁迫下红火炬郁金种球的生理生化变化

根据受损程度分析，红火炬郁金种球在9 ℃左右时已经处在受逆境胁迫状态了，-3 ℃时胁迫程度最高，根据抗氧化酶系统可知，各抗氧化酶的表现趋势大致一致，即随着温度的降低，酶活性逐渐增强，超过耐受极限后再逐渐降低。但各酶活性变化的极点温度并不一致，POD活性在5 ℃时最高，CAT活性在1 ℃时最高，而SOD的活性在-3 ℃时达到最高状态。渗透调节系统中，可溶性蛋白质含量在9 ℃达到最高，可溶性糖及PRO含量在5 ℃时达到最高。SOD活性和MDA含量的变化趋势大致一致，即在低温胁迫状态下，都随着温度的降低而增加，都在-3 ℃时达到最高，推测SOD活性的增强主要用来处理膜脂过氧化产生的MDA。MDA是膜脂过氧化作用的最终产物，而SOD为酶防御系统的核心酶[30]，提高SOD活性可使细胞内的活性氧维持在一个较低的水平，从而达到抵御低温的作用[30]。在细胞渗透调节系统的变化中，低温胁迫状态下，PRO、可溶性糖和可溶性蛋白质含量表现趋势较为明显，都呈现出先增高后降低的趋势，但极点温度并不一致，PRO含量和可溶性糖含量的最高点温度都是5 ℃，而可溶性蛋白质的最高点温度则是9 ℃。因此，综合种球受损程度及抗逆系统的反应，红火炬郁金种球保存过程中以不低于5 ℃为宜，9 ℃种球即已开始受低温胁迫了，而5 ℃时种球的多数抗逆机制都已处于极限抵制状态，温度如果进一步降低则有可能会造成种球损害。

3.2 不同植物生长调节剂处理对红火炬郁金种球抗寒性的影响

抗寒性植物生长调节剂筛选试验表明，各植物生长调节剂处理[包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、油菜素内酯(BR)、6-BA、多效唑(PP333)等]对增强红火炬郁金种球的抗寒性都有一定的作用。根据细胞受损程度分析，6-BA和ABA处理的细胞完整性较好(相对电导率较低)，而且膜脂氧化程度也较低(MDA含量较低)，它们对种球的保护效果是最好的。SA和PP333虽然也能一定程度上保护膜的完整性，但膜脂的氧化程度很高，甚至高于不加任何植物生长调节剂处理的PCK(阳性对照)。

为分析各植物生长调节剂处理对抗氧化酶系统的总体效用，将SOD、POD和CAT的活性各按1 ∶1 ∶1的均等权重累加，并构建一个不同植物生长调节剂处理的总抗氧化酶活性图(图8，PCK的总抗氧化酶活性定为1)，各植物生长调节剂处理的总抗氧酶活性都有明显增加，按从大到小顺序依次是BR>SA>PP333>6-BA>ABA>PCK，与各植物生长调节剂处理的相对电导率的存在明显的一致性(图5-A)，说明各处理都明显促进了抗氧化酶的生成，其生成的产量与膜的受损程度存在明显的正向关系。此外，这些植物生长调节剂处理的总抗氧化酶活性都远低于正常条件下未经低温胁迫处理阴性对照(NCK)。结合NCK组的超低相对电导率可知，保持合适的温度是种球贮藏过程的关键，低温条件下抗寒相关植物生长调节剂处理虽能一定程度上增加种球的抗寒性，但都有一定的滞后性，进行反射性、应激性的修复工作。细胞渗透调节系统方面，各植物生长调节剂处理所促进相关物质含量也各有侧重，但在可溶性蛋白含量方面都表现出明显一致的促进效应。

综上所述，红火炬郁金种球在9 ℃时开始受低温逆境胁迫，-3 ℃时胁迫程度最高；而各抗氧化酶的表现并不一致，POD活性在5 ℃时最高，CAT活性在1 ℃时最高，而SOD在-3 ℃时活性达到最高状态。渗透调节系统中，可溶性蛋白质含量在9 ℃时达到最高，可溶性糖及PRO含量在5 ℃时达到最高。综合种球受损程度及抗逆系统的反应，种球保存过程中以不低于5 ℃为宜。此外，各抗寒相关植物生长调节剂处理[包括脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、油菜素内酯(BR)、6-BA、多效唑(PP333)等]对增强红火炬郁金种球的抗寒性都有一定的作用，其中6-BA和ABA处理对种球的保护效果较好。

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