大丽花块根抗寒性研究.pdf

以“大奖赛”（DJS）“里维拉”（LWL）、“巧克力”（QKL)和“松林公主”（SLGZ）4个大丽花品种的块根为试材，通过电导法、电阻抗图谱法和相关生理指标的测定，比较了大丽花块根的抗寒性。结果表明：（1）4个品种的大丽花块根在一16 时全部死亡；SLGZ半致死温度最低，为一11.8 9；DJS最高，为一5.7 0。（2)电阻抗图谱弧度大小,DJS的随着温度的降低而减小；其他3 个品种随温度从4到一4的降低而变大，在一4时弧度最大；在一10 时，弧度较一4均减小。当温度降至一16 时，4个品种的电阻抗图谱弧形开口方向均发生改变，且其电阻值和容抗值骤降。电阻抗弧度大小和LTO值大小高度吻合。（3)随着温度的降低，4个品种块根中的丙二醛含量先下降后上升；总酚含量先上升后下降；可溶性糖含量先下降后上升再下降；可溶性蛋白含量呈下降趋势。综合评价表明，大丽花不同品种间抗寒性存在差异，其中SLGZ抗寒性最强,DJS抗寒性最弱。关键字：大丽花；块根；半致死温度；抗寒性；电阻抗图谱法；评价中国分类号：S682.2Cold resistance of tubers about Dahlia pinnata文献标志码：AZHANG Yingchan,WANG Lu,HAN Shengnan,CHEN Duanfen,YU Wenbin,NIU Shancel-,HAO Lihong,XIANG Diying(1 College of Horticulture,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China;2 State Key Laboratory of Crop Improvement and Regulation,Baoding 071o00,China;3 Zhangjiakou Academy of Agricultural Sciences,Zhangjiakou 075000,China)Abstract:Fresh tubers of four Dahlia pinnata cultivars,including“Grand Prix(DJS),“Gallery Rivera(LWL),“Kama Cho(QKL)and“Pinelands Princess(SLGZ)as the testmaterials,the effects of low temperature on the cold resistance of tubers were compared byelectrical conductivity method,electrical impedance spectroscopy(EIS)and determination ofrelated physiological indicators.The results showed that:(1)All tubers of 4 cultivars weredied at-16 C.SL G Z h a d t h e lo w e s t s e m i-le t h a l t e m p e r a t u r e,w h ic h w a s -11.8 9 ,w h ileDJS had the highest semi-lethal temperature which was-5.70.(2)T h e D JS r a d ia n s o fEIS decreased with falling temperature while others increased with the falling of temperaturefrom 4 t o -4,a n d t h e r a d i a n r e a c h e d t h e m a x i m u m a t -4.W h e n t h e t e m p e r a t u r e收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 1基金项目：河北省重点研发计划项目（2 0 3 2 6 8 14D）。第一作者：张映婵（1994-），女，河北邢台人，硕士，研究方向为观赏植物逆境生理。通信作者：向地英（197 8-），女，重庆云阳人，博士，讲师，研究方向为观赏植物抗逆生理。第3 期dropped to-16,t h e a r c o p e n i n g d i r e c t i o n o f t h e EI S o f f o u r c u lt i v a r s w e r e c h a n g e d,a n dthe resistance value,the capacitive resistance value were plummeted.The radians of EIScurve were same with the LTO value.(3)With the decline of temperature,the MDA con-tents decreased at first and then increased,which the trend of the total phenolic contentswere the polar opposite of MDA.The contents of soluble sugar were down firstly then upand down lastly,and soluble protein contents were on a downward trend.The comprehen-sive evaluation results had exhibited differences in cold resistance among four dahlia culti-vars,among which SLGZ had the strongest cold resistance and DJS had the weakest.Keywords:Dahlia pinnata;tubers;semi-lethal temperature;cold resistance;electrical imped-ancespectroscopy;evaluation大丽花（Dahlia pinnata)为菊科（Asteraceae)大丽花属（Dahlia）多年生球根花卉，是集观赏、食用、药用于一体的世界著名花卉，具有极高的观赏价值和经济价值。大丽花露地栽培中，为避免块根遭受冻害，秋冬季节地上部分死后，常常将块根挖出，统一窖藏，这不仅使块根不能得以充分生长，影响块根产量和质量，而且挖球贮藏，翌年春天再另行栽种，需耗费大量人力物力。研究大丽花块根的抗寒性，对延长大丽花块根的生长时间，提高块根的质量和产量，了解品种间抗寒性的差异，节省栽培过程中所消耗的人力物力有重要意义。但目前有关低温对大丽花的影响，不同品种之间的响应低温是否存在差异，尚未见报道。低温不仅会限制植物的广泛分布，还会严重影响植物的生长发育。为了应对不利的环境条件，植物体通过一系列生理生化变化来提高其抵御低温的能力 1-2 。目前，常用的抗寒性评价方法有电解质渗出率法、电阻抗图谱法、露地栽培法、全株冰冻测试法等。随着科技的进步，越来越多的应用人工模拟寒冷天气来研究植物的抗寒性。低温半致死温度（Se m i-le t h a lt e m p e r a t u r e,L T s o）是将植物材料置于不同人工低温下处理，根据各温度下的相对电导率，通过Logistic方程拟合出50%材料死亡时的温度，在评价植物抗寒性时被广泛应用。电阻抗图谱（E-lectrical impedance spectroscopy,EIS)可以通过建品种名称Cultivar name大奖赛里维拉巧克力松林公主注：每个品种随机选取3 0 个块根进行重量、长度和宽度的测量，其中长度的测量选取块根的最长处，宽度的测量选取块根的最宽处。同列不同小写字母表示各品种之间的差异显著性（P0.05）。张映婵，等.大丽花块根抗寒性研究立等效电路模型来模拟被测组织内部的生理状况，从而确定生物组织和器官的基本信息 3 。近年来，EIS在植物抗寒性研究方面取得了良好的效果 4。低温半致死温度和电阻抗图谱本质都是通过检测细胞膜的完整性来判定植物抗寒性的，在植物抗寒性研究中常常一起应用。本研究以4个大丽花品种的块根为试验材料，对块根进行低温处理后，测定其半致死温度、电阻抗图谱和抗寒性生理指标，研究大丽花块根的抗寒性，旨在探究低温处理对大丽花块根生理机制的影响，以期为大丽花秋冬季节栽培管理和了解品种间的抗寒性提供理论支持。1材料与方法1.1试验材料试验材料选用种植于张家口市农业科学院花卉园区（E11492，N40 6 7），2 0 2 1年10 月下旬采收的4个形态差异较大的大丽花品种的块根，分别为“大奖赛”（DJS）、“里维拉”（LWL）、“巧克力”（Q K L)和“松林公主”（SLGZ），将块根装人带有标记的袋子中带回实验室。用清水洗净阴干后进行分球，选取大小均匀、健康、完整的块根用于试验。供试大丽花块根形态特征见表1。表1供试大丽花块根形态特征Table 1 Morphological characteristics of Dahlia pinnata tubers品种编号Cultivar numberDJSLWLQKLSLGZ355重量/g长度/cmWeightLength16.742.65a20.121.84a18.901.33a23.140.64a14.230.90a20.180.66a17.861.91a22.271.24a宽度/cmWidth7.970.36b8.730.18ab8.070.15b9.170.20a3561.2低温处理块根用去离子水洗净并擦干后放人带有标记的自封袋中，放人4冰箱预冷2 4h，后进行降温处理。低温处理设置6 个温度梯度，分别为4、0、一4、一10、一16、一2 6，温度设置根据是预试验结果和张家口记录的最低温（一2 6.8)所得，求半致死温度要求包括材料全部成活和全部死亡的温度，其中4和0 是全部致活温度，一16 和一2 6 是全部致死温度。每个温度下每个品种随机选取9 个块根进行处理。其中，以4为对照，降温速度为4/h。每个温度处理4h，处理完成后，放人4冰箱中解冻2 4h，待测。1.3测定项目与方法1.3.1半致死温度（LTso）测定为长、宽、高分别为0.50、0.3 5、0.3 5cm的小块用于测定相对电导率，后用Logistic方程拟合半致死温度，每个处理重复4次。一2 6 对大丽花块根为极端低温，解冻后组织解体变软，故为拟合求得半致死温度，只测定了该温度下的电导率。1.3.2电阻抗图谱测定用打孔器（0.7 cm)取大丽花块根，切成1cm小段后再均匀的纵切成4份，使用阻抗仪（AgilentE4980A，U SA)进行电阻抗图谱测定，每个处理重复8 次。根据研究发现，弧形顶点与原点之间的距离可以表明细胞组织状态的变化，参考Watanabe等人的方法对电阻抗图谱信息进行数量化 5。在本研究中，弧形顶点距离原点的长度被用作不同大丽花品种块根在低温处理期间细胞组织变化的参数。从原点到弧形顶点的距离记作LTO,计算公式如下：LTO=VRop+Xiop式中：Rtop和Xop表示电阻抗图谱最大的坐标。大丽花块根的电阻抗图谱示例图，见图1。-3.5-3.0F-2.5-2.0UX/4&-1.5-1.00.50.00图1大丽花块根的电阻抗图谱示例图Figure 1 Example diagram of electrical impedancespectroscopy of Dahlia pinnata tubers林业与生态科学1.3.3生理指标测定PMDA)和总酚（Total phenols）含量测定参考吴强盛 6 1；可溶性糖（Soluble sugar)含量测定参考李合生 7；可溶性蛋白（Solubleprotein)含量测定参考李玲8 。每个处理重复3 次。1.3.4块根抗寒性综合评价采用隶属函数法综合评价大丽花不同品种的耐热性 。若生理指标和抗寒性呈正相关，按U（X,）=（X；一Xjimin）/（Xj ma x 一Ximin)公式计算隶属度值；若生理指标与抗寒性呈负相关,则按U（X,）=1（X一Xjmin）/（Xi ma x 一Xjmin）公式计算隶属度值，最后计算每个品种隶属度平均值，D=ZU（X）。根据平均值对大丽花抗寒性排序，平均值越大，抗寒性越强；反之，则抗寒性弱。切取大丽花块根式中：X,为第i种大丽花第i个测定指标；Ximin和Ximax分别表示为全部品种第i项指标的最小值和最大值。1.4数据处理与统计分析用Excel和 IBM SPSS Statistics 20软件对数据进行整理分析，用Origin2021软件进行绘图。多重比较分析采用Waller-Duncan（PDJSLWLQKL;在和一10 时,块根的电阻抗张映婵，等.大丽花块根抗寒性研究Logistic方程及半致死温度，见表2。表2 大丽花块根的Logistic方程及半致死温度Table 2 Logistic equation and LTso of Dahlia pinnata tubersR20.9970.9990.9790.999二者差值为6.2 8。4个大丽花品种块根的半致死温度由低到高的顺序依次为：SLGZQKLLWLLWLDJSQKL；在一4时，块根的电阻抗图谱弧形大小依次为：SLGZLWLQKLDJS。由图 3-(a)可知,在4、0、一4时,DJS块根的电阻抗图谱弧度大小随着温度的降低而减小。由图3-(b)、图 3-(c)、图 3-(d)可知，在4、O、一4时,LWL、Q K L 和 SLGZ块根的电阻抗图谱弧度大小随温度的降低而变大，且在357决定系数半致死温度/LT50一5.7 07.10-10.01-11.982468101214电阻/K2Zr(b）里维拉2468101214电阻/K2Zr（d）松林公主358一4时弧度最大；在一10 时，上述3 个品种的电阻抗图谱弧度均减小。ab7C65AOLT43210Figure 4 Change in the LTO value of Dahlia pinnata tubers of four cultivars at low temperatures注：不同小写字母表示在各温度下各品种之间的差异显著性（PDJSLWLQKL，且各品种差异显著；在0是，SLGZ显著大于其他品种；在一10 时，LTO值的大小依次为：SLGZLWLDJSQKL，且各品种差异显著；在一4时，LTO值的大小依次为:SLGZLWLQKLDJS。D JS的 LTO值随着温度的降低显著降低;LWL、Q K L 和SLGZ随着温90r80706050F403050-5-10-1520温度/Temperature(a)丙二醛含量75070065060055050045050-5-10-15-20温度/Temperature(c）可溶性糖含量-ODJS;图5低温对大丽花块根生理指标的影响Figure 5 Effects of low temperature on physiological indexes of Dahlia pinnata tubers由图5-（a)可知，4个大丽花品种块根中的MDA含量随着温度的降低整体呈先下降后上升趋林业与生态科学低温处理下4个大丽花品种块根的LTO值变化，见图4。98图4低温处理下4个大丽花品种块根的LTO值变化0-5-10-15-20温度/CTemperature(b）总酚含量1.8r1.61.41.21.00.80.60.40.20.05温度/Temperature（d）可溶性蛋白含量LWL;+QKL;-SLGZ势,其中DJS、L W L 和QKL在O时块根中MDA含量达到最低值，分别为47.9 1、44.0 3、47.3 8第3 8 卷abbdedede飞欧40温度/TemperatureDJS;网网LWL;LVQKL;度的降低其LTO值呈先增大后减小的趋势，且均在一4时达到最大值,其中LWL在一4时,其LTO值均显著大于其温度；QKL在一4时，其LTO值均显著大于4、一10、一16。SLGZ的LTO值在4、0、一4、一10 时均显著大于其他品种。2.3低温对大丽花块根生理指标的影响低温处理下大丽花块根生理指标的变化，见图5。0.20(.3.3u)/喜湿货0.150.105fg-4fg二-10SLGZ0-510-1520hi-16第3 期nmol/g,SLGZ在一4 时块根中 MDA含量达到最低值为41.7 6 nmol/g；除DJS外的其他3 个大丽花品种块根中的MDA含量均在一16 时达最大值。在一4以下温度处理中,SLGZ块根的MDA含量始终低于其他3 个品种，且在一4和一16 时块根中的MDA含量显著低于其他品种。由图5-(b)可知，4个大丽花品种块根中的总酚含量随着温度的降低整体呈先上升后下降趋势,DJS和LWL在0 时块根中总酚含量达到最大值，且较4即对照显著上升，分别上升了3.58%和11.7 6%；QKL和SLGZ在一4时块根中总酚含量达到最大值，且较4时较对照显著上升，分别上升21.46%和2 2.2 1%。在4和0 时,LWL块根的可总酚含量显著高于其他3 个品种，且在一16 时其块根的总酚含量出现增多的情况。由图5-(c)可知，4个大丽花品种块根中的可溶性糖含量随着温度的降低整体呈先下降后上升再下降的趋势，在0 时，4个大丽花品种块根中可溶性糖含量较对照均显著下降,后LWL、Q K L 和 SLGZ在一4时显著上升,DJS在一10 时显著上升。DJS在一指标丙二醛IndexMDAMDA1总酚0.187可溶性蛋白0.445*可溶性糖0.271相对电导率0.654*LTO值-0.713*注：*表示在P0.05水平上差异显著；*表示在PLWLQKLDJS,此排序结果与LTso结果不完全一致。3讨论与结论3.1讨论低温胁迫导致植物细胞膜结构遭受破坏，膜透性增大，而最终表现出相对电导率增大。本试验中，各品种块根的相对电导率随温度降低呈“S型曲线上升，说明在低温初期，细胞膜未受到严重的损伤，这与杨豫等的研究结果相同 9。半致死温度是相对电导率经Logistic方程拟合所得，半致死温度越低表示植物的抗寒性越强 10 。本试验中，通过半致死温度得出4个大丽花品种块根的抗寒性强弱依次为：SLGZQKLLWLDJS,综合评价的抗寒性和半致死温度结果不完全一致，其中的原因可能有半致死温度作为单一的指标评价不能消除品种间的性状差异。研究表明，可以利用电阻抗图谱的形态特征来评价植物抗寒性 11-12 1。本试验中，在一16 时弧形形状和其他温度处理结果相反，容抗值和电阻值骤降，结合相对电导率的结果，判定大丽花块根在一16 时组织已全部死亡，故推定可以根据电阻抗图谱弧形开口方向来判定大丽花块根的组织活性。金明丽等根据电阻抗图谱弧形大小判定苹果砧木的抗寒性，抗寒性较强时，电阻抗弧形较大 13 。本试验中，LTO值和弧形大小在低温处理下和品种之间有高度一致性，故可以通过大丽花块根的电阻抗图谱和LTO值判定大丽花块根的抗寒性。根据弧形大小和LTO值可知，在不同温度下各大丽花品种块根的抗寒性不同，且随着温度的降低各大丽花品种块根的抗寒性变化趋势也不一样，这可能和不同大丽花品种块根在不同低温下响应抗寒性的表现不同有关。在胁迫条件下，含氧自由基会作用于生物膜上的多不饱和脂肪酸，导致脂质过氧化反应，随后产生脂质过氧化物MDAL141。因此，MDA含量可以指示植物的氧化损伤程度 15。总酚通过吸收和中和自由基以及分解过氧化物来保护生物膜抵御逆境，从而发挥非酶抗氧化系统的作用 16 。低温处理下，酚林业与生态科学类化合物的积累可以增加细胞膜的稳定性，从而提高植物的抗逆性 17。本试验中，4个大丽花品种块根的MDA含量随着温度的降低呈先下降后上升的趋势，而总酚含量随着温度的降低呈先上升后下降的趋势，这说明大丽花块根在低温处理中总酚发挥着抗氧化功能防止细胞膜被破坏，但随着低温处理的强度增强，块根可能受过低的温度胁迫导致细胞内结冰，引起细胞的死亡，进而导致组织的瓦解而丧失了逆境调节能力，总酚的抗氧化能力不足以阻止细胞膜被破坏,MDA含量随之增加。本试验 SLGZ块根中，MDA含量较其他大丽花品种含量低，最低值出现的温度较其他品种低，这可能和SLGZ抗寒性较强有关。可溶性糖和可溶性蛋白可以调节植物的渗透性和细胞稳态，是植物耐受机制之一 18 。本试验中，SLGZ的可溶性糖含量整体较其他大丽花品种高，可溶性糖含量对植物产生的抗寒性作用也被大量的试验结果所证实，且与综合评价得出的SLGZ抗寒性最强的结果一致 19-2 0 。但其他3 个大丽花品种块根的可溶性糖含量变化不同，可能是因为大丽花块根在抵御低温时，能量的产生和代谢在品种间表现不同有关。本试验中,DJS、L W L 和QKL3个大丽花品种块根中的可溶性蛋白含量均随着温度的降低整体呈下降的趋势，这与Yan等、赵森等的结果一致 2 1-2 2 。SLGZ块根中的可溶性蛋白呈先上升后下降的趋势，造成这种现象的原因可能是因为SL-GZ的抗寒性较强，在一4下通过产生可溶性蛋白来增加细胞的渗透势，进而减缓细胞膜受损。3.2结论通过电导法、EIS法和生理指标的测定分析，较早的研究了大丽花块根的抗寒性。研究结果表明：（1)可以根据4个大丽花品种块根的相对电导率和MDA含量判定块根在低温下的损伤程度。在低温处理初期，4个大丽花品种块根的相对电导率和MDA含量均相对较低，说明在此期间块根未受到严重的损伤。（2)根据相对电导率得出，经一16 下处理4h后，4个大丽花品种的块根全部死亡，此时EIS弧形开口方向改变，故可以通过EIS弧形开口方向来判定大丽花块根的组织活性。（3）通过LTO值将EIS弧形量化，以此比较EIS的弧度大小,并且LTO值与相对电导率呈极显著相关，故可根据LTO值比较大丽花块根的抗寒性。（4)4个大丽花品种块根总酚含量随着温度的降低呈先上升后第3 8 卷第3 期下降的趋势，说明一定温度范围内总酚在低温处理期间发挥着抗氧化功能。（6）4个大丽花品种块根的可溶性糖含量整体呈先下降后上升再下降趋势，可溶性蛋白含量整体呈下降趋势，说明可溶性糖和可溶性蛋白在块根低温处理期间除了作为渗透调节物质参与渗透调节外，还作为能量物质提供低温胁迫期间块根所需能量。（7)通过LT5o和综合评价得知，4个大丽花品种块根的抗寒性存在差异，其中SLGZ抗寒性最强，其半致死温度为一11.98；DJS抗寒性最弱，其半致死温度为一5.7 0。研究结果为大丽花抗寒品种筛选和秋冬季节栽培管理提供了理论支持。参考文献：1 WANG C G,ZHANG M Y,ZHOU J J,et al.Transcriptome a-nalysis and differential gene expression profiling of wucai(Brassica campestris L.)in response to cold stressJ.BMCGenomics,2022,23(1):137.2刘文英.植物逆境与基因 M.北京：北京理工大学出版社，2015.3李强，曹扬，张正，等.电阻抗法在植物根系生物学研究中的应用.植物科学学报，2 0 16，3 4（3）：48 8-495.4 LIU Y,LI D M,QIAN J,et al.Electrical impedance spectrosco-py(EIS)in plant roots research:A review JJ.Plant Methods,2021,17(1):1-25.5J WATANABE T,ANDO Y,ORIKASA T,et al.Electrical im-pedance estimation for apple fruit tissues during storage usingCole-Cole plotsJJ.Journal of Food Engineering,2018,221:29-34.6吴强盛.植物生理学实验指导M.北京：中国农业出版社，2018.7】李合生.植物生理生化实验原理和技术 M.北京：高等教育出版社，2 0 0 0.8 李玲.植物生理学模块实验指导 M.北京：科学出版社，2 0 0 9.9杨豫，张晓煜，陈仁伟，等.贺兰山东麓4个酿酒葡萄品种枝条抗寒性鉴定 J.干旱区资源与环境，2 0 2 1，3 5（3）：18 3-18 9.10许瑛，陈发棣.菊花8 个品种的低温半致死温度及其抗寒适应性 J.园艺学报，2 0 0 8,3 5（4）：559-56 4.张映婵，等.大丽花块根抗寒性研究11 FENG L L,HOU T G,ZHANG B H.A noninvasive methodfor detecting frozen injuries in potatoes based on electrical im-pedance spectroscopyJ.Journal of Food Process Engineer-ing,2021,44(5):1-6.12张钢，肖建忠，陈段芬.测定植物抗寒性的电阻抗图谱法 J.植物生理与分子生物学学报，2 0 0 5,3 1（1）：19-2 6.13金明丽，徐继忠，张钢.苹果砧木枝条电阻抗参数与其抗寒性的关系J.园艺学报，2 0 11，3 8（6）：10 45-10 51.14J LI Y,HAN L X,WANG B B,et al.Dynamic degradation ofpenconazole and its effect on antioxidant enzyme activity andmalondialdehyde content in apple fruit J.Scientia Horticultu-rae,2022,300:111053.15 YAN J W,LI J,ZHANG H P,et al.ZmWRKY104 positivelyregulates salt tolerance by modulating ZmSOD4 expression inmaizeJJ.The Crop Journal,2022,10(2):555-564.16 KARIMI R,AMINI H,GHABOOLI M.Root endophytic fun-gus Piriformospora indica and zinc attenuate cold stress ingrapevine by influencing leaf phytochemicals and minerals con-tentJJ.Scientia Horticulturae,2022,293:110665.17J AZADEH S,ALI G,REZA F,et al.Interactive effects of chill-ing and wounding stresses on antioxidant compounds and fattyacid profile of purslaneJ.Acta Physiologiae Plantarum,2022,44(4):1-12.18 WASSIE M,ZHANG W H,ZHANG Q A,et al.Effect of heatstress on growth and physiological traits of alfalfa(Medicagosativa L.)and a comprehensive evaluation for heat toleranceJ.A g r o n o m y,2 0 19,9(10):59 7.19牟开萍，李维芳，杨文新，等.2 0 个月季品种的抗寒性综合评价J.草原与草坪，2 0 2 1,41（6）：58-6 6.20梁锁兴，孟庆仙，石美娟，等.平欧榛枝条可溶性蛋白及可溶性糖含量与抗寒性关系的研究 J.中国农学通报，2 0 15，3 1（13）：14 18.21 YAN C C,ZHANG N,WANG Q Q,et al.Full-length tran-scriptome sequencing reveals the molecular mechanism of pota-to seedlings responding to low-temperatureJ.BMC Plant Bi-ology,2022,22(1):125.22赵森，于江辉，肖国樱.高温胁迫对爪哇稻剑叶光合特性和渗透调节物质的影响 J.生态环境学报，2 0 13，2 2（1）：110-115.（责任编辑：刘元元）361