趙永強(qiáng) 樊繼德 楊艷 陸信娟 劉燦玉 張碧薇 楊峰

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇徐州 221121)

大蒜(Allium sativumL.)屬于百合科蔥屬一二年生草本植物[1],原產(chǎn)于歐洲南部和中亞[2],最早由漢朝時(shí)張騫自西域引入我國[3],是深受我國人民喜愛的保健蔬菜和調(diào)味品,也是中國重要的出口創(chuàng)匯蔬菜和加工原料[4]。大蒜在我國南北各地均可種植,但在種植面積約占全國80%的我國大蒜主產(chǎn)區(qū)江蘇、山東和河南3省[5],大蒜均為秋季播種[6]。近年來,受極端天氣的影響,秋播大蒜生育期內(nèi)凍害事件時(shí)有發(fā)生,造成大蒜死苗、弱苗等現(xiàn)象,降低大蒜產(chǎn)量和品質(zhì),嚴(yán)重影響我國大蒜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。同時(shí),因?yàn)榈蜏貎龊σ鸬拇笏鉁p產(chǎn)導(dǎo)致市場(chǎng)供求關(guān)系發(fā)生變化[7-9]。大蒜價(jià)格的頻繁劇烈波動(dòng),對(duì)蒜農(nóng)、庫存商、消費(fèi)者均產(chǎn)生不利影響。選用和推廣耐寒性品種是減輕大蒜凍害、保持大蒜產(chǎn)量穩(wěn)定、促進(jìn)我國大蒜產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展的有效措施之一。但是目前,尚未有關(guān)于大蒜種質(zhì)資源耐寒性鑒定的研究報(bào)道,本研究以8個(gè)田間自然生長的大蒜品種資源離體葉片為試驗(yàn)材料,通過室內(nèi)低溫脅迫處理,利用電導(dǎo)法結(jié)合Logistic方程對(duì)大蒜品種資源的耐寒性進(jìn)行鑒定,建立快速鑒定大蒜品種資源耐寒性的評(píng)價(jià)方法,為我國大蒜種質(zhì)資源的耐寒性鑒定及合理推廣利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試大蒜品種資源8個(gè)(見表1)。大蒜蒜種2018年10月9日下午清水浸泡過夜,次日上午播種,播種于徐州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地(位于N34°18′5.02″,E117°24′4.96″),株行距 15 cm×20 cm,生長期常規(guī)管理。2018年12月5日上午取樣,取樣前大蒜葉片經(jīng)歷的環(huán)境最低氣溫為2℃,采樣前一天氣溫為3～10℃。選取長勢(shì)較為一致的大蒜植株頂部第二片完全展開的葉片,采摘后自封袋保存,立即帶回實(shí)驗(yàn)室。分別用自來水和去離子水清洗,吸水紙吸干水分。

表1 大蒜品種與來源

1.2 方法

1.2.1 葉片相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定 用打孔器打取葉圓片,直徑6 mm,充分混勻后,快速稱取每份0.2 g,放入15 ml離心管,擰緊離心管蓋。設(shè)定的處理溫度分別為0℃、-3℃、-6℃、-9℃和-12℃。 每溫度處理重復(fù)3次。樣品首先在0℃處理24 h,然后繼續(xù)降溫,每個(gè)脅迫溫度處理24 h。將處理的樣品取出,加入3℃去離子水10 ml,然后置于冰箱3℃解凍并浸泡12 h,室溫放置2 h回溫,用DDS-307A型電導(dǎo)率儀測(cè)定葉片浸提液電導(dǎo)率,記為R1。然后將離心管管蓋旋緊,放入水浴鍋90℃水浴30 min,冷卻至室溫后搖勻,再次測(cè)定浸提液電導(dǎo)率,記為R2,計(jì)算葉片相對(duì)電導(dǎo)率：REC(%)=(R1/R2)×100。

1.2.2 Logistic方程和半致死溫度計(jì)算方法 不同處理溫度與葉片相對(duì)電導(dǎo)率之間Logistic方程y=k/(1+ae-bx)各項(xiàng)參數(shù)與LT50的計(jì)算參照令凡等人的方法[10]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種大蒜資源在低溫脅迫下的葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化

參試的8個(gè)大蒜品種資源葉片在低溫脅迫下的相對(duì)電導(dǎo)率變化趨勢(shì)如圖1所示?？梢钥闯?經(jīng)過初始脅迫溫度0℃ 24 h的低溫處理,參試大蒜品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率即已達(dá)到33.06% ～47.88%,說明初始脅迫溫度0℃即可造成葉片細(xì)胞膜損傷,透性增大,細(xì)胞質(zhì)外滲增加。隨著脅迫溫度的降低,相對(duì)電導(dǎo)率逐漸升高,呈“S”型曲線變化趨勢(shì),葉片相對(duì)電導(dǎo)率的兩次躍升分別發(fā)生在0～-3℃和-6～-9℃,說明在這兩個(gè)降溫區(qū)間,參試大蒜品種的葉片細(xì)胞膜損傷更為劇烈,膜透性增加幅度更大。當(dāng)處理溫度降低到-9℃時(shí),經(jīng)過24 h的處理,各參試品種葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均達(dá)到93%以上,進(jìn)一步降溫處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定,說明至-9℃的低溫脅迫下,大蒜葉片細(xì)胞質(zhì)膜已經(jīng)瀕臨或者被完全破壞,細(xì)胞膜內(nèi)外電解質(zhì)濃度趨于平衡。

圖1 低溫脅迫下8個(gè)大蒜品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化

2.2 不同品種大蒜資源的低溫半致死溫度(LT50)分析

根據(jù)莫慧棟[11]的觀點(diǎn),首先確定Logistic方程中常數(shù)k的值為100%,然后對(duì)處理溫度和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行擬合,得出Logistic方程、擬合度和低溫半致死溫度如表2所示。

由表2可以看出,低溫脅迫下供試材料的LT50在-0.587～-3.113℃之間,平均值為-1.808℃,變異系數(shù)為46%。根據(jù)LT50數(shù)值,確定參試的8個(gè)大蒜品種資源的抗寒性強(qiáng)弱依次為中牟大蒜、徐蒜6號(hào)、邢臺(tái)紫皮蒜、萊蕪紅皮蒜、徐州白蒜、恩施紅蒜、徐蒜3號(hào)和玉林白蒜。

另外,線性回歸分析表明,大蒜種質(zhì)資源在0℃、-3℃、-6℃、-9℃和-12℃低溫脅迫處理下的葉片相對(duì)電導(dǎo)率與LT50之間相關(guān)系數(shù) R2分別為0.923、 0.968、 0.862、 0.028 和 0.473。 說 明0℃、-3℃和-6℃脅迫處理下的葉片相對(duì)電導(dǎo)率與LT50之間呈顯著正相關(guān),其中以-3℃處理下相關(guān)性最高,其次為0℃和-6℃。

表2 8個(gè)大蒜品種相對(duì)電導(dǎo)率回歸方程及LT50

3 討論

低溫是限制植物地理分布及其生物產(chǎn)量的重要因素,也是危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一[12]。不同種類的植物在不同的分布區(qū)對(duì)低溫表現(xiàn)出不同的耐受性,通過耐寒性的鑒定可以確定不同植物的低溫適應(yīng)性,為實(shí)際生產(chǎn)中的抗性選育工作提供參

考[13]。

目前,鑒定植物耐寒性的方法概括起來主要有：生長狀況測(cè)試法、電阻法、電導(dǎo)率法(電解質(zhì)滲出率法)、TTC染色法、組織褐變法、葉綠素A熒光技術(shù)法、茚三酮法、原子吸收光譜法、膜成分分析、可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定、氰酸測(cè)定法等[14-15]。自從Daxter[16]于1932年提出植物組織用電導(dǎo)率值變化顯示因細(xì)胞膜受損而發(fā)生電解質(zhì)滲漏的見解以來,電導(dǎo)率法逐漸廣泛應(yīng)用于植物耐寒性研究[17]。梁鎖興等通過對(duì)不同平歐雜種榛品種(系)低溫半致死溫度鑒定的抗寒性結(jié)果與田間露地越冬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的比較,認(rèn)為半致死溫度可作為抗寒性鑒定評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)[18]。許瑛等對(duì)菊花腳芽恢復(fù)生長結(jié)果與半致死溫度測(cè)定結(jié)果比較也發(fā)現(xiàn)兩者趨勢(shì)基本一致,所以認(rèn)為半致死溫度可作為菊花抗寒性評(píng)價(jià)的一個(gè)可靠指標(biāo)[19]。另外,李華偉[20]、樸一龍[21]和楊桂英[22]等分別利用電導(dǎo)率法鑒定了馬鈴薯、葡萄、茶樹等園藝作物的耐寒性;鄭玉紅[23]和謝德志[24]等也應(yīng)用電導(dǎo)率法對(duì)園林綠化植物的耐寒性進(jìn)行了研究。

本研究以田間自然生長的8份大蒜品種資源為材料,經(jīng)過室內(nèi)低溫處理大蒜離體葉片,測(cè)定其電導(dǎo)率變化情況,并結(jié)合Logistic方程分析了大蒜材料的耐寒性,結(jié)果表明,供試大蒜品種資源LT50介于-0.587℃至-3.113℃。根據(jù)LT50結(jié)果,確定參試的8個(gè)大蒜品種資源的抗寒性強(qiáng)弱依次為中牟大蒜、徐蒜6號(hào)、邢臺(tái)紫皮蒜、萊蕪紅皮蒜、徐州白蒜、恩施紅蒜、徐蒜3號(hào)和玉林白蒜。另外,脅迫溫度與LT50之間的相關(guān)性分析表明,以-3℃處理下相關(guān)性最高,其次為0℃和-6℃。