期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选 #7&%9(01&&))1#90&9&')41101))&(41)&'(9' 4&)1&1(1&0111(1&1%&0) &1'&0111(1&1 %&0)#7&1%&'111&1)111(1 )()%1141)1&#7#7'9 1()%1

Size: px

Start display at page:

Download "期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选 #7&%9(01&&))1#90&9&')41101))&(41)&'(9' 4&)1&1(1&0111(1&1%&0) &1'&01*11(1&1 %&0)#7&1%&'1*11&1)111(1 )()%1141)1&#7#7'9 1()%1"

彬蔺
7 years ago
Views:

1 西北植物学报文章编号柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选马艳芝客绍英唐山师范学院生命科学系河北唐山摘要以北柴胡地产柴胡三岛柴胡的根为试验材料以早春植株成活率为越冬抗寒性指标测定越冬期不同柴胡品种根系生理生化特征进行柴胡抗寒性综合评价并对主要抗寒生理指标进行通径分析和相关性分析以探讨冬季自然低温条件下柴胡生理特性与抗寒性的关系筛选适合柴胡越冬抗寒性鉴定的生理指标结果表明北柴胡地产柴胡三岛柴胡返青期的返青率依次为 *** 且各品种间差异显著个品种柴胡越冬期根系可溶性糖含量游离脯氨酸含量可溶性蛋白含量根系活力与返青率大小顺序一致其中北柴胡根系游离脯氨酸平均含量分别为地产柴胡和三岛柴胡的倍和倍且可溶性蛋白含量显著高于地产柴胡三岛柴胡但个品种柴胡的相对电导率丙二醛含量水平与返青率大小顺序相反自然越冬过程中各柴胡品种的根系活力均呈下降趋势且以三岛柴胡根系活力下降幅度最大达 * 而北柴胡根系活力下降幅度最小为 * 越冬期个柴胡品种的越冬抗寒性综合排序为北柴胡地产柴胡三岛柴胡柴胡根中脯氨酸含量可溶性蛋白含量与综合评价值呈极显著正相关关系相对电导率与综合评价值呈显著负相关关系生理指标决策系数的大小顺序依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率研究表明越冬期柴胡根系游离脯氨酸含量是影响其抗寒性的主要影响因素其含量可作为评价柴胡抗寒性的指标关键词柴胡幼苗抗寒性生理指标综合评价中图分类号 + 文献标志码!!!!"#$%$",! -&.$/&)0 #1&%1)1/(1(1&0&2)%&'341&0&51617& &'$11%1&81 #7 #7'9)% 9) 51&:)4(1& ))&1%&1&'"1&'01944&'&1 )'&&1&1111)')0(&'&6)(1%(&'11)114&11) ))1111(19011):&&&'&&1&&'1191)14&'9&1 ()'1&(1&()'1&(1)')0(&'(&)19)1)1')111'& )6111&%((&01&()'1&(1)')0(&'11)&9&'') 1%1&91())&)'1)91%)9&6'1)')0(&'(&)&1 1&1119'&)')1)411944&'&19 &* #7*#7'9* &111111( (9'4&1(&01))'96'190&()1)'1()1)'96'1)1()1&))&(4 11()1&)1)411944&'&16911'&411'1()'1&,#!()1) 1(9'4&11&))1)1!%)01%111)'1()1)#7& )')#7'9&)') 1)'96'1)1()1) 收稿日期修改稿收到日期基金项目国家科技部子课题!" 河北省科技厅项目 # 唐山市科技重大项目! 作者简介马艳芝女硕士副教授主要从事药用植物与生物技术研究 $%&'%&&()%

2 期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选 #7&%9(01&&))1#90&9&')41101))&(41)&'(9' 4&)1&1(1&0111(1&1%&0) &1'&01*11(1&1 %&0)#7&1%&'1*11&1)111(1 )()%1141)1&#7#7'9 1()%1141 &&&'&0(&')41'()1'&11()1))1&)'169&0 (&10&41()1'&)11'&411'1()'111()()1(1))')0(&'11 1)1&)'1()1)'96'1)1()1()9(4119')1&111 )'1()1)))&1%&&()('91(1()'1&(190&9&')4110 (()9'6191&14&'9&)1)()'1&(1) $11'0()'1&(1)')0(&'1196)&19()&&' 柴胡系伞形科柴胡属多年生草本植物是中国常用的大宗药材以干燥根入药始载神农本草经列为上品具有抗炎解热镇静等多种功效是大柴胡汤小柴胡汤柴胡桂枝汤等方剂的主要组成药味中国药典一部年版收载的柴胡药材为柴胡或狭叶柴胡的干燥根习称北柴胡和南柴胡北柴胡广泛分布于中国的北方地区其质量优良市场需求大目前国内外对柴胡的研究主要侧重于对其药理学及其有效成分和临床应用之间的相互关系近年来也有不少学者开始研究柴胡的人工栽培技术如谢志明等对北柴胡在白城地区的驯化栽培进行了研究还有学者研究柴胡的病虫害及其防治田间的水肥管理等但是鲜有学者对柴胡的越冬抗寒性进行研究在本课题组多年柴胡田间栽培实践过程中发现有很明显的越冬死苗现象柴胡的越冬返青率低在北方地区低温寒害是农业生产中一种严重自然灾害严重影响了农作物的栽培在生产实践中柴胡经受冬季冷害后造成其越冬率较低进而影响种植的产量和收益因此探究柴胡抗寒性形成的生理机制不仅在理论上具有重要的科学意义在解决生产实际问题上也具有广泛的应用价值本试验以个柴胡品种为材料利用冬季自然低温研究个越冬生理指标与越冬抗寒性的关系筛选出最适合柴胡抗寒性鉴定的生理指标为柴胡的越冬抗寒性研究和田间栽培管理提供理论指导材料和方法材料与实验设计供试柴胡品种为北柴胡黑 #7 地产柴胡北柴胡采自河南卢氏 #7'9 和三岛柴胡其中北柴胡广泛种植于北方地区地产柴胡原产于甘肃三岛柴胡来源于日本所有柴胡品种均种植于适合其生长的试验田在年月日播种田间管理同一般高产田年月日至年月日每隔取样次共次每个品种田间挖取大量根室内随机选取根长度和粗度较一致的植株棵取相同部位根 (% 用蒸馏水小心冲洗并用吸水纸吸干表面水分切成小薄片混合均匀用于测定生理指标随后于年月日在玉田县试验田调查各柴胡品种的越冬返青率测定指标及方法相对电导率用 ##/! 型电导仪测定脯氨酸含量用茚三酮比色法测定可溶性糖含量用蒽酮比色法测定可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝 ; 染色法测定丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定根系活力用 7 染色法测定数据分析用 /:// 软件进行方差分析相关性分析通径分析用隶属函数值法对越冬抗寒性指标进行综合分析结果与分析不同柴胡品种越冬返青率比较本研究以各柴胡品种的返青率表示其抗寒性的强弱返青率越高抗寒性越强反之越弱田间调查结果表明北柴胡地产柴胡三岛柴胡返青期的返青率分别为 *** 北柴胡显著高于地产柴胡地产柴胡又显著高于三岛柴胡说明北柴胡的越冬抗寒能力显著高于地产柴胡地产柴胡的能力又显著高于三岛柴胡越冬期不同柴胡品种根系渗透调节物质含量变化特征可溶性糖含量从图可以看出北柴胡和地产柴胡根系的可溶性糖含量在越冬期表现为下降上升下降趋势三岛柴胡则总体呈逐渐下降趋

3 西北植物学报卷势其中在温度最低的月份北柴胡根系的可溶性糖含量迅速上升地产柴胡表现为先上升后下降三岛柴胡则逐渐下降另外北柴胡根系的可溶性糖含量在越冬期间始终高于三岛柴胡地产柴胡除个别时间点外也均高于三岛柴胡北柴胡和地产柴胡可溶性糖含量变化幅度较大三岛柴胡含量波动较小由方差分析结果可知在自然越冬条件下不同柴胡品种间的根系可溶性糖含量在不同取样时期差异均达到了显著水平并且整个越冬期中个品种的柴胡的可溶性糖含量均比返青期高可见柴胡根系内可溶性糖含量在越冬期都保持较高的水平北柴胡和地产柴胡的水平相对较高且波动较大而三岛柴胡水平相对较低但波动较小脯氨酸含量图显示个柴胡品种根系的脯氨酸含量在越冬期间基本均呈现先上升后下降趋势且基本表现为北柴胡地产柴胡三岛柴胡但是不同柴胡品种的脯氨酸含量具体变化过程并不一致其中北柴胡根系脯氨酸含量在月日后可溶性蛋白含量由图可知个柴胡品种根系的可溶性蛋白含量在越冬期均呈现先减小后缓慢增加继而逐渐降低的变化趋势且始终表现为北柴胡地产柴胡三岛柴胡在越冬期开始时月日各柴胡品种根中可溶性蛋白含量均处于最高值说明越冬前柴胡根中已积累了大量的蛋白来抵御寒冷胁迫方差分析表明在自然低温条件下不同柴胡品种间的可溶性蛋白含量在不同取样时期差异均达到了显著水平即北柴胡的可溶性蛋白含量显著高于地产柴胡地产柴胡的可溶性蛋白含量又显著高于三岛柴胡柴胡的抗寒性也与其越冬期根系可溶性蛋白含量密切相关越冬期不同柴胡品种根的相对电导率和丙二醛含量的变化特征相对电导率从图可以看出不同的柴胡品种对低温的反应是不同的北柴胡和三岛柴胡的电导率在越冬期均表现出先下降后上升而后又下降的趋势而地产柴胡则表现出完全不同的时降时升大幅增加并于月日时达到峰值 %00 随后快速下降至最低值地产柴胡在月日至月日期间脯氨酸含量开始迅速增加同样于月日时达到峰值 %00 但其峰值显著小于北柴胡随后下降至越冬前水平三岛柴胡在月日时达到峰值 %00 其峰值又显著小于地产柴胡且其在越冬期间较小同时从方差分析可知不同柴胡品种间的游离脯氨酸含量在不同取样时期差异均达到了显著水平其中北柴胡的游离脯氨酸平均含量最高其平均含量水平是地产柴胡的倍三岛柴胡的倍可见柴胡越冬期根系脯氨酸含量与其抗寒性有密切关系图越冬期不同柴胡品种脯氨酸含量的动态变化 01&%((&01))'1()1&%)0 11(9'4&101) 图越冬期不同柴胡品可溶性糖含量的动态变化 01&%((&01))'96'190&()1 &%)011(9'4&101) 图越冬期不同柴胡品种可溶性蛋白含量的动态变化 01&%((&01))'96'1)1()1 &%)011(9'4&101)

4 期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选的变化其中北柴胡和三岛柴胡根系电导率均在在月日时达到峰值且三岛柴胡峰值更高 * 变化幅度更大并达到显著水平而地产柴胡根系电导率在月日才达到峰值明显比前两者推迟且峰值高低介于前两者之间进一步方差分析可知在自然越冬条件下不同柴胡品种间的相对电导率在不同取样时期差异均达到了显著水平在返青期月日时北柴胡的相对电导率显著低于其他两个品种其根系受到的低温伤害更轻丙二醛含量图显示个柴胡品种根系丙二醛含量在越冬期均呈现先升高后降低的趋势其中在月日至月日和月日至月日期间随着温度的持续降低各品种根系丙二醛含量均增加并于月日均达到最高值而后随着温度逐渐回升各品种丙二醛含量又出现下降趋势在整个越冬期三岛柴胡根系丙二醛含量水平大多高于其余个品种北柴胡根系丙二醛含量低于地产柴胡地产柴胡的丙二醛含量又低于三岛柴胡即抗寒性较强品种受到低温胁迫伤害较轻越冬期不同柴胡品种根系活力的动态比较由图可知在自然越冬过程中各柴胡品种的根系活力均呈现下降趋势三岛柴胡下降幅度显著高于北柴胡且方差分析结果显示不同柴胡品种间根系活力在不同取样时期差异均达到了显著水平其中在月日至月日期间各柴胡根系活力的下降幅度均较大并以三岛柴胡根系活力下降幅度最大降低达 * 而北柴胡根系活力下降幅度最小降低约 * 即越冬期柴胡根系活力降幅大小也一定程度上反映了其抗寒性强弱 ( 柴胡越冬抗寒性抗寒综合评价越冬期柴胡不同品种各生理指标的测定结果表明各生理指标在越冬期过程中表现出不同的变化趋势但将任意单一指标作为衡量其抗寒性的标准都不够科学为进一步探究柴胡抗寒性与其生理指标之间的关系采用综合评价值对柴胡抗寒性进行综合评价 ( 综合评价材料综合评价值的大小可以反映各材料的综合能力的大小值越大表明越冬抗寒性越强通过计算得出个柴胡品种的综合评价值大小分别为北柴胡地产柴胡三岛柴胡表从这个综合评价结果表可以看出北柴胡品种抗寒性最强三岛柴胡最弱这与在田间测定的返青期存活率北柴胡 * 地产柴胡 * 三岛柴胡 * 所反映的抗寒性强弱顺序一致因此个柴胡品种越冬抗寒性的综合排序为北柴胡地产柴胡三岛柴胡图越冬期不同柴胡品种丙二醛含量的动态变化 01&%((&01)%&')&'11()1 &%)011(9'4&101) 图越冬期不同柴胡品种根系相对电导率的动态变化 01&%((&01)1'&41()9(4 &%)011(9'4&101) 图越冬期不同柴胡品种根系活力的动态变化 01&%((&01)))&(4&%)0 11(9'4&101)

5 西北植物学报卷表种植物 ) 项指标的隶属函数值及抗寒性综合评价结果 &6'1/96)&19()4&'91)(1)1(1&()%1141&&&')()'1&(1 植物种 /1(1 电导率 1'&41 ()9(4 可溶性糖 /)'96'190& ()1 隶属函数值,1%619()4&'91 脯氨酸 :)'1 ()1 可溶性蛋白 /)'96'1 丙二醛,&')&'11 )1()1 ()1 根系活力 )) &(4 隶属函数均值!41&01) %1%61 9() 抗寒能力排序 7)'1&(1 (&&6' )1 北柴胡 #7 地产柴胡 #7'9 三岛柴胡表柴胡抗寒性综合评价值与主要抗寒生理指标的通径系数和相关系数 &6'1:&()1(1()1( &'9&)#&)')0(&'11)()'1&(1 抗寒生理指标 :)')0(&' 1) ()'1&(1 直接通径系数 #1(& ()1(1 脯氨酸含量 :)1 ()1 电导率 $'1(( ()9(4 间接通径系数 "1(&()1(1 可溶性蛋白 /)'96'1 )1 ()1 可溶性糖 /)'96'1 90& ()1 丙二醛,&')&'11 ()1 根系活力 )) &(4 相关系数 7)1'&) ()1(1 决策系数 #1() ()1(1 脯氨酸含量 :)1()1 电导率 $'1((()9(4 可溶性蛋白 /)'96'1)1()1 可溶性糖 /)'96'190&()1 丙二醛,&')&'11()1 根系活力 ))&(4 注和分别表示相关性在和水平显著 2)1 & %1&1()1'&)()1(1&10(&&&'141'11(41' ( 通径分析柴胡抗寒性综合评价值与主要抗寒生理指标的通径分析结果表表明脯氨酸含量与抗寒性综合评价值呈极显著正相关电导率与抗寒性综合评价值呈显著负相关可溶性蛋白含量与抗寒性综合评价值呈极显著正相关各生理指标对抗寒性综合评价值的直接通径系数大小依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率生理指标决策系数的大小顺序依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率可见脯氨酸含量是影响抗寒性综合评价值的主要影响因素讨论柴胡越冬抗寒性及其鉴定方法田间自然鉴定法是植物越冬抗寒性研究中比较常用的方法通过将暴露在自然条件下的植物种类作为研究对象使其经过冬季低温考验后从外部性状上来观察调查植株的冻害和存活情况从而估计不同植物的越冬抗寒性黄其椿等以红麻越冬期间梢部枯萎程度梢部枯萎长度株高和早春植株成活率等为抗寒性指标比较了对红麻细胞质雄性不育系与保持系的抗寒性通过田间自然鉴定法可以很清楚地看到柴胡的越冬率但对于其在越冬期发生的生理指标的变化则为探究柴胡的抗寒性机制提高柴胡的越冬率提供了理论依据用电导法测定细胞外渗液电导率变化可以反映细胞膜伤害程度的一个重要指标相对电导率大表示细胞膜受伤害程度严重反之相对电导率小则表示细胞膜受到的伤害较轻本实验中的个柴胡品种的电导率在经历最冷月后电导率均达到最大值并随着温度的升降电导率呈现相应的减小增大的趋势这和前人的研究成果一致大量关于苜蓿的抗寒性研究表明游离脯氨酸含量的增加有利于提高其抗寒性与本实验中游离脯氨酸含量变化结果一致试验中北柴胡的抗寒性略高于另个品种而其游离脯氨酸含量也是高于另个品种的王微对低温胁迫下的苜蓿的抗寒性生理指标变化的研究表明在低温条件作用下苜蓿细胞内发生膜过氧化作用使作为终产物的丙二醛含量逐渐累积本试验中丙二醛含量在越冬期的动态变化证实了这一观点有研究表明无论植物本身抗寒性强还是弱可溶性糖都会随温度下降而增加以抗寒性强的品种增加幅度大不同植物的抗寒性机制不同利用多个单一指标进行抗寒性评判容易造成片面性和不稳定性

6 期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选主成分分析可以从原始指标中抽提出更少的几个相关的指标来解释原始指标里所包含的信息更客观结果更可靠由于主成分为综合变量且相互独立所以用主成分值作为指标可以比较准确地了解各性状的综合表现同时根据各自贡献率大小可以确定其相对重要性以此为基础再采用隶属函数加权法可以比较科学地对各品种的抗寒性进行综合评价许瑛运用主成分分析方法对菊花个品种个指标进行了抗寒性综合评价从个指标提炼出了个主成分对抗寒性累积贡献率达 * 有效地简化了数据本试验依据综合评价值 # 的大小得出个柴胡品种越冬抗寒性强弱顺序为北柴胡地产柴胡三岛柴胡柴胡越冬期抗寒性生理指标的筛选柴胡在越冬期中各生理指标的表现存在差异不同生理指标与越冬抗寒性的相关性不同柴胡的抗寒机制是一个复杂的综合性过程本研究结果表明越冬期抗寒性以北柴胡最强三岛柴胡最弱地产柴胡介于两者之间抗寒性强的柴胡品种可溶性糖含量脯氨酸含量蛋白质含量和根系活力值较高而相对电导率值和丙二醛含量较低研究中各生理指标对抗寒性综合评价值的直接通径系数大小依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率生理指标决策系数的大小顺序依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率可见脯氨酸含量是影响抗寒性综合评价值的主要影响因素参考文献,$2; 孟杰 -! - 姚入宇 75$2< 陈兴福!4&(191)('&(&))!" " ##$ 中国中药杂志 *711 <"$=5, 谢志明 7535 初敬华 =5!2;75 张朝举 /9)&(&'(9'91) &(10&1& #"$%&'$""& 现代农业科技杂志 711 <"!2; + 向琼 "< 李修炼 "!2;=/ 梁宗锁 1%&1&1&1(1) &()% )&())'%1&91'!""%&' 陕西农业科学 711 朱再标柴胡配方施肥及需水规律研究 # 陕西杨陵西北农林科技大学张志良瞿伟菁李小方植物生理学实验指导第版, 北京高等教育出版社乔富廉植物生理学实验分析测定技术, 北京中国农业科学技术出版社 5!2 5 韩瑞宏 3</5 卢欣石 ;!; 高桂娟!&')1(&'()%)1&196)&19())&' &'&)901&(1%%&' 草地学报 711 张文娥中国葡萄属野生种抗寒性鉴定与基因的!:# 标记 # 陕西杨陵西北农林科技大学 53!2;+75 黄其椿 "3, 刘吉敏 =53- 周瑞阳 "1(&)&()1'&1&&')()'11&(1) ()'&% %&'11'1'1&%&&1%&' 中国农学通报 "2 ; 金戈 >!2; 5 75 王洪春 #&%(()91&)1)1%1&6''&%&%1%6&(1)1&'1&4191') &)1101%1&911""&!" 植物生理学报 711 /5$2 5 /9)1101&(1,1(&%)!()#/&)0,&11)/&)0!0(9'91341 =5!2;#"-,75$2 + -1'&)61111)'96'190&()1)'1()1&1&1)1&(9' 4&!""%&'()) $2;75 冯昌军 3 < - 罗新义 /5! > 沙伟 $1()')1%1&911)/#:#&(4&)'1 ()1)&'&'&' 草业科学 711 王微低温胁迫下紫花苜蓿几个抗寒生理指标的变化规律 # 哈尔滨东北师范大学 :$!/,/!5!2$10&1)0&11&90()'&10/)'96'190&&&119('1)1 ""&), ;3-753 $!53 $/7/9()1)&1&1&9()1&((9%9'&)&')1%1&91""&,, /!//!."5"75",3!.#!,1&'7&0190&()190()'&(('%&)&1&(('%&))(&66&0111'0 %""*+ >!2; << 王孝宣 "/5 # 李树德 #2; 5 东惠茹 1()1'&))()')'1&(1!!)'96'190&& 1&)1)%&)%*" 园艺学报 (711 7#$232/" ;$2?$/$,"?$"!$1()1%1&91)1(1%(&'()%))&&)&&(4 )11&61(9'4&+""$ - "!2=5 ; 田治国 >!2; 王飞 =5!2; > $ 张文娥 #)901&(114&'9&))%&0)'(9'4&6&1) %9''1&(&&'!""%$,""& 应用生态学报 711

期 马艳芝 等 柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选 #7&%9(01&&))1#90&9&')41101))&(41)&'(9' 4&)1&1(1&0111(1&1%&0) &1'&01*11(1&1 %&0)#7&1%&'1*11&1)111(1 )()%1141)1&#7#7'9 1()%1

期马艳芝等柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选 #7&%9(01&&))1#90&9&')41101))&(41)&'(9' 4&)1&1(1&0111(1&1%&0) &1'&0111(1&1 %&0)#7&1%&'111&1)111(1 )()%1141)1&#7#7'9 1()%1