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草莓品种高温半致死温度与耐热性研究

2021-01-14 376 上传者：管理员

摘要：为了鉴定草莓品种的耐热性,以‘红颜’‘宁玉’‘宁丰’‘丰香’‘章姬’‘甜查理’6个草莓品种的叶片为试验材料,分别用30、35、40、45、50、55、60℃进行高温处理,根据相对电导率配合Logistic方程,求得半致死温度(LT50)。结果表明,6个草莓品种的高温半致死温度分别为45.32℃(‘章姬’)、45.92℃(‘红颜’)、46.03℃(‘宁玉’)、46.20℃(‘丰香’)、47.21℃(‘宁丰’)、48.05℃(‘甜查理’),且与田间热害指数和死亡率均呈显著负相关。

关键词：
半致死温度
大棚栽培技术
相对电导率
耐热性
草莓
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草莓（Fragaria×ananassaDuch．）是蔷薇科草莓属多年生草本植物，在江苏省以塑料大棚栽培为主，栽培周期短、效益好，是江苏省优化农村种植结构、促进农民增收致富的重要产业。草莓喜冷凉气候，较耐低温，忌高温，30℃以上生长受到抑制[1]。江苏省夏季气温高，持续时间长，高温条件下草莓苗生物膜透性增加，溶质外渗，水分平衡失调，造成植株萎蔫，叶绿素合成受阻，营养成分和产量下降，甚至植株死亡，给草莓生产带来巨大损失[2]。

不同草莓品种的耐热性有所差异，但目前对大棚栽培草莓品种的耐热性鉴定研究几乎无人涉及。本试验选择江苏省大棚栽培面积较大的草莓品种，研究不同高温胁迫下草莓叶片组织电解质外渗率（REC）的变化，配合Logistic方程，测定其半致死温度（LT50），结合田间鉴定分析不同草莓品种的耐热性，为草莓新品种选育推广应用提供理论依据，且在夏季高温时做好降温措施，以提高草莓栽培的经济效益[2,3]。

1、材料与方法

1.1试验材料

选择‘红颜’‘宁玉’‘宁丰’‘丰香’‘章姬’‘甜查理’6个草莓品种的脱毒组培苗为试验对象。2019年3月20日，每个品种选20株生长一致长势健壮的草莓苗，定植于高20cm、直径20cm的塑料花盆中，基质用泥炭土∶蛭石∶田园土=2∶2∶1的体积比混合而成，置于南通科技职业学院薛窑基地连栋大棚苗床架上统一进行肥水管理。

1.2试验方法

1.2.1不同温度处理叶片电导率的测定

2019年5月30日，选取6个草莓品种位置相近的成熟功能叶片，用去离子水清洗5遍后，用滤纸吸干叶片表面水分。避开叶片中脉和叶缘，用打孔器将叶片打成0.5cm2的小片。每次分别称取0.5g叶片，放入盛有20mL去离子水的试管中，摇晃试管至去离子水将叶片完全淹没，共7支试管。将试管分别置入30、35、40、45、50、55、60℃水浴中处理15min，取出静置约2h，冷却至室温，测定浸提液电导率C1，代表高温处理后叶片的电解质渗出量。将试管沸水浴15min，取出静置冷却2h后，测定电导率C2，代表高温处理后叶片的原生质膜被全部破坏后所渗出的电解质总量。每个品种试样重复3次，取平均值。

公式

Logistic方程和高温半致死温度（LT50）研究高温胁迫处理下草莓叶片相对电导率与耐热性的关系，配合Logistic方程，相对电导率拟合Logistic回归方程为：Y=K/（1+ae-bX),Y为实测细胞伤害率，X代表温度，K为细胞伤害率的饱和容量，在本试验中为100,a、b为未知参数，将方程进行线性化处理，令二阶导数等于零，求得a、b值及相关系数R，处理温度对应的相对电导率曲线的拐点温度即为半致死温度，即LT50=lna/b[4]。

1.2.2田间热害指数的测定

2019年7月25日至8月4日，在草莓繁苗大棚通过开闭薄膜将棚内白天温度调控到46℃，每天4h。每个草莓品种选择120株大小一致的匍匐茎苗，8月5日，参照邱勇波等[5]的方法对叶片受热害程度进行观察记录。将叶片热害症状设为6个级别：0级，表现为无伤害；Ⅰ级，表现为全株有1/4叶片出现热伤害症状；Ⅱ级，全株1/4～1/2的叶片出现热伤害症状；Ⅲ级，全株1/2～3/4的叶片表现为受热害；Ⅳ级，全株3/4以上叶片表现为萎蔫、畸形、变色等热害现象；Ⅴ级，全株死亡。耐热性越强的品种，热害指数越低[5,6]。

1.3数据处理

用Excel统计数据，采用SPSS统计软件对数据进行方程回归分析。

2、结果与分析

2.1处理温度与6个草莓品种相对电导率之间的关系

从图1可以看出，‘宁玉’‘章姬’‘丰香’‘宁丰’‘红颜’‘甜查理’6个草莓品种的叶片相对电导率随温度的升高总体上呈现“S”形不断上升的趋势，但各品种的上升速度有差异。‘宁玉’‘章姬’‘宁丰’‘甜查理’在30～50℃时相对电导率总体缓慢上升（‘宁玉’30～35℃时相对电导率略有下降），50～55℃时相对电导率分别急剧上升18.68、17.22、27.11、25.33个百分点，55～60℃时相对电导率上升趋缓。‘丰香’‘红颜’在45～50℃时相对电导率快速上升9.16、16.22个百分点，其余温度处理均缓慢上升。6个草莓品种处理温度与相对电导率之间呈极显著相关，相关系数为0.896～0.985。

图1处理温度与6个草莓品种相对电导率之间的关系

2.26个草莓品种的Logistic拟合回归方程及半致死温度

6个草莓品种的相对电导率与温度之间能较好地用Logistic方程进行拟合，相关系数为0.8142～0.9733，均达极显著水平，拟合结果可靠，精确度高，能准确体现6个草莓品种的耐热性强弱。从表1可以看出，‘甜查理’耐热性强，半致死温度最高，为48.05℃，‘宁丰’耐热性较强，半致死温度为47.21℃，‘丰香’‘宁玉’‘红颜’耐热性相似，半致死温度分别为46.20、46.03、45.92℃，‘章姬’耐热性最差，半致死温度为45.32℃（表1）。

表16个草莓品种的Logistic拟合回归方程及半致死温度

2.3田间高温热害指数、死亡率与半致死温度的相关性分析

田间试验表明，6个草莓品种均发生了一定程度的热害。‘章姬’最不耐热，热害指数最高，为60.91%，死亡率为85.83%。‘甜查理’最耐热，热害指数最低，为21.56%，死亡率为27.50%。‘宁玉’‘丰香’‘宁丰’‘红颜’热害指数分别为33.87%、30.44%、26.73%、46.52%，死亡率分别为51.76%、40.00%、34.17%、67.50%（表2）。相关性分析表明，田间热害指数和死亡率与所测的叶片半致死温度均呈显著负相关，相关系数分别为-0.853、-0.871。表明通过相对电导率拟合Logistic方程的方法，可较准确地评价不同草莓品种的耐热性。

表26个草莓品种的高温热害指数与死亡率

3、讨论与结论

当植物受高温胁迫后，破坏了细胞膜原本的结构和功能，致使细胞膜的通透性增强，电解质和某些有机物大量渗出，使得细胞外的电解质浓度上升，随着温度的不断增加，相对电导率随之上升[4]。电导法结合Logistic方程测定植物半致死温度判断植物的耐热性，在多个植物中得到证实[7,8,9]，运用该方法对野生草莓的耐热性研究已有报道[2]。本试验在人工控制高温条件下，测定6个草莓品种的叶片电解质渗出量，相对电导率总体呈“慢—快—慢”的“S”形曲线，通过显著性检验，符合Logistic方程。‘宁玉’在30～35℃时相对电导率稍有下降，这可能是植物在逆境伤害初期的自我保护机制，此时细胞膜尚处于伤害的可逆阶段，调整胞质的外渗，因而相对电导率下降[10,11]。根据Logistic方程计算高温半致死温度，得到其耐热性由强到弱顺序为‘甜查理’>‘宁丰’>‘丰香’>‘宁玉’>‘红颜’>‘章姬’。耐热品种的半致死温度高，高温胁迫时植株受到伤害小。本试验各品种高温半致死温度和田间热害指数呈显著负相关，说明相对电导率结合Logistic方程测定植物半致死温度，简单、便捷、成本低，是草莓耐热性强弱评价的一个可靠指标[2]。高温处理对结果期草莓叶片衰老特征的影响研究表明，一定范围内高温胁迫时内源抗氧化酶系统活性随着温度上升而增加，以适应高温逆境，但高温胁迫一旦超过了草莓机体的耐受能力，内源抗氧化酶系统活性迅速下降，使草莓叶片衰老速度加快[12]。本试验用46℃田间高温胁迫处理，可能提高了‘甜查理’（LT50为48.05℃）内源抗氧化酶系统活性，高温逆境下耐受性增强，因此草莓苗田间死亡率较低，为27.50%。但46℃处理超过了‘章姬’（LT50为45.32℃）高温逆境下的耐受极限，内源抗氧化酶系统活性迅速下降，导致草莓苗田间死亡率急剧上升到85.83%。46℃处理对6个草莓品种内源抗氧化酶系统活性产生较大影响，这应该是6个草莓品种半致死温度为45.32～48.05℃，但死亡率在27.50%～85.83%，二者差别较大的主要原因。半致死温度和死亡率相关系数为-0.871，进一步验证了半致死温度判断草莓耐热性的可靠性。

植物的耐热性受多种因素的影响，其耐热生理过程错综复杂。本试验测定了叶片的相对电导率，所得到的LT50只是比较耐热性的依据之一。要更加精确地判断各草莓品种的耐热性，需结合相关抗热性生理、生化指标，如叶绿素总量、MAD含量、脯氨酸含量，特别是超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性等来综合评价[12,13,14]。本试验为保证各草莓品种苗性状一致，选用脱毒组培苗作为试验材料，脱毒草莓苗的SOD、POD、CAT活性均高于常规苗，改善了植株代谢活动，增强了耐热性，在实际生产中各草莓品种的耐热性应比试验数据低[12,15]。

参考文献：

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