何海旺，趙明，武鵬，龍芳，鄒瑜*，林茜，林貴美

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所，廣西南寧530007;2.廣西植物組培苗有限公司，廣西南寧530007)

18個香蕉種質(zhì)幼苗的抗寒性鑒定

何海旺1，趙明1，武鵬1，龍芳1，鄒瑜1*，林茜1，林貴美2

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所，廣西南寧530007;2.廣西植物組培苗有限公司，廣西南寧530007)

通過低溫處理后的生理及形態(tài)指標變化對18個香蕉種質(zhì)幼苗的抗寒性進行了鑒定。結(jié)果表明，單項生理指標所提供的抗寒相關(guān)信息有較多重疊，不能直接利用它們對香蕉的抗寒性進行準確的評價。通過主成分分析，可以將8個單項指標轉(zhuǎn)化為3個綜合指標對18個香蕉種質(zhì)幼苗的抗寒性進行綜合評價，其抗寒順序依次為:LT＞粉雜＞金粉1號＞廣東粉蕉＞SNT＞LNS＞桂蕉青7號＞HLT＞LE＞SNY＞LNF＞HA＞NLF＞HR＞桂蕉6號＞SDW＞ZNF＞HLE。依據(jù)綜合得分進行系統(tǒng)聚類分析，可以將18個香蕉種質(zhì)聚為3類，第Ⅰ類包括LT、粉雜和金粉1號3個種質(zhì)，其抗寒能力最強;第Ⅲ類包括HLE、SDW、桂蕉6號和ZNF 4個種質(zhì)，其抗寒能力最弱;其余的11個種質(zhì)聚為第Ⅱ類，抗寒能力居中。通過形態(tài)鑒定的結(jié)果與通過生理指標綜合評價的結(jié)果基本一致。

香蕉;抗寒性;生理指標;主成分分析

香蕉(Musa spp.)屬熱帶果樹，喜熱怕冷［1］。在我國的香蕉主產(chǎn)區(qū)，除海南和廣東西南等少數(shù)地區(qū)外，其他產(chǎn)區(qū)常年遭受低溫霜凍的危害［2］。在桂中的北部地區(qū)，寒凍害出現(xiàn)較為頻繁且災害嚴重，因而僅適合種植包含B基因組的大蕉(ABB)或粉蕉(ABB)等較抗寒的香蕉品種。而在桂南及桂中大部分的香蕉主產(chǎn)區(qū)，冬春季也常有寒凍害的發(fā)生，給香蕉的安全生產(chǎn)造成極大的困擾。

目前，我國的香蕉主栽種類為香牙蕉(AAA)，其中主栽品種“桂蕉6號”的種植面積占全國的60 %～70%，占廣西的95%以上［3］，品種比較單一，加上香牙蕉類型的香蕉品種普遍抗寒性較低，使得香蕉種植寒害發(fā)生的風險增加。因此，加快選育及推廣抗寒的香蕉品種，對豐富我區(qū)乃至全國的香蕉品種及安全生產(chǎn)具有重要意義。種質(zhì)的精準鑒定是香蕉新品種選育的關(guān)鍵。目前對香蕉抗寒性的研究，大部分為寒害生理等基礎(chǔ)性研究［4－7］，為香蕉種質(zhì)的抗寒性鑒定分類奠定基礎(chǔ)。本研究利用生理及形態(tài)指標對香蕉種質(zhì)幼苗的抗寒性進行鑒定，并對它們的抗寒力進行相對比較，從眾多的品種資源中選出相對抗寒的種質(zhì)，劃分抗寒力不同的級別，以期對香蕉抗寒育種的早期鑒定提供參考依據(jù)。

表1 供試驗的18個香蕉種質(zhì)Table 1 18 tested banana germplasms

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從國內(nèi)各香蕉產(chǎn)區(qū)收集18個不同類型的香蕉種質(zhì)用于抗寒性鑒定，其編號及名稱見表1，所有種質(zhì)經(jīng)過組培生根后，于8月份移栽至營養(yǎng)杯中，基質(zhì)為經(jīng)殺菌消毒的黃壤。育苗棚為塑料大棚，不蓋遮陽網(wǎng)。從移栽到2葉期內(nèi)，保證空氣濕度為95%以上，2葉期后經(jīng)常澆水保證基質(zhì)濕潤。抽生新葉后，用0.1%～0.5%的復合肥(15-15-15)水溶液進行葉面噴施，每隔1星期施1次。移栽60 d左右，葉齡長至7葉1心期時進行試驗處理。

1.2 低溫處理

試驗材料淋足水后，置于人工氣候箱中，人工氣候箱的空氣濕度控制在70%～80%。參考徐健等［7］的逐級降溫的處理方法，按順序分別在30、25、20和15℃下培養(yǎng)24 h后，將溫度調(diào)至4℃左右進行低溫處理。每個處理10株，設(shè)置3個重復。

1.3 生理指標測定

4℃低溫處理4 h后，取展開的倒數(shù)第2張葉片進行生理指標的測定。以30℃培養(yǎng)(正常溫度處理)的植株做為對照。采用脯氨酸(PRO)測定試劑盒(南京建成生物工程研究所，貨號:A107)測定樣品的脯氨酸含量。采用過氧化物酶(POD)測定試劑盒(南京建成生物工程研究所，貨號:A084-3)測定樣品的過氧化物酶活性。采用超氧化物歧化酶(SOD)測定試劑盒(南京建成生物工程研究所，貨號:A001-1)測定樣品的超氧化物歧化酶活性。采用丙二醛(MDA)測定試劑盒(南京建成生物工程研究所，貨號:A003-1)測定樣品的丙二醛含量。

1.4 寒害的形態(tài)鑒定

4℃低溫處理10 h后，按順序分別在15、20和25℃下培養(yǎng)24 h后，將溫度恢復至30℃進行培養(yǎng)，在溫度恢復過程中觀察記錄各種質(zhì)出現(xiàn)寒害癥狀的時間及危害程度。

1.5 數(shù)據(jù)分析

收集的數(shù)據(jù)采用Excel2007和SPSS13.0軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 香蕉寒害后的生理指標變化

測定各參試材料(低溫處理及對照)的PRO含量、POD酶活性、SOD酶活性及MDA含量，再根據(jù)公式(CR=處理值/對照值)計算得出各指標相應的變化率。由表2可以看出，18個香蕉種質(zhì)脯氨酸含量(X1)的變化在所有測定的指標中最大，變異系數(shù)達91.91%，其中最大的為18號種質(zhì)LNS(55.91 μg/g)，8號種質(zhì)(SDW)最小，僅為4.33μg/g。低溫處理后，有10個香蕉種質(zhì)的脯氨酸含量比對照有不同程度的增加(CR＞1，下同)，其中增幅最大的是13號種質(zhì)(SNT)，增加了3.31倍，而另外8個種質(zhì)則不同程度的減少(CR＜1，下同)。低溫處理后，各種質(zhì)間的POD酶活性(X2)變化相對較小，變異系數(shù)為33.08%，但其變化率(CR)的變異系數(shù)則達91.43%，說明POD酶活性在低溫處理前后，各品種的變化較大。大部分種質(zhì)的POD酶活性在低溫處理后均比對照增加，其中3號種質(zhì)(HLE)增加了9.63倍，只有9(桂蕉青7號)和10號(粉雜)種質(zhì)比對照減少。香蕉各種質(zhì)低溫處理后的SOD酶活性(X3)變化最小，變異系數(shù)僅為20.29%。低溫處理后，11個種質(zhì)的SOD酶活性比對照增加，而3、4、6、8、11、12、13號共7個種質(zhì)則比對照略為減少。低溫處理后，各種質(zhì)MDA含量(X4)的變化也較大，有7個種質(zhì)比對照增加，其中3號種質(zhì)(HLE)變化最大(2.47倍)，而基因型為ABB的粉蕉種質(zhì)(粉雜、金粉1號和廣東粉蕉)的變化則相對較小，說明低溫處理后，3號種質(zhì)產(chǎn)生嚴重的膜脂過氧化作用，粉蕉種質(zhì)則未出現(xiàn)明顯的膜脂過氧化作用，這可能是香蕉種質(zhì)抗寒的生理基礎(chǔ)。

表2 參試香蕉種質(zhì)的單項生理指標及其變化率Table 2 Individual physiological indices of tested banana and their change rate

2.2 香蕉生理指標的主成分分析

對測定的單項生理指標進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，脯氨酸含量、POD酶活性、SOD酶活性及MDA含量等生理指標間均存在一定的相關(guān)性(表3)，特別是SOD酶活性與MDA的含量呈極顯著負相關(guān)，說明這些生理指標雖然在香蕉抗寒中所起的作用有所不同，但它們所提供的抗寒相關(guān)信息有較多重疊。因此，不能直接利用這些單項指標對香蕉的抗寒性進行準確的評價。

由于MDA為細胞受寒害后產(chǎn)生膜脂過氧化作用形成的產(chǎn)物，與香蕉的抗寒性呈負相關(guān)，因此，對其試驗數(shù)據(jù)取負數(shù)進行正向化處理后，再利用主成分分析方法對PRO含量、POD酶活性、SOD酶活性、MDA含量及其變化率共8個指標進行統(tǒng)計分析。從表4可以看出，8個指標可以轉(zhuǎn)化為3個綜合指標，其方差貢獻率分別為:40.96%、19.96%和13.03%，3個綜合指標的方差貢獻率累積達73.95%。因此，可以利用這3個綜合指標代替原來的8個單獨生理指標對香蕉種質(zhì)的抗寒性進行綜合評價。

表3 各單項生理指標的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlativematrix of the individual physiological indices

表4 解釋的總方差Table 4 Total variance explained

從表5可以看出，第1主成分中的SOD酶活性及MDA含量的系數(shù)比較大，這2項生理指標與細胞的膜脂過氧化相關(guān)，因此，第1主成分代表細胞的膜脂過氧化程度。第2主成分中，脯氨酸含量的系數(shù)最大，第3主成分則以低溫處理后POD酶活性的絕對值最大，這2個綜合指標分別代表脯氨酸含量及POD酶活性。

表5 主成分分析因子載荷矩陣及線性組合中的系數(shù)Table 5 Loadmatrix principal components analysis and coefficients of linear combination

2.3 綜合評價

將載荷數(shù)(表3)除以各相應主成分的特征根(表2)的開方得到各主成分的線性組合中的系數(shù)，結(jié)果見表5。由此得到各個主成分的線性組合如下:

式中，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8分別代表X1、CR (X1)、X2、CR(X2)、X3、CR(X3)、X4和CR(X4)等指標進行標準化后的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)標準化的計算公式為:(X－)/SD，其中:X為某指標的測定值，為某指標的平均數(shù)，SD為某指標的標準差)。利用各主成分的線性組合計算出18個香蕉種質(zhì)的3個主成分組合得分(表6)。

2.4 香蕉種質(zhì)抗寒性的形態(tài)鑒定

將18個香蕉種質(zhì)置于4℃低溫中培養(yǎng)10 h后，逐級升高培養(yǎng)溫度，觀察植株的受害情況。4℃培養(yǎng)10 h后，所有種質(zhì)的葉片均出現(xiàn)輕微萎蔫、葉片下垂的現(xiàn)象。溫度上升至15℃并培養(yǎng)24 h后，3號種質(zhì)(HLE)的上部嫩葉最先出現(xiàn)水漬狀斑點，接著為8號(SDW)、11號(桂蕉6號)和12號(ZNF)，說明這幾個種質(zhì)的抗寒能力在測試種質(zhì)中最弱。溫度上升到30℃后，上述幾個種質(zhì)葉片出現(xiàn)大面積干枯，而2號(LT)、10號(粉雜)、14號(金粉1號)和16號(廣東粉蕉)的寒害癥狀不明顯，其他種質(zhì)的葉片則逐漸出現(xiàn)受害斑點。30℃培養(yǎng)7 d后，再對低溫處理過的18個種質(zhì)的形態(tài)進行觀察，發(fā)現(xiàn)3號種質(zhì)(HLF)的葉片已經(jīng)全部干枯，假莖腐爛。8號(SDW)、11號(桂蕉6號)和12號(ZNF)種質(zhì)的葉片受害面積達90%以上。1、4、5、6、7、8、9、13、15、17和18號種質(zhì)的嫩葉出現(xiàn)干枯，受害面積大約為40%～60%，老葉變黃。而2號(LT)、10號(粉雜)和14號(金粉1號)種質(zhì)僅嫩葉邊緣出現(xiàn)少量的干枯現(xiàn)象，受害面積小于10%，16號(廣東粉蕉)種質(zhì)葉片的受害面積比這3個種質(zhì)略大，為25%左右。2號(LT)、10號(粉雜)、14號(金粉1號)和16號(廣東粉蕉)種質(zhì)，經(jīng)30℃培養(yǎng)7 d后，心葉能夠正常抽出，而其他種質(zhì)(除3號種質(zhì)外)在培養(yǎng)2周后才恢復生長。由此可見，抗寒能力最強的為LT(2號)和粉雜(10號)和金粉1號(14號)3個粉蕉種質(zhì)，其次為廣東粉蕉(16號)，接著為桂蕉青7號(9號)和桂蕉6號(11號)等其他香牙蕉種質(zhì)，而3號(HLE)種質(zhì)的抗寒能力最弱。香蕉種質(zhì)抗寒性形態(tài)鑒定的結(jié)果與生理指標鑒定的結(jié)果基本一致。

表6 18個香蕉種質(zhì)的各主成分組合得分、綜合得分及排序Table 6 Principal component combination scores，composite scores rank of18 banana germplasms

1利用綜合得分對8個香蕉種質(zhì)抗寒性的系統(tǒng)聚類分析Fig.1 Hierarchical cluster analysis on cold resistance of 18 banana by composite scores

3 討論

香蕉屬熱帶果樹，喜熱怕冷，其生長需要高溫高濕的氣候條件，生長溫度為15～35，24～32℃為最適宜生長溫度;香蕉對低溫比較敏感，18℃以下時生長較為緩慢，低于10℃時其生長發(fā)受阻甚至停止，當溫度降至5℃以下的低溫時，香蕉的葉片就會出現(xiàn)凍害現(xiàn)象，0～2℃低溫下，植株將受到嚴重的傷害［8］。廣西年平均氣溫為13.2～27.5℃，是香蕉種植的次適宜區(qū)，在香蕉主產(chǎn)區(qū)，低溫冷害現(xiàn)象時有發(fā)生。本研究的主要目的是通過試驗篩選出香蕉抗寒性鑒定的生理生化指標，據(jù)此劃分香蕉抗寒力不同的級別，并篩選出較為抗寒的種質(zhì)，為今后廣西香蕉的抗寒育種及確定香蕉品種的適合種植范圍提供依據(jù)。因此，試驗過程中盡量模擬廣西冬季冷害發(fā)生的氣溫條件對香蕉種質(zhì)進行抗寒性鑒定，選擇4℃做為低溫處理的溫度。一般來說，葉片的生理指標變化早于冷害癥狀，通過前期的預備試驗發(fā)現(xiàn)，4℃低溫處理4 h后，香蕉種質(zhì)葉片中各生理指標的變化都比較明顯，而葉片形態(tài)上僅出現(xiàn)少量的寒害癥狀，不能對所有的種質(zhì)進行精準的形態(tài)鑒定，處理10 h后，大部分的種質(zhì)才出現(xiàn)不同程的寒害癥狀，因此選擇低溫處理4 h做為生理測定的處理時間，10 h做為香蕉種質(zhì)抗寒性形態(tài)鑒定的處理時間。

據(jù)報道，當外界溫度降低發(fā)生寒害時，首先受到嚴重影響的是植物體細胞生物膜系統(tǒng)［9］。“自由基傷害”學說認為，植物處于低溫逆境時，由于細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生及清除系統(tǒng)的平衡受到破壞，出現(xiàn)活性氧不能及時清除而積累的情況，從而引起細胞膜的過氧化作用，細胞膜系統(tǒng)受到破壞，細胞膜的通透性增加導致胞內(nèi)一系列的生理代謝紊亂，最終造成細胞的死亡［10］。因此在遇到低溫時，能夠保持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是抗寒植物的一個重要特征［11］。SOD和POD是細胞內(nèi)的重要保護酶系統(tǒng)，能夠清除細胞內(nèi)的超氧陰離子及過氧化氫，保持細胞膜的穩(wěn)定性;而MDA是在細胞膜系統(tǒng)產(chǎn)生過氧化作用后的有毒產(chǎn)物，其含量高低代表膜脂的過氧化程度，與植物的抗寒性呈顯著負相關(guān)。因此，在受到低溫后，SOD、POD酶活性及MDA含量的變化量是衡量植物抗寒性的重要指標。在本研究中，經(jīng)主份分析提取的3個主成分中，以MDA含量、SOD酶活性為代表的第1主成分及以POD酶活性為代表的第3主成分的貢獻率累積超過50%，說明它們是香蕉種質(zhì)抗寒性綜合評價的重要指標，因此，今后可考慮以代表膜脂過氧化程度的指標來初步衡量香蕉種質(zhì)的抗寒性。此外，由于脯氨酸具有高溶解度、無毒及高水勢等特點，使之成為細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)指標，對抵御冷害的發(fā)生具有重要作用［12］。本研究的結(jié)果表明，脯氨酸的含量也是香蕉種質(zhì)抗寒性綜合評價的關(guān)鍵因素(本文主成分分析中的第2主成分)。利用這些生理綜合指標對香蕉種質(zhì)進行抗寒性鑒定，其結(jié)果與形態(tài)鑒定基本一致，說明生理指標鑒定方法的可行性，該方法對于育成新品種的早期鑒定有重要意義［13］。

據(jù)報道，粉蕉具有較強的抗寒性等抗逆能力［14－15］，據(jù)本課題組調(diào)查，2016年1月，由于受極端寒凍天氣條件影響，大部分香牙蕉干枯死，而“金粉1號”粉蕉品種僅葉片邊緣表現(xiàn)輕微凍害，其抗寒性表現(xiàn)明顯比香牙蕉強。但在本研究中發(fā)現(xiàn)，2號種質(zhì)LT雖然屬于香牙蕉類型，其抗寒能力與粉蕉相差不大，甚至更強，可能是強抗寒能力的變異株，因此在后續(xù)的試驗中，需對其田間表現(xiàn)進行重點監(jiān)測，以期選育出優(yōu)良的抗寒香牙蕉品種。粉蕉類型種質(zhì)的抗寒能力在本研究中排在前列，其中粉雜是從BB型野生香蕉與粉蕉雜交的后代中選育而成［16］，其抗寒能力最強，廣西選育的“金粉1號”品種居中，而廣東的粉蕉則較弱，可能跟其母本世代所處的氣候環(huán)境有關(guān)。此外，其他香牙蕉種質(zhì)的抗寒性均相對較弱。

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(責任編輯 王冠玉)

Evaluation on Cold Resistance of 18 Banana Germ p lasm Seedlings

HE Hai-wang1，ZHAO Ming1，WU Peng1，LONG Fang1，ZOU Yu1*，LIN Qian1，LIN Gui-mei2
(1.Bio-technology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Guangxi Nanning 530007，China;2.Guangxi Plant Tissue Culture Seedlings Limited Company，Guangxi Nanning 530007，China)

The cold resistances of18 banana germplasms seedling were studied by changes of physiological and morphological indices under low temperature treatment.The result showed thatoverlap was found in the cold-resistance relevant information provided by individual physiological indices，so it could notbe used to evaluate the cold resistance of banana germplasms directly and accurately.3 comprehensive indiceswere extracted from the eight individual physiological indices by principal component analysis，which was used for evaluate the cold resistance of eighteen banana germplasms.And the cold resistance evaluation of 18 bananaswas done by these comprehensive indices.They declined in sequence from LT，F(xiàn)enza，Jinfen 1，Guangdongfenjiao，SNT，LNS，Guijiaoqing 7，HLT，LE，SNY，LNF，HA，NLF，HR，Guijiao 6，SDW，ZNF，to HLE.Also，these germplasms could be classified into three groups by hierarchical cluster analysis.The first group，included LT，F(xiàn)enza and Jinfen 1，showed the highest cold resistance，the third group contained HLE，SDW，Guijiao6 and ZNFwith the minimum effects.The restgermplasmswere clustered into the second group，which revealedmedium cold resistance.The resultwas similar to themorphological evaluation.

Banana;Cold resistance;Physiological indices;Principal component analysis

S668.1

A

1001－4829(2017)2－0315－07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.013

2016－10－31

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-32-15);廣西農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務(wù)專項(桂農(nóng)科2015YT54，桂農(nóng)科2017YM29);廣西農(nóng)業(yè)科學院科技發(fā)展基金(桂農(nóng)科2016JZ03)

何海旺(1979－)，男，廣西容縣人，助理研究員，研究方向為香蕉栽培與育種，E-mail:15959679@qq.com，*為通訊作者，E-mail:zy@gxaas.net。