铜对低温胁迫下空气凤梨抗寒生理特征的影响

摘要 ［目的］研究低温胁迫下铜对空气凤梨抗寒生理特征的影响。［方法］于自然低温胁迫下，以6个空气凤梨品种为供试材料，设置0（CK）、40、80、100、150、200、250 mg/L 7种铜浓度进行处理。［结果］随着铜浓度的增大，各品种叶绿素含量（Chl）、游离脯氨酸含量（PRO）、抗氧化酶活性（SOD和POD）的变化趋势均呈先升高后降低的趋势，丙二醛含量（MDA）和电解质渗出率（REC）均为先降低后升高。［结论］铜浓度过高或过低均不利于空气凤梨抗寒性提高，浓度100～150 mg/L时Chl含量、PRO含量、抗氧化酶活性均较高，MDA含量和REC均较低，空气凤梨生长良好，渗透势稳定，细胞膜脂质过氧化伤害有效降低，抗寒性显著提高。

关键词 空气凤梨；抗寒性；铜；生理特征；低温胁迫

中图分类号 S 682.36  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0129-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.030

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Effect of Copper on Physiological Characteristics of Cold Resistance of Tillandsia in Low Temperature Stress

DING Jiu-ling  MENG Hai-tao2， ZHENG Kai1

（1.Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry， Jurong， Jiangsu 212400;2.Jiangsu Jurong Slow Life Ecological Agriculture Co.， Ltd.， Jurong， Jiangsu 212400）

Abstract ［Objective］  To explore the effect of copper on physiological characteristics of cold resistance in Tillandsia in natural low temperature stress.［Method］This study is based on six species of Tillandsia as experimental material with seven exogenous copper treatments， respectively 0， 40， 80， 100， 150， 200， 250 mg/L.［Result］With the increase of copper concentration， the changes of chlorophyll content （Chl）， proline content （PRO）， activity of antioxidant enzymes （SOD and POD） all increased first and then decreased， malondialdehyde content （MDA） and the rate of electrolyte leakage （REC） decreased first and then increased.［Conclusion］When the concentration of copper was too high or low， the cold resistance of Tillandsia was not improved. When the concentration of copper was 100-150 mg/L， the content of Chl and PRO， the activity of antioxidant enzymes were all higher， MDA content and REC were lower， the growth of  Tillandsia was better， and the osmotic potential was stable， the peroxidative damage of cell membrane was effectively reduced， and the cold resistance was significantly improved.

Key words Tillandsia;Cold resistance;Copper;Physiological characteristics;Low temperature stress

空气凤梨（Tillandsia）为凤梨科（Bromeliaceae）铁兰属（Tillandsia）多年生草本植物，包括近550个品种和90个变种。20世纪80年代开始在国外流行起来，我国近几年开始引进。因其栽培不需泥土，能吸收甲醛、重金属等有害物质，一经引进就受到许多人的喜爱和关注。

目前空气凤梨相关研究限于其作为空气污染指示植物和去除环境污染的修复植物［1-4］及地域分布［5］、开花性状［6-7］、栽培管理［8-10］、繁殖技术［11-13］等方面。然而，关于空气凤梨抗寒性的文献较少。俞禄生等［14］研究认为，供试松萝等5种空气凤梨可以短期耐受-5～0 ℃低温。鲍荣静等［15］从相对电导率和成活率证明了3种空气凤梨抗寒能力大小。郑桂灵等［16］研究表明，硬叶空凤与贝可丽空凤对-5 ℃低温有一定的耐受性，但会失绿、萎蔫，该温度已达到或超过空气凤梨生长的临界温度。同时，江苏农林职业技术学院自2006年开始引种驯化空气凤梨，栽培管理中发现，大部分空气凤梨品种冬季养护需温室大棚方能顺利过冬，否则会出现植株叶片受冻受损甚至死亡的现象，表现出较差的抗寒性。长江中下游江苏、安徽等地区冬季不开空调，室内温度较低，甚者会低于-5～-10 ℃，在该低温环境下，适于室内微景观装饰的空气凤梨的生长势必会受到不良影响。空气凤梨品种抗寒性不佳的状况在一定程度上会影响其在市场上规模化的推广应用。因此，有必要开展空气凤梨抗寒性及提高其抗寒性的探讨。

关于空气凤梨抗寒性的研究较少，有关提高其抗寒性的研究鲜见报道。近年来，通过水杨酸、聚乙二醇、Ca2+、铜等外源调控物质来缓解低温对植物造成伤害的研究成为备受关注的焦点和热点。相关研究表明［17-21］，铜是植物正常生命活动的微量营养元素，可以在一定程度上提高小麦、华北落叶松、仁用杏、烟草等植物的抗寒性。为满足空气凤梨日以增长的市场需求，笔者基于铜可有效提高植物抗寒性的理论知识和发明专利（ZL201510609276.4）的相关授权内容，进一步探讨外源物铜对低温胁迫下空气凤梨抗寒生理特征的影响及其有效提高其抗寒性的铜适宜浓度等关键难题，丰富空气凤梨抗寒性机制理论，为解决低温对空气凤梨的胁迫问题提供有效的方法和手段，以期为空气凤梨广泛地推广提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为维路提（T.velutina）、小精灵（T.ionantha）、斯垂科（T.stricta）、贝克立（T.brachycaulos）、休斯顿（T.houston）、松萝（T.usneoides）6个空气凤梨品种的无性繁殖系，且已于温室内培养驯化3年为成苗。

1.2 试验方法

试验于12月至翌年2月在空气凤梨生产基地进行。

每个供试品种挑选大小基本一致的植株，剪除植株周围的枯叶短叶，在温室中恢复15 d后进行铜处理。该温室内设温控、风机、遮阳网、水帘、微喷等设备，空气湿度75%～90%。

用硫酸铜溶液（CuSO4·5H2O）对空气凤梨进行浸泡处理0.5 h。Cu2+处理设为7个，浓度分别为0、40、80、100、150、200、250 mg/L，其中0 mg/L为对照（CK），处理编号分别为CK、T1、T2、T3、T4、T5、T6。每处理3次重复，每个重复每个品种选取生长一致的空气凤梨植株30株。

Cu2+处理后将空气凤梨置于室外自然低温下，即处于低温胁迫状态。试验期间室外最低温度在-5～5 ℃，室外最高温度在10～15 ℃。每14 d用1 000 mg/L的氮、磷、钾比例为17∶8∶22的肥料对空气凤梨喷施1次，每隔4 d喷水1次，肥料和水pH 6.0～7.0。试验期间定期观测植物生长状况，60 d后取样测定生理指标。

1.3 测定项目

电解质渗出率（REC）测定采用电导仪法［22］，叶绿素（Chl）含量测定采用乙醇提取法［22］，脯氨酸（PRO）含量采用脯氨酸分光光度计试剂盒法测定，丙二醛（MDA）含量采用丙二醛分光光度计试剂盒法测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采利用超氧化物歧化酶分光光度计试剂盒法测定，过氧化物酶（POD）活性采用过氧化物酶分光光度计试剂盒法测定，过氧化氢酶（CAT）活性采用过氧化氢酶分光光度计试剂盒法测定。以上试剂盒由苏州科铭生物技术有限公司提供。

2 结果与分析

2.1 铜对低温胁迫下空气凤梨叶片叶绿素（Chl）含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用时捕获光能的重要物质，其含量的增加可以在一定程度上提高光合速率的转换，促进植物生长，进而间接提高植物的抗逆性，是研究光合生理的重要指标之一［23］。

不同浓度铜处理对供试空气凤梨Chl含量的影响不同（图1）。随着铜浓度的增加，低温胁迫下各品种Chl含量呈先升高后降低的趋势，T3或T4处理Chl含量最大（显著高于CK与其他处理），处理T6最小。小精灵、松萝和斯垂科3个品种T5和T6处理的Chl含量显著低于CK，维路缇、贝克立和休斯顿3个品种CK的Chl含量显著低于T5处理，高于T6处理。由此可知，并不是铜浓度越高越利于低温胁迫下空气凤梨Chl含量的增加，只有适宜浓度的铜才可以使低温胁迫下空气凤梨Chl含量显著增加，促进其生长。该研究发现，当铜浓度为80～150 mg/L时，低温胁迫下供试空气凤梨Chl含量显著高于CK和其他处理；当铜溶液浓度过高时（250 mg/L），Chl含量反而显著降低，低于CK，抑制空气凤梨生长，不利于抵御严寒。

2.2 铜对低温胁迫下空气凤梨游离脯氨酸（PRO）含量的影响

低温条件下，植物会主动合成和积累某些物质来降低细胞液的渗透势，有效避免细胞过度脱水，从而完成渗透调节过程。PRO是主要的渗透调节物质之一，其含量在一定程度上可以反映植物的抗寒性［24］。

不同浓度的铜对低温胁迫下空气凤梨PRO含量的影响有所不同（图2）。从图2可见，随着铜浓度的增加，低温胁迫下空气凤梨PRO含量呈先升后降的趋势，T3或T4处理的PRO含量最大，大部分品种（小精灵除外）以T6处理最小。供试空气凤梨（休斯顿除外）T1和T2处理的PRO含量显著高于CK，而休斯顿T2处理的PRO含量显著高于CK。各品种T3和T4处理的PRO含量均显著高于CK和其他处理，2个处理间差异显著（休斯顿除外）。T5和T6处理与CK对比其PRO含量表现各不相同：小精灵T5和T6处理的PRO含量显著高于CK，且2个处理间差异显著；松萝T5处理的PRO含量显著高于CK，而T6处理显著低于CK；斯垂科T5和T6处理的PRO含量均显著低于CK；维路缇、贝克立和休斯顿3个品种的CK与T5处理相比PRO含量差异不显著，而CK显著高于T6处理。

由以上分析可知，外施80～150 mg/L的铜可使低温胁迫下供试空气凤梨PRO含量显著增加，缓解空气凤梨因遭受低温受到的伤害；当铜浓度为250 mg/L时，PRO含量显著下降，甚至显著低于CK，造成植物细胞严重脱水，抗寒性显著降低。

50卷21期丁久玲等 铜对低温胁迫下空气凤梨抗寒生理特征的影响

2.3 铜对低温胁迫下空气凤梨细胞膜系统的影响

2.3.1 对丙二醛（MDA）含量的影响。

植物细胞膜系统是遭受低温伤害的首要部位，脂质过氧化作用启动，MDA 迅速积累，使细胞膜的完整性受损［25］。通常利用MDA作为脂质过氧化指标，反映细胞脂质过氧化程度和植物对低温逆境反应的强弱，其含量高低与植物抗寒性强弱成反比。