植物抗寒性是植物长期适应低温环境而形成的一种潜在的遗传特性，植物抗寒冻基因是一种诱发性基因，只有在特定条件（主要是低温和短日照）的作用下才能启动抗寒冻基因的表达，从而发展为抗寒性^[1-2]。大量试验^{[3⇓⇓⇓⇓⇓⇓-10]}证明，许多喜温植物在适宜低温条件下给予一定低温锻炼，可使其体内发生一系列生理生化变化，产生适应性应激反应，有效提升其在低温胁迫环境中的耐寒能力，这个过程通常称为低温锻炼。

甘薯喜温，对低温敏感，低于15 ℃时地上部分停止生长，气温降至6~8 ℃时叶片开始萎蔫、变褐，遇霜冻迅速枯萎死亡^[11]。受春季低温及倒春寒影响，我国大部分地区要到4月中下旬日均温才能稳定通过15 ℃^[12]，此时甘薯幼苗才能进行露地栽培，但对讲究“先”和“鲜”的时令蔬菜而言，4月中下旬才进行栽培不符合经济效益最大化原则，因此，有必要对菜用甘薯幼苗耐寒性开展研究，实现菜用甘薯茎叶提前、长期和足量的市场供应。目前，菜用甘薯幼苗是否可以通过低温炼苗提升其耐寒性，经过低温炼苗的幼苗抗寒性能增强多少，低温锻炼适宜温度范围及所需持续时间等问题的相关研究尚少。为此，本研究以菜用甘薯品种福菜薯18为材料，探讨相同低温条件下，低温锻炼持续时间长短对低温胁迫环境下菜用甘薯幼苗耐寒生理特性的影响，以期明确菜用甘薯幼苗最佳低温锻炼组合，为实现菜用甘薯周年生产及提前上市提供科学理论依据。

供试甘薯品种福菜薯18由福建省农业科学院作物研究所选育。2022年7月于湖南农业大学浏阳教学试验基地剪取健壮、无病虫害、20~25 cm长的顶叶，略微修剪后扦插至盆钵中，花盆直径17.5 cm，高度11.5 cm，盆内营养土为育苗基质、珍珠岩和蛭石（4:1:1），每盆扦插4株，共40盆，放置室外常规管理。30 d后将所有材料放置于人工气候箱（昼夜25 ℃/18 ℃，10 h/14 h）预处理7 d，使各材料长势尽量保持一致。

本试验分为3个阶段，第1阶段，根据低温锻炼时间将所有材料分成T1、T2、T3和CK 4组（每组10盆）进行低温锻炼处理，其中，T1锻炼24 h、T2锻炼48 h、T3锻炼72 h、CK锻炼0 h（对照），锻炼温度昼夜15 ℃/12 ℃，10 h/14 h；第2阶段，低温锻炼结束后，将各处理盆栽放置于人工气候箱进行低温胁迫处理，昼夜8 ℃/5 ℃，10 h/14 h，分别胁迫0、24、48和72 h；第3阶段，低温胁迫结束后将各处理重新放入昼夜25 ℃/18 ℃、10 h/14 h人工气候箱内，恢复生长48 h，随后再将各处理重新放入人工气候箱（昼夜8 ℃/5 ℃、10 h/14 h）再次进行低温胁迫，时间持续48 h。各阶段均以幼苗倒3~5叶片为取样对象，测定相关生理生化指标。

采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量，采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈创木酚比色法测定过氧化物酶（POD）活性，采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白（BCA）含量，采用蒽酮法测定可溶性糖含量。

采用Excel进行数据统计，采用IBM SPSS 26.0软件进行双因素重复测量方差分析。

由图1可知，CK在低温胁迫期间SOD活性呈先增后减变化趋势；从低温胁迫24 h（XP 24 h）后开始直至72 h（XP 72 h）低温胁迫结束SOD活性一直处于递减状态，其中在胁迫24~48 h阶段SOD活性出现大幅降低，降幅高达55.36%，差异显著；随后48~72 h降幅虽有所收窄，但降幅仍达48.08%。T1和T3在低温胁迫期间SOD活性随胁迫时间延长均呈现“升―降―升”变化趋势，但两者变化幅度存在巨大差异，T1处理在整个低温胁迫期间SOD活性起伏平缓，无显著差异，但T3在低温胁迫24 h与48~72 h后2个阶段SOD活性均出现大幅度上升，特别是48~72 h后SOD活性提升了224.36%。与T1、T3不同，T2在低温胁迫阶段SOD活性始终保持增长趋势，直至低温胁迫72 h结束时SOD活性较之低温胁迫开始时增加了165.63%，差异显著。低温胁迫24 h后SOD活性依次为CK>T3>T2>T1，CK与T3存在显著差异，T3、T2、T1三者之间无显著差异；低温胁迫48 h后3个低温锻炼处理SOD活性出现显著差异，T2>T3>CK>T1；低温胁迫72 h后3个处理中T1的SOD活性最少，与CK差异不显著，但与T3、T2处理差异显著。

由图2可知，恢复常温生长48 h后，4个处理SOD活性均出现不同程度的变化，CK和T1处理的SOD活性显著增加、T2、T3处理变化幅度很小，T3甚至出现下降但均未达显著水平，T1、T2、T3处理的SOD活性显著高于CK；低温再胁迫48 h后，4个处理SOD活性出现下降，但T1、T2、T3处理的SOD活性均显著高于CK，且以T3处理活性最高，T2处理次之，T1排第三，且三者SOD活性差异显著。

由图3可知，CK低温胁迫期间POD活性随时间延续呈现持续降低趋势，其中在低温胁迫24~48 h阶段出现大幅度下降，降幅高达52.12%，差异显著，低温胁迫48 h后POD活性下降幅度趋于平缓。低温胁迫0~48 h时段POD活性虽出现一定变化，但均未达到显著性水平。随着低温胁迫时间的持续，在48~72 h时段T1和T3两个处理POD活性出现显著性增加，而T2处理出现一定幅度下降但差异不显著。

从图4可知，恢复常温生长48 h后，T1、T2、T3 3个经低温锻炼的处理POD活性均显著高于CK；再次低温胁迫48 h后各处理POD活性较之前期均呈现大幅降低态势，但T1、T2、T3的POD活性显著高于CK，POD活性排序为T3>T2>T1>CK。

由图5可知，CK可溶性蛋白质含量从遭受低温胁迫开始直至72 h结束各阶段（0~24 h、24~48 h、48~72 h）均出现显著大幅增加，增幅分别为103.65%、71.51%和39.46%；T1和T3可溶性蛋白含量在低温胁迫期间变化均呈现“升―降―升”态势，但变化幅度除T3在0~24 h可溶性蛋白质含量增加显著（增幅42.35%）外，T1和T3处理在低温胁迫各阶段可溶性蛋白含量变化幅度均未达显著性水平；与前2个处理截然不同，T2处理在低温胁迫期间可溶性蛋白含量呈现“先升后降”变化趋势，其拐点出现在胁迫48 h后，且减少幅度达显著水平，为46.09%。

从图6可知，恢复常温生长48 h后，除T2外，其他3个处理可溶性蛋白含量均呈显著下降态势，其中CK下降幅度最大，高达68.79%，T1次之，T3最小，T2可溶性蛋白含量虽有所增加，但未达到显著性水平；再次进行48 h低温胁迫后，各处理可溶性蛋白含量均有所增加，4个处理中T2可溶性蛋白含量最高，且显著高于CK，T1和T3处理可溶性蛋白含量虽高于CK，但未达显著水平，4个处理可溶性蛋白含量为T2>T1>T3>CK。

由图7可知，CK处理可溶性糖与可溶性蛋白质含量变化趋势相类似，即随低温胁迫时间持续发生大幅度变化，其在低温胁迫0~24 h和48~72 h的2个阶段可溶性糖含量分别增加了136.84%和46.66%；T1和T3处理在低温胁迫0~24 h、48~72 h 2个阶段均出现可溶性糖含量增加情况，但前者2次增幅达显著水平，后者则都未达显著水平；T2处理在整个低温胁迫期间可溶性糖含量变化一致保持平缓态势，各阶段均无显著性差异。

从图8可知，恢复常温生长48 h后，4个处理的可溶性糖含量均出现降低情况，其中CK降幅最大，高达73.10%，T1处理次之，T2处理下降幅度最小，仅为12.07%；再次低温胁迫48 h后，各处理可溶性糖含量得到一定提升，其中T2和T3处理可溶性糖含量显著高于CK与T1处理，T3增幅最大，达到49.16%，可溶性糖含量依次为T3>T2>T1>CK。

从图9可知，随着低温胁迫时间的持续，CK处理MDA含量呈现逐渐增加趋势，整个低温胁迫期间MDA含量增加了55.28%，特别是低温胁迫24~48 h时MDA含量增幅高达30.46%。如图10所示，T1、T2处理在低温胁迫下MDA含量随时间推移呈先升后降趋势，但T1下降拐点出现在低温胁迫48 h后，T2在低温胁迫24 h后即开始下降；与T1、T2不同，T3处理MDA含量随胁迫时间持续呈现“升―降―升”变化趋势，但第二次仅上升了13.13%，差异不显著。

从图10可知，恢复常温48 h后各处理MDA含量均有所下降，其中T1、T2、T3含量较之前期低温胁迫结束时分别减少了20.52%、19.29%和22.39%达到显著性水平，CK处理中MDA含量虽亦降低但未达显著水平；再次低温胁迫48 h后，各处理MDA含量均出现不同程度波动，其中CK处理中MDA含量出现大幅增加，增幅高达43.30%，4个处理MDA含量排序依次为CK>T1>T2>T3。

逆境胁迫下，SOD和POD作为抗氧化酶构成了一套有效抵御植物体内因过多活性氧积累造成膜脂过氧化而引起细胞膜损伤的保护系统。研究^[13]证明低温胁迫前对植物进行适宜温度与时间的锻炼，可在一定程度内提升其对低温的忍耐能力，其中一个主要途径是通过增加诸如SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性以维系细胞内活性氧平衡来实现的。试验^[14]证明，植物可以通过低温锻炼有效提高抗氧化酶活性，进而达到增强抵御活性氧伤害的能力，提高了植物抗逆生理能力。本试验中经低温锻炼处理的T1、T2、T3在低温胁迫期间SOD、POD活性总体呈现增加趋势，T3的SOD、POD活性增幅最大，T2次之，T1虽增幅最小，但始终保持平稳增加态势；CK则在低温胁迫期间SOD、POD活性出现大幅降低趋势。此外，在低温胁迫各阶段不同低温锻炼处理区组间亦存在显著性差异。

可溶性蛋白、可溶性糖广泛存在于高等植物细胞液中，它们是调控细胞膜透性的重要大分子渗透调节物，低温逆境下植物体内将大量生成此类物质，并依靠它们起到增加原生质浓度、降低渗透势、维持细胞膨大、保持细胞稳定等作用。因此，许多学者认为其含量的多寡与植物的耐寒性强弱呈正相关关系。如张勇等^[15]试验证明，草莓组织培养苗经4 ℃低温锻炼后抗寒性明显增强，可溶性蛋白质、脯氨酸和可溶性糖等渗透调节物质含量增加。王占锋等^[4]、郝辉芳等^[16]、陈奕吟等^[17]相关试验结果也与上述结论一致。本试验中T1、T3处理在低温胁迫期间可溶性蛋白质并未出现大幅增加，相反T2处理在低温胁迫48~72 h时还出现了46.09%的降幅。究其原因一是耐寒基因未能被冷诱导并表达出来，由于植物耐寒能力的提升是一个逐步获得的过程，只有在适宜低温环境下锻炼足够时间耐寒基因才能被充分激活。本试验中所设置的锻炼温度与持续时间可能还未能完全将其诱导表达；二是如徐青山等^[6]研究认为，可溶性蛋白含量高低与植物抗寒性提升无因果关系。CK处理可溶性蛋白和可溶性糖含量在低温胁迫期间出现显著性大幅增长，可能是由于细胞膜透性遭受造成了一定程度的损害短期内产生的应激表现。

通常人们认为可溶性糖含量与植物耐寒性呈正相关，细胞内含糖量的增加是植物耐寒能力形成的初期表现。但也有学者^[18]对此提出不同观点，指出甘薯块根、甘蔗茎秆的可溶性糖含量与耐寒性强弱无明显相关性，甚至在少数品种中呈负相关。本试验各处理可溶性糖含量变化趋势与后者观点相一致，值得就此继续跟进做深入探讨。

氧自由基伤害学说指出，低温逆境下植物体内自由基积累过多引起膜脂过氧化，造成细胞膜损伤，细胞质膜透性增大。研究^[8⇓-10]发现，低温锻炼处理幼苗在低温胁迫环境下膜质受损害程度小于未经低温锻炼处理幼苗。本试验所得结果与上述观点相近，低温锻炼处理T1、T2在低温胁迫期间MDA含量变化呈现“先升后降”，T3虽现“升―降―升”变化趋势，但胁迫72 h后MDA含量增幅有限，未达显著水平；CK处理MDA含量在低温胁迫期间始终处于显著增加状态。

Hwei等^[19]和潘杰等^[6]研究表明，植物低温锻炼后在常温下恢复1~2 d，抗氧化酶、渗透调节物质等会迅速下降，随即其耐寒性也会迅速降低到锻炼前水平，即抗寒力消失。本试验中恢复常温48 h并再次经历低温胁迫（昼夜8 ℃/5 ℃，10 h/14 h）48 h后，4个处理中的抗氧化酶、渗透调节物和膜脂过氧化5个指标均出现不同程度的增减变化，综合分析可知，经低温锻炼的3个处理要明显优于CK，由此说明甘薯幼苗经低温锻炼不仅获得了一定耐寒能力，且此种能力并没有随温度的恢复而丧失，而是可以在随后的再次低温胁迫环境中继续保持。本试验还表明，相同低温下，锻炼持续时间的长短对甘薯幼苗耐寒能力强弱存在一定关系。

郝辉芳等^[3]和林善枝等^[20]试验表明，植物抗冷性是逐步获得的，需要不同低温分阶段不断诱导进而启动抗寒冻基因。本研究低温锻炼与低温胁迫两因素之间存在显著的交互作用证明了上述观点，即耐寒性的提升是两阶段2个不同低温互作条件下共同诱导抗寒冻基因启动的结果。由于不同菜用甘薯品种间耐寒性存在一定差异^[12,21]，因此，菜用甘薯幼苗适宜锻炼温度、胁迫温度究竟在哪一个区间，且耐寒性的获得与持续时间的长短存在何种关系，还有待进一步研究。同时，通过低温锻炼提升植物耐寒能力是一个极其复杂的生物学过程^[22⇓24]，是研究植物抗冷机制的基础^[25]，需要从分子水平对菜用甘薯深入进行相关组学研究。

菜用甘薯幼苗耐寒性可在低温锻炼与低温胁迫相互作用下得到一定程度的提升；不同低温锻炼时间处理各项生理指标在低温胁迫期间各时间段存在一定显著性差异，经低温锻炼的3个处理在整个试验过程的表现要好于CK，其中又以T2、T3优势最为明显，证明适宜的低温配以适宜的锻炼时间在一定程度上能有效提升甘薯幼苗的耐寒性。