不同需冷量桃品種芽休眠誘導(dǎo)期間的生理變化

摘要：以3 a生低需冷量春捷毛桃和高需冷量青州冬雪蜜桃為試材，研究桃芽自然休眠誘導(dǎo)期間的生理變化。結(jié)果表明，在自然休眠誘導(dǎo)期間，桃芽中水分質(zhì)量分數(shù)和存在狀態(tài)、膜透性、淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)以及呼吸代謝發(fā)生重大變化。伴隨著自然休眠的發(fā)展，桃芽中水分質(zhì)量分數(shù)、自由水、束縛水比值和膜透性迅速降低，且青州冬雪蜜桃先于春捷毛桃下降，下降速度青州冬雪蜜桃大于春捷毛桃；而淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)則迅速增加，青州冬雪蜜桃先于春捷毛桃增加，增加速度青州冬雪蜜桃大于春捷毛桃；呼吸強度逐漸降低，同時呼吸途徑發(fā)生重大變化，其中蛋白質(zhì)和脂肪的三羧酸循環(huán)途徑的容量急劇增加；糖酵解一三羧酸循環(huán)途徑的容量呈不規(guī)則變化；磷酸戊糖途徑的容量逐漸降低；剩余呼吸途徑的容量逐漸升高。

關(guān)鍵詞：桃；自然休眠誘導(dǎo)；生理變化；需冷量；花芽

中圖分類號：S662.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2009)04-445-05

木本植物芽休眠是植物生長發(fā)育過程中的一種暫停現(xiàn)象，是一種有益的生物學(xué)特性，是植物經(jīng)過長期演化而獲得的一種對環(huán)境及季節(jié)性變化的生物學(xué)適應(yīng)性。植物的這種生物學(xué)適應(yīng)性不僅對物種的生存繁衍具有特殊的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)意義，而且對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，又是一項重大的挑戰(zhàn)。休眠是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，休眠性狀的表達是一系列基因表達的綜合體現(xiàn)，涉及到一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)和許多信號分子的轉(zhuǎn)導(dǎo)問題，被稱為“生命的隱蔽現(xiàn)象”。迄今為止，眾多的研究者對休眠現(xiàn)象進行了諸多研究和探索，取得了顯著進展，但問題還遠遠沒有得到解決，仍需進一步研究。

休眠誘導(dǎo)是植物休眠的開始，植物一旦被誘導(dǎo)進入休眠就必須滿足需冷量以解除休眠，方可正常生長發(fā)育。目前，由于需冷量的限制使大多數(shù)果樹如桃、葡萄等促早栽培的果實成熟期最早提前到3月份，不可能實現(xiàn)鮮果的周年供應(yīng)。而休眠誘導(dǎo)的研究為果樹設(shè)施栽培新模式一無休眠或延緩休眠栽培的實現(xiàn)奠定理論基礎(chǔ)。因此，我們以不同需冷量桃品種為試材，對芽自然休眠誘導(dǎo)期間的水分質(zhì)量分數(shù)及存在狀態(tài)、膜透性、碳水化合物質(zhì)量分數(shù)和呼吸代謝等生理變化進行較為全面的研究，以初步闡明桃休眠的誘導(dǎo)機制，為桃休眠調(diào)控新技術(shù)的創(chuàng)建奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

以3 a生且生長健壯的低需冷量(需冷量極低，108～122 c·u)春捷桃[Prunus persica(L.)Batsch.Per-sica vulgaris Mill.]和高需冷量(需冷量高達1 200 c·u)青州冬雪蜜桃[p.Persica(L.) Batsch.Persica vul-garis Mill]為試驗材料，砧木均為為青州冬雪蜜桃，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹站(山東泰安，地處東經(jīng)117.13°，北緯36.18°，全年最長日照時期在6月2l-23日，日照時間為14 h 36 min)于2006年6月1日-10月15日進行實驗，觀察休眠誘導(dǎo)期間桃芽的水分質(zhì)量分數(shù)和存在狀態(tài)、膜透性、淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)以及呼吸代謝等生理指標的變化。

1.2 方法

自處理之日始定期采集樹冠外圍生長一致且健壯的春捷桃新梢利用人工光照培養(yǎng)箱清水插枝法測定休眠狀態(tài)。具體方法：每處理每次采取12條長約30～40 cm的新梢，在自然落葉前，除去葉片，并剪去5 cm長的頂梢，然后將新梢插入盛有3～4 cm深濕沙的培養(yǎng)盤中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件：氣溫，晝／夜25／21℃，光照強度40 μmol·m^-2·s^-1，晝／夜16 h／8 h；相對空氣濕度80％-90％。調(diào)查記錄第1顆葉芽開放時所經(jīng)歷的時間(d)，用第1顆葉芽開放所經(jīng)歷的時間表示休眠狀態(tài)，當?shù)趌顆葉芽開放所需時間≥10 d時，表明已進入休眠狀態(tài)。水分質(zhì)量分數(shù)和存在狀態(tài)的測定，膜透性的測定，可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的測定，淀粉質(zhì)量分數(shù)的測定，呼吸代謝的測定參照趙世杰方法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分質(zhì)量分數(shù)及存在狀態(tài)的動態(tài)變化

由圖1可以看出不同需冷量桃品種芽內(nèi)水分質(zhì)量分數(shù)和存在狀態(tài)的變化與其自然休眠發(fā)展進程密切相關(guān)。隨著日照時間的縮短和自然溫度的降低，青州冬雪蜜桃和春捷桃先后進入自然休眠，然后隨著時間推移其休眠深度進一步加深(圖1-A)。伴隨著自然休眠的發(fā)展，青州冬雪蜜桃和春捷桃芽的含水量迅速下降(圖1-B)，同時自由水，束縛水比值也迅速下降(圖1-C)，這表明伴隨著自然休眠的發(fā)展，不僅青州冬雪蜜桃和春捷桃芽內(nèi)含水量迅速發(fā)生變化，而且芽內(nèi)水分存在狀態(tài)也迅速發(fā)生變化，自由水所占比例減少，束縛水所占比例增加。由圖1還可以看出隨著自然休眠的發(fā)展，芽內(nèi)水分質(zhì)量分數(shù)和水分存在狀態(tài)的變化存在品種差異，芽含水量高需冷量青州冬雪蜜桃首先開始下降，然后是低需冷量春捷桃開始下降，并且高需冷量青州冬雪蜜桃芽含水量下降比低需冷量春捷桃下降迅速，8月份和9月份青州冬雪蜜桃和春捷桃芽含水量差異達P<0.01顯著水平。與此類似，芽內(nèi)水分存在狀態(tài)同樣是高需冷量青州冬雪蜜桃變化比低需冷量春捷桃變化迅速，8月份和9月份高需冷量青州冬雪蜜桃和低需冷量春捷桃之間自由水／束縛水比值差異達P<0.01顯著水平，這進一步證明了芽內(nèi)含水量和存在狀態(tài)的變化與自然休眠的發(fā)展密切相關(guān)。

2.2 膜透性的動態(tài)變化

膜透性的變化趨勢(圖2)同樣與自然休眠發(fā)展進程密切相關(guān)。伴隨著自然休眠的發(fā)展(圖1-A)，春捷桃和青州冬雪蜜桃芽的膜透性迅速降低，并且存在品種差異。與桃芽含水量相類似，高需冷量青州冬雪蜜桃膜透性首先下降，然后是低需冷量春捷桃，并且膜透性的下降速度高需冷量青州冬雪蜜桃大于低需冷量春捷桃，8月份和9月份高需冷量青州冬雪蜜桃和低需冷量春捷桃之間膜透性差異達P<0.01顯著水平。

2.3 淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化

由圖3和4可以看出伴隨著自然休眠進程的發(fā)展，春捷桃和青州冬雪蜜桃芽內(nèi)淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，相關(guān)分析表明桃芽淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)變化趨勢與其自然休眠進程密切相關(guān)。桃芽淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的增加與水分質(zhì)量分數(shù)和膜透性的變化趨勢類似，同樣存在品種差異，高需冷量青州冬雪蜜桃淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)增加速度快于低需冷量春捷桃的增加速度。

2.4 底物水平呼吸代謝的變化動態(tài)

隨著自然休眠的發(fā)展，春捷桃芽呼吸強度逐漸降低(表1)。未進入自然休眠(8月15日，清水插枝培養(yǎng)第1芽萌發(fā)所需時間為8 d)時呼吸速率為2.283μmol·g^-1·min^-1，至自然休眠誘導(dǎo)期降至1.584μmol·g^-1·min^-1(9月1日，清水插枝培養(yǎng)第1芽萌發(fā)所需時間為12 d)和1.212μmol·g^-1·min^-1(9月15日，清水插枝培養(yǎng)第1芽萌發(fā)所需時間為19 d)，進入深休眠(10月1日，清水插枝培養(yǎng)第1芽萌發(fā)所需時間為30 d)時進一步降低至0.984μmol·g^-1·min^-1。

伴隨著自然休眠的發(fā)展，春捷桃芽的呼吸途徑-也發(fā)生重大變化(表1，2)。蛋白質(zhì)和脂肪TCA循環(huán)途徑容量未進入自然休眠(8月15日)時為0.927μmol·g^-1·min^-1，(占總呼吸的44.0％)；進入自然休眠誘導(dǎo)期后急劇增加，增至1.652μmol·g^-1·min^-1(9月1日，為總呼吸的104.3％)和1.345μmol·g^-1·min^-1(9月15日，為總呼吸的111.0％)；進入深休眠后，容量又急劇下降，降至0.19μmol·g^-1·min^-1(10月1日，占總呼吸的19.3％)。糖酵解一三羧酸循環(huán)(EMP-TCA)途徑容量的變化不規(guī)律。磷酸戊糖途徑的容量隨著時間的推移呈下降趨勢，從未進入自然休眠時占總呼吸的34.6％(8月15日)，降至自然休眠誘導(dǎo)期的15.0％(9月1日)，至深休眠時進一步降至8.2％(10月1日)。相反，剩余呼吸途徑的容量則隨著時間的推移呈逐漸上升趨勢，未進入自然休眠時該途徑容量占總呼吸的10.1％(8月1日)，至自然休眠誘導(dǎo)期時占總呼吸的19.5％(9月15日)，進入深休眠時進一步增加至總呼吸的36.6％(10月1日)。

3 討 論

Welling等研究表明長日植物在短日照條件下4 d后芽含水量便下降，但在隨后21 d的采樣時期內(nèi)含水量保持穩(wěn)定。Faust等利用磁共振顯相儀研究表明在晚秋和初冬的休眠誘導(dǎo)期間葡萄芽中束縛水／自由水比值增加。本試驗研究表明伴隨著自然休眠的發(fā)展，在自然休眠誘導(dǎo)期間桃芽中含水量和存在狀態(tài)均發(fā)生重大變化，并且品種之間存在較大差異。在自然條件下，伴隨著日照時間的縮短，青州冬雪蜜桃和春捷桃逐漸進入自然休眠，同時芽中含水量迅速降低。并且自由水／束縛水比值顯著降低。與低需冷量春捷桃相比，自然休眠誘導(dǎo)期間桃芽中含水量和存在狀態(tài)的變化以高需冷量青州冬雪蜜桃更為迅速。

膜滲透性是休眠現(xiàn)象的重要部分。因此自然休眠誘導(dǎo)期間膜透性的研究對于闡明自然休眠的誘導(dǎo)機制非常重要。本試驗研究表明在自然休眠誘導(dǎo)期間，隨著時間的推移桃芽膜透性迅速降低，并且高需冷量青州冬雪蜜桃膜透性降低速度快于低需冷量春捷桃。

高東升等以春蕾毛桃為試材研究自然低溫對桃芽自然休眠的解除認為淀粉的降解和可溶性糖的增加標志著自然休眠的結(jié)束。而關(guān)于休眠誘導(dǎo)期間淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的動態(tài)變化以及淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)變化與自然休眠誘導(dǎo)的關(guān)系目前尚未有人研究。本試驗研究表明在自然休眠誘導(dǎo)期間桃芽淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，并且高需冷量青州冬雪蜜桃增加速度快于低需冷量春捷桃，這與2品種各自的自然休眠進程相對應(yīng)。

呼吸代謝作為生命活動的中心，其強度和途徑轉(zhuǎn)變影響并調(diào)控植物體器官的生長發(fā)育，不同的器官在不同發(fā)育時期有不同的呼吸代謝途徑與之相適應(yīng)。高東升㈣研究認為磷酸戊糖途徑的增強是桃、杏和櫻桃等核果類果樹休眠解除的原因之一，而糖酵解途徑的增加是葡萄休眠解除的原因之一。但是呼吸代謝與自然休眠誘導(dǎo)的關(guān)系目前尚未有人研究。本實驗研究表明，隨著自然休眠的發(fā)展，呼吸強度逐漸減弱，同時呼吸途徑發(fā)生重大變化。其中蛋白質(zhì)和脂肪三羧酸循環(huán)途徑的容量在總呼吸中所占比例急劇增加，至深休眠又急劇下降；糖酵解一三羧酸循環(huán)途徑的容量在總呼吸中所占的比例呈不規(guī)則變化；而磷酸戊糖途徑的容量在總呼吸中所占的比例逐漸降低；相反，剩余呼吸途徑逐漸增加。從試驗結(jié)果可以看出蛋白質(zhì)和脂肪的三羧酸循環(huán)途徑容量的急劇增加與自然休眠誘導(dǎo)密切相關(guān)，可能是桃芽進入自然休眠的原因之一。本實驗只對自然休眠誘導(dǎo)期間各呼吸途徑的容量進行了研究，而關(guān)于各呼吸途徑的實際運行情況以及各呼吸途徑與自然休眠誘導(dǎo)的關(guān)系還需進一步深入研究。

4 結(jié) 論

在桃芽自然休眠誘導(dǎo)期間，芽中含水量、自由水／束縛水比值和膜透性迅速降低，而淀粉和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)則迅速增加，上述變化因需冷量不同而異，高需冷量青州冬雪蜜桃先于低需冷量春捷毛桃發(fā)生變化且變化速度高需冷量青州冬雪蜜桃快于低需冷量春捷毛桃：呼吸強度逐漸降低，同時呼吸途徑發(fā)生重大變化，其中蛋白質(zhì)和脂肪的三羧酸循環(huán)途徑的容量急劇增加；糖酵解一三羧酸循環(huán)途徑的容量呈不規(guī)則變化；磷酸戊糖途徑的容量逐漸降低；剩余呼吸途徑的容量逐漸升高。

參考文獻 References：

[1] FENNEL A， LINE M J. Identifying differential tissue response ingrape during induction of endodormancy using nuclear magnetic res-onance imaging[J]. J Amer Soc Hort Sci ，2001，126: 681-688.

[2] ARORA R，ROWLAND L J，TANINO K. Induction and release of buddormancyin woody perennials: A science comes of age[J]. HortScience，2003， 38(5): 911-921.

[3] WANG Hai-bo， GAO Dong-sheng， WANG Xiao-di， LI Jiang. Theresearch achievement on bud endodormancy induction in deciduousfruit trees[J]. Journal of Fruit Seience，2006，23 (1): 91-95.王海波，高東升，王孝娣，李疆.落葉果樹芽自然休眠誘導(dǎo)的研究進展[J].果樹學(xué)報，2006，23(1):91-95.

[4] WANG Hai-bo. Study on the mechanisms of endodormancy inductionand short-term heating releasing dormancy in peach (Prunus persi-ca) bud[D]. Urmuqi: Xinjiang Agricultural University， 2006.王海波.桃芽自然休眠誘導(dǎo)及短時間高溫破眠機制研究[D].烏魯木齊：新獎農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[5] ZHAO Shi-jie. The experimental principles and techniques of plantphysiology[M]， Beijing: Chinese Agricultural Science and TechniquePress， 1998.趙世杰.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1998.

[6] WELLING A， KAIKURANTA P， RINNE P. Photoperiodic inductionof dormancy and freezing talerance in Betula pubescens.Involvementof ABA and dehydrins[J]. Physiol Plant， 1997， 100:119-125.

[7] FAUST M ，LIU D ，MILLARD M M ，STUTTE G W. Bound versus freewater in dormant apple buds-A theory for endodormancy[J]. HortScience， 1991，26:887-890.

[8] EREZ A，F(xiàn)AUST M，LINE M J. Changes in water status in peachbuds on induction， develap~nent and release from dormancy[J]. J Sci-entia Hort， 1998，73:111 - 123.

[9] GAO Dong-sheng， SHU Huai-rui， LI Xian-li， CHEN Xue-sen.Effect of exogenous plant growth hormones on the changes of carbo-hydrates in peach bud during dormant period[J]. Journal of Fruit Sci-ence，2OO2，19(2): 104-107.高東升，束懷瑞，李憲利，陳學(xué)森.桃自然休眠過程中外源激素對花芽碳水化合物的調(diào)控效應(yīng)[J].果樹學(xué)報，2002，19(2)：104-107.

[10] GAO Dong-sheng. Study on the bud dormancy of the deciduous fruit[D]. Tai’an: Shandong Agricultural University， 2001.高東升.設(shè)施果樹休眠生物學(xué)研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2001.