仁用杏抗寒性生理指標評價的研究

艾鵬飛,金曉靜,靳占忠,閆鳳岐,李克文

(1.河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018;2.張家口市農業科學院,河北張家口 075000)

抗寒性是果樹抗逆性的重要指標之一。前人研究表明，抗寒性與植物細胞膜結構、生理活性及酶防御系統的活性有密切關系[1-3]。采用人工模擬低溫脅迫試驗研究植物的抗寒性與有關生理指標的關系，并對抗寒性作出評價，是目前抗寒性研究的主要方法之一[4-6]。

本試驗對生產實踐中抗寒性不同的3個仁用杏品種一年生枝條進行低溫脅迫后，測定枝條木質部、表皮以及側芽的電解質滲出率、可溶性糖含量等生理指標,比較低溫脅迫對仁用杏抗寒性的影響及品種間的差異，旨在確定與抗寒性密切相關的生理指標和能夠代表仁用杏品種抗寒性測定的部位；另外，采用主成分分析法對3個仁用杏品種的抗寒性強弱進行了驗證，為在生產實踐中篩選和鑒定不同仁用杏品種的抗寒性提供生理評價方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為生產實踐中抗寒性不同的3個仁用杏(ArmeniacavulgarisLam.)品種[7](抗寒性強弱排序為優一>白玉扁>龍王帽)，取自張家口市農業科學院林果所仁用杏資源圃。

1.2 試驗方法

材料經人工模擬低溫處理后，分別測定與抗寒性相關的生理指標，進行抗寒性評價，采用主成分分析法，對品種的抗寒性強弱進行排序。

1.2.1 材料處理

分別將3種仁用杏一年生枝條分組標記后，放入可控超低溫冰箱中進行人工模擬低溫處理，降溫速率為5 ℃/h，處理溫度分別設為0，-10，-20，-30 ℃，以10 ℃為對照，達到設定溫度后維持8 h后取出，冰水溫度(0 ℃)下緩慢解凍12 h后立即進行相關生理指標測定，每個處理重復3次。

1.2.2 萌芽率統計

將不同低溫處理后的枝條于室溫(約20 ℃)下進行水培，4周后統計萌芽率，每個處理重復3次。萌芽率=(萌發芽個數/水培枝條芽的總數)×100%。

1.2.3 生理指標的測定

1)組織電解質滲出率及半致死溫度(LT50)

參照文獻[8]，采用DDS-11C型電導儀測定處理樣品的電解質滲出率，輔以Logistic方程y=K/(1+ae-bx)，求得半致死溫度LT50，以此LT50作為仁用杏抗寒性評價依據。

2)其他生理指標

采用蒽酮比色法[9]測定可溶性糖含量，茚三酮比色法[9]測定游離脯氨酸含量，鄰苯三酚自氧化法[9]測定SOD酶活性，愈創木酚比色法[9]測定POD酶活性。

1.2.4 抗寒性主成分分析

采用主成分分析法[10]對3種仁用杏的抗寒性生理指標進行分析，數據處理采用SPSS軟件。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對萌芽率的影響

樹體受凍后能否存活，關鍵在于枝條能否恢復發芽能力。因此，經人工模擬低溫處理后，枝條恢復發芽的能力，可以客觀反映出仁用杏品種的實際抗寒水平[11-12]。低溫脅迫下3個仁用杏品種的萌芽率統計結果見表1，在對照(CK，10 ℃)及0 ℃時，枝條的萌芽率均在90%以上；隨溫度降低，枝條萌芽率明顯下降，且3個品種萌芽率的大小表現為優一>白玉扁>龍王帽。據此可以認為，3個仁用杏品種的抗寒能力優一最強，白玉扁次之，龍王帽最弱，與生產實踐中的抗寒性表現一致。

表1 不同低溫下3個仁用杏品種枝條的萌芽率

2.2 低溫脅迫對仁用杏膜透性的影響

低溫脅迫下，植物細胞膜結構易遭到破壞，且其破壞程度隨溫度的降低而加劇[13]。3種仁用杏枝條低溫脅迫下電解質滲出率的測定結果見圖1，隨著溫度的降低，電解質滲出率呈上升趨勢，表明低溫脅迫加劇了枝條細胞膜的透性。0 ℃時，優一、白玉扁和龍王帽的電解質滲出率都較低，分別為14.86%，16.74%和17.99%；-30 ℃時，優一、白玉扁、龍王帽的電解質滲出率都增大，分別增至18.31%，25.73%，30.59%，其中龍王帽的增幅最大，優一最小，白玉扁居中；方差分析顯示，電解質滲出率增大值在3個品種間的差異水平呈極顯著(P<0.01)。其原因可能是-30 ℃條件下，優一細胞膜的傷害程度較白玉扁和龍王帽的小。對電解質滲出率與萌芽率進行相關性分析，相關性好(r=-0.996 4)，表明電解質滲出率可以作為仁用杏抗寒性的評價指標。

對電解質滲出率配以Logistic方程，求得3個仁用杏品種的半致死溫度LT50：優一為-42.53 ℃，白玉扁為-39.85 ℃，龍王帽為-31.67 ℃，與低溫脅迫下萌芽率的結果一致。

圖1 3個仁用杏品種枝條電解質滲出率Fig.1 Electrolyte leakage of branches of 3 kernel apricot varieties

2.3 低溫脅迫對仁用杏可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物細胞內重要的滲透調節物質，能增加細胞內溶質濃度，降低細胞溶液的結冰點，保護細胞質膠體不致遇冷凝固，從而減小低溫對細胞的傷害。一些研究表明,可溶性糖含量與植物抗寒性間存在相關性[14]。

圖2的變化趨勢表明，不同溫度處理對仁用杏可溶性糖含量的影響不同。隨著溫度的下降，3個品種的不同部位(木質部、表皮和側芽)可溶性糖含量變化總體均表現為上升趨勢，且優一始終處于較高水平，龍王帽最低，白玉扁居中。另外，白玉扁(圖2b))和龍王帽(圖2c))在0 ℃時出現了下降的情況，這可能是由于它們尚未適應低溫環境而導致沒有產生糖類物質來抵御低溫。

以品種為研究對象進行方差分析，-30 ℃時，優一的每個部位可溶性糖含量較龍王帽含量的差異都達到顯著水平(P<0.05)，且表皮中的含量(質量分數)差異(優一為1 623.93 μg/g，龍王帽為424.06 μg/g)達到極顯著水平(P<0.01)；白玉扁與龍王帽間只在表皮差異顯著(P<0.05)。由此說明，低溫脅迫時，品種間可溶性糖含量變化存在差異，抗寒性較強的優一最高，龍王帽最低，白玉扁居中。

對不同部位的可溶性糖含量與萌芽率進行相關性分析，結果顯示表皮中的可溶性糖含量與萌芽率相關性最好(r=-0.929 4)。這說明表皮中的可溶性糖含量是評價仁用杏抗寒性較好的生理指標。

2.4 低溫脅迫對仁用杏游離脯氨酸含量的影響

低溫脅迫下，植物體內游離脯氨酸含量迅速上升，增加細胞液的濃度,對細胞起保護作用[15]。3個仁用杏品種不同部位的游離脯氨酸含量測定結果見圖3，隨著溫度降低，游離脯氨酸含量呈上升趨勢；-30 ℃時，3個品種間木質部脯氨酸含量(質量分數，下同)(圖3a))無顯著性差異(P>0.05)，表皮中的脯氨酸含量(圖3b))只有優一(139.31 μg/g)與龍王帽(86.57 μg/g)間差異顯著(P<0.05)，對于側芽中的脯氨酸含量(圖3c))，3個品種間也無顯著性差異(P>0.05)。相關性分析表明，低溫脅迫下，表皮中的脯氨酸含量與萌芽率相關性最好(r=-0.900 8)，故其可作為評價仁用杏抗寒性的生理指標。

2.5 低溫脅迫對仁用杏SOD和POD酶活性的影響

圖2 3個仁用杏品種枝條木質部、表皮、側芽可溶性糖質量分數變化Fig.2 Changes of soluble sugar content in xylem，epidermis and bud in three kernel apricots

圖3 3個仁用杏品種枝條木質部、表皮、側芽游離脯氨酸質量分數變化Fig.3 Changes of proline content in xylem，epidermisand bud in three kernel apricots

圖4顯示，隨著溫度的降低，仁用杏中SOD和POD的酶活性都呈上升趨勢。方差分析表明，-30 ℃時，3個品種間的SOD酶活性在木質部、表皮和側芽中均不存在差異(P>0.05)；在POD酶活性方面，只有抗寒性強的優一與抗寒性弱的龍王帽在木質部和表皮中存在顯著性差異(P<0.05)。相關性分析顯示，低溫脅迫下，POD酶活性與萌芽率相關性好(r=-0.909 1)。因此，仁用杏木質部和表皮中的POD酶活性變化在一定程度上能反映出其抗寒性的強弱。

圖4 3個仁用杏品種枝條木質部、表皮及側芽的SOD和POD 酶活性的變化Fig.4 Changes of SOD and POD activities in xylem，epidermis and bud in three kernel apricots

2.6 仁用杏抗寒性生理指標主成分分析

采用主成分分析法對仁用杏抗寒性生理指標作相關分析，得到相關矩陣(見表2)，可溶性糖含量(表皮)、游離脯氨酸含量(表皮)和POD酶活性(木質部、表皮)彼此間呈正相關，它們與電解質滲出率之間都表現出負相關，且這5個指標兩兩之間相關性都較好，說明這些生理指標能較好地反映出仁用杏的抗寒性。

表3顯示，前3個主成分PRIN 1，PRIN 2，PRIN 3的貢獻率分別為28.68%，25.56%，17.06%，累計貢獻率達到71.30%，反映了這5個抗寒性指標的大部分信息，說明這3個主成分起到了重要作用。根據這3個仁用杏品種的主成分值，利用公式∑kjμj(k為主成分貢獻率，μ為品種主成分值，j取值1～3)計算出3個仁用杏品種抗寒性強弱順序為優一>白玉扁>龍王帽(見表4)，與實際生產中的結果一致。可見，主成分分析能較綜合地反映出仁用杏不同品種的抗寒性。

表2 仁用杏抗寒性指標的相關矩陣

表3 主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率

表4 3個仁用杏品種的主成分值

3 結 語

基于本試驗結果，可得出如下結論：低溫脅迫下，仁用杏萌芽率降低，電解質滲出率增大，可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD和POD的酶活性都不同程度的升高，但抗寒能力不同的品種(抗寒性強弱排序為優一>白玉扁>龍王帽)的表現不完全一樣；差異顯著性分析表明，利用生理指標評價仁用杏抗寒性，針對不同的檢測部位應該選用不同的生理指標，即評價仁用杏抗寒性的生理指標為枝條的電解質滲出率、表皮的可溶性糖和游離脯氨酸的含量、木質部和表皮POD的酶活性；主成分分析證實，利用這些生理指標評價仁用杏品種的抗寒性，其結果與生產實際是一致的。

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