不同凍害程度對香梨生理指標的影響

林彩霞，吳運建，魯曉燕，劉艷，王 剛

(1.新疆生產建設兵團第二師農業科學研究所，新疆庫爾勒841005;2.石河子大學，新疆石河子832000)

庫爾勒香梨屬薔薇科(Rosaceae)梨屬(Pyrus L.)，原產新疆庫爾勒地區，為瀚海梨(新疆梨的原始種)和鴨梨的自然雜交種［1］。瀚海梨在5～7世紀時已在塔里木盆地北緣進行了廣泛栽培，庫爾勒香梨在新疆有1 400多年栽培歷史，是新疆的名、優、特色水果［2］，以其香氣濃郁、皮薄肉細、酥脆爽口、汁多渣少、色澤鮮艷、品質高，成為新疆出口歷史最長、出口額最大的果品，新疆已將庫爾勒香梨列為重要經濟支柱產業來發展。截止2013年底統計，新疆已有庫爾勒香梨種植面積6.72 萬 hm2，總產 86.04 萬 t［3］。

隨著農業產業結構的調整，香梨作為特色產業已進入一個新的發展階段，已成為新疆農業持續增效、果農增收的優勢產業。然而，近年來生產中由于肥水投入不合理、管理粗放、有機肥投入不足等原因，導致了香梨樹抗逆性減弱，加之連續遭遇冬季低溫造成樹體凍害，樹勢減弱，產量下滑，果實品質變劣。未來香梨產業發展受到嚴峻考驗，必須從提高栽培管理技術入手，提高樹體抗逆性，增強抗凍害的能力，形成一套抗逆栽培技術管理模式，解決目前困擾香梨發展的技術瓶頸難題——樹體凍害問題。目前，科研工作者對于香梨枝條受低溫凍害后發生的生理生化變化進行了大量研究［4-6］，但對于生產實際中發生凍害后香梨園保留下來正常枝條的生理指標研究還有待深入。為此，筆者通過對不同凍害程度的香梨園內枝條進行處理探索了凍害與枝條生理變化的相關性，旨在為香梨種植地區制定抗逆栽培技術措施以及我國寒地發展梨產業種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料 試驗材料取自新疆庫爾勒香梨種植基地盛果期果園，選取栽培管理水平和土壤條件基本一致的1年生枝條作為試驗材料，根據2013年發生不同凍害程度采集枝條樣品共11個，每個樣品隨機抽取粗度為0.6～0.8 cm的枝條(每枝6～8個芽)作為試材，每個樣品5～10枝條，每個樣3次重復。果園發生凍害標準:輕度凍害——1年生枝條表面出現少量黑色斑點，髓部變色;重度凍害——1年生枝條韌皮部、木質部呈全死狀態，韌皮部變色。其中，樣品2～7為輕度凍害果園，樣品8～11為重度凍害果園，樣品1為無凍害果園為對照。

1.2 測定方法

1.2.1 相對電導率的測定。采用電導法。稱取剪好的厚薄均勻的香梨枝小圓片2 g放入三角瓶中，加蒸餾水30 ml，搖晃使樣品完全浸入水中，浸泡45 h后，將浸泡液上下搖勻，測電導率值(B)。然后用恒溫水浴鍋將其煮沸22 min，冷卻至室溫后再測一次總電導率值(C)。

1.2.2 自由水與束縛水含量的測定。

1.2.2.1 總含水量測定。稱量準備好的鋁盒凈重，稱取厚薄均勻的枝條小片20片，立即裝入鋁盒，稱量鋁盒和枝條重量，將鋁盒放入烘干箱中于105℃下烘10 min以殺死植物組織，再于80～90℃下烘至恒重。

式中，m1——鋁盒質量(g);m2——鋁盒與枝條質量(g);m3——鋁盒與烘干枝條質量(g)。

1.2.2.2 自由水含量測定。稱量準備好的各稱量瓶重量，稱取厚薄均勻的枝條小片20片放入稱量瓶中，稱量瓶和枝條重量，再向其中加入60%蔗糖溶液10 ml，稱量瓶、蔗糖溶液、枝條的重量，充分搖勻，各瓶暗處理4 h，用阿貝爾折射儀分別測定各瓶糖液濃度。

式中，M1——稱量瓶質量(g);M2——稱量瓶與枝條質量(g);M4——稱量瓶、蔗糖溶液與枝條質量(g);C1——原糖液質量分數;C2——浸過枝條后糖液質量分數。

1.2.2.3 束縛水含量測定。組織中束縛水含量=組織總含水量-組織中自由水含量。

1.2.3 滲透調節物質的測定。

1.2.3.1 可溶性糖含量的測定。采用蒽酮法。稱取0.2 g經過處理的樣品枝，剪碎后放入具塞試管中，加入10 ml蒸餾水，在沸水中煮沸30 min，取出冷卻，過濾轉入100 ml容量瓶中，用蒸餾水沖洗殘渣數次，定容，再取1 ml稀釋至5 ml。取待測液1 ml，加入蒽酮試劑4 ml，水浴10 min，冷卻后在721型分光光度儀上測定620 nm波長處的吸光值。根據標準蔗糖溶液繪制的標準曲線求取可溶性糖含量。

式中，C——標準方程求得的可溶性糖含量(μg);a——吸取樣品液體積(ml);V——提取液量(ml);n——稀釋倍數;W——組織重量(g)。

1.2.3.2 游離脯氨酸的測定。采用酸性茚三酮顯色法。稱取0.2 g經過處理的樣品枝，剪碎后放入具塞試管中，加入5 ml 3%磺基水楊酸溶液，加塞后在沸水浴中顯色浸提30 min，取濾液2 ml于試管中，再向各管加入冰醋酸2 ml和酸性茚三酮3 ml。搖勻后，在沸水浴中加熱顯色30 min，取出冷卻至室溫，向各管加入5 ml甲苯，充分搖動，以萃取紅色產物。萃取完后，避光靜置4 h以上。待完全分層后，用吸管吸取甲苯層，用分光光度計在520 nm波長下測定消光值。根據脯氨酸標準溶液繪制的標準曲線求取脯氨酸含量。

式中，C——從標準曲線上查得的脯氨酸濃度(μg);V——提取液總體積(ml);A——測定時取用提取液體積(ml);W——樣品干重(g)。

1.3 數據處理 利用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同凍害程度對香梨枝條相對電導率的影響 結果表明，無凍害樣品1的電解質滲出率最低為0.436 6，而受凍害枝條的電解質滲出率平均為0.581 3，與對照相比增加了0.3倍，其中輕度凍害電解質滲出率為0.521 0，重度凍害的電解質滲出率為0.526 4。可見，香梨枝條凍害發生后，隨著凍害程度的加重電解質外滲率呈升高趨勢。

由圖1可知，與對照無凍害樣品1相比，受到凍害的樣品枝條，其電解質滲出率要高。無凍害樣品1電解質滲出率最低，輕度凍害樣品5電解質滲出率最高，值從0.436 6上升至0.593 3，增加了0.4倍。樣品5和樣品1差異極顯著。與對照樣品相比，受到重度凍害的樣品8的電解質滲出率為0.543 5，與對照相比增加了0.2倍。

2.2 不同凍害程度對香梨枝條自由水與束縛水含量的影響 結果表明，無凍害枝條樣品1的自由水與束縛水比值為18.779，而受輕度凍害枝條的自由水/束縛水比值平均值為13.871，遭受重度凍害的自由水/束縛水比值為13.132。分析認為，當香梨樹凍害臨界低溫(-22℃)來臨時，凍害發生果園內保存下來的正常枝條中束縛水相對含量較高，自由水相對含量較低，即自由水與束縛水的比值下降，枝條抵御低溫的能力增強。

由圖2可知，與無凍害對照樣品1相比，除樣品6、樣品7和樣品9的自由水/束縛水比值差異不顯著外，其余各樣品均與對照的自由水/束縛水比值差異顯著降低，其中輕度凍害果園樣品2的自由水/束縛水比值為8.552，與對照相比降低了54.50%;重度凍害果園樣品10的自由水/束縛水比值為7.607，與對照相比降低了59.49%。

2.3 不同凍害程度對香梨枝條可溶性糖含量的影響 結果表明，無凍害對照樣品1的可溶性糖含量最低為0.065 9，而輕度凍害果園內枝條樣品的平均值為0.434 2，與對照相比提高了5.6倍;重度凍害的可溶性糖含量為0.528 7，與對照相比提高了7.0倍。分析認為，遭受凍害的果園內保留下來的正常枝條，其可溶性糖含量提高，增強了其對低溫的抵御能力，且隨著低溫的加重枝條內可溶性糖含量在遞增。

由圖3可知，與對照無凍害樣品1的可溶性糖含量相比，除樣品2、樣品8、樣品11顯著升高外，其余各樣品均差異不顯著。其中輕度凍害果園樣品2的可溶性糖含量為0.803 4，與對照相比增加了11.2倍;重度凍害果園樣品11的可溶性糖含量為1.389 6，與對照相比增加了20.1倍。

2.4 不同凍害程度對香梨枝條游離脯氨酸含量的影響 結果表明，無凍害對照樣品1的游離脯氨酸含量為626.40 μg/g，而發生凍害樣品的平均值為572.36 μg/g，其中輕度凍害的為526.29 μg/g，重度凍害的為618.43 μg/g。分析認為，枝條內游離脯氨酸積累量的高低與凍害程度相關性不顯著。

圖4表明，重度凍害樣品8與樣品10、樣品5、樣品4之間存在顯著性差異，其他各樣品之間差異不顯著。其中，樣品8游離脯氨酸含量最高，為865.77 μg/g，樣品4含量最低，為353.47 μg/g，相差512.30 μg/g，無凍害樣品1 的游離脯氨酸含量介于兩者之間。

3 結論與討論

3.1 結論 對不同凍害程度下香梨園內的梨樹枝條11組樣品進行了生理指標的檢測。結果表明不同凍害程度下，香梨的電解質滲出率在0.436 6～0.593 3，香梨的自由水/束縛水比值在7.607～25.530，香梨的可溶性糖含量在0.065 9～1.389 6，香梨的游離脯氨酸含量在 353.47 ～ 865.77 μg/g。由差異顯著分析可知，與無凍害的對照組相比，受凍害后的枝條電解質滲出率均有顯著升高，受凍害香梨園內保留下來的正常枝條自由水/束縛水比值均有顯著下降，受凍害香梨園內保留下來的正常枝條可溶性糖含量均有顯著增加，而游離脯氨酸含量變化無顯著規律。

3.2 討論 抗凍性是植物固有的遺傳特性，但是這種特性只有在一定的生長狀態和特定的環境條件誘導下，通過代謝和原生質的改變才能表達出來。果樹的抗凍性機理受遺傳機制和環境因素的制約，常因果樹生理過程的復雜性、環境因子的多變性和二者互作的綜合性而異，給抗凍性鑒定帶來了很大困難。庫爾勒香梨植株在抗凍鍛煉期間發生系列物質轉化，有利于細胞膜抗性的提高。細胞膜的抗性依賴于糖類、脯氨酸等物質的積累，通過代謝的調節維持胞內的平衡。

3.2.1 不同程度凍害程度香梨樣品電解質滲出率的影響。Lyons［7］認為，當植物受到低溫傷害時，細胞的質膜透性會發生較大的改變，電解質會有不同程度的外滲。不同凍害程度處理同一品種的電導率是不同的。而在受到低溫的脅迫時植物組織細胞膜的通透性增大，一些可溶性物質包括電解質將有不同程度的外滲，外滲越多，電解質滲出頻率越高，電導率越大，抗凍性越弱。鄧令毅等［8］對葡萄的研究表明，質膜透性隨溫度下降及低溫處理時間延長，電導率急劇增加，抗寒性強的品種變化幅度小。該研究結果表明，與無凍害樣品相比，受到凍害的香梨枝條的電解質滲出率會有所上升，但趨勢平緩，這可能是由于香梨年產量的差異而引起的。但整體顯示，受到凍害的枝條的電解質外滲率呈增大趨勢，這與鄧令毅等［8-10］的研究結果相一致。

3.2.2 不同程度凍害與自由水/束縛水的關系。香梨組織中的水分以自由水和束縛水2種不同的狀態存在。自由水不與原生質膠體緊密結合，可以自由移動，束縛水與原生質膠體緊密結合不易移動，自由水與束縛水相對含量可作為植物組織代謝活性和抗性強弱的重要標志，它的含量的高低與香梨的生長和抗寒性有密切的關系［11］。該研究結果表明，隨著凍害程度的逐步加重，自由水/束縛水比值越大，這與Levitt等［12-13］的研究結果相一致。但無凍害香梨樣品枝條的自由水/束縛水比值不是最低，這可能與試驗前沒有對不同凍害枝條嚴格篩選有關。

3.2.3 不同程度凍害與可溶性糖含量的關系。可溶性糖是冷害和凍害條件下的細胞內保護物質，其含量與植物的抗冷性之間呈正相關［14］。植物在抗寒鍛煉期間，糖含量增加［15］。低溫脅迫時不利于多糖的合成，多糖被水解成單糖、還原糖和寡聚糖，以可溶性糖的形式存在于植物材料中。該試驗結果表明，與無凍害樣品相比，受到凍害的香梨枝條的可溶性糖含量會有所增加，這與Morgan［14］的研究結果相一致。

3.2.4 不同程度凍害與游離脯氨酸的關系。游離脯氨酸的抗性作用是調節和維護結構中融凍后原生質與環境的滲透平衡，防止水分散失，促進蛋白質與水的結合，增加蛋白質的可溶性。在植物低溫傷害研究中，人們把脯氨酸看作一種防凍劑或膜穩定劑［16-17］。關于游離脯氨酸含量與抗寒性關系的有不同且對立的結果，有研究認為游離脯氨酸在逆境中會大量增加，且積累的量與植物抗寒性之間有相關性［18］，在對抗冷的過程中起顯著作用［19］;也有研究認為游離脯氨酸與果樹抗寒性無關［20］。該試驗結果表明，游離脯氨酸含量與凍害程度沒有太大的相關性，這與任秋萍等［20］的研究結果相一致。

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