冬季自然降溫對(duì)三種藍(lán)莓抗寒生理指標(biāo)的影響

摘要：在東北地區(qū)冬季自然低溫條件下，以藍(lán)莓（Vaccinium spp.）3個(gè)品種美登、北村、圣云為材料，研究了藍(lán)莓一年生枝條內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及保護(hù)酶活性的變化，探究藍(lán)莓冬季自然降溫過程中的御寒機(jī)理。結(jié)果表明，整個(gè)冬季隨著氣溫降低，藍(lán)莓枝條內(nèi)可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)；降溫初期可溶性蛋白質(zhì)的積累與抗寒性發(fā)展有關(guān)，但后期藍(lán)莓不同品種變化趨勢(shì)各不相同；脯氨酸含量先上升后下降，其積累對(duì)圣云的影響大于美登和北村；保護(hù)酶活性明顯變化，其中過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)莓（Vaccinium spp.）；自然低溫；抗寒生理

中圖分類號(hào)：S663；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）09-2142-04

藍(lán)莓（Vaccinium spp.）又稱越橘、藍(lán)漿果，為杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium L.）灌木類漿果果樹，果實(shí)中富含氨基酸、維生素、礦物質(zhì)元素和花色苷[1]，被國際糧農(nóng)組織列為人類五大健康食品之一。目前藍(lán)莓已成為中國最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d果樹樹種之一。

東北地區(qū)露地栽培藍(lán)莓時(shí)需要采取保護(hù)措施才能安全越冬，這不僅增加了生產(chǎn)中的成本，而且防寒過程中易造成枝條損傷[2]。藍(lán)莓抗寒性問題已經(jīng)制約了東北地區(qū)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是關(guān)于藍(lán)莓抗寒性及其相關(guān)生理的報(bào)道很少[3-5]。試驗(yàn)通過對(duì)東北地區(qū)藍(lán)莓露地栽培品種——美登、北村、圣云枝條中的保護(hù)酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量進(jìn)行比較分析，旨在研究藍(lán)莓在冬季自然降溫過程中抗寒生理指標(biāo)的變化規(guī)律，為解決東北地區(qū)藍(lán)莓越冬問題提供理論依據(jù)，并為選育耐寒品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地設(shè)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度3.6 ℃，極端最高氣溫36.2 ℃，最低氣溫-41.4 ℃，年無霜期150 d。年最高溫度出現(xiàn)在7月，最低溫度在1月。

藍(lán)莓試驗(yàn)品種為美登（Blomidon）、北村（Northcountry）、圣云（St. Cloud）。各藍(lán)莓品種在試驗(yàn)地隨機(jī)采取生長良好的一年生枝條。采樣時(shí)間為2012年9、10、11、12月和翌年1月的8：00～9：00。為保證藍(lán)莓能夠安全越冬，10月進(jìn)行防寒處理，內(nèi)部用樹枝木板支撐，外部用草簾覆蓋埋土。

1.2 試驗(yàn)方法

可溶性糖含量測定采用蒽酮法[6]；可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)-G250染色法[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用NBT（氮藍(lán)四唑）還原法[7]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[7]； 過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法[8]；脯氨酸含量測定采用茚三酮顯色法[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的分析

2.1.1 可溶性糖含量 從圖1可以看出，3種藍(lán)莓的可溶性糖含量隨時(shí)間變化呈明顯上升趨勢(shì)。9～10月美登和圣云可溶性糖含量分別上升53%和51%，而北村僅上升30%。10～12月三者可溶性糖含量變化幅度較大，可溶性糖的積累主要發(fā)生在10～11月。12月至翌年1月三者可溶性糖含量的可溶性糖含量趨于穩(wěn)定。不同月份間可溶性糖含量變化明顯，品種間可溶性糖含量差異不顯著，說明藍(lán)莓能夠通過調(diào)節(jié)自身可溶性糖的含量來降低水勢(shì)和抵御嚴(yán)寒。

2.1.2 可溶性蛋白質(zhì)含量 從圖2可以看出，3種藍(lán)莓可溶性蛋白質(zhì)含量變化不一致。但9～11月，三者的可溶性蛋白質(zhì)含量均升高，其中9～10月北村蛋白質(zhì)含量上升23.7%，圣云蛋白質(zhì)含量上升18.9%，上升幅度均大于美登蛋白質(zhì)含量的8.5%；圣云蛋白質(zhì)含量的上升趨勢(shì)一直持續(xù)到12月，而此時(shí)的美登和北村蛋白質(zhì)含量已經(jīng)開始下降；美登的蛋白質(zhì)含量從11月的最高值43.51 mg/g下降到1月的33.25 mg/g，降幅達(dá)23.6%，北村蛋白質(zhì)含量下降緩慢，僅降低了2 mg/g左右。11月至翌年1月，氣溫繼續(xù)降低，美登的蛋白質(zhì)含量顯著降低，北村蛋白質(zhì)含量未發(fā)生明顯變化，圣云蛋白質(zhì)含量升高后又降低。

2.1.3 脯氨酸含量 從圖3可以看出，不同品種藍(lán)莓脯氨酸含量變化趨勢(shì)不同。9～10月脯氨酸含量均顯著上升，圣云脯氨酸含量達(dá)到19.2 μg/g，其上升幅度和含量均高于美登和北村。美登脯氨酸含量的上升期是9～12月，隨著溫度的降低，12月達(dá)到最高值22.1 μg/g，上升持續(xù)時(shí)間大于其他兩個(gè)品種。北村和圣云的脯氨酸含量在11月至翌年1月處于下降期，變化顯著，下降幅度在30%左右。

2.2 保護(hù)酶活性的分析

2.2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性 如圖4，9～11月進(jìn)入冬季馴化階段，美登的SOD活性逐漸上升，北村和圣云的略下降后又上升，三者均在11月達(dá)到峰值。北村的SOD活性明顯低于美登和圣云，但美登和北村的上升幅度較小，都在10%左右，圣云的上升幅度較低。11月至翌年1月藍(lán)莓3個(gè)品種的SOD活性均明顯下降。

2.2.2 過氧化物酶（POD）活性 如圖5，3種藍(lán)莓的POD活性呈先上升后下降的趨勢(shì)，均在12月達(dá)到最大值。9～10月北村和圣云的POD活性大幅度上升，分別上升91.4%和86.2%，同一時(shí)期的美登只上升48.1%。10～11月圣云POD活性雖有上升但沒有上一時(shí)期增加的多，上升幅度僅為59.3%。北村POD活性在10～11月期間也升高，但幅度低于美登和圣云。12月至翌年1月，三者POD活性均明顯下降，在此期間北村的下降幅度大于美登和圣云。

2.2.3 過氧化氫酶（CAT）活性 如圖6，3種藍(lán)莓的 CAT活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。美登和圣云12月CAT活性達(dá)到最高值，而北村11月就達(dá)到峰值。9～10月3種藍(lán)莓CAT活性均上升10%左右；10～11月美登CAT活性上升29.1%，大于北村（21.0%）和圣云（20.7%）的上升幅度；11～12月北村的CAT活性降低，美登與圣云CAT活性持續(xù)上升；12月至翌年1月三者CAT活性均呈下降趨勢(shì)。整個(gè)試驗(yàn)過程中，北村的CAT活性平均為169.6 U/g，美登為195.9 U/g，圣云為196.5 U/g。

3 小結(jié)與討論

可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸是植物中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。可溶性糖使細(xì)胞冰點(diǎn)下降，保護(hù)原生質(zhì)體[9]。嚴(yán)海燕等[10]、林寧等[11]認(rèn)為可溶性糖含量隨溫度的降低不斷升高，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在降溫初期美登可溶性糖含量上升速率最快。實(shí)際生產(chǎn)中，美登的抗寒性要好于其他兩個(gè)品種。因而認(rèn)為，在以可溶性糖為基準(zhǔn)評(píng)價(jià)植物抗寒性時(shí)，不能單一地比較可溶性糖含量的高低，還應(yīng)該注重溫度降低時(shí)其他生理指標(biāo)的表現(xiàn)。

低溫冷害引起植物組織可溶性蛋白質(zhì)含量增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過程[12]。試驗(yàn)中降溫初期3種藍(lán)莓可溶性蛋白質(zhì)含量均有增加，但是后期不同品種變化不一致。分析結(jié)果認(rèn)為，降溫初期可溶性蛋白質(zhì)含量與抗寒性形成相關(guān)，后期不相關(guān)或相關(guān)性小。與何云等[13]研究的巖生草可溶性蛋白質(zhì)含量與抗寒性呈正相關(guān)的結(jié)果有差異，可能是因?yàn)樵囼?yàn)方法不同所致。

脯氨酸可以降低冰點(diǎn)和減弱低溫脅迫對(duì)植物的傷害，脯氨酸的積累有助于增強(qiáng)植物抗寒力。董然等[14]、張永泉等[15]研究證明，隨著處理溫度降低脯氨酸含量呈明顯上升趨勢(shì)。何西鳳[16]、楊國柱等[17]認(rèn)為脯氨酸含量最大值出現(xiàn)在越冬結(jié)束后溫度回升的初期，在抗寒中的作用表現(xiàn)為滯后性。試驗(yàn)中，降溫初期脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，其最大值出現(xiàn)在11～12月。此后隨著溫度降低脯氨酸含量逐漸下降，未表現(xiàn)出滯后性。分析認(rèn)為脯氨酸可能受到其他物質(zhì)的調(diào)控而發(fā)生降低或者轉(zhuǎn)移，尚需進(jìn)一步研究。

保護(hù)酶系統(tǒng)以SOD、POD、CAT為主，其活性和含量與植物抗寒性密切相關(guān)[18]。大部分研究認(rèn)為逆境脅迫下保護(hù)酶活性會(huì)增強(qiáng)。王燕凌等[19]測定結(jié)果顯示葡萄枝條內(nèi)SOD的活性隨著自然溫度降低呈上升趨勢(shì)。郭祥泉[20]研究表明，SOD活性在低溫臨界點(diǎn)以上表現(xiàn)出上升趨勢(shì)，超過臨界低溫點(diǎn)后開始急劇下降。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在降溫初期藍(lán)莓的SOD活性呈上升趨勢(shì)，后期深冬時(shí)期溫度過低，藍(lán)莓深度休眠，SOD活性降低。

POD的活性變化滯后于SOD的活性變化，稍晚達(dá)到峰值。SOD活性的增強(qiáng)促進(jìn)了CAT活性的提高。因此試驗(yàn)中9～11月SOD活性增強(qiáng)的這段時(shí)間CAT的活性也隨之增強(qiáng)，但隨后溫度的進(jìn)一步降低超出CAT的活性變化范圍所以下降。另外，吳建慧等[21]認(rèn)為保護(hù)酶的活性不僅受溫度影響，與光照也有一定的關(guān)系。試驗(yàn)11月以后采取防寒措施，光照受到限制，這也可能是后期SOD、CAT活性下降的原因之一。有關(guān)酶活性變化尚需在分子水平上作進(jìn)一步探索。

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