抗寒鍛煉期果園氣溫對庫爾勒香梨不同越冬期抗寒性的影響

艾克來木·艾合買提，阿不來提·買買提，巴特爾·巴克*，阿麗騰·吐爾孫哈力，薩吉旦·阿卜杜克日木，祖力克艷·麻那甫

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆烏魯木齊830052;2.和田地區林管站，新疆和田848000)

抗寒鍛煉期果園氣溫對庫爾勒香梨不同越冬期抗寒性的影響

艾克來木·艾合買提1，阿不來提·買買提2，巴特爾·巴克1*，阿麗騰·吐爾孫哈力1，薩吉旦·阿卜杜克日木1，祖力克艷·麻那甫1

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆烏魯木齊830052;2.和田地區林管站，新疆和田848000)

為了解釋抗寒鍛煉期果園氣溫變化對庫爾勒香梨不同越冬期抗寒性的影響，連續測定了2年不同越冬期間庫爾勒香梨樹干陽陰面形成層、一年生枝條和花芽等器官和組織的SOD、CAT、POD酶活性、可溶性蛋白含量、相對電導率、果園氣溫等生理指標和環境因子;采用隸屬函數綜合評價2年不同越冬期抗寒性，分析抗寒鍛煉期氣溫與不同越冬期抗寒性變化之間的關系。抗寒鍛煉期間氣溫變化一定程度上影響不同越冬期庫爾勒香梨表現出的抗寒性，抗寒鍛煉期氣溫波動性小的年份不同越冬期表現出的抗寒性強于氣溫波動性大的年份;不同生理指標與氣溫均呈負相關，其中氣溫與保護酶呈極顯著性負相關，生理指標中可溶性蛋白和POD對庫爾勒香梨抗寒性的貢獻率比其它生理指標大;總體上庫爾勒香梨屬于抗寒性品種。

庫爾勒香梨;抗寒鍛煉;果園氣溫;隸屬函數;抗寒性;生理指標

低溫是影響庫爾勒香梨(Pyrus brestschneideri Rehd.)生長和產量關鍵的環境因素之一，每年都造成一定程度的凍害，導致很大的經濟損失。2000年以來庫爾勒香梨經歷過2次較大范圍的嚴重凍害。2007/2008年冬季庫爾勒市最低溫度達到－23.9℃，遠離市區的鄉村則達到－26.3℃，果園氣溫會低于－26.3℃，遭受面積達1×104hm2，減產5×104t，直接經濟損失3億元人民幣［1］。2010/2011年也有很嚴重的凍害，經初步調查受害面積大約1.3× 104hm2(巴州香梨研究中心)。本研究果園平均氣溫比市區平均氣溫低于3～5℃。

在溫帶和寒帶多年生植物在冬季，通過將活躍的生長器官和組織進入休眠狀態來增強抵御和適應寒冷脅迫［2］。Janská等發現紫花苜蓿的抗寒過程包含秋季低溫馴化與越冬耐寒適應兩個方面［3］，大量研究表明，與未經歷低溫馴化相比，經歷低溫馴化的植物抗寒性大幅提高［4］。

低溫馴化或抗寒鍛煉是多年生植物在秋末冬初感受逐漸下降的外界溫度，并且受光周期的誘導，經由細胞信號轉導、基因表達調控等一系列過程，引發植物體內發生一系列生理生化變化，從而提高對冬季低溫的抵抗能力的過程［5］。前人關于甜櫻桃［6］，藍莓［7］，樟子松［8］，紫苜蓿［9］，阿月渾子［10］、小麥［11］等樹和植物的研究發現抗寒鍛煉與植物抗寒性密切相關，植物經過低溫馴化后，增加了細胞膜不飽和脂肪酸的含量，從而提高了膜的抗凍性，同時低溫馴化提高植物的抗氧化能力，提高細胞內可溶性物質等的含量，增強抗凍能力［12］。

本研究將庫爾勒香梨的越冬期分為5個月份，分別為11、12、1、2和3月份，其中11月份作為抗寒鍛煉期。

氣溫是影響植物抗寒鍛煉或低溫馴化主要的環境因子之一，前人對人工和自然低溫脅破條件下，低溫馴化與抗寒性之間關系的研究較多，但關于抗寒鍛煉期間氣溫變化對香梨抗寒性影響的報道鮮見，本文比較兩年抗寒鍛煉期間氣溫變化狀況，分析它們對庫爾勒香梨不同越冬期抗寒性的影響，解釋香梨對低溫的適應和抵抗機制，為減少凍害造成的損失提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗從2013年11月至2014年4月、2014年11月至2015年4月在庫爾勒市阿瓦提鄉梨園(41.69°N，86.10°E)進行，實驗材料為23年生，健康，長勢相似的庫爾勒香梨樹陽陰面樹干形成層(離地面60 cm)，一年生枝條和花芽，每個樣品有5個重復。

1.2 研究方法

1.2.1 野外取樣和預處理香梨陽陰面樹干形成層，一年生枝條和花芽等器官進行采樣，采樣日期別為，2013年12月4日、2014年1月5日、2014年2月3日、2014年3月5日和2014年12月2日、2014年12月31日、2015年1月20日、2015年2月11日和2015年3月16日。

采樣后立即用紗布和錫箔紙包裹放入液氮罐送回實驗室轉入－80℃的低溫冰箱冷藏，取出樣品時先把樣品放在－40℃的低溫冰箱，自然升溫到0℃以后，按照要求在實驗室分別測定陽陰面形成層，枝條形成層和花芽(去除鱗片)等器官和組織的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、相對電導率、可溶性蛋白含量等與抗寒性相關的主要生理指標，測定每個指標有5個重復。

1.2.2 氣象因子的監測與處理實驗進行期間兩年連續監測測定越冬期果園2 m高處的空氣溫度(型號:AV-ST)，每15 min記錄一次數據，監測數據采用美國Avelon公司生產的AR5型數據采集器存儲，根據所監測的15 min的氣象因子分別計算每小時、日值、月值等。

1.2.3 生理參數的測定POD活性的測定:愈創木酚法［13］。CAT活性的測定:紫外吸收法［14］。SOD活性的測定:氮藍四唑法［14］。可溶性蛋白含量:采用考馬斯亮藍G-250染色法［14］。相對電導率測定采用電導儀法［15］。

1.2.4 抗寒性綜合評價方法應用Fuzzy數學中隸屬函數法［16－17］進行綜合評判，算式為:

式中:U(Xijk)為第i個器官第j個溫度階段第k項指標的隸屬度，且U(Xijk)∈［0，1］;Xijk表示第i個器官第j個溫度階段第k個指標測定值;Xmax、Xmin為所有參試種中第k項指標的最大值和最小值。

1.2.5 數據處理與分析采用SPSS20、Excel 2013等軟件進行數據分析，采用Pearson相關系數來分析相關性。

2 結果與分析

2.1 越冬期間果園氣溫的變化

2013/2014年越冬期間最低平均氣溫為－14.00℃(表1，出現在1月份，極端最低氣溫為－28.30℃，出現日期為12月30日，極端低溫出現日－20℃的氣溫持續時間為18 h，－26℃極端低溫持續時間是6 h;1月7日又一次出現極端低溫，－20℃的氣溫持續時間為15 h，－26℃極端低溫持續時間為6 h，遠遠超過前人報道中的對香梨造成凍害的閾值。最低氣溫出現時間主要集中在0:00－10:00 (烏魯木齊時間)，12月30日極端低溫出現時間為2:00。整個越冬期連續出現－20℃低溫日數為26 d，其中－25℃低溫連續持續時間6 h上的日數為9 d。

表1 2013/2014年越冬期間果園氣溫的變化Table 1 Changes of orchard air temperature during over-wintering periods in 2013/2014

表2 2014/2015年越冬期間果園氣溫的變化Table 2 Changes of orchard temperature during over-wintering periods in 2014/2015

2014/2015年越冬期最低平均氣溫為－14.63 (表2)，出現在12月份，極端最低氣溫為－27.51℃，出現日期為12月15日，極端低溫出現日－20℃的氣溫持續時間為14 h，－26℃極端低溫持續時間為3 h，極端低溫出現日期比2013/2014年提前15 d。最低氣溫出現時間主要集中在3:00－10:00 (烏魯木齊時間)，12月15日極端低溫出現時間為9:00。整個越冬期連續出現－20℃低溫日數為21 d，其中－25℃低溫連續持續時間6 h上的日數為3 d，出現日期分別為12月15日、12月16日和12月17日。

圖1 抗寒鍛煉期平均氣溫的變化Fig.1 Changes of average air temperature during cold hardening periods

圖2 抗寒鍛煉期最低氣溫的變化Fig.2 Changes of the lowest air temperature during cold hardening periods

根據以上2年越冬期間平均氣溫、極端低溫以及低溫持續時間等氣象因子的變化可以斷定2013/ 2014年香梨受到的低溫逆境強度比2014/2015年大。

2.2 抗寒鍛煉期果園氣溫的變化

圖1～2可以看出，2014/2015年抗寒鍛煉期平均氣溫和極端低溫變化的波動性較大，平均氣溫比2013/2014年高于3℃左右，11月26日出現－0.69℃的反常氣溫，比11月27日高于6℃，短時間內這種大幅度的氣溫變化會加強融凍交替，可能增加細胞膜機械損傷程度，影響細胞膜的正常代謝功能; 2014/2015年抗寒鍛煉期沒出現短時間內氣溫急劇上升或者急劇降低的天氣。

2.3 氣溫和生理指標之間的相關性分析

氣溫與測定的生理指標均呈負相關(表3)，其中與SOD、CAT、POD等保護酶之間的相關性達到極顯著水平;不同生理指標之間SOD與CAT、POD分別呈極顯著性正相關，SOD與可溶性蛋白含量呈顯著性正相關;CAT與POD、可溶性蛋白含量呈顯著性正相關;POD與可溶性蛋白含量呈極顯著性正相關;保護酶和可溶性蛋白與相對電導率均呈負相關，但相關性沒達到顯著水平。

2.4 隸屬函數綜合評價2年不同越冬期間抗寒性

表3 2014/2015年越冬期間氣溫與不同生理指標相關性Table 3 Correlation between different physiological index and air temperature during over-wintering periods in 2014/2015

表4 2013/2014年不同越冬期香梨抗寒性的變化Table 4 Changes of cold resistance of fragrant pear during different over-wintering periods in 2013/2014

表5 2014/2015年不同越冬期香梨抗寒性的變化Table 5 Changes of cold resistance of fragrant pear during different over-wintering periods in 2014/2015

前人運用Fuzzy數學隸屬函數綜合評判法，對核桃［18－19］、扁桃［20］、草莓［21］等果樹和植物的抗寒性進行綜合評價，取得了與實際符合的結果。采用隸屬函數法評價抗寒性時，隸屬函數值越大抗寒性越強，反之抗性越弱，根據平均隸屬度庫爾勒香梨屬于抗寒性品種。

從表4可以看出，2013/2104年在整個越冬期庫爾勒香梨在12月份表現出最強的抗寒性;2月份抗寒性最弱，這可能是2月份雖然氣溫比12月份和1月份高，但氣溫日較差值比12月份和1月份大，引起的融凍交替程度大，會進一步加大細胞膜受到的機械損傷程度，從而導致大量滲透調節物質外滲，細胞失去了結構和功能的整體性從而減弱抗寒性的原因。本實驗整個越冬期不同器官在2月份相對點電導率是最大，可說明2月份細胞膜所受的傷害程度最大以及融凍交替引起的機械損傷是傷害細胞膜和影響抗寒性的主要原因之一。越冬期不同階段各生理指標中隸屬值最大的是可溶性蛋白，對機體增強抗寒性的貢獻率最大，可說明可溶性蛋白是增大細胞滲透勢，有利于提高機體抗寒性的滲透調節物質。

2014/2015年不同越冬期香梨抗寒性變化與2013/2014稍微不同(表5)，12月份抗寒性最強，3月份最低，這可能是3月份溫度回升的原因;雖然2月份抗寒性較強，但還是比12月份抗寒性弱。本實驗不同越冬期2月份相對電導率最大，而POD隸屬值也最高，這可能是細胞受到較大損傷時POD表現出較高的酶活性，對機體起到保護作用的原因。

比較2年庫爾勒香梨所表現出的抗寒性，按整個越冬期來說，2013/2014年抗寒性強于2014/2015年的抗寒性;按不同越冬期來比較，2013/2014極端低溫出現后香梨表現出的抗寒性稍微高于2014/ 2015年極端低溫出現后香梨表現出的抗寒性。本實驗抗寒鍛煉期氣溫變化對不同越冬期抗寒性有明顯的影響。

3 討論

抗寒性是庫爾勒香梨對低溫環境長期適應而形成的一種遺傳特性。香梨感受到低溫之后，體內發生一系列酶促反應和酶合成反應等生理生化變化，為安全越冬做抗寒準備，因此，在抗寒鍛煉期或者低溫馴化期間氣溫變化狀況直接影響進入抗寒鍛煉的質量。

2010/2011年在庫爾勒地區出現暖冬，引起了抗寒鍛煉延遲并提早解除抗寒鍛煉的現象，除此之外，在抗寒鍛煉期間氣溫變化幅度大，嚴重影響抗寒鍛煉的正常進行，導致抗寒性降低，在極端低溫出現后造成面積大約1.3×104hm2梨園凍死(巴州香梨研究中心)，這與1996年Repo等研究具有相似的結果［22］。

Bélanger等(2002)發現，冬季在氣候變化，全球變暖背景下的氣象因子的變化增加了多年生作物受到的低溫傷害程度［23］。暖冬的出現絮亂了香梨抗寒鍛煉生理生化反應和越冬準備的正常進行及極端低溫出現時間和持續時間，增大短時間內氣溫突然變化的概率，適應和抵制低溫傷害是香梨在幾百萬年進化的結果，因此很難適應短時間內突然的天氣變化。Crawford等(2000)發現，突然天氣變化的情況下，植物遭受的危害更不穩定，例如:冷凍－融化都可能導致植物死亡［25］。

本實驗2014/2015年，抗寒鍛煉氣溫變化波動性大，抗寒鍛煉期出現較高的氣溫，這些現象是暖冬出現的表現，它不僅通過直接影響抗寒鍛煉質量來影響香梨抗寒性，還可以通過影響細胞糖代謝影響機體抗寒性，這可能是2014/2015年越冬期低溫傷害強度比2013/2014年低，表現出的抗寒性比2013/2014年弱的原因。前人研究表明，在冬季較溫暖的氣溫條件，促進植物呼吸，從此增加糖類的消耗，導致細胞滲透調節物質含量降低，細胞親和力下降，大量滲透調節物質外滲，樹木抗寒性的下降［24］。

植物經歷低溫馴化或者抗寒鍛煉后，抗寒性明顯增加，本實驗2013/2014、2014/2015年整個越冬期間，12月份表現出最強的抗寒性，與前人研究結果類似。根據本實驗結果可以總結，庫爾勒香梨進入抗寒鍛煉期間的氣溫變化狀況是直接影響香梨抗寒性的重要的環境因素。

本實驗越冬期間，氣溫變化與SOD、CAT、POD、可溶性氮含量和相對電導率等生理指標均呈負相關，氣溫與抗氧化酶呈極顯著正相關;POD和可溶性蛋白含量對抗寒性的貢獻率比其它生理指標大。

4 結論

越冬期庫爾勒香梨抗寒性最強的時期是12月份;抗寒鍛煉期間氣溫變化幅度影響不同越冬期庫爾勒香梨表現出的抗寒性。與香梨抗寒性相關的生理指標與氣溫呈負相關，生理指標中可溶性蛋白和POD對庫爾勒香梨抗寒性的貢獻率比其它生理指標大。庫爾勒香梨屬于抗寒性品種。

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(責任編輯 陳虹)

Effect of Orchard Tem perature on Cold Resistance of Korla Fragrant Pear during Cold Hardening Period

Akrem Ahmet1，Ablet Mamat2，Batur Bake1*，Altun Tursunhali1，Sajida Abdukarim1，Zulkiye Manaf1
(1.College of Grassland and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Xinjiang Urumqi830052，China;2.Forest Management Station，Hotan Prefecture，Xinjiang Hotan 848000，China)

To explain the effect of temperature changes during cold resistance period on the cold hardiness of Korla fragrant pear’s different over-wintering period，the SOD，CAT，POD activity，soluble protein content，relative conductivity of Korla Fragrant Pear’s trunk cambium，annual branch and bud for two yearswere continuously determined，and the air temperature of the orchard were simultaneouslymeasured;Its cold resistance of different over-wintering period by using fuzzymathematicsmethod was evaluated，and the relation between air temperature changes and its cold resistance over thewinterwere analyzed.The result showed that the air temperature changes of the cold hardening period affected the cold resistance of Korla fragrant pear during differentwintering periods，the yearwhich had the smaller temperature fluctuation range during the cold hardening period expressed stronger cold resistance than the yearwhich had the bigger temperature fluctuation range; Different physiological indexeswere negatively correlated with air temperature changes，ofwhich air temperaturewas very negatively correlated with anti-oxidantenzymes，and the POD and soluble protein contenthad the biggest contribution rate for the cold resistance;Overall Korla fragrant pear belonged to cold resistance varieties.

Korla fragrant pear;Cold hardening;Orchard temperature;Fuzzymathematicsmethod;Cold resistance;Physiological index

S661.2

A

1001－4829(2017)2－0309－06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.012

2016－03－10

國家自然科學基金(31260289);新疆維吾爾自治區土壤學重點學科

艾克來木·艾合買提(1990－)，男，維吾爾族，新疆圖木舒克人，碩士研究生，研究方向為干旱區資源與環境，E-mail:akeram27@163.com，*為通訊作者:巴特爾·巴克，教授，研究方向干旱區生態與環境，E-mail:bateerbake@163.com。