荒漠肉蓯蓉抗寒性試驗研究

趙連鑫 何彩 郭艷蘭 晉敏 張勤德 王鑫 劉偉 張濤

(武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000)

荒漠肉蓯蓉(Cistanche deserticola Y.C.Ma)，列當(dāng)科肉蓯蓉屬，又名大蕓、蓯蓉，多年生草本寄生植物，主要寄生于梭梭、白刺等植物根上，適宜生長在氣候干旱、降雨量少、蒸發(fā)量大、日照時數(shù)長、晝夜溫差大，土壤以灰棕漠土、棕漠土為主的區(qū)域[1]，主要分布于內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、新疆等中西部地區(qū)[2]。荒漠肉蓯蓉具有很高的藥用價值，其肉質(zhì)莖可入藥，其化學(xué)組分主要有糖類、苯乙醇苷類、苯甲醇苷類、單萜類、木脂素類及微量元素等[3]，具滋肝養(yǎng)腎益經(jīng)血、潤腸通便之功效，素有“沙漠人參”的美譽。近年來，隨著生活條件的改善，人們對肉蓯蓉的需求量不斷攀升，肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，從整地、種子處理、接種、采收及加工等方面都形成了一系列配套技術(shù)[4，5]，形成了集種植、加工、銷售于一體的產(chǎn)業(yè)鏈，解決了荒漠區(qū)農(nóng)民的增收問題[6]。

然而，采收后的肉蓯蓉極易褐化，水分容易流失，當(dāng)前市場主要是通過晾曬制干方式開展肉蓯蓉營銷，在肉蓯蓉冷鮮貯藏方面還未見有報道和研究。因此，開展肉蓯蓉的抗寒性研究具有十分重要的意義，將彌補肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)冷鮮貯藏方向的技術(shù)空白，進(jìn)一步促進(jìn)肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前，關(guān)于肉蓯蓉抗寒性的研究至今還未開展，但在其他植物上已開展較多抗寒性的研究。郭艷蘭等[7]在以不同葡萄砧木的一年生枝條為研究對象，測定了相對電導(dǎo)率及相關(guān)生理生化指標(biāo)，并利用建立Logistic方程、主成分分析等方法對葡萄砧木耐寒性進(jìn)行了評價。王瑋等[8]以7個梨品種休眠期枝條為研究對象，測定其電導(dǎo)率及相關(guān)抗性生理指標(biāo)，并利用Logistic方程、相關(guān)性分析等方法對不同梨品種抗寒性進(jìn)行了評價。劉國敏等[9]以不同馬鈴薯品種葉片為試驗材料，測定了低溫處理下生理指標(biāo)的含量，利用Logistic方程、主成分分析等方法評價了不同馬鈴薯品種的耐寒性。因此，本研究以荒漠肉蓯蓉為試驗材料，通過測定不同低溫處理下相對電導(dǎo)率變化和生理生化指標(biāo)含量，利用Logistic方程、相關(guān)性分析等方法，對荒漠肉蓯蓉的抗寒性進(jìn)行評價，以期為荒漠肉蔥蓉的低溫貯藏保鮮和冷鏈物流等產(chǎn)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗材料為甘肅省武威市民勤縣青土湖沙產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司基地內(nèi)的荒漠肉蓯蓉。該區(qū)域?qū)俅箨懶愿珊禋夂颍照諘r數(shù)3142.2h，平均海拔1400m；年均降水量113.2mm，蒸發(fā)量2675.6mm，晝夜溫差14.3℃，年均氣溫8.8℃，極端最低氣溫-29.5℃，無霜期152d，土壤類型以礫質(zhì)沙壤土為主。選擇形狀、大小基本一致的荒漠肉蓯蓉作為研究對象，采用單因素試驗，設(shè)置0℃、-5℃、-10℃、-15℃ 4個低溫處理，每個處理5根新鮮荒漠肉蓯蓉，低溫處理后一部分用于電導(dǎo)率測定，一部分用于抗寒性生理指標(biāo)的測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 相對電導(dǎo)率測定和Logistic方程的建立

用刀片將低溫處理過的荒漠肉蓯蓉，剪成長寬1～2cm、厚度1mm的薄片，混合均勻后稱取1g置于25mL試管中，加入20mL蒸餾水，加蓋于室溫靜置4h，用DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀測定初始電導(dǎo)率，測前搖勻；然后置于沸水中煮30min，冷卻至室溫后測定終電導(dǎo)率，計算相對電導(dǎo)率(相對電導(dǎo)率=初始電導(dǎo)率/終電導(dǎo)率×100%)和低溫半致死溫度(LT50)[7]，并進(jìn)行曲線擬合，擬合方程：

Y=K/(1+ae-bx)

式中，Y代表相對電導(dǎo)率；a、b為方程參數(shù)；K為常數(shù)，代表最大電解質(zhì)滲出率，由于Y是累積頻率，此處K取100，LT50即方程拐點，計算方式：

LT50=-(lna/b)

1.2.2 抗性生理指標(biāo)測定

選取各處理荒漠肉蓯蓉中間部位肉質(zhì)莖，剪成厚2～3mm薄片，用液氮冷凍后迅速將荒漠肉蓯蓉粉碎，置于-80℃冰箱保存，用于荒漠肉蓯蓉抗性生理生化指標(biāo)的測定。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用核黃素-NBT光化學(xué)還原法測定；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定；脯氨酸含量采用磺基水楊法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定，上述生理指標(biāo)的測定均參考陳剛等[10]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft office 2007、SPSS 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 荒漠肉蓯蓉相對電導(dǎo)率變化、Logistic模型建立及半致死溫度測定

不同低溫處理下荒漠肉蓯蓉相對電導(dǎo)率的變化如表1所示，隨著溫度的降低荒漠肉蓯蓉相對電導(dǎo)率逐漸增大，數(shù)值由36.81%增大為67.15%，說明低溫處理傷害越大，電解質(zhì)外滲率越多，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率越高。為明確荒漠肉蓯蓉的抗寒能力，確定其半致死溫度，本試驗根據(jù)各低溫處理的相對電導(dǎo)率，建立Logistic方程，并根據(jù)方程計算半致死溫度LT50，如表2所示，荒漠肉蓯蓉Logistic方程擬合度R2為0.9997，說明擬合的Logistic方程具有很高的可靠性，由此計算出LT50，即荒漠肉蓯蓉的半致死溫度為-6.51℃。

表1 低溫處理對荒漠肉蓯蓉相對電導(dǎo)率的影響

表2 荒漠肉蓯蓉擬合方程和溫半致死溫度

2.2 低溫處理對荒漠肉蓯蓉抗性生理指標(biāo)的影響

低溫對荒漠肉蓯蓉抗性生理指標(biāo)的影響如圖1所示。POD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在-10℃時值最大，且均與其他處理差異顯著。SOD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在-5℃時值最大，與其他處理無顯著差異。脯氨酸含量也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在-10℃時值最大，與其他處理無顯著差異。隨著溫度的降低可溶性蛋白呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在-15℃時值最大，且均與其他處理差異顯著。可溶性糖也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在-15℃時值最大，在0℃時值最小，且均與其他處理差異顯著。

注：不同字母為顯著性差異(P<0.05)。

2.3 荒漠肉蓯蓉抗寒性生理指標(biāo)及不同溫度間的相關(guān)性分析

荒漠肉蓯蓉抗寒性指標(biāo)及低溫處理之間的相關(guān)性關(guān)系如表3所示。溫度與相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與上述Logistic方程中相關(guān)系數(shù)R2為一致；溫度與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。相對電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 荒漠肉蓯蓉抗寒性生理指標(biāo)及低溫處理之間的相關(guān)性

3 討論

電導(dǎo)率法常被用來確定植物的半致死溫度，其原理是電導(dǎo)率可表示細(xì)胞電解質(zhì)的外滲程度，電導(dǎo)率越高，說明細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲越多，細(xì)胞膜的透性越大，也就是植株細(xì)胞膜受到傷害的程度越大，表明該植物的抗寒能力越弱[11]。因此，通過設(shè)置不同梯度的逆境環(huán)境，測定不同梯度下的電導(dǎo)率，建立相對電導(dǎo)率的建立Logistic方程，可確定半致死溫度。前人在梨[8]、葡萄[7]和馬鈴薯[12]等很多植物中使用此方法測定了該植物的半致死溫度。本試驗使用同樣的方法測定了低溫處理下荒漠肉蓯蓉電導(dǎo)率的變化，研究發(fā)現(xiàn)荒漠肉蓯蓉相對電導(dǎo)率呈先逐漸升高的趨勢，這與前人的研究結(jié)果一致，再通過建立Logistic方程計算出的半致死溫度(LT50)為-6.51℃，且建立Logistic方程的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9997，說明在本試驗條件下通過該方法測定的荒漠肉蓯蓉半致死溫度真實可靠。

生理生化指標(biāo)的測定常用于植物抗寒性的評價[13]，這些生理生化指標(biāo)包括SOD活性、POD活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及丙二醛含量等。SOD、POD酶的主要作用是為了清除和平衡植物體內(nèi)的自由基，研究表明[14]，在一定的低溫范圍內(nèi)，SOD、POD等保護(hù)酶含量升高有利于保持植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除之間的平衡，但當(dāng)溫度下降到一定的程度時，也會造成植物體內(nèi)過氧化氫和活性氧自由基等有害物質(zhì)的積累，使得植物受低溫傷害。本研究中，隨著溫度的下降荒漠肉蓯蓉體內(nèi)的SOD、POD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這與石雪暉等[15]在開展低溫脅迫對柑桔離體葉片中SOD酶的變化趨勢一致，說明一定范圍內(nèi)低溫脅迫會促進(jìn)SOD、POD活性的增加，當(dāng)?shù)蜏爻^一定的溫度后，SOD、POD活性會急劇下降。脯氨酸作為一種有機(jī)物質(zhì)，廣泛存在于植物體內(nèi)，研究表明[16]，許多植物在低溫等脅迫環(huán)境下，體內(nèi)的脯氨酸呈現(xiàn)增加趨勢，其作用機(jī)制是作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、活性氧清除劑等來實現(xiàn)對植物的脅迫保護(hù)。本研究中，脯氨酸含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這與郭艷蘭等[7]研究結(jié)果一致。至于脯氨酸含量沒有持續(xù)增加，而是出現(xiàn)降低的趨勢，可能與超過一定溫度范圍有關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有提高細(xì)胞的滲透濃度、降低水勢、降低冰點作用，繼而能提高植物抗寒性。梁鎖興等研究表明[17]，隨著溫度的降低平歐榛體內(nèi)的可溶性糖、可溶性蛋白呈現(xiàn)升高趨勢，這與本研究中低溫處理導(dǎo)致荒漠肉蓯蓉體內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白含量升高的趨勢一致。

植物的抗寒機(jī)制比較復(fù)雜，單一指標(biāo)對荒漠肉蓯蓉抗寒性的評價具有片面性。因此，本研究綜合分析低溫與各抗寒性指標(biāo)的相關(guān)性。研究表明，溫度與相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與上述Logistic方程中相關(guān)系數(shù)R2為一致，進(jìn)一步證實荒漠肉蓯蓉半致死溫度的可靠性；溫度與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。故下一步的深入研究中可以單獨選相對電導(dǎo)率、脯氨酸和可溶性蛋白含量來深入分析荒漠肉蓯蓉對溫度的適應(yīng)性。此外，還發(fā)現(xiàn)相對電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

綜合以上研究結(jié)果得出：隨著溫度的降低，荒漠肉蓯蓉的相對電導(dǎo)率逐漸升高，通過建立Logistic方程，計算得出荒漠肉蓯蓉的半致死溫度(LT50)為-6.51℃，故在生產(chǎn)實踐中荒漠肉蓯蓉在冷鏈保鮮貯藏時，溫度不能低于-6.51℃。隨著溫度的降低荒漠肉蓯蓉體內(nèi)POD、SOD活性和脯氨酸含量呈現(xiàn)了先升高后降低的趨勢，可溶性蛋白和可溶性糖呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。低溫與相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；相對電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。