新疆扁桃F1群體抗寒性研究

楊曉靜 徐崇志

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300)

扁桃(Amygdalus communis L.)，維吾爾語巴旦木姆，又名巴旦木，屬于薔薇科(Rosaceae)，李亞科(Prunoideae)，扁桃屬(Amygdalus)，也為有人將其歸為為李屬(Prunus)植物，落葉喬木或小喬木[1]。扁桃是一種優(yōu)良的木本油料和干果樹種，也是新疆名、特、優(yōu)干果之一，其栽培面積、產(chǎn)量和貿(mào)易量居世界干果首位[2－4]。扁桃仁香甜可口，富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)元素、維生素及酶類，是高級的營養(yǎng)食品;扁桃仁可用于治療糖尿病、高血壓、癌癥、冠心病、氣管炎、神經(jīng)衰弱、小兒佝僂病等病癥，具有極高的藥用價值[5]。扁桃容易貯藏，便于運輸，國內(nèi)外市場需求量大，售價較高，具有廣闊的市場前景。扁桃適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠、耐熱、耐鹽堿，特別適合在新疆發(fā)展，是南疆干旱荒漠及綠洲地區(qū)生態(tài)建設(shè)的優(yōu)良樹種[6]。扁桃原產(chǎn)于中亞細(xì)亞和非洲北部山區(qū)，我國新疆也是扁桃的次生原產(chǎn)地之一。扁桃在我國具有悠久的栽培歷史，目前我國扁桃栽培主要集中在新疆的南部的疏勒、疏附、英吉沙、葉城、澤普、和田等地。但長期以來南疆的扁桃未得到應(yīng)有的重視和發(fā)展，多處于半野生、半栽培狀態(tài)，一些優(yōu)良的類型或株系面臨自生自滅的危機(jī)，相關(guān)方面的研究更少。對于目前扁桃的主栽區(qū)普遍面臨的問題是產(chǎn)量始終處于低水平，究其原因，主要是新疆扁桃花期正值氣溫變化劇烈的季節(jié)，扁桃的花芽、花朵、幼果常因異常低溫、寒流或大風(fēng)降溫天氣而產(chǎn)生凍害，造成低產(chǎn)[7]。

本研究擬通過對大田扁桃枝條凍害情況調(diào)查及實驗室內(nèi)抗寒性相關(guān)生理生化指標(biāo)(電解質(zhì)滲出率、MDA含量、Pro含量、POD活性、CAT活性、SOD活性)的測定，并對測定結(jié)果進(jìn)行主成份分析法進(jìn)行綜合分析，來探究4種新疆扁桃的自然雜交后代F1群體的抗寒性，從而從中篩選出抗寒性最強(qiáng)的單株或雜交組合，為探討扁桃的抗寒性機(jī)理提供理論參考，旨在為解決新疆扁桃越冬過程中樹體受凍和春季抽干的問題提供理論支持，同時也為扁桃種質(zhì)資源的引進(jìn)和大面積推廣提供科學(xué)理論依據(jù)，從而為新疆扁桃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展解決關(guān)鍵問題提供幫助。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所需的枝條分別于2011年12月6號、12月22號、2012年1月6號、1月22號、2月7號從阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗站扁桃種質(zhì)資源圃內(nèi)剪取，試驗中涉及4個品種分別為莎車－1、莎車－2、莎車－9、莎車－13，后面涉及到其分別用S－1、S－2、S－9、S－13表示。在每個品種F1后代中健壯的植株上選擇生長健壯、發(fā)育正常、充分成熟的1年生休眠枝，盡量在選定植株的不同方位不同層次選取粗細(xì)均勻的枝條，每個品種剪取12～16根，剪取的枝條長30～40 cm，而后分別貼好標(biāo)簽，裝入聚乙烯袋內(nèi)帶回實驗室。在實驗室內(nèi)用自來水沖洗，用蒸餾水沖洗3次后，用干凈干燥的紗布擦干水分，分裝于塑料袋中，置于冰箱(0℃～4℃)中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

1.2.1 田間扁桃春季枝條抽干調(diào)查的方法

每個品種F1群體隨機(jī)選取30株，于不同方向(東西南北)選取上下部、內(nèi)外的枝條進(jìn)行測算，調(diào)查其抽條情況;用觀察法對扁桃抽條情況進(jìn)行分級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)為:0＜受凍枝量/總枝量＜25為Ⅰ級，25＜受凍枝量/總枝量＜50為Ⅱ級，50＜受凍枝量/總枝量＜75為Ⅲ級，75＜受凍枝量/總枝量為Ⅳ級。參照王有科等[8]在引種扁桃抗寒力及凍害成因分析中的調(diào)查方法來對供試的新疆扁桃F1群體的抗寒性進(jìn)行分級評價。具體方法為將調(diào)查數(shù)據(jù)按下式轉(zhuǎn)化為越冬抽條指數(shù):

據(jù)此對抗寒性進(jìn)行分級評價:高抗抽條0～12.5%;中抗抽條12.6%～50%;易抽條50%～75%;極易抽條75%以上。

1.2.2 內(nèi)抗寒性相關(guān)生理生化指標(biāo)的測定方法

用電導(dǎo)率儀法[9]測枝條電解質(zhì)滲出率;丙二醛(MDA)的含量用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法[10]測定;脯氨酸(Pro)的含量用磺基水楊酸提取茚三酮比色法[10]測定;過氧化物酶(POD)活性用愈創(chuàng)木酚法[11]測定;過氧化氫酶(CAT)活性用高錳酸鉀(KMno4)滴定法測定;超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍(lán)四唑(NBT)還原法[12]。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖表制作用Mcrosoft Excel，結(jié)果分析用DPS軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣地采樣期間氣溫情況

自2011年入冬后，阿拉爾墾區(qū)從12月中旬開始，旬平均氣溫持續(xù)偏低，旬平均氣溫偏低幅度分別為1.1℃、2.3℃、2.9℃、1.8℃、6.3℃，1月下旬旬平均氣溫偏低幅度與往年相比較大，低溫長達(dá)50 d。極端最低氣溫達(dá)到－24.0℃，居近30年來首位。同時日最低氣溫達(dá)到了－21.6℃以下的日數(shù)持續(xù)了6 d，－24.0℃以下為3 d。具體變化情況如圖1所示:

圖1 采樣期間采樣地氣溫變化

2.2 大田扁桃枝條抽條情況調(diào)查結(jié)果

表1 大田扁桃枝條抽條情況調(diào)查結(jié)果

由表1春季抽干的調(diào)查可知，S－1的F1群體的抗抽條能力最強(qiáng)，S－2的其次，比前者稍弱些，抽條指數(shù)略大，這兩者均屬中抗抽條;S－9與S－13的抗抽條能力較差，均屬極易抽條類型。

2.3 抗寒性相關(guān)指標(biāo)的測定結(jié)果

2.3.1 新疆扁桃F1群體枝條電解質(zhì)滲出率變化

目前在果樹抗寒性研究中外滲電導(dǎo)率法是一種較為常用的方法。抗寒性強(qiáng)的品種，其電解質(zhì)滲出率較低。由圖2可知，在自然降溫過程中，隨氣溫的變化4個新疆扁桃自然雜交后代休眠枝的電解質(zhì)滲出率變化趨勢較一致，均為前期較緩慢增加而后期較快增加，在達(dá)到高峰后又迅速下降，形成一個山峰狀，與該期的氣溫變化情況相反。但在整個過程中S－1與S－2的F1群體的電解質(zhì)滲出率較為接近，而前者稍大于后者，且均小于S－9與S－13的。在整個過程中，S－13的電解質(zhì)滲出率均為最大，S－9其次，且兩者在1月中下旬氣溫快速下降過程中電解質(zhì)滲出率快速上升，表明這兩者抗寒性較弱。從圖2可推知測試的幾個新疆扁桃自然雜交F1后代的抗寒性表現(xiàn)為S－2＞S－1＞S－9＞S－13，這一結(jié)果與大田扁桃抽條情況的調(diào)查結(jié)果相符。

圖2 自然降溫過程中電解質(zhì)滲出率變化

2.3.2 新疆扁桃F1群體枝條MDA含量變化

從圖3可知，自然降溫過程中供試的4個扁桃品種自然雜交后代枝條的丙二醛(MDA)含量的變化趨勢與枝條的電解質(zhì)滲出率的變化趨勢基本相似，差別不大，均為先增大后減小。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)在整個過程中MDA含量存在S－13＞S－9＞S－1＞S－2這一現(xiàn)象，與電解質(zhì)滲出率的情況一樣。但在整個過程中S－2的MDA含量變化最為緩和，S－1的稍大些，S－13的表現(xiàn)的最為激烈，且S－2的MDA含量最小為1.765，溫度最低時的最大值也僅為4.065，增幅為130.3%，而S－13的MDA含量則由4.048增大到14.98，增大了2.7倍。丙二醛是脂質(zhì)過氧化作用的主要產(chǎn)物，其在組織中含量的多少反映了脂質(zhì)過氧化作用的強(qiáng)弱，因此測定MDA的積累可以了解植物細(xì)胞受傷害的程度。MDA含量高說明植物的抗寒性弱，反之，則抗寒性強(qiáng)。故而由圖3可推知整個過程中供試扁桃的抗寒性隨氣溫的下降而減弱而后氣溫回升又增強(qiáng)，且抗寒性在整個過程中始終存在S－2＞S－1＞S－9＞S－13，這一結(jié)果與電解質(zhì)滲出率推出的結(jié)果相同，同時也印證了田間調(diào)查結(jié)果。

圖3 自然降溫過程中新疆扁桃F1群體枝條MDA含量變化

2.3.3 新疆扁桃F1群體枝條Pro含量變化

游離脯氨酸是滲透脅迫下易積累的一種氨基酸，也是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有穩(wěn)定細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、保護(hù)細(xì)胞內(nèi)大生物分子和保持氮含量的作用。脯氨酸在植物抗凍中具有重要作用，低溫逆境往往伴隨著脯氨酸含量的增加，其含量高低與植物抗寒性密切相關(guān)，越是抗寒性強(qiáng)的品種增加的倍數(shù)越高。一般認(rèn)為，植物組織中游離脯氨酸含量隨溫度下降而增加[14]。由圖4可知，在自然降溫過程中，4個供試的扁桃品種的自然雜交后代的脯氨酸含量的變化情況也大同小異，均表現(xiàn)為隨著氣溫降升而增減，從1月中旬到2月上旬?dāng)?shù)值較大，而12月上旬到一月上旬?dāng)?shù)值相對較小。供試材料最初的Pro含量相當(dāng)，相差不大，而其后的變化卻不盡相同，表現(xiàn)為而后S－2和S－1的以較大的速率增加，然后增長勢頭減弱，而后增長速率又有所增大，達(dá)到最大值后S－2的含量仍有所增大，S－1的則減小;與S－1和S－2相比，S－9和S－13在其后的變化表現(xiàn)的較為一致。其中S－1與S－2的增幅顯著，分別從最初的52.418μg/(g·Fw)和57.698μg/(g·Fw)增至最大值198.349μg/(g·Fw)和226.232 μg/(g·Fw)，上升了2.76倍和3.01倍;而S－13的增幅較小，從35.864μg/(g·Fw)增大到75.949 μg/(g·Fw)僅增加了1.12倍。

圖4 自然降溫過程中新疆扁桃F1群體枝條pro含量變化

2.3.4 新疆扁桃F1群體枝條保護(hù)酶活性變化

低溫使膜上的酶系統(tǒng)受到破壞，使酶活性下降，利用酶活力變化可作為植物抗寒性鑒定指標(biāo)。SOD是一種含金屬的酶，是植物體中最重要的清除自由基的酶之一，主要功能清除超氧陰離子自由基使其發(fā)生歧化反應(yīng)。CAT在植物體中是一種功能較專一的酶，普遍存在于植物的所有組織中，其活性與植物的代謝強(qiáng)度及抗寒、抗病能力有一定的聯(lián)系[13]，它的主要功能是分解H2O2。POD是一種功能較復(fù)雜、種類較多的酶，一般認(rèn)為它的功能與木質(zhì)素的合成有關(guān)，并與細(xì)胞的抗病相聯(lián)系，POD的主要功能是催化H2O2分解，氧化其底物所產(chǎn)生的過氧化物。POD與CAT協(xié)同清除H2O2。陳新華等[14]試驗表明，4個甜櫻桃品種的SOD、POD酶活性隨溫度的降低而升高，隨氣溫的回升而降低，酶活性高的品種表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗寒性，反之，抗寒性較弱。

由圖5可看出，4個新疆扁桃品種自然雜交后代枝條的POD活性在越冬過程中隨氣溫“先下降后回升”的變化趨勢也呈現(xiàn)出相同的“先減弱后增強(qiáng)”的變化趨勢。在最低溫出現(xiàn)的1月22號左右，4個品種的枝條POD活性也降為最低值，分別是S－1為82.417 U/(g·min)、S－2為100 U/(g·min)、S－9為50.667 U/(g·min)、S－13為23.5 U/(g·min)。與最初的POD活性相比S－13的降幅最顯著從最初的127.75 U/(g·min)降到23.5 U/(g·min)，減小了104.25 U/(g·min)，降低了8成多。整個過程中S－2的POD活性始終為最高，S－1其次，且兩者的變化趨勢幾近同步，S－9和S－13雖有交叉，但總體上為S－9的大于S－13的。由此可知，單從POD活性這與方面來說，S－2的雜交后代抗寒性為最強(qiáng)，其次為S－1，S－13的抗寒性差。

圖5 自然降溫過程中新疆扁桃F1群體枝條過氧化物酶(POD)活性變化

由圖6可知，在自然降溫過程中S－1、S－2、S－13的自然雜交后代群體枝條的過氧化氫酶(CAT)活性整體表現(xiàn)為先增后減的態(tài)勢，其中S－13在12月下旬CAT活性有所下降，而S－9在達(dá)到峰值后并未下降反而有小幅增加。就總體而言，4個品種扁桃的自然雜交后代的過氧化氫酶活性均在氣溫最低的1月下旬達(dá)到較大值，而后隨氣溫回升其活性有不同程度的下降。在整個過程的不同階段中S－1與S－2過氧化氫酶活性的變化幅度較其它兩者要劇烈些，尤其是在氣溫下降相對較劇烈的1月份，表明S－1與S－2的雜交后代應(yīng)對低溫變化的能力較S－9與S－13要強(qiáng)些。同時由圖6可較直觀得看出，越冬過程中4個供試品種的F1群體的CAT活性關(guān)系為S－2＞S－1＞S－9＞S－13，故而可推知它們的抗寒性也存在相同的關(guān)系。

圖6 自然降溫過程中新疆扁桃F1群體枝條過氧化氫酶(CAT)活性變化

由圖7可知，自然降溫過程中，供試的4個品種的新疆扁桃F1群體的超氧化物歧化酶(SOD)活性整體呈現(xiàn)為“上升—下降—上升—下降”的變化，呈現(xiàn)為“M”型，這一結(jié)果與鄭強(qiáng)卿[16]等在自然降溫對楊樹枝條抗寒性生理生化指標(biāo)變化的影響中的實驗結(jié)果相似。而且S－1與S－2在越冬過程不同時期的變化較為一致，S－9與S－13的變化也較一致，但總體來講，整個過程中S－2的SOD活性始終最大，S－1的其次，S－9的稍大于S－13。

圖7 新疆扁桃F1群體枝條過氧化物歧酶(SOD)活性變化

2.4 各個采樣時期供試4個品種新疆扁桃F1群體抗寒性綜合評價

依據(jù)試驗對每個采樣期所測的抗寒性指標(biāo)，電解質(zhì)滲出率、MDA含量、Pro含量、過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、超氧化物歧化酶活性等6個指標(biāo)值進(jìn)行主成分分析，計算出特征值和貢獻(xiàn)率，根據(jù)累計貢獻(xiàn)率選取主成分，數(shù)據(jù)處理在DPS軟件上運行，主成分分析結(jié)果如表2和表3所示。

表2 不同采樣期主成份1的特征值及累計百分率

表3 不同采樣期各個指標(biāo)在第一主成份上的權(quán)重

結(jié)合表2和表3可知，對從2011年12月6日到2012年2月7日的5次采樣而言，不同采樣時間供試的4個品種新疆扁桃F1群體抗寒性主成分分析綜合評價結(jié)果較相似，均表明在6個抗寒指標(biāo)中電解質(zhì)滲出率與MDA含量表現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性，而與其它四種指標(biāo)之間表現(xiàn)出顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)性，其它四種指標(biāo)間存在顯著或極顯著正相關(guān)，如在先前的4次采樣期CAT活性均與POD活性、SOD活性、Pro含量表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，僅是最后一次表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性;且均是第一個主成份因子的累計貢獻(xiàn)值就超過85%，且均在90%以上;又據(jù)主成份因子的載荷矩陣可推知第一主成分所包括的在抗寒指標(biāo)均為Pro含量、SOD活性、CAT活性、POD活性，且四種指標(biāo)在第一主成分中所占的權(quán)重相當(dāng)，每個指標(biāo)所占權(quán)重歲采樣時間不同變化不大。這就說明在對不同采樣時間采取的供試材料抗寒性進(jìn)行綜合評價時均可只對第一主成分所包含的4個指標(biāo)進(jìn)行分析、比較。據(jù)此可推出如下結(jié)果，對于不同的采樣時間，供試的4個品種新疆扁桃F1群體抗寒性均存在S－2＞S－1＞S－9＞S－13排序，這樣的結(jié)果和田間枝條抽干結(jié)果相符，也與上述單指標(biāo)評價結(jié)果相吻合，如表4所示:

表4 不同采樣時間4個品種新疆扁桃F1群體抗寒性綜合評價結(jié)果

3 討論與小結(jié)

在本研究結(jié)果顯示供試的4個品種扁桃的雜交后代的電解質(zhì)滲出率均隨氣溫的下降而上升，說明在氣溫下降過程中植株的生物膜發(fā)生了相變，膜通透性增大，造成細(xì)胞內(nèi)容物外滲。然而不同品種的上升情況并不相同，比較而言上升速率為S－13＞S－9＞S－1＞S－2，且S－1與S－2的增加速率較接近，均較緩和，單從這一方面來看，S－2的F1群體耐低溫能力最強(qiáng)，其次為S－1，再為S－9，S－13最弱。MDA可以作為研究植物抗寒性的一個重要指標(biāo)。本實驗結(jié)果顯示，與電解質(zhì)滲出率相似在越冬過程中4個新疆扁桃品種的自然雜交后代群體的MDA含量隨氣溫下降而上升，氣溫回升時有所下降，且變化幅度為S－13最為劇烈，尤其是在氣溫快速下降的一月下旬，而S－1與S－2在同期的變化卻相對較緩和。這表明S－13在此階段所受低溫的傷害程度較大，S－1與S－2相對較小，而S－9介于兩者之間。通過本次研究可發(fā)現(xiàn)，供試的4個品種的新疆扁桃F1群體的脯氨酸(Pro)含量也為隨越冬過程中氣溫的降升而增減，呈山峰狀，與電解質(zhì)滲出率和丙二醛的變化趨勢相同，而在數(shù)值上與前兩項的結(jié)果恰相反。且在整個過程中S－2與S－1的脯氨酸含量變化對氣溫的變化較為敏感，S－13表現(xiàn)的最為遲鈍，這表明S－1與S－2的雜交后代體內(nèi)應(yīng)對低溫的機(jī)制較靈活，而S－13恰恰相反。

本次的研究結(jié)果顯示，供試材料的POD活性均大致表現(xiàn)為與越冬過程中氣溫的變化相似的變化，為先減弱在氣溫最低時達(dá)谷值而后隨氣溫回升也增大。這一結(jié)果與楊曉宇等[16]扁桃枝葉生理指標(biāo)與抗寒性相關(guān)性研究中結(jié)果相同，但與鄭強(qiáng)卿[16]等自然降溫對楊樹枝條抗寒性是生理指標(biāo)變化的影響的研究結(jié)果卻有差異，這可能使因為樹種不同的原因，這也在一定程度上說明僅僅應(yīng)用某一指標(biāo)來衡量復(fù)雜的抗寒性生理過程是不科學(xué)、不全面的。

本實驗結(jié)果表明，供試材料的CAT活性表現(xiàn)為隨溫度下降而增強(qiáng)隨溫度回升而下降。這一結(jié)果與鄭強(qiáng)卿[16]等自然降溫對楊樹枝條抗寒性是生理指標(biāo)變化的影響的研究結(jié)果相同，與一般相關(guān)理論相符。

此次實驗結(jié)果表明，在自然降溫過程中4個供試新疆扁桃品種的雜交后代的SOD活性變化均呈現(xiàn)為“M”型，且整個過程中其變化幅度均不大，變化均較緩和。越冬過程中S－2雜交后代的SOD活性始終處于較高的水平，S－1的也保持較高的水平，而S－13與S－9卻始終處于較低水平。單從這一方面可推知S－2抗寒性最強(qiáng)，S－1其次，S－13最弱，S－9弱于前兩者強(qiáng)于后者。

本實驗通過對不同采樣期測試指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得出可用來綜合評價供試材料抗寒性的第一主成分不論采樣時間如何均是有Pro含量、SOD活性、CAT活性、POD活性4個指標(biāo)組成，且它們之間均存在顯著或極顯著的正相關(guān)性;四者在第一主成分因子所占的權(quán)重也相當(dāng)，每個指標(biāo)隨采樣時間變化在主成分因子權(quán)重變化也不大。據(jù)此法評比出的抗寒性強(qiáng)弱順序與田間調(diào)查結(jié)果相符也與單指標(biāo)簡單評價結(jié)果相吻合，均為S－2＞S－1＞S－9＞S－13。

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