仁用杏抗寒性生理指標評價的研究

艾鵬飛,金曉靜,靳占忠,閆鳳岐,李克文

(1.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018;2.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北張家口 075000)

抗寒性是果樹抗逆性的重要指標之一。前人研究表明，抗寒性與植物細胞膜結(jié)構(gòu)、生理活性及酶防御系統(tǒng)的活性有密切關(guān)系[1-3]。采用人工模擬低溫脅迫試驗研究植物的抗寒性與有關(guān)生理指標的關(guān)系，并對抗寒性作出評價，是目前抗寒性研究的主要方法之一[4-6]。

本試驗對生產(chǎn)實踐中抗寒性不同的3個仁用杏品種一年生枝條進行低溫脅迫后，測定枝條木質(zhì)部、表皮以及側(cè)芽的電解質(zhì)滲出率、可溶性糖含量等生理指標,比較低溫脅迫對仁用杏抗寒性的影響及品種間的差異，旨在確定與抗寒性密切相關(guān)的生理指標和能夠代表仁用杏品種抗寒性測定的部位；另外，采用主成分分析法對3個仁用杏品種的抗寒性強弱進行了驗證，為在生產(chǎn)實踐中篩選和鑒定不同仁用杏品種的抗寒性提供生理評價方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為生產(chǎn)實踐中抗寒性不同的3個仁用杏(ArmeniacavulgarisLam.)品種[7](抗寒性強弱排序為優(yōu)一>白玉扁>龍王帽)，取自張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林果所仁用杏資源圃。

1.2 試驗方法

材料經(jīng)人工模擬低溫處理后，分別測定與抗寒性相關(guān)的生理指標，進行抗寒性評價，采用主成分分析法，對品種的抗寒性強弱進行排序。

1.2.1 材料處理

分別將3種仁用杏一年生枝條分組標記后，放入可控超低溫冰箱中進行人工模擬低溫處理，降溫速率為5 ℃/h，處理溫度分別設(shè)為0，-10，-20，-30 ℃，以10 ℃為對照，達到設(shè)定溫度后維持8 h后取出，冰水溫度(0 ℃)下緩慢解凍12 h后立即進行相關(guān)生理指標測定，每個處理重復(fù)3次。

1.2.2 萌芽率統(tǒng)計

將不同低溫處理后的枝條于室溫(約20 ℃)下進行水培，4周后統(tǒng)計萌芽率，每個處理重復(fù)3次。萌芽率=(萌發(fā)芽個數(shù)/水培枝條芽的總數(shù))×100%。

1.2.3 生理指標的測定

1)組織電解質(zhì)滲出率及半致死溫度(LT50)

參照文獻[8]，采用DDS-11C型電導(dǎo)儀測定處理樣品的電解質(zhì)滲出率，輔以Logistic方程y=K/(1+ae-bx)，求得半致死溫度LT50，以此LT50作為仁用杏抗寒性評價依據(jù)。

2)其他生理指標

采用蒽酮比色法[9]測定可溶性糖含量，茚三酮比色法[9]測定游離脯氨酸含量，鄰苯三酚自氧化法[9]測定SOD酶活性，愈創(chuàng)木酚比色法[9]測定POD酶活性。

1.2.4 抗寒性主成分分析

采用主成分分析法[10]對3種仁用杏的抗寒性生理指標進行分析，數(shù)據(jù)處理采用SPSS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對萌芽率的影響

樹體受凍后能否存活，關(guān)鍵在于枝條能否恢復(fù)發(fā)芽能力。因此，經(jīng)人工模擬低溫處理后，枝條恢復(fù)發(fā)芽的能力，可以客觀反映出仁用杏品種的實際抗寒水平[11-12]。低溫脅迫下3個仁用杏品種的萌芽率統(tǒng)計結(jié)果見表1，在對照(CK，10 ℃)及0 ℃時，枝條的萌芽率均在90%以上；隨溫度降低，枝條萌芽率明顯下降，且3個品種萌芽率的大小表現(xiàn)為優(yōu)一>白玉扁>龍王帽。據(jù)此可以認為，3個仁用杏品種的抗寒能力優(yōu)一最強，白玉扁次之，龍王帽最弱，與生產(chǎn)實踐中的抗寒性表現(xiàn)一致。

表1 不同低溫下3個仁用杏品種枝條的萌芽率

2.2 低溫脅迫對仁用杏膜透性的影響

低溫脅迫下，植物細胞膜結(jié)構(gòu)易遭到破壞，且其破壞程度隨溫度的降低而加劇[13]。3種仁用杏枝條低溫脅迫下電解質(zhì)滲出率的測定結(jié)果見圖1，隨著溫度的降低，電解質(zhì)滲出率呈上升趨勢，表明低溫脅迫加劇了枝條細胞膜的透性。0 ℃時，優(yōu)一、白玉扁和龍王帽的電解質(zhì)滲出率都較低，分別為14.86%，16.74%和17.99%；-30 ℃時，優(yōu)一、白玉扁、龍王帽的電解質(zhì)滲出率都增大，分別增至18.31%，25.73%，30.59%，其中龍王帽的增幅最大，優(yōu)一最小，白玉扁居中；方差分析顯示，電解質(zhì)滲出率增大值在3個品種間的差異水平呈極顯著(P<0.01)。其原因可能是-30 ℃條件下，優(yōu)一細胞膜的傷害程度較白玉扁和龍王帽的小。對電解質(zhì)滲出率與萌芽率進行相關(guān)性分析，相關(guān)性好(r=-0.996 4)，表明電解質(zhì)滲出率可以作為仁用杏抗寒性的評價指標。

對電解質(zhì)滲出率配以Logistic方程，求得3個仁用杏品種的半致死溫度LT50：優(yōu)一為-42.53 ℃，白玉扁為-39.85 ℃，龍王帽為-31.67 ℃，與低溫脅迫下萌芽率的結(jié)果一致。

圖1 3個仁用杏品種枝條電解質(zhì)滲出率Fig.1 Electrolyte leakage of branches of 3 kernel apricot varieties

2.3 低溫脅迫對仁用杏可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能增加細胞內(nèi)溶質(zhì)濃度，降低細胞溶液的結(jié)冰點，保護細胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固，從而減小低溫對細胞的傷害。一些研究表明,可溶性糖含量與植物抗寒性間存在相關(guān)性[14]。

圖2的變化趨勢表明，不同溫度處理對仁用杏可溶性糖含量的影響不同。隨著溫度的下降，3個品種的不同部位(木質(zhì)部、表皮和側(cè)芽)可溶性糖含量變化總體均表現(xiàn)為上升趨勢，且優(yōu)一始終處于較高水平，龍王帽最低，白玉扁居中。另外，白玉扁(圖2b))和龍王帽(圖2c))在0 ℃時出現(xiàn)了下降的情況，這可能是由于它們尚未適應(yīng)低溫環(huán)境而導(dǎo)致沒有產(chǎn)生糖類物質(zhì)來抵御低溫。

以品種為研究對象進行方差分析，-30 ℃時，優(yōu)一的每個部位可溶性糖含量較龍王帽含量的差異都達到顯著水平(P<0.05)，且表皮中的含量(質(zhì)量分數(shù))差異(優(yōu)一為1 623.93 μg/g，龍王帽為424.06 μg/g)達到極顯著水平(P<0.01)；白玉扁與龍王帽間只在表皮差異顯著(P<0.05)。由此說明，低溫脅迫時，品種間可溶性糖含量變化存在差異，抗寒性較強的優(yōu)一最高，龍王帽最低，白玉扁居中。

對不同部位的可溶性糖含量與萌芽率進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示表皮中的可溶性糖含量與萌芽率相關(guān)性最好(r=-0.929 4)。這說明表皮中的可溶性糖含量是評價仁用杏抗寒性較好的生理指標。

2.4 低溫脅迫對仁用杏游離脯氨酸含量的影響

低溫脅迫下，植物體內(nèi)游離脯氨酸含量迅速上升，增加細胞液的濃度,對細胞起保護作用[15]。3個仁用杏品種不同部位的游離脯氨酸含量測定結(jié)果見圖3，隨著溫度降低，游離脯氨酸含量呈上升趨勢；-30 ℃時，3個品種間木質(zhì)部脯氨酸含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)(圖3a))無顯著性差異(P>0.05)，表皮中的脯氨酸含量(圖3b))只有優(yōu)一(139.31 μg/g)與龍王帽(86.57 μg/g)間差異顯著(P<0.05)，對于側(cè)芽中的脯氨酸含量(圖3c))，3個品種間也無顯著性差異(P>0.05)。相關(guān)性分析表明，低溫脅迫下，表皮中的脯氨酸含量與萌芽率相關(guān)性最好(r=-0.900 8)，故其可作為評價仁用杏抗寒性的生理指標。

2.5 低溫脅迫對仁用杏SOD和POD酶活性的影響

圖2 3個仁用杏品種枝條木質(zhì)部、表皮、側(cè)芽可溶性糖質(zhì)量分數(shù)變化Fig.2 Changes of soluble sugar content in xylem，epidermis and bud in three kernel apricots

圖3 3個仁用杏品種枝條木質(zhì)部、表皮、側(cè)芽游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)變化Fig.3 Changes of proline content in xylem，epidermisand bud in three kernel apricots

圖4顯示，隨著溫度的降低，仁用杏中SOD和POD的酶活性都呈上升趨勢。方差分析表明，-30 ℃時，3個品種間的SOD酶活性在木質(zhì)部、表皮和側(cè)芽中均不存在差異(P>0.05)；在POD酶活性方面，只有抗寒性強的優(yōu)一與抗寒性弱的龍王帽在木質(zhì)部和表皮中存在顯著性差異(P<0.05)。相關(guān)性分析顯示，低溫脅迫下，POD酶活性與萌芽率相關(guān)性好(r=-0.909 1)。因此，仁用杏木質(zhì)部和表皮中的POD酶活性變化在一定程度上能反映出其抗寒性的強弱。

圖4 3個仁用杏品種枝條木質(zhì)部、表皮及側(cè)芽的SOD和POD 酶活性的變化Fig.4 Changes of SOD and POD activities in xylem，epidermis and bud in three kernel apricots

2.6 仁用杏抗寒性生理指標主成分分析

采用主成分分析法對仁用杏抗寒性生理指標作相關(guān)分析，得到相關(guān)矩陣(見表2)，可溶性糖含量(表皮)、游離脯氨酸含量(表皮)和POD酶活性(木質(zhì)部、表皮)彼此間呈正相關(guān)，它們與電解質(zhì)滲出率之間都表現(xiàn)出負相關(guān)，且這5個指標兩兩之間相關(guān)性都較好，說明這些生理指標能較好地反映出仁用杏的抗寒性。

表3顯示，前3個主成分PRIN 1，PRIN 2，PRIN 3的貢獻率分別為28.68%，25.56%，17.06%，累計貢獻率達到71.30%，反映了這5個抗寒性指標的大部分信息，說明這3個主成分起到了重要作用。根據(jù)這3個仁用杏品種的主成分值，利用公式∑kjμj(k為主成分貢獻率，μ為品種主成分值，j取值1～3)計算出3個仁用杏品種抗寒性強弱順序為優(yōu)一>白玉扁>龍王帽(見表4)，與實際生產(chǎn)中的結(jié)果一致。可見，主成分分析能較綜合地反映出仁用杏不同品種的抗寒性。

表2 仁用杏抗寒性指標的相關(guān)矩陣

表3 主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率

表4 3個仁用杏品種的主成分值

3 結(jié) 語

基于本試驗結(jié)果，可得出如下結(jié)論：低溫脅迫下，仁用杏萌芽率降低，電解質(zhì)滲出率增大，可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD和POD的酶活性都不同程度的升高，但抗寒能力不同的品種(抗寒性強弱排序為優(yōu)一>白玉扁>龍王帽)的表現(xiàn)不完全一樣；差異顯著性分析表明，利用生理指標評價仁用杏抗寒性，針對不同的檢測部位應(yīng)該選用不同的生理指標，即評價仁用杏抗寒性的生理指標為枝條的電解質(zhì)滲出率、表皮的可溶性糖和游離脯氨酸的含量、木質(zhì)部和表皮POD的酶活性；主成分分析證實，利用這些生理指標評價仁用杏品種的抗寒性，其結(jié)果與生產(chǎn)實際是一致的。

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