越冬期間庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒指標(biāo)隨氣溫的變化

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越冬期間庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒指標(biāo)隨氣溫的變化

艾克來(lái)木·艾合買(mǎi)提1，阿不來(lái)提·買(mǎi)買(mǎi)提2，巴特爾·巴克1*，阿麗騰·吐?tīng)枌O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(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊830052；2 和田地區(qū)林管站， 新疆和田848000)

以越冬期間庫(kù)爾勒香梨花芽、樹(shù)干、枝條等器官為材料，測(cè)定了不同器官形成層組織抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性、可溶性蛋白含量、相對(duì)電導(dǎo)率等抗寒指標(biāo)，同時(shí)監(jiān)測(cè)了果園氣溫和樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫度，并采用隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)不同器官抗寒性，分析越冬期氣溫對(duì)新疆庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒指標(biāo)和抗寒性的影響。結(jié)果表明：(1)在庫(kù)爾勒香梨越冬期間，不同器官同一抗寒指標(biāo)和同一器官不同抗寒指標(biāo)隨氣溫、樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫度差的變化趨勢(shì)有所不同，但總體上抗寒指標(biāo)均與氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫度差均呈正相關(guān)關(guān)系。(2)各器官形成層可溶性蛋白含量與其抗氧化酶活性呈正相關(guān)關(guān)系，SOD、CAT活性與POD活性呈正相關(guān)關(guān)系，并以CAT與POD活性相關(guān)性最強(qiáng)。(3)利用隸屬函數(shù)法綜合分析結(jié)果顯示，貢獻(xiàn)率最大的是CAT活性和可溶性蛋白含量，不同器官抗寒性強(qiáng)弱順序?yàn)榛ㄑ拷M織>樹(shù)干陰面形成層>枝條形成層>樹(shù)干陽(yáng)面形成層。研究發(fā)現(xiàn)，庫(kù)爾勒香梨各器官形成層POD和CAT活性在越冬期間較低氣溫和較強(qiáng)烈形成層溫度變化時(shí)較高，并以SOD對(duì)低溫傷害和形成層溫度變化最敏感；整個(gè)越冬期抗寒性強(qiáng)的器官表現(xiàn)出較高的可溶性蛋白含量和較低的相對(duì)電導(dǎo)率；形成層溫度變化與抗寒生理指標(biāo)變化之間具有較好的相關(guān)性，在一定范圍內(nèi)能夠反映機(jī)體受到的低溫凍害程度。

越冬期；庫(kù)爾勒香梨；器官；生理指標(biāo)；抗寒性

庫(kù)爾勒香梨是新疆梨 (PyrussinkiangensisYu.) 和西洋梨的自然雜交后代[1]，西洋梨原產(chǎn)歐洲東部到東南部，及高加索、波斯北部等地，有2 000多年的栽培歷史。香梨有降血壓、清熱鎮(zhèn)涼的作用，梨皮和梨葉、花、根均可入藥，有潤(rùn)肺、消炎、清熱、解毒等功效。庫(kù)爾勒香梨是新疆的名、優(yōu)、特色水果，栽培歷史已有1500多年。庫(kù)爾勒市香梨種植面積達(dá)2.93×104hm2(庫(kù)爾勒市香梨研究中心，2012)，成為該地區(qū)農(nóng)民增收的主要渠道。

凍害是全球果樹(shù)生產(chǎn)中一種常見(jiàn)的自然災(zāi)害[2]，低溫是果樹(shù)引種和栽培的限制因子。庫(kù)爾勒香梨為多年生果樹(shù)，凍害嚴(yán)重影響香梨在越冬期間的安全越冬及春季開(kāi)花坐果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致樹(shù)木死亡毀林，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)內(nèi)外關(guān)于果樹(shù)和植物抗寒性研究結(jié)果認(rèn)為，細(xì)胞膜膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、丙二醛、抗氧化酶[3]都可用作抗寒性的鑒定指標(biāo)。越冬初期最低氣溫、最低氣溫持續(xù)時(shí)間、太陽(yáng)輻射等氣象因子直接或者間接影響著細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能及相關(guān)生理指標(biāo)的誘導(dǎo)和合成，從而擾亂機(jī)體進(jìn)行正常低溫馴化或者抗寒鍛煉，并影響抗寒鍛煉質(zhì)量和植物抗寒性。大量研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)歷低溫馴化相比，正常經(jīng)歷低溫馴化的植物抗寒性可大幅提高[4]，低溫馴化與越冬抗寒性有緊密的聯(lián)系，植物經(jīng)過(guò)低溫馴化后，增加了細(xì)胞膜不飽和脂肪酸的含量，從而提高了細(xì)胞膜的抗凍性；同時(shí)，低溫馴化還提高植物的抗氧化能力，增加了細(xì)胞內(nèi)可溶性物質(zhì)等的含量，增強(qiáng)了抗凍能力[5]。迄今，國(guó)內(nèi)外關(guān)于抗寒鍛煉與抗寒性評(píng)價(jià)的研究主要集中在苜蓿[6]、花椒[7]、核桃[8]、扁桃[9]、檉柳[10]、石榴[11]、棗樹(shù)[12]、葡萄[13]等植物，以及果樹(shù)在人工低溫脅迫或者自然低溫狀態(tài)下某一個(gè)器官抗寒性和生理指標(biāo)變化。電解質(zhì)滲出率、半致死溫度(LT50)、隸屬函數(shù)法和主成分析法都是抗寒性鑒定常用的方法。關(guān)于在自然狀態(tài)下，庫(kù)爾勒香梨不同器官主要生理指標(biāo)變化及其氣象因子對(duì)生理指標(biāo)影響的研究相對(duì)少見(jiàn)。因此、本研究針對(duì)庫(kù)爾勒香梨越冬傷害，在自然狀態(tài)下分析不同越冬期間果樹(shù)樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層、枝條、花芽等器官和組織的SOD、CAT、POD活性，以及可溶性蛋白含量和電導(dǎo)率等指標(biāo)的變化，并利用隸屬函數(shù)進(jìn)行抗寒性綜合評(píng)價(jià)，試圖揭示越冬期氣象因子與不同器官保護(hù)酶、滲透調(diào)節(jié)物、抗寒性變化之間的關(guān)系，為減輕和補(bǔ)救凍害傷害提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)于從2014年11月至2015年4月在新疆庫(kù)爾勒市托布里其鄉(xiāng)梨園(N 41.67°，E 85.92°)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)材料為23年生、健康、長(zhǎng)勢(shì)較好的庫(kù)爾勒香梨樹(shù)。

1.2研究方法

1.2.1野外取樣和預(yù)處理于庫(kù)爾勒香梨冬眠不同階段，即從冬眠初期到次年活動(dòng)期，在香梨陽(yáng)陰面樹(shù)干形成層、一年生枝條和花芽等器官進(jìn)行采樣，分別于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31日采樣。采樣后立即用紗布和錫箔紙包裹放入液氮罐送回實(shí)驗(yàn)室，并轉(zhuǎn)入-80 ℃的低溫冰箱冷藏。取出樣品時(shí)先把樣品放在-40 ℃的低溫冰箱，自然升溫到0 ℃以后，按照要求分別測(cè)定樣品生理參數(shù)。

1.2.2生理參數(shù)的測(cè)定主要測(cè)定樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層、枝條形成層和花芽組織的超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)活性及相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量等與抗逆性相關(guān)的主要生理指標(biāo)。測(cè)定方法如下：POD 活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法參照郝再斌主編的《植物生理實(shí)驗(yàn)技術(shù)》[14]；CAT 活性的測(cè)定采用紫外吸收法，SOD 活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G- 250染色法，均參照李合生主編的《植物生理生化試驗(yàn)原理與技術(shù)》[15]；相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)儀法[16]。

1.2.3氣象因子及樹(shù)干形成層溫度監(jiān)測(cè)與預(yù)處理整個(gè)越冬期連續(xù)監(jiān)測(cè)果園離地面2 m處的空氣溫度(型號(hào)AV-ST)、太陽(yáng)輻射(型號(hào)AV-20P)、地面反射輻射(型號(hào)AV-20P)、風(fēng)速(型號(hào)AV-30WS)等氣象因子及離地面50cm高處樹(shù)干形成層(利用電偶溫度傳感器，型號(hào)AV-AT)溫度變化[17]，每15 min記錄一次數(shù)據(jù)，所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用美國(guó)Avelon公司生產(chǎn)的AR5型數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)。根據(jù)所監(jiān)測(cè)的15 min的氣象因子分別計(jì)算每小時(shí)、日值、月值等。

1.2.4抗寒性綜合評(píng)價(jià)應(yīng)用 模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法[18-20]進(jìn)行綜合評(píng)判，SOD、CAT、POD、可溶性蛋白含量采用算式為：U(Xijk) = (Xijk-Xmin)/(Xmax-Xmin) ，而相對(duì)電導(dǎo)率采用算式為U(Xijk)=1- (Xijk-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

式中，U(Xijk) 為第i個(gè)器官第j個(gè)溫度階段，第k項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，且U(Xijk) ∈[0，1]；Xijk表示第i個(gè)器官第j個(gè)溫度階段，第k個(gè)指標(biāo)測(cè)定值；Xmax、Xmin分別為所有參試種中第k項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

1.2.5數(shù)據(jù)處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS20、Excel 2013等軟件進(jìn)行分析，差異顯著性分析采用Tukey’s多重測(cè)驗(yàn)，采用Pearson 相關(guān)系數(shù)來(lái)分析相關(guān)性。

2　結(jié)果與分析

2.1香梨越冬期果園氣象因子動(dòng)態(tài)分析

香庫(kù)爾勒香梨越冬期果園實(shí)測(cè)氣象因子的分析結(jié)果表明(表1)，隨著冬眠的加深，果園氣溫日較差先下降后上升，但各月份之間的差異不大；樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫差具有先下降后上升的變化趨勢(shì)，其在12月和1月之間沒(méi)有很大的差別。 12月15日出現(xiàn)-27.51 ℃極端低溫，此日的陽(yáng)陰面形成層溫差與氣溫日較差分別為11.6 ℃和21.25 ℃。果園平均氣溫在越冬期先下降然后逐漸上升。太陽(yáng)輻射從11月至翌年2月保持逐步下降的趨勢(shì)，并以3月份太陽(yáng)輻射最強(qiáng)；地面反射輻射先上升后下降再上升，12月地面反射輻射最大，11月最小，雖然11月太陽(yáng)輻射較高，但次月果園地上被葉片覆蓋，導(dǎo)致地面反射輻射減弱。庫(kù)爾勒市區(qū)在12月份和1月份之間果園積雪量達(dá)到5～10 cm，由此可見(jiàn)地面反射輻射的上升是由雪導(dǎo)致的。

庫(kù)爾勒香梨越冬期間，果園最低溫度出現(xiàn)時(shí)間主要集中在12月和次年1月份(表2)。其中，氣溫低于-20 ℃的總?cè)諗?shù)為28 d，低于-22 ℃的有14 d，低于-24 ℃的有4 d，低于-26 ℃的只有1 d，且12月低溫出現(xiàn)較頻繁。從極端低溫持續(xù)時(shí)間來(lái)看，整個(gè)越冬期-22 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間5 h以上的日數(shù)為14 d；最低氣溫和極端低溫出現(xiàn)時(shí)間為20:00-8:00(新疆時(shí)間，當(dāng)?shù)貢r(shí)間與北京時(shí)間相差2.5 h)。本實(shí)驗(yàn)-24 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間超過(guò)5 h的日數(shù)為3 d，其中在12月16～18日-24 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間為11 h，凍害傷害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前人報(bào)道的造成中度凍害閾值[21]。

2.2庫(kù)爾勒香梨越冬期不同器官抗氧化酶隨氣溫的變化

圖1,A顯示，隨著氣溫的降低，庫(kù)爾勒香梨整個(gè)越冬期不同器官和組織SOD活性均先急劇上升，經(jīng)歷最低氣溫后下降，此后不再回升，下降后各器官SOD活性均高于越冬初期(12月2日)。與12月2日的SOD活性相比，庫(kù)爾勒香梨12月31日陽(yáng)陰面形成層、枝條、花芽的酶活性明顯上升及其間差異達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，并以陽(yáng)面形成層和花芽的差異最性大，枝條的差異性最小；與12月2日相比，庫(kù)爾勒香梨1月20日和2月11日枝條和花芽的酶活性達(dá)到顯著性差異水平。可見(jiàn)，庫(kù)爾勒香梨陽(yáng)面形成層、花芽和枝條SOD活性變化與平均氣溫、陽(yáng)陰面形成層溫差值均呈負(fù)相關(guān)，而陰面形成層酶活性變化與陽(yáng)陰面形成層溫差呈負(fù)相關(guān)。

表1　越冬期間果園實(shí)測(cè)氣象因子的變化

表2　果園實(shí)測(cè)極端低溫和極端低溫持續(xù)時(shí)間

注：極端低溫持續(xù)時(shí)間是代表極端低溫出現(xiàn)日的低溫持續(xù)時(shí)間

Note: Extreme lowest temperature duration time represents the duration time on the day extreme lowest temperature appeared

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，柱上標(biāo)有 *和** 分別表示越冬期在0.05和0.01 水平與對(duì)照(越冬初期，12月2日)存在顯著性差異；下同圖1　越冬期果園氣溫變化與庫(kù)爾勒香梨不同器官SOD、CAT和POD活性之間的關(guān)系The data are means+ SD；* and ** indicate significant differences between during and earlier (2nd December) over-wintering period at the level of 0.05 and 0.01,respectively.The same as belowFig. 1　The relation between the changes of orchard temperature and SOD,CAT and POD activities in different organs during over-wintering period

同時(shí)，越冬期庫(kù)爾勒酥梨各器官(組織)CAT 活性的變化趨勢(shì)與其SOD活性不同，表現(xiàn)出“升-降-升-降”的趨勢(shì)(圖1,B)。其中，與越冬初期(12月2日)相比，庫(kù)爾勒酥梨各器官(組織)1月20日和3月31日的CAT活性均顯著和極顯著降低，而12月31日和2月11日的CAT活性也有不同程度升高，但均未達(dá)到顯著差異水平。在經(jīng)歷最低氣溫后(12月31日)，陰面形成層CAT活性高于陽(yáng)面形成層，并以花芽CAT活性最低，但與12月2日相應(yīng)活性差異沒(méi)達(dá)到顯著水平。陽(yáng)陰面形成層、枝條和花芽CAT活性與平均氣溫、陽(yáng)陰面形成層溫度差均呈負(fù)相關(guān)，其中相關(guān)性最強(qiáng)的是陽(yáng)面形成層酶活性。

另外，越冬期庫(kù)爾勒酥梨各器官(組織)POD活性變化趨勢(shì)與以上兩種酶均有所不同，它不僅在不同采樣期各器官和組織間有明顯差異，而且還在同一個(gè)采樣期各器官和組織間也有很大的差別(圖1,C)。在經(jīng)歷最低氣溫之前的12月2日，酥梨花芽POD活性大于陽(yáng)陰面形成層和枝條的酶活性，并以陰面酶活性最??；在經(jīng)歷最低氣溫之后的12月31日，陽(yáng)陰面形成層和花芽的POD活性分別比12月2日極顯著和顯著上升，而枝條酶活性降低并不回升，且與12月2日差異達(dá)極顯著水平；在2月11日，陽(yáng)陰面形成層和花芽POD活性比12月2日分別極顯著和顯著升高，而其枝條的POD活性則比12月2日極顯著降低。

以上結(jié)果說(shuō)明越冬期庫(kù)爾香梨同一種器官或組織不同抗氧化酶酶活性與氣溫變化之間的相關(guān)性關(guān)系有所不同，不同器官或組織同一種抗氧化酶酶活性隨氣溫的變化趨勢(shì)也具有明顯的差別，但總體來(lái)說(shuō)不同器官在最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間段表現(xiàn)出整個(gè)越冬期最高的酶活性。不同器官和組織SOD活性在整個(gè)越冬期保持比對(duì)照高的酶水平，該酶在庫(kù)爾勒香梨適應(yīng)和抵抗低溫凍害起到重要的作用。

2.3越冬期庫(kù)爾勒香梨不同器官可溶性蛋白含量和相對(duì)電導(dǎo)率隨氣溫的變化

越冬期庫(kù)爾勒香梨不同器官(組織)可溶性蛋白含量變化具有“升-降-升-降”的波動(dòng)性特征，并與CAT活性具有相似的變化趨勢(shì)(圖2,A)。其中，在12月2日，酥梨花芽可溶性蛋白含量明顯較高，而枝條的含量相對(duì)較低；經(jīng)歷最低氣溫后，12月31日酥梨陽(yáng)陰面形成層、枝條、花芽可溶性蛋白含量明顯增高，且陽(yáng)面增加幅度最大，其中的陽(yáng)面形成層和花芽可溶性蛋白含量與12月2日差異均達(dá)到極顯著性差異水平，陰面形成層和枝條可溶性蛋白含量與12月2日差異均達(dá)到顯著性差異水平；另外，花芽可溶性蛋白含量在1月20日和3月31日均極顯著低于12月2日，其他取樣時(shí)間其余器官(組織)的可溶性蛋白含量均與12月2日無(wú)顯著差異。

同時(shí)，越冬期庫(kù)爾勒香梨不同器官(組織)的相對(duì)電導(dǎo)率具有先逐漸上升后下降的變化趨勢(shì)(圖2,B)，陰、陽(yáng)面形成層和枝條均在2月11日達(dá)到最大值，而花芽則在12月31日達(dá)到最大值，且整個(gè)越冬期花芽保持較低的相對(duì)電導(dǎo)率和最小的變化幅度，這可能是與花芽鱗片結(jié)構(gòu)有關(guān)。其中，在12月2日，香梨陰面形成層相對(duì)電導(dǎo)率大于陽(yáng)面，而以花芽相對(duì)電導(dǎo)率最低；經(jīng)歷最低氣溫后的12月31日，不同器官(組織)相對(duì)電導(dǎo)率明顯增大，且陽(yáng)面和花芽相對(duì)電導(dǎo)率與12月2日相比均達(dá)到極顯著性差異水平；在2月11日，陽(yáng)、陰形成層、枝條相對(duì)電導(dǎo)率比12月2日均極顯著性上升，花芽電導(dǎo)率上升幅度也達(dá)到顯著差異水平。

以上結(jié)果說(shuō)明可溶性蛋白含量、抗氧化酶活性與庫(kù)爾香梨抗寒性之間存在密切的關(guān)系，庫(kù)爾勒香梨經(jīng)歷越冬期最低氣溫后不同器官和組織表現(xiàn)出越冬期最高的酶活性和可溶性蛋白含量，可溶性蛋白不僅對(duì)抗氧化酶的合成起到重要作用，還通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)減輕低溫對(duì)細(xì)胞的傷害，因此，12月31日出現(xiàn)的低溫逆境強(qiáng)度雖然最大，但不同器官受傷害程度較低。

2.4越冬期果園氣溫與庫(kù)爾勒香梨生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

從表3可以看出，越冬期果園氣溫與庫(kù)爾勒香梨器官(組織)生理指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)，其中相關(guān)性最強(qiáng)的是相對(duì)電導(dǎo)率，最弱的是POD活性，這可能是因?yàn)镻OD活性對(duì)低溫傷害反應(yīng)比較遲鈍，而細(xì)胞膜對(duì)低溫傷害較敏感，低溫使細(xì)胞膜透性增大，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外滲，電導(dǎo)率升高的原因。同時(shí)，在庫(kù)爾勒香梨器官(組織)生理指標(biāo)之間，保護(hù)酶活性、可溶性蛋白含量與相對(duì)電導(dǎo)率分別呈正相關(guān)，這可能是細(xì)胞受到傷害時(shí)保護(hù)酶和可溶性蛋白通過(guò)升高活性和含量來(lái)降低低溫有害作用的原因；各保護(hù)酶活性間相互呈正相關(guān)，其中CAT與POD活性相關(guān)性最強(qiáng)，這可能是這三種指標(biāo)協(xié)同降低或解除低溫傷害的原因。另外，形成層溫度變化可以直接反映誘導(dǎo)和刺激抗寒性指標(biāo)合成的溫度逆境和融凍交替幅度，香梨陽(yáng)陰面形成層溫度差與所有抗寒性指標(biāo)均呈正相關(guān)，其中與SOD、CAT活性和可溶性蛋白含量之間的相關(guān)性最好，這可能是因?yàn)镾OD活性對(duì)形成層溫度變化最先發(fā)出反應(yīng)，而CAT活性和可溶性蛋白在較強(qiáng)烈的形成層溫度變化的條件下才表現(xiàn)出較高酶活性和較高含量。

圖2　越冬期果園氣溫變化和不同器官可溶性蛋白含量和相對(duì)電導(dǎo)率之間的關(guān)系Fig. 2　The relation between the changes of orchard air temperature and soluble protein content and relative conductivity in different organs during over-wintering period

指標(biāo)Index氣溫Airtemperature陽(yáng)陰面形成層溫度差CambiumtemperaturedifferenceSODCATPOD可溶性蛋白Solubleprotein電導(dǎo)率Relativeconductivity氣溫Airtemperature1-0.88-0.58-0.53-0.44-0.48-0.76陽(yáng)陰面形成層溫度差Cambiumtemperaturedifference10.600.670.120.570.38SOD10.480.330.880.25CAT10.500.800.32POD10.490.81可溶性蛋白Solubleprotein10.71電導(dǎo)率Relativeconductivity1

注：* 和 ** 分別表示在0.05和0.01水平上顯著，

Note: * and ** indicate significant differences at the level of 0.05 and 0.01, respectively

2.5庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒性的生理評(píng)價(jià)

參照前人[19]研究的方法，結(jié)合大田實(shí)際情況，按照平均隸屬度將抗寒性分為3級(jí)。Ⅰ級(jí)，平均隸屬度為0.60～ 1. 00，為高抗寒品種；Ⅱ級(jí)，平均隸屬度為0. 30 ～ 0. 59，為中抗寒品種；Ⅲ級(jí)，平均隸屬度為0 ～0.29，為低抗寒品種。依據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)和表4可知，庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒性表現(xiàn)為花芽>陰面形成層>枝條形成層>陽(yáng)面形成層，這均與它們的生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果和實(shí)際的受凍害情況吻合。說(shuō)明隸屬函數(shù)法能較好地評(píng)價(jià)庫(kù)爾香梨不同器官的抗寒性。

表4　不同器官(組織)抗寒性的綜合評(píng)價(jià)

雖然不同器官抗寒性有差別，但總體上都屬于中抗寒性，由此可以斷定庫(kù)爾勒香梨屬于中抗寒性品種。不同器官(組織)中，花芽抗寒性最強(qiáng)，這除了生理指標(biāo)外，還可能與花芽的鱗片結(jié)構(gòu)有關(guān)；陽(yáng)面形成層抗寒性最弱，這可能是因?yàn)殛?yáng)面形成層受到融凍交替機(jī)械傷害程度比其他器官(組織)高，遭到細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷，電解質(zhì)外滲，代謝活動(dòng)絮亂，致使其抗寒性降低。

3　討　論

低溫脅迫條件下，細(xì)胞中SOD、CAT、POD活性、可溶性蛋白含量、相對(duì)電導(dǎo)率與庫(kù)爾勒香梨不同器官抗寒性有密切的關(guān)系，它們?cè)谝欢l件下反映不同器官抗寒性的強(qiáng)弱，不同器官對(duì)低溫脅迫的敏感性和抗寒性有所差別。

本研究表明，經(jīng)歷2014年最低氣溫后，庫(kù)爾勒香梨不同器官SOD活性急劇上升，并上升到整個(gè)越冬期的最高水平，此后下降不回升并且保持較小的變化幅度，這結(jié)果與前人在麻黃[22]、核桃[23]、石榴[11]上的研究結(jié)果類似。低溫脅迫條件下形成的多余活性氧自由基誘導(dǎo)SOD活性的上升，本研究中出現(xiàn)超過(guò)造成中度凍害閾值的極端低溫和極端低溫出現(xiàn)時(shí)間，造成大量活性氧自由基產(chǎn)生和累積，打破了SOD解除活性氧自由基傷害作用的動(dòng)態(tài)平衡，引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷，細(xì)胞膜滲透性增大，導(dǎo)致大量電解質(zhì)外滲，相對(duì)電導(dǎo)率增大，細(xì)胞喪失結(jié)構(gòu)和功能上的整體性，影響SOD誘導(dǎo)合成，從而引起低溫脅迫后SOD活性降低而沒(méi)有上升。這表明對(duì)低溫造成細(xì)胞尤其是細(xì)胞膜傷害最敏感的保護(hù)酶是SOD，由于SOD是一種誘導(dǎo)酶[24]，在連續(xù)出現(xiàn)的強(qiáng)烈脅迫條件下，不能表現(xiàn)出高活性。

同期CAT 活性的變化趨勢(shì)具有波動(dòng)性與SOD不同，最低氣溫出現(xiàn)后先上升后降低再上升又降低，不同器官之間酶活性差別不大。在低溫脅迫條件下，CAT和SOD協(xié)同解除活性氧自由基對(duì)細(xì)胞的傷害。在本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，從12月15日至翌年1月初連續(xù)出現(xiàn)本年極端低溫，它引起CAT活性上升，但連續(xù)低溫逆境必定會(huì)損傷細(xì)胞膜；此外從1月10日隨著氣溫逐步上升，樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫差升高，融凍交替對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞組織機(jī)械傷害作用增大，進(jìn)一步加重細(xì)胞膜傷害程度，可能導(dǎo)致其CAT活性降低；2月11日，在SOD酶活性較低，整個(gè)越冬期電解質(zhì)外滲量最高的情況下，CAT表現(xiàn)出高的酶活性。這證明在較大電解質(zhì)外滲的情況下，CAT表現(xiàn)出高的酶活性，有利于解除過(guò)氧化氫對(duì)細(xì)胞的進(jìn)一步傷害。

同期POD活性變化趨勢(shì)與CAT基本相似，具有波動(dòng)性，但不同器官之間有很大的差別，陽(yáng)面形成層、花芽組織、陰面形成層與枝條形成層之間的差異達(dá)到極顯著性水平。整個(gè)越冬期花芽一直保持高的保護(hù)酶活性，而枝條形成層保持很低的保護(hù)酶活性，陽(yáng)面形成層保護(hù)酶活性變化幅度最大。總體上，庫(kù)爾勒香梨越冬期的最高保護(hù)酶活性出現(xiàn)在2月份，這與高福元等的“SOD活性的最高值出現(xiàn)在12～1月份，POD活性最高值為2月份”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似[25]。12月中旬至1月初，經(jīng)歷最低氣溫后陽(yáng)面形成層和花芽組織保護(hù)酶活性先升高后降低，且陽(yáng)面形成層升高幅度比花芽組織大，這可能是因?yàn)闃?shù)干陽(yáng)面受到的融凍交替機(jī)械傷害作用比其他器官大，逆境脅迫程度高，導(dǎo)致形成層酶活性下降幅度大于花芽，這與田景華等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似[26]。

另外，本實(shí)驗(yàn)中庫(kù)爾勒香梨越冬期組織保護(hù)酶活性與其相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)，這可能如Zhang和Kirkham 所述[27]的保護(hù)酶，尤其是POD就像一把“雙刃劍”, 在低溫脅迫初期表現(xiàn)為保護(hù)效應(yīng)，亦可在低溫脅迫后期表現(xiàn)為傷害效應(yīng)，參與活性氧的生成的原因。同時(shí)，組織可溶性蛋白含量與CAT活性具有相同的變化趨勢(shì)，且不同器官之間的差異大，并以花芽組織可溶性蛋白含量最高，枝條形成層最低，陽(yáng)面形成層可溶性蛋白含量變化幅度最大，在低溫逆境脅迫最強(qiáng)烈時(shí)出現(xiàn)最大值。本實(shí)驗(yàn)可溶性蛋白含量與相對(duì)電導(dǎo)率呈負(fù)相關(guān)，相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物抗性強(qiáng)弱快捷和準(zhǔn)確的方法，香梨花芽組織2月份可溶性蛋白含量大而相對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率低，這進(jìn)一步說(shuō)明可溶性蛋白含量高的器官抗寒性強(qiáng)，它在增強(qiáng)機(jī)體抗寒性及其減輕逆境傷害起很重要的作用。

值得一提的是，本實(shí)驗(yàn)越冬期間除了氣溫、太陽(yáng)輻射、氣溫日較差等氣象因子外，還將氣象因子變化與樹(shù)木本身生物和物理特性共同決定的樹(shù)干陽(yáng)陰面形成層溫度差列為庫(kù)爾勒香梨抗寒性指標(biāo)的影響因子，形成層溫度變化與生理指標(biāo)變化之間具有較好的相關(guān)性，在一定范圍內(nèi)能夠反映機(jī)體受到的低溫凍害程度。

4　結(jié)　論

越冬期庫(kù)爾勒香梨組織SOD活性是對(duì)低溫和低溫傷害最敏感的保護(hù)酶；在細(xì)胞膜受到傷害，電解質(zhì)大量外滲的情況下，仍然能表現(xiàn)出較高酶活性的保護(hù)酶是CAT和POD；越冬期不同器官CAT活性差別不大，而POD活性差別達(dá)到極顯著性差異水平。果園氣溫與香梨抗寒性呈正相關(guān)，而形成層溫度變化幅度與抗寒性指標(biāo)均呈正相關(guān)，其中相關(guān)性較好的是SOD、CAT活性和可溶性蛋白含量。越冬期間香梨不同器官相對(duì)電導(dǎo)率均于2月份達(dá)到最高值，并以陽(yáng)面形成層變化幅度最大，花芽組織變化最?。豢购詮?qiáng)的器官可溶性蛋白含量高，相對(duì)電導(dǎo)率低。庫(kù)爾勒香梨越冬期不同器官抗寒性強(qiáng)弱順序表現(xiàn)為花芽組織>樹(shù)干陰面形成層>枝條形成層>樹(shù)干陽(yáng)面形成層，總體來(lái)說(shuō)，庫(kù)爾勒香梨屬于中等抗寒性品種。

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(編輯:裴阿衛(wèi))

Changes of Cold Hardiness Indexes of Korla Fragrant Pear’s Different Organs with Air Temperature during Over-wintering Period AKREM Ahmet1, ABLET Mamat2,BATUR Bake1*,ALTUN Tursunhali1,

SAJIDA Abdukarim1，ZULKIYE Manaf1

(1 College of Grassland and Environmental Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052，China; 2 Forest Management Station, Hotan Prefecture, Hotan,Xinjiang 848000,China)

During over wintering period, with the flower bud, trunk cambium and branch as material, we determined the cold hardiness indexes, antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, POD), soluble protein content and relative conductivity, of different organs and tissues, simultaneously monitored the orchard air temperature and trunk cambium temperature, evaluated the cold resistance of different organs by using membership function method, analyzed the effect of air temperature on cold hardiness indexes and cold resistance of Xinjiang Korla fragrant pear’s different organs. Results showed that: (1) There was a difference between the changing trend of different organs same cold hardiness indexes and the same organ different cold hardiness indexes with the changes of air temperature, but generally the air temperature and cold hardiness indexes were negatively correlated; the cambium temperature difference and cold hardiness indexes were positively correlated. (2) Soluble protein content and cold hardiness indexes were positively correlated; SOD,CAT and POD activities are positively correlated, among them CAT and POD had relatively good correlation level. (3) While comprehensively evaluated the cold hardiness of different organs by using subordination function method CAT activity and soluble protein content had the biggest contribution. The cold hardiness sequence of different organs was flower bud> north-unexposed cambium >branch> south-exposed cambium. It was found that the POD and CAT activities expressed relatively high under the condition of relatively low temperature and intensively cambium temperature changes, SOD was the most sensitive protective enzyme to cambium temperature changes and freezing injury; during whole winter, the organ with the strong cold resistance contained relatively higher soluble protein content and lower relative conductivity; there was relatively well correlation between the changes of cambium temperature and cold hardiness indexes. Under certain condition it can indicate the certain organism cold tolerance.

over-wintering period, Korla fragrant pear, organ, physiological indexes, cold tolerance

1000-4025(2016)07-1408-09

10.7606/j.issn.1000-4025.2016.07.1408

2016-02-01;修改稿收到日期:2016-06-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(31260289);新疆維吾爾自治區(qū)土壤學(xué)重點(diǎn)學(xué)科

艾克來(lái)木·艾合買(mǎi)提(1990-)，男，維吾爾族，在讀碩士研究生，主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境研究。E-mail: akeram27@163.com

巴特爾·巴克，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事干旱區(qū)生態(tài)與環(huán)境研究。 E-mail: bateerbake@163.com

Q945.79

A