低溫鍛煉期光周期對(duì)篤斯越橘脂肪酸和碳水化合物含量的影響

烏鳳章

低溫鍛煉期光周期對(duì)篤斯越橘脂肪酸和碳水化合物含量的影響

烏鳳章

（大連大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院，遼寧大連116622）

利用氣質(zhì)聯(lián)用法和高效液相色譜法研究低溫鍛煉期不同光周期處理對(duì)篤斯越橘（Vaccinium uligiuosum L.）枝條脂肪酸和碳水化合物含量影響，探究抗凍性與脂肪酸和碳水化合物含量關(guān)系，闡明抗凍性形成生理生態(tài)機(jī)制。文章以3年生篤斯越橘苗為材料，將苗木分別置于4℃低溫下短日照（10 h）和長(zhǎng)日照（14 h）人工環(huán)境，處理21 d后測(cè)定枝條相對(duì)電導(dǎo)率、脂肪酸、可溶性糖及淀粉含量。結(jié)果表明，低溫和短日照共同作用顯著降低飽和脂肪酸含量，提高總不飽和脂肪酸比例和脂肪酸不飽和度。硬脂酸含量和脂肪酸不飽和度與抗凍性有關(guān)。低溫鍛煉期蔗糖、葡萄糖、果糖和總可溶性糖含量顯著提高，主要與低溫誘導(dǎo)作用有關(guān)，受光周期影響較小。低溫鍛煉期短日照處理對(duì)淀粉積累誘導(dǎo)作用顯著高于長(zhǎng)日照。低溫鍛煉期溫度對(duì)篤斯越橘抗凍性起主要作用；短光周期可提高低溫鍛煉效果，主要與脂肪酸不飽和度提高及淀粉含量增加有關(guān)。研究揭示篤斯越橘抗凍性形成的生理生態(tài)機(jī)制，為越橘屬植物抗寒栽培、種質(zhì)篩選和新品種培育提供理論依據(jù)。

篤斯越橘；低溫鍛煉；脂肪酸；碳水化合物；抗凍性

低溫是主要非生物脅迫因子，限制植物生產(chǎn)率和地理分布。絕大多數(shù)溫帶植物通過(guò)低溫鍛煉獲得對(duì)極端低溫氣候適應(yīng)能力。木本植物一般對(duì)光周期高度敏感。通過(guò)縮短光周期和降溫可提高植物抗凍性[1]，如短日照和低溫對(duì)垂枝樺低溫鍛煉具有加性效應(yīng)，可提高其抗凍性[2]。但Erwin等發(fā)現(xiàn)歐洲赤松、樟子松抗凍性分別由短日照和低溫獨(dú)立誘導(dǎo)，不具有加性效應(yīng)[3-4]；紅樹(shù)莓和楸樹(shù)低溫鍛煉則不受光周期而受低溫影響[5-6]。光周期與低溫對(duì)多年生木本植物低溫鍛煉誘導(dǎo)作用存在種間特異性。此外，生長(zhǎng)在不同緯度及小環(huán)境下同種植物個(gè)體對(duì)光周期響應(yīng)也存在差異性，形成不同抗凍性生態(tài)型[7-8]。

木本植物低溫鍛煉過(guò)程復(fù)雜，涉及多種生理生化過(guò)程。植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與植物抗凍性密切相關(guān)。植物遭受低溫脅迫時(shí)，生物膜系統(tǒng)最先受到傷害。植物抗凍性與膜脂組分和結(jié)構(gòu)有關(guān)[9]。John等研究表明，不飽和脂肪酸含量隨溫度降低而增加；隨不飽和脂肪酸積累，植株抗凍性不斷增強(qiáng)[10]。植物暴露于低溫條件導(dǎo)致碳水化合物積累[11]。可溶性糖在低溫脅迫解除后可作為直接能源，也可作為穩(wěn)定細(xì)胞膜滲透保護(hù)劑并保持膨壓[12]。蔗糖、葡萄糖和果糖在低溫鍛煉初期含量顯著提高，而棉子糖家族寡糖（棉子糖和水蘇糖）與幾種木本植物低溫鍛煉后期及季節(jié)性抗寒性相關(guān)[13]。

篤斯越橘主要分布在我國(guó)長(zhǎng)白山及大小興安嶺，其果實(shí)較高叢越橘含抗氧化成分更高[14]，且抗凍性極強(qiáng)，可達(dá)-35℃。因此作為野生植物資源和越橘屬植物遺傳改良重要親本材料受到重視，但其抗凍生理及分子機(jī)制尚不清楚。低溫鍛煉期光周期對(duì)篤斯越橘枝條脂肪酸組成和含量以及碳水化合物含量影響，其變化情況與抗凍性形成關(guān)系尚不清晰。通常光周期作用部位是植物葉片，可誘導(dǎo)其他器官如花芽、枝條代謝。因此，本文以3年生篤斯越橘為材料，采用氣質(zhì)聯(lián)用和高效液相色譜方法測(cè)定、分析低溫鍛煉期不同光周期處理21 d后幼苗枝條脂肪酸、碳水化合物含量及組成，以期闡明低溫鍛煉期光周期誘導(dǎo)抗凍性形成生理機(jī)制，為越橘屬植物栽培和抗凍育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

篤斯越橘苗來(lái)自黑龍江省黑河市嫩江縣多寶山鎮(zhèn)，苗齡3年，苗平均高40 cm。

預(yù)處理：選取生長(zhǎng)良好且規(guī)格相對(duì)一致的100株篤斯越橘苗，栽植在營(yíng)養(yǎng)缽（高16 cm、上口徑16 cm，栽培基質(zhì)為草炭土）中。2016年9月10日將苗木置于人工氣候室（PQX-1000 C，寧波東南儀器制造廠）預(yù)處理。處理溫度23℃，光照強(qiáng)度180 μmol·（m2·s）-1，光周期10 h/14 h（晝/夜），空氣濕度75%/65%（晝/夜）。預(yù)處理21 d后，分別取9株苗木當(dāng)年生枝條（不帶花芽及葉片），每3株混合取樣，3次重復(fù)，測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)，所得數(shù)值為對(duì)照（CK）。

低溫下不同光周期處理：分為低溫下短日照與低溫下長(zhǎng)日照處理。將苗木分置于2個(gè)人工氣候室，溫度4℃，光照強(qiáng)度180 μmol·（m2·s）-1，空氣濕度為75%/65%（晝/夜），光周期分別為10 h/14 h（晝/夜）和14 h/10 h（晝/夜）。預(yù)處理溫度以每小時(shí)下降2℃降至處理溫度。處理期間，適時(shí)澆水，使栽培基質(zhì)保持濕潤(rùn)。在低溫下不同光周期處理21 d后，取樣，每個(gè)處理3次重復(fù)，測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。所有用于脂肪酸和可溶性糖測(cè)定的樣品經(jīng)液氮迅速冷凍后，于-80℃超低溫冰箱保存。

1.2 方法

1.2.1 相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定

首先用清水沖洗樣品去除表面污染物，再用去離子水沖洗3次，吸干表面水分，封口塑料袋分裝后分別置于低溫冰箱中低溫處理。共設(shè)置3個(gè)低溫處理組：-15℃、-20℃和-25℃。每小時(shí)降溫4℃，到達(dá)設(shè)定溫度后保持24h，取出放入4℃冷藏室解凍24h。參考高俊鳳方法，測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率[15]。

1.2.2 脂肪酸含量測(cè)定

脂肪酸組成和含量由蘇州帕諾米克生物科技有限公司代測(cè)。

樣品預(yù)處理（甲酯化）：準(zhǔn)確稱取枝條100 mg，加入1 mL氯仿甲醇溶液，1%的硫酸-甲醇溶液2 mL，80℃水浴，甲酯化0.5 h，再加1 mL正己烷萃取，5 mL純水洗滌，吸取上清液500 μL，加內(nèi)標(biāo)25 μL（500 ppm水楊酸甲酯），振蕩后進(jìn)樣。

GC/MS檢測(cè)程序：使用Agilent 7890A/5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀（安捷倫，美國(guó)）測(cè)定。

色譜條件：色譜柱agilent DB-WAX毛細(xì)管柱（30 mm×0.25 mm ID，0.25 μm）；分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，分流比10：1。進(jìn)樣口溫度280℃，離子源溫度230℃；傳輸線溫度250℃。程序升溫起始溫度50℃；保持3 min，每分鐘升高10℃直至220℃，保持20 min。載氣為氦氣，載氣流速1.0 L·min-1。以Sigma Supelco 37種脂肪酸甲酯混標(biāo)溶液作為外標(biāo)，作脂肪酸定量計(jì)算。

MS條件：電子轟擊電離（EI）源，SIM掃描模塊式，電子能量70 eV。

樣品分析：根據(jù)上述樣品前處理及分析方法，對(duì)各樣品作脂肪酸檢測(cè)分析，使用MSD ChemStation計(jì)算各樣本檢測(cè)濃度，最終根據(jù)稱樣量折算脂肪酸實(shí)際含量。

本試驗(yàn)中總飽和脂肪酸含量（SFA）和總不飽和脂肪酸含量（USFA）分別指測(cè)定得到的飽和脂肪酸含量和不飽和脂肪酸含量總和。

脂肪酸不飽和指數(shù)（IUFA）=C18：1+C18：2×+ C18：3N6×3+C18：N3×3+C20：1+C20：4×4+C20：3× 3+C20：5×5+C22：1。

1.2.3 可溶性糖及淀粉含量測(cè)定

可溶性糖提取方法：稱取枝條樣品0.5 g，放入研缽中，加入1 mL預(yù)冷提取液，冰浴勻漿后，轉(zhuǎn)移至2 mL離心管中，冰浴超聲15 min，4℃下8 000 g離心10 min，取上清，定容，用針頭式過(guò)濾器過(guò)濾于具有內(nèi)襯管樣品瓶?jī)?nèi)待測(cè)。

HPLC液相條件：Rigol L3000高效液相色譜儀，Kromasil C18反相色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），配制流動(dòng)相。進(jìn)樣量10 μL，流速0.6 mL·min-1，柱溫80℃，走樣時(shí)間30 min。

蔗糖、葡萄糖和果糖標(biāo)準(zhǔn)品由美國(guó)Sigma公司提供。以標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)品峰面積為縱坐標(biāo)，繪制峰面積-質(zhì)量濃度工作曲線。每個(gè)濃度重復(fù)3次。采用外標(biāo)法，通過(guò)糖標(biāo)準(zhǔn)品保留時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)曲線確定蔗糖、葡萄糖和果糖含量。

本試驗(yàn)中總可溶性糖含量指以上幾種糖總和。淀粉含量采用硫酸-蒽酮比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)作差異顯著性分析與多重比較、簡(jiǎn)單相關(guān)分析，用Excel 2010繪制數(shù)據(jù)圖表。文中相關(guān)分析中相對(duì)電導(dǎo)率為枝條經(jīng)-25℃處理后數(shù)據(jù)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期對(duì)不同低溫處理后枝條相對(duì)電導(dǎo)率影響

由表1可知，低溫鍛煉期不同光周期處理21 d篤斯越橘枝條在不同低溫處理后，相對(duì)電導(dǎo)率顯著均低于對(duì)照（P＜0.05）；短日照處理相對(duì)電導(dǎo)率低于長(zhǎng)日照，且-20℃處理前顯著低于處理后。此外，隨著處理溫度降低，各處理枝條相對(duì)電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)，與-15℃脅迫處理相比，-20℃脅迫處理后緩慢增加；-25℃脅迫處理后，短日照以及長(zhǎng)日照處理后相對(duì)電導(dǎo)率較-20℃分別顯著增加110.29%和108.76%（P＜0.05），接近半致死溫度。表明低溫鍛煉降低枝條細(xì)胞膜相對(duì)電導(dǎo)率，提高抗凍性。低溫在誘導(dǎo)抗凍性形成中起主要作用，短日照處理增強(qiáng)低溫鍛煉效果。

2.2 低溫和光周期對(duì)枝條脂肪酸組分及含量影響

2.2.1 脂肪酸組分含量變化

通過(guò)GC/MS技術(shù)檢測(cè)低溫鍛煉前后篤斯越橘枝條中脂肪酸組分共有24種（見(jiàn)表2）。其中飽和脂肪酸（SFA）15種，占脂肪酸總量73.65%～77.95%，主要為棕櫚酸、硬酯酸、花生酸、山崳酸、二十四烷酸和肉豆蔻酸，其中棕櫚酸和硬酯酸含量分別占總脂肪酸37.25%～39.00%和27.73%～31.18%。不飽和脂肪酸（USFA）9種，占脂肪酸總量22.15%～26.35%，主要為亞麻酸、亞油酸和油酸，分別占總脂肪酸10.99%～12.92%、7.53%～9.71%和1.99～ 2.97%。其他組分含量不等且變化趨勢(shì)不同，其協(xié)同作用引起飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸總量變化。

表1 光周期對(duì)篤斯越橘枝條相對(duì)電導(dǎo)率影響Table 1 Effect of photoperiod on the relative electric conductivity(REC)in shoot of Vaccinium uligiuosum L.

與對(duì)照相比，低溫鍛煉期不同光周期處理后總飽和脂肪酸含量呈下降趨勢(shì)，短日照比對(duì)照處理顯著降低16.33%，而長(zhǎng)日照比對(duì)照處理降低7.79%。短日照處理后，棕櫚酸和硬酯酸含量顯著低于對(duì)照（P＜0.05），而長(zhǎng)日照處理后與對(duì)照差異不顯著；低溫鍛煉后花生酸含量變化不顯著；長(zhǎng)日照處理后山崳酸和二十四烷酸含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05），而在短日照處理后與對(duì)照差異不顯著；不同光周期處理下肉豆蔻酸含量與對(duì)照差異不顯著。表明低溫鍛煉期不同光周期處理下飽和脂肪酸含量變化趨勢(shì)不同，但短光周期處理顯著降低總飽和脂肪酸含量，而長(zhǎng)光周期處理對(duì)總飽和脂肪酸合成無(wú)顯著影響。

與對(duì)照相比，低溫下不同光周期處理后亞麻酸含量均增加，但與對(duì)照差異不顯著；低溫下長(zhǎng)日照處理后，亞油酸含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05），而短日照處理后與對(duì)照差異不顯著；在兩種光周期處理下油酸含量均減少，但與對(duì)照相比差異不顯著；總不飽和脂肪酸含量增加不顯著。但總不飽和脂肪酸含量占總脂肪酸含量比例即相對(duì)含量在短日照處理后顯著提高18.96%；長(zhǎng)日照處理后提高16.63%，與對(duì)照相比差異不顯著，說(shuō)明低溫下光周期處理對(duì)總不飽和脂肪酸含量影響較小，但短光周期處理顯著提高總不飽和脂肪酸比例。

2.2.2 脂肪酸相關(guān)指標(biāo)分析

由表3可知，在低溫下不同日照條件處理后，IUFA相比對(duì)照有所增加，分別提高5.60%和11.63%，但差異不顯著，說(shuō)明低溫下光周期對(duì)IUFA影響較小。在低溫下不同光周期處理后USFA/SFA分別比對(duì)照提高28.57%和21.43%，方差分析表明前者顯著高于對(duì)照（P＜0.05），而后者與對(duì)照無(wú)顯著差異。這說(shuō)明低溫下短日照處理對(duì)USFA/SFA影響大于長(zhǎng)日照。低溫不同光周期處理下，C18：3/（C18：1+C18：2）和C18：3/（C18：1+C18：2+C18：3）與對(duì)照無(wú)顯著差異；C18：2/（C18：1+C18：2+C18：3）不同程度提高，其中長(zhǎng)光周期處理顯著高于對(duì)照，而短光周期處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。說(shuō)明低溫鍛煉期光周期對(duì)亞麻酸合成無(wú)影響；長(zhǎng)光周期處理比短光周期處理對(duì)亞油酸合成影響較大。

2.3 低溫下不同光周期與枝條抗凍性的關(guān)系

2.3.1 脂肪酸指標(biāo)之間關(guān)系

由表4可知，C18：1與C18：3/（C18：1+C18：2）呈顯著負(fù)相關(guān),與C18：3/（C18：1+C18：2+C18：3）呈極顯著負(fù)相關(guān)。C18：2與C18：3和C18：2/（C18:1+ C18：2+C18：3）呈顯著正相關(guān)。IUFA與C18：2和C18：3呈極顯著正相關(guān)。C18：3/（C18：1+C18：2）與C18：3/（C18：1+C18：2+C18：3）呈極顯著正相關(guān)。這說(shuō)明C18：1、C18：2、C18：3、C18：3/（C18：1+C18：2+C18：3）、C18：3/（C18：1+C18：2）以及IUFA可共同反映低溫鍛煉后細(xì)胞膜穩(wěn)定性變化情況。

2.3.2 脂肪酸指標(biāo)與相對(duì)電導(dǎo)率之間關(guān)系

考慮到-25℃處理后相對(duì)電導(dǎo)率接近50%（半致死溫度），更能反映抗凍性強(qiáng)弱，所以采用該組數(shù)據(jù)作相關(guān)分析。由表4可知，相對(duì)電導(dǎo)率與USFA/SFA均呈顯著負(fù)相關(guān)；硬脂酸與相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)。低溫下不同光周期處理誘導(dǎo)棕櫚酸、硬脂酸、花生酸及總飽和脂肪酸含量降低，亞麻酸、亞油酸以及總不飽和脂肪酸含量增加，USFA/SFA值升高，導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率降低，表明低溫下不同光周期通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸組分含量變化而維持膜穩(wěn)定，提高抗凍性。

表2 低溫鍛煉期不同光周期處理下篤斯越橘枝條中脂肪酸組分及含量Table 2 Fatty acid components and contents in shoot of Vaccinium uligiuosum L.under different photoperiod during cold acclimation

2.4 低溫和光周期處理對(duì)枝條碳水化合物含量影響

由表5可知，在低溫2種光周期處理下，篤斯越橘枝條蔗糖含量顯著高于其他2種可溶性糖含量；總可溶性糖含量以及蔗糖、葡萄糖和果糖含量均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），但2種光周期處理之間差異不顯著。表明碳水化合物含量主要由低溫誘導(dǎo)提高。低溫不同光周期處理下淀粉含量及總糖/淀粉顯著高于對(duì)照（P＜0.05），而且低溫短日照處理淀粉含量顯著高于低溫長(zhǎng)日照處理（P＜0.05），低溫下短日照處理總糖/淀粉顯著低于低溫下長(zhǎng)日照處理（P＜0.05），表明低溫短日照處理更有利于淀粉積累。

表3 低溫鍛煉期不同光周期處理下篤斯越橘枝條中主要不飽和脂肪酸相關(guān)指標(biāo)分析Table 3 Analysis on index related to major unsaturated fatty acids in branch of Vaccinium uligiuosum L.under different photoperiod during cold acclimation

表4 不同光周期處理下篤斯越橘枝條中脂肪酸指標(biāo)間及其與相對(duì)電導(dǎo)率的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients of fatty acid indexes and REC under different photoperiod

表5 低溫鍛煉期光周期對(duì)篤斯越橘枝條碳水化合物含量影響Table 5 Content of carbohydrate in shoot of Vaccinium uligiuosum L.under different photoperiod during cold acclimation(mg·g-1FW)

2.5 碳水化合物含量與相對(duì)電導(dǎo)率相關(guān)性

由表6可知，篤斯越橘枝條蔗糖、葡萄糖、果糖和總可溶性糖含量及總糖/淀粉與相對(duì)電導(dǎo)率之間呈極顯著性負(fù)相關(guān),淀粉含量與相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)。表明低溫下不同光周期處理可誘導(dǎo)可溶性糖及淀粉大量合成，其含量與抗凍性關(guān)系密切。

表6 低溫鍛煉期光周期處理下篤斯越橘枝條中碳水化合物與相對(duì)電導(dǎo)率相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients of fatty acid indexes and REC under different photoperiod during cold acclimation

3 討論

3.1 低溫和光周期對(duì)抗凍性形成的影響

低溫鍛煉與溫帶地區(qū)落葉木本植物抗凍性密切相關(guān)。通過(guò)低溫和短日照共同作用對(duì)植物生理、代謝和轉(zhuǎn)錄水平產(chǎn)生影響，增加木本植物抗凍性。轉(zhuǎn)基因雜種白楊由短日照和低溫獨(dú)立誘導(dǎo)抗凍性形成，光敏色素A（PHY A）參與光周期感知[16]；蘋果、梨等光周期不敏感薔薇科植物低溫鍛煉僅與低溫有關(guān)，與光周期無(wú)關(guān)[17]。本研究中，低溫不同光周期處理均提高枝條抗凍性，低溫短日照處理抗凍性強(qiáng)于長(zhǎng)日照，表明低溫在篤斯越橘抗凍性形成中起主要誘導(dǎo)作用，短光周期增強(qiáng)低溫誘導(dǎo)效果。植物低溫鍛煉通常由CBF依賴或CBF獨(dú)立途徑介導(dǎo)，其中CBF依賴途徑在調(diào)節(jié)低溫度鍛煉中起主要作用[18]。光周期對(duì)CBF基因表達(dá)至關(guān)重要。長(zhǎng)日照條件下草本植物擬南芥CBF基因表達(dá)受到抑制，而短日照下抑制解除，誘導(dǎo)CBF基因表達(dá)和低溫鍛煉，提高植株抗凍性[19]。木本植物篤斯越橘低溫鍛煉是否由光周期控制CBF依賴途徑介導(dǎo)尚不清楚，需進(jìn)一步研究探討。

3.2 低溫下光周期對(duì)枝條脂肪酸組分及含量影響

在低溫鍛煉過(guò)程中，膜脂脂肪酸含量及比例對(duì)膜穩(wěn)定性有重要影響。細(xì)胞膜參與代謝和營(yíng)養(yǎng)成分交換[20]。細(xì)胞膜向植物傳送環(huán)境刺激信號(hào)，在調(diào)節(jié)植物細(xì)胞運(yùn)輸和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用[21]。李志輝等發(fā)現(xiàn)桉樹(shù)、龍眼葉片脂肪酸主要組成基本相同，且亞麻酸、棕櫚酸和亞油酸含量較高[22-23]。本試驗(yàn)中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)篤斯越橘枝條中存在24種脂肪酸，主要含量依次為棕櫚酸＞硬脂酸＞亞麻酸＞亞油酸＞油酸＞花生酸＞山崳酸＞二十四烷酸＞肉豆蔻酸，與茶樹(shù)葉片中亞麻酸＞棕櫚酸＞亞油酸＞油酸＞硬脂酸＞棕櫚油酸研究結(jié)果不同[24]；此外本試驗(yàn)鑒定到脂肪酸數(shù)量更多，可能與物種、植物器官以及鑒定方法不同有關(guān)。本試驗(yàn)利用基于氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)代謝組學(xué)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)到低溫鍛煉過(guò)程脂肪酸種類、含量變化，可準(zhǔn)確、高效揭示植物組織脂肪酸對(duì)低溫及光周期因子復(fù)雜響應(yīng)。

脂肪酸不飽和度增加是生物體對(duì)氣溫下降普遍反應(yīng)，與抗凍性密切相關(guān)。耐凍植物含有高比例不飽和脂肪酸。高寒山區(qū)牧草、苜蓿研究發(fā)現(xiàn)低溫可改變膜脂脂肪酸組成比例，誘導(dǎo)不飽和脂肪酸相對(duì)含量提高，增加亞油酸、亞麻酸等相對(duì)含量[25-26]。本試驗(yàn)中,低溫下短光周期處理顯著降低硬脂酸、棕櫚酸及總飽和脂肪酸含量和比例，顯著提高總不飽和脂肪酸比例和脂肪酸不飽和度，而長(zhǎng)光周期處理對(duì)其影響較小，表明短光周期與低溫共同作用通過(guò)調(diào)整膜脂肪酸組分含量和比例，改善膜流動(dòng)性，提高抗凍性，與胡茲苓等對(duì)楊樹(shù)研究結(jié)果一致[27]。此外，在本試驗(yàn)中，低溫鍛煉后山萮酸含量增加，因其作為表皮蠟質(zhì)成分而非膜脂肪酸[28]，與羽衣甘藍(lán)低溫鍛煉后山萮酸含量提高結(jié)果一致[29]。

某些脂類物質(zhì)相對(duì)豐度與植物抗凍性密切相關(guān)，可作為鑒定植物抗凍性指標(biāo)[30]。本試驗(yàn)低溫鍛煉后硬脂酸含量和脂肪酸不飽和度變化較大，與冰凍溫度處理后相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)，可反映抗凍性強(qiáng)弱，作為篤斯越桔抗凍性脂肪酸指標(biāo)。這與前人對(duì)其他植物研究結(jié)論不同，如亞麻酸和棕櫚酸可作為冬小麥抗凍指示性脂肪酸[31]，葡萄莖以棕櫚酸和亞油酸為指示性脂肪酸[32]，菊花葉片中亞麻酸/（亞油酸+油酸）可作為鑒定秋菊品種抗寒性有效指標(biāo)[30]。

3.3 低溫下光周期對(duì)碳水化合物含量影響

低溫鍛煉期間細(xì)胞膜穩(wěn)定性與滲透平衡有關(guān)。為保持滲透平衡，降低凝固點(diǎn)，結(jié)合和保護(hù)特定分子，植物積聚各種抗凍保護(hù)劑，如棉子糖、果糖等。油菜葉可溶性糖在低溫鍛煉期間隨著抗凍性增強(qiáng)而顯著積聚[33]。此外蔗糖積累對(duì)低溫鍛煉過(guò)程能量驅(qū)動(dòng)尤為重要。本試驗(yàn)低溫下不同光周期處理誘導(dǎo)蔗糖、葡萄糖、果糖，尤其是蔗糖大量積聚，且與抗凍性提高有關(guān)。高糖積聚源于低溫鍛煉下光合作用大于呼吸作用，葉中糖積累轉(zhuǎn)移到枝條中，這與2個(gè)高叢越橘品種在低溫鍛煉前期可溶性糖變化情況基本一致[34]，也與蘆竹低溫鍛煉后蔗糖、葡萄糖和果糖含量顯著升高結(jié)果一致[35]。

淀粉降解在抗凍性中具有重要作用。通過(guò)淀粉酶作用淀粉分解形成糖，維持碳水化合物代謝，用于保護(hù)性物質(zhì)合成和光合作用停止時(shí)能量補(bǔ)充[36]。施征等研究中，低溫鍛煉期淀粉含量增加，隨著環(huán)境溫度繼續(xù)下降淀粉含量下降，當(dāng)春季植物開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)再次升高[37]。越冬過(guò)程淀粉含量與植物抗凍性相關(guān)程度不高[38]。本試驗(yàn)低溫鍛煉期溫度為零度以上，植株葉片無(wú)脫落，仍可進(jìn)行光合作用，但生長(zhǎng)停止，光合作用所產(chǎn)碳水化合物多于植物生長(zhǎng)需求，以淀粉形式積累。通過(guò)光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)換，枝條中淀粉含量明顯增加，且與抗凍性關(guān)系密切。與本研究相似，八仙花屬植物落葉前枝條淀粉含量提高，落葉后淀粉降解[39]。此外，本試驗(yàn)中低溫短日照處理后淀粉積累量顯著高于長(zhǎng)日照，但二者均顯著高于對(duì)照，與光周期誘導(dǎo)休眠過(guò)程油桃葉淀粉含量變化規(guī)律相同[40]。淀粉積累可能由短日照誘導(dǎo)淀粉合成酶基因上調(diào)表達(dá)引起，與外界溫度關(guān)系較小[41]。淀粉含量增加，有利于低溫下枝條進(jìn)入“深過(guò)冷”狀態(tài)，維持細(xì)胞水分，保證溫度在同質(zhì)晶核點(diǎn)前不結(jié)冰[42]。

4 結(jié)論

低溫與短日照共同作用顯著降低篤斯越橘枝條中飽和脂肪酸含量，顯著提高不飽和脂肪酸比例和脂肪酸不飽和度。硬脂酸含量和脂肪酸不飽度與抗凍性關(guān)系密切。低溫鍛煉期間篤斯越橘枝條中蔗糖、葡萄糖、果糖含量顯著提高，主要與低溫誘導(dǎo)相關(guān)，而與光周期無(wú)顯著關(guān)聯(lián)。短日照誘導(dǎo)淀粉積累量顯著大于長(zhǎng)日照。低溫在篤斯越橘低溫鍛煉期誘導(dǎo)抗凍性形成中起主要作用，短光周期可提高低溫鍛煉效果，即低溫和短日照對(duì)低溫度鍛煉具有加性效應(yīng)，主要與脂肪酸不飽和度提高及淀粉含量增加有關(guān)。

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Effect of photoperiod on contents of fatty acids and carbohydrate in shoot ofVaccinium uligiuosumL.during cold acclimation/

WU Fengzhang
(ModernAgriculture ResearchAcademy of Dalian University,Liaoning,Dalian 116622,China)

Effect of photoperiod treatments on the fatty acid contents and carbohydrate contents in shoot ofVaccinium uligiuosumL.during cold acclimation was studied by GC/MS and HPLC,aimed to explore the relationship between freezing resistance and fatty acids or carbohydrate and elucidate the physiological and ecological mechanism of freezing resistance formation.The three-year-old seedlings ofVaccinium uligiuosumL.were selected as the testing materials.The seedlings were exposed to short day(10 h),4℃and long day(14 h),4℃under controlled conditions for 21 d,respectively.The changes of relative conductivity,fatty acid content,soluble sugar content and starch content in shoot after treatments were recorded.The results showed that the saturated fatty acid content was reduced,the proportion of unsaturated fatty acids and fatty acid unsaturation were significantly increased by interaction of low temperature and short day.Stearic acid content and fatty acid unsaturation were associated with the freezing resistance.The contents of sucrose,glucose,fructose and the total solublesugar were increased during cold acclimation,which mainly related to the low temperature,not to photoperiod.The accumulation of starch induced by short day treatment was significantly higher than that induced by long day treatment during cold acclimation.The results indicated that low temperature played a major role for the formation of freezing resistance in shoot ofVaccinium uligiuosumL.during cold acclimation;short photoperiod improved the effect of cold acclimation,which was related to the increasing of the fatty acid unsaturation and the starch content.The results preliminarily revealed the physiological and ecological mechanism of the freezing resistance formation,which provided the theoretical evidence to some extents for the cultivation of cold resistance,screening of germplasm and the breeding of new variety inVaccinium.

Vaccinium uligiuosumL.;cold acclimation;fatty acid;carbohydrate;freezing resistance

S663.9

A

1005-9369（2017）08-0051-09

時(shí)間2017-9-12 11:37:29[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170912.1137.014.html

烏鳳章.低溫鍛煉期光周期對(duì)篤斯越橘脂肪酸和碳水化合物含量的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(8):51-59.

Wu Fengzhang.Effect of photoperiod on contents of fatty acids and carbohydrate in shoot ofVaccinium uligiuosumL.during cold acclimation[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(8):51-59.(in Chinese with English abstract)

2017-06-13

遼寧省自然科學(xué)基金（2015020785）；大連市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015B11NC084）

烏鳳章（1965-），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣麡?shù)抗逆生理及分子生物學(xué)。E-mail:wfz1965@126.com