阿月渾子抗寒性研究*

陳振濤 ，楊 植 ，林敏娟 ，2*，田依軒

（1.南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色果樹生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)室/塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.烏蘇市車排子農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站）

阿月渾子是世界四大堅(jiān)果之一，原產(chǎn)地為中亞和西亞，屬于特種果品。阿月渾子有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。目前，我國(guó)在新疆南部喀什地區(qū)疏附縣等地區(qū)有種植，其他地區(qū)引種時(shí)，由于阿月渾子在各地的越冬抽梢率和植株存活率均存在較大的差異，部分品種也由于受到冬季低溫的危害，常常導(dǎo)致花芽以及枝條的傷害甚至死亡，故引種存在較大的困難。

果樹在低溫條件下，丙二醛（MDA）含量會(huì)增加，細(xì)胞的膜透性增大；電解質(zhì)由于外滲的原因，導(dǎo)致電導(dǎo)率增大[2]；還有一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸）的積累，以及保護(hù)酶活性的升高等，在植物抗寒性的研究和評(píng)價(jià)中這些指標(biāo)被用作判斷植物抗寒性的強(qiáng)弱。目前針對(duì)阿月渾子枝條抗寒性的研究論文較少。本研究主要以阿月渾子4個(gè)供試材料的一年生枝條為試材，采用人工模擬低溫環(huán)境的方法，通過觀察和測(cè)定低溫條件下這些與抗寒性有關(guān)的生理生化指標(biāo)，綜合分析供試材料的抗寒性，以期為阿月渾子的育種、引種及大面積栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2016年1月在新疆喀什疏附縣占敏鄉(xiāng)阿月渾子生產(chǎn)基地，截取黃連木上部枝條、黃連木下部枝條、實(shí)生優(yōu)株以及克爾曼4種供試材料的一年生枝條。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料處理方法

剪取阿月渾子4種供試材料的一年生枝條，長(zhǎng)度控制在10 cm左右，用自來水和蒸餾水洗滌晾干后，用石蠟封兩端剪口防止枝條失水抽干，將處理好的枝條分為8組，每組25條，然后用塑料袋分裝好待處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。裝于標(biāo)記好的報(bào)紙中，放于高低溫實(shí)驗(yàn)箱中，設(shè)置降溫速度為4℃/h，待溫度降到設(shè)定的溫度后，再以4℃/h的速度升溫，最終到達(dá)4℃后，取出放于普通冰箱保存?zhèn)溆谩Ｔ囼?yàn)共設(shè)7個(gè)低溫處理， 即4℃（CK）、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃和-40℃。

1.2.2 測(cè)定方法

電解質(zhì)相對(duì)外滲率的測(cè)定：將每個(gè)枝條（枝條橫截片）稱量0.5 g放入大試管中再加入10 mL蒸餾水，靜置24 h讓枝條充分浸透，用電導(dǎo)儀測(cè)定其電導(dǎo)值即處理電導(dǎo)率值，把試管放入沸水中10 min，待冷卻后再次測(cè)定電導(dǎo)值即處理煮沸后電導(dǎo)率值。

丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[3]，可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G－250染色法[4]，可溶性糖、淀粉含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[4]，脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮法[5]。保護(hù)酶活性的測(cè)定：超氧化物歧化酶SOD采用氮藍(lán)四唑NBT光化還原法，過氧化物酶POD采用愈創(chuàng)木酚法[5]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖表制作采用Microsoft Excel，結(jié)果分析采用DPS分析。

表1 不同供試材料在不同溫度下的相對(duì)電導(dǎo)率與半致死溫度（LT50）

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對(duì)阿月渾子枝條電解質(zhì)外滲率的影響與半致死溫度LT50的確定

有研究表明，相對(duì)電導(dǎo)率與植物的抗寒性密切相關(guān)，植物的抗寒性越強(qiáng)，說明相對(duì)電導(dǎo)率越小，植物的抗寒性越弱，表明相對(duì)電導(dǎo)率越大。通過測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率，可以判斷植物抗寒性的強(qiáng)弱。在低溫條件處理下，細(xì)胞膜由于受到破壞，細(xì)胞組織中的電解質(zhì)會(huì)滲出。如表1所示，隨著溫度的下降，抗寒性強(qiáng)的材料，其相對(duì)電導(dǎo)率含量較低。從-15～-35℃電導(dǎo)率不斷升高?？藸柭南鄬?duì)電導(dǎo)率一直處于一個(gè)較低的水平，實(shí)生優(yōu)株略高于克爾曼但低于黃連木，到35℃后不再增加，黃連木上部枝條、黃連木下部枝條、實(shí)生優(yōu)株和克爾曼的相對(duì)電導(dǎo)率分別為77.94%、65.50%、74.81%和62.69%。通過綜合比較，4種供試材料的抗寒性順序?yàn)榭藸柭緦?shí)生優(yōu)株＞黃連木下部枝條＞黃連木上部枝條。

在果樹抗寒性研究中，半致死溫度可作為抗寒性評(píng)價(jià)的一個(gè)可靠指標(biāo)，且在抗寒性理論研究和生產(chǎn)種植上都具有重要的意義。從20世紀(jì)80年代起，國(guó)內(nèi)研究通過logistic方程以相對(duì)電導(dǎo)率處理獲得的半致死溫度來評(píng)價(jià)植物的抗寒性[6-8]。由表1可以看出，品種之間的半致死臨界溫度，黃連木的上下部枝條相近，都在-24.8℃左右，而實(shí)生優(yōu)株是4個(gè)供試材料中最低的，為-34.8℃，其抗寒性最好，克爾曼的半致死溫度介于黃連木和實(shí)生優(yōu)株之間，所以在選擇栽培品種時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行選擇。

2.2 低溫處理對(duì)阿月渾子可溶性糖含量的影響

由圖1可知，黃連木上部枝條的含糖量在-30℃達(dá)到最高，為6.18%，所以其抗寒性較好，而黃連木下部枝條對(duì)于低溫處理的反應(yīng)較小，且糖含量較低，實(shí)生優(yōu)株和克爾曼均在-25℃時(shí)含量最高，為4.41%和4.80%，含量高于黃連木下部枝條，所以其抗寒性優(yōu)于黃連木下部枝條。也有研究表明，可溶性糖含量增加，說明抗寒性增強(qiáng)[9-10]。

圖1 不同溫度處理阿月渾子枝條可溶性糖含量

2.3 低溫處理對(duì)阿月渾子淀粉含量的影響

圖2 不同溫度處理阿月渾子枝條淀粉含量

由圖2可知，不同溫度處理阿月渾子枝條的淀粉含量呈現(xiàn)出先上升后減少的趨勢(shì)。但淀粉的峰值出現(xiàn)比糖含量的峰值出現(xiàn)的早，在-20℃時(shí)出現(xiàn)峰值之后呈緩慢下降趨勢(shì)，在低溫脅迫下，淀粉會(huì)轉(zhuǎn)化為糖用來抵抗低溫，所以淀粉含量會(huì)下降。黃連木下部枝條的淀粉含量下降速率最快，最高含量為3.96%，黃連木上部枝條和實(shí)生優(yōu)株相近，實(shí)生優(yōu)株的含量最高達(dá)到4.20%，克爾曼在-15～-20℃增加的速率最快，且含量最高，為4.79%，說明在低溫脅迫下淀粉含量迅速增加，在-20℃之后轉(zhuǎn)化為糖，所以其抗寒性優(yōu)于其他材料。

2.4 低溫處理對(duì)阿月渾子枝條脯氨酸含量的影響

植物體內(nèi)的游離脯氨酸含量增加可增大植物滲透壓，是細(xì)胞質(zhì)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11]，脯氨酸含量的增加，有助于植物適應(yīng)低溫[12]。由圖3可知，脯氨酸的含量為先增加后降低的趨勢(shì)，黃連木上部枝條與黃連木下部枝條在-35℃之后有上升的趨勢(shì)，4個(gè)供試材料均在-25℃時(shí)出現(xiàn)峰值，黃連木下部枝條在-25℃比-15℃增加了近1.52倍，變化最大。4種供試材料之間的脯氨酸變化含量順序?yàn)榭藸柭緦?shí)生優(yōu)株＞黃連木下部枝條＞黃連木上部枝條。

圖3 不同溫度處理阿月渾子枝條脯氨酸含量

2.5 低溫處理對(duì)阿月渾子可溶性蛋白含量的影響

圖4 不同溫度處理阿月混子枝條蛋白質(zhì)含量

由圖4可知，在低溫脅迫下，不同溫度處理阿月混子枝條的蛋白質(zhì)含量呈先增加后減少的趨勢(shì)，抗寒性強(qiáng)的材料蛋白質(zhì)含量相對(duì)較高，抗寒性弱的材料蛋白質(zhì)含量相對(duì)較低。黃連木上部枝條、實(shí)生優(yōu)株、黃連木下部枝條和克爾曼4個(gè)供試材料的蛋白質(zhì)含量都在-25℃時(shí)到達(dá)峰值，分別為 9160.02 μg/g、7637.90 μg/g、7214.27 μg/g 和 6813.79 μg/g。 黃連木上部枝條的蛋白質(zhì)含量在-25～-30℃時(shí)下降幅度較大，其他相對(duì)較小，實(shí)生優(yōu)株在-15℃蛋白質(zhì)含量較高，而后增加的幅度較小。而黃連木上部枝條和下部枝條與克爾曼在-15～-25℃時(shí)蛋白質(zhì)含量增加幅度大，說明抗寒性較強(qiáng)。

2.6 低溫處理對(duì)阿月渾子枝條SOD含量的的影響

由圖5可知，SOD酶活性隨著溫度的降低呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)?？藸柭黃OD含量在-25℃時(shí)最高，為 448 U/（g·min），其次是黃連木下部枝條，含量為 442 U/（g·min），實(shí)生優(yōu)株的 SOD 峰值出現(xiàn)在-15 ℃，含量為 395 U/（g·min），除了實(shí)生優(yōu)株的峰值出現(xiàn)在-15℃外，其余4種供試材料的峰值都出現(xiàn)在-25℃。在低溫條件下，酶活性的高低可以看出植物抗寒性的強(qiáng)弱?？购詮?qiáng)的品種，酶活性相對(duì)較高[13]。綜上所述，克爾曼和黃連木下部枝條的抗寒性高于實(shí)生優(yōu)株和黃連木上部枝條。

圖5 不同溫度處理阿月渾子枝條SOD含量

2.7 低溫處理對(duì)阿月渾子枝條POD含量的的影響

由圖6可知，POD酶活性的變化趨勢(shì)大致為先上升后下降。4個(gè)供試材料的峰值都出現(xiàn)在-30℃，克爾曼和實(shí)生優(yōu)株的POD含量明顯高于黃連木下和黃連上部枝條，且在-20～-30℃時(shí)含量增加較多。在-30℃時(shí)，4個(gè)供試材料的POD含量分別為 196973 U/（g·min）、62826 U/（g·min）、44720 U/（g·min）和 4760 U/（g·min）。過氧化物酶與植物的抗性密切相關(guān)，抗寒性強(qiáng)的材料POD酶活性明顯高于抗寒性弱的材料，因此，4個(gè)供試材料中，克爾曼與實(shí)生優(yōu)株的抗寒性明顯優(yōu)于黃連木上、下部枝條。

圖6 不同溫度處理阿月渾子枝條POD含量

2.8 低溫處理對(duì)阿月渾子枝條丙二醛（MDA）含量的影響

圖7 不同溫度處理阿月混子枝條MDA含量

由圖7可知，隨著溫度的降低，4個(gè)供試材料的丙二醛含量增加，丙二醛的含量變化趨勢(shì)和電導(dǎo)率有相似之處。隨著溫度的降低大致呈上升的趨勢(shì)。黃連木上、下部枝條的丙二醛含量比其他2個(gè)材料要高，分別為11.7 mol/g和9.24 mol/g，之后趨于平緩，而實(shí)生優(yōu)株和克爾曼在整個(gè)低溫處理中都處于較低的水平。丙二醛（MDA）與抗寒性的關(guān)系呈反比，抗寒性越強(qiáng)的品種，MDA含量增加越緩慢?？购匀醯钠贩N丙二醛含量增加越迅速[14]。綜上所述，4個(gè)供試材料的抗寒性順序克爾曼＞實(shí)生優(yōu)株＞黃連木下部枝條＞黃連木上部枝條。

表2 阿月渾子枝條抗寒性指標(biāo)相關(guān)性

2.9 生理指標(biāo)與抗寒性關(guān)系

如表2所示，電解質(zhì)滲透率與處理溫度呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，丙二醛與處理溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。POD酶活性與處理溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，SOD酶活性與電解質(zhì)滲透率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與丙二醛呈顯著負(fù)相關(guān)。蛋白質(zhì)與處理溫度呈顯著正相關(guān)，與丙二醛呈顯著負(fù)相關(guān)?？扇苄蕴桥c處理溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與脯氨酸呈顯著負(fù)相關(guān)。

3 小結(jié)與討論

SOD是一種清除生物體內(nèi)具有強(qiáng)烈毒性的超氧陰離子自由基的酶，它的反應(yīng)產(chǎn)物H2O2可被過氧化氫酶進(jìn)一步分解或被利用，有保護(hù)生物體免受活性氧傷害的能力。SOD酶活力與植物抗逆性有密切關(guān)系，是植物抗寒性研究的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，SOD和POD酶活性總體上呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，酶活性增加用于抵抗低溫。SOD和POD酶活性對(duì)低溫的反應(yīng)不同，SOD酶活性在-25℃開始下降，POD酶活性在-30℃下降，這可能是隨著溫度的降低，2種酶受到了傷害，不足以抵抗這種低溫。與段肖翠[15]等關(guān)于阿月渾子的研究結(jié)果一致。

丙二醛通常可以作為膜質(zhì)過氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂發(fā)生過氧化物的程度以及逆境對(duì)植物的傷害程度。本試驗(yàn)中，丙二醛含量的變化與抗寒性呈顯著負(fù)相關(guān)，抗寒性差的材料丙二醛的含量增加，電導(dǎo)率與丙二醛含量變化趨勢(shì)一致，這2個(gè)指標(biāo)都是植物抗寒性研究的重要指標(biāo)。本研究電導(dǎo)率和丙二醛含量的變化趨勢(shì)與魏鈺[16]等對(duì)扁桃抗寒性的研究結(jié)論一致。

本試驗(yàn)糖的含量變化是一個(gè)增加的量，糖含量增加可增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抵抗能力。糖的積累使得植物能夠獲得更多的熱量。而淀粉的含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在低溫條件下淀粉含量增加，隨后淀粉含量會(huì)轉(zhuǎn)化為糖抵抗低溫，所以會(huì)呈現(xiàn)下降的取趨勢(shì)。本文得出的結(jié)論與劉艷[17]等關(guān)于梨枝條的抗寒性的研究結(jié)果基本一致。

有研究認(rèn)為，蛋白質(zhì)在植物抗寒性中的作用微乎其微[18]。本研究結(jié)果表明，經(jīng)過低溫條件后，蛋白質(zhì)的含量有明顯的變化，而且變化的幅度大小與品種有關(guān)，抗寒性強(qiáng)的品種蛋白質(zhì)增加的多，抗寒性弱的品種蛋白質(zhì)增加的少。因此，本研究認(rèn)為蛋白質(zhì)是阿月渾子抗寒性鑒定的一個(gè)重要指標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）本文通過測(cè)定人工脅迫溫度下的電導(dǎo)率，并運(yùn)用Logistic方程求出4個(gè)供試材料的半致死溫度分別為-24.64℃、-24.96℃、34.80℃和28.89℃。（2）SOD酶活性指標(biāo)與阿月渾子枝條的抗寒性有明顯的關(guān)系。在本研究中，實(shí)生優(yōu)株不同于其他供試材料，在-15℃時(shí)SOD含量就達(dá)到了最大，說明其SOD酶活性上升速率較快，抗寒性較好。其他供試材料的SOD酶活性在-15～-25℃緩慢上升，在-25℃達(dá)到最大。（3）在低溫條件下，POD和SOD酶活性的變化趨勢(shì)相近。在-20℃時(shí)，克爾曼和實(shí)生優(yōu)株的酶活性呈上升趨勢(shì)，且在-30℃達(dá)到最高，比在-20℃時(shí)提高了142.2%和627.1%，而其他2個(gè)材料POD酶活性表現(xiàn)的不明顯，處于較低水平，所以實(shí)生優(yōu)株和克爾曼的抗寒性優(yōu)于黃連木。（4）丙二醛在低溫條件下含量會(huì)增加，而且抗寒性弱的供試材料增加的較快。本試驗(yàn)4個(gè)供試材料的丙二醛含量增加有明顯的不同，克爾曼和實(shí)生優(yōu)株增加幅度明顯小于黃連木上、下部枝條。同時(shí)，在-30℃低溫下，4個(gè)供試材料的MDA 含量分別為 3.4 mol/g、5.5 mol/g、11.7 mol/g 和9.2 mol/g。

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