低溫脅迫對紅加侖枝條滲透物質(zhì)含量、膜質(zhì)過氧化及保護(hù)酶活性的影響

古麗江·許庫爾汗,孫雅麗,阿依古麗·鐵木兒,盧明艷,哈爾肯·葉爾江 ,巴哈爾古麗·阿尤甫

(新疆林業(yè)科學(xué)院,烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】自然界中植物生長發(fā)育不可避免地受到低溫、干旱、鹽堿等極端環(huán)境因素的影響。其中，溫度是影響植物生長、發(fā)育，甚至導(dǎo)致植物死亡的最關(guān)鍵的環(huán)境因子[1,2]。低溫寒害涉及范圍廣,包括糧食作物、蔬菜、果樹及其它許多經(jīng)濟(jì)作物，全世界每年受此災(zāi)害造成的損失十分巨大[3]。它對植物形態(tài)結(jié)構(gòu)和代謝活動都有明顯的影響甚至傷害，使植物在逆境下會產(chǎn)生復(fù)雜的生物化學(xué)和生理學(xué)上的響應(yīng)[4]。多數(shù)樹木在與低溫的作用過程中，逐漸形成一套低溫適應(yīng)機(jī)制，以增強(qiáng)抗寒力[5]，產(chǎn)生具活性氧清除功能的抗氧化物質(zhì)，其能消除逆境對植物造成的傷害，防止自由基毒害，其活性的變化可作為植物的抗凍指標(biāo)[6]。在全球氣溫變暖的大趨勢下，氣溫變化異常，極端天氣頻繁出現(xiàn)，農(nóng)作物的寒凍災(zāi)害日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降[7]。研究耐寒植物資源的引進(jìn)、耐低溫機(jī)制，對耐低溫品種的篩選利用以及耐低溫植物新品種的培育有防治意義?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】但目前在新疆植物抗寒或耐低溫方面的研究多集中在南方果樹的引種及適應(yīng)性方面，對抗寒性較強(qiáng)的樹種耐低溫機(jī)理研究報(bào)道較少。【前人研究進(jìn)展】紅加侖是第三代果樹，研究其耐寒能力大小、抗寒機(jī)理及差異性，為北方地區(qū)林果業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。紅加侖學(xué)名紅穗醋栗(Ribesrubrum)為虎耳草科(Saxifragaceae)茶藨子屬(RibesL.)小灌木，紅穗醋栗亞屬在世界上共有19個種，是茶藨子屬的主要栽培種。紅穗醋栗和其同屬的黑穗醋栗即黑加侖均是世界著名的小漿果，其產(chǎn)品具有極高的食用、藥用和保健價值，是制作高檔飲料的原料，適合于加工成果汁、果粉、罐頭、藥用紅酒等，是目前比較理想的綠色保健型食品，市場潛力很大。 近幾年，茶藨子屬植物的研究主要集中在繁殖栽培、加工利用、有效成分分析等方面，如陸琳[8]研究紅加侖栽培技術(shù)，李桂君等[9]研究紅穗醋栗組培繁殖技術(shù)，于澤源等[10]研究紅穗醋栗色素的熱穩(wěn)定性。【擬解決的關(guān)鍵問題】以抗寒小漿果紅加侖為試材，研究其對低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)理，測定人工模擬低溫條件下的生理指標(biāo)，分析紅加侖不同品種的耐低溫能力及機(jī)理的差異，為紅加侖耐寒性種質(zhì)資源的篩選及新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料為定植在吉木薩爾縣三臺良種基地的黑龍江省黑河市，中俄林業(yè)科技合作園區(qū)引進(jìn)的紅加侖2年生苗木阿爾泰紅寶石(Altayskaya rubinaya)、邱闊夫(Zhukov)、粉色格蘭斯卡亞(Golandiskaya rozavoya)等3個品種的一年生休眠枝。

2014年12月選取長勢良好的植株。隨機(jī)采集長度20～30 cm，生長健壯、無病蟲害的1年生休眠枝, 帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

1.2 方 法

1.2.1 低溫脅迫梯度的設(shè)計(jì)

將采集的1年生休眠枝用濕布包好帶回實(shí)驗(yàn)室，將離體枝條用自來水沖洗干凈, 再用吸水紙吸干水分。將枝條分成3 組裝入保鮮袋中, 放入可控低溫冰箱進(jìn)行冷凍處理。達(dá)到處理溫度后維持24 h。枝條處理溫度梯度分別設(shè)為-15(對照)、-20、-25、-30、-35和-40℃。為避免失水，處理后立即將枝條放入液氮中進(jìn)行固定后取出放入-30℃低溫冰箱保存。在室內(nèi)進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測定，每個處理重復(fù)3次。

1.2.2 生理生化指標(biāo)的測定

可溶性糖含量參照蒽酮比色法測定[11]、可溶性蛋白含量參照考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[11]、脯氨酸含量參照酸性茚三酮染色法[12]、相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀測定法[13]、丙二醛含量參照硫代巴比妥酸(TBA)法[13]、CAT、SOD、POD酶活性參照李合生的試驗(yàn)方法[14]進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；差異顯著性分析采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件中的Duncan氏方法完成。采用主成分分析對3個紅加侖品種的耐低溫能力進(jìn)行綜合評定。主成分分析計(jì)算方法如下：(1)運(yùn)用SPSS16.0軟件，計(jì)算各因子的特征值，方差貢獻(xiàn)率與累積貢獻(xiàn)率；(2)采用主成分分析法提取特征值λ>1的主因子，并采用最大方差法進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)；(3)對9個抗旱性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，將主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)用Ai=Bi/SQR(λ)公式計(jì)算特征向量(Ai)，通過得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，得出主成分表達(dá)式；(4)以每個主成分的特征值占所提取主成分總特征值比例作為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合模型，利用該模型計(jì)算綜合得分，并排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對紅加侖不同品種枝條生理指標(biāo)的影響

2.1.1 對可溶性糖含量的影響

研究表明，隨著溫度的降低阿爾泰紅寶石枝條的可溶性糖含量呈∪形變化趨勢。當(dāng)溫度降至-20、-25和-30℃時可溶性糖含量比對照降低30%、31%、21%，并且均與對照差異極顯著(P<0.01)；隨著低溫脅迫的加劇溫度降低至-35℃時其可溶性糖含量比對照降低8%、-40℃時比對照提高11%，均與對照差異顯著(P<0.05)。隨著溫度的降低邱克夫枝條的可溶性糖含量成S形變化趨勢。當(dāng)溫度降低至-20、-30和-35℃時邱克夫枝條可溶性糖含量比對照提高18%、18%、11%，均與對照差異顯著(P<0.05)；-25℃時提高5%，與對照無顯著差異；-40℃時迅速降至28%，與對照差異顯著(P<0.05)。粉色戈蘭斯卡亞枝條的可溶性糖含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)上升后下降趨勢。當(dāng)溫度降低至-20、-25、-30和-35℃時其可溶性糖含量比對照提高66%、53%、43%、42%，并且與對照具有極顯著差異(P<0.01)；隨著低溫脅迫的加劇溫度降低至-40℃時，其可溶性糖含量比對照降低32%，并且與對照差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 對可溶性蛋白含量的影響

研究表明，隨著低溫脅迫的持續(xù)，阿爾泰紅寶石枝條的可溶性蛋白含量呈S形變化趨勢。當(dāng)溫度降低至-30℃時枝條的可溶性蛋白含量最高，比對照提高33%，而-25和35℃時，比對照降低46%、8%，并且均與對照差異極顯著(P<0.01)；當(dāng)溫度降低至-20℃時比對照提高8%，-40℃時比對照降低8%，均與對照差異顯著(P<0.05)。隨著低溫脅迫溫度的降低邱闊夫枝條的可溶性蛋白含量同樣呈S形變化趨勢。當(dāng)溫度下降至-20、-25、-30、-40℃時邱闊夫枝條可溶性蛋白含量比對照提高25%、42%、45%、40%，并且-25、-30℃時與對照差異極顯著(P<0.01)；-20和-40℃時與對照差異顯著(P<0.05)；在-35℃時比對照降低4%，并且與對照無顯著差異。隨著低溫脅迫的加劇粉色戈蘭斯卡亞枝條的可溶性蛋白含量呈波浪形變化趨勢。當(dāng)溫度下降到-20、-25、-30、-35和-40℃時，粉色戈蘭斯卡亞枝條的可溶性蛋白含量比對照提高52%、32%、49%、31%、37%，其中除-20℃時與對照差異極顯著(P<0.01)外其余均差異顯著(P<0.05)。

2.1.3 對脯氨酸含量的影響

研究表明，隨著低溫脅迫溫度的降低阿爾泰紅寶石枝條脯氨酸含量呈S形變化趨勢。當(dāng)溫度降低至-20、-25和-30℃時其脯氨酸含量與對照相比提高40%、29%、35%，均與對照差異顯著(P<0.05)；溫度下降至-35和-40℃時其脯氨酸含量比對照提高63%、44%，并且均與對照差異極顯著(P<0.01)。邱闊夫的脯氨酸含量隨著低溫脅迫的加劇呈先升后降再少量上升趨勢。-20和-25℃處理的脯氨酸含量比對照提高68%和60%，均與對照差異極顯著(P<0.01)；-30、-35和-40℃處理的脯氨酸含量比對照提高44%、41%、44%，均與對照差異顯著(P<0.05)。粉色戈蘭斯卡亞的脯氨酸含量隨著溫度的降低呈先上升后下降趨勢。-20、-25、-30和-35℃處理的脯氨酸含量比對照提高25%、55%、46%、17%，其中-25℃的脯氨酸含量與對照差異極顯著(P<0.01)，其余處理均差異顯著(P<0.05)；-40℃處理的脯氨酸含量比對照降低50%，并且與對照無顯著差異。

2.1.4 對MDA含量的影響

研究表明，雖然隨著溫度的降低，阿爾泰紅寶石枝條的MDA含量呈先上后下再下降的變化趨勢，但-20、-25、-30、-35和-40℃等5個處理的MDA含量均與對照無顯著差異。邱闊夫枝條的MDA含量隨著溫度的降低呈S形變化趨勢。-20、-30和-35℃處理的MDA含量比對照降低13%、10%、23%，均與對照差異顯著(P<0.05)；-25和-40℃ 2個處理的MDA含量隨著低溫脅迫的加劇比對照降低15%、39%，均與對照差異極顯著(P<0.01)。粉色戈蘭斯卡亞枝條的MDA含量隨著溫度的降低呈波浪形變化趨勢。5個處理的MDA含量均與對照差異顯著(P<0.05)。

2.1.5 對相對電導(dǎo)率的影響

研究表明，隨著溫度的降低阿爾泰紅寶石枝條的電導(dǎo)率呈S形變化趨勢。在-20、-30、-35和-40℃ 4個處理的相對電導(dǎo)率比對照提高19.0%、30.0%、23.8%、23.3%，均與對照差異顯著(P<0.05)；只有-25℃處理的相對電導(dǎo)率比對照降低6.5%，并且與對照無顯著差異。邱闊夫枝條的相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低-20、-30、-35和-40℃ 4個處理的相對電導(dǎo)率均呈上升趨勢，其中相對電導(dǎo)率最高的處理為-35℃，其相對電導(dǎo)率比對照提高28.3%，并且與對照差異極顯著(P<0.01)；-20℃處理的相對電導(dǎo)率比對照提高5.1%，但與對照無顯著差異，-25℃處理的相對電導(dǎo)率比對照降低-15.8%，同樣與對照無顯著差異；-30、-40℃ 2個處理的相對電導(dǎo)率比對照提高16.3%和16.9%，并且與對照差異顯著(P<0.05)。粉色戈蘭斯卡亞枝條的相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低呈波浪形變化趨勢，其中相對電導(dǎo)率最高的處理為-35℃，其相對電導(dǎo)率比對照提高17.6%、與對照差異顯著(P<0.05)；其次為-40℃，比對照提高13.1%，但與對照無顯著差異；第3為-30℃處理，相對電導(dǎo)率比對照提高12.4%，且與對照差異顯著(P<0.05)；其余2個處理均與對照無顯著差異。 表1

表1 低溫脅迫下紅加侖不同品種枝條生理指標(biāo)變化
Table 1 Effect of Low Temperature Stress on Physiological Indexes of Different verities ofRibesrubrum

品種Verities處理Treatments(℃)可溶性糖Sugar(%)可溶性蛋白Protein(mg/g)脯氨酸 Pro-line (%)MDA MDA content (μmol/g)相對電導(dǎo)率Relative conductivity (%)阿爾泰紅寶石 altayskaya rubinaya-155.82±0.388bAB6.629±0.737 bcBC0.015 ±0.300 34dC0.005±0.000 65aA49.622 ±2.246bB-204.48±0.336dC7.168±0.338bB0.025 ±0.001 4bcB0.006±0.000 53aA61.019 ±5.958aA-254.451±0.481dC4.527±0.265eD0.021 ±0.003 3cBC0.004 7 ±0.000 4aA46.613 ±0.517bB-304.793±0.277cdC9.869±0.054aA0.023 ±0.003 1bcB0.004±0.001 90aA65.258 ±1.316aA‐355.375±0.293bcD5.695±0.339dD0.041 ±0.005 5aA0.004 4 ±0.001 8aA65.140 ±8.653aA-406.538±0.261aA6.126±0.485cdD0.027 ±0.003 5bB0.003 9 ±0.001 80aA64.718 ±3.792aA邱闊夫 zhukov-153.953±0.073abA1.909±0.280cBC0.010 ±0.003 0dC0.005 4 ±0.001 5aA57.198 ±13.800bcBC-204.803±0.473aA2.550±0.256bB0.031 ±0.004 9aA0.003 8 ±0.001 49abAB60.260 ±4.835bcBC-254.156±0.302abA3.305±0.428aA0.025 ±0.002 1bAB0.002 1 ±0.000 2bB49.399 ±5.984cC-304.790±0.291aA3.473±0.269aA0.018 ±0.003 6cBC0.004 1 ±0.000 68aAB68.349 ±4.094abAB-354.43±0.291aA1.844±0.275cC0.017 ±0.001 2cBC0.003 8 ±0.000 30abAB79.757 ±7.659aA-403.09±1.06bB3.203±0.214cA0.018 ±0.005 4cBC0.002 1 ±0.001 41bB68.801 ±1.267abAB粉色戈蘭斯卡亞 golandiskaya rozavoya-152.226±0.694dD3.083±0.285cD0.015±0.001 8bcCD0.006 3 ±0.000 95abA56.752 ±5.116bA-206.575±0.098aA6.408±0.590aA0.020 ±0.005 5bBC0.005 4 ±0.000 93bcAB58.943 ±1.993bA-254.709±0.248AbB4.545±0.483bC0.033 ±0.001 2aA0.005 0 ±0.000 3cdAB57.738 ±4.099bA-303.916±0.177abC6.102±0.774aAB0.028 ±0.005 4aAB0.006 5 ±0.000 09aA64.776 ±6.735abA-353.827±0.966cBC4.445±0.726bC0.018 ±0.004 3bCD0.004 0 ±0.000 85dB68.845 ±8.745aA-403.279±0.234cCD4.874±0.513 bBC0.010 ±0.003 4cD0.005 3 ±0.000 12bcAB65.325 ±4.224bA

注：不同一品種同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和差異顯著(P<0.05)

Note:Different large and lower case letters of the same variety showed the difference (P<0.01) and significant difference (P<0.05)

2.2 低溫脅迫下紅加侖不同品種枝條酶活性的變化

2.2.1 CAT活性變化

研究表明,紅加侖3個品種枝條中CAT活性隨著低溫脅迫的加劇呈先增加，后降低再增加的變化趨勢。紅加侖3個品種枝條的CAT活性在-40℃處理中均達(dá)到最高值。阿爾泰紅寶石枝條的CAT活性在-20、-35和-40℃ 3個處理比對照分別提高65.1%、73.3%和75.8%，并且-20和-35℃處理的CAT活性均與對照差異顯著(P<0.05)，-40℃處理的CAT活性與對照差異極顯著(P<0.01)；-25和-30℃處理的CAT活性與對照無顯著差異。邱闊夫枝條的CAT活性在-20和-40℃處理比對照分別提高37.6%、66.2%，并且與對照差異顯著(P<0.05)和差異極顯著(P<0.01)；在-25、-30和-35℃處理中枝條的CAT活性分別降低63.2%、38.2%和3.3%，并且均與對照無顯著差異。粉色戈蘭斯卡亞枝條的CAT活性在-40℃處理中比對照提高59.9%，并且與對照差異極顯著(P<0.01)；-35℃處理中比對照降低-21.2%，并且與對照無顯著差異；其余3個處理的CAT活性分別比對照提高7.9%、27.9%、29.3%，但均與對照無顯著差異。圖1

圖1 低溫脅迫下紅加侖不同品種枝條的CAT活性變化
Fig.1 Effects of low temperature stresson CAT activities of different verities ofRibesrubrum

2.2.2SOD活性的變化

研究表明，紅加侖3個品種枝條的SOD活性隨著溫度的降低呈波浪形變化趨勢。阿爾泰紅寶石枝條的SOD活性在-20、-30和-40℃ 3個處理中分別比對照提高50.9%、49.7%、41.2%，其中-20、-30℃處理與對照差異極顯著(P<0.01)，-40℃處理與對照差異顯著(P<0.05)；-25和-35℃ 2個處理的SOD活性比對照降低75.3%、31.4%，均與對照差異顯著(P<0.05)。邱闊夫枝條的SOD活性只有在-20℃處理比對照提高16.0%，但無顯著差異；其余-25、-30、-35和-40℃ 4個處理分別比對照降低202.2%、174.2%、35.6%、-167.1%，其中-25和-40℃ 2個處理與對照差異極顯著(P<0.01)，-30和-35℃ 2個處理與對照差異顯著(P<0.05)。粉色戈蘭斯卡亞枝條的SOD活性在-20和-40℃ 2個處理中分別提高26.5%和30.8%，并且均與對照差異顯著；其余-25、-30和-35℃ 3個處理的SOD活性分別比對照降低302.3%、56.9%、44.0%，并且-25℃處理與對照差異極顯著(P<0.01)，-30和-35℃ 2個處理與對照差異顯著(P<0.05)。圖2

圖2 低溫脅迫下紅加侖不同品種枝條的SOD活性變化Fig.2EffectsoflowtemperaturestressonSODactivitiesofdifferentveritiesofRibes rubrum

2.2.3 POD活性的變化

研究表明，紅加侖3個品種枝條的 POD活性隨著溫度的降低呈S形變化趨勢。阿爾泰紅寶石枝條的POD活性在-30℃處理中達(dá)到最高值，為90.7%，其次為-20℃處理的POD活性，達(dá)到79.5%，均與對照差異極顯著(P<0.01)；其余-25、-35和-40℃ 3個處理的POD活性比對照分別提高72.5%、67.9%和75.6%，且均與對照差異顯著(P<0.05)。邱闊夫枝條的POD活性在-40℃處理中達(dá)到最高值，為94.5%，其次為-35和-30℃處理的POD活性91.0%、80.2%，均與對照差異極顯著(P<0.01)；其余-20和-25℃ 2個處理的POD活性分別提高48.6%、70.7%，并且與對照差異顯著(P<0.05)。粉色戈蘭斯卡亞枝條的POD活性在-25、-35和-40℃ 3個處理中分別達(dá)到71.5%、50.0%、63.7%，且均與對照差異極顯著(P<0.01)；-20和-30℃ 2個處理的POD活性分別比對照降低28.5%和130.7%，并且與對照差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

圖3 低溫脅迫下紅加侖不同品種枝條POD活性變化
Fig.3 Effects of low temperature stress on POD activities of different verities ofRibesrubrum

2.3 抗寒指標(biāo)主成分

研究表明，特征值λ>1的前2個主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100.00%，前2個主成分能夠代表原8個抗寒指標(biāo)的大部分(100.00%)信息。因此，可將不同紅加侖品種的8個抗寒指標(biāo)綜合成2個主成分。表2

表2 各主因子的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率
Table2Eigenvaluesofthecorrelationmatrixanditsvariancecontributionandcumulativevariancecontribution

主成分Principal component初始特征值Initial engen values提取平方和載入Extraction sums of squared loadings合計(jì)Total方差貢獻(xiàn)率Variance contribution(%)累計(jì)貢獻(xiàn)率Cumulative variance contribution(%)合計(jì)Total方差貢獻(xiàn)率Variance contribution(%)累計(jì)貢獻(xiàn)率Cumulative variance contribution(%)16.35679.44479.4446.35679.44479.44421.64420.556100.0001.64420.556100.00031.352E-151.689E-14100.00042.694E-163.368E-15100.00051.439E-161.799E-15100.00065.688E-177.110E-16100.0007-6.767E-17-8.459E-16100.0008-7.936E-17-9.920E-16100.000

由各抗寒指標(biāo)在2個主成分中的載荷可知：第一主成分主要代表相對電導(dǎo)率、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、MDA、POD、SOD的信息；第二主成分主要代表CAT的信息。表3

表3主成分在各抗寒指標(biāo)上的載荷矩陣
Table 3 Component matrix of the principle component analysis

指標(biāo)Index12相對電導(dǎo)率Relative conductivity -0.999-0.033可溶性糖 Soluble sugar 0.8820.471可溶性蛋白Soluble protein0.982-0.187脯氨酸Proline 0.9780.208 MDA0.797-0.603POD0.9990.054CAT-0.2760.961SOD0.9730.230

通過主成分分析，提取出2個主成分(λ>1)，將主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)用Ai=Bi/SQR(λ)公式計(jì)算特征向量(Ai)，其中Bi為主成分載荷矩陣，λ為特征值；計(jì)算得出的特征向量矩陣如表4所示。得到的特征向量和標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，然后就可以得出各主成分表達(dá)式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到各主成分的表達(dá)式如下所示。其中，F(xiàn)1和F2為2個主成分，ZX1～ZX8為原始數(shù)據(jù)8個抗寒指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值。表4

F1=-0.396ZX1+0.350ZX2+0.390ZX3+0.388ZX4+0.316ZX5+0.396ZX6-0.109ZX7+0.386ZX8.

F2=-0.026ZX1+0.367ZX2-0.146ZX3+0.162X4-0.470ZX5+0.042ZX6+0.750ZX7+0.179ZX8.

以每個主成分的特征值占所提取主成分總特征值比例作為權(quán)重，計(jì)算主成分綜合模型:F=6.356F1+1.644F2。運(yùn)用此數(shù)學(xué)模型對不同紅加侖品種抗寒性進(jìn)行綜合評價和排序。綜合得分越高，該樣品的抗寒性越好。不同紅加侖品種抗寒性綜合得分不同。綜合得分排序?yàn)榘柼┘t寶石>粉紅戈蘭斯卡亞>邱闊夫。表5

表4 2個主成分的特征向量
Table 4 The eigenvectors of 2 principal component

指標(biāo)Index第1因子First factor第2因子Second factor相對電導(dǎo)率Relative conductivity-0.396 -0.026 可溶性糖Soluble sugar0.350 0.367 可溶性蛋白Soluble protein0.390 -0.146 脯氨酸Proline0.388 0.162 MDA0.316 -0.470 POD0.396 0.042 CAT-0.109 0.750 SOD0.386 0.179

表5 紅加侖不同品種抗寒性綜合得分和排序
Table 5 Comprehensive scores and the sorting of different verities ofRibes rubrum

品種VarietyF1F2綜合得分Comprehensive score排序Sequence阿爾泰紅寶石Altayskaya rubinaya 2.6810.8532.3051邱闊夫Zhukov-2.3210.893-1.6603粉色戈蘭斯卡亞Golandiskaya rozavoya-0.360-1.469-0.5882

3 討 論

低溫是限制植物自然分布和栽培區(qū)的主要因素之一，研究低溫脅迫對植物的傷害作用及其機(jī)理、探索植物抗冷凍機(jī)制及其預(yù)防措施，增加我國寒冷地區(qū)植物的生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量具有廣泛的應(yīng)用價值[3]。

植物對低溫脅迫的適應(yīng)性和抵抗能力，既受系統(tǒng)發(fā)育的遺傳基因控制，又受個體發(fā)育過程中生理生態(tài)因子制約[15]，因此，正常生長發(fā)育過程需要適宜的溫度環(huán)境，低于一定的溫度，植物的代謝功能就會受到影響[16]。植物體內(nèi)的可溶性糖能提高細(xì)胞液的濃度，增加細(xì)胞持水組織中的非結(jié)冰水，是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[17]。佘文琴等[18]研究認(rèn)為，低溫脅迫下，抗寒力強(qiáng)的芒果品種可溶性糖含量增幅比較大，且含量高；同樣，可溶性蛋白含量增加也有利于提高植物抗寒性，蕓香可溶性蛋白質(zhì)含量隨著溫度的降低有所增加，-20℃達(dá)到積累高峰[19]，草珊瑚[20]、曼地紅豆杉[21]、桅子[22]體內(nèi)可溶性蛋白含量也隨氣溫下降而明顯增加。脯氨酸(Pro)是植物蛋白質(zhì)的組成成分之一，并以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi)。由于脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，具有較強(qiáng)的水合趨勢或水合能力，是理想的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[23，24]，當(dāng)植物受到低溫脅迫時，能維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞運(yùn)輸和調(diào)節(jié)滲透壓，具有一定的抗性和保護(hù)作用[25]。李建設(shè)等[26]研究認(rèn)為，經(jīng)低溫脅迫后脯氨酸含量增加，說明耐寒性強(qiáng)的品種對寒害適應(yīng)性強(qiáng)，可以積極調(diào)動內(nèi)源物質(zhì)來防御低溫脅迫的危害。研究中，阿爾泰紅寶石可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量分別在-40、-30、-35℃時達(dá)到最高值，均高于其余兩個品種，這與上述幾項(xiàng)研究結(jié)果相一致。

MDA 含量變化與植物抗寒性呈負(fù)相關(guān)。不同低溫處理的阿爾泰紅寶石 、丘闊夫和粉色戈蘭斯卡亞枝條內(nèi) MDA含量變化呈先上升后下降變化趨勢 ,雖然溫度降到-30℃時阿爾泰紅寶石 、丘闊夫枝條內(nèi) MDA含量小幅升高 ，但隨著低溫脅迫的加劇，-35、-40℃時呈急劇下降趨勢。阿爾泰紅寶石 、丘闊夫枝條內(nèi) MDA含量下降 , 表明其可能具有防止膜脂過氧化作用的能力。這與王華等[27]抗寒性強(qiáng)的品種，MDA 含量小，抗寒性弱的品種，MDA 含量較高的研究結(jié)果相一致。

CAT、SOD、POD 是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶[28]。研究中各紅加侖品種枝條的CAT、SOD、POD 活性隨脅迫溫度的降低總體上呈先升高后下降的趨勢，說明低溫脅迫起初誘發(fā)抗氧化酶活性上升，但隨著脅迫加劇，這些抗氧化酶活性下降，嚴(yán)重的低溫脅迫積累了過量的活性氧，使活性氧和防御系統(tǒng)的動態(tài)平衡遭到了破壞，從而加劇了膜脂過氧化作用[29-30]。這3 種保護(hù)酶的上升幅度以 POD活性最為明顯，其次為 CAT，再者是 SOD。其中SOD作為抗氧化系統(tǒng)中最關(guān)鍵的酶[31]，是植物體內(nèi)活性氧自由基清除系統(tǒng)的第一道防線，起到保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、防護(hù)活性氧毒害的作用，其活性被認(rèn)為是植物抗逆的重要指標(biāo)[32]。研究中，阿爾泰紅寶石SOD活性隨著低溫脅迫的加劇出現(xiàn)逐漸下降趨勢，但下降幅度不大，均高于其余2個品種。表明枝條內(nèi) SOD活性波動較小, 低溫脅迫提高了其防御活性氧有關(guān)酶促的能力 ,可能 SOD保護(hù)酶活性的耐寒機(jī)制已經(jīng)形成, 能更有效地清除活性氧, 保護(hù)植物細(xì)胞免受傷害[33]。

4 結(jié) 論

隨著脅迫溫度的不斷降低，各品種紅加侖離體枝條可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸含量呈S形變化趨勢、MDA含量呈先升后降的趨勢，SOD、POD、CAT活性基本呈先升后降再升的趨勢。 采用主成分分析法對各抗寒性各相關(guān)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，3 個紅加侖品種耐低溫能力大小依次為：阿爾泰紅寶石(2.305 )>粉色戈蘭斯卡亞(-0.588)>丘闊夫(-1.660)。