低溫脅迫下桃子房和幼果的過(guò)冷卻點(diǎn)及生理響應(yīng)

王晨冰 王發(fā)林 萬(wàn)信 趙秀梅 牛茹萱

摘要：以17年生北京7號(hào)桃樹(shù)枝條為試材，采用水培法，利用能準(zhǔn)確模擬自然界霜夜降溫過(guò)程的人工霜箱，測(cè)定桃盛花期花器、幼果的過(guò)冷卻點(diǎn)、結(jié)冰點(diǎn);同時(shí)對(duì)桃花器及幼果進(jìn)行不同低溫（15、0、-1、-2、-3 ℃）處理，測(cè)定桃花器滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量。結(jié)果表明，盛花期的花器過(guò)冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)均低于幼果，低溫脅迫下滲透調(diào)節(jié)MDA含量隨溫度下降而增加，溫度越低，MDA 含量上升趨勢(shì)越明顯，表現(xiàn)出一種應(yīng)激反應(yīng);可溶性蛋白和脯氨酸含量均呈先升后降的趨勢(shì)，表現(xiàn)為適應(yīng)狀。

關(guān)鍵詞：桃;低溫脅迫;過(guò)冷卻點(diǎn);丙二醛;可溶性蛋白;脯氨酸

中圖分類號(hào)：S662.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2020）09-0018-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.09.006

Abstract：Using 17-year old Beijing 7 peach tree branches as test material. The artificial frost box， which can accurately simulate the natural frost night cooling process and hydroponics was used to determine the over-cooling point and freezing point of the organs and young fruit in the flowering period. At the same time， peach blossom organ and young fruit were treated at different low temperatures（15 ℃， 0 ℃， -1 ℃， -2 ℃， -3 ℃） to determine the contents of soluble protein， proline and malondialdehyde（MDA） content. The results showed that the overcooling point and freezing point of flower tube were lower than young fruit in flowering stage， and the MDA content in osmotic regulation increased with the decrease of temperature under low temperature stress， the lower the temperature， the more obvious the rising trend of MDA content， which shows a stress response; The contents of soluble protein and proline increased first and then decreased， which was adaptive.

Key words：Peach;Low temperature stress;Supercooling point;Malondialdehyde;Soluble protein;Proline

秦安縣是甘肅省天水市桃栽培集中產(chǎn)區(qū)，桃園以淺山旱地為主，所產(chǎn)“秦安蜜桃”色艷味美，深受省內(nèi)外消費(fèi)者的喜愛(ài)。但是，由于當(dāng)?shù)厣降氐匦螐?fù)雜，區(qū)域性小氣候特征顯著，春季晚霜凍凍害發(fā)生頻率極高。據(jù)2000 — 2010年期間完整的氣象災(zāi)害調(diào)查資料顯示，天水市春季晚霜凍凍害發(fā)生頻率達(dá)60%左右，晚霜凍害已成為該地區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害 [1 ]。晚霜凍害導(dǎo)致桃果大面積減產(chǎn)，甚至絕收，給生產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。因此，深入研究桃早期抗寒機(jī)理，對(duì)于選育優(yōu)質(zhì)、抗寒品種以及預(yù)防晚霜危害具有理論指導(dǎo)意義。有關(guān)桃霜凍害機(jī)理的研究已取得一定進(jìn)展，如霜凍發(fā)生后對(duì)不同扁桃品種抗寒性的研究[2 ]，白粉桃低溫脅迫下花器的生理效應(yīng)[3 ]，低溫脅迫對(duì)扁桃枝條細(xì)胞膜系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[4 ]。關(guān)于桃花不同發(fā)育時(shí)期花器官、幼果抗霜的臨界溫度及低溫對(duì)滲透物質(zhì)調(diào)控未見(jiàn)系統(tǒng)化研究。我們利用人工模擬霜箱，以17年生北京7號(hào)桃不同花器官、幼果為試材，模擬天水淺山區(qū)自然界霜夜降溫全過(guò)程，研究桃花器官、幼果的過(guò)冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)及低溫條件下滲透調(diào)節(jié)物的反應(yīng)，為研究桃花期霜凍機(jī)理及生產(chǎn)中預(yù)防晚霜凍害提供參考。

1? ?材料和方法

1.1? ?試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2013年2月至2017年5月連續(xù)4 a在甘肅省天水市秦安縣興國(guó)鎮(zhèn)柴家山進(jìn)行。該地平均年降水量507.3 mm，年蒸發(fā)量1 423 mm;年平均氣溫10.0～11.4 ℃，活動(dòng)積溫3 382.2 ℃，日照時(shí)數(shù)2 208.1 h，無(wú)霜期176 d。試驗(yàn)地為黃綿土。

供試材料為17年生北京7號(hào)桃，行株距4 m×3 m，無(wú)灌溉條件，果園管理水平一般。于每年桃花花芽露紅期采集帶花枝條，在自然環(huán)境下水培，盛花后7 d采集桃枝條進(jìn)行水培。

1.2? ?測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.2.1? ? 桃花過(guò)冷卻點(diǎn)的測(cè)定? ? 選擇盛花期的花器測(cè)定過(guò)冷卻點(diǎn)、結(jié)冰點(diǎn)，選擇盛花后 9 d的外果皮作為幼果測(cè)定部位。提前將供試桃枝條用水培法置于人工試驗(yàn)霜箱內(nèi)，利用 PT-100 型熱電偶溫度傳感器探頭測(cè)定桃花器及幼果果皮。人工模擬天水地區(qū)自然霜夜降溫過(guò)程，設(shè)置降溫速度為1 ℃/0.5 h。試驗(yàn)共設(shè)處理-10～-2 ℃共11個(gè)溫度層次，溫度降到設(shè)定值時(shí)并且保持 0.5 h。然后模擬自然界相同季節(jié)晴天的升溫過(guò)程，以1 ℃/0.5 h速度升溫。當(dāng)溫度上升到 7 ℃ 以上后，取出試驗(yàn)材料置實(shí)驗(yàn)室水培，1 d后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2? ? 滲透調(diào)節(jié)物測(cè)定? ? 用水培法將桃花培養(yǎng)至一半花盛開(kāi)，幼果枝采集大田內(nèi)盛花后7 d桃枝條再進(jìn)行水培。將試驗(yàn)材料分批放入以 PID 調(diào)節(jié)方式控溫和 FrosTem40 數(shù)據(jù)采集的 MSZ-2F 型模擬霜箱內(nèi)，設(shè)15、0、-1、-2、-3 ℃共5個(gè)處理。根據(jù)秦安發(fā)生霜凍時(shí)溫度變化情況，模擬霜箱試驗(yàn)溫度先預(yù)冷至 10 ℃ 左右，然后以 6 ℃ /4 h速度降溫至 4 ℃ 左右，再以 1 ℃ /0.5 h的 速度緩慢降溫，直到設(shè)定溫度，保持 0.5 h后，設(shè)置升溫速度為1 ℃/0.5 h，最終溫度升至室內(nèi)溫度。以自然常溫（15 ℃）下培養(yǎng)的桃花為對(duì)照（CK）。

丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥比色法[5 ]，單位為nmol/g·FW;可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán) G-250 染色? ? 法[6 ]，單位為ng/g·FW;脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法[7 ]，單位為ug/g·FW。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析，差異顯著性分析采用Duncan新復(fù)極差法。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?盛花期花器及幼果的過(guò)冷卻點(diǎn)及結(jié)冰點(diǎn)

當(dāng)植物體溫度下降到 0 ℃以下時(shí)，植物器官組織內(nèi)水分并不馬上結(jié)冰而仍然保持液態(tài)，這種現(xiàn)象稱之為過(guò)冷卻狀態(tài)（圖1）。過(guò)冷卻點(diǎn)的高低是判斷植物抗寒性強(qiáng)弱的標(biāo)志之一，過(guò)冷卻點(diǎn)越低，抗寒性越強(qiáng)。研究表明，北京7號(hào)盛花期花器的過(guò)冷卻點(diǎn)為-7.5～-4.5 ℃，幼果過(guò)冷卻點(diǎn)為-5.5～ -3.5 ℃（表 1），說(shuō)明隨發(fā)育進(jìn)程的推移，幼果的抗寒能力較花器弱。北京7號(hào)的桃花器、幼果均可以利用過(guò)冷卻避免-3 ～0 ℃的結(jié)冰危害，但隨著外界溫度持續(xù)降低而低于植物組織自身能抵御的最低溫度時(shí)，組織釋放潛熱，溫度突然上升并開(kāi)始結(jié)冰（結(jié)冰點(diǎn)），組織器官溫度一旦冷卻點(diǎn)跳躍上升至結(jié)冰點(diǎn)后便開(kāi)始結(jié)冰，溫度回落再升至室溫后花器和幼果均發(fā)生褐變。表明花器和幼果不耐結(jié)冰，是依靠保持過(guò)冷卻狀態(tài)避免冰晶形成來(lái)抵御霜凍，過(guò)冷卻點(diǎn)溫度恰好是植物組織器官生理適應(yīng)的低溫下限。

2.2? ?低溫脅迫對(duì)滲透調(diào)節(jié)物的影響

2.2.1? ?對(duì) MDA 含量的影響? ? MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，也是膜系統(tǒng)受害的重要標(biāo)志之一。由圖 2 可知，花器和幼果中的MDA含量隨溫度下降而增加，MDA含量變化趨勢(shì)是緩慢增長(zhǎng)到急劇上升之后緩慢上升。花器和幼果MDA增加的幅度和臨界溫度不同，幼果的增加幅度較花器大，同時(shí)比花器提前出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)期?；ㄆ髟跍囟鹊陀?2 ℃時(shí)增幅較大，花器與幼果在-2 ℃時(shí)MDA 含量分別較CK增加30.6 nmol/g·FW和29.1 nmol/g·FW。

2.2.2? ? 對(duì)可溶性蛋白含量的影響? ? 圖 3 為低溫處理下花器官及幼果可溶性蛋白含量變化?？梢钥闯?，從常溫15 ℃降到0 ℃時(shí)，可溶性蛋白增長(zhǎng)緩慢;當(dāng)溫度降到-1 ℃時(shí)，可溶性蛋白含量迅速升高。與CK相比，花器與幼果在-2 ℃時(shí)分別增加了 15.9 ng/g·FW和28.7 ng/g·FW。

2.2.3? ? 對(duì)脯氨酸含量的影響? ? 脯氨酸常被作為植物抗逆性的指標(biāo)，是種膜保護(hù)物質(zhì)，含量越高越有利于抗寒。低溫條件下花器官及幼果脯氨酸含量的變化如圖4所示，花器及幼果脯氨酸含量隨著溫度下降均呈上升趨勢(shì)。與CK比較，在-2 ℃花器及幼果分別較對(duì)照增加16.1 μg/g·FW和17.2 μg/g·FW。

3? ?小結(jié)與討論

西北地區(qū)晚霜凍凍害是制約北方落葉果樹(shù)生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)難題[8 ]。我們采用能夠準(zhǔn)確模擬自然界霜夜降溫過(guò)程的人工霜箱，研究了春季桃花和幼果發(fā)育期的過(guò)冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)溫度的變化。研究發(fā)現(xiàn)，桃北京7號(hào)桃花器的過(guò)冷卻點(diǎn)的變化范圍在3 ℃以內(nèi)，而幼果冷卻點(diǎn)的變化范圍在2 ℃以內(nèi)。幼果過(guò)冷卻點(diǎn)和結(jié)冰點(diǎn)均高于花器，表明幼果御寒能力較桃花器低，這與王飛等[9 ]在杏花上的研究結(jié)果一致，說(shuō)明植物花器本身的抗寒性與其發(fā)育程度有關(guān)。

植物的耐低溫機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜[10 ]。研究表明，經(jīng)低溫處理后花器及幼果MDA含量迅速增加，說(shuō)明細(xì)胞膜對(duì)低溫傷害也是一個(gè)逐步適應(yīng)直至最后破壞的過(guò)程，也是一種應(yīng)激反應(yīng)過(guò)程。MDA作為膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，能夠抑制細(xì)胞保護(hù)酶活性和降低抗氧化物的含量，從而加劇了膜脂過(guò)氧化性[11? - 12 ]，這一結(jié)果與楊春祥等[13 ]低溫脅迫對(duì)油桃花器生理變化的研究結(jié)果一致。低溫可以引起植物細(xì)胞蛋白質(zhì)的變化主要表現(xiàn)在可溶性蛋白和相關(guān)酶的協(xié)同變化結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)生抗寒性蛋白?？扇苄缘鞍拙哂休^強(qiáng)的親水性，它能明顯增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，而可溶性蛋白含量的增加可以束縛更多的水分，減少低溫條件下原生質(zhì)因結(jié)冰而受傷害致死的機(jī)會(huì)[14 ]，從而提高植物體抗寒性。低溫脅迫過(guò)程中，桃花器和幼果的可溶性蛋白含量隨著溫度降低逐漸升高，這可能是機(jī)體對(duì)低溫環(huán)境逐步適應(yīng)的表現(xiàn)。脯氨酸是植物體內(nèi)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫條件下，脯氨酸大量積累，提高了細(xì)胞液的濃度，維持細(xì)胞的膨壓，降低冰點(diǎn)，防止原生質(zhì)過(guò)度脫水[15 ]。本研究中桃花器及幼果的MDA、可溶性蛋白及脯氨酸含量升高，與花器和幼果過(guò)冷卻點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

桃花的凍害程度不僅取決于栽培品種、地形、土壤及管理水平的內(nèi)在差異，低溫強(qiáng)度、低溫持續(xù)時(shí)間、環(huán)境濕度、風(fēng)速等外界環(huán)境條件的影響也極為顯著[16 ]。相關(guān)研究表明，桃樹(shù)花芽在萌動(dòng)后花蕾變色期的受凍溫度為-6.6～-1.7 ℃，開(kāi)花和幼果期的受凍溫度為-2.0～-1.0、-1.1 ℃[17 ]。本試驗(yàn)的環(huán)境條件與桃園環(huán)境下自然花器的抗低溫能力及風(fēng)速、水汽等條件存在差異，凍害指標(biāo)研究?jī)H建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上，但結(jié)果與當(dāng)?shù)貎龊δ攴菟獌鰹?zāi)害實(shí)況基本一致，在實(shí)際生產(chǎn)中具有一定的參考價(jià)值。

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（本文責(zé)編：陳? ? 珩）