摘要：以寒富蘋果及其親本東光蘋果和富士蘋果枝條為試材，對(duì)蘋果越冬期的生理特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，自然低溫條件下，3個(gè)品種蘋果枝條中淀粉、蛋白質(zhì)含量隨低溫脅迫的加深而增多，可溶性糖含量與淀粉呈相反的變化趨勢；3個(gè)品種蘋果枝條內(nèi)保護(hù)酶超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性隨著低溫脅迫的加深活性逐漸上升，東光的SOD活性在整個(gè)處理期間高于其他兩個(gè)品種。丙二醛（MDA）含量與SOD、POD兩種酶活性的變化規(guī)律總體上呈一定的相對(duì)性。3個(gè)品種蘋果抗寒性比較結(jié)果表明，東光抗寒能力最強(qiáng)，寒富抗寒力居中。

關(guān)鍵詞：寒富蘋果；保護(hù)酶；抗寒性

中圖分類號(hào)：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2012）21-4819-04

Study on Physiological Characteristics of Hanfu Apple and Its Parents During the Winterring Period

LIU Guo-cheng，MA Huai-yu，L？譈 De-guo，QIN Si-jun，DU Guo-dong，WANG He

（Horticulture College， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： Hanfu apple and its parents were used as material to study their physiological characteristic during the winterring period. Results showed that content of osmotic substances， such as soluble sugar and protein， increased as temperature went down in branches of three apple cultivars， of which the changing trend was contrary to that of starch content. Activity of SOD and POD in three apple cultivars increased with temperature decreasing. SOD activity in Dongguang was higher than that of other cultivars during the whole process. Changing tendency of MDA content was contrary to that of SOD and POD activities to some extent. According to the comparation of the cold resistance of three apple cultivars， cold resistance of Dongguang apple was the strongest among the three apple cultivars， and Hanfu apple the second.

Key words： Hanfu apple； protective enzyme； cold resistance

冬季低溫是限制果樹地理分布的主要環(huán)境因素，在中國優(yōu)質(zhì)大蘋果經(jīng)濟(jì)栽培的次適宜區(qū)及以北，果樹休眠期具有降溫速度快、變溫幅度大、低溫持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)。受拉尼娜現(xiàn)象影響，極端低溫出現(xiàn)頻率高，可對(duì)果樹造成周期性越冬凍害。

寒富蘋果是以抗寒性強(qiáng)的酸蘋果東光為母本，抗寒性差的優(yōu)質(zhì)蘋果富士為父本，雜交育成的抗寒優(yōu)質(zhì)大果型蘋果品種。寒富蘋果繼承了其母本東光蘋果抗寒的特性，為干旱和半干旱的冷涼氣候區(qū)經(jīng)濟(jì)林生產(chǎn)開辟了一條新路。在應(yīng)用抗寒矮化中間砧木GM256后，栽培區(qū)域擴(kuò)大到年平均溫度7 ℃左右，1月份平均氣溫-12 ℃左右，極端低溫-30 ℃左右，無霜期150 d左右的遼寧省中北部，還擴(kuò)大到吉林樺甸、琿春，黑龍江東寧，內(nèi)蒙古赤峰，河北豐寧（承德），山西呂梁，甘肅張掖，新疆伊犁等地。在低緯度高海拔的四川鹽源，貴州烏當(dāng)區(qū)（貴陽）也有試栽，有些高緯度、高海拔地區(qū)也有盲目引種傾向。由于各地氣候因素復(fù)雜，寒富蘋果的抗寒生理研究較少，其抗寒機(jī)理尚不明確，試驗(yàn)旨在通過研究其枝條越冬期的養(yǎng)分及保護(hù)酶動(dòng)態(tài)變化并對(duì)寒富蘋果及其親本系東光、富士抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，探索影響寒富蘋果抗寒性的關(guān)鍵因素，為在三北及高海拔冷涼氣候區(qū)經(jīng)濟(jì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹試驗(yàn)基地進(jìn)行，該基地年平均氣溫6.2～9.7 ℃，極端最低氣溫-32.9 ℃（2001年1月15日）。供試蘋果品種為寒富、東光和富士，選擇它們的二年生盆栽植株（盆高25 cm，盆口內(nèi)徑25 cm，盆底內(nèi)徑20 cm），栽培基質(zhì)為大田表層原土，砧木為山定子。每個(gè)品種100盆，單株栽植，生長季常規(guī)管理，供試材料生長狀況良好。冬季將盆埋入土中，枝干露地越冬。

1.2 試驗(yàn)方法

2007年10月15日開始，每月取樣一次，即2007年10月15日、11月15日、12月15日、2008年1月15日、2月15日共5次采樣，剪取一年生新梢，用于營養(yǎng)物質(zhì)及保護(hù)酶等指標(biāo)的測定。

可溶性糖、淀粉含量測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)-G250法；SOD活性、MDA含量、POD活性測定參照文獻(xiàn)[1]。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個(gè)品種蘋果枝條中可溶性糖含量的變化

可溶性糖一方面是原生質(zhì)代謝可直接利用的原料，另一方面又可增加原生質(zhì)的濃度，減少細(xì)胞內(nèi)失水和防止結(jié)冰，因而提高植株的抗寒性。如圖1所示，2007年10月15日至11月15日，3個(gè)品種蘋果枝條中可溶性糖含量不斷積累，到2007年11月15日左右寒富、富士枝條中可溶性糖含量出現(xiàn)峰值，后隨著溫度的急劇下降，枝條中可溶性糖含量急劇降低，而東光枝條中可溶性糖含量持續(xù)緩慢增加。深度休眠期間枝條中可溶性糖含量有少許的波動(dòng)，并呈緩慢下降的趨勢。

2.2 3個(gè)品種蘋果枝條中淀粉含量的變化

淀粉在越冬期作為樹體營養(yǎng)的主要貯藏形式，可以分解轉(zhuǎn)化為可溶性糖，提高植株的抗寒性。從圖2可以看出，2007年10月15日至12月15日，3個(gè)品種蘋果中淀粉含量總體呈下降趨勢，12月達(dá)到最低點(diǎn)。而在2007年12月15日至2008年2月15日這段時(shí)間淀粉大量積累，且以東光積累最多。

2.3 3個(gè)品種蘋果枝條中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

可溶性蛋白質(zhì)在植物的抗寒生理中作為親水性膠體，對(duì)于提高滲透液的濃度具有重要作用。由圖3可以看出，越冬期間3個(gè)蘋果品種枝條中可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，寒富和富士的可溶性蛋白質(zhì)含量隨低溫脅迫程度的變化，呈先緩慢下降再上升的變化趨勢，而東光的可溶性蛋白質(zhì)含量呈先緩慢下降后再急劇下降，然后急劇上升的變化趨勢。2007年12月到2008年2月，溫度脅迫逐漸適應(yīng)后，蛋白質(zhì)合成加速。就不同品種而言，東光除在2007年12月可溶性蛋白含量低于寒富和富士外，其他時(shí)期可溶性蛋白含量均高于它們。就可溶性蛋白質(zhì)單一指標(biāo)進(jìn)行抗寒性比較，東光抗寒性最強(qiáng)，其次為寒富，富士抗寒性最弱。

2.4 3個(gè)品種蘋果枝條中MDA含量的變化

植物器官在逆境條件下往往會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，其產(chǎn)物丙二醛（MDA）會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷生物膜。通常利用它作為膜脂過氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂過氧化程度及對(duì)逆境反應(yīng)的強(qiáng)弱。如圖4所示，低溫馴化期間枝條中的丙二醛（MDA）含量有一定增加，在2007年11月達(dá)到峰值。隨著溫度的降低，MDA含量開始下降。試驗(yàn)表明，富士枝條中MDA含量最高，寒富居中，東光最低。說明三者抵御低溫逆境的能力有一定的差別，東光抵御逆境的能力較強(qiáng)，寒富居中，富士較弱。

2.5 3個(gè)品種蘋果枝條中SOD活性的變化

SOD作為防御細(xì)胞膜系統(tǒng)受活性氧傷害的保護(hù)酶之一，與植株的抗寒性密切相關(guān)。圖5表明，隨著低溫的加劇，樹體逐漸進(jìn)入深度休眠期，寒富、東光和富士的SOD活性均逐漸升高。2007年10月到11月，SOD活性升高比較平緩。但到12月時(shí)3個(gè)品種蘋果的SOD活性急劇升高，分別達(dá)到最大值。12月以后，東光的SOD活性下降平緩，寒富和富士的SOD活性急劇下降，溫度的不斷降低使樹體產(chǎn)生過多的超氧化物陰離子自由基，從而抑制了SOD的產(chǎn)生。到2008年1月當(dāng)?shù)氐臍鉁亟档阶畹?，寒富、富士SOD活性降到谷值，東光變化不大，2月隨著氣溫回升，3個(gè)品種蘋果的SOD活性相差不大，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，東光SOD活性一直高于另兩個(gè)品種。

2.6 3個(gè)品種蘋果枝條中POD活性的變化

POD是植物體內(nèi)對(duì)防御活性氧傷害起重要作用的一種酶，可清除植株體內(nèi)由于外部脅迫所產(chǎn)生的超氧陰離子自由基。如圖6所示，從2007年10月開始，寒富、東光、富士枝條內(nèi)POD活性總體緩慢上升，到12月分別達(dá)最大值，比10月分別提高了13%、12%和4%，寒富和東光提高的幅度較大，富士最小。12月之后，隨著休眠期的加深，溫度進(jìn)一步降低，3個(gè)品種的POD活性均出現(xiàn)不同程度的下降，下降的原因可能是較低的溫度對(duì)樹體造成傷害加深，抑制了POD的活性。

3 小結(jié)與討論

3.1 自然低溫對(duì)枝條內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝指標(biāo)的影響

植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用主要表現(xiàn)為在一定范圍內(nèi)維持細(xì)胞膨壓的穩(wěn)定性，從而使細(xì)胞的生理生化過程能夠正常進(jìn)行。隨著溫度的下降，淀粉作為貯藏物質(zhì)大量積累。可溶性糖含量逐漸增加，糖的增加可以提高細(xì)胞液濃度，降低冰點(diǎn)，增加了果樹抗寒性。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，休眠初期枝條內(nèi)淀粉開始水解，可溶性糖含量隨之上升，深冬時(shí)達(dá)到峰值，其中寒富和富士在2007年11月達(dá)到峰值，而東光在12月達(dá)到峰值。以后淀粉含量又重新回升，可溶性糖含量開始下降。王麗雪等[2]在葡萄、黃振國[3]在梅花的研究中也得到相同的結(jié)果。對(duì)整個(gè)越冬期間淀粉和可溶性糖含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，淀粉含量高，降解速度快，越冬前期可溶性糖的積累就多。這種變化同時(shí)影響著束縛水、束縛水/自由水等抗寒指標(biāo)的變化。淀粉、脂肪類物質(zhì)的積累是越冬的先決條件，隨著寒冷的加劇，淀粉在越冬前期還可轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，使植株抗逆性增?qiáng)[4]。因此，越冬期淀粉積累的多少和轉(zhuǎn)化能力是樹木能否安全越冬的前提條件之一。供試品種中東光的淀粉含量高于其他兩個(gè)品種，寒富居中。在深度休眠期東光的可溶性糖含量高于其他兩個(gè)品種，寒富居中。

可溶性蛋白質(zhì)的親水膠體性質(zhì)強(qiáng)，能增強(qiáng)細(xì)胞持水力，因而在低溫脅迫下，植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的升高有利于抗冷性的提高。彭艷華等[5]研究認(rèn)為可溶性蛋白質(zhì)含量上升是因?yàn)橛胁糠中碌鞍踪|(zhì)合成，它對(duì)植物的耐冷性及對(duì)低溫的敏感性起重要作用。雖然抗寒特異蛋白質(zhì)的產(chǎn)生與植物抗寒力發(fā)育的有關(guān)機(jī)制仍不十分清楚，但許多研究表明，低溫脅迫能引起植物基因表達(dá)發(fā)生改變，并有新蛋白質(zhì)合成，它們參與抗寒性的發(fā)育過程[6]。試驗(yàn)中3個(gè)品種蘋果在低溫脅迫下可溶性蛋白質(zhì)都是增加的，認(rèn)為可溶性蛋白質(zhì)的增加以上兩種情況均有。一部分是由于低溫誘導(dǎo)了一些新蛋白質(zhì)的合成，一部分是從膜或其他結(jié)合形式釋放。

3.2 自然低溫對(duì)枝條內(nèi)膜脂過氧化與抗寒性的影響

在正常條件下，植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除之間處于平衡狀態(tài)。在一定的低溫范圍內(nèi)，它們的含量或活性表現(xiàn)上升，有利于保持植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除之間的平衡，不至于造成膜脂過氧化，但在低溫冷害條件下，植物組織中膜脂過氧化產(chǎn)物MDA大量積累，膜發(fā)生滲漏，膜透性上升，電解質(zhì)外滲，細(xì)胞質(zhì)相對(duì)電導(dǎo)率上升，造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p傷[7]。膜脂過氧化的中間產(chǎn)物自由基和最終產(chǎn)物MDA都會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷生物膜。MDA能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，因而引起對(duì)酶和膜的嚴(yán)重傷害，導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)、生理完整性及許多生物功能分子的破壞[8]。李晶等[9]研究認(rèn)為紅松隨著低溫脅迫時(shí)間的延長，MDA含量呈波動(dòng)性增加，解除低溫脅迫后的組織自動(dòng)氧化速率波動(dòng)性下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，自然低溫條件下，3個(gè)品種蘋果自休眠后MDA含量開始升高，2007年11月出現(xiàn)峰值后降低。東光MDA含量最低，富士含量最高，寒富居中。隨著休眠程度的加深，保護(hù)酶活性開始升高，從而降低MDA含量，這與潘曉云等[10]研究的扁桃抗寒性中MDA的變化趨勢相同。

3.3 自然低溫對(duì)枝條內(nèi)酶活性的影響

植物體內(nèi)清除活性氧的酶系統(tǒng)由SOD、POD等組成，它們的作用就是維持體內(nèi)超氧化物陰離子自由基的產(chǎn)生與清除的平衡狀態(tài)。逆境條件下，保護(hù)酶活性的變化前人已經(jīng)做了大量的研究，國內(nèi)外這方面的報(bào)道也很多，彭昌操等[11]的研究表明，SOD與柑橘的抗寒性密切相關(guān)。李榮富等[12]以早熟駱駝黃杏和晚熟蘭州大接杏為試材研究發(fā)現(xiàn)，隨著處理溫度的降低，POD和SOD活性先升高后降低。段肖翠等[13]以4個(gè)阿月渾子品種為試材進(jìn)行研究，結(jié)果表明SOD、POD含量隨著溫度的降低而呈現(xiàn)出先上升后下降的變化規(guī)律。低溫下耐寒性強(qiáng)的品種能保持較高的SOD和POD酶活性，馬翠蘭等[14]通過對(duì)柚等植物在低溫脅迫期間的SOD、POD活性研究認(rèn)為，低溫脅迫后SOD、POD活性均增加，抗寒性強(qiáng)的品種酶活性增加得多。

試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)品種蘋果POD活性2007年12月達(dá)最大值，12月之后，隨著溫度進(jìn)一步降低，3個(gè)品種蘋果的POD活性均出現(xiàn)不同程度的下降，原因可能是較低的溫度對(duì)樹體造成傷害加深，抑制了POD活性，這與前人研究結(jié)果一致。在自然低溫條件下，SOD活性隨著溫度的不斷降低急劇下降，到2008年1月當(dāng)?shù)氐臍鉁亟档阶畹停?、富士SOD活性降到谷值，然后隨著溫度的回升開始回升，抗寒性較強(qiáng)的東光SOD活性一直高于其他兩個(gè)品種。

自然低溫條件下，3個(gè)品種蘋果枝條內(nèi)可溶性糖和淀粉含量的變化規(guī)律具有一定的相對(duì)性，且東光的淀粉含量高于其他兩個(gè)品種，寒富居中。

通過以上的生理生化指標(biāo)測定，比較3個(gè)品種蘋果的抗寒能力后得出，東光抗寒力最強(qiáng)，寒富抗寒力居中，能夠適應(yīng)較低的低溫脅迫，在生產(chǎn)上可以根據(jù)其抗寒力確定適宜的栽種地區(qū)，并可作為選育抗寒品種的核心親本加以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張憲政，陳鳳玉.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2] 王麗雪，李榮富，馬蘭青，等. 葡萄枝條中淀粉、還原糖及脂類物質(zhì)變化與抗寒性的關(guān)系[J].內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，15（4）：1-7.

[3] 黃振國. 對(duì)影響梅花在北京越冬馴化的若干生理生化因素的研究[J].園藝學(xué)報(bào)，1980，7（1）：39-49.

[4] 黃義江，王宗清. 蘋果屬果樹抗寒性的細(xì)胞學(xué)鑒定[J].園藝學(xué)報(bào)，1982，9（3）：23-29.

[5] 彭艷華，劉成運(yùn)，盧大炎，等.低溫脅迫下鳳眼蓮葉片的適應(yīng)——脫落酸和可溶性蛋白質(zhì)含量升高[J].武漢植物學(xué)研究，1992，10（2）：123-127.

[6] 劉祖祺，林定波.ABA/GAs調(diào)控特異蛋白質(zhì)與柑桔的抗寒性[J].園藝學(xué)報(bào)，1993，20（4）：335-340.

[7] 陳杰忠，徐春香.植物冷害及其抗冷生理[J].福建果樹，1998（2）：21-23.

[8] 王愛國，邵從本，羅廣華. 丙二醛作為植物脂質(zhì)過氧化指標(biāo)的探討[J].植物生理學(xué)通訊，1986（2）：55-57.

[9] 李 晶，閻秀峰，祖元?jiǎng)? 低溫脅迫下紅松幼苗活性氧的產(chǎn)生及保護(hù)酶的變化[J].植物學(xué)報(bào)，2000，42（2）：148-152.

[10] 潘曉云，曹琴東，王根軒. 膜脂過氧化作為扁桃品種抗寒性鑒定指標(biāo)研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（11）：1902-1911.

[11] 彭昌操，孫中海. 低溫鍛煉期間柑桔原生質(zhì)體SOD和CAT酶活性的變化[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，19（4）：384-387.

[12] 李榮富，梁 莉，胡曉紅，等.低溫對(duì)杏花丙二醛含量及過氧化物酶與超氧化物歧化酶活性的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（6）：29-30.

[13] 段肖翠，倪志云，路丙社，等.低溫脅迫對(duì)阿月渾子抗寒生理指標(biāo)的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，28（4）：48-50.

[14] 馬翠蘭，劉星輝，胡又厘. 柚品種間的耐寒性差異及其機(jī)理[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，27（2）：160-165.

收稿日期：2012-03-14

基金項(xiàng)目：國家現(xiàn)代蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（nycytx-08-03-05）；沈陽市科技攻關(guān)項(xiàng)目（1071154-3-00）

作者簡介：劉國成（1954-），男，遼寧綏中人，研究員，主要從事果樹栽培與生理生態(tài)研究，（電話）024-88487219（電子信箱）

liuguocheng2000@sina.com；通訊作者，馬懷宇（1978-），女，博士，研究方向?yàn)楣麡湓耘嗯c生理生態(tài)，（電子信箱）

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