白茹 *，孫志紅 ，魯曉燕 ，位杰

（1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003；2新疆兵團(tuán)第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)所，新疆 庫爾勒 841000）

庫爾勒香梨作為新疆傳統(tǒng)的地方果樹品種，是果農(nóng)重要的經(jīng)濟(jì)收入來源之一，但是，2000年以來，低溫凍害造成許多果樹大面積死亡，給果農(nóng)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。如何保障香梨安全越冬是目前香梨栽培管理中的重要工作之一，因此，研究庫爾勒香梨在越冬期對不同低溫的耐性具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

目前，果樹抗寒性的研究多采用將植物樣品采摘下來，進(jìn)行人工模擬低溫處理進(jìn)行[2-3]，這種人工進(jìn)行模擬低溫處理，試驗(yàn)材料除受低溫影響外不受其他任何因素的影響。然

而，果樹在自然越冬過程中，除受外界環(huán)境溫度影響外，地域、降雪情況、采樣時(shí)間等都能對果樹越冬期抗寒性造成影響，而且外界環(huán)境變化無常，人為無法控制，因此，這2種方法測定的結(jié)果必然存在一定的誤差。目前，關(guān)于植物越冬期的研究報(bào)道較多。前人研究結(jié)果均表明，植物在越冬過程生理指標(biāo)會發(fā)生不同的變化，對凍害的抵御能力在不同時(shí)期也表現(xiàn)出不同的變化。李葉云等[4]在茶樹研究中發(fā)現(xiàn)，越冬過程中，茶樹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和保護(hù)酶均呈規(guī)律性變化，越冬中期內(nèi)含物質(zhì)的含量高于越冬前期和后期。趙樹亮[5]研究發(fā)現(xiàn)，在越橘自然越冬過程中，可溶性糖含量積累主要發(fā)生在越冬前期，脯氨酸含量最大值出現(xiàn)在溫度回升初期。呂小軍等[6]研究表明，在自然越冬過程中，花椒花芽中SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量與可溶性糖含量呈先升高后降低的趨勢，SOD活性、POD活性和可溶性蛋白含量在冬季最為寒冷的時(shí)間達(dá)到峰值，可溶性糖含量達(dá)到峰值的時(shí)間較為滯后，而MDA含量在冬季最低溫度來臨之前已經(jīng)開始下降。何西風(fēng)[7]在花椒的自然越冬抗寒性研究中將越冬過程中花椒抗寒性分為4個(gè)時(shí)期:抗寒鍛煉期(11月初至翌年1月初)、強(qiáng)抗寒性期(1月中旬)、抗寒性減弱期(1月中旬至3月初)和抗寒性解除期(3月中旬至以后)。宋吉仁等[8]在小麥越冬中發(fā)現(xiàn)：越冬前期，不同小麥品種的可溶性蛋白含量均無差異，但隨著越冬時(shí)期的深入，不同小麥可溶性蛋白表現(xiàn)出明顯差異，表現(xiàn)為隨著溫度的降低所有品種的蛋白含量不斷增高，直到越冬期解除后才逐漸降低，MDA含量也呈類似變化趨勢。那么，庫爾勒香梨在自然越冬過程中是否也存在這種變化？什么時(shí)期是香梨最容易受到凍害威脅的？是值得關(guān)注的主要問題。

因此，本研究對庫爾勒香梨枝條的細(xì)胞膜透性、抗氧化酶活性等生理指標(biāo)在越冬期不同低溫條件下的變化進(jìn)行研究，探討庫爾勒香梨枝條對不同低溫變化的生理適應(yīng)性，利用隸屬函值法對庫爾勒香梨枝條在不同月份不同低溫條件下對低溫的抵御能力進(jìn)行評價(jià)，旨在為香梨凍害機(jī)理研究和香梨安全越冬管理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇庫爾勒地區(qū)生長勢均衡的30株6年生的香梨樹，于2015年11月1日-2016年3月1日，每隔 15 d采樣1次，采樣時(shí)，隨機(jī)從樹體外圍東、南、西、北4個(gè)方向，選取無病蟲害、充分成熟、粗度0.5 cm左右的1年生枝條，每次共采集保留枝條中部4節(jié)的120個(gè)枝條，立即蠟封剪口，帶回實(shí)驗(yàn)室測定生理指標(biāo)。在采樣期間利用高低溫度計(jì)測定和記錄采樣地每日最高、最低氣溫，并計(jì)算15 d平均最高和最低氣溫。

1.2 方法

1.2.1 生理指標(biāo)的測定

參照撒俊逸等[9]的方法測定相對電導(dǎo)率；MDA含量采用硫代巴比妥酸顯色反應(yīng)法測定[10]；SOD、POD、CAT活性參考Bai等[11]的方法，每個(gè)指標(biāo)測定均3次重復(fù) 。

1.2.2 枝條對不同低溫的耐性評價(jià)

采用隸屬函數(shù)值法[12]對庫爾勒香梨不同月份枝條對低溫的耐性進(jìn)行評價(jià)。對各項(xiàng)指標(biāo)的測定值采用模糊數(shù)學(xué)隸屬度公式進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，對所測的生理指標(biāo)用下式求出各個(gè)時(shí)期被測指標(biāo)隸屬度。

（1）與抗寒性呈負(fù)相關(guān)的相對電導(dǎo)率、MDA含量按以下公式計(jì)算：

（2）與抗寒性呈正相關(guān)的保護(hù)酶活性按以下公式計(jì)算：

其中，n為測定的指標(biāo)總數(shù)；Ui為第i個(gè)測定指標(biāo)；U(Xi)∈[0，1]；△為不同采樣期各項(xiàng)指標(biāo)測定的綜合評定結(jié)果。Ximiax，Ximin為不同采樣期第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS17.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣地環(huán)境溫度的變化

由表1可見，采樣地溫度從2015年11月1日開始逐漸降低，到2016年2月1日溫度降到最低，半月平均最低溫度為-14.75℃，之后，溫度開始逐漸上升。

表1 采樣期每半月平均最低和最高溫度Tab.1 The average minimum and maximum temperature per half month of samples

2.2 越冬期香梨枝條相對電導(dǎo)率的變化

越冬期香梨枝條相對電導(dǎo)率的變化見圖1。

圖1 越冬過程中香梨枝條相對電導(dǎo)率的變化Fig.1 Changes of relative electric conductivity of branches during natural overwinter

由圖1可見，從2015年11月到翌年3月，香梨枝條的相對電導(dǎo)率總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，11月初到翌年1月初上升緩慢，1月15日后隨著溫度的急劇下降，相對電導(dǎo)率的上升幅度增大，在最寒冷的2月初，其含量由越冬初期的38.93%上升到55.82%，之后，隨著溫度的回升，相對電導(dǎo)率出現(xiàn)下降。

2.3 越冬期香梨枝條MDA含量的變化

由圖2可見，從2015年11月至翌年3月，香梨枝條的MDA含量總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，11月初到12月底上升緩慢，翌年1月后隨著溫度的急劇下降，MDA含量的上升幅度增大，在最寒冷的2月初，其含量較越冬初期的11月份上升了112.45%，之后，隨著溫度的回升，MDA含量開始下降。

圖2 越冬過程中香梨枝條MDA含量的變化Fig.2 Changes of MDA content of branches during natural overwinter

2.4 越冬過程中香梨枝條保護(hù)酶活性的變化

由圖3可見，整個(gè)越冬期，香梨枝條POD酶活性呈現(xiàn)不規(guī)律小幅上升或下降趨勢，雖然在溫度最低的1月和2月，其活性最低，但與其它越冬期相比，差異并不顯著。香梨枝條SOD酶和CAT酶活性均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，2015年11月初至12初，SOD和CAT酶活性隨著外界環(huán)境溫度的降低而漸漸升高，至12月1日，達(dá)到全年最高，分別為392.32 U/g和 4.58 μmol/g·min；之后，隨著環(huán)境溫度的降低，二者的酶活性開始下降，到2016年3月初，SOD活性降到全年最低86.6 U/g，CAT酶活性到2016年2月中旬，其活性降到全年最低2.46 μmol/g·min。

圖3 越冬過程中香梨枝條SOD、POD、CAT活性的變化Fig.3 Changes of SOD，POD and CAT activity of branches during natural overwinter

2.5 越冬期庫爾勒香梨不同月份枝條耐受低溫的能力評價(jià)

庫爾勒香梨枝條在不同月份耐受低溫的能力采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評價(jià)，由表 2可見，庫爾勒香梨在自然越冬期，枝條對不同溫度的耐受能力存在較大差異，在氣溫開始下降的11月至12月，枝條的平均隸屬值出現(xiàn)上升，12月 1日達(dá)到最大，為0.79，枝條對低溫的耐受能力開始增強(qiáng)，之后的1月至2月中旬，隨著氣溫的急劇下降，香梨平均隸屬值也開始下降，2月1日達(dá)到最小，為0.05，此時(shí)，枝條抵御低溫的能力降到最低，隨著氣溫的回升，平均隸屬值又開始上升，枝條開始逐漸恢復(fù)對低溫的抵御能力。

表2 各生理指標(biāo)隸屬度及枝條耐受低溫的能力評定Tab.2 The value of each index and cold resistance comprehensive assessment

3 討論

3.1 自然越冬過程中香梨枝條相關(guān)生理指標(biāo)的變化

1995年，Ishikaw等[13]提出“生物氧毒害理論”，其認(rèn)為植物在遭受低溫后，體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)平衡被破壞和自由基大量積累，使植物受到毒害作用。一般而言，植物在進(jìn)行正常生命活動所產(chǎn)的活性氧和自由基并不能對植物造成威脅，這完全歸功于植物的抗氧化系統(tǒng)，因?yàn)樗軌蚯宄钚匝鹾妥杂苫?，SOD、POD、CAT等屬于酶促防御系統(tǒng)[14]。當(dāng)植物處于低溫逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞自由基產(chǎn)生和清除的平衡遭到破壞而積累大量的活性氧，在冷馴化過程中植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)加強(qiáng)，從而提高了植物對活性氧的抵抗力[15]。雖然這些保護(hù)酶系統(tǒng)不能直接判斷植物的抗寒性強(qiáng)弱，但均與抗寒性有密切的關(guān)系[16-17]。Low等[18]研究發(fā)現(xiàn)，自然休眠解除過程中，保護(hù)酶活性上升。龐發(fā)虎等[19]對休眠期內(nèi)溫室杏樹和大田杏樹的抗氧化酶系統(tǒng)活性測定發(fā)現(xiàn)：隨著低溫時(shí)間延長，SOD活性呈先升高后降低再升高的變化趨勢，休眠解除后，溫室內(nèi)杏樹枝芽SOD活性有所降低；隨著休眠的不斷深入，溫室和大田的POD活性均不斷升高，解除休眠后，大田杏樹枝芽POD活性降低，CAT活性則迅速升高；直到自然休眠結(jié)束后，CAT活性才迅速降低。本研究發(fā)現(xiàn)，越冬期香梨枝條SOD、POD、CAT活性隨著溫度的降低，它們的變化規(guī)律相似，在冷空氣來襲前其活性均出現(xiàn)了大幅提高，之后隨著外界溫度的繼續(xù)下降，其活性開始降低，這可能是由于溫度的降低加重了細(xì)胞膜的受害程度，高濃度的自由基超過傷害閥值，導(dǎo)致酶蛋白分子的破壞，從而降低了其活性[20]。通常情況下，植物受低溫脅迫時(shí)，其細(xì)胞膜膜相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，膜透性增加，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，因電解質(zhì)滲透率測定方法便捷，已成為目前植物抗寒性評價(jià)運(yùn)用最廣泛的生理指標(biāo)之一[21-22]。MDA是細(xì)胞膜質(zhì)的過氧化產(chǎn)物，其與其細(xì)胞內(nèi)的各種成分發(fā)生反應(yīng)，引起對細(xì)胞膜和酶的嚴(yán)重?fù)p傷，可在一定程度上反映植物受低溫危害的程度。相對電導(dǎo)率和MDA含量均可反映細(xì)胞質(zhì)膜受損程度，而且二者含量越高，抗寒性越差。張吉立等[23]在4種彩葉植物上驗(yàn)證了這一點(diǎn)，MDA含量的變化與外界環(huán)境溫度變化一致，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，MDA含量升高，溫度升高時(shí)，MDA含量迅速降低。本研究發(fā)現(xiàn)，2015年11月至2016年3月的自然降溫過程中，香梨枝條相對電導(dǎo)率和MDA含量隨著天氣的變冷而升高，它們在一定程度上反映了枝條細(xì)胞膜系統(tǒng)的受損害程度。在溫度下降至-11.63℃以下之前，枝條的相對電導(dǎo)率和MDA含量上升緩慢，可能是由于在冷空氣來襲前的這段時(shí)間，香梨枝條的SOD、POD、CAT活性開始升高，從而降低了細(xì)胞膜系統(tǒng)的受損程度。然而，12月15日之后，外界溫度快速下降，保護(hù)酶活性開始降低，致使枝條的相對電導(dǎo)率和MDA含量開始迅速上升。整個(gè)越冬期，3種保護(hù)酶之間通過相互協(xié)調(diào)配合，保持了細(xì)胞的滲透平衡，并通過調(diào)整各自活性的變化來適應(yīng)低溫變化，從而保護(hù)香梨枝條的安全越冬。

3.2 越冬期庫爾勒香梨枝條對低溫的耐受能力評價(jià)

隸屬函數(shù)法可以在多個(gè)指標(biāo)測定的基礎(chǔ)上，對植物的抗寒性進(jìn)行較為綜合、全面的評價(jià)，評價(jià)結(jié)果較為科學(xué)、可靠，在植物抗寒性評價(jià)中應(yīng)用廣泛[24-25]。因此，本研究在測定香梨枝條相關(guān)生理指標(biāo)變化的基礎(chǔ)上，利用隸屬函數(shù)法對庫爾勒香梨不同月份枝條抵御凍害的能力進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果表明，香梨枝條抵御凍害的能力在自然越冬過程中出現(xiàn)了動態(tài)變化，在全年氣溫最低的2月份，香梨枝條各生理指標(biāo)的平均隸屬值最小，此時(shí)香梨枝條抵御凍害的能力最弱，這與撒俊逸等[9]研究分析的2014-2015年越冬期香梨枝條具有抵御凍害能力的結(jié)論一致。

4 結(jié)論

由越冬期溫度的降低而導(dǎo)致的香梨枝條細(xì)胞膜破壞是枝條凍害發(fā)生的重要原因之一，保護(hù)酶活性的動態(tài)變化在一定程度上可降低膜系統(tǒng)的受損程度，保護(hù)枝條安全越冬。用隸屬函數(shù)值綜合評價(jià)香梨在越冬期對不同低溫的耐性，結(jié)果表明，在溫度最低的2月香梨枝條對低溫的耐受能力最弱，此時(shí)最容易受凍，因此，在此期間應(yīng)積極采取防寒措施，防止降溫給香梨帶來的凍害。

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