趙連鑫 何彩 郭艷蘭 晉敏 張勤德 王鑫 劉偉 張濤

(武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000)

荒漠肉蓯蓉(Cistanche deserticola Y.C.Ma)，列當(dāng)科肉蓯蓉屬，又名大蕓、蓯蓉，多年生草本寄生植物，主要寄生于梭梭、白刺等植物根上，適宜生長(zhǎng)在氣候干旱、降雨量少、蒸發(fā)量大、日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、晝夜溫差大，土壤以灰棕漠土、棕漠土為主的區(qū)域[1]，主要分布于內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、新疆等中西部地區(qū)[2]。荒漠肉蓯蓉具有很高的藥用價(jià)值，其肉質(zhì)莖可入藥，其化學(xué)組分主要有糖類、苯乙醇苷類、苯甲醇苷類、單萜類、木脂素類及微量元素等[3]，具滋肝養(yǎng)腎益經(jīng)血、潤(rùn)腸通便之功效，素有“沙漠人參”的美譽(yù)。近年來(lái)，隨著生活條件的改善，人們對(duì)肉蓯蓉的需求量不斷攀升，肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，從整地、種子處理、接種、采收及加工等方面都形成了一系列配套技術(shù)[4，5]，形成了集種植、加工、銷售于一體的產(chǎn)業(yè)鏈，解決了荒漠區(qū)農(nóng)民的增收問(wèn)題[6]。

然而，采收后的肉蓯蓉極易褐化，水分容易流失，當(dāng)前市場(chǎng)主要是通過(guò)晾曬制干方式開(kāi)展肉蓯蓉營(yíng)銷，在肉蓯蓉冷鮮貯藏方面還未見(jiàn)有報(bào)道和研究。因此，開(kāi)展肉蓯蓉的抗寒性研究具有十分重要的意義，將彌補(bǔ)肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)冷鮮貯藏方向的技術(shù)空白，進(jìn)一步促進(jìn)肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前，關(guān)于肉蓯蓉抗寒性的研究至今還未開(kāi)展，但在其他植物上已開(kāi)展較多抗寒性的研究。郭艷蘭等[7]在以不同葡萄砧木的一年生枝條為研究對(duì)象，測(cè)定了相對(duì)電導(dǎo)率及相關(guān)生理生化指標(biāo)，并利用建立Logistic方程、主成分分析等方法對(duì)葡萄砧木耐寒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王瑋等[8]以7個(gè)梨品種休眠期枝條為研究對(duì)象，測(cè)定其電導(dǎo)率及相關(guān)抗性生理指標(biāo)，并利用Logistic方程、相關(guān)性分析等方法對(duì)不同梨品種抗寒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。劉國(guó)敏等[9]以不同馬鈴薯品種葉片為試驗(yàn)材料，測(cè)定了低溫處理下生理指標(biāo)的含量，利用Logistic方程、主成分分析等方法評(píng)價(jià)了不同馬鈴薯品種的耐寒性。因此，本研究以荒漠肉蓯蓉為試驗(yàn)材料，通過(guò)測(cè)定不同低溫處理下相對(duì)電導(dǎo)率變化和生理生化指標(biāo)含量，利用Logistic方程、相關(guān)性分析等方法，對(duì)荒漠肉蓯蓉的抗寒性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為荒漠肉蔥蓉的低溫貯藏保鮮和冷鏈物流等產(chǎn)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為甘肅省武威市民勤縣青土湖沙產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司基地內(nèi)的荒漠肉蓯蓉。該區(qū)域?qū)俅箨懶愿珊禋夂?，日照時(shí)數(shù)3142.2h，平均海拔1400m；年均降水量113.2mm，蒸發(fā)量2675.6mm，晝夜溫差14.3℃，年均氣溫8.8℃，極端最低氣溫-29.5℃，無(wú)霜期152d，土壤類型以礫質(zhì)沙壤土為主。選擇形狀、大小基本一致的荒漠肉蓯蓉作為研究對(duì)象，采用單因素試驗(yàn)，設(shè)置0℃、-5℃、-10℃、-15℃ 4個(gè)低溫處理，每個(gè)處理5根新鮮荒漠肉蓯蓉，低溫處理后一部分用于電導(dǎo)率測(cè)定，一部分用于抗寒性生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定和Logistic方程的建立

用刀片將低溫處理過(guò)的荒漠肉蓯蓉，剪成長(zhǎng)寬1～2cm、厚度1mm的薄片，混合均勻后稱取1g置于25mL試管中，加入20mL蒸餾水，加蓋于室溫靜置4h，用DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀測(cè)定初始電導(dǎo)率，測(cè)前搖勻；然后置于沸水中煮30min，冷卻至室溫后測(cè)定終電導(dǎo)率，計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率(相對(duì)電導(dǎo)率=初始電導(dǎo)率/終電導(dǎo)率×100%)和低溫半致死溫度(LT50)[7]，并進(jìn)行曲線擬合，擬合方程：

Y=K/(1+ae-bx)

式中，Y代表相對(duì)電導(dǎo)率；a、b為方程參數(shù)；K為常數(shù)，代表最大電解質(zhì)滲出率，由于Y是累積頻率，此處K取100，LT50即方程拐點(diǎn)，計(jì)算方式：

LT50=-(lna/b)

1.2.2 抗性生理指標(biāo)測(cè)定

選取各處理荒漠肉蓯蓉中間部位肉質(zhì)莖，剪成厚2～3mm薄片，用液氮冷凍后迅速將荒漠肉蓯蓉粉碎，置于-80℃冰箱保存，用于荒漠肉蓯蓉抗性生理生化指標(biāo)的測(cè)定。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用核黃素-NBT光化學(xué)還原法測(cè)定；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定；脯氨酸含量采用磺基水楊法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定，上述生理指標(biāo)的測(cè)定均參考陳剛等[10]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft office 2007、SPSS 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 荒漠肉蓯蓉相對(duì)電導(dǎo)率變化、Logistic模型建立及半致死溫度測(cè)定

不同低溫處理下荒漠肉蓯蓉相對(duì)電導(dǎo)率的變化如表1所示，隨著溫度的降低荒漠肉蓯蓉相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增大，數(shù)值由36.81%增大為67.15%，說(shuō)明低溫處理傷害越大，電解質(zhì)外滲率越多，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率越高。為明確荒漠肉蓯蓉的抗寒能力，確定其半致死溫度，本試驗(yàn)根據(jù)各低溫處理的相對(duì)電導(dǎo)率，建立Logistic方程，并根據(jù)方程計(jì)算半致死溫度LT50，如表2所示，荒漠肉蓯蓉Logistic方程擬合度R2為0.9997，說(shuō)明擬合的Logistic方程具有很高的可靠性，由此計(jì)算出LT50，即荒漠肉蓯蓉的半致死溫度為-6.51℃。

表1 低溫處理對(duì)荒漠肉蓯蓉相對(duì)電導(dǎo)率的影響

表2 荒漠肉蓯蓉?cái)M合方程和溫半致死溫度

2.2 低溫處理對(duì)荒漠肉蓯蓉抗性生理指標(biāo)的影響

低溫對(duì)荒漠肉蓯蓉抗性生理指標(biāo)的影響如圖1所示。POD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在-10℃時(shí)值最大，且均與其他處理差異顯著。SOD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在-5℃時(shí)值最大，與其他處理無(wú)顯著差異。脯氨酸含量也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，在-10℃時(shí)值最大，與其他處理無(wú)顯著差異。隨著溫度的降低可溶性蛋白呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在-15℃時(shí)值最大，且均與其他處理差異顯著?？扇苄蕴且渤尸F(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在-15℃時(shí)值最大，在0℃時(shí)值最小，且均與其他處理差異顯著。

注：不同字母為顯著性差異(P<0.05)。

2.3 荒漠肉蓯蓉抗寒性生理指標(biāo)及不同溫度間的相關(guān)性分析

荒漠肉蓯蓉抗寒性指標(biāo)及低溫處理之間的相關(guān)性關(guān)系如表3所示。溫度與相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與上述Logistic方程中相關(guān)系數(shù)R2為一致；溫度與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。相對(duì)電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 荒漠肉蓯蓉抗寒性生理指標(biāo)及低溫處理之間的相關(guān)性

3 討論

電導(dǎo)率法常被用來(lái)確定植物的半致死溫度，其原理是電導(dǎo)率可表示細(xì)胞電解質(zhì)的外滲程度，電導(dǎo)率越高，說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲越多，細(xì)胞膜的透性越大，也就是植株細(xì)胞膜受到傷害的程度越大，表明該植物的抗寒能力越弱[11]。因此，通過(guò)設(shè)置不同梯度的逆境環(huán)境，測(cè)定不同梯度下的電導(dǎo)率，建立相對(duì)電導(dǎo)率的建立Logistic方程，可確定半致死溫度。前人在梨[8]、葡萄[7]和馬鈴薯[12]等很多植物中使用此方法測(cè)定了該植物的半致死溫度。本試驗(yàn)使用同樣的方法測(cè)定了低溫處理下荒漠肉蓯蓉電導(dǎo)率的變化，研究發(fā)現(xiàn)荒漠肉蓯蓉相對(duì)電導(dǎo)率呈先逐漸升高的趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果一致，再通過(guò)建立Logistic方程計(jì)算出的半致死溫度(LT50)為-6.51℃，且建立Logistic方程的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9997，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下通過(guò)該方法測(cè)定的荒漠肉蓯蓉半致死溫度真實(shí)可靠。

生理生化指標(biāo)的測(cè)定常用于植物抗寒性的評(píng)價(jià)[13]，這些生理生化指標(biāo)包括SOD活性、POD活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及丙二醛含量等。SOD、POD酶的主要作用是為了清除和平衡植物體內(nèi)的自由基，研究表明[14]，在一定的低溫范圍內(nèi)，SOD、POD等保護(hù)酶含量升高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，但當(dāng)溫度下降到一定的程度時(shí)，也會(huì)造成植物體內(nèi)過(guò)氧化氫和活性氧自由基等有害物質(zhì)的積累，使得植物受低溫傷害。本研究中，隨著溫度的下降荒漠肉蓯蓉體內(nèi)的SOD、POD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這與石雪暉等[15]在開(kāi)展低溫脅迫對(duì)柑桔離體葉片中SOD酶的變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明一定范圍內(nèi)低溫脅迫會(huì)促進(jìn)SOD、POD活性的增加，當(dāng)?shù)蜏爻^(guò)一定的溫度后，SOD、POD活性會(huì)急劇下降。脯氨酸作為一種有機(jī)物質(zhì)，廣泛存在于植物體內(nèi)，研究表明[16]，許多植物在低溫等脅迫環(huán)境下，體內(nèi)的脯氨酸呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其作用機(jī)制是作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、活性氧清除劑等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的脅迫保護(hù)。本研究中，脯氨酸含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這與郭艷蘭等[7]研究結(jié)果一致。至于脯氨酸含量沒(méi)有持續(xù)增加，而是出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，可能與超過(guò)一定溫度范圍有關(guān)，還有待進(jìn)一步研究?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有提高細(xì)胞的滲透濃度、降低水勢(shì)、降低冰點(diǎn)作用，繼而能提高植物抗寒性。梁鎖興等研究表明[17]，隨著溫度的降低平歐榛體內(nèi)的可溶性糖、可溶性蛋白呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，這與本研究中低溫處理導(dǎo)致荒漠肉蓯蓉體內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白含量升高的趨勢(shì)一致。

植物的抗寒機(jī)制比較復(fù)雜，單一指標(biāo)對(duì)荒漠肉蓯蓉抗寒性的評(píng)價(jià)具有片面性。因此，本研究綜合分析低溫與各抗寒性指標(biāo)的相關(guān)性。研究表明，溫度與相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與上述Logistic方程中相關(guān)系數(shù)R2為一致，進(jìn)一步證實(shí)荒漠肉蓯蓉半致死溫度的可靠性；溫度與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。故下一步的深入研究中可以單獨(dú)選相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸和可溶性蛋白含量來(lái)深入分析荒漠肉蓯蓉對(duì)溫度的適應(yīng)性。此外，還發(fā)現(xiàn)相對(duì)電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

綜合以上研究結(jié)果得出：隨著溫度的降低，荒漠肉蓯蓉的相對(duì)電導(dǎo)率逐漸升高，通過(guò)建立Logistic方程，計(jì)算得出荒漠肉蓯蓉的半致死溫度(LT50)為-6.51℃，故在生產(chǎn)實(shí)踐中荒漠肉蓯蓉在冷鏈保鮮貯藏時(shí)，溫度不能低于-6.51℃。隨著溫度的降低荒漠肉蓯蓉體內(nèi)POD、SOD活性和脯氨酸含量呈現(xiàn)了先升高后降低的趨勢(shì)，可溶性蛋白和可溶性糖呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。低溫與相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；相對(duì)電導(dǎo)率與脯氨酸含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；POD活性和可溶性糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。