山西部分梨品種抗寒性測定及生理指標研究

楊盛 郭黃萍 郝國偉 張曉偉 白牡丹 石美娟 程培紅 李凱

摘 ?要：通過鑒定山西部分梨品種的抗寒性以達到對抗寒育種中親本的選擇。以1年生梨枝條為試材，在人工低溫處理下研究7個梨品種枝條中相對電導率、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和束縛水含量的變化規(guī)律，并分析各生理指標之間的相關性。結果表明：（1）供試梨品種的抗寒性順序為：‘蘋果梨>‘晉酥梨>‘晉蜜梨>‘玉露香梨>‘雪花梨>‘玉酥梨>‘庫爾勒香梨。（2）相對電導率、可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量隨處理溫度的下降而上升。（3）可溶性糖含量與抗寒性呈顯著正相關，而脯氨酸和可溶性蛋白含量與抗寒性無明顯相關性。綜合以上研究結果，在低溫脅迫條件下，可溶性糖可單獨作為抗寒性的鑒定指標。

關鍵詞：梨品種;抗寒性;相對電導率;可溶性糖;可溶性蛋白;脯氨酸

中圖分類號：S661.201 ? ?文獻標志碼：A ? ?論文編號：2014-0794

The Study of the Cold Resistance and Physiology Index of Some Pear Varieties in Shanxi Province

Yang Sheng， Guo Huangping， Hao Guowei， Zhang Xiaowei， Bai Mudan， Shi Meijuan， Cheng Peihong， Li Kai

（Institutes of Pomology， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taigu 030800， Shanxi， China）

Abstract： We identified some pear varieties of cold resistance in Shanxi Province， in order to achieve parental choice in cold resistance breeding. With 1 year old dormant pear shoots as test materials， the relative conductivity， soluble sugar， soluble protein， proline and bound water content in 7 pear cultivars shoots during the artificial low temperature treatment was investigated， and the correlation of these indexes was analyzed. The results were as follows： （1） The order for the cold resistance of the three cultivars from stronger to weaker was ‘Pingguoli， ‘Jinsuli， ‘Jinmili， ‘Yuluxiangli， ‘Xuehuali， ‘Yusuli and ‘Korla fragant pear. （2） The content of soluble sugar， soluble protein， proline and relative conductivity increased gradually with the reducing of temperature. （3） The content of soluble sugar had positively high significance related to hardiness， soluble protein and proline content had no obvious correlation with the cold resistance. According to the above results， we could conclude that the soluble sugar should be used alone as a screening index of cold resistance in pear under the condition of low temperature stress.

Key words： Pear Cultivar; Cold Resistance; Relative Conductivity; Soluble Sugar; Soluble Protein; Proline

0 ?引言

國內(nèi)梨樹的生產(chǎn)絕大多數(shù)是露地栽培，而露地栽培受自然環(huán)境因素的影響較大，其中，凍害就是影響梨樹生產(chǎn)的一個重要因素。梨樹凍害與品種、樹齡、樹體部位、地勢、管理等有密切關系。為了使梨樹盡可能不受凍或少受凍，在種植梨樹時，首先應根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件，選擇適合本地生長、抗寒性強的品種[1-3]，并采取建立防護林和加強管理等措施。王文舉等[4]測定了6個西洋梨品種的半致死溫度。李俊才等[5]應用電導法配合Logistic方程，鑒定了15個梨品種的抗寒性。筆者選用了在山西省梨樹生產(chǎn)中有一定栽培面積和部分具有發(fā)展前景的7個品種作為供試品種，研究其抗寒性及相關的生理指標，對梨樹生產(chǎn)中品種的選擇具有重要指導意義。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗時間、地點

研究田間試驗于2011—2013年在國家梨產(chǎn)業(yè)技術體系太谷綜合試驗站示范園進行，室內(nèi)試驗在山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所重點實驗室進行。

1.2 ?試驗材料

通過常規(guī)取樣法，從常規(guī)管理下10～15年生樹的‘雪花梨、‘庫爾勒香梨、‘玉露香梨、‘蘋果梨、‘晉酥梨、‘晉蜜梨和‘玉酥梨1年生休眠期枝條，全部供試品種7個。

1.3 ?試驗方法

1.3.1 ?試驗設計 ?設5個處理溫度[室溫（CK）、-10、-20、-30、-40℃]。共7個品種，每品種采集粗細均勻、生長一致的1年生枝10條，每處理2條。

1.3.2 ?精密儀器和藥品規(guī)格 ?本研究室內(nèi)使用的阿貝折射儀為上海滬粵明科學儀器有限公司生產(chǎn)的2WAJ型，電導率儀為上海儀電科學儀器股份有限公司生產(chǎn)的DDS-307型，分光光度計為鄭州南北儀器設備有限公司生產(chǎn)的UV2600型。藥品均為化學純。

1.3.3 ?相對電導率、自由水與束縛水測定 ?參照郝建軍等[6]的方法，計算公式如下：

相對電導率= （低溫處理后電導度/蒸煮后電導度）×100%

自由水含量=[蔗糖溶液重×（蔗糖原液濃度-浸泡后糖液濃度）/（浸泡后糖液濃度×樣品鮮重）]×100%

鮮重含水量=[（鮮樣重-干樣重）/鮮樣重]×100%

束縛水含量=鮮重含水量-自由水含量

傷害率=[（處理后相對電導率-對照相對電導率）/（1-對照相對電導率）]×100%

1.3.4 ?相關抗寒理化指標測定 ?可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量的測定參照張志安[7]的方法。

1.3.5 ?數(shù)據(jù)分析 ?應用Excel及SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?低溫處理下梨樹枝條膜透性的變化

由圖1可知，隨溫度的降低，參試品種的相對電導率均增加，在-10～-20℃時，‘晉蜜梨和‘玉露香梨的相對電導率略有下降;-20℃時，‘晉酥梨、‘蘋果梨和‘雪花梨的相對電導率增至60%;-30℃時，相對電導率均增至60%以上;-40℃時，‘雪花梨和‘庫爾勒香梨的相對電導率迅速增至80%以上，說明枝條內(nèi)細胞電解質滲出嚴重，細胞質膜遭到破壞，膜透性增加。

利用枝條的相對電導率數(shù)據(jù)計算傷害率。從圖2可知，參試品種的傷害率隨溫度的降低而增加，-10℃時‘晉蜜梨、‘玉酥梨和‘玉露香梨的傷害率低于15%;-20℃時，‘玉露香梨的傷害率猛增至30%，其他梨品種的傷害率增幅較小;在-40℃時，除‘晉蜜梨外，其余品種的傷害率均增至40%以上，表明枝條內(nèi)細胞質膜受到損傷，膜透性增加。

對不同低溫與傷害率進行簡單回歸分析，由表1可知，二者呈線性負相關，相關系數(shù)r均達極顯著水平。回歸系數(shù)b值越大，其傷害率越低，抗寒性越強。因此，抗寒性強弱順序為：蘋果梨>晉酥梨>晉蜜梨>玉露香梨>雪花梨>玉酥梨>庫爾勒香梨。

2.2 ?低溫處理下梨樹枝條含水量的變化

對不同溫度處理下的梨樹枝條進行總含水量、束縛水含量及自由水含量測定。從圖3可知，隨著處理溫度的變化，不同品種枝條的總水分含量和自由水含量呈現(xiàn)無規(guī)律性變化，有的品種隨處理溫度的下降而增加，有的品種隨處理溫度的下降而下降。總水分含量和自由水含量的變化與梨樹抗寒性強弱無明顯相關性。

由圖4可知，不同梨品種的束縛水含量，隨處理溫度的下降逐漸增加。從整體來看，增長幅度最大的為‘晉酥梨和‘蘋果梨，結合表1可知，束縛水含量與品種間抗寒性的強弱有一定的相關性，這與李玉梅等[3]研究結論相一致。

2.3 ?低溫處理下梨樹枝條可溶性糖含量變化

由圖5可知，不同品種枝條中可溶性糖含量均隨溫度的降低逐漸增加。其中，‘蘋果梨的可溶性糖凈增長量最大，說明在低溫寒冷環(huán)境中‘蘋果梨枝條內(nèi)部積累了大量的可溶性糖。結合表1可知，抗寒性越強的品種，可溶性糖積累的越多。枝條內(nèi)可溶性糖含量與梨抗寒性之間呈正相關關系。

2.4 ?低溫處理下不同品種枝條可溶性蛋白含量變化

由圖6可知，隨著處理溫度的降低，不同梨樹枝條內(nèi)可溶性蛋白含量均在原有基礎上呈上升趨勢。抗寒性最強的‘蘋果梨的可溶性蛋白凈增長量最大而抗寒性較強的‘晉蜜梨凈增長量最小。

2.5 ?低溫處理下不同品種枝條游離脯氨酸含量變化

由圖7可知，不同品種枝條中脯氨酸含量均隨著處理溫度的降低而升高。整體上看，抗寒性最強蘋果梨脯氨酸含量最高，但抗寒性較強的‘玉露香梨和‘晉酥梨脯氨酸含量較小。

2.6 ?枝條滲透調(diào)節(jié)物質與抗寒性的關系

由表2可知，抗寒性最強的‘蘋果梨枝條內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量與其他6個品種差異顯著，而其他6個品種間無顯著性差異;可溶性蛋白含量各品種間差異顯著。結合表1和表2可知，可溶性糖與抗寒性呈正相關;除‘雪花梨與‘玉酥梨外，可溶性蛋白與抗寒性呈正相關;脯氨酸含量與抗寒性無相關性。

2.7 ?梨樹枝條各生理指標間的相關性

對7個梨品種-30℃低溫處理的4個生理指標進行簡單相關分析。由表3可知，可溶性糖含量與束縛水呈極顯著正相關;與可溶性蛋白、脯氨酸呈顯著正相關;可溶性蛋白與脯氨酸關系不顯著。可見，可溶性糖含量對抗寒性的作用最大。

3 ?討論

3.1 ?影響梨樹抗寒性的因素

試驗測得參試梨品種的抗寒性強弱順序為：‘蘋果梨>‘晉酥梨>‘晉蜜梨>‘玉露香梨>‘雪花梨>‘玉酥梨>‘庫爾勒香梨。其中，‘蘋果梨的抗寒性強于‘庫爾勒香梨與李俊才等[5]的研究結果一致，而‘雪花梨的抗寒性強于‘庫爾勒香梨與李俊才等[5]的研究結果相反。這可能與試材、采樣時間、掛果量與栽培管理措施等有關。筆者的試驗材料采自10～15年生盛果期梨樹。山西晉中地區(qū)1月中旬梨樹樹體經(jīng)過充分的低溫鍛煉，代謝活動減弱，生長和細胞分裂停止，細胞膜穩(wěn)定性增強。此時枝條經(jīng)低溫處理后能較客觀地反映出參試梨品種的抗寒性強弱情況。梨樹掛果量越多對枝條內(nèi)所貯藏的營養(yǎng)消耗越多，當貯藏營養(yǎng)不足時，枝條達不到木質化程度，使樹體抗寒性減弱。梨樹是多年生植物，從幼年期到成熟期對栽培技術的要求都高，各品種的生物學特性及其栽培管理措施不同，可能使得測定結果不同。

3.2 ?細胞膜透性與梨樹抗寒性的關系

細胞膜透性與果樹抗寒性呈負相關。樹體受到低溫脅迫時，膜透性發(fā)生不同程度增大，相對電導率變大。抗寒性較強的品種膜透性增大程度較小，細胞受害程度較輕，電導率值較小，在解凍后甚至能夠恢復正常的狀態(tài)。反之，抗寒性差的品種膜透性增加得大，細胞受害程度重[8]。電導率法測定的數(shù)字靈敏、準確，操作方便，故常被用于衡量植物的抗寒性[9-11]。本試驗中相對電導率和其他生理指標得出的結果一致。

3.3 ?滲透調(diào)節(jié)物質與梨樹抗寒性的關系

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸作為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質，在植物的抗寒性中起到一定的調(diào)節(jié)作用。

可溶性糖能夠緩和細胞質過度脫水，提高細胞的滲透壓，從而增強其保水能力并提高其抗寒性[12-13]。另有研究表明，低溫下可溶性糖的調(diào)節(jié)作用可能與植物的種類有關。在紅薯和甘蔗的研究中表明，可溶性糖與其抗寒性無關[14]。本試驗結果表明，不同梨品種可溶性糖含量隨溫度的降低而升高，且與抗寒性的其他生理指標顯著相關，在抗寒性中起主要作用。

可溶性蛋白含量增多時，既可以降低細胞的冰點溫度，也可增大細胞的水合度，使保水能力增強，避免原生質在低溫下發(fā)生脫水傷害[15]。朱慧霞等[16]報道在低溫鍛煉期間油菜細胞內(nèi)可溶性蛋白含量隨溫度的降低而增加。楊玉珍[17]研究表明，香椿葉片在低溫脅迫下可溶性蛋白含量呈先上升后下降再上升的變化趨勢，抗寒性強的品種還產(chǎn)生了新的抗性蛋白。另外，王樹剛[18]研究發(fā)現(xiàn)低溫與不同冬小麥品種可溶性蛋白含量的關系不大。本試驗研究表明，不同梨品種可溶性蛋白含量差異顯著，可溶性蛋白含量與抗寒性基本呈正相關關系，僅‘雪花梨與‘玉酥梨抗寒性強弱與可溶性蛋白含量不成正比。因此，可溶性蛋白含量可作為抗寒性鑒定的參考指標。

目前，關于脯氨酸含量與植物抗寒性的關系，有2種觀點。一種觀點認為，脯氨酸含量與抗寒性之間呈正相關。在低溫脅迫時，脯氨酸起到平衡細胞代謝的作用，其含量的增加可以增強植物抗寒性。隨處理溫度的降低，杏樹枝條的脯氨酸含量呈明顯增加趨勢，越抗寒的品種增加的倍數(shù)越高[19]。另一觀點認為，脯氨酸含量與抗寒性相關性較小。低溫處理下，抗寒性較強的水稻品種脯氨酸積累較少[20]。本試驗研究結果也表明，枝條內(nèi)的脯氨酸含量與抗寒性相關較小。因此，在低溫脅迫條件下，梨樹抗寒性研究中，脯氨酸含量的變化不宜單獨作為鑒定指標。

4 ?結論

本研究中7個梨品種的抗寒性由強到弱的順序為：‘蘋果梨>‘晉酥梨>‘晉蜜梨>‘玉露香梨>‘雪花梨>‘玉酥梨>‘庫爾勒香梨。

相關分析表明，可溶性糖含量與束縛水呈極顯著正相關;與可溶性蛋白、脯氨酸呈顯著正相關;可溶性蛋白與脯氨酸關系不顯著。可見，可溶性糖含量對抗寒性的作用最大，能單獨作為梨樹抗寒性鑒定的指標。束縛水含量的高低與抗寒性的強弱有一定的相關性。

在低溫脅迫條件下，可溶性蛋白含量可作為抗寒性鑒定的重要參考指標;脯氨酸含量的變化不宜單獨作為抗寒性鑒定指標。

在生產(chǎn)實踐中應嚴格控制梨樹掛果量，避免梨樹養(yǎng)分過分消耗;合理施肥，增強樹體營養(yǎng)，提高梨樹的抗寒性。

參考文獻

[1] 楊寧寧，孫萬倉，劉自剛，等.北方冬油菜抗寒性的形態(tài)與生理機制[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2014，47（3）：452-461.

[2] 付曉偉，張倩，劉崇懷，等.評價葡萄根系抗寒性指標的確定[J].果樹學報，2014，31（1）：52-59.

[3] 李玉梅，陳艷秋，李莉.延邊地區(qū)梨品種的抗寒性測定[J].延邊人學農(nóng)學學報，2004，26（3）：178-182.

[4] 王文舉，李小偉，顧文龍.電導法測定西洋梨的抗寒性研究[J].北方園藝，2008（2）：1-3.

[5] 李俊才，劉成，王家珍，等.電導法鑒定梨主栽品種抗寒性試驗[J].中國果樹，2008（1）：23-26.

[6] 郝建軍，康宗利，于洋，等.植物生理學實驗技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：100-101.

[7] 張志安.植物生理學實驗技術[M].吉林：吉林大學出版社，2011：66-89.

[8] 相昆.不同核桃品種耐寒性綜合評價[J].應用生態(tài)學報，2011，22（9）：2325-2330.

[9] 張菊梅，王海洋，覃建美.電導法對蔗類抗寒性的測定[J].西南大學學報：自然科學版，2007，29（12）：81-84.

[10] 王曉玲，胡亞嵐，毛麗衡.不同棗品種抗寒性的比較[J].北方園藝，2012（19）：1-3.

[11] 李忠喜，姚瑩瑩，羅曉雅，等.抗寒型大葉女貞的篩選及其抗寒性與相對電導率的關系[J].上海農(nóng)業(yè)學報，2012，28（2）：21-24.

[12] 李捷，王有科.不同杏花品種的抗寒性研究化[J].北方園藝，2009（8）：47-48.

[13] 王微.低溫脅迫下紫花苜蓿幾個抗寒生理生化指標的變化規(guī)律[D].長春：東北師范大學，2009.

[14] 馬媛.新疆間作果園微氣候特征及果樹抗寒性的研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學，2012.

[15] 宋鋒惠，史彥江，吳正保，等.棗樹枝條的抗寒性測定分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學，2009，46（6）：1212-1215.

[16] 朱慧霞，孫萬倉，鄧斌，等.白菜型油菜品種的抗寒性及其生理生化特性[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2007，16（4）：34-38.

[17] 楊玉珍.不同種源香椿抗性機理及綜合評價[D].南京：南京林業(yè)大學，2008.

[18] 王樹剛.不同冬小麥品種對低溫脅迫的生理生化反應及抗凍性評價[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2011.

[19] 沈洪波.杏品種抗寒性研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2002.

[20] 劉娥娥，宗會，郭振飛，等.干旱、鹽和低溫脅迫對水稻幼苗脯氨酸含量的影響[J].熱帶亞熱帶植物學報，2000，8（3）：235-238.