冬季自然降溫對三種藍莓抗寒生理指標的影響

摘要：在東北地區(qū)冬季自然低溫條件下，以藍莓（Vaccinium spp.）3個品種美登、北村、圣云為材料，研究了藍莓一年生枝條內(nèi)滲透調節(jié)物質及保護酶活性的變化，探究藍莓冬季自然降溫過程中的御寒機理。結果表明，整個冬季隨著氣溫降低，藍莓枝條內(nèi)可溶性糖含量呈上升趨勢；降溫初期可溶性蛋白質的積累與抗寒性發(fā)展有關，但后期藍莓不同品種變化趨勢各不相同；脯氨酸含量先上升后下降，其積累對圣云的影響大于美登和北村；保護酶活性明顯變化，其中過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性均呈先上升后下降的趨勢。

關鍵詞：藍莓（Vaccinium spp.）；自然低溫；抗寒生理

中圖分類號：S663；Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2142-04

藍莓（Vaccinium spp.）又稱越橘、藍漿果，為杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium L.）灌木類漿果果樹，果實中富含氨基酸、維生素、礦物質元素和花色苷[1]，被國際糧農(nóng)組織列為人類五大健康食品之一。目前藍莓已成為中國最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d果樹樹種之一。

東北地區(qū)露地栽培藍莓時需要采取保護措施才能安全越冬，這不僅增加了生產(chǎn)中的成本，而且防寒過程中易造成枝條損傷[2]。藍莓抗寒性問題已經(jīng)制約了東北地區(qū)藍莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是關于藍莓抗寒性及其相關生理的報道很少[3-5]。試驗通過對東北地區(qū)藍莓露地栽培品種——美登、北村、圣云枝條中的保護酶活性和滲透調節(jié)物質含量進行比較分析，旨在研究藍莓在冬季自然降溫過程中抗寒生理指標的變化規(guī)律，為解決東北地區(qū)藍莓越冬問題提供理論依據(jù)，并為選育耐寒品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設在東北農(nóng)業(yè)大學園藝試驗站，溫帶大陸性季風氣候，年平均溫度3.6 ℃，極端最高氣溫36.2 ℃，最低氣溫-41.4 ℃，年無霜期150 d。年最高溫度出現(xiàn)在7月，最低溫度在1月。

藍莓試驗品種為美登（Blomidon）、北村（Northcountry）、圣云（St. Cloud）。各藍莓品種在試驗地隨機采取生長良好的一年生枝條。采樣時間為2012年9、10、11、12月和翌年1月的8：00～9：00。為保證藍莓能夠安全越冬，10月進行防寒處理，內(nèi)部用樹枝木板支撐，外部用草簾覆蓋埋土。

1.2 試驗方法

可溶性糖含量測定采用蒽酮法[6]；可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍-G250染色法[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用NBT（氮藍四唑）還原法[7]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[7]； 過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法[8]；脯氨酸含量測定采用茚三酮顯色法[8]。

2 結果與分析

2.1 滲透調節(jié)物質的分析

2.1.1 可溶性糖含量 從圖1可以看出，3種藍莓的可溶性糖含量隨時間變化呈明顯上升趨勢。9～10月美登和圣云可溶性糖含量分別上升53%和51%，而北村僅上升30%。10～12月三者可溶性糖含量變化幅度較大，可溶性糖的積累主要發(fā)生在10～11月。12月至翌年1月三者可溶性糖含量的可溶性糖含量趨于穩(wěn)定。不同月份間可溶性糖含量變化明顯，品種間可溶性糖含量差異不顯著，說明藍莓能夠通過調節(jié)自身可溶性糖的含量來降低水勢和抵御嚴寒。

2.1.2 可溶性蛋白質含量 從圖2可以看出，3種藍莓可溶性蛋白質含量變化不一致。但9～11月，三者的可溶性蛋白質含量均升高，其中9～10月北村蛋白質含量上升23.7%，圣云蛋白質含量上升18.9%，上升幅度均大于美登蛋白質含量的8.5%；圣云蛋白質含量的上升趨勢一直持續(xù)到12月，而此時的美登和北村蛋白質含量已經(jīng)開始下降；美登的蛋白質含量從11月的最高值43.51 mg/g下降到1月的33.25 mg/g，降幅達23.6%，北村蛋白質含量下降緩慢，僅降低了2 mg/g左右。11月至翌年1月，氣溫繼續(xù)降低，美登的蛋白質含量顯著降低，北村蛋白質含量未發(fā)生明顯變化，圣云蛋白質含量升高后又降低。

2.1.3 脯氨酸含量 從圖3可以看出，不同品種藍莓脯氨酸含量變化趨勢不同。9～10月脯氨酸含量均顯著上升，圣云脯氨酸含量達到19.2 μg/g，其上升幅度和含量均高于美登和北村。美登脯氨酸含量的上升期是9～12月，隨著溫度的降低，12月達到最高值22.1 μg/g，上升持續(xù)時間大于其他兩個品種。北村和圣云的脯氨酸含量在11月至翌年1月處于下降期，變化顯著，下降幅度在30%左右。

2.2 保護酶活性的分析

2.2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性 如圖4，9～11月進入冬季馴化階段，美登的SOD活性逐漸上升，北村和圣云的略下降后又上升，三者均在11月達到峰值。北村的SOD活性明顯低于美登和圣云，但美登和北村的上升幅度較小，都在10%左右，圣云的上升幅度較低。11月至翌年1月藍莓3個品種的SOD活性均明顯下降。

2.2.2 過氧化物酶（POD）活性 如圖5，3種藍莓的POD活性呈先上升后下降的趨勢，均在12月達到最大值。9～10月北村和圣云的POD活性大幅度上升，分別上升91.4%和86.2%，同一時期的美登只上升48.1%。10～11月圣云POD活性雖有上升但沒有上一時期增加的多，上升幅度僅為59.3%。北村POD活性在10～11月期間也升高，但幅度低于美登和圣云。12月至翌年1月，三者POD活性均明顯下降，在此期間北村的下降幅度大于美登和圣云。

2.2.3 過氧化氫酶（CAT）活性 如圖6，3種藍莓的 CAT活性均呈先上升后下降的趨勢。美登和圣云12月CAT活性達到最高值，而北村11月就達到峰值。9～10月3種藍莓CAT活性均上升10%左右；10～11月美登CAT活性上升29.1%，大于北村（21.0%）和圣云（20.7%）的上升幅度；11～12月北村的CAT活性降低，美登與圣云CAT活性持續(xù)上升；12月至翌年1月三者CAT活性均呈下降趨勢。整個試驗過程中，北村的CAT活性平均為169.6 U/g，美登為195.9 U/g，圣云為196.5 U/g。

3 小結與討論

可溶性糖、可溶性蛋白質、脯氨酸是植物中重要的滲透調節(jié)物質。可溶性糖使細胞冰點下降，保護原生質體[9]。嚴海燕等[10]、林寧等[11]認為可溶性糖含量隨溫度的降低不斷升高，與本試驗結果一致。試驗發(fā)現(xiàn)在降溫初期美登可溶性糖含量上升速率最快。實際生產(chǎn)中，美登的抗寒性要好于其他兩個品種。因而認為，在以可溶性糖為基準評價植物抗寒性時，不能單一地比較可溶性糖含量的高低，還應該注重溫度降低時其他生理指標的表現(xiàn)。

低溫冷害引起植物組織可溶性蛋白質含量增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過程[12]。試驗中降溫初期3種藍莓可溶性蛋白質含量均有增加，但是后期不同品種變化不一致。分析結果認為，降溫初期可溶性蛋白質含量與抗寒性形成相關，后期不相關或相關性小。與何云等[13]研究的巖生草可溶性蛋白質含量與抗寒性呈正相關的結果有差異，可能是因為試驗方法不同所致。

脯氨酸可以降低冰點和減弱低溫脅迫對植物的傷害，脯氨酸的積累有助于增強植物抗寒力。董然等[14]、張永泉等[15]研究證明，隨著處理溫度降低脯氨酸含量呈明顯上升趨勢。何西鳳[16]、楊國柱等[17]認為脯氨酸含量最大值出現(xiàn)在越冬結束后溫度回升的初期，在抗寒中的作用表現(xiàn)為滯后性。試驗中，降溫初期脯氨酸含量呈上升趨勢，其最大值出現(xiàn)在11～12月。此后隨著溫度降低脯氨酸含量逐漸下降，未表現(xiàn)出滯后性。分析認為脯氨酸可能受到其他物質的調控而發(fā)生降低或者轉移，尚需進一步研究。

保護酶系統(tǒng)以SOD、POD、CAT為主，其活性和含量與植物抗寒性密切相關[18]。大部分研究認為逆境脅迫下保護酶活性會增強。王燕凌等[19]測定結果顯示葡萄枝條內(nèi)SOD的活性隨著自然溫度降低呈上升趨勢。郭祥泉[20]研究表明，SOD活性在低溫臨界點以上表現(xiàn)出上升趨勢，超過臨界低溫點后開始急劇下降。試驗結果顯示，在降溫初期藍莓的SOD活性呈上升趨勢，后期深冬時期溫度過低，藍莓深度休眠，SOD活性降低。

POD的活性變化滯后于SOD的活性變化，稍晚達到峰值。SOD活性的增強促進了CAT活性的提高。因此試驗中9～11月SOD活性增強的這段時間CAT的活性也隨之增強，但隨后溫度的進一步降低超出CAT的活性變化范圍所以下降。另外，吳建慧等[21]認為保護酶的活性不僅受溫度影響，與光照也有一定的關系。試驗11月以后采取防寒措施，光照受到限制，這也可能是后期SOD、CAT活性下降的原因之一。有關酶活性變化尚需在分子水平上作進一步探索。

參考文獻：

[1] 申 健，楊國亭，劉德江.木醋噴施對藍莓植株抗寒性的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2013，39（3）：270-273.

[2] 魏 鑫，劉 成，王興東，等.6個高叢越橘品種低溫半致死溫度的測定[J].果樹學報，2013，30（5）：798-802.

[3] ARORA R，ROWLAND L J，LEHMANN J S，et al.Genetic analysis of freezing tolerance in blueberry（Vaccinium section Cyanococcus）[J]. Theoretical and Applied Genetics，2000， 100（5）：690-696.

[4] 吳 林，李亞東，張志東，等.高叢、半高叢和矮叢越橘越冬凍害研究[J].果樹學報，2004，21（4）：341-345.

[5] 黃國輝，姚 平，趙鳳軍，等.越橘越冬傷害機理的初步研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2012，43（10）：45-49.

[6] 高俊鳳.植物生理學實驗技術[M].西安：世界圖書出版公司，2000.

[7] 高俊鳳.植物生理學實驗指導[M].北京：高等教育出版社，2006.

[8] 王學奎.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社， 2006.

[9] 崔 紅，于 晶，高秀芹，等.3個紫斑牡丹品種的抗寒生理特性研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2009，40（7）：24-27.

[10] 嚴海燕，董 然，于向麗，等.常綠闊葉灌木富貴草越冬過程中抗寒性生理指標的動態(tài)變化[J].北方園藝，2012（24）：70-73.

[11] 林 寧，謝安德，王凌暉，等.低溫脅迫對觀光木幼苗離體葉片生理特性的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2012，51（16）：3524-3527.

[12] 王 毅，楊宏福，李樹德.園藝植物冷害和抗冷性的研究——文獻綜述[J].園藝學報，1994，21（3）：239-244.

[13] 何 云，李賢偉，李 西，等.2種野生巖生植物葉片可溶性蛋白含量對低溫脅迫的響應[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（18）：7552-7553.

[14] 董 然，李金鵬，劉洪章，等.低溫脅迫對3種彩葉灌木抗寒生理指標的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2012，51（9）：1819-1821.

[15] 張永泉，梁隱泉，李思平.低溫脅迫對仁用杏花器官抗寒性的影響[J].河北林果研究，2010，25（3）：244-248.

[16] 何西鳳.自然越冬過程中花椒抗寒性的發(fā)育與機理研究[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2009.

[17] 楊國柱，溫小成，楊予海，等.冷季紫花苜蓿根系可溶性碳水化合物和脯氨酸含量變化動態(tài)的研究[J].草業(yè)與畜牧，2007（2）：19-21.

[18] EDERLI L，REALE L，F(xiàn)ERRANTI F，et al.Responses induced by high concentration of cadmium in Phragmites australis roots[J].Physiologia Plantarum，2004，121（1）：66-74.

[19] 王燕凌，廖 康，劉 君，等.越冬前低溫鍛煉期間不同品種葡萄枝條中滲透性物質和保護酶活性的變化[J].果樹學報，2006，23（3）：375-378.

[20] 郭祥泉.用膜透性、SOD酶活性和膜脂肪酸成分探討林木抗寒性[J].西南林業(yè)大學學報，2012，32（4）：6-11.

[21] 吳建慧，楊 玲，孫國榮.低溫脅迫下玉米幼苗葉片活性氧的產(chǎn)生及保護酶活性的變化[J].植物研究，2004，24（4）：456-459.