庫爾勒香梨×褐色句句梨F1代抗寒性研究

阿布來克·尼牙孜，李超海，章世奎，阿曼古麗·吾斯曼，唐章虎，董勝利

(新疆農業科學院輪臺果樹資源圃，新疆輪臺 841600)

0 引 言

【研究意義】庫爾勒香梨為新疆庫爾勒地區的地方特色果樹，果實皮薄肉細、汁多味甜、酥脆爽口耐貯力強。近年來，庫爾勒香梨產業成為當地農民增收的支柱性產業。由于氣候特性的影響，近年來當地-24℃以下的極端低溫頻繁出現，果園大面積出現凍害，嚴重制約了庫爾勒香梨在當地的發展[1-3]。因此，分析比較不同群體庫爾勒香梨一年生休眠枝在低溫脅迫下的抗寒指標情況，明確其抗寒性，對選育抗寒性強的庫爾勒香梨雜交后代有實際意義。【前人研究進展】近年來，針對庫爾勒香梨易受凍害的缺陷，研究人員從化控和果園管理角度進行研究發現，生長期進行鈣的葉面噴施和韌皮部注射、合理控制果園氮肥和磷鉀肥的使用量、利用外源植物生長調節劑脫落酸和多效唑等均能夠提高庫爾勒香梨的抗寒性[4-7]。通過篩選抗寒性強的親本與庫爾勒香梨進行雜交選育出抗寒性強、果實品質好的庫爾勒香梨雜交品種是一個行之有效的途徑[8]。研究發現，新疆本地品種中褐色句句梨抗寒性極強、果實品質較佳[9,10]，適宜作為雜交親本進行抗寒品種的選育。【本研究切入點】針對庫爾勒香梨雜交實生苗的研究多集中在實生苗的童期特性及性狀變異方面[11]，對于實生苗抗寒性的研究和早期鑒定則未見報道。研究庫爾勒香梨和褐色句句梨兩個親本抗寒性及其對雜交后代的影響。【擬解決的關鍵問題】以3年生庫爾勒香梨雜×褐色句句梨F1代群體和其親本群體為研究對象，分析三個群體一年生休眠枝在人工低溫脅迫下的抗寒指標，對比三個群體的抗寒性，觀察抗寒性較強的褐色句句梨作為父本授粉后，能夠有效提高雜交F1代群體的抗寒性。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地為新疆農業科學院輪臺果樹資源圃(N41° 47'7 "、E84° 13'35 ")，海拔為976.1 m，位于天山南麓，塔里木盆地。天山南麓東端，塔里木盆地邊緣，屬于暖溫帶干旱大陸性氣候，年平均氣溫10.6℃[12]。參試材料為30株庫爾勒香梨×褐色句句梨F1代單株及雜交親本個各3單株的一年生休眠枝。在2017年12月底取樣，三個群體分別剪取有代表性、無病蟲害、粗度較一致的一年生枝條，用凡士林涂抹在剪口處。每個群體剪取200個枝條，自然溫度下保存，帶回實驗室進行低溫脅迫處理和抗寒指標測定。

1.2 方 法

1.2.1 低溫脅迫處理

用去離子水將采集的三個群體的枝條上的塵土沖洗干凈，并用干紗布將枝條表面完全擦干。隨后將每個群體的枝條隨機平均分為10份(每份10根枝條)并用干紗布包裹，放入冷凍冰箱中進行低溫脅迫處理。試驗共設置了9個溫度梯度，分別為-12、- 15、- 18、- 21、-24、-27、-30、-33和-36℃，以采集時試驗地溫度-12℃為對照。冰箱降溫和升溫速率均為4℃/h，下降到脅迫溫度后維持10 h的脅迫時間，然后溫度回升至到0℃，材料取出后，一部分立即用于測定枝條的相對電導率和恢復生長試驗，另一部分保存于液氮中，用于其他生理指標的測定。

1.2.2 電解質滲出率測定和半致死溫度的計算

將各處理的樣品剪成0.05 mm左右厚的小圓片，每處理剪取3 g并充分混勻。稱取三份各0.5 g的樣品，按照周偉權等[13]的方法進行電解質滲出率的測定。用Logistic方程對溫度和電解質滲出率進行擬合，并通過方程計算低溫半致死溫度。

電解質滲出率=(煮沸前的電導值/煮沸后的電導值)×100%。

1.2.3 可溶性糖、游離脯氨酸、丙二醛含量及超氧化物歧化酶活性的測定

試驗中可溶性糖采用蒽酮比色法測定，游離脯氨酸采用酸性茚三酮比色法測定，丙二醛采用硫代巴比妥酸比色法測定，超氧化物歧化酶活性采用氮藍四唑比色法測定[14]。每個指標設三個生物學重復。

1.2.4 萌芽率

不同群組在低溫脅迫后，各選取20個枝條，將枝條下端剪成斜口，上端用凡士林封口。將處理好的枝條扦插在以蛭石和河沙為基質的營養缽中，室溫20℃培養，定期噴水保持濕度。培養一個月之后統計萌發的枝條數，計算萌芽率[13]。

萌芽率(%)=(萌芽數/調查芽眼數)×100%。

1.3 數據處理

試驗中數據的標準誤和單因素方差分析采用SPSS 19.0進行處理，圖表用Excel2007進行繪制。

2 結果與分析

2.1 電解質滲出率差異

研究表明，隨著脅迫溫度的逐漸下降，三個群組一年生休眠枝的電解質滲出率快速升高，當溫度低于-30℃時，電解質滲出率達到最大并不再變化。對比三個群組可知，母本庫爾勒香梨一年生休眠枝在受到低溫脅迫時細胞膜透性的變化最大，電解質滲出率顯著高于其他兩個群組。父本褐色句句梨和F1代雜交群體間的電解質滲出率在-24℃以前差異不顯著，當溫度繼續下降時，F1代雜交群體的電解質滲出率開始快速增加，并顯著高于父本褐色句句梨。由此可知，在遇到極端低溫時，膜透性的變化由小到大依次為父本褐色句句梨>F1代雜交群體>母本庫爾勒香梨。圖1

2.2 低溫半致死溫度差異

研究表明，三個群體的電解質滲出率與脅迫溫度之間有較強的線性相關性。相關曲線用Logistics方程擬合，方程擬合度均在0.900以上，達到極顯著水平。對比三個群組可知，耐受的臨界低溫由低到高依次為父本褐色句句梨>F1代雜交群體>母本庫爾勒香梨。表1

注：不同的小寫字母代表差異在0.05水平達到極顯著，下同

Note: the different lowercase letters in the figure represent the difference at 0.05 level, the same as below

圖1 低溫脅迫后各群組枝條電導率變化
Fig.1 The change of electrical conductivity of each group branches after low temperature stress

表1 低溫脅迫后各群組枝條的低溫半致死溫度
Table 1 Semi-lethal temperature of each group branches after low temperature stress

群體GroupLogistic方程Logistic equation擬合度R2半死溫度LT50 /℃庫爾勒香梨 Korla Fragrant Peary=113.21/(1+6.551e-0.076x)0.937**-24.7庫爾勒香梨×褐色句句梨 Korla Fragrant Pear ×Hesejujuliy=125.87/(1+6.241 e-0.069 x)0.969**-26.5褐色句句梨 Hesejujuliy=91.5/(1+5.709 e-0.061 x)0.951**-28.6

注：**表示擬合度在0.01水平，*表示擬合度在0.05水平

Note:**in the
Table indicates that the fitting degree is at 0.01 level,*indicates that the fitting degree is at the level of 0.05

2.3 萌芽率差異

研究表明，在經歷低溫脅迫之后，不同群組的一年生休眠枝的萌芽率隨著溫度的降低而同步下降。母本庫爾勒香梨在溫度低于-30℃后，芽體全部死亡。在各溫度梯度的萌芽率差異較大。父本褐色句句梨和F1代雜交群體在溫度低于-33℃后，芽體全部死亡。在超過半致死溫度之后，各群組的萌芽率均明顯降低。在-21～-27℃，三個群組在不同溫度脅迫下萌芽率差異較大。三個群組在-21℃萌芽率差異不明顯，父本褐色句句梨和F1代雜交群體的萌芽率在-12～-18℃差異不明顯。表2

表2 低溫脅迫后各群組枝條萌芽率變化
Table 2 The germination rate of each group branches after low temperature stress

脅迫溫度Temperature stress(℃)萌芽率 Germination rate (%)庫爾勒香梨Korla Fragrant Pear庫爾勒香梨×褐色句句梨Korla Fragrant Pear ×Hesejujuli褐色句句梨Hesejujuli-1275.0076.5975.12-1562.50b69.14 70.00 -1855.56 56.6357.16 -2150.01 51.26 52.51 -2443.73 48.79 50.11 -2713.89 23.44 30.43 -300.00 11.16 25.17 -330.0010.03 14.12 -360.000.00 0.00

2.4 丙二醛含量差異

研究表明，隨著脅迫溫度的逐漸下降，三個群組一年生休眠枝的丙二醛含量逐漸升高。當溫度低于-21℃時，枝條內丙二醛含量迅速增加。當溫度低于-30℃時，枝條內丙二醛含量開始不再升高。對比三個群組可知，母本庫爾勒香梨一年生休眠枝內丙二醛的含量顯著最高，父本褐色句句梨一年生休眠枝丙二醛的含量最低，F1代群組一年生休眠枝丙二醛的含量與父本褐色句句梨更為接近。三個群組之間丙二醛含量差異顯著。圖2

2.5 可溶性糖含量差異

研究表明，隨著脅迫溫度的逐漸下降，三個群組一年生休眠枝的可溶性糖含量逐漸升高。當溫度低于-21℃時，枝條內可溶性糖含量迅速增加。當溫度低于-30℃時，枝條內可溶性糖含量開始逐漸下降。對比三個群組可知，當脅迫溫度低于-21℃時，母本庫爾勒香梨一年生休眠枝內可溶性糖的含量最低，父本褐色句句梨一年生休眠枝內可溶性糖的含量最高，三個群組之間可溶性糖含量差異顯著。母本庫爾勒香梨一年生休眠枝內可溶性糖的含量在-30℃時就開始下降。圖3

2.6 游離脯氨酸含量差異

研究表明，隨著脅迫溫度的逐漸下降，三個群組一年生休眠枝的游離脯氨酸含量逐漸升高，當達到最大值后少量下降。當溫度低于-21℃時，枝條內游離脯氨酸含量迅速增加。當溫度低于-30℃時，枝條內游離脯氨酸含量開始逐漸下降。對比三個群組可知，當脅迫溫度低于-21℃時，母本庫爾勒香梨一年生休眠枝內游離脯氨酸的含量最低，父本褐色句句梨一年生休眠枝內游離脯氨酸的含量最高，三個群組之間可溶性糖含量差異顯著。圖4

圖2 低溫脅迫后各群組枝條丙二醛含量變化
Fig.2 Changes of MDA content of each group branches after low temperature stress

圖3 低溫脅迫后各群組枝條可溶性糖含量變化

Fig.3Changesinthesolublesugarcontentofeachgroupbranchesafterlowtemperaturestress

圖4 低溫脅迫后各群組枝條游離脯氨酸含量變化
Fig.4 Changes of free proline content of each group branches after low temperature stress

2.7 超氧化物歧化酶活性差異

研究表明，隨著脅迫溫度的逐漸下降，三個群組一年生休眠枝的超氧化物歧化酶活性逐漸升高，在半致死溫度附近達到最大值，隨后逐漸下降。當溫度低于-15℃時，枝條內超氧化物歧化酶活性迅速增加。當溫度低于-27℃左右時，枝條內超氧化物歧化酶活性開始快速下降。對比三個群組可知，當脅迫溫度低于在-21～-30℃時三個群組之間超氧化物歧化酶活性的差異顯著，且父本褐色句句梨一年生休眠枝的超氧化物歧化酶活性最高，母本庫爾勒香梨一年生休眠枝的超氧化物歧化酶活性最低，F1代群組一年生休眠枝的超氧化物歧化酶活性與父本褐色句句梨更接近。圖5

圖5 低溫脅迫后各群組枝條超氧化物歧化酶活性變化
Fig.5 Changes of superoxide dismutase activity of each group branches after low temperature stress

3 討 論

植物組織在受到凍害之后，組織器官主要是因細胞膜結構受到破壞而失去正常的生理功能，從而導致組織器官整個死亡[15]。在植物抗寒性的研究過程中，研究人員發現受凍害后植物組織電解質的滲出率和枝條萌芽率能直觀有效的衡量組織器官在低溫脅迫之后的受害程度。同時，在受到低溫脅迫時，組織中可溶性糖、游離脯氨酸能為組織的抗逆代謝提供能源和代謝底物，兩個指標的含量是判定植物在判定植物組織的抗寒能力時的重要參考依據[16,17]。植物在受到低溫脅迫時，由于正常的氧化還原代謝平衡被打破，代謝過程中產生的過氧和超氧根離子對細胞膜結構的穩定性和代謝平衡有較大的影響，組織超氧化物歧化酶活性與組織抗寒性高度相關[18]，超氧化物歧化酶含量的升高有利于清除代謝過程中的氧自由基，防止膜結構和細胞器因氧化而被損害。試驗結果表明，父本褐色句句梨和庫爾勒香梨×褐色句句梨的F1代群體電解質滲出率和丙二醛含量顯著低于母本庫爾勒香梨，可溶性糖含量、游離脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性顯著高于母本庫爾勒香梨，這個結果與計算的半致死溫度及枝條萌芽率調查結果相一致。此結果與肖坤、何香、王一靜和周偉權等[5,6,7,13]在庫爾勒香梨抗寒試驗中的結論一致。所以三個群組一年生休眠枝條的抗寒性由強到弱依次為父本褐色句句梨>庫爾勒香梨×褐色句句梨的F1代群體大于母本庫爾勒香梨。植物的抗寒性為數量遺傳性狀[19,20]，在植物的雜交育種過程中研究人員發現植物的多數數量性狀有60%以上的概率表現出趨中遺傳特性，有40%的概率表現出超親現象[21,22]。研究結果也表明，庫爾勒香梨×褐色句句梨的F1代群體的抗寒性介于父母本中間，且更偏向于父本的抗寒特性。

4 結 論

在各個脅迫溫度處理下，三個群組相對電導率和丙二醛含量逐漸升高，可溶性含量、游離脯氨酸含量及SOD酶的含量均呈現“先上升后下降”的趨勢。母本庫爾勒香梨、F1代雜交群體及父本褐色句句梨三個群組一年生休眠枝半致死溫度分別為-24.7、-26.5和-28.6℃。當脅迫溫度達到-30℃時，庫爾勒香梨電解質滲透率高達63.00%，顯著高于其他兩個群組。同時，庫爾勒香梨丙二醛含量最高(20.39%)，褐色句句梨的最低(16.09%)。褐色句句梨可溶性糖含量最高(68.7%)，庫爾勒香梨可溶性糖含量最低(60.3%)。褐色句句梨游離脯氨酸含量最高(36.82%)，庫爾勒香梨游離脯氨酸含量最低(28.62%)。當脅迫溫度低于-27℃時，三個群組SOD酶含量開始下降，褐色句句梨SOD酶活性最高(338 U/g)，庫爾勒香梨SOD酶活性最低(297 U/g)。庫爾勒香梨在溫度低于-30℃后，芽體全部死亡；褐色句句梨和F1代雜交群體在溫度低于-33℃后，芽體全部死亡。綜上所述，三個群體中，父本褐色句句梨和F1代群體一年生休眠枝表現出較強的抗寒性，F1代群體的抗寒性稍弱于父本褐色句句梨，但顯著高于母本庫爾勒香梨。

參考文獻(References)

[1] 李海燕，楊詩芳，巴哈古力·買買提.2000年以來庫爾勒市果樹凍害氣象條件綜合分析[J].沙漠與綠洲氣象，2010,(4):55-58.

LI Hai-yan, YANG Shi-fang, Bahaguli Maimaiti. (2010). Synthetical Analysis on Weather Conditions of the Two Freezing Injury to Fruit Trees in Korla City since 2000 [J].Desert&OasisMeteorology, (4):55-58. (in Chinese)

[2] 劉志友，吳忠華.巴州庫爾勒香梨凍害的發生原因及預防措施[J].新疆農墾科技，2011，(1):30-31.

LIU Zhi-you, WU Zhong-hua. (2011). Causes and preventive measures of freezing injury of Korla fragrant pear in Bazhou [J].XinjiangFarmlandReclamationScience&Technology, (1):30-31. (in Chinese)

[3] 巴特爾·巴克，克熱木·伊力. 匡玉疆, 等. 庫爾勒香梨歷年冬季低溫評價及嚴重凍害成因分析[J].新疆農業大學學報，2008，31(6):17-20.

Batur Bake, Karim Ali, KUANG Yu-jiang, et al. (2008) Evaluation of Low Temperature in Winter Over Years and Analysis on the Reasons of Korla Fragrant Pear Freezing Injury [J].JournalofXinjiangAgriculturalUniversity, 31(6):17-20. (in Chinese)

[4] Maienfisch, P., Huerlimann, H., Rindlisbacher, A., Gsell, L., Dettwiler, H., & Haettenschwiler, J., et al. (2001). The discovery of thiamethoxam: a second-generation neonicotinoid.PestManagementScience, 57(2):165-176.

[5] 肖坤.Ca2+對提高庫爾勒香梨抗寒性的影響 [D].烏魯木齊：新疆農業大學碩士論文，2014.

XIAO Kun. (2014).EffectofCa2+oncoldresistanceofKorlafragrantpear[D]. Master Dissertation. Xinjiang Agricultural University, Urumqi. (in Chinese)

[6] 何香，克熱術·伊力，買合術提·卡熱. 葉而施肥對提高庫爾勒香梨抗寒相關性的研究[J].新疆農業科學，2012，49(8):1 401-1 407.

HE Xiang, Karim Ali, Mahemaiti Kare. (2012). Correlative Study of Foliage fertilization on Korla Fragrant pears for Improving Cold Resistance [J].XinjiangAgriculturalSciences, 49(8):1,401-1,407. (in Chinese)

[7] 王一靜，克熱術·伊力，肖坤. 外源脫落酸處理對庫爾勒香梨抗寒性的影響[J]. 經濟林研究, 2015, 33(3):13-19.

WANG Yi-jing, Karim Ali, XIAO Kun. (2015). Effects of exogenous abscisic acid (ABA) on cold resistance of Korla fragrant pear [J].NonwoodForestResearch, 33(3):13-19. (in Chinese)

[8] 魏立敏，秦岳，高寶寧. 抗寒優質梨雜交育種[J].特種經濟動植物,2017,20(4):48-49.

WEI Li-min, QIN Yue, GAO Bao-ning. (2017). Cross breeding of cold resistant and high quality pear [J].SpecialEconomicAnimalandPlant, 20(4):48-49. (in Chinese)

[9] 阿依古麗·鐵木兒, 玉蘇甫·阿不力提甫, 帕提曼·阿布都熱合曼,等. 新疆地方梨品種抗寒性評價[J].中國農學通報, 2014(28):217-225.

Ayiguli Tiemuer, Yusufu Abulitifu, Patiman Abudureheman, et al. (2014). Evaluation on Cold Resistance of Land Race Pears in Xinjiang [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin, 30(28): 217-225. (in Chinese)

[10] 玉蘇甫·阿不力提甫. 新疆的梨種質資源評價及核心種質庫構建[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學碩士論文，2014.

Yusuf Ablitif. (2014).EvaluationonGermplasmResourcesandStructureofCoreGermplasmBankofSinkiangPear(PyrusL.) [D] Master Dissertation. Xinjiang Agricultural University, Urumqi. (in Chinese)

[11] 董勝利，李超海，張校立，等. 庫爾勒香梨全同胞家系實生苗特性差異分析[J]. 北方園藝，2016,(5):13-16.

DONG Sheng-li, LI Chao-hai, ZHANG Xiao-li, et al. (2016). Analysis of Characteristic Differences of Seedlings from Full-sib Families of Korla Fragrant Pear [J].NorthernHorticulture, (5):13-16. (in Chinese)

[12] 王世偉. 干旱區綠洲灌溉條件下輪臺白杏豐產栽培研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學碩士論文， 2013.

WANG Shi-wei. (2013).StudyonHigh-yieldCultivationforArmehiacavulgariscv.LuntaibaixingunderIrrigationConditionsinAridOasis[D]. Master Dissertation. Xinjiang Agricultural University, Urumqi. (in Chinese)

[13] 周偉權，楊文莉，楊花花，等. PP_(333)對庫爾勒香梨抗寒性的影響研究[J]. 新疆農業科學, 2017, 54(7):1 259-1 268.

ZHOU Wei-quan，YANG Wen-li，YANG Hua-hua, et al. (2017). Effect of PP333 on Cold Resistance in Korla Fragrant Pear [J].XinjiangAgriculturalSciences, 54(7):1,259-1,268. (in Chinese)

[14] 鄒奇.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業出版社，2000: 129-174.

ZOU Qi. (2000).ExperimentalguidanceinPlantPhysiology[M]. Beijing: China Agriculture Press: 129-174. (in Chinese)

[15] Lyons, J. M. (1973). Chilling injury in plants. Annu.rev.plant Physiol,24(24): 445-466.

[16] 彭筱娜，易自力，蔣建雄. 植物抗寒性研究進展[J]. 生物技術通報，2007,(4):15-18.

PENG Xiao-na, YI Zi-li, JIANG Jian-xiong. (2007). Research Progress on cold resistance of plants [J].BiotechnologyBulletin, (4):15-18. (in Chinese)

[17] 程軍勇，鄭京津，竇坦祥，等. 植物抗寒生理特性綜述[J]. 湖北林業科技，2017，46(5):16-20.

CHENG Jun-yong, ZHENG Jing-jin, DOU Tan-xiang, et al. (2017). Summary of Physiological Characteristics of Plant Cold Resistance[J].HubeiForestryScience&Technology, 46(5):16-20. (in Chinese)

[18] 和紅云，田麗萍，薛琳.植物抗寒性生理生化研究進展[J]. 天津農業科學，2007，13(2):10-13.

HE Hong-yun, TIAN Li-ping, XUE Lin. (2007). Advances in physiological and biochemical research on cold resistance of plants [J].TianjinAgriculturalSciences, 13(2):10-13. (in Chinese)

[19] 宗成文. RAPD標記在桃屬種質資源分類及抗寒桃育種中的應用研究[D]. 延邊:延邊大學碩士學位論文，2003.

ZONG Cheng-wen. (2003).StudyontheapplicationofRAPDmarkersintheclassificationofgermplasmresourcesofpeachgenusandbreedingforcoldresistantpeach[D]. Master Dissertation. Yanbian University, Yanbian. (in Chinese)

[20] 郭祥泉. 鄧恩桉適應性栽植決策與抗寒-速生優株選擇應用的研究[D]. 福州：福建農林大學碩士學位論文，2009.

GUO Xiang-quan. (2009). Studyontheselectionandapplicationofthecold-hardnessandrapid-growtheliteofEucalyptusdunniandthedecisionofappropriatecultivation[D]. Master Dissertation. Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou. (in Chinese)

[21] 李善文. 楊樹雜交親本與子代遺傳變異及其分子基礎研究[D]. 北京:北京林業大學博士論文，2005.

LI Shan-wen. (2005).GeneticvariationandmolecularbasisofthehybridparentandprogenyofPoplar[D]. PhD Dissertation. Beijing Forestry University, Beijing. (in Chinese)

[22] 吳翠云. 庫爾勒香梨雜種后代性狀遺傳規律及生物學性狀的研究[D]. 楊凌:西北農林科技大學碩士學位論文，2004.

WU Cui-yun. (2004).StudyontheCharactersInheritanceTrendandBiologicalCharactersofProgeniesofKuerlexiangliPear[D]. Master Dissertation. Northwest A&F University. Yangling. (in Chinese)