低溫脅迫下桃子房和幼果的過冷卻點及生理響應

王晨冰 王發(fā)林 萬信 趙秀梅 牛茹萱

摘要：以17年生北京7號桃樹枝條為試材，采用水培法，利用能準確模擬自然界霜夜降溫過程的人工霜箱，測定桃盛花期花器、幼果的過冷卻點、結冰點;同時對桃花器及幼果進行不同低溫（15、0、-1、-2、-3 ℃）處理，測定桃花器滲透調節(jié)物質可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量。結果表明，盛花期的花器過冷卻點和結冰點均低于幼果，低溫脅迫下滲透調節(jié)MDA含量隨溫度下降而增加，溫度越低，MDA 含量上升趨勢越明顯，表現出一種應激反應;可溶性蛋白和脯氨酸含量均呈先升后降的趨勢，表現為適應狀。

關鍵詞：桃;低溫脅迫;過冷卻點;丙二醛;可溶性蛋白;脯氨酸

中圖分類號：S662.1? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2020）09-0018-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.09.006

Abstract：Using 17-year old Beijing 7 peach tree branches as test material. The artificial frost box， which can accurately simulate the natural frost night cooling process and hydroponics was used to determine the over-cooling point and freezing point of the organs and young fruit in the flowering period. At the same time， peach blossom organ and young fruit were treated at different low temperatures（15 ℃， 0 ℃， -1 ℃， -2 ℃， -3 ℃） to determine the contents of soluble protein， proline and malondialdehyde（MDA） content. The results showed that the overcooling point and freezing point of flower tube were lower than young fruit in flowering stage， and the MDA content in osmotic regulation increased with the decrease of temperature under low temperature stress， the lower the temperature， the more obvious the rising trend of MDA content， which shows a stress response; The contents of soluble protein and proline increased first and then decreased， which was adaptive.

Key words：Peach;Low temperature stress;Supercooling point;Malondialdehyde;Soluble protein;Proline

秦安縣是甘肅省天水市桃栽培集中產區(qū)，桃園以淺山旱地為主，所產“秦安蜜桃”色艷味美，深受省內外消費者的喜愛。但是，由于當地山地地形復雜，區(qū)域性小氣候特征顯著，春季晚霜凍凍害發(fā)生頻率極高。據2000 — 2010年期間完整的氣象災害調查資料顯示，天水市春季晚霜凍凍害發(fā)生頻率達60%左右，晚霜凍害已成為該地區(qū)主要農業(yè)氣象災害 [1 ]。晚霜凍害導致桃果大面積減產，甚至絕收，給生產帶來巨大損失。因此，深入研究桃早期抗寒機理，對于選育優(yōu)質、抗寒品種以及預防晚霜危害具有理論指導意義。有關桃霜凍害機理的研究已取得一定進展，如霜凍發(fā)生后對不同扁桃品種抗寒性的研究[2 ]，白粉桃低溫脅迫下花器的生理效應[3 ]，低溫脅迫對扁桃枝條細胞膜系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質的影響[4 ]。關于桃花不同發(fā)育時期花器官、幼果抗霜的臨界溫度及低溫對滲透物質調控未見系統(tǒng)化研究。我們利用人工模擬霜箱，以17年生北京7號桃不同花器官、幼果為試材，模擬天水淺山區(qū)自然界霜夜降溫全過程，研究桃花器官、幼果的過冷卻點和結冰點及低溫條件下滲透調節(jié)物的反應，為研究桃花期霜凍機理及生產中預防晚霜凍害提供參考。

1? ?材料和方法

1.1? ?試驗地點與供試材料

試驗于2013年2月至2017年5月連續(xù)4 a在甘肅省天水市秦安縣興國鎮(zhèn)柴家山進行。該地平均年降水量507.3 mm，年蒸發(fā)量1 423 mm;年平均氣溫10.0～11.4 ℃，活動積溫3 382.2 ℃，日照時數2 208.1 h，無霜期176 d。試驗地為黃綿土。

供試材料為17年生北京7號桃，行株距4 m×3 m，無灌溉條件，果園管理水平一般。于每年桃花花芽露紅期采集帶花枝條，在自然環(huán)境下水培，盛花后7 d采集桃枝條進行水培。

1.2? ?測試項目與方法

1.2.1? ? 桃花過冷卻點的測定? ? 選擇盛花期的花器測定過冷卻點、結冰點，選擇盛花后 9 d的外果皮作為幼果測定部位。提前將供試桃枝條用水培法置于人工試驗霜箱內，利用 PT-100 型熱電偶溫度傳感器探頭測定桃花器及幼果果皮。人工模擬天水地區(qū)自然霜夜降溫過程，設置降溫速度為1 ℃/0.5 h。試驗共設處理-10～-2 ℃共11個溫度層次，溫度降到設定值時并且保持 0.5 h。然后模擬自然界相同季節(jié)晴天的升溫過程，以1 ℃/0.5 h速度升溫。當溫度上升到 7 ℃ 以上后，取出試驗材料置實驗室水培，1 d后進行相關指標測定。

1.2.2? ? 滲透調節(jié)物測定? ? 用水培法將桃花培養(yǎng)至一半花盛開，幼果枝采集大田內盛花后7 d桃枝條再進行水培。將試驗材料分批放入以 PID 調節(jié)方式控溫和 FrosTem40 數據采集的 MSZ-2F 型模擬霜箱內，設15、0、-1、-2、-3 ℃共5個處理。根據秦安發(fā)生霜凍時溫度變化情況，模擬霜箱試驗溫度先預冷至 10 ℃ 左右，然后以 6 ℃ /4 h速度降溫至 4 ℃ 左右，再以 1 ℃ /0.5 h的 速度緩慢降溫，直到設定溫度，保持 0.5 h后，設置升溫速度為1 ℃/0.5 h，最終溫度升至室內溫度。以自然常溫（15 ℃）下培養(yǎng)的桃花為對照（CK）。

丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥比色法[5 ]，單位為nmol/g·FW;可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍 G-250 染色? ? 法[6 ]，單位為ng/g·FW;脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法[7 ]，單位為ug/g·FW。

試驗數據用SPSS 16.0軟件進行方差分析，差異顯著性分析采用Duncan新復極差法。

2? ?結果與分析

2.1? ?盛花期花器及幼果的過冷卻點及結冰點

當植物體溫度下降到 0 ℃以下時，植物器官組織內水分并不馬上結冰而仍然保持液態(tài)，這種現象稱之為過冷卻狀態(tài)（圖1）。過冷卻點的高低是判斷植物抗寒性強弱的標志之一，過冷卻點越低，抗寒性越強。研究表明，北京7號盛花期花器的過冷卻點為-7.5～-4.5 ℃，幼果過冷卻點為-5.5～ -3.5 ℃（表 1），說明隨發(fā)育進程的推移，幼果的抗寒能力較花器弱。北京7號的桃花器、幼果均可以利用過冷卻避免-3 ～0 ℃的結冰危害，但隨著外界溫度持續(xù)降低而低于植物組織自身能抵御的最低溫度時，組織釋放潛熱，溫度突然上升并開始結冰（結冰點），組織器官溫度一旦冷卻點跳躍上升至結冰點后便開始結冰，溫度回落再升至室溫后花器和幼果均發(fā)生褐變。表明花器和幼果不耐結冰，是依靠保持過冷卻狀態(tài)避免冰晶形成來抵御霜凍，過冷卻點溫度恰好是植物組織器官生理適應的低溫下限。

2.2? ?低溫脅迫對滲透調節(jié)物的影響

2.2.1? ?對 MDA 含量的影響? ? MDA是細胞膜脂過氧化的產物，也是膜系統(tǒng)受害的重要標志之一。由圖 2 可知，花器和幼果中的MDA含量隨溫度下降而增加，MDA含量變化趨勢是緩慢增長到急劇上升之后緩慢上升。花器和幼果MDA增加的幅度和臨界溫度不同，幼果的增加幅度較花器大，同時比花器提前出現緩慢增長期。花器在溫度低于-2 ℃時增幅較大，花器與幼果在-2 ℃時MDA 含量分別較CK增加30.6 nmol/g·FW和29.1 nmol/g·FW。

2.2.2? ? 對可溶性蛋白含量的影響? ? 圖 3 為低溫處理下花器官及幼果可溶性蛋白含量變化。可以看出，從常溫15 ℃降到0 ℃時，可溶性蛋白增長緩慢;當溫度降到-1 ℃時，可溶性蛋白含量迅速升高。與CK相比，花器與幼果在-2 ℃時分別增加了 15.9 ng/g·FW和28.7 ng/g·FW。

2.2.3? ? 對脯氨酸含量的影響? ? 脯氨酸常被作為植物抗逆性的指標，是種膜保護物質，含量越高越有利于抗寒。低溫條件下花器官及幼果脯氨酸含量的變化如圖4所示，花器及幼果脯氨酸含量隨著溫度下降均呈上升趨勢。與CK比較，在-2 ℃花器及幼果分別較對照增加16.1 μg/g·FW和17.2 μg/g·FW。

3? ?小結與討論

西北地區(qū)晚霜凍凍害是制約北方落葉果樹生產發(fā)展的一個難題[8 ]。我們采用能夠準確模擬自然界霜夜降溫過程的人工霜箱，研究了春季桃花和幼果發(fā)育期的過冷卻點和結冰點溫度的變化。研究發(fā)現，桃北京7號桃花器的過冷卻點的變化范圍在3 ℃以內，而幼果冷卻點的變化范圍在2 ℃以內。幼果過冷卻點和結冰點均高于花器，表明幼果御寒能力較桃花器低，這與王飛等[9 ]在杏花上的研究結果一致，說明植物花器本身的抗寒性與其發(fā)育程度有關。

植物的耐低溫機制相當復雜[10 ]。研究表明，經低溫處理后花器及幼果MDA含量迅速增加，說明細胞膜對低溫傷害也是一個逐步適應直至最后破壞的過程，也是一種應激反應過程。MDA作為膜脂過氧化的最終產物，能夠抑制細胞保護酶活性和降低抗氧化物的含量，從而加劇了膜脂過氧化性[11? - 12 ]，這一結果與楊春祥等[13 ]低溫脅迫對油桃花器生理變化的研究結果一致。低溫可以引起植物細胞蛋白質的變化主要表現在可溶性蛋白和相關酶的協同變化結果導致產生抗寒性蛋白。可溶性蛋白具有較強的親水性，它能明顯增強細胞的持水力，而可溶性蛋白含量的增加可以束縛更多的水分，減少低溫條件下原生質因結冰而受傷害致死的機會[14 ]，從而提高植物體抗寒性。低溫脅迫過程中，桃花器和幼果的可溶性蛋白含量隨著溫度降低逐漸升高，這可能是機體對低溫環(huán)境逐步適應的表現。脯氨酸是植物體內的重要滲透調節(jié)物質，在低溫條件下，脯氨酸大量積累，提高了細胞液的濃度，維持細胞的膨壓，降低冰點，防止原生質過度脫水[15 ]。本研究中桃花器及幼果的MDA、可溶性蛋白及脯氨酸含量升高，與花器和幼果過冷卻點相對應。

桃花的凍害程度不僅取決于栽培品種、地形、土壤及管理水平的內在差異，低溫強度、低溫持續(xù)時間、環(huán)境濕度、風速等外界環(huán)境條件的影響也極為顯著[16 ]。相關研究表明，桃樹花芽在萌動后花蕾變色期的受凍溫度為-6.6～-1.7 ℃，開花和幼果期的受凍溫度為-2.0～-1.0、-1.1 ℃[17 ]。本試驗的環(huán)境條件與桃園環(huán)境下自然花器的抗低溫能力及風速、水汽等條件存在差異，凍害指標研究僅建立在統(tǒng)計學基礎上，但結果與當地凍害年份霜凍災害實況基本一致，在實際生產中具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 趙秀梅，牛茹萱，張? ?帆，等.? 8個桃品種在蘭州地區(qū)的抗寒性鑒定[J].? 甘肅農業(yè)科技，2019（12）：43-46.

[2] 王? ?森，謝碧霞，杜紅巖，等.? 美國扁桃花器官的抗寒性[J].? 經濟林研究，2007，25（2）：19-22.

[3] 倪鼎文，李? ?唯，杜志釗，等.? 外源SA對白粉桃低溫脅迫下花器的生理效應[J].? 甘肅農業(yè)大學學報，2007，42（6）：53-56.

[4] 龔? ?鵬，李秀霞，李增萍，等.? 低溫脅迫對扁桃枝條細胞膜系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質的影響[J].? 新疆農業(yè)科學，2007（5）：561-566.

[5] 白寶璋，郭守華，楊曉玲，等.? 植物生理生化：下[M].? 北京：中國農業(yè)科技出版社， 2003：244-246.

[6] 鄒? ?琦.? 植物生理學實驗指導[M].? 北京：中國農業(yè)出版社，2000：57-58.

[7] 鄒? ?琦.? 植物生理學實驗指導[M].? 北京：中國農業(yè)出版社，2003：166-167.

[8] 楊建民，周懷軍，王文鳳.? 果樹霜凍害研究進展[J].? 河北農業(yè)大學學報，2000，23（3）：54-58.

[9] 王? ?飛，陳登文，李嘉瑞，等.? 杏花及幼果的抗寒性研究[J].? 西北植物學報，1995，15（2）：133-137.

[10] 何維勛，馮玉香，夏滿強.? 解凍速率對作物霜凍害的影響[J].? 應用氣象學報，1993，4（4）： 440-445.

[11] GAO AINOG，JIANG SHU RONG，ZHAO XIWEN，et al. Study on cold hardiness of apple cultivars[J].? Journal of Fruit Science， 2000，17（1）：17-21.

[12] PRASAD T K. Role of catalase in inducing chilling tolerance in pre-e-mergent maize seedlings[J].? Plant Physiol.，1997，114（4）：1369-1376.

[13] 楊春祥，李憲利，高東升，等.? 低溫脅迫對油桃花器官膜脂過氧化和保護酶活性的影響[J].? 果樹學報，2005，22（1）：69-71.

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

[15] 沙? ?偉，劉煥婷，譚大海，等.? 低溫脅迫對扎龍?zhí)J葦SOD、POD 活性和可溶性蛋白含量的影響[J].? 齊齊哈爾大學學報，2008，24（2）：1-4.

[16] 周蘊薇，聶紹荃.? 翠南報春抗寒生理生態(tài)學研究[D].? 哈爾濱：東北林業(yè)大學，2001.

[17] 許彥平，姚曉紅，劉曉強，等.? 近30 a甘肅天水氣候資源變化對杏產量影響評估[J].? 干旱區(qū)地理，2015，38（4）：684-691.

（本文責編：陳? ? 珩）