我國巴旦木抗寒性研究進展

毛金梅，蔣江照，韓宏偉,劉鳳蘭，王建友

(新疆林業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟林研究所，新疆 烏魯木齊 830002)

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我國巴旦木抗寒性研究進展

毛金梅，蔣江照，韓宏偉,劉鳳蘭，王建友

(新疆林業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟林研究所，新疆 烏魯木齊 830002)

低溫凍害是生產(chǎn)上制約巴旦木產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，研究巴旦木的抗寒特性及對低溫的應(yīng)答機制對于巴旦木引種栽培及其凍害防御技術(shù)的制定有重要意義。文章介紹了巴旦木不同品種的抗寒特性，并從組織器官、生理生化及分子水平等方面總結(jié)了巴旦木抗寒性的研究進展，指出了目前巴旦木抗寒性研究的局限，對未來的研究重點進行了展望。

低溫；巴旦木；抗寒性

巴旦木(AmygdaluscommunisLinn.)，學(xué)名扁桃，屬薔薇科(Roseceae)李亞科(Prunoideae)桃屬(Amygdalus)落葉喬木或灌木，是著名的木本油料干果樹種[l]。在我國，主要分布在新疆的莎車、英吉沙、疏附、葉城等縣，甘肅、陜西、山西和河南等省有少量引種栽培。全世界約有40多種，我國主要有6種[2]。目前，栽培面積僅新疆就已超過6.7萬hm2，堅果年產(chǎn)量達到5萬t以上。但近年來頻繁發(fā)生的低溫凍害成為制約巴旦木生長、發(fā)育和產(chǎn)量的一個主要限制因子。冬季及早春的寒害和生理干旱容易導(dǎo)致樹體受凍開裂，花芽僵化、脫落，造成大幅度減產(chǎn)，甚至絕收，嚴重影響了巴旦木種植和經(jīng)濟效益。

1　組織器官水平上的抗寒性研究

1.1巴旦木花、幼果的抗寒性

植物的外部器官莖、葉、花及果實等最先感知環(huán)境變化，且不同器官在不同發(fā)育時期對低溫的敏感性不同。Paydas等[3]研究表明，巴旦木花蕾期可忍耐-6.6～-3.8 ℃低溫，盛花期可忍耐-2.2～-1.1 ℃(0.5 h)低溫，而幼果在-0.55 ℃時就會凍死。郝慶等[4]得出巴旦木在冬季休眠期能耐-20～-27 ℃低溫，花期和幼果期分別能耐4 ℃和0.5 ℃的短時低溫，當(dāng)溫度降到0.2～1.4 ℃時花和花芽停止發(fā)育。全開花的花被耐寒性遠低于未開花的花被[5]?；ㄑ枯p微凍傷時基部變褐色，花蕊顏色正常均為淺黃色；中等凍害時基部褐色、花蕊變黃褐色，表面水漬狀；嚴重凍害時整體為黑褐色，容易從枝條上脫落[6]。此外，不同品種的巴旦木花期不同，其對溫度的敏感性也不同。王建友[7]通過對低溫處理下南疆6個不同花期的巴旦木品種花芽的形態(tài)發(fā)育階段進行觀測，發(fā)現(xiàn)：晚花品種抗寒性大于早花品種，表明了遺傳因素對花芽抗寒性的作用。在發(fā)育成花過程中，不同部位的抗寒性大小為：花瓣>雄蕊>雌蕊[8]。鐘海霞等[9]對越冬前巴旦木的花芽解剖結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)果表明：野扁桃與3個栽培扁桃的花原基解剖結(jié)構(gòu)明顯不同：抗寒性強的野扁桃其花原基細胞縱徑、橫徑均小，細胞排列緊密，細胞間隙?。欢购匀醯脑耘啾馓移浠ㄔ毎v徑、橫徑均大，細胞排列疏松，細胞間隙大，此外，抗寒性弱的扁桃品種花藥和胚珠原基的細胞較大。

1.2巴旦木枝條的抗寒性

巴旦木枝條不同組織抗寒性順序為韌皮部>形成層>髓[10]。王有科等[11]發(fā)現(xiàn)巴旦木1年生枝條受凍害的原因為：一方面，表皮薄，皮層薄壁細胞排列疏松；另一方面，韌皮薄壁細胞不發(fā)達，有機物運輸慢、積累量低、代謝不旺盛。呂仕洪等[12]研究發(fā)現(xiàn)，未成熟的枝條和嫩梢受凍害后很快萎蔫，而老熟的枝條則由綠色逐漸變成淺黃褐色至紫色或黑色，受害愈重顏色愈深。宋洪偉等[13]研究表明，枝條輕微凍傷時只表現(xiàn)為髓部變色，中等凍害時木質(zhì)部變色，嚴重凍害時才凍傷韌皮部。葉片由綠色變?yōu)辄S褐色和變干枯則為受凍。吉春榮[6]、馬鴻儒[14]等人對低溫下莎車縣3個巴旦木品種的枝條、花芽及葉芽形態(tài)觀測分析，總結(jié)出巴旦木枝條、花芽和葉芽凍害分級標準，并且馬鴻儒還得出老齡和中齡下這3個品種枝條和花芽在不同溫度、低溫持續(xù)時間下的凍害等級。王建友，韓宏偉等[15]在2010年研究提出并由新疆維吾爾自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《巴旦木低溫凍害預(yù)防技術(shù)規(guī)程》地方標準，分析了巴旦木凍害癥狀，明確了巴旦木樹體低溫凍害等級劃分標準(表1)。

表1　巴旦木樹體低溫凍害等級劃分

注：引自王建友[15]。

2　生理生化水平上巴旦木的抗寒性

植物受到低溫脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生一系列生理生化響應(yīng)(如細胞質(zhì)流動性下降，細胞質(zhì)膜的滲透性上升、結(jié)構(gòu)和組分的變化，酶活性的改變、呼吸作用、光合作用降低等)，以最大限度去適應(yīng)低溫環(huán)境[16]。巴旦木抗寒相關(guān)生理指標主要有相對電導(dǎo)率、脯氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和可溶性糖等，但抗寒性的產(chǎn)生過程是由多個抗寒性指標共同作用所完成。

2.1巴旦木質(zhì)膜透性與抗寒性

低溫脅迫導(dǎo)致細胞膜受到破壞，膜透性增加，電解質(zhì)滲出增多，從而引起電導(dǎo)率發(fā)生變化，電導(dǎo)率是反映植物抗寒性最常用指標。一般來講，不抗寒的植物受凍害越嚴重，電解質(zhì)滲出量越大，因而電導(dǎo)率也大，反之，抗寒性強的品種電導(dǎo)率則小。王森等人[5]研究表明，不同巴旦木品種的花被相對電導(dǎo)率有顯著差異，從小到大依次為Nonpareil、Garden price、All-in-one genetic semi-dwarlf、Prince、紙皮、Black butte、Neplus、鷹嘴、Mission，并得出不同開放程度花被相對電導(dǎo)率從小到大依次為未開、半開、全開。吉春榮等[6]研究表明：隨處理溫度降低，巴旦木枝條相對電導(dǎo)率逐漸增加、細胞膜受損程度在加重；3個品種枝條半致死溫度(LT50)分別為-24.9、-29.3和-27.7 ℃，由此得出英吉沙2號的抗寒性較強。LT50用來衡量最低耐受溫度，它由低溫下電解質(zhì)滲出率結(jié)合Logistic方程得出，利用拐點溫度表示，LT50越高，抗寒性越弱。魏鈺等[17]研究得出我國6個巴旦木種：蒙古扁桃、長柄扁桃、矮扁桃、榆葉梅、美新、西康扁桃的LT50分別為-35.17、-31.40、-26.37、-23.55 、-20.12和-19.24 ℃，表明了巴旦木種間抗寒性具有差異。謝軍等[18]以巴旦木1年生休眠枝條(5個國外品種，1個新疆地方品種)為試材，采取人工模擬的方法測定了休眠枝條對不同梯度低溫的響應(yīng)，結(jié)果顯示不同品種的LT50集中在-16～-19 ℃，表明新疆本地的巴旦木品種抗寒性最強。

2.2巴旦木MDA含量與抗寒性

低溫脅迫對植物細胞膜系統(tǒng)造成傷害，細胞膜發(fā)生一定程度的過氧化，丙二醛(MDA)為膜脂過氧化產(chǎn)物[19]，細胞內(nèi)大量MDA的積累會進一步導(dǎo)致膜蛋白的交聯(lián)變性，加劇細胞膜的破壞，透性增大，電解質(zhì)大量外滲[20]。因此，MDA可以作為膜受傷害的標志。蔣寶等[21]以長柄巴旦木為材料，通過實驗證明，除相對電導(dǎo)率外，MDA含量在一定程度上也可以作為巴旦木抗寒性評價指標。潘曉云等[10]研究表明：低溫下巴旦木葉片MDA含量的增加與組織受傷害程度(膜透性增加及葉綠素降解)及抗氧化系統(tǒng)(CAT和類胡蘿卜素)水平下降之間具有極顯著的相關(guān)性，并且7個扁桃品種的田間越冬傷害指數(shù)及冬季所測枝條的LT50值與低溫處理下葉片MDA含量呈顯著的相關(guān)性，表明MDA可以作為鑒定巴旦木品種抗寒性的指標。楊曉靜等[22]研究得出：在自然降溫過程中新疆巴旦木一年生休眠枝電解質(zhì)滲出率、丙二醛含量、脯氨酸含量、過氧化氫酶的活性在自然降溫過程中均表現(xiàn)為隨溫度下降而增加隨溫度回升而減小的變化趨勢。

2.3巴旦木滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與抗寒性

植物的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸等物質(zhì)與抗逆性有密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量與植物的抗寒性有關(guān)，低溫脅迫時，抗寒性強的樹種，細胞中可溶性糖濃度高[23，24]。低溫脅迫導(dǎo)致可溶性糖含量增加，在一定程度上提高細胞的滲透壓，降低細胞水勢，增強細胞保水能力[25]，因此，可溶性糖含量可以作為巴旦木抗寒性鑒定指標。李斌[26]、王琳[27]等人對不同溫度梯度下幾個巴旦木品種的花芽可溶性糖含量分析發(fā)現(xiàn)，抗寒性強的野生巴旦木可溶性糖含量最高；龔鵬等[28]的研究也表明，低溫脅迫下不同巴旦木品種枝條的可溶性糖含量與品種的抗寒性有一定的相關(guān)性。

從多數(shù)植物中發(fā)現(xiàn)，植物在低溫脅迫下可溶性蛋白含量增加，可溶性蛋白的親水性強，能增加細胞中束縛水的含量，可減小原生質(zhì)結(jié)冰導(dǎo)致的傷害。在自然越冬過程中，巴旦木枝條中可溶性蛋白含量隨氣溫的降低而升高，之后隨著氣溫的回升又降低。人工低溫處理下巴旦木枝條中可溶性蛋白隨溫度降低而升高，達到一定低溫時，可溶性蛋白又下降[26,27,29]。

游離脯氨酸與植物抗寒性的關(guān)系，目前存在兩種觀點，一種認為游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增強植物的抗寒性，低溫脅迫加劇了植物體內(nèi)脯氨酸的積累；另一種觀點認為，脯氨酸與抗寒性無關(guān)，低溫下脯氨酸的積累可能是蛋白合成受阻或者蛋白降解的結(jié)果[30]。有研究認為低溫脅迫下巴旦木枝條中游離脯氨酸含量呈上升趨勢，且抗寒性強的品種變化幅度大，增加的倍數(shù)高[21,29,31]。但是也有研究印證了第二個觀點，李斌等[26]發(fā)現(xiàn)抗寒性強的野巴旦木和其他巴旦木種在不同的溫度脅迫下脯氨酸含量差異不大。因此，脯氨酸能否作為巴旦木抗寒性評價指標，及其抗寒性機理還有待進一步研究。

2.4巴旦木抗氧化酶系統(tǒng)與抗寒性

低溫脅迫可產(chǎn)生過量活性氧，誘發(fā)植物細胞膜系統(tǒng)膜脂過氧化作用，破壞膜結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)物質(zhì)外滲，從而導(dǎo)致了植物的凍害，而活性氧清除系統(tǒng)[主要指超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、和過氧化氫酶(CAT)]在一定程度上緩解了植物的受害程度。因此，低溫脅迫下抗氧化酶的水平，直接反映了植物抵御低溫傷害的能力[32]。低溫脅迫下不同巴旦木品種的SOD活性隨著溫度的下降呈現(xiàn)先升后降的趨勢，其中抗寒性強的品種SOD活性較強[27]。利用3 ℃低溫處理的初期，巴旦木葉片無明顯傷害癥狀，但CAT活性顯著增加；在-2 ℃和-10 ℃下，隨處理時間的延長，葉片CAT活性和含量都顯著下降[10]。徐葉挺等[33]以野生巴旦杏1年生枝條為材料，得出野生巴旦杏半致死溫度為-28.9 ℃，同時SOD活性、POD活性、CAT活性在-30 ℃時達到頂峰，SOD活性與POD活性隨溫度的降低呈先升高后降低的趨勢，CAT活性曲線隨溫度的降低呈“M”形。楊曉靜[22]研究表明在自然降溫過程中，新疆巴旦木1年生枝條過氧化氫酶的活性呈隨溫度下降而增加，隨溫度回升而減小的變化趨勢，而過氧化物酶活性卻與采樣時期的氣溫變化趨勢相吻合，超氧化物歧化酶活性則呈現(xiàn)出“M”型變化。

3　分子水平上巴旦木抗寒性

植物在低溫鍛煉下，逐漸形成一套感受、傳導(dǎo)低溫信號的系統(tǒng)，使植物自身能夠及時適應(yīng)低溫脅迫的改變。在這個低溫鍛煉過程中，一系列低溫誘導(dǎo)基因被誘導(dǎo)表達，提高了植物的抗寒凍能力。CBF類轉(zhuǎn)錄因子是感受上游傳遞的信號、并將信號向下游傳遞的調(diào)控因子,在增強植物適應(yīng)低溫及抵御低溫的能力中具有非常重要的作用[34]。李寧[35]通過克隆了新疆野扁桃抗寒相關(guān)基因—AlsCBF基因，發(fā)現(xiàn)該基因的相對表達量在4 ℃處理24h時達到峰值，基因的表達隨脅迫時間的延長呈現(xiàn)先升后降再升的趨勢；將AlsCBF基因轉(zhuǎn)入煙草后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的抗寒能力較對照植株有明顯的提高。由此認為植物抗寒力的提高是低溫誘導(dǎo)所引起的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CBF表達水平以及各種生理生化代謝適應(yīng)性變化的綜合結(jié)果。

4　巴旦木品種的抗寒性研究

植物對低溫脅迫的敏感程度與它的起源地密切相關(guān)[36]。研究發(fā)現(xiàn)，我國6個巴旦木種的抗寒性順序依次為蒙古巴旦木>長柄巴旦木>矮巴旦木>榆葉梅>普通巴旦木>西康巴旦木，對不同抗寒指標的測定表明，不同種的巴旦木LT50在-19.2～-35.17 ℃[17]。同時，同一植物種的不同品種對低溫的反應(yīng)不同，低溫臨界值也有差異[10]。野生種的抗寒性強于栽培品種。研究者對新疆15個巴旦木品種花芽進行抗寒性綜合評價，得出：抗寒性表現(xiàn)從強到弱依次為：野扁桃、Nonpareil、Mission、葉爾羌、麻殼、露仁、矮豐、Thompson、Butte、紙皮、Sonora、鷹嘴、雙軟、晚豐、雙果[26]。王有科[11]等研究表明：美國引進品種Fritz、Nonpareil及當(dāng)?shù)厣教?年生休眠枝LT50分別為-24.88 ℃、-20.56 ℃和-17.15 ℃，凍害指數(shù)分別為10%、45%和87%，抗凍害評級依次為高抗、中抗、易抽。潘曉云等[10]對從美國引入的7個巴旦木品種的抗寒性進行評價，得出Padre>Butte>Price>Monterey>Nonpareil>Ne Plus>Sonora。龔鵬等[28]指出引進品種間抗寒性有差異，表現(xiàn)為：Sonora>Mission>Tompson>Butte> Nepulusultera> Nonpareil。本地栽培種花期不同的巴旦木品種抗寒性也不同。楊曉靜等[22]采用主成分分析法綜合評價不同采樣期4種新疆巴旦木的自然雜交后代F1群體抗寒性，評價結(jié)果均為S-2>S-1>S-9>S-13。王琳等[27]研究得出南疆莎車縣5個主栽巴旦木品種的抗寒性從強到弱依次為阿曼尼莎11號>葉爾羌14號>晚豐18號>選育品種5號>紙皮1號。

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1005-5215(2016)09-0057-04

2016-06-30

2015年中央財政林業(yè)科技推廣示范資金項目；2016年自治區(qū)林業(yè)發(fā)展補助資金項目；自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費項目

毛金梅(1980-)，女，江蘇漣水人，博士，助理研究員，主要從事新疆果樹栽培生理、配方施肥等方面的研究工作，Email：mjm80215@163.com

王建友(1964-)，男，研究員，主要從事新疆巴旦木、枸杞良種選育、豐產(chǎn)栽培、測土施肥等方面的研究，Email：almonds@126.com

Q949.751.8

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.020