低溫對富士蘋果花抗性生理指標(biāo)的影響

姜琳琳 王靜 段曉鳳

摘要：以富士蘋果花為研究對象，采用霜凍模擬試驗(yàn)箱模擬自然霜凍降溫過程，分別測定-2、-2.5、-3、-3.5、-4、-4.5 ℃時(shí)蘋果花的丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量。結(jié)果表明，隨溫度的降低，蘋果花可溶性糖含量在-2.5 ℃時(shí)顯著增加，達(dá)到峰值后其含量開始下降并趨于穩(wěn)定;可溶性蛋白含量在-2.5 ℃時(shí)顯著增加，在-3.5～-4 ℃時(shí)達(dá)到峰值后顯著降低;脯氨酸含量在-3～-3.5 ℃時(shí)顯著增加;MDA含量在-3～3.5 ℃時(shí)達(dá)到峰值后顯著降低?？傮w來說，上述抗性生理指標(biāo)對低溫響應(yīng)表現(xiàn)出較好的一致性，初步確定蘋果花對低溫響應(yīng)的臨界溫度為-2.5～-3.5 ℃。

關(guān)鍵詞：低溫;蘋果花;可溶性糖;丙二醛（MDA）;脯氨酸;可溶性蛋白

中圖分類號： S661.101 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）11-0111-04

收稿日期：2019-07-06

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金（編號：41565006）。

作者簡介：姜琳琳（1992—），女，河南許昌人，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：15261822625@163.com。

通信作者：李紅英，博士，主要從事氣候資源利用與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究。E-mail：hongyinglhy@126.com。 ?蘋果產(chǎn)業(yè)是寧夏果品的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，是果農(nóng)種植時(shí)間最早、比較效益相對較高的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。近年來，隨全國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展由東部向西部的轉(zhuǎn)移，寧夏成為蘋果生產(chǎn)的重要產(chǎn)區(qū)，種植面積已達(dá)4.46萬hm2，蘋果產(chǎn)業(yè)已成為寧夏地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收致富的重要特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[1]。寧夏深處內(nèi)陸，大陸性氣候特點(diǎn)突出，在每年4月冷暖空氣交匯時(shí)期，晚霜凍害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)，對蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成很大威脅。據(jù)寧夏氣象科學(xué)研究所調(diào)查，2018年4月4—8日出現(xiàn)的霜凍天氣使寧夏地區(qū)正值花期的蘋果嚴(yán)重受凍。其中，銀川河?xùn)|生態(tài)園藝試驗(yàn)中心、靈武園藝場、吳忠園藝場和中寧轎子山林場蘋果受凍率分別高達(dá)90%、70%、90%和85%。

在蘋果低溫抗寒性方面，前人已經(jīng)做了大量研究。研究表明，蘋果花器官不同發(fā)育階段抗寒力存在差異，即花蕾期>盛花期>幼果期，其中花蕾和花朵的低溫半致死溫度分別為-4.53、-4.01 ℃[2]。許多學(xué)者通過測定低溫脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）和可溶性糖等物質(zhì)的含量對蘋果的抗寒性進(jìn)行評價(jià)[3-5]。但前人研究多集中于蘋果枝條和果實(shí)，對低溫下蘋果花的生理響應(yīng)研究較少。因此，本研究通過模擬自然霜凍降溫過程，對蘋果花中MDA、脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)以及可溶性糖含量進(jìn)行測定，分析蘋果花在低溫下的生理生化響應(yīng)規(guī)律，以期為蘋果霜凍指標(biāo)的確定和防霜技術(shù)的研發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年4月22—23日在寧夏河?xùn)|生態(tài)園藝試驗(yàn)中心進(jìn)行，為了確保試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，選取樹齡（13～15年）、樹勢、營養(yǎng)狀況一致的富士蘋果樹作為采樣樹體，采取長度至少30 cm、花量均勻的蘋果枝條，插入濕度適宜、覆膜的營養(yǎng)缽培養(yǎng)待用。

1.2 試驗(yàn)材料的低溫處理

試驗(yàn)儀器采用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院開發(fā)的、以PID調(diào)節(jié)方式控溫的MSX-2F型模擬霜箱系統(tǒng)。將培養(yǎng)的蘋果枝條連同營養(yǎng)缽置于霜凍模擬試驗(yàn)箱，按照圖1所示設(shè)置降溫曲線，試驗(yàn)處理溫度為-2、-2.5、-3、-3.5、-4、-4.5 ℃，降溫過程中在達(dá)到每個(gè)處理溫度并持續(xù)0.5 h之后取出一批樣品，每批蘋果花樣品為10～15朵，并且為了盡量減少取樣對降溫過程的影響，每次取樣時(shí)間嚴(yán)格控制在 10 s 之內(nèi)。以營養(yǎng)缽中室溫培養(yǎng)的樣本作為對照（CK）。低溫處理的每一批樣品要及時(shí)用液氮處理保存其生理活性狀態(tài)，用于測定各項(xiàng)生理指標(biāo)，每批樣品重復(fù)測定3次。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

MDA含量采用硫代巴比妥酸法[6]測定;游離脯氨酸采用磺基水楊酸浸提-酸性茚三酮顯色法[7]測定;可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法[7]測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[7]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對蘋果花可溶性糖含量的影響

低溫條件下可溶性糖含量越高，抗凍力越強(qiáng)。由圖2可知，蘋果花的可溶性糖含量隨著溫度降低呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。當(dāng)溫度下降到-2.5 ℃時(shí)，蘋果花可溶性糖含量顯著高于-2 ℃時(shí)的可溶性糖含量。-3～-2.5 ℃可溶性糖含量維持在較高的水平。在整個(gè)研究溫度范圍（-2～-4.5 ℃）內(nèi)，當(dāng)可溶性糖含量達(dá)到峰值之后開始略微下降并趨于穩(wěn)定。

2.2 低溫對蘋果花可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖3可知，隨溫度的降低，蘋果花的可溶性蛋白質(zhì)含量呈先增加后下降的趨勢。與-2 ℃ 相比，

-2.5 ℃ 時(shí)蘋果花可溶性蛋白質(zhì)含量顯著升高，之后隨著溫度下降其含量繼續(xù)上升，在-3.5～-4.0 ℃達(dá)到峰值。-4～-2 ℃蘋果花蛋白質(zhì)含量的增加可能是由于其抗冷性增強(qiáng)導(dǎo)致的，之后其含量的降低可能是由于長期低溫致使蘋果花細(xì)胞遭受了不可逆?zhèn)Α?/p>

2.3 低溫對蘋果花脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物在逆境脅迫下的產(chǎn)物。從圖4可以看出，降溫導(dǎo)致蘋果花脯氨酸含量呈現(xiàn)增加趨勢，4月22、23日，蘋果花的脯氨酸含量分別在-3、-3.5 ℃下顯著高于前一溫度處理，之后其含量也一直顯著高于CK。

2.4 低溫對蘋果花MDA含量的影響

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物。由圖5可知，隨著溫度的下降，MDA含量呈先上升后下降最后趨于平穩(wěn)的趨勢。4月22、23日，蘋果花的MDA含量分別在-3.5、-3 ℃達(dá)到峰值，分別為6.2、5.8 μmol/g。之后隨溫度繼續(xù)降低，MDA含量開始下降，但與隨后一溫度處理相比，其含量無顯著變化。降溫后期蘋果花MDA含量趨于穩(wěn)定，這可能是由溫度達(dá)到了蘋果花所能承受的低溫臨界值，細(xì)胞受到不可逆?zhèn)?dǎo)致的。

3 討論與結(jié)論

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，逆境脅迫會(huì)導(dǎo)致其含量增加[8-9]。本研究表明，其含量在低溫下

呈先上升后下降最后趨于平穩(wěn)的趨勢。這與閆忠業(yè)等對蘋果枝條的研究結(jié)果[10]一致，表明當(dāng)溫度低于蘋果花體受凍臨界值時(shí)，蘋果花體將會(huì)遭受不可逆的傷害。脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)分布最廣泛的一種有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11]，逆境下植物體內(nèi)脯氨酸含量的增加通常被認(rèn)為是植物的一種適應(yīng)性反應(yīng)[12-13]。也有研究認(rèn)為，逆境下其含量的增加是植株受傷害的表現(xiàn)[14]。還有研究表明，脯氨酸含量與植株抗寒性沒有明顯的相關(guān)性[10，15]。本研究表明，隨溫度的降低，蘋果花的脯氨酸含量呈增加趨勢，結(jié)合MDA含量的變化特點(diǎn)，認(rèn)為其含量的增加是植株受傷害的結(jié)果。一般認(rèn)為，可溶性蛋白質(zhì)含量與植物的抗寒性相關(guān)。有研究表明，低溫下可溶性蛋白質(zhì)含量呈增加趨勢[16]。也有研究表明，低溫會(huì)造成可溶性蛋白質(zhì)，尤其是高分子可溶性蛋白質(zhì)含量的迅速下降[14]。本研究表明，低溫下蘋果花的可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，這與令凡等的研究結(jié)果[17]一致。蛋白質(zhì)含量增加可能是蘋果花對低溫的適應(yīng)的表現(xiàn)。可溶性糖是冷害和凍害條件下細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)物質(zhì)[18]，研究普遍認(rèn)為，低溫脅迫下其含量的增加能夠提高植物抗逆性[19-21]。在本研究中，低溫脅迫下可溶性糖呈現(xiàn)先增高后下降的趨勢，前期其含量的增加是植株啟動(dòng)自身防御機(jī)制的表現(xiàn)，后期的下降過程是蘋果花受到不可逆?zhèn)Φ谋憩F(xiàn)。本研究表明，脯氨酸、MDA、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)對低溫響應(yīng)的臨界溫度范圍在-2.5～-3.5 ℃，這與李紅英等研究的蘋果花期低溫敏感范圍[22]具有較好的對應(yīng)關(guān)系。

植物的抗寒性機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的過程，本研究只選取了1個(gè)品種進(jìn)行測定，由于蘋果花期相對較短，本試驗(yàn)沒有細(xì)分花苞期、開放期和落花期。4月22日測定結(jié)果和23日有所差別，可能是受花期發(fā)育進(jìn)程的影響。另外，由于試驗(yàn)需要一定的樣本量，因此沒有細(xì)分為花瓣、花藥和柱頭等器官，今后可通過增加測定品種和其他抗寒性指標(biāo)進(jìn)一步深入研究蘋果花的抗寒性機(jī)理。

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