不同凍害程度對(duì)香梨生理指標(biāo)的影響

林彩霞，吳運(yùn)建，魯曉燕，劉艷，王 剛

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆庫(kù)爾勒841005;2.石河子大學(xué)，新疆石河子832000)

庫(kù)爾勒香梨屬薔薇科(Rosaceae)梨屬(Pyrus L.)，原產(chǎn)新疆庫(kù)爾勒地區(qū)，為瀚海梨(新疆梨的原始種)和鴨梨的自然雜交種［1］。瀚海梨在5～7世紀(jì)時(shí)已在塔里木盆地北緣進(jìn)行了廣泛栽培，庫(kù)爾勒香梨在新疆有1 400多年栽培歷史，是新疆的名、優(yōu)、特色水果［2］，以其香氣濃郁、皮薄肉細(xì)、酥脆爽口、汁多渣少、色澤鮮艷、品質(zhì)高，成為新疆出口歷史最長(zhǎng)、出口額最大的果品，新疆已將庫(kù)爾勒香梨列為重要經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)來發(fā)展。截止2013年底統(tǒng)計(jì)，新疆已有庫(kù)爾勒香梨種植面積6.72 萬 hm2，總產(chǎn) 86.04 萬 t［3］。

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，香梨作為特色產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，已成為新疆農(nóng)業(yè)持續(xù)增效、果農(nóng)增收的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。然而，近年來生產(chǎn)中由于肥水投入不合理、管理粗放、有機(jī)肥投入不足等原因，導(dǎo)致了香梨樹抗逆性減弱，加之連續(xù)遭遇冬季低溫造成樹體凍害，樹勢(shì)減弱，產(chǎn)量下滑，果實(shí)品質(zhì)變劣。未來香梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)峻考驗(yàn)，必須從提高栽培管理技術(shù)入手，提高樹體抗逆性，增強(qiáng)抗凍害的能力，形成一套抗逆栽培技術(shù)管理模式，解決目前困擾香梨發(fā)展的技術(shù)瓶頸難題——樹體凍害問題。目前，科研工作者對(duì)于香梨枝條受低溫凍害后發(fā)生的生理生化變化進(jìn)行了大量研究［4-6］，但對(duì)于生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)生凍害后香梨園保留下來正常枝條的生理指標(biāo)研究還有待深入。為此，筆者通過對(duì)不同凍害程度的香梨園內(nèi)枝條進(jìn)行處理探索了凍害與枝條生理變化的相關(guān)性，旨在為香梨種植地區(qū)制定抗逆栽培技術(shù)措施以及我國(guó)寒地發(fā)展梨產(chǎn)業(yè)種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 試驗(yàn)材料取自新疆庫(kù)爾勒香梨種植基地盛果期果園，選取栽培管理水平和土壤條件基本一致的1年生枝條作為試驗(yàn)材料，根據(jù)2013年發(fā)生不同凍害程度采集枝條樣品共11個(gè)，每個(gè)樣品隨機(jī)抽取粗度為0.6～0.8 cm的枝條(每枝6～8個(gè)芽)作為試材，每個(gè)樣品5～10枝條，每個(gè)樣3次重復(fù)。果園發(fā)生凍害標(biāo)準(zhǔn):輕度凍害——1年生枝條表面出現(xiàn)少量黑色斑點(diǎn)，髓部變色;重度凍害——1年生枝條韌皮部、木質(zhì)部呈全死狀態(tài)，韌皮部變色。其中，樣品2～7為輕度凍害果園，樣品8～11為重度凍害果園，樣品1為無凍害果園為對(duì)照。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定。采用電導(dǎo)法。稱取剪好的厚薄均勻的香梨枝小圓片2 g放入三角瓶中，加蒸餾水30 ml，搖晃使樣品完全浸入水中，浸泡45 h后，將浸泡液上下?lián)u勻，測(cè)電導(dǎo)率值(B)。然后用恒溫水浴鍋將其煮沸22 min，冷卻至室溫后再測(cè)一次總電導(dǎo)率值(C)。

1.2.2 自由水與束縛水含量的測(cè)定。

1.2.2.1 總含水量測(cè)定。稱量準(zhǔn)備好的鋁盒凈重，稱取厚薄均勻的枝條小片20片，立即裝入鋁盒，稱量鋁盒和枝條重量，將鋁盒放入烘干箱中于105℃下烘10 min以殺死植物組織，再于80～90℃下烘至恒重。

式中，m1——鋁盒質(zhì)量(g);m2——鋁盒與枝條質(zhì)量(g);m3——鋁盒與烘干枝條質(zhì)量(g)。

1.2.2.2 自由水含量測(cè)定。稱量準(zhǔn)備好的各稱量瓶重量，稱取厚薄均勻的枝條小片20片放入稱量瓶中，稱量瓶和枝條重量，再向其中加入60%蔗糖溶液10 ml，稱量瓶、蔗糖溶液、枝條的重量，充分搖勻，各瓶暗處理4 h，用阿貝爾折射儀分別測(cè)定各瓶糖液濃度。

式中，M1——稱量瓶質(zhì)量(g);M2——稱量瓶與枝條質(zhì)量(g);M4——稱量瓶、蔗糖溶液與枝條質(zhì)量(g);C1——原糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù);C2——浸過枝條后糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.2.3 束縛水含量測(cè)定。組織中束縛水含量=組織總含水量-組織中自由水含量。

1.2.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測(cè)定。

1.2.3.1 可溶性糖含量的測(cè)定。采用蒽酮法。稱取0.2 g經(jīng)過處理的樣品枝，剪碎后放入具塞試管中，加入10 ml蒸餾水，在沸水中煮沸30 min，取出冷卻，過濾轉(zhuǎn)入100 ml容量瓶中，用蒸餾水沖洗殘?jiān)鼣?shù)次，定容，再取1 ml稀釋至5 ml。取待測(cè)液1 ml，加入蒽酮試劑4 ml，水浴10 min，冷卻后在721型分光光度儀上測(cè)定620 nm波長(zhǎng)處的吸光值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)蔗糖溶液繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線求取可溶性糖含量。

式中，C——標(biāo)準(zhǔn)方程求得的可溶性糖含量(μg);a——吸取樣品液體積(ml);V——提取液量(ml);n——稀釋倍數(shù);W——組織重量(g)。

1.2.3.2 游離脯氨酸的測(cè)定。采用酸性茚三酮顯色法。稱取0.2 g經(jīng)過處理的樣品枝，剪碎后放入具塞試管中，加入5 ml 3%磺基水楊酸溶液，加塞后在沸水浴中顯色浸提30 min，取濾液2 ml于試管中，再向各管加入冰醋酸2 ml和酸性茚三酮3 ml。搖勻后，在沸水浴中加熱顯色30 min，取出冷卻至室溫，向各管加入5 ml甲苯，充分搖動(dòng)，以萃取紅色產(chǎn)物。萃取完后，避光靜置4 h以上。待完全分層后，用吸管吸取甲苯層，用分光光度計(jì)在520 nm波長(zhǎng)下測(cè)定消光值。根據(jù)脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線求取脯氨酸含量。

式中，C——從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的脯氨酸濃度(μg);V——提取液總體積(ml);A——測(cè)定時(shí)取用提取液體積(ml);W——樣品干重(g)。

1.3 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同凍害程度對(duì)香梨枝條相對(duì)電導(dǎo)率的影響 結(jié)果表明，無凍害樣品1的電解質(zhì)滲出率最低為0.436 6，而受凍害枝條的電解質(zhì)滲出率平均為0.581 3，與對(duì)照相比增加了0.3倍，其中輕度凍害電解質(zhì)滲出率為0.521 0，重度凍害的電解質(zhì)滲出率為0.526 4?？梢姡憷嬷l凍害發(fā)生后，隨著凍害程度的加重電解質(zhì)外滲率呈升高趨勢(shì)。

由圖1可知，與對(duì)照無凍害樣品1相比，受到凍害的樣品枝條，其電解質(zhì)滲出率要高。無凍害樣品1電解質(zhì)滲出率最低，輕度凍害樣品5電解質(zhì)滲出率最高，值從0.436 6上升至0.593 3，增加了0.4倍。樣品5和樣品1差異極顯著。與對(duì)照樣品相比，受到重度凍害的樣品8的電解質(zhì)滲出率為0.543 5，與對(duì)照相比增加了0.2倍。

2.2 不同凍害程度對(duì)香梨枝條自由水與束縛水含量的影響 結(jié)果表明，無凍害枝條樣品1的自由水與束縛水比值為18.779，而受輕度凍害枝條的自由水/束縛水比值平均值為13.871，遭受重度凍害的自由水/束縛水比值為13.132。分析認(rèn)為，當(dāng)香梨樹凍害臨界低溫(-22℃)來臨時(shí)，凍害發(fā)生果園內(nèi)保存下來的正常枝條中束縛水相對(duì)含量較高，自由水相對(duì)含量較低，即自由水與束縛水的比值下降，枝條抵御低溫的能力增強(qiáng)。

由圖2可知，與無凍害對(duì)照樣品1相比，除樣品6、樣品7和樣品9的自由水/束縛水比值差異不顯著外，其余各樣品均與對(duì)照的自由水/束縛水比值差異顯著降低，其中輕度凍害果園樣品2的自由水/束縛水比值為8.552，與對(duì)照相比降低了54.50%;重度凍害果園樣品10的自由水/束縛水比值為7.607，與對(duì)照相比降低了59.49%。

2.3 不同凍害程度對(duì)香梨枝條可溶性糖含量的影響 結(jié)果表明，無凍害對(duì)照樣品1的可溶性糖含量最低為0.065 9，而輕度凍害果園內(nèi)枝條樣品的平均值為0.434 2，與對(duì)照相比提高了5.6倍;重度凍害的可溶性糖含量為0.528 7，與對(duì)照相比提高了7.0倍。分析認(rèn)為，遭受凍害的果園內(nèi)保留下來的正常枝條，其可溶性糖含量提高，增強(qiáng)了其對(duì)低溫的抵御能力，且隨著低溫的加重枝條內(nèi)可溶性糖含量在遞增。

由圖3可知，與對(duì)照無凍害樣品1的可溶性糖含量相比，除樣品2、樣品8、樣品11顯著升高外，其余各樣品均差異不顯著。其中輕度凍害果園樣品2的可溶性糖含量為0.803 4，與對(duì)照相比增加了11.2倍;重度凍害果園樣品11的可溶性糖含量為1.389 6，與對(duì)照相比增加了20.1倍。

2.4 不同凍害程度對(duì)香梨枝條游離脯氨酸含量的影響 結(jié)果表明，無凍害對(duì)照樣品1的游離脯氨酸含量為626.40 μg/g，而發(fā)生凍害樣品的平均值為572.36 μg/g，其中輕度凍害的為526.29 μg/g，重度凍害的為618.43 μg/g。分析認(rèn)為，枝條內(nèi)游離脯氨酸積累量的高低與凍害程度相關(guān)性不顯著。

圖4表明，重度凍害樣品8與樣品10、樣品5、樣品4之間存在顯著性差異，其他各樣品之間差異不顯著。其中，樣品8游離脯氨酸含量最高，為865.77 μg/g，樣品4含量最低，為353.47 μg/g，相差512.30 μg/g，無凍害樣品1 的游離脯氨酸含量介于兩者之間。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論 對(duì)不同凍害程度下香梨園內(nèi)的梨樹枝條11組樣品進(jìn)行了生理指標(biāo)的檢測(cè)。結(jié)果表明不同凍害程度下，香梨的電解質(zhì)滲出率在0.436 6～0.593 3，香梨的自由水/束縛水比值在7.607～25.530，香梨的可溶性糖含量在0.065 9～1.389 6，香梨的游離脯氨酸含量在 353.47 ～ 865.77 μg/g。由差異顯著分析可知，與無凍害的對(duì)照組相比，受凍害后的枝條電解質(zhì)滲出率均有顯著升高，受凍害香梨園內(nèi)保留下來的正常枝條自由水/束縛水比值均有顯著下降，受凍害香梨園內(nèi)保留下來的正常枝條可溶性糖含量均有顯著增加，而游離脯氨酸含量變化無顯著規(guī)律。

3.2 討論 抗凍性是植物固有的遺傳特性，但是這種特性只有在一定的生長(zhǎng)狀態(tài)和特定的環(huán)境條件誘導(dǎo)下，通過代謝和原生質(zhì)的改變才能表達(dá)出來。果樹的抗凍性機(jī)理受遺傳機(jī)制和環(huán)境因素的制約，常因果樹生理過程的復(fù)雜性、環(huán)境因子的多變性和二者互作的綜合性而異，給抗凍性鑒定帶來了很大困難。庫(kù)爾勒香梨植株在抗凍鍛煉期間發(fā)生系列物質(zhì)轉(zhuǎn)化，有利于細(xì)胞膜抗性的提高。細(xì)胞膜的抗性依賴于糖類、脯氨酸等物質(zhì)的積累，通過代謝的調(diào)節(jié)維持胞內(nèi)的平衡。

3.2.1 不同程度凍害程度香梨樣品電解質(zhì)滲出率的影響。Lyons［7］認(rèn)為，當(dāng)植物受到低溫傷害時(shí)，細(xì)胞的質(zhì)膜透性會(huì)發(fā)生較大的改變，電解質(zhì)會(huì)有不同程度的外滲。不同凍害程度處理同一品種的電導(dǎo)率是不同的。而在受到低溫的脅迫時(shí)植物組織細(xì)胞膜的通透性增大，一些可溶性物質(zhì)包括電解質(zhì)將有不同程度的外滲，外滲越多，電解質(zhì)滲出頻率越高，電導(dǎo)率越大，抗凍性越弱。鄧令毅等［8］對(duì)葡萄的研究表明，質(zhì)膜透性隨溫度下降及低溫處理時(shí)間延長(zhǎng)，電導(dǎo)率急劇增加，抗寒性強(qiáng)的品種變化幅度小。該研究結(jié)果表明，與無凍害樣品相比，受到凍害的香梨枝條的電解質(zhì)滲出率會(huì)有所上升，但趨勢(shì)平緩，這可能是由于香梨年產(chǎn)量的差異而引起的。但整體顯示，受到凍害的枝條的電解質(zhì)外滲率呈增大趨勢(shì)，這與鄧令毅等［8-10］的研究結(jié)果相一致。

3.2.2 不同程度凍害與自由水/束縛水的關(guān)系。香梨組織中的水分以自由水和束縛水2種不同的狀態(tài)存在。自由水不與原生質(zhì)膠體緊密結(jié)合，可以自由移動(dòng)，束縛水與原生質(zhì)膠體緊密結(jié)合不易移動(dòng)，自由水與束縛水相對(duì)含量可作為植物組織代謝活性和抗性強(qiáng)弱的重要標(biāo)志，它的含量的高低與香梨的生長(zhǎng)和抗寒性有密切的關(guān)系［11］。該研究結(jié)果表明，隨著凍害程度的逐步加重，自由水/束縛水比值越大，這與Levitt等［12-13］的研究結(jié)果相一致。但無凍害香梨樣品枝條的自由水/束縛水比值不是最低，這可能與試驗(yàn)前沒有對(duì)不同凍害枝條嚴(yán)格篩選有關(guān)。

3.2.3 不同程度凍害與可溶性糖含量的關(guān)系?？扇苄蕴鞘抢浜蛢龊l件下的細(xì)胞內(nèi)保護(hù)物質(zhì)，其含量與植物的抗冷性之間呈正相關(guān)［14］。植物在抗寒鍛煉期間，糖含量增加［15］。低溫脅迫時(shí)不利于多糖的合成，多糖被水解成單糖、還原糖和寡聚糖，以可溶性糖的形式存在于植物材料中。該試驗(yàn)結(jié)果表明，與無凍害樣品相比，受到凍害的香梨枝條的可溶性糖含量會(huì)有所增加，這與Morgan［14］的研究結(jié)果相一致。

3.2.4 不同程度凍害與游離脯氨酸的關(guān)系。游離脯氨酸的抗性作用是調(diào)節(jié)和維護(hù)結(jié)構(gòu)中融凍后原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡，防止水分散失，促進(jìn)蛋白質(zhì)與水的結(jié)合，增加蛋白質(zhì)的可溶性。在植物低溫傷害研究中，人們把脯氨酸看作一種防凍劑或膜穩(wěn)定劑［16-17］。關(guān)于游離脯氨酸含量與抗寒性關(guān)系的有不同且對(duì)立的結(jié)果，有研究認(rèn)為游離脯氨酸在逆境中會(huì)大量增加，且積累的量與植物抗寒性之間有相關(guān)性［18］，在對(duì)抗冷的過程中起顯著作用［19］;也有研究認(rèn)為游離脯氨酸與果樹抗寒性無關(guān)［20］。該試驗(yàn)結(jié)果表明，游離脯氨酸含量與凍害程度沒有太大的相關(guān)性，這與任秋萍等［20］的研究結(jié)果相一致。

［1］張釗，王野蘋.香梨品種種源問題的探究［J］.果樹科學(xué)，1993(2):113-115.

［2］辛樹幟.中國(guó)果樹史研究［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1983:51-56.

［3］于強(qiáng).2013年庫(kù)爾勒香梨產(chǎn)銷情況報(bào)告［EB/OL］.(2013-12-27)http://www.xjbzny.gov.cn/html/jjyx/2013-12/27/13_17_06_130.html.

［4］龍春躍，克熱木·伊力，買合木提·卡熱，等.庫(kù)爾勒香梨枝條、花芽?jī)龊Πl(fā)生程度與相關(guān)生理指標(biāo)研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(2):6-10.

［5］劉艷，趙虎成，李雄，等.梨枝條中淀粉、還原糖及脂類物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化與抗寒性的關(guān)系［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(1):57-60.

［6］克熱木·伊力，買合木提·卡熱，龍春躍，等.不同產(chǎn)量庫(kù)爾勒香梨枝條抗寒性的評(píng)價(jià)［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(2):230-236.

［7］LYONS J M.Chilling injury in plants［J］.Ann Rev Plant Physiology，1973，24:445-446.

［8］鄧令毅，王洪春.葡萄的抗寒性與質(zhì)膜透性［J］.植物生理學(xué)通訊，1984(2):12-16.

［9］王永紅，李紀(jì)元，田敏，等.低溫脅迫對(duì)山茶物種2個(gè)抗寒性生理指標(biāo)的影響［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2006，19(1):121-124.

［10］朱根海，劉祖琪，朱培仁，等.應(yīng)用Logistic方程確定植物組織低溫半致死溫度的研究［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1986(3):11-16.

［11］崔方.黑龍江省主要栽培葡萄品種抗寒性研究［D］.哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

［12］LEVITTt J.Bound water and frost hardiness［J］.Plant Physiol，1959，34:667-674.

［13］岳英，魯曉燕，白茹，等.梨抗寒性生理指標(biāo)的篩選［J］.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，29(5):552-556.

［14］MORGAN J M.Osmoregulation and water stress in higher plants［J］.Ann Rev Plant Physiology，1984，35:299-319.

［15］王麗雪，李榮富，馬蘭青，等.葡萄枝條中淀粉、還原糖及脂類物質(zhì)變化與抗寒性的關(guān)系［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，15(4):1-6.

［16］劉祖琪，張石誠(chéng).植物抗性生理學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994:35-37.

［17］朱光廉，鄧興旺.植物體內(nèi)游離脯氨酸的測(cè)定［J］.植物生理學(xué)通訊，1983(1):35-37.

［18］劉成運(yùn)，孟慶梅，權(quán)明清，等.冷害條件下鳳眼蓮某些生理變化特征的研究［J］.武漢植物學(xué)研究，1993，11(4):345-353.

［19］夏陽.水分逆境對(duì)果樹游離脯氨酸和葉綠素含量變化的影響［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，28(1):26-31.

［20］任秋萍，張復(fù)君，呂福堂，等.紅色砂梨新品種‘奧冠紅'梨’［J］.園藝學(xué)報(bào)，2008，35(4):618.