棗休眠與解除過程中生理生化變化的研究

楊小曼，譚智軍，張川疆，梁文鋒，林敏娟

（1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程試驗室/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色果樹生產(chǎn)工程試驗室，新疆阿拉爾 843300；2 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)與利用重點試驗室，新疆阿拉爾）

棗樹休眠是其生長發(fā)育過程中的一個暫停現(xiàn)象，是植物經(jīng)過長期演化而獲得的一種對環(huán)境條件及季節(jié)性變化的生物學(xué)適應(yīng)性[1]。其中糖類物質(zhì)作為果樹重要的生命物質(zhì)，通過體內(nèi)不斷積累糖類物質(zhì)進(jìn)行代謝來維持休眠期樹體的生命活動。其間的糖代謝受休眠深度、外界環(huán)境因素的影響及樹種本身遺傳物質(zhì)的調(diào)控[2]，其糖含量在休眠前期積累迅速，休眠中期積累逐步達(dá)到最高值，而后在休眠后期至打破休眠的萌芽前迅速降低[3]。在低溫條件下糖類作為植物體內(nèi)的重要能源和保護(hù)物質(zhì)在自然越冬期間其含量變化與芽安全越冬有關(guān)[4]。碳水化合物在果樹的休眠過程中可以顯著提高果樹的抗逆性、抗寒性并在果樹體內(nèi)碳水化合物代謝途徑會發(fā)生相應(yīng)的變化以適應(yīng)低溫環(huán)境，而其中作為貯藏養(yǎng)分的碳水化合物種類及量的變化是較為敏感的生理指標(biāo)之一[5-6]。周延[7]研究發(fā)現(xiàn)米棗花芽可溶性蛋白質(zhì)含量在越冬初期下降，而在越冬中期出現(xiàn)高峰期。脯氨酸不僅與抗寒鍛煉有關(guān),而且與打破休眠、萌芽有關(guān)[8]。且在冬季果樹休眠中，花芽內(nèi)游離氨基酸從自然休眠到被迫休眠花芽萌發(fā)呈明顯升高趨勢。通過新疆北部地區(qū)果樹抗寒性的研究表明[9]，果樹在低溫脅迫條件下脯氨酸含量逐漸降低，所以棗枝條形成層內(nèi)的脯氨酸含量隨著低溫累積也應(yīng)該呈現(xiàn)降低趨勢。

因此，本試驗以不同需冷量的3 個品種屯屯棗、胎里紅、尜尜棗枝條為研究對象，對其棗枝條自然休眠過程中的可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸、淀粉、可溶性糖以及糖組分進(jìn)行較為全面的研究，以得出棗樹休眠過程中生理生化變化規(guī)律，為揭示棗休眠解除的生理生化標(biāo)志及休眠機(jī)理提供理論支持，同時也為棗樹設(shè)施栽培中打破休眠提供部分基礎(chǔ)資料,制定出有效的果樹栽培措施，并對生產(chǎn)上推遲或提早棗樹的萌芽開花進(jìn)行周年生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選取塔里木大學(xué)園藝試驗站紅棗資源圃內(nèi)需冷量不同的3 個品種：屯屯棗、胎里紅、尜尜棗的當(dāng)年生棗頭枝。從棗樹落葉后的10 月底至第2 年的1 月中旬，每7d 取1 次樣，從棗樹樹冠的外圍中上部選取具有代表性的一年生棗頭枝。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理。將采回的樣品進(jìn)行以下處理：首先清洗試材，自來水→2 次自來水→3 次蒸餾水→2 次去離子水；然后把材料剪成1～2mm 的圓片，用打樣機(jī)研磨成均勻粉末后用液氮處理置于超低溫冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 生理生化指標(biāo)測定方法。碳水化物含量的測定：可溶性糖含量、淀粉的測定采用蒽酮比色法；葡萄糖、蔗糖、果糖含量采用高效液相色譜法測定；可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法；脯氨酸含量采用酸性茚三酮測定（每項指標(biāo)各重復(fù)3 次）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用DPS9.01 統(tǒng)計軟件作方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同棗品種休眠期間生理生化變化的研究

2.1.1 休眠期間可溶性糖含量變化。從圖1 可以看出，供試材料可溶性糖含量總體呈‘上升-下降-上升-下降-上升-下降’的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)可溶性糖含量在11 月5 日達(dá)到最大，10 月29 日最低，11 月5 日～11 月12 日、11 月19 日～12 月3 日、12 月10 日～12 月17 日以及12 月24 日～12 月31 日直線下降，10 月29 日～11 月5 日、12 月3 日～12 月10 日、12 月17 日～12 月24 日直線上升；‘屯屯棗’枝條內(nèi)可溶性糖含量在11 月5 日達(dá)到最大，11 月19 日最低，10 月29 日～11 月5 日、11 月19 日～12 月3 日以及12 月31 日～翌年1 月7 日直線上升，11 月12 日～11月19 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)可溶性糖含量在12 月24 日達(dá)到最大，11 月12 日達(dá)到最低，11 月26日～12 月3 日、12 月17 日～12 月24 日以及12 月31日～翌年1 月7 日直線上升，12 月24 日～12 月31日、1 月7 日～1 月14 日直線下降。

10 月29 日枝條內(nèi)可溶性糖含量‘尜尜棗’和‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月5 日、11 月12 日、11月26 日枝條內(nèi)可溶性糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’，‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月19 日、12 月10 日枝條內(nèi)可溶性糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；12 月17 日枝條內(nèi)可溶性糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’；1 月14 日枝條內(nèi)可溶性糖含量‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’。

圖1 休眠期間可溶性糖含量變化

2.1.2 休眠期間果糖含量變化。從圖2 可以看出，供試材料果糖含量總體上呈“上升-下降”的變化趨勢。‘尜尜棗’枝條內(nèi)果糖含量在11 月5 日達(dá)到最大，12 月17日最低，10 月29 日～11 月5 日直線上升，12 月10 日～12 月17 日直線下降；‘屯屯棗’枝條內(nèi)果糖含量在11月26 日達(dá)到最大，11 月19 日最低，10 月29 日～11 月5 日、11 月19 日～11 月26 日以及12 月24 日～12 月31 日直線上升，11 月12 日～11 月19 日、11 月26 日～12 月24 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)果糖含量在12月3 日最大，11 月12 日達(dá)到最低，11 月12 日～12 月3 日直線上升，12 月3 日～12 月10 日直線下降。

圖2 休眠期間果糖含量變化

10 月29 日、11 月19 日、12 月10 日枝條內(nèi)果糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；11 月5日枝條內(nèi)果糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’，‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月12 日、11 月26 日枝條內(nèi)果糖含量‘尜尜棗’和‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’。

2.1.3 休眠期間葡萄糖含量變化。從圖3 可以看出，供試材料葡萄糖含量總體上呈“上升-下降”的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)葡萄糖含量在11 月5 日達(dá)到最大，12 月17 日最低，10 月29 日～11 月5 日、11 月12日～11 月26 日直線上升，11 月5 日～11 月12 日、11月26 日～12 月3 日、12 月10 日～12 月17 日直線下降；‘屯屯棗’枝條內(nèi)葡萄糖含量在11 月5 日達(dá)到最大，11 月19 日最低，10 月29 日～11 月5 日、11 月19日～12 月3 日直線上升，11 月12 日～11 月19 日、12月3 日～12 月10 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)葡萄糖含量在翌年1 月14 日達(dá)到最大，11 月12 日最低，11月12 日～11 月19 日、11 月26 日～12 月3 日、12 月24 日～12 月31 日、1 月7 日～1 月14 日直線上升，11月5 日～11 月12 日、12 月3 日～12 月10 日直線下降。

10 月29 日、12 月24 日枝條內(nèi)葡萄糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月5 日枝條內(nèi)葡萄糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’，‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月12 日枝條內(nèi)葡萄糖含量‘尜尜棗’和‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月19 日、11 月26 日、12 月10 日枝條內(nèi)的葡萄糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；12 月17 日枝條內(nèi)葡萄糖含量‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’。

圖3 休眠期間葡萄糖含量變化

2.1.4 休眠期間蔗糖含量變化。從圖4 可以看出，供試材料在休眠期間蔗糖含量總體上呈‘上升-下降-上升-下降-上升-下降’的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)蔗糖含量在12 月24 日達(dá)到最大，10 月29 日達(dá)到最低，10 月29 日～11 月5 日、12 月3 日～12 月10 日、12 月17 日～12 月24 日、12 月31 日～翌年1 月7 日直線上升，11 月19 日～11 月26 日、12 月24 日～12 月31 日、1 月7 日～1 月14 日直線下降；‘屯屯棗’枝條內(nèi)蔗糖含量在1 月7 日達(dá)到最大，11 月26 日最低，12 月17 日～12 月24 日、12 月31 日～翌年1 月7 日直線上升，12 月24 日～12 月31 日、1 月7 日～1 月14 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)蔗糖含量在12 月24 日達(dá)到最大，10 月29 日達(dá)到最低，11 月12 日～11 月19 日、12月10 日～12 月24 日、12 月31 日～翌年1 月7 日直線上升，11 月19 日～11 月26 日、12 月24 日～12 月31 日、1 月7 日～1 月14 日直線下降。

10 月29 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；1 月5 日、11 月12 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’，‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’；11 月19 日、12 月10 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；12 月17 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’，‘胎里紅’顯著高于‘屯屯棗’；12 月24 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘尜尜棗’和‘胎里紅’顯著高于‘屯屯棗’；1 月7 日、1 月14 日枝條內(nèi)蔗糖含量‘屯屯棗’顯著高于‘尜尜棗’和‘胎里紅’。

圖4 休眠期間蔗糖含量變化

2.1.5 休眠期間淀粉含量變化。從圖5 可以看出，供試材料淀粉含量總體上呈‘上升-下降-上升-下降-上升’的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)淀粉含量在11 月15 日達(dá)到最大，12 月24 日達(dá)到最低，12 月3 日～12月10 日直線下降，12 月24 日～12 月31 日直線上升；‘屯屯棗’枝條內(nèi)淀粉含量在12 月10 日達(dá)到最大，12月24 日達(dá)到最低，12 月10 日～12 月17 日直線下降，12 月24 日～12 月31 日直線上升；‘胎里紅’枝條內(nèi)淀粉含量在12 月10 日達(dá)到最大，12 月17 日達(dá)到最低，12 月10 日～12 月17 日直線下降，12 月24 日～12 月31 日直線上升。

10 月29 日枝條中的淀粉含量‘屯屯棗’和‘胎里紅’顯著高于‘尜尜棗’；11 月5 日枝條中的淀粉含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；11 月12 日枝條中的淀粉含量‘胎里紅’顯著高于‘屯屯棗’；11 月19 日枝條中的淀粉含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’；12 月10 日枝條中的淀粉含量‘胎里紅’顯著高于‘屯屯棗’和‘尜尜棗’，‘屯屯棗’顯著高于‘尜尜棗’；12 月31 日枝條中的淀粉含量‘屯屯棗’和‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’；1 月7 日枝條中的淀粉含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’；1 月14 日枝條中的淀粉含量‘屯屯棗’顯著高于‘胎里紅’。

圖5 休眠期間淀粉含量變化

2.1.6 休眠期間蛋白質(zhì)含量變化。從圖6 可以看出，供試材料蛋白質(zhì)含量總體上呈“上升-下降-上升”的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)蛋白質(zhì)含量在11 月5 日達(dá)到最大，12 月31 日最低，11 月5 日～11 月26 日、11月26 日直線下降，10 月29 日～11 月5 日、12 月31 日～1 月7 日直線上升；‘屯屯棗’枝條內(nèi)蛋白質(zhì)含量在11月12 日達(dá)到最大，11 月26 日最低，11 月5 日～11 月12 日、12 月17 日～12 月24 日以及12 月31 日～1 月14 日直線上升，11 月12 日～11 月26 日以及12 月24日～12 月31 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)蛋白質(zhì)含量在11 月12 日達(dá)到最大，12 月31 日最低，11 月5 日～11 月12 日直線上升，11 月12 日～11 月19 日直線下降。

10 月29 日枝條內(nèi)的蛋白質(zhì)含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；11 月5 日枝條內(nèi)的蛋白質(zhì)含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’；‘胎里紅’又顯著高于‘屯屯棗’；11 月12 日枝條內(nèi)蛋白質(zhì)含量‘屯屯棗’和‘胎里紅’顯著高于‘尜尜棗’；11 月19 日、11 月24 日、1 月7 日和1 月14 日枝條內(nèi)蛋白質(zhì)含量‘屯屯棗’顯著高于‘尜尜棗’，‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’。

圖6 休眠期間蛋白質(zhì)含量變化

2.1.7 休眠期間脯氨酸含量變化。從圖7 可以看出，供試材料脯氨酸含量總體上呈“上升-下降”的變化趨勢?！冁贄棥l內(nèi)脯氨酸含量在11 月12 日達(dá)到最大，12 月24 日達(dá)到最低，10 月29 日～11 月5 日、11月12 日～12 月3 日以及12 月10 日～12 月24 日直線下降，11 月5 日～11 月12 日以及12 月3 日～12 月10日直線上升；‘屯屯棗’枝條內(nèi)脯氨酸含量在11 月26日達(dá)到最大，12 月31 日達(dá)到最低，10 月29 日～11 月12 日、11 月19 日～11 月26 日以及12 月31 日～1 月7 日直線上升，11 月12 日～11 月19 日、12 月3 日～12月10 日、12 月24 日～12 月31 日以及1 月7 日～1 月14 日直線下降；‘胎里紅’枝條內(nèi)脯氨酸含量在12 月3日達(dá)到最大，10 月29 日最低，10 月29 日～11 月5 日直線上升，12 月3 日～12 月10 日直線下降。

圖7 休眠期間脯氨酸含量變化

10 月29 日、11 月12 日、11 月26 日、12 月10 日、12 月17 日、12 月31 日枝條內(nèi)的脯氨酸含量‘尜尜棗’顯著高于‘屯屯棗’和‘胎里紅’；11 月5 日、11 月19 日枝條內(nèi)脯氨酸含量‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’，‘胎里紅’顯著高于‘屯屯棗’；1 月7 日枝條內(nèi)脯氨酸含量‘屯屯棗’顯著高于‘尜尜棗’和‘胎里紅’；1 月14 日枝條內(nèi)脯氨酸含量‘屯屯棗’和‘尜尜棗’顯著高于‘胎里紅’。

3 討論與結(jié)論

3.1 碳水化合物含量變化與休眠的關(guān)系

糖類物質(zhì)是果樹重要的生命物質(zhì)，果樹的代謝以糖代謝為中心，休眠初期樹體內(nèi)不斷積累糖類物質(zhì)，休眠期的生命活動主要靠體內(nèi)貯藏的糖類物質(zhì)代謝來維持[2]。隨著棗樹進(jìn)入休眠期，供試材料枝條中的可溶性總糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉發(fā)生一系列變化，其中可溶性總糖、葡萄糖和果糖含量在‘屯屯棗’和‘尜尜棗’中呈現(xiàn)升高-降低-升高-降低趨于平緩的變化，在‘胎里紅’中升高-降低-升高趨于平緩；蔗糖含量在3 種試材中升高-降低-最高-降低-升高，都在12 月24 日達(dá)到最高；淀粉含量在3 種試材中呈先急劇增加然后急劇驟降后上升平緩。說明碳水化合物隨著休眠期都會進(jìn)入緩慢積累迅速達(dá)到最高，然后再迅速降低，上述結(jié)論與李秀珍[5]和鄭鵬華等[10]研究結(jié)論相一致。

3.2 蛋白質(zhì)和脯氨酸含量變化與休眠的關(guān)系

隨著棗樹進(jìn)入休眠期，供試材料枝條中的可溶性蛋白和脯氨酸含量發(fā)生系列的變化，可溶性蛋白在初期迅速上升之后迅速下降趨于平緩之后緩慢上升，說明在休眠期間酶活性趨于平穩(wěn)。脯氨酸在初期上升之后下降趨于平緩，說明脯氨酸與休眠期有一定的關(guān)聯(lián)。上述結(jié)論與周延和王力榮等的結(jié)論相一致[7-8]。

3.3 結(jié)論

本試驗得到葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉和可溶性蛋白含量等指標(biāo)可以判斷部分棗樹的休眠期的終始。