不同石榴品种抗寒性综合评价

来源:用户上传      作者: 尹燕雷等

　　摘要：以4个石榴品种的一年生枝条为试材，对其枝条抗寒性相关参数进行测定，应用隶属函数法对所测指标进行综合评价。结果表明：‘皮亚曼’、‘牡丹’、‘泰山红’和‘泰山三白’4个石榴品种在早春萌芽前枝条的半致死温度分别为-5.68℃、-5.46℃、-5.11℃和-4.85℃；新疆‘皮亚曼’和‘牡丹’石榴低温半致死温度较‘泰山红’和‘泰山三白’低；随着处理温度的降低，4个石榴品种枝条中相对电导率、MDA和POD活性逐渐升高，SOD和CAT活性呈先升高后降低的变化趋势；经综合隶属函数分析得到4个石榴品种的抗寒性顺序为‘牡丹’>‘皮亚曼’>‘泰山三白’>‘泰山红’。 其中， ‘牡丹’和‘皮亚曼’石榴为中度抗寒品种，‘泰山三白’和‘泰山红’石榴为低度抗寒品种。
　　关键词：石榴；膜透性；保护酶；抗寒性
　　中图分类号：S665.403.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）02-0046-06
　　石榴（Punica granatum L.）适宜生长在温带及亚热带地区，性喜温畏寒，其适宜栽培区域受温度影响较大。在我国，石榴大田栽培的最北界是河北省保定市南部，石榴栽培区域很受限制。石榴冬季休眠期能耐-16℃以上的低温，在-17℃时会出现冻害，-20℃时大部分已冻死。因此，石榴的耐寒性是制约石榴生产发展的最关键因素之一，如何采取有效措施将冻害损失降至最低水平，是实际生产中迫切需要解决的问题。然而，目前对石榴抗寒性评价的研究甚少，仅靠大田冬季观察结果，难以得到准确的极限低温。因此，研究石榴抗寒性对石榴的生产具有现实的指导意义。
　　本试验测定了园地现有4个石榴品种的一年生枝条在不同低温条件下的抗寒性指标，并应用隶属函数法对所测指标进行综合评价分析，以确定4个石榴品种的抗寒性强弱及受冻害的程度，建立较全面的石榴抗寒性评价方法，为石榴生产中抗寒性品种选择及抗寒栽培管理提供理论依据。
　　1材料与方法
　　1.1试验材料
　　试验于2013年3月28日石榴萌芽前进行，采样时室外温度为3～6℃，材料取自山东省果树研究所试验基地。选取‘泰山红’、‘牡丹’、‘皮亚曼’和‘泰山三白’4个石榴品种的1年生健壮枝条，每个品种取30～40条迅速带回实验室 ，剪成8～10 cm的枝段分成5组，自来水洗净后吸干水分，蜡封两端放置在塑料袋中。将分组的枝条置于4℃冰箱预冷2天，后用控温冰箱（日本 SANYO公司）进行梯度冷处理，设置的温度梯度分别为0、-5、-10、-15℃ ，降温速度为 4℃/h，达到目的处理温度后维持12 h，后逐步升温，升温速度亦为 4℃/h，以4℃为对照。
　　1.2测定方法
　　将低温处理后的枝条分为两部分。一部分避开芽眼，剪成2～3 mm 的薄片，混合均匀，各称取1 g，放入具塞试管中，加入15 ml去离子水（含吐温-80），浸提1.5 h 后，测定溶液初电导率，试管盖塞后于100℃恒温水浴锅中煮 20 min，冷却至室温后，测定终电导率。 相对电导率的测定参考贺普超等[1]的方法；参考朱根海等[2]的方法拟合Logistic方程求出半致死温度。每处理重复3次。
　　超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT） 法[3]；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法；过氧化氢酶（CAT）活性采用过氧化氢法[4]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[5]；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法；可溶性糖含量采用蒽酮法。上述各项测定均参考邹琦[4]的方法。
　　将每个温度处理后的枝条取15～20条，在20℃下进行水培，观察枝条萌芽情况。
　　1.3石榴抗寒性评价
　　3结论与讨论
　　3.1膜脂相变及膜脂过氧化与石榴抗寒性的关系
　　植物的抗逆性与生物膜密切相关，Lyons 1973年提出了“膜伤害”假说，认为生物膜随温度的降低而发生相变，植物正常生理状态时，需要液晶态膜状态，当温度降到一定程度时，一些膜脂由液晶态变为凝胶态，膜结合酶活力降低且膜透性增大，这些变化引起胞内离子渗漏，失去平衡，进而使代谢失调[7]。随处理温度的降低电解质的外渗增加，导致测得的相对电导率变大。相对电导率在一定程度上反映了膜脂的损伤程度，相对电导率与抗寒性呈负相关。试验低于0℃处理时，‘泰山三白’和‘泰山红’石榴的相对电导率均较‘牡丹’和‘皮亚曼’石榴高，表明后者抗寒性优于前者。
　　MDA 是膜脂过氧化作用的主要产物之一， 其含量可表示细胞膜系统结构和功能受害的程度[8]。植物遭遇逆境胁迫时， 活性氧积累对植物产生伤害的一个重要机制是直接或间接启动膜脂的过氧化作用，引起膜脂过氧化产物MDA的增加， MDA含量的变化在一定程度上反映了膜脂过氧化的程度，试验中随着处理温度的降低MDA含量逐渐升高，表明石榴枝条体内发生的膜脂过氧化程度逐步加大。但供试的4个石榴品种在-5℃以上的处理温度时，其MDA含量由高到低分别为‘牡丹’、‘泰山三白’、‘皮亚曼’和‘泰山红’，此时，枝条尚未表现受冻害，表明MDA的含量在一定温度范围内存在临界值，在该临界值之前膜脂的过氧化属于正常代谢范围对植物无伤害；处理温度低于-5℃时，其MDA含量由高到低分别为‘牡丹’、‘泰山红’、‘皮亚曼’和‘泰山三白’，但在整个处理温度范围内以‘泰山红’的MDA含量变化最为显著，表明同等温度条件下‘泰山红’石榴膜脂过氧化反应较其他3个品种更快，对温度降低更加敏感。
　　3.2保护酶系统与石榴抗寒性的关系
　　通常植物体内存在着一套负责清除活性氧产生的保护酶系统，它能使植物体内活性氧的产生和清除处于动态平衡；在逆境条件下，该保护酶系统清除活性氧能力下降， 这种平衡被打破[9]。植物遭受外界不适宜的低温时，自由基大量生成，当积累到一定程度时发生膜脂相变，造成细胞损伤[10]。本研究中测得的SOD和CAT活性在-10℃以上的温度范围内随处理温度的下降而升高，该阶段由于低温胁迫处于初期诱导SOD、CAT活性增加，有助于清除细胞内产生的O2-·、·OH、和H2O2等，防止这些自由基在细胞内积累破坏植物的细胞膜系统。而试验中POD活性随处理温度的降低而逐渐增加，可能与POD本身具有双重作用有关：一方面POD 可在逆境或衰老初期表达，可清除H2O2，表现为保护效应，为细胞活性氧保护酶系统的成员之一；另一方面，POD也可在逆境或衰老后期表达，参与活性氧的生成、叶绿素的降解，并能引发膜脂过氧化作用，表现为伤害效应，是植物体衰老到一定阶段的产物，甚至可作为衰老指标，一般认为其主要作用在于后者[11]。供试石榴枝条中POD活性在-10℃均达最高值，随处理温度的降低，膜脂过氧化程度加重，使枝条功能减退进而表现为冻害，这与高小丽等[12]在研究绿豆衰老过程中POD活性变化相一致。但试验中4种酶活性最高值顺序均为‘牡丹’>‘泰山三白’>‘皮亚曼’>‘泰山红’，这与相对电导率测得的值不一致，表明该石榴对低温的抗性是多因素共同作用的结果。 　　3.3渗透调节物质与石榴抗寒性的关系
　　植物体自身对冷冻有一适应的过程，在温度逐渐下降的过程中，体内淀粉被水解为糖，使可溶性糖含量增多；同时细胞内积累小分子的蛋白质及可溶性蛋白，这类在植物处于逆境条件下合成增多的物质可称为植物体内的保护性物质，这类物质含量增多可提高细胞液浓度，降低冰点，可缓冲细胞质过度脱水，以保护细胞质胶体的稳定性[13]。试验中测得的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分别在处理至-5℃和-10℃时达到峰值，表明在-5℃和-10℃以上的温度处理时，石榴枝条自身有一冷适应的过程，通过合成可溶性糖及积累小分子的可溶性蛋白来抵御低温伤害。达峰值时，‘牡丹’石榴枝条中的可溶性糖和可溶性蛋白均较其他3个品种高，且达显著水平（P<0.05，图4）。表明在遭遇不适宜低温时，‘牡丹’石榴更善于自身合成渗调物质来抵御低温伤害。
　　3.4表型特征与石榴抗寒性的关系
　　植物的表型特征是植物为适宜生存长期进化的表现，对于本试验所采用的4个石榴品种而言，其表型特征有明显差异，这些差异在一定程度上与其抗性相关。从生物学特性上‘牡丹’石榴为观赏型树种，其雌花数量较少，多为雄花，以观花为主，试验中其抗寒性优于其他3个以结果为主的品种。‘皮亚曼’和‘泰山三白’石榴枝条相对节间较短，且枝条上均着生枝刺，但二者相比较‘皮亚曼’石榴长期生长在新疆和田一带，其枝条上枝刺较‘泰山三白’更多且节间更短，试验中其抗寒性优于‘泰山三白’；而‘泰山红’石榴表现为枝条柔软，枝刺较少，与‘皮亚曼’石榴相比表型差异大，试验中抗寒性最弱。结合园地栽培实际，由于试验园区位于山坡上每年有‘泰山红’石榴整株冻死，而‘皮亚曼’石榴未有死亡。试验表明，石榴抗寒性与表型的关系为：观赏型优于鲜食型；节间短且多枝刺型优于少枝刺型或无刺型。
　　综合以上几个方面，石榴的抗寒性不能通过任何单一指标来确定，隶属函数法作为一种模糊数学统计方法，可以将多个抗性指标的隶属度进行综合比较来评价物种及品种间的抗性，目前该方法已被应用于综合评价葡萄[14]、蓝莓[15]、樱桃[16]、核桃[17]、柿属[18]和扁桃[19]等树种种间的抗寒或抗旱性比较，且得到较为理想的结果。因此该方法可以综合多种因素来比较确定石榴品种间抗寒性差异。此外，试验设计降温处理的温度梯度为5℃，但实际数据表明早春石榴的半致死温度集中在-4～-6℃，该梯度设置影响了测定的精确度；同时萌芽率试验也显示供试的4个石榴品种在-10℃时均无腋芽萌发，表明若将温度梯度缩小将更有利于提高试验的精确度。为更好地研究石榴对低温的抗性规律，下一步我们将对石榴落叶后整个休眠过程中各项与抗寒性相关的生理指标进行测定，以期得到更加贴近自然状态的变化规律。
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