我国巴旦木抗寒性研究进展

毛金梅，蒋江照，韩宏伟,刘凤兰，王建友

(新疆林业科学院经济林研究所，新疆 乌鲁木齐 830002)



我国巴旦木抗寒性研究进展

毛金梅，蒋江照，韩宏伟,刘凤兰，王建友

(新疆林业科学院经济林研究所，新疆 乌鲁木齐 830002)

低温冻害是生产上制约巴旦木产量和品质的主要因素，研究巴旦木的抗寒特性及对低温的应答机制对于巴旦木引种栽培及其冻害防御技术的制定有重要意义。文章介绍了巴旦木不同品种的抗寒特性，并从组织器官、生理生化及分子水平等方面总结了巴旦木抗寒性的研究进展，指出了目前巴旦木抗寒性研究的局限，对未来的研究重点进行了展望。

低温；巴旦木；抗寒性

巴旦木(AmygdaluscommunisLinn.)，学名扁桃，属蔷薇科(Roseceae)李亚科(Prunoideae)桃属(Amygdalus)落叶乔木或灌木，是著名的木本油料干果树种[l]。在我国，主要分布在新疆的莎车、英吉沙、疏附、叶城等县，甘肃、陕西、山西和河南等省有少量引种栽培。全世界约有40多种，我国主要有6种[2]。目前，栽培面积仅新疆就已超过6.7万hm2，坚果年产量达到5万t以上。但近年来频繁发生的低温冻害成为制约巴旦木生长、发育和产量的一个主要限制因子。冬季及早春的寒害和生理干旱容易导致树体受冻开裂，花芽僵化、脱落，造成大幅度减产，甚至绝收，严重影响了巴旦木种植和经济效益。

1　组织器官水平上的抗寒性研究

1.1巴旦木花、幼果的抗寒性

植物的外部器官茎、叶、花及果实等最先感知环境变化，且不同器官在不同发育时期对低温的敏感性不同。Paydas等[3]研究表明，巴旦木花蕾期可忍耐-6.6～-3.8 ℃低温，盛花期可忍耐-2.2～-1.1 ℃(0.5 h)低温，而幼果在-0.55 ℃时就会冻死。郝庆等[4]得出巴旦木在冬季休眠期能耐-20～-27 ℃低温，花期和幼果期分别能耐4 ℃和0.5 ℃的短时低温，当温度降到0.2～1.4 ℃时花和花芽停止发育。全开花的花被耐寒性远低于未开花的花被[5]。花芽轻微冻伤时基部变褐色，花蕊颜色正常均为浅黄色；中等冻害时基部褐色、花蕊变黄褐色，表面水渍状；严重冻害时整体为黑褐色，容易从枝条上脱落[6]。此外，不同品种的巴旦木花期不同，其对温度的敏感性也不同。王建友[7]通过对低温处理下南疆6个不同花期的巴旦木品种花芽的形态发育阶段进行观测，发现：晚花品种抗寒性大于早花品种，表明了遗传因素对花芽抗寒性的作用。在发育成花过程中，不同部位的抗寒性大小为：花瓣>雄蕊>雌蕊[8]。钟海霞等[9]对越冬前巴旦木的花芽解剖结构进行分析，结果表明：野扁桃与3个栽培扁桃的花原基解剖结构明显不同：抗寒性强的野扁桃其花原基细胞纵径、横径均小，细胞排列紧密，细胞间隙小；而抗寒性弱的栽培扁桃其花原基细胞纵径、横径均大，细胞排列疏松，细胞间隙大，此外，抗寒性弱的扁桃品种花药和胚珠原基的细胞较大。

1.2巴旦木枝条的抗寒性

巴旦木枝条不同组织抗寒性顺序为韧皮部>形成层>髓[10]。王有科等[11]发现巴旦木1年生枝条受冻害的原因为：一方面，表皮薄，皮层薄壁细胞排列疏松；另一方面，韧皮薄壁细胞不发达，有机物运输慢、积累量低、代谢不旺盛。吕仕洪等[12]研究发现，未成熟的枝条和嫩梢受冻害后很快萎蔫，而老熟的枝条则由绿色逐渐变成浅黄褐色至紫色或黑色，受害愈重颜色愈深。宋洪伟等[13]研究表明，枝条轻微冻伤时只表现为髓部变色，中等冻害时木质部变色，严重冻害时才冻伤韧皮部。叶片由绿色变为黄褐色和变干枯则为受冻。吉春荣[6]、马鸿儒[14]等人对低温下莎车县3个巴旦木品种的枝条、花芽及叶芽形态观测分析，总结出巴旦木枝条、花芽和叶芽冻害分级标准，并且马鸿儒还得出老龄和中龄下这3个品种枝条和花芽在不同温度、低温持续时间下的冻害等级。王建友，韩宏伟等[15]在2010年研究提出并由新疆维吾尔自治区质量技术监督局发布的《巴旦木低温冻害预防技术规程》地方标准，分析了巴旦木冻害症状，明确了巴旦木树体低温冻害等级划分标准(表1)。

表1　巴旦木树体低温冻害等级划分

注：引自王建友[15]。

2　生理生化水平上巴旦木的抗寒性

植物受到低温胁迫时，体内会产生一系列生理生化响应(如细胞质流动性下降，细胞质膜的渗透性上升、结构和组分的变化，酶活性的改变、呼吸作用、光合作用降低等)，以最大限度去适应低温环境[16]。巴旦木抗寒相关生理指标主要有相对电导率、脯氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和可溶性糖等，但抗寒性的产生过程是由多个抗寒性指标共同作用所完成。

2.1巴旦木质膜透性与抗寒性

低温胁迫导致细胞膜受到破坏，膜透性增加，电解质渗出增多，从而引起电导率发生变化，电导率是反映植物抗寒性最常用指标。一般来讲，不抗寒的植物受冻害越严重，电解质渗出量越大，因而电导率也大，反之，抗寒性强的品种电导率则小。王森等人[5]研究表明，不同巴旦木品种的花被相对电导率有显著差异，从小到大依次为Nonpareil、Garden price、All-in-one genetic semi-dwarlf、Prince、纸皮、Black butte、Neplus、鹰嘴、Mission，并得出不同开放程度花被相对电导率从小到大依次为未开、半开、全开。吉春荣等[6]研究表明：随处理温度降低，巴旦木枝条相对电导率逐渐增加、细胞膜受损程度在加重；3个品种枝条半致死温度(LT50)分别为-24.9、-29.3和-27.7 ℃，由此得出英吉沙2号的抗寒性较强。LT50用来衡量最低耐受温度，它由低温下电解质渗出率结合Logistic方程得出，利用拐点温度表示，LT50越高，抗寒性越弱。魏钰等[17]研究得出我国6个巴旦木种：蒙古扁桃、长柄扁桃、矮扁桃、榆叶梅、美新、西康扁桃的LT50分别为-35.17、-31.40、-26.37、-23.55 、-20.12和-19.24 ℃，表明了巴旦木种间抗寒性具有差异。谢军等[18]以巴旦木1年生休眠枝条(5个国外品种，1个新疆地方品种)为试材，采取人工模拟的方法测定了休眠枝条对不同梯度低温的响应，结果显示不同品种的LT50集中在-16～-19 ℃，表明新疆本地的巴旦木品种抗寒性最强。

2.2巴旦木MDA含量与抗寒性

低温胁迫对植物细胞膜系统造成伤害，细胞膜发生一定程度的过氧化，丙二醛(MDA)为膜脂过氧化产物[19]，细胞内大量MDA的积累会进一步导致膜蛋白的交联变性，加剧细胞膜的破坏，透性增大，电解质大量外渗[20]。因此，MDA可以作为膜受伤害的标志。蒋宝等[21]以长柄巴旦木为材料，通过实验证明，除相对电导率外，MDA含量在一定程度上也可以作为巴旦木抗寒性评价指标。潘晓云等[10]研究表明：低温下巴旦木叶片MDA含量的增加与组织受伤害程度(膜透性增加及叶绿素降解)及抗氧化系统(CAT和类胡萝卜素)水平下降之间具有极显著的相关性，并且7个扁桃品种的田间越冬伤害指数及冬季所测枝条的LT50值与低温处理下叶片MDA含量呈显著的相关性，表明MDA可以作为鉴定巴旦木品种抗寒性的指标。杨晓静等[22]研究得出：在自然降温过程中新疆巴旦木一年生休眠枝电解质渗出率、丙二醛含量、脯氨酸含量、过氧化氢酶的活性在自然降温过程中均表现为随温度下降而增加随温度回升而减小的变化趋势。

2.3巴旦木渗透调节物质与抗寒性

植物的渗透调节物质如可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸等物质与抗逆性有密切关系。研究发现，可溶性糖含量与植物的抗寒性有关，低温胁迫时，抗寒性强的树种，细胞中可溶性糖浓度高[23，24]。低温胁迫导致可溶性糖含量增加，在一定程度上提高细胞的渗透压，降低细胞水势，增强细胞保水能力[25]，因此，可溶性糖含量可以作为巴旦木抗寒性鉴定指标。李斌[26]、王琳[27]等人对不同温度梯度下几个巴旦木品种的花芽可溶性糖含量分析发现，抗寒性强的野生巴旦木可溶性糖含量最高；龚鹏等[28]的研究也表明，低温胁迫下不同巴旦木品种枝条的可溶性糖含量与品种的抗寒性有一定的相关性。

从多数植物中发现，植物在低温胁迫下可溶性蛋白含量增加，可溶性蛋白的亲水性强，能增加细胞中束缚水的含量，可减小原生质结冰导致的伤害。在自然越冬过程中，巴旦木枝条中可溶性蛋白含量随气温的降低而升高，之后随着气温的回升又降低。人工低温处理下巴旦木枝条中可溶性蛋白随温度降低而升高，达到一定低温时，可溶性蛋白又下降[26,27,29]。

游离脯氨酸与植物抗寒性的关系，目前存在两种观点，一种认为游离脯氨酸作为渗透调节物质增强植物的抗寒性，低温胁迫加剧了植物体内脯氨酸的积累；另一种观点认为，脯氨酸与抗寒性无关，低温下脯氨酸的积累可能是蛋白合成受阻或者蛋白降解的结果[30]。有研究认为低温胁迫下巴旦木枝条中游离脯氨酸含量呈上升趋势，且抗寒性强的品种变化幅度大，增加的倍数高[21,29,31]。但是也有研究印证了第二个观点，李斌等[26]发现抗寒性强的野巴旦木和其他巴旦木种在不同的温度胁迫下脯氨酸含量差异不大。因此，脯氨酸能否作为巴旦木抗寒性评价指标，及其抗寒性机理还有待进一步研究。

2.4巴旦木抗氧化酶系统与抗寒性

低温胁迫可产生过量活性氧，诱发植物细胞膜系统膜脂过氧化作用，破坏膜结构，使胞内物质外渗，从而导致了植物的冻害，而活性氧清除系统[主要指超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、和过氧化氢酶(CAT)]在一定程度上缓解了植物的受害程度。因此，低温胁迫下抗氧化酶的水平，直接反映了植物抵御低温伤害的能力[32]。低温胁迫下不同巴旦木品种的SOD活性随着温度的下降呈现先升后降的趋势，其中抗寒性强的品种SOD活性较强[27]。利用3 ℃低温处理的初期，巴旦木叶片无明显伤害症状，但CAT活性显著增加；在-2 ℃和-10 ℃下，随处理时间的延长，叶片CAT活性和含量都显著下降[10]。徐叶挺等[33]以野生巴旦杏1年生枝条为材料，得出野生巴旦杏半致死温度为-28.9 ℃，同时SOD活性、POD活性、CAT活性在-30 ℃时达到顶峰，SOD活性与POD活性随温度的降低呈先升高后降低的趋势，CAT活性曲线随温度的降低呈“M”形。杨晓静[22]研究表明在自然降温过程中，新疆巴旦木1年生枝条过氧化氢酶的活性呈随温度下降而增加，随温度回升而减小的变化趋势，而过氧化物酶活性却与采样时期的气温变化趋势相吻合，超氧化物歧化酶活性则呈现出“M”型变化。

3　分子水平上巴旦木抗寒性

植物在低温锻炼下，逐渐形成一套感受、传导低温信号的系统，使植物自身能够及时适应低温胁迫的改变。在这个低温锻炼过程中，一系列低温诱导基因被诱导表达，提高了植物的抗寒冻能力。CBF类转录因子是感受上游传递的信号、并将信号向下游传递的调控因子,在增强植物适应低温及抵御低温的能力中具有非常重要的作用[34]。李宁[35]通过克隆了新疆野扁桃抗寒相关基因—AlsCBF基因，发现该基因的相对表达量在4 ℃处理24h时达到峰值，基因的表达随胁迫时间的延长呈现先升后降再升的趋势；将AlsCBF基因转入烟草后，发现转基因植株的抗寒能力较对照植株有明显的提高。由此认为植物抗寒力的提高是低温诱导所引起的转录调控因子CBF表达水平以及各种生理生化代谢适应性变化的综合结果。

4　巴旦木品种的抗寒性研究

植物对低温胁迫的敏感程度与它的起源地密切相关[36]。研究发现，我国6个巴旦木种的抗寒性顺序依次为蒙古巴旦木>长柄巴旦木>矮巴旦木>榆叶梅>普通巴旦木>西康巴旦木，对不同抗寒指标的测定表明，不同种的巴旦木LT50在-19.2～-35.17 ℃[17]。同时，同一植物种的不同品种对低温的反应不同，低温临界值也有差异[10]。野生种的抗寒性强于栽培品种。研究者对新疆15个巴旦木品种花芽进行抗寒性综合评价，得出：抗寒性表现从强到弱依次为：野扁桃、Nonpareil、Mission、叶尔羌、麻壳、露仁、矮丰、Thompson、Butte、纸皮、Sonora、鹰嘴、双软、晚丰、双果[26]。王有科[11]等研究表明：美国引进品种Fritz、Nonpareil及当地山桃1年生休眠枝LT50分别为-24.88 ℃、-20.56 ℃和-17.15 ℃，冻害指数分别为10%、45%和87%，抗冻害评级依次为高抗、中抗、易抽。潘晓云等[10]对从美国引入的7个巴旦木品种的抗寒性进行评价，得出Padre>Butte>Price>Monterey>Nonpareil>Ne Plus>Sonora。龚鹏等[28]指出引进品种间抗寒性有差异，表现为：Sonora>Mission>Tompson>Butte> Nepulusultera> Nonpareil。本地栽培种花期不同的巴旦木品种抗寒性也不同。杨晓静等[22]采用主成分分析法综合评价不同采样期4种新疆巴旦木的自然杂交后代F1群体抗寒性，评价结果均为S-2>S-1>S-9>S-13。王琳等[27]研究得出南疆莎车县5个主栽巴旦木品种的抗寒性从强到弱依次为阿曼尼莎11号>叶尔羌14号>晚丰18号>选育品种5号>纸皮1号。

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1005-5215(2016)09-0057-04

2016-06-30

2015年中央财政林业科技推广示范资金项目；2016年自治区林业发展补助资金项目；自治区公益性科研院所基本科研业务经费项目

毛金梅(1980-)，女，江苏涟水人，博士，助理研究员，主要从事新疆果树栽培生理、配方施肥等方面的研究工作，Email：mjm80215@163.com

王建友(1964-)，男，研究员，主要从事新疆巴旦木、枸杞良种选育、丰产栽培、测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