三种不同需冷量桃品种休眠诱导期生理变化

文滨滨,张新昊,陈修德,2,高东升,2,朱翠英*,肖伟,2*



三种不同需冷量桃品种休眠诱导期生理变化

文滨滨1,张新昊1,陈修德1,2,高东升1,2,朱翠英1*,肖伟1,2*

1. 山东农业大学园艺科学与工程学院, 山东 泰安 271018 2. 山东省果蔬优质高效生产协同创新中心, 山东 泰安 271018

以三个不同需冷量的桃品种‘常绿桃’（无）、‘春捷’（102~120 C.U.）、‘青州蜜桃’（1200 C.U.）嫁接在同一桃树砧木‘山桃’上为实验材料，研究不同需冷量桃叶片在自然休眠诱导期（8月20日-11月20日）的生理变化。结果表明：在自然休眠诱导期，桃叶片的抗氧化保护酶活性、光合速率、可溶性糖和淀粉含量发生显著变化。随着休眠诱导的发展，超氧化物歧化酶(SOD)活性一直升高，在休眠诱导期后期（10月10日）‘常绿桃’高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，过氧化物酶（POD）活性下降，不同需冷量桃无显著差异，过氧化氢酶（CAT）活性呈双峰变化且常绿桃峰值低于‘春捷’和‘青州蜜桃’；净光合速率呈下降趋势但常绿桃高于‘春捷’和‘青州蜜桃’且峰值分别是‘春捷’和‘青州蜜桃’的1.96和3.13倍；可溶性糖含量降低、淀粉含量增加但‘常绿桃’可溶性糖含量高于‘春捷’和‘青州蜜桃’、淀粉含量低于‘春捷’和‘青州蜜桃’。以上结果表明，‘常绿桃’在休眠诱导期保护酶活性、光合速率和可溶性糖含量均高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，淀粉含量低于‘春捷’和‘青州蜜桃’。

桃; 自然休眠诱导; 生理变化; 需冷量; 叶片

落叶果树休眠是多年生植物中非常重要的生命现象，是在自然进化过程中对环境条件和季节性变化作出的一种有益的生物学适应。自然休眠的发生与发展主要与温度、光照等自然条件密切相关，

Lang等根据植物的生长特性将休眠定义为植物体内包括任何分生组织的结构有可见生长的暂时停止[1]。根据休眠状态的不同可以将休眠分为相对休眠，内休眠和生态休眠。

在落叶果树休眠期间，碳水化合物作为一种重要的能量来源，能够增强植物的抗寒性、维持植物的正常生命活动[2,3]，其中可溶性糖含量的变化趋势与果树的休眠状态密切相关[4]。叶片是植物进行光合作用的主要部位，同时也是感应外界环境的重要器官。李冬梅等研究发现叶片淀粉含量的增加和可溶性糖含量的减少标志着果树进入休眠诱导期[5,6]。在自然休眠过程中，多个环境因子共同起作用，其中Gonzalez-Rossia的研究表明，低温在诱导桃树休眠的过程中，山梨醇和淀粉含量增加，而可溶性碳水化合物含量降低[7]。在一定温度范围内, 草莓叶片可溶性糖含量会随温度的降低与时间的延长呈显著增加趋势[8]。所以北方落叶果树休眠前的低温诱导非常重要，将直接影响叶片光合作用同化物的积累以及养分回流并且直接影响翌年花芽分化的质量以及果实的品质[9-11]。目前，休眠过程中糖代谢的研究主要在果树芽的自然休眠期[12]和生态休眠期[13]，在休眠诱导期不同需冷量桃叶片糖含量的变化鲜见报道。

北方落叶桃树需冷量大多在800~1000 C.U.，而本实验室于湖北发现了可以周年生长且新老叶持续更替的桃树新品种，暂时定名为‘常绿桃’。本研究通过在同一砧木上嫁接三种不同需冷量的桃，测定休眠诱导期不同需冷量桃叶片抗氧化保护酶活性、光合性能、可溶性糖含量、淀粉含量初步探究不同需冷量桃在休眠诱导期的生理变化，为研究不同需冷量桃的休眠差异奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

试验在山东农业大学科技创新园进行（36°18'N，117°13' E），8月平均自然温度为20.7~30.4℃，9月为17.3~25.8℃，10月为10.5~22.1℃，11月为2.9~13.6 ℃。选取一年生直径1cm的山桃实生苗，2016年3月初定植,35 cm截干，4月选留3个粗细一致的枝条，5月底分别在3个枝上嫁接‘常绿桃’[(L.)Evergrowing peach]、‘春捷’[(L.)Mill]和‘青州蜜桃’[( L.)Mill]三种需冷量不同的桃品种，6月20日剪砧，相互对照，统一正常管理。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 枝条生长状况和休眠状态的测定8月20日起，每隔10 d选取生长均匀一致且方位相同的的一年生枝条，测量从生长点到枝条基部的长度，3次生物学重复。取树冠外围（相同方位和高度）10根生长健壮的1年生枝条，然后去掉叶片，剪去顶端2~3 cm并涂上凡士林，将枝条基部黑暗处理并放在含有3~4 cm清水的玻璃瓶中培养[14]。休眠状态的测定参照Jian和王海波的研究方法[15,16]。

1.2.2 抗氧化保护酶活性的测定粗酶的提取参照王学奎的方法[17]。然后分别采用氮蓝四唑光化还原法测定SOD活性，愈创木酚法测定POD活性，双氧水法测定CAT活性。

1.2.3 光合速率的测定选取植株一年生枝倒数第5~8片完全展开、未受伤的功能叶片，采用CIRAS-2 型（PP-Systems）便携式光合仪测定叶片净光合速率，重复3次。

1.2.4 可溶性糖和淀粉含量的测定可溶性糖和淀粉含量的测定采用蒽酮显色法[18]。

1.2.5 数据处理应用Microsoft Excel 2003以及GraphPad进行图表绘制，试验数据均采用DPS7.05软件进行单因素方差法分析，LSD法进行差异显著性检验。

2 实验结果

2.1 新梢生长情况和休眠状态的测定

图 1 不同需冷量桃树休眠进程的界定

由图1A可知，‘常绿桃’在休眠诱导期一直保持生长趋势，但是从10月10日起生长缓慢。在9月10日，‘春捷’的一年生枝达到81.5 cm后不再增加。在8月20日，‘青州蜜桃’一年生枝平均长度达到57.6 cm后不再增加。图1B表明，清水插枝的‘常绿桃’一年生枝条在10 d内都可以萌发而‘春捷’第一个芽萌发时间为13 d，此时表明‘春捷’桃芽开始进入休眠诱导期，10月30日枝条萌发天数为40 d，说明‘春捷’桃芽进入了自然休眠期。在8月20日，青州蜜桃第一芽萌发需要的时间为14 d，表明‘青州蜜桃’桃芽进入休眠诱导期，11月10日之后萌发天数超过42 d，表明芽体已进入自然休眠期。说明在休眠诱导期，‘常绿桃’相比于‘春捷’和‘青州蜜桃’无停长现象并一直保持生长的趋势。

2.2 ‘常绿桃’和休眠桃叶片在休眠诱导期抗氧化酶活性的变化

由图2A可知，在休眠诱导后期，SOD活性发生显著变化，随休眠诱导的加深，不同需冷量桃叶片的SOD活性呈缓慢上升趋势。9月10日后，‘常绿桃’叶片的SOD活性迅速增加，10月30日左右出现峰值，为450.47 U·g-1(FW)，之后下降。‘春捷’和‘青州蜜桃’叶片的SOD活性变化趋势一致，在10月20日，‘春捷’叶片的SOD活性上升至峰值365.73 U·g-1（FW）后缓慢下降，变化趋势不明显。‘青州蜜桃’叶片的SOD活性在11月10日出现峰值，之后快速下降，其峰值为‘春捷’的1.06倍，差异不显著。‘常绿桃’叶片SOD活性的峰值是‘春捷’的1.23倍、‘青州蜜桃’的1.15倍，差异显著。

由图2B可知，进入休眠诱导期后，‘常绿桃’和‘春捷’叶片的POD活性呈降低的变化趋势，9月10日以后，‘常绿桃’叶片的POD活性高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，且在9月20日出现峰值5.73 U·g-1（FW）·min-1，之后下降。‘春捷’在8月30日上升至峰值5.34 U·g-1（FW）·min-1以后，迅速下降。‘青州蜜桃’在10月20日左右回升出现峰值4.82 U·g-1（FW）·min-1，之后迅速下降。在休眠诱导期内，‘常绿桃’峰值分别比‘春捷’和‘青州蜜桃’高19.1%和7.4%，差异显著，但在整个休眠诱导期期间‘常绿桃’叶片的POD活性差异不大，‘春捷’和‘青州蜜桃’却显著降低，说明POD主要在生长期向休眠期转换的过程中发挥作用。

在休眠诱导期，不同蓄冷量桃叶片CAT活性呈先增加后降低的变化趋势。在10月30日，‘常绿桃’叶片CAT活性上升至峰值95.43 U·g-1（FW）·min-1，其峰值为‘春捷’的86.5%、‘青州蜜桃’的82.5%，差异显著。在10月20日，‘青州蜜桃’叶片CAT活性迅速下降，显著低于‘春捷’70.32 U·g-1（FW）·min-1和‘常绿桃’80.32 U·g-1（FW）·min-1。

从抗氧化酶活性的变化可以看出，在休眠诱导期不同需冷量桃表现出显著的差异，‘常绿桃’的抗氧化保护酶活性高于‘春捷’和‘青州蜜桃’。

图 2 不同需冷量桃在休眠诱导期保护酶活性的变化

2.3 ‘常绿桃’和休眠桃在休眠诱导期叶片光合特性的差异

从图3A可以看出，进入休眠诱导期后，不同需冷量桃的净光合速率均呈下降趋势。在9月20日，‘常绿桃’的净光合速率上升至峰值，为18.1mmol·m-2·s-1，随后迅速下降，10月10日后，下降速率减缓。‘春捷’在8月30日净光合速率达到最大值，为18.2mmol·m-2·s-1，之后下降。而‘青州蜜桃’峰值最低，为16.7mmol·m-2·s-1。在11月20日，‘常绿桃’净光合速率仍然可以维持在10.09mmol·m-2·s-1，而‘春捷’和‘青州蜜桃’在休眠诱导期下降趋势明显，并最终维持在5.15mmol·m-2·s-1和3.24mmol·m-2·s-1。

气孔导度是植物叶片中气体和水分交换的影响因子，其值的大小对植物的蒸腾速率以及O2、CO2、水蒸汽的交换速率有直接的影响。在生长期向休眠期转换的过程中，不同需冷量桃的Gs均呈先增加后降低的变化趋势，‘常绿桃’的气孔导度于9 月10日左右达到最大值，为194.01 mmol·m-2·s-1。‘春捷’和‘青州蜜桃’气孔导度的最大值分别出现在8月30日之前和8月20日之前，进入休眠诱导期后显著下降。在11月20日，‘春捷’的气孔导度约为70.54 mmol·m-2·s-1，‘青州蜜桃’约为45.71 mmol·m-2·s-1，‘常绿桃’的气孔导度峰值分别是‘春捷’和‘青州蜜桃’的1.51和2.31倍。

胞间二氧化碳浓度是确定光合速率变化的主要原因，其大小主要取决于叶片周围空气的CO2浓度、气孔导度、叶肉导度以及叶肉细胞的光合活性。图3C显示，8月20日以后，不同需冷量桃叶片的胞间二氧化碳浓度均呈上升趋势，在10月10日~11月10日之间，‘常绿桃’叶片胞间二氧化碳浓度低于‘春捷’和‘青州蜜桃’，其它时期高于‘春捷’和‘青州蜜桃’。在10月30日，‘春捷’叶片的胞间二氧化碳浓度达到峰值，为349.11 μmol·mol-1。‘青州蜜桃’的胞间二氧化碳浓度在整个休眠诱导期都低于‘常绿桃’和‘春捷’。

从光合参数的变化情况可以看出，在整个休眠诱导期，不同需冷量桃的光合性能存在差异，‘常绿桃’的净光合速率高于‘春捷’和‘青州蜜桃’。

图 3 不同需冷量桃树在自然休眠诱导期光合参数的变化

2.4 ‘常绿桃’和休眠桃叶片在休眠诱导期可溶性糖和淀粉含量的变化

图 4 不同需冷量的桃树品种叶片在休眠诱导期可溶性糖和淀粉含量的变化

由图4A可以看出，在生长期向休眠期转换的过程中叶片可溶性糖含量降低，‘常绿桃’叶片的可溶性糖含量在8月30日达到峰值82.07 mg·g-1后呈缓慢下降趋势，在10月10日降幅最大，为14.71%；‘春捷’和‘青州蜜桃’叶片在休眠诱导期可溶性糖含量差异不显著，但是在8月30日达到峰值以后，迅速下降，‘春捷’最大降幅为25.9%，‘青州蜜桃’为35.9%，之后变化平缓。‘常绿桃’叶片可溶性糖含量在整个休眠诱导期都显著高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，最高时分别为‘春捷’和‘青州蜜桃’的1.69和1.76倍，其峰值无显著差异。

在休眠诱导期，‘常绿桃’和休眠桃叶片淀粉含量增加。由图4B可以看出，在8月20日，‘常绿桃’叶片的淀粉含量突然增加，上升幅度为29.31%，之后缓慢上升，但是变化不明显，持续一个月以后，含量又突然增加，由3.2 mg·g-1升至3.8 mg·g-1，上升幅度为18.75%，此后叶片淀粉含量又保持相对稳定但是低于‘春捷’和‘青州蜜桃’。在整个休眠诱导期‘春捷’叶片淀粉含量高于‘常绿桃’和‘青州蜜桃’。在8月20日，‘青州蜜桃’叶片淀粉含量突然增加以后，呈缓慢上升的变化趋势。

从不同需冷量桃叶片的碳水化合物含量变化可以看出，‘常绿桃’叶片的可溶性糖含量显著高于‘春捷’和‘青州蜜桃’但是淀粉含量却低于‘春捷’和‘青州蜜桃’，说明‘常绿桃’叶片碳水化合物具有较强的流动性。

3 讨论

3.1 ‘常绿桃’和休眠桃叶片在休眠诱导期抗氧化保护酶活性分析

落叶果树的休眠是植物在生长进化过程中一个重要的生物学特性，通过休眠使植物生长停止而度过不良的环境[19]，植物在休眠的过程中主要通过叶片来感知一系列的生长变化，而活性氧可攻击叶片中生命大分子物质和细胞壁，造成机体的损伤和病变，加速机体的衰老进程[20]。SOD可以清除新陈代谢过程中产生的超氧阴离子自由基O2-，POD和SOD主要将H2O2水解形成水和氧气避免产生对植物有害的OH-,并且可以有效地抑制膜脂过氧化[21]。本研究中，‘常绿桃’和休眠桃在休眠诱导前期无明显差异，但是随着休眠诱导的加深，‘常绿桃’叶片的酶活性高于‘春捷’和‘青州蜜桃’。其主要原因可能是落叶桃树受到外界不良环境后表现出休眠特性，而‘常绿桃’为了适应外界不良环境，通过抗氧化酶活性的增加来清除体内产生的活性氧等有害物质，使‘常绿桃’保持明显的生长势。

3.2 ‘常绿桃’和休眠桃叶叶片在休眠诱导期糖含量变化差异分析

糖不仅可以提供能源而且是一种信号物质，在信号转导过程中起到信号调节的作用。碳水化合物作为植物体内的贮藏物质具有一定的流动性[22]，并且在低温条件下，是一种非常重要的渗透调节物质，可以提高渗透作用，增强植株抵御外界不良环境的能力[23,24]。在休眠诱导期，温度开始降低，光合作用也相应减弱，植株出现限碳的情况，为了维持正常的生命活动和防止冷诱导损伤，植株会调节淀粉与可溶性糖之间的碳水化合物代谢平衡[25,26]。在这一时期，不同需冷量桃叶片的可溶性糖含量降低，其中‘常绿桃’叶片可溶性糖含量高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，但是淀粉含量无显著差异，这可能与‘常绿桃’在休眠诱导期仍保持较高的光合速率有关。进入休眠诱导期以后，‘春捷’和‘青州蜜桃’叶片可溶性糖含量突然降低，而‘常绿桃’叶片可溶性糖含量降幅较缓，这可能与不同需冷量桃适应不良环境能力的不同有关，当进入休眠诱导期以后，休眠桃的碳水化合物从叶片中快速转移，通过提高渗透势来抵御外界不良环境，而‘常绿桃’则一直保持生长优势，碳水化合物的转移没有明显的变化。

4 结论

不同需冷量桃在休眠诱导期表现出不同的生理变化，‘常绿桃’能够保持较高的抗氧化保护酶活性和光合效率，且可溶性糖含量高于‘春捷’和‘青州蜜桃’，淀粉含量低于‘春捷’和‘青州蜜桃’，在春捷’和‘青州蜜桃’停长时仍能保持良好的生长势。

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Physiological Changes of Peach Cultivars with Three Different Chilling Requirement during Dormancy Induction

WEN Bin-bin1, ZhANG Xin-hao1, CHEN Xiu-de1,2, GAO Dong-sheng1,2, ZHU Cui-ying1*, XIAO Wei1,2*

1.271018,2.271018,

Physiological changes of peach leaves in dormancy induction period (20thAugust-20thNovember) were studied with three different chilling requirement peach cultivars ‘evergreen peach’ (no), ‘Chunjie’ (102~120 C.U.), ‘Qingzhou’ Peach (1200 C.U.) was grafted on the same peach rootstock. The result indicated that the activities of antioxidant protective enzymes, photosynthetic rate, soluble sugar and starch content in peach leaves all significantly changed during the natural dormancy induction. Along with dormancy developing, the activity of superoxide dismutase (SOD) increased and in the late dormancy induction period (10thOctober), the evergreen peach was higher than that of ‘Chun Jie’ and ‘Qingzhou peach’, the activity of peroxidase (POD) decreased and there was no significant difference between peach cultivars with different chilling requirement, the activity of catalase (CAT) changed as double Peak and the peak value of ‘evergreen peach’ were lower than dormant peach; the net photosynthetic rate decreased but the value of everygreen peach was higher than ‘Chun Jie’ and ‘Qingzhou peach’ and the peak was 1.96 and 3.13 times of ‘chunjie’ and ‘qingzhou’ peach respectively. The content of soluble sugar decreased and the starch content increased but the content of soluble sugar of evergreen peach was higher than ‘Chun Jie’ and ‘Qingzhou peach’, starch content was lower than them. The above results showed that the protective enzymes activity, photosynthesis rate and soluble sugar content was higher than ‘Chun Jie’ and ‘Qingzhou peach’, the starch content was lower than ‘Chun Jie’ and ‘Qingzhou peach’.

Peach; dormancy induction; Physiological changes; chilling requirement; peach leaf

S662.1

A

1000-2324(2019)01-0001-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.001

2018-07-15

2018-08-12

山东省现代农业产业技术体系果品创新团队项目(SDAIT-06-01)

文滨滨(1993-),男,硕士,研究方向:设施果树休眠生理与分子. E-mail:wbbsdau@163.com

Author for correspondence. E-mail:chunying196217@163.com; gulight986918@163.com