不同低温处理时间对扁桃枝条抗寒性的影响

赵红军 欧欢 林敏娟 王建宇

摘    要：为研究扁桃枝条在持续低温下生理特性的变化，以本地12 a扁桃一年生枝条为试材，通过测定不同低温 （-10，-15，-20，-25 ℃）和不同处理时间（CK，3，6，12，18，24 h）下的枝條电导率、保护酶、渗透调节等生理指标的变化情况，分析低温和处理时间对扁桃枝条电导率、保护酶、渗透调节等生理指标的影响，并拟合应用Logistic方程计算枝条的半致死处理时间。结果表明，扁桃枝条电导率随处理温度的降低和处理时间的延长呈现逐渐上升的趋势;保护酶（POD、CAT）、可溶性蛋白质、可溶性糖在低温和不同处理时间均呈先上升后下降的趋势;脯氨酸呈下降-上升-下降的趋势，而淀粉在处理下呈下降的趋势。根据电导率在处理下呈上升趋势，利用Logistic方程拟合不同温度下枝条半致死时间，在-10 ℃下对枝条不造成伤害，枝条在-15 ℃可持续15.61 h，在-20 ℃可持续10.03 h，-25 ℃可持续3.55 h。

关键词：扁桃枝条;生理指标;低温胁迫;抗寒性

中图分类号：S425          文献标识码：A          DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.09.001

Abstract： In order to study the changes of physiological characteristics of almond branches at continuous low temperature， in this experiment， the annual branches of local 12 a almond were used as test materials. The changes of branch conductivity， protective enzyme and osmotic regulation at different low temperature intensities（-10，-15，-20，-25 ℃） and different treatment time （CK，3，6，12，18，24 h） were measured. The effects of low temperature and treatment time on the electrical conductivity， protective enzyme and osmotic regulation of almond branches were analyzed， and the half lethal treatment time of almond branches was calculated by Logistic equation. The results showed that the conductivity of almond branches increased gradually with the decrease of treatment temperature and the prolongation of treatment time. Protective enzyme （POD， CAT）， soluble protein and soluble sugar increased at low temperature and different treatment time and then decreased， the proline showed a downward-upward-downward trend， but the starch showed a downward trend under treatment. According to the upward trend of electrical conductivity under treatment， Logistic equation was used to fit the half lethal time of branches at different temperatures， and there was no damage to branches at -10 ℃. The branches could last 15.61 h at -15 ℃ and 10.03 h at -20 ℃， then at the -25 ℃ could last for 3.55 h.

Key words： almond branches; physiological indexes; low temperature stress; winter resistance

扁桃（Amygdalus communis L .）系蔷薇科（Rosaceae）

桃属（Amygdalus L.）落叶乔木，喜光热，适应性强，比较耐贫瘠、耐旱、耐盐碱[1]，因此适宜在新疆进行种植。目前，新疆扁桃栽培面积约为10 000 hm2[2]，但扁桃抗寒性较差，可忍耐温度为 -18～-22 ℃，因受低温影响，扁桃栽培受到限制，其产量、品质受影响[3]。目前，国内外对扁桃抗寒性研究主要集中在不同品种低温胁迫下抗寒性研究，谢军等[4]采取人工模拟外界环境的方法，以6种扁桃1a生休眠枝条为试材进行研究，发现新疆本地品种的扁桃枝条抗寒力大于美国品种。魏钰等[5]通过对我国6类扁桃抗寒性研究，发现不同扁桃种的半致死温度在 -19.24～-35.17 ℃之间。而有关扁桃在低温胁迫下持续低温抗寒性的研究较少，因此，本试验以本地扁桃品种为试材，研究在持续低温处理下扁桃枝条生理生化指标的变化，对其抗寒性进行初步分析，为扁桃抗寒性研究供理依据，为扁桃越冬保护栽培提供参考。

2.3.2 过氧化氢酶（CAT） 研究表明，CAT活性在不同低温处理呈“上升-下降”趋势，酶活性在0.06～0.93 U·g-1·min-1之间，-15 ℃下的CAT活性在持续处理6，12，18，24 h后都显著高于-10，-20和-25 ℃持续处理下CAT活性，而-25 ℃在每个时间处理下活性最低（P<0.05）。在不同处理时间下，-10 ℃、-20 ℃在持续时间下CAT活性呈先上升后下降的趋势，-15 ℃处理在18 h时活性最高为0.93 U·g-1·min-1，较CK增加了70.16%，并与其它时间处理存在显著性差异（P<0.05）;-20 ℃在处理12 h下酶活性最高0.64 U·g-1·min-1，较CK增加57.21%，并显著高于其他时间处理，在3，6和18 h处理下CAT酶活性显著高于CK和24 h处理（P<0.05）;-10 ℃、-25 ℃在不同时间处理下呈“下降-上升”趋势，在3 h处理下酶活性降低，并显著高于CK，随后缓慢上升在12 h下酶活性最高，活性分别为0.5，0.45 U·g-1·min-1，分别较3 h增加58.48%和85%，与其他处理时间下的活性存在显著差异，随后CAT活性缓慢降低，处理18 h显著高于处理24 h（P<0.05）（图4）。

2.4 不同处理时间扁桃枝条渗透调节物质的变化

2.4.1 可溶性蛋白质 研究表明，可溶性蛋白质含量在不同低温处理下呈“上升-下降”趋势，-20 ℃与-25 ℃在3，18和24 h处理下可溶性蛋白含量无差异，在6，12 h处理下差异显著;-20 ℃和-25 ℃显著高于-10 ℃和-15 ℃，但-15 ℃与-20 ℃在12 h处理下无差异，-10 ℃与-15 ℃在12 h差异显著（P<0.05）。在不同处理时间下扁桃枝条的可溶性蛋白质含量总体呈先上升后下降的趋势，-10 ℃和-15 ℃在12 h处理下显著高于其他持续低温处理时间及CK的可溶性蛋白质含量，分别为6 886.65，8 023.82，

8 233.61 μg·g-1，分别较CK增加了5.33%，18.74%和20.81%，而-20 ℃在12 h處理下显著高于CK和处理24 h，-25 ℃在持续18 h处理下含量最高，为8 038.18 μg·g-1，较CK增加了18.89%，且与CK处理差异显著（P<0.05）;-10 ℃和-15 ℃低温在3 h处理下可溶性蛋白质含量明显下降，均显著低于CK，分别下降了32.81%和18.43%，-10 ℃和-15 ℃在3～12 h可溶性蛋白质含量变化趋势较明显，较处理3 h时增加了36.39%和37.19%，且存在差异显著（P<0.05）（图5）。

2.4.2 可溶性糖 研究表明，可溶性糖含量在不同低温处理下呈“下降-上升”的趋势，-10 ℃与-25 ℃可溶性糖含量较高，其平均含量分别为8.14%，7.7%，-10 ℃与-25 ℃处理下差异不显著，而与-15 ℃和-20 ℃在持续低温处理下均存在显著性差异（P<0.05）。在不同处理时间下，在-10，-20与-25 ℃处理下扁桃枝条可溶性糖含量呈先上升后下降的趋势，均在12 h处理时可溶性糖含量最高，其含量分别为8.82%，7.51%和8.97%，分较CK增加了2.47，1.16，2.62个百分点，-10 ℃、-20 ℃与-25 ℃在12 h处理下显著高于CK，-10 ℃下6 h、18 h处理下显著高于3 h和24 h处理，3 h处理显著高于CK，-20℃下CK、3 h和6 h处理下显著高于18 h和24 h处理，处理18 h显著高于24 h，-25 ℃下CK、3 h、6 h、18 h和24 h处理下差异不显著（P>0.05）。在-15℃处理下可溶性糖含量随处理时间的延长呈“下降-上升-下降”趋势，在3 h处理降低，较CK降低0.66个百分点，与CK处理存在显著差异，随后缓慢增高当处理12 h含量最高为7.02%，较3 h增加了10.09个百分点，并与3 h存在显著差异，之后随处理时间延长呈下降趋势，其中CK、12 h和18 h处理显著高于处理24 h（P<0.05）（图6）。

2.4.3 脯氨酸 研究表明，在-25 ℃处理下脯氨酸含量均高与其它低温处理，平均含量为0.16%，与-10，-15和-20 ℃在持续低温处理下存在显著性差异;-20 ℃与-10 ℃和-15 ℃在持续低温处理3，6，18 h存在显著性差异，-10 ℃在持续低温处理6，12，18和24 h显著高于-15 ℃（P<0.05）。不同低温在不同处理时间下扁桃枝条脯氨酸含量变化不同，-10 ℃和20 ℃呈先下降后上升趋势，在持续处理12 h时脯氨酸的含量最低，其脯氨酸含量分别为0.07%，0.056%，较CK分别下降了0.15和0.16个百分点，且均与CK处理存在差异显著，-10 ℃下6，18，24 h处理高于3，12 h处理，-15 ℃下3，24 h处理显著高于6 ，12，18 h（P<0.05）;-20 ℃和-25 ℃在随温度降低呈“下降-上升-下降”趋势，在持续处理12 h脯氨酸的含量最低，含量分别为0.062%和0.101%，较CK分别下降了0.158和0.119个百分点，与CK处理存在显著差异，其中-20 ℃低温在3，24 h处理下显著高于6，12，18 h，-25 ℃低温在3 h处理下显著高于6，12，18，24，6，18 h处理显著高于12，24 h（P<0.05）（图7）。

2.5 不同处理时间扁桃枝条淀粉含量的变化

研究表明，在不同低温处理下，-20 ℃下淀粉含量相对较高，淀粉含量为1.58%，在-20 ℃与-10 ℃和-25 ℃低温处理时间下淀粉含量存在显著差异，-20 ℃与-15 ℃在低温处理3，6，12 h下淀粉含量无差异，而在18，24 h处理下差异显著（P<0.05）。不同低温在不同处理时间变化不同，在-10 ℃和-15 ℃持续低温处理下扁桃淀粉含量的变化呈下降趋势，在24 h处理下淀粉含量最低，其含量分别为1.22%和1.06%，较CK处理下下降了1.14和1.3个百分点，且与CK、3 h处理下差异显著（P<0.05）;-20 ℃和-25 ℃持续低温处理下扁桃淀粉含量的变化呈先上升后下降趋势，-20 ℃在12 h处理下淀粉含量最低，含量为1.09%，较CK降低了1.25个百分点，且与CK处理下差异显著，并在12 h处理下与其他持续低温处理差异显著，处理18 h后淀粉含量升高，较12 h处理下增高了36.34%，并与12 h处理下存在显著差异，-20 ℃处理3 h显著高于6，18，24 h（P<0.05）;-25 ℃在6 h处理下淀粉含量显著低于其他时间处理，较CK降低了0.62个百分点，在12 h处理下缓慢增高，到处理24 h时淀粉含量较6 h时增加了0.23个百分点（P<0.05）（图8）。

2.6 不同温度处理下扁桃枝条耐受时间

扁桃在低温处理下电导率呈上升趋势，因此可根据Logistic方程，拟合出不同低温处理下的扁桃枝条可耐持续时间的回归方程，如表1所示，其方程拟合程度较好，拟合度在0.91～0.99之间，并发现在扁桃枝条在-10 ℃处理下可长时间维持，-10 ℃处理下对枝条影响不大;在-15 ℃处理下可持续忍耐15.61 h，在-20 ℃处理下扁桃枝条可持续忍耐10.03 h，而在-25 ℃处理下仅能持续忍耐3.61 h，超过持续忍耐时间扁桃枝条结构将受到破坏，抗寒力降低，影响翌年扁桃枝条的生长。

2.7 生理指标与抗寒性的关系

通过不同时间低温处理发现电导率与处理时间呈正相关，持续低温时间越长，电导率越大，对扁桃枝条的伤害越大。如表2所示，在不同时间低温处理下电导率与脯氨酸呈极显著正相关，与MDA、可溶性糖呈显著正相关，而与POD呈显著负相关，说明扁桃枝条在低温不同时间处理下电导率增大脯氨酸含量、MDA含量和可溶性糖含量增加，POD酶活性降低;MDA与淀粉呈显著正相关，说明低温处理下MDA含量的变化与淀粉的变化有关;POD与可溶性糖和脯氨酸含量呈显著性负相关，说明低温处理下枝条内POD酶活性降低与可溶性糖和脯氨酸增加有关;CAT活性与可溶性蛋白质含量呈极显著正相关，说明在处理时间下CAT活性变大与可溶性蛋白增加有关。

3 结论与讨论

低温胁迫是北方果树常见的一种自然灾害，在长时间低温胁迫下，植物细胞膜会发生机械损伤，导致枝条抽干或死亡。电导率是研究植物在胁迫下细胞电解质外渗的重要指标，它能直观反映植物在低温胁迫下的受害程度[7]。本试验研究表明扁桃枝条随着持续温度降低和处理时间的延长，电导率均呈上升趋势，说明扁桃枝条在低温处理下时间越长，温度越低，电解质外渗越大，对枝条的伤害越大。

同时在低温胁迫下，植物会产生过氧化物等有害物质如：丙二醛（MDA）[8]。但是在低温胁迫下植物同样会产生一些自我保护的物质如：过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等保护酶，它能将有害过氧化物分解掉，从而减轻对植物细胞的伤害[9]。本试验研究发现，扁桃枝条MDA含量在不同低温处理下随着处理时间的延长呈先上升后下降的趋势，其中MDA在-10 ℃下变化最大，在-25 ℃处理下变化最小。前者说明在低温胁迫下枝条在-10 ℃下发生应激反应，当处理6 h后枝条细胞产生保护酶物质来消除MDA对扁桃的伤害，因此在6 h其含量呈下降趋势;而后者枝条在3 h处理时MDA呈缓慢上升趋势，之后均呈缓慢下降趋势，说明扁桃受低温的影响，枝条细胞被破坏，枝条产生物质的能力降低，因此呈缓慢增长的趋势[10]。而保护酶POD、CAT活性根据MDA含量的变化，在持续低温处理时间下也呈先上升后下降的趋势，并在处理12 h下酶活性最高，前者说明扁桃枝条在前期处理时间较短，保护酶主要清除细胞内的有害过氧化物，后者由于扁桃细胞达到耐受时间，细胞不能完成修复，导致细胞死亡，指导保护酶形成的蛋白质降低[11]，因此扁桃酶活性降低。

可溶性蛋白质、可溶性糖及脯氨酸是植物低温胁迫下重要的渗透调剂物质，它能在低温胁迫下提高植物的适应性，以提高植物的抗寒性。大量学者研究发现，植物在低温胁迫下，细胞含水量降低，植物细胞不能正常维持，为适应生存环境，植物会自身产生渗透调节物质，以提高细胞内电解平衡，降低细胞的渗透势[12]。在低温胁迫下淀粉发生水解，主要参与可溶性糖形成[13]。本试驗研究发现在持续低温胁迫下，可溶性蛋白质、可溶性糖均呈先上升后下降的趋势，且均在处理12 h时含量最高。说明受低温胁迫产生应激反应，可溶性蛋白质及可溶性糖参与抵御低温胁迫的反应，且可溶性蛋白质指导保护酶的形成，因此可溶性蛋白质和可溶性糖含量增高。而脯氨酸含量呈“下降-上升-下降”的趋势，说明脯氨酸在前期参与指导蛋白质的合成因此下降，在处理12 h后呈上趋势主要为抵御低温伤害，后期因受持续低温影响，扁桃枝条细胞结构被破坏，因此呈下降趋势。淀粉含量在持续低温处理（除-25 ℃）呈下降的趋势，主要是由于提供充足可溶性糖，增强扁桃适应性;而在-25 ℃处理12 h下淀粉含量升高，说明扁桃枝条细胞破坏严重，可溶性糖不参与细胞渗透物的供应，淀粉不发生水解，因此淀粉含量增高。

本试验结合低温胁迫下电导率的增长形式拟合出不同低温处理下不同持续时间的Logistic方程，并估算出不同温度处理下的半致死时间，就结果发现在冬季温度在-10 ℃下扁桃枝条能正常越冬，在-15 ℃下能持续15.61 h，持续15.9 h后扁桃枝条将发生冻害，在-20 ℃下能持续10.03 h，在-25 ℃能持续3.55 h。

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