荒漠肉苁蓉抗寒性试验研究

赵连鑫 何彩 郭艳兰 晋敏 张勤德 王鑫 刘伟 张涛

(武威市林业科学研究院，甘肃 武威 733000)

荒漠肉苁蓉(Cistanche deserticola Y.C.Ma)，列当科肉苁蓉属，又名大芸、苁蓉，多年生草本寄生植物，主要寄生于梭梭、白刺等植物根上，适宜生长在气候干旱、降雨量少、蒸发量大、日照时数长、昼夜温差大，土壤以灰棕漠土、棕漠土为主的区域[1]，主要分布于内蒙古、甘肃、宁夏、新疆等中西部地区[2]。荒漠肉苁蓉具有很高的药用价值，其肉质茎可入药，其化学组分主要有糖类、苯乙醇苷类、苯甲醇苷类、单萜类、木脂素类及微量元素等[3]，具滋肝养肾益经血、润肠通便之功效，素有“沙漠人参”的美誉。近年来，随着生活条件的改善，人们对肉苁蓉的需求量不断攀升，肉苁蓉产业得以快速发展，从整地、种子处理、接种、采收及加工等方面都形成了一系列配套技术[4，5]，形成了集种植、加工、销售于一体的产业链，解决了荒漠区农民的增收问题[6]。

然而，采收后的肉苁蓉极易褐化，水分容易流失，当前市场主要是通过晾晒制干方式开展肉苁蓉营销，在肉苁蓉冷鲜贮藏方面还未见有报道和研究。因此，开展肉苁蓉的抗寒性研究具有十分重要的意义，将弥补肉苁蓉产业冷鲜贮藏方向的技术空白，进一步促进肉苁蓉产业的快速发展。目前，关于肉苁蓉抗寒性的研究至今还未开展，但在其他植物上已开展较多抗寒性的研究。郭艳兰等[7]在以不同葡萄砧木的一年生枝条为研究对象，测定了相对电导率及相关生理生化指标，并利用建立Logistic方程、主成分分析等方法对葡萄砧木耐寒性进行了评价。王玮等[8]以7个梨品种休眠期枝条为研究对象，测定其电导率及相关抗性生理指标，并利用Logistic方程、相关性分析等方法对不同梨品种抗寒性进行了评价。刘国敏等[9]以不同马铃薯品种叶片为试验材料，测定了低温处理下生理指标的含量，利用Logistic方程、主成分分析等方法评价了不同马铃薯品种的耐寒性。因此，本研究以荒漠肉苁蓉为试验材料，通过测定不同低温处理下相对电导率变化和生理生化指标含量，利用Logistic方程、相关性分析等方法，对荒漠肉苁蓉的抗寒性进行评价，以期为荒漠肉葱蓉的低温贮藏保鲜和冷链物流等产业提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验材料为甘肃省武威市民勤县青土湖沙产业开发有限公司基地内的荒漠肉苁蓉。该区域属大陆性干旱气候，日照时数3142.2h，平均海拔1400m；年均降水量113.2mm，蒸发量2675.6mm，昼夜温差14.3℃，年均气温8.8℃，极端最低气温-29.5℃，无霜期152d，土壤类型以砾质沙壤土为主。选择形状、大小基本一致的荒漠肉苁蓉作为研究对象，采用单因素试验，设置0℃、-5℃、-10℃、-15℃ 4个低温处理，每个处理5根新鲜荒漠肉苁蓉，低温处理后一部分用于电导率测定，一部分用于抗寒性生理指标的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 相对电导率测定和Logistic方程的建立

用刀片将低温处理过的荒漠肉苁蓉，剪成长宽1～2cm、厚度1mm的薄片，混合均匀后称取1g置于25mL试管中，加入20mL蒸馏水，加盖于室温静置4h，用DDSJ-308A型电导率仪测定初始电导率，测前摇匀；然后置于沸水中煮30min，冷却至室温后测定终电导率，计算相对电导率(相对电导率=初始电导率/终电导率×100%)和低温半致死温度(LT50)[7]，并进行曲线拟合，拟合方程：

Y=K/(1+ae-bx)

式中，Y代表相对电导率；a、b为方程参数；K为常数，代表最大电解质渗出率，由于Y是累积频率，此处K取100，LT50即方程拐点，计算方式：

LT50=-(lna/b)

1.2.2 抗性生理指标测定

选取各处理荒漠肉苁蓉中间部位肉质茎，剪成厚2～3mm薄片，用液氮冷冻后迅速将荒漠肉苁蓉粉碎，置于-80℃冰箱保存，用于荒漠肉苁蓉抗性生理生化指标的测定。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用核黄素-NBT光化学还原法测定；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚比色法测定；脯氨酸含量采用磺基水杨法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮法测定，上述生理指标的测定均参考陈刚等[10]。

1.3 数据统计分析

采用Microsoft office 2007、SPSS 23软件进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 荒漠肉苁蓉相对电导率变化、Logistic模型建立及半致死温度测定

不同低温处理下荒漠肉苁蓉相对电导率的变化如表1所示，随着温度的降低荒漠肉苁蓉相对电导率逐渐增大，数值由36.81%增大为67.15%，说明低温处理伤害越大，电解质外渗率越多，从而导致电导率越高。为明确荒漠肉苁蓉的抗寒能力，确定其半致死温度，本试验根据各低温处理的相对电导率，建立Logistic方程，并根据方程计算半致死温度LT50，如表2所示，荒漠肉苁蓉Logistic方程拟合度R2为0.9997，说明拟合的Logistic方程具有很高的可靠性，由此计算出LT50，即荒漠肉苁蓉的半致死温度为-6.51℃。

表1 低温处理对荒漠肉苁蓉相对电导率的影响

表2 荒漠肉苁蓉拟合方程和温半致死温度

2.2 低温处理对荒漠肉苁蓉抗性生理指标的影响

低温对荒漠肉苁蓉抗性生理指标的影响如图1所示。POD酶活性呈现先升高后降低的趋势，在-10℃时值最大，且均与其他处理差异显著。SOD酶活性呈现先升高后降低的趋势，在-5℃时值最大，与其他处理无显著差异。脯氨酸含量也呈现出先升高后降低的趋势，在-10℃时值最大，与其他处理无显著差异。随着温度的降低可溶性蛋白呈现逐渐增大的趋势，在-15℃时值最大，且均与其他处理差异显著。可溶性糖也呈现逐渐增大的趋势，在-15℃时值最大，在0℃时值最小，且均与其他处理差异显著。

注：不同字母为显著性差异(P<0.05)。

2.3 荒漠肉苁蓉抗寒性生理指标及不同温度间的相关性分析

荒漠肉苁蓉抗寒性指标及低温处理之间的相关性关系如表3所示。温度与相对电导率呈现极显著负相关关系，这与上述Logistic方程中相关系数R2为一致；温度与脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈现显著负相关关系。相对电导率与脯氨酸含量呈现显著正相关关系；POD活性和可溶性糖含量呈现显著正相关关系。

表3 荒漠肉苁蓉抗寒性生理指标及低温处理之间的相关性

3 讨论

电导率法常被用来确定植物的半致死温度，其原理是电导率可表示细胞电解质的外渗程度，电导率越高，说明细胞内的电解质外渗越多，细胞膜的透性越大，也就是植株细胞膜受到伤害的程度越大，表明该植物的抗寒能力越弱[11]。因此，通过设置不同梯度的逆境环境，测定不同梯度下的电导率，建立相对电导率的建立Logistic方程，可确定半致死温度。前人在梨[8]、葡萄[7]和马铃薯[12]等很多植物中使用此方法测定了该植物的半致死温度。本试验使用同样的方法测定了低温处理下荒漠肉苁蓉电导率的变化，研究发现荒漠肉苁蓉相对电导率呈先逐渐升高的趋势，这与前人的研究结果一致，再通过建立Logistic方程计算出的半致死温度(LT50)为-6.51℃，且建立Logistic方程的相关系数达0.9997，说明在本试验条件下通过该方法测定的荒漠肉苁蓉半致死温度真实可靠。

生理生化指标的测定常用于植物抗寒性的评价[13]，这些生理生化指标包括SOD活性、POD活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及丙二醛含量等。SOD、POD酶的主要作用是为了清除和平衡植物体内的自由基，研究表明[14]，在一定的低温范围内，SOD、POD等保护酶含量升高有利于保持植物体内自由基的产生和清除之间的平衡，但当温度下降到一定的程度时，也会造成植物体内过氧化氢和活性氧自由基等有害物质的积累，使得植物受低温伤害。本研究中，随着温度的下降荒漠肉苁蓉体内的SOD、POD活性呈现先升高后降低的趋势，这与石雪晖等[15]在开展低温胁迫对柑桔离体叶片中SOD酶的变化趋势一致，说明一定范围内低温胁迫会促进SOD、POD活性的增加，当低温超过一定的温度后，SOD、POD活性会急剧下降。脯氨酸作为一种有机物质，广泛存在于植物体内，研究表明[16]，许多植物在低温等胁迫环境下，体内的脯氨酸呈现增加趋势，其作用机制是作为一种渗透调节物质、活性氧清除剂等来实现对植物的胁迫保护。本研究中，脯氨酸含量呈现先升高后降低的趋势，这与郭艳兰等[7]研究结果一致。至于脯氨酸含量没有持续增加，而是出现降低的趋势，可能与超过一定温度范围有关，还有待进一步研究。可溶性糖和可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，具有提高细胞的渗透浓度、降低水势、降低冰点作用，继而能提高植物抗寒性。梁锁兴等研究表明[17]，随着温度的降低平欧榛体内的可溶性糖、可溶性蛋白呈现升高趋势，这与本研究中低温处理导致荒漠肉苁蓉体内可溶性糖、可溶性蛋白含量升高的趋势一致。

植物的抗寒机制比较复杂，单一指标对荒漠肉苁蓉抗寒性的评价具有片面性。因此，本研究综合分析低温与各抗寒性指标的相关性。研究表明，温度与相对电导率呈现极显著负相关关系，这与上述Logistic方程中相关系数R2为一致，进一步证实荒漠肉苁蓉半致死温度的可靠性；温度与脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈现显著负相关关系。故下一步的深入研究中可以单独选相对电导率、脯氨酸和可溶性蛋白含量来深入分析荒漠肉苁蓉对温度的适应性。此外，还发现相对电导率与脯氨酸含量呈现显著正相关关系，POD活性和可溶性糖含量呈现显著正相关关系。

4 结论

综合以上研究结果得出：随着温度的降低，荒漠肉苁蓉的相对电导率逐渐升高，通过建立Logistic方程，计算得出荒漠肉苁蓉的半致死温度(LT50)为-6.51℃，故在生产实践中荒漠肉苁蓉在冷链保鲜贮藏时，温度不能低于-6.51℃。随着温度的降低荒漠肉苁蓉体内POD、SOD活性和脯氨酸含量呈现了先升高后降低的趋势，可溶性蛋白和可溶性糖呈现逐渐增大的趋势。低温与相对电导率呈现极显著负相关关系，与脯氨酸、可溶性蛋白的含量呈现显著负相关关系；相对电导率与脯氨酸含量呈现显著正相关关系；POD活性和可溶性糖含量呈现显著正相关关系。