《桃樹花朵對低溫脅迫的生理響應》論文發表期刊：《山東農業大學學報(自然科學版)》；發表周期：2021年03期

《桃樹花朵對低溫脅迫的生理響應》論文作者信息：劉兆宇(1995-),男,助教,研究方向為果樹生理生態

　　摘 要: 為揭示桃花受霜凍低溫脅迫的生理響應過程，鑒定桃花抵御霜凍脅迫能力。選擇5~6 a生“麥香”桃花，采用人工霜凍模擬試驗箱模擬自然降溫過程，對桃花進行-2.5 ℃、-3.0 ℃、-3.5 ℃、-4.0 ℃、-4.5 ℃以及-5.0 ℃的模擬低溫處理，以室溫(15 ℃)為對照。測定桃花抗寒生理指標和電導率，分析桃花受低溫脅迫的生理響應過程。研究結果表明：“麥香”桃花半致死溫度為-3.99 ℃;隨著低溫強度增強，桃樹花朵中保護酶(SOD、POD、CAT)、滲透調節物質(可溶性蛋白質和可溶性糖)含量均呈現先上升后下降趨勢，其峰值主要集中在-4.0~-3.5 ℃;脯氨酸呈現增加趨勢且在-4.0 ℃時增長幅度最大;丙二醛含量增加呈慢—快—慢趨勢，其含量在-4.0~3.5 ℃增長速度最快。SOD、POD、CAT、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA對低溫響應過程表現出較好的一致性。通過對“麥香”桃花低溫生理響應過程和一致性分析，結合各生理指標變化可確定5~6 a生“麥香”桃花受霜凍凍害的臨界溫度為-4.0~-3.5 ℃。

　　關鍵詞: 低溫脅迫; 桃花; 生理響應

　　Abstract: To reveal the physiological response of peach flowers to low temperature and frost stress. Identification of peach blossoms' ability to resist frost stress. Select 5-6a raw "maixiang"peach flowers, and use artificial frost simulation test box to simulate natural cooling process. Peach blossoms were subjected to simulated low temperature treatments of -2.5, -3.0,-3.5,-4.0,-4.5, and -5.0 C with room temperature (15 C) as a control. The physiological indexes and electrical conductivity of cold resistance of peach blossoms were measured, and the physiological response of peach blossoms to low temperaturestress was analyzed. The results show that the "lethal"temperature of peach blossom is -3.99 C; As the low temperature strength increases, with the increase of low-temperature intensity, the contents of protective enzymes and osmoregulatior substances in peach flowers increased first and then decreased. The peak is mainly concentrated at -4.0--3.5 ℃C. Prolin showed an increasing trend with the largest increase at -4.0 C; malondialdehyde content showed a slow-fast-slow trend, and its content increased fastest at -4.0-3.5 ℃C. SOD, POD, CAT, soluble sugar, soluble protein, proline and MDA showed good consistency to the low temperature response process. Through the low temperature physiological response process and consistency analysis of "mai xiang"peach flowers, Combining the changes of various physiological indicators, the critical temperature of 5-6 a raw "mai xiang"peach flower to be frost-frozen was determined to be-4.0-3.5 ℃C.

　　Keywords: Low temperature stress; peach blossom; physiological response

　　桃樹(Amygdalus persica L.)是薔薇科(Rosaceae)李屬(Prunus)植物，在世界各地廣泛種植。中國是桃的重要起源中心，經過 4000 多年的演化、栽培，形成以無錫水蜜、奉化玉露、深州蜜桃、肥城桃為代表的“四大名桃”。在 1993 年，中國桃樹栽培面積和桃產量全面超過美國，成為桃產業第一大國[1]。截止 2016 年底，我國桃樹種植面積約 76.35 萬 hm2，產量達到 1383.31 萬 t 左右，國內市場總供給量達到 1375.98 萬 t[2]，成為僅次于蘋果、梨的第三大落葉果樹。桃主要劃分 7 個生態區，寧夏屬于西北高旱生態區[3]，光照充足、干燥少雨，氣候條件十分適宜桃樹生長[4]，經過幾十年發展，桃產業已成為寧夏自治區農民脫貧致富的重要支柱產業，在促進當地經濟發展，增加農民收入方面發揮著重要作用。

　　近年來，隨著全球氣候變暖，果樹越冬凍害風險有所降低，但春季溫度回升過早使果樹提前萌發，受霜凍災害危害的風險增加[5,6]。頻繁發生的晚霜凍對桃以及其他林果產業帶來難以估量的損失[7-8]。寧夏平原處于東亞季風氣候的邊緣地帶，春季冷暖交替頻繁、氣溫極不穩定[9]，早熟桃品種始花期在每年 4 月 10 日左右，但寧夏晚霜終止日在 5 月下旬[10]。桃開花期、幼果期與霜凍高頻期高度重疊。春霜凍已成為制約寧夏桃產業品質提升、穩產高產的主要限制性因素之一。

　　關于桃花霜凍研究多集中在霜凍防御、桃花期風險區劃[11-13]以及通過桃花表型反映受凍程度[14]等方面。本試驗從低溫下桃花生理響應溫度與生理指標一致性方面開展。以 5~6 a 生“麥香”桃(Prunuspersica‘mai xiang’)花朵為試材，通過模擬自然霜凍連續降溫過程，研究持續降溫過程中桃花半致死溫度、保護酶系統、滲透調節物質及丙二醛等[15-19]生理指標變化，分析桃花在低溫下不同生理指標敏感性和一致性，從生理角度鑒定桃花抗低溫能力，明確桃花在低溫下各項生理指標的響應溫度，為提高桃產業預防霜凍和低溫凍害監測預警水平提供科學理論依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗地概況

　　試驗于 2019 年 4 月在寧夏銀川市永寧縣望洪鎮進行。試驗地段海拔 1100 m，年均氣溫 9.6 ℃， ≥10 ℃年積溫 3427.1 ℃·d，年降水量 177.2 mm，年均日照時數 2893 h，年均相對濕度 65%，無霜期167 d。試驗土壤類型為灌淤土，占地 1 hm2，株行距 3 m×4 m，樹體整形方式為 Y 型，常規管理。

　　1.2 試驗材料

　　試驗材料為樹勢、營養狀況一致 5~6 a 生早熟桃 “麥香”大蕾期花枝。于樹冠中部東、西、南、北四個方位采桃樹大蕾期花枝，每個方向采 4 枝帶花枝條，每棵樹取 15 枝帶花枝條混合樣，將其插入水培缸中備用。

　　1.3 試驗材料的低溫處理

　　桃花低溫處理與生理檢測在中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室理化分析室進行。霜凍試驗儀器采用中國農業科學院開發的以 PID 調節方式控溫的 MSX-2F 型模擬霜箱系統。

　　將帶花朵的花枝連同水培缸置于霜凍模擬試驗箱，按照圖 1 所示設置降溫曲線，溫度梯度設定為-2.5 ℃，-3.0 ℃，-3.5 ℃，-4.0 ℃，-4.5 ℃和-5.0 ℃，以室溫(15 ℃)為對照。在連續降溫過程中在達到每個處理溫度并持續 0.5 h 之后取出一批樣品。對不同低溫處理和對照的樣本進行隨機抽取，進行生理指標測定。

　　1.4 測定指標與方法

　　電導率采用電導法測定[20];

　　SOD 測定采用南京建成試劑盒方法(貨號：A001-1);

　　POD 測定采用南京建成試劑盒方法(貨號：A084-3-1);

　　CAT 測定采用南京建成試劑盒方法(貨號：A007-1);

　　MDA 測定采用硫代巴比妥酸法[20];

　　游離脯氨酸測定采用磺基水楊酸浸提-酸性茚三酮顯色法[20];

　　可溶性蛋白測定采用考馬斯亮藍染色法[20];

　　可溶性糖測定采用蒽酮比色法[20]。

　　1.5 數據處理與分析

　　半致死率采用電導法配以 Logistic 方程進行擬合，根據(1)計算“麥香”桃花樣品的半致死溫度。

　　2 結果分析

　　2.1 不同低溫處理后桃花的電導率

　　電解質滲透率反應生物膜透性破壞的程度。經過低溫的處理，桃花相對電導率表現不同，隨低溫強度增強而增加。從室溫下降至-3.5 ℃前，桃花電解質滲透率穩步上升，但不具有顯著性變化(P>0.05)，溫度下降至-3.5 ℃時，“麥香”桃花的電解質滲透率基本維持在 30%左右;當低溫強度到達-4.0 ℃時，桃花電導率顯著升高(P <0.05)至 52%(圖 2)，說明當溫度下降至-4 ℃時，細胞膜嚴重受損電解質大量外滲。后隨低溫強度增強，桃花電導率增長速率有所下降。

　　2.2 桃花半致死溫度

　　半致死溫度是指在某一溫度條件下，植物達到半致死狀態，如溫度繼續低于這一溫度時，植物將遭受不可逆傷害乃至死亡。在-3.0 ℃、-4.0 ℃、-5.0 ℃低溫作用下，運用 Logistic 方程擬合相對電導率與低溫的關系，求解“麥香”桃花半致死溫度為-3.99 ℃(表 1)，此時桃花處于半致死狀態。其決定系數 R2達到 0.9922，擬合度較好。

　　2.3 桃花抗逆酶對不同低溫處理的響應

　　SOD 酶催化產生歧化反應，是重要的逆境指標。由圖 3 可得，隨低溫強度增強桃花保護酶活性均整體呈現先升后降趨勢。從室溫下降至-3.5 ℃前，SOD 活性持續上升，當溫度下降至-3.5 ℃時，SOD 活性達到最高值，后隨溫度強度 SOD 活性開始呈現下降趨勢。在-4~-3.5 ℃時 SOD 活性顯著下降(P<0.05)，可知-3.5 ℃是低溫脅迫對桃花 SOD 的抑制溫度。POD 是防止膜脂過氧化的主要酶，從室溫下降至-3.5 ℃前，桃花 POD 活性呈上升趨勢。溫度下降至-3.5 ℃時 POD 活性達到峰值且與-3.0 ℃、-4.0 ℃處理下 POD 活性存在顯著性差異(P<0.05)，后隨低溫強度增強 POD 活性開始呈現下降趨勢。從室溫下降至-3.5 ℃前，桃花 CAT 活性整體呈上升趨勢，當溫度降至-3.5 ℃時達到峰值。隨低溫強度增強，溫度在-4.0~-3.5 ℃CAT 活性顯著下降(P<0.05)。溫度低于-4.0 ℃后 CAT活性不具有顯著性變化，可知桃花 CAT 活性低溫敏感溫度為-3.5 ℃左右。

　　2.4 桃花主要滲透調節物質對不同低溫的響應

　　由圖 4A 可知，隨低溫強度增強，桃花可溶性蛋白含量整體呈先升后降趨勢。室溫時桃花可溶性蛋白質含量為 2.31±0.14 mg/gFW。從室溫下降至-4.0 ℃前，可溶性蛋白含量呈上升趨勢。當溫度下降至 4.0 ℃時，可溶性蛋白含量達到最高(3.03±0.01 mg/gFW)較對照增加 0.72 mg/gFW，具有顯著變化。室溫至-4.0 ℃階段這可能是桃花對輕度低溫適應的結果。溫度低于-4.0 ℃后可溶性蛋白含量開始呈現下降趨勢。

　　由圖 4B 可知，桃花可溶性糖含量隨低溫強度增強呈先升高后下降趨勢。從室溫下降至-3.5 ℃前，桃花可溶性糖含量變化不具有顯著性差異。溫度下降至-4.0 ℃時可溶性糖含量達到峰值(29.13±1.25mg/gFW)，較對照增加 4.76 mg/gFW 具有顯著性變化。隨低溫強度增強，可溶性糖含量出現顯著性下降(P<0.05)，說明此時桃花已不能通過增加可溶性糖含量來抵御低溫脅迫。

　　由圖 4C 可知，脯氨酸含量隨溫度下降整體呈上升趨勢，溫度下降至-3.5 ℃時較室溫脯氨酸含量顯著(P<0.05)上升。低溫強度在-3.5~-4.0 ℃階段桃花體內脯氨酸含量呈小幅度下降，低溫低于-4 ℃后脯氨酸含量升高但無顯著性變化，這可能是低溫強度到達-4.0 ℃時，超出了桃花對低溫的最低耐受能力。

　　2.5 桃花 MDA 對低溫的響應

　　MDA 是膜脂過氧化作用分解的最終產物。由圖 5 可知，隨著低溫強度增強 MDA 含量整體呈上升趨勢。從室溫下降至-3.5 ℃前，丙二醛含量無顯著性變化。當溫度降至-4.0 ℃時 MDA 含量急劇升高，較對照增加 1.15 mmol/gFW 變化顯著。低溫低于-4 ℃后，MDA 含量無顯著性變化。

　　3 討 論

　　細胞膜是細胞內外物質交換的重要媒介，是細胞感受外界環境最敏感部位。電解質滲透率增加是低溫脅迫對生物膜透性破壞的效應[21]。降溫前期電導率上升緩慢是桃花對于低溫脅迫適應階段，后電解質滲出率迅速升高超過50%最后趨于緩慢，說明細胞膜此時已經被破壞，大量電解質外滲。運用Logistic方程擬合相對電導率與低溫的關系，求得桃花半致死溫度是-3.99 ℃。

　　SOD、POD、CAT是植物中重要的抗逆酶[22]。正常條件下，植物體內活性氧積累與清除處于動態平衡，遭受逆境時活性氧積累。SOD是清理活性氧的重要酶類，POD通過轉化植物體內碳水化合物成為木質素來增強抵御逆境的能力[23]，CAT是一種關鍵的生物防御酶。輕度低溫脅迫可誘導并激發保護酶活性，增強植物抗逆性。溫度下降至-3.5 ℃時桃花SOD、POD、CAT活性達到最高然后出現顯著性下降，表明桃花SOD、POD和CAT低溫敏感溫度為-3.5 ℃，此時桃花體內自由基平衡受到破壞，活性氧積累。后隨低溫強度增強桃花不能通過提高保護酶活性途徑抵御低溫逆境。本試驗中SOD、POD和CAT對低溫的響應溫度相對于其他指標較為敏感。

　　可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸是植物體內廣泛分布的主要滲透調節物質。一般認為可溶性蛋白質、可溶性糖的含量與植物的抗寒性相關，一定逆境強度下兩者含量升高，但超過自身極限逆境其合成水平會逐步下降[24-26]。脯氨酸是植物在逆境下的產物，隨溫逆境增強，游離脯氨酸迅速積累，是植物對低溫的適應，但也有研究認為這兩者沒有必然聯系[27]。

　　滲透調節物質有助于提高細胞液濃度，維持細胞膨壓，減緩原生質脫水。本研究表明，隨低溫強度增強，桃花體內可溶性糖、可溶性蛋白呈現先上升后下降趨勢。這表明，在一定輕度低溫脅迫下桃花體內積累大量滲透調節物質抵御脅迫。溫度下降至-3.5 ℃時可溶性糖含量達到最高，表明溫度下降至-3.5 ℃前桃花可以通過提高可溶性糖含量，通過增加保水能力、降低水勢等途徑避免低溫下原生質因結冰而受傷害致死。溫度下降至-4.0 ℃時桃花已不能通過提高可溶性糖含量這一途徑抵御低溫逆境，但仍可通過提高可溶性蛋白含量抵御低溫逆境。當低溫下降至-4.0 ℃后，可溶性蛋白合成受阻含量顯著下降，證明此時不能通過提高可溶性蛋白含量這一途徑抵御低溫逆境，同時可溶性蛋白分解產生脯氨酸，導致逆境后期脯氨酸含量有小幅度升高。在溫度下降至-4.0 ℃時脯氨酸含量出現小幅下降，證明在-4 ℃時桃花已經不能通過自身合成脯氨酸一提高含量，但由于脯氨酸屬于氨基酸，可由可溶性蛋白在低溫逆境下分解產生，導致脯氨酸含量有小幅度增加。其中可溶性蛋白變化規律與楊春祥[28]基本一致。由此可得，桃花滲透調節物質對低溫敏感溫度為-3.5~-4.0 ℃左右。

　　研究表明，MDA 作為膜脂過氧化最終產物之一，屬于植物膜系統對脅迫環境響應的重要指標[29]。本實驗中，降溫前期 MDA 含量上升緩慢但不具有顯著性是因為桃花通過系列途徑抵御逆境免受傷害的結果。溫度下降至-4.0 ℃時 MDA 含量顯著(P<0.05)上升。低溫低于-4.0 ℃后，MDA 含量隨逆境增強增加但不具有顯著性差異，表明溫度在下降至-4.0 ℃時活性氧已完全破壞了膜脂，使細胞功能完全受損。

　　實驗中，保護酶、可溶性糖和脯氨酸表現出對低溫響應較好的一致性，且對低溫敏感性較強，在低溫逆境初期起主要抗逆作用。可溶性蛋白、MDA表現了較好一致性，對低溫的敏感性較弱。可能是因為不同植物體內各物質含量以及物質形成機制不同，從而抵御逆境的途徑有所差別，不同生理物質在不同階段啟動響應機制。低溫逆境前期，低溫敏感性較強的指標起主要抗逆作用，溫度低于-3.5 ℃后對低溫敏感性較強的指標抗逆性減弱，到達半致死溫度-3.99 ℃時，敏感性較弱的指標達到峰值。不同物質在低溫脅迫下響應強度和時間上有一定差別，反映桃花低溫抗逆的生理過程。限于試驗條件，本文沒有進行多品種試驗異，也未區分桃樹營養和健康狀況。因此，如果要全面闡述

　　桃樹花期對低溫脅迫的生理響應，需要進一步研究桃樹品種、花期、組織以及低溫持續時間等方面。

　　4結論

　　本試驗結果表明，桃樹花生理指標對低溫響應有較好的一致性。與對照相比，桃花保護酶、脯

　　氨酸和可溶性糖等生理指標均在溫度下降至-3.5℃時有顯著變化，這些生理過程響應低溫脅迫的敏

　　感性較強，是桃花適應逆境初期信號。可溶性蛋白和MDA響應溫度為-4.0℃，這兩個生理指標對低溫的響應較遲緩，是在低溫強度達到一定量值后才有所響應。實驗中桃花半致死溫度為-3.99℃。因此，初步確定5-6年生“麥香”桃花受凍臨界溫度為-4.0--3.5℃。

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