不同冻害程度对香梨生理指标的影响

林彩霞，吴运建，鲁晓燕，刘艳，王 刚

(1.新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所，新疆库尔勒841005;2.石河子大学，新疆石河子832000)

库尔勒香梨属蔷薇科(Rosaceae)梨属(Pyrus L.)，原产新疆库尔勒地区，为瀚海梨(新疆梨的原始种)和鸭梨的自然杂交种［1］。瀚海梨在5～7世纪时已在塔里木盆地北缘进行了广泛栽培，库尔勒香梨在新疆有1 400多年栽培历史，是新疆的名、优、特色水果［2］，以其香气浓郁、皮薄肉细、酥脆爽口、汁多渣少、色泽鲜艳、品质高，成为新疆出口历史最长、出口额最大的果品，新疆已将库尔勒香梨列为重要经济支柱产业来发展。截止2013年底统计，新疆已有库尔勒香梨种植面积6.72 万 hm2，总产 86.04 万 t［3］。

随着农业产业结构的调整，香梨作为特色产业已进入一个新的发展阶段，已成为新疆农业持续增效、果农增收的优势产业。然而，近年来生产中由于肥水投入不合理、管理粗放、有机肥投入不足等原因，导致了香梨树抗逆性减弱，加之连续遭遇冬季低温造成树体冻害，树势减弱，产量下滑，果实品质变劣。未来香梨产业发展受到严峻考验，必须从提高栽培管理技术入手，提高树体抗逆性，增强抗冻害的能力，形成一套抗逆栽培技术管理模式，解决目前困扰香梨发展的技术瓶颈难题——树体冻害问题。目前，科研工作者对于香梨枝条受低温冻害后发生的生理生化变化进行了大量研究［4-6］，但对于生产实际中发生冻害后香梨园保留下来正常枝条的生理指标研究还有待深入。为此，笔者通过对不同冻害程度的香梨园内枝条进行处理探索了冻害与枝条生理变化的相关性，旨在为香梨种植地区制定抗逆栽培技术措施以及我国寒地发展梨产业种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料 试验材料取自新疆库尔勒香梨种植基地盛果期果园，选取栽培管理水平和土壤条件基本一致的1年生枝条作为试验材料，根据2013年发生不同冻害程度采集枝条样品共11个，每个样品随机抽取粗度为0.6～0.8 cm的枝条(每枝6～8个芽)作为试材，每个样品5～10枝条，每个样3次重复。果园发生冻害标准:轻度冻害——1年生枝条表面出现少量黑色斑点，髓部变色;重度冻害——1年生枝条韧皮部、木质部呈全死状态，韧皮部变色。其中，样品2～7为轻度冻害果园，样品8～11为重度冻害果园，样品1为无冻害果园为对照。

1.2 测定方法

1.2.1 相对电导率的测定。采用电导法。称取剪好的厚薄均匀的香梨枝小圆片2 g放入三角瓶中，加蒸馏水30 ml，摇晃使样品完全浸入水中，浸泡45 h后，将浸泡液上下摇匀，测电导率值(B)。然后用恒温水浴锅将其煮沸22 min，冷却至室温后再测一次总电导率值(C)。

1.2.2 自由水与束缚水含量的测定。

1.2.2.1 总含水量测定。称量准备好的铝盒净重，称取厚薄均匀的枝条小片20片，立即装入铝盒，称量铝盒和枝条重量，将铝盒放入烘干箱中于105℃下烘10 min以杀死植物组织，再于80～90℃下烘至恒重。

式中，m1——铝盒质量(g);m2——铝盒与枝条质量(g);m3——铝盒与烘干枝条质量(g)。

1.2.2.2 自由水含量测定。称量准备好的各称量瓶重量，称取厚薄均匀的枝条小片20片放入称量瓶中，称量瓶和枝条重量，再向其中加入60%蔗糖溶液10 ml，称量瓶、蔗糖溶液、枝条的重量，充分摇匀，各瓶暗处理4 h，用阿贝尔折射仪分别测定各瓶糖液浓度。

式中，M1——称量瓶质量(g);M2——称量瓶与枝条质量(g);M4——称量瓶、蔗糖溶液与枝条质量(g);C1——原糖液质量分数;C2——浸过枝条后糖液质量分数。

1.2.2.3 束缚水含量测定。组织中束缚水含量=组织总含水量-组织中自由水含量。

1.2.3 渗透调节物质的测定。

1.2.3.1 可溶性糖含量的测定。采用蒽酮法。称取0.2 g经过处理的样品枝，剪碎后放入具塞试管中，加入10 ml蒸馏水，在沸水中煮沸30 min，取出冷却，过滤转入100 ml容量瓶中，用蒸馏水冲洗残渣数次，定容，再取1 ml稀释至5 ml。取待测液1 ml，加入蒽酮试剂4 ml，水浴10 min，冷却后在721型分光光度仪上测定620 nm波长处的吸光值。根据标准蔗糖溶液绘制的标准曲线求取可溶性糖含量。

式中，C——标准方程求得的可溶性糖含量(μg);a——吸取样品液体积(ml);V——提取液量(ml);n——稀释倍数;W——组织重量(g)。

1.2.3.2 游离脯氨酸的测定。采用酸性茚三酮显色法。称取0.2 g经过处理的样品枝，剪碎后放入具塞试管中，加入5 ml 3%磺基水杨酸溶液，加塞后在沸水浴中显色浸提30 min，取滤液2 ml于试管中，再向各管加入冰醋酸2 ml和酸性茚三酮3 ml。摇匀后，在沸水浴中加热显色30 min，取出冷却至室温，向各管加入5 ml甲苯，充分摇动，以萃取红色产物。萃取完后，避光静置4 h以上。待完全分层后，用吸管吸取甲苯层，用分光光度计在520 nm波长下测定消光值。根据脯氨酸标准溶液绘制的标准曲线求取脯氨酸含量。

式中，C——从标准曲线上查得的脯氨酸浓度(μg);V——提取液总体积(ml);A——测定时取用提取液体积(ml);W——样品干重(g)。

1.3 数据处理 利用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同冻害程度对香梨枝条相对电导率的影响 结果表明，无冻害样品1的电解质渗出率最低为0.436 6，而受冻害枝条的电解质渗出率平均为0.581 3，与对照相比增加了0.3倍，其中轻度冻害电解质渗出率为0.521 0，重度冻害的电解质渗出率为0.526 4。可见，香梨枝条冻害发生后，随着冻害程度的加重电解质外渗率呈升高趋势。

由图1可知，与对照无冻害样品1相比，受到冻害的样品枝条，其电解质渗出率要高。无冻害样品1电解质渗出率最低，轻度冻害样品5电解质渗出率最高，值从0.436 6上升至0.593 3，增加了0.4倍。样品5和样品1差异极显著。与对照样品相比，受到重度冻害的样品8的电解质渗出率为0.543 5，与对照相比增加了0.2倍。

2.2 不同冻害程度对香梨枝条自由水与束缚水含量的影响 结果表明，无冻害枝条样品1的自由水与束缚水比值为18.779，而受轻度冻害枝条的自由水/束缚水比值平均值为13.871，遭受重度冻害的自由水/束缚水比值为13.132。分析认为，当香梨树冻害临界低温(-22℃)来临时，冻害发生果园内保存下来的正常枝条中束缚水相对含量较高，自由水相对含量较低，即自由水与束缚水的比值下降，枝条抵御低温的能力增强。

由图2可知，与无冻害对照样品1相比，除样品6、样品7和样品9的自由水/束缚水比值差异不显著外，其余各样品均与对照的自由水/束缚水比值差异显著降低，其中轻度冻害果园样品2的自由水/束缚水比值为8.552，与对照相比降低了54.50%;重度冻害果园样品10的自由水/束缚水比值为7.607，与对照相比降低了59.49%。

2.3 不同冻害程度对香梨枝条可溶性糖含量的影响 结果表明，无冻害对照样品1的可溶性糖含量最低为0.065 9，而轻度冻害果园内枝条样品的平均值为0.434 2，与对照相比提高了5.6倍;重度冻害的可溶性糖含量为0.528 7，与对照相比提高了7.0倍。分析认为，遭受冻害的果园内保留下来的正常枝条，其可溶性糖含量提高，增强了其对低温的抵御能力，且随着低温的加重枝条内可溶性糖含量在递增。

由图3可知，与对照无冻害样品1的可溶性糖含量相比，除样品2、样品8、样品11显著升高外，其余各样品均差异不显著。其中轻度冻害果园样品2的可溶性糖含量为0.803 4，与对照相比增加了11.2倍;重度冻害果园样品11的可溶性糖含量为1.389 6，与对照相比增加了20.1倍。

2.4 不同冻害程度对香梨枝条游离脯氨酸含量的影响 结果表明，无冻害对照样品1的游离脯氨酸含量为626.40 μg/g，而发生冻害样品的平均值为572.36 μg/g，其中轻度冻害的为526.29 μg/g，重度冻害的为618.43 μg/g。分析认为，枝条内游离脯氨酸积累量的高低与冻害程度相关性不显著。

图4表明，重度冻害样品8与样品10、样品5、样品4之间存在显著性差异，其他各样品之间差异不显著。其中，样品8游离脯氨酸含量最高，为865.77 μg/g，样品4含量最低，为353.47 μg/g，相差512.30 μg/g，无冻害样品1 的游离脯氨酸含量介于两者之间。

3 结论与讨论

3.1 结论 对不同冻害程度下香梨园内的梨树枝条11组样品进行了生理指标的检测。结果表明不同冻害程度下，香梨的电解质渗出率在0.436 6～0.593 3，香梨的自由水/束缚水比值在7.607～25.530，香梨的可溶性糖含量在0.065 9～1.389 6，香梨的游离脯氨酸含量在 353.47 ～ 865.77 μg/g。由差异显著分析可知，与无冻害的对照组相比，受冻害后的枝条电解质渗出率均有显著升高，受冻害香梨园内保留下来的正常枝条自由水/束缚水比值均有显著下降，受冻害香梨园内保留下来的正常枝条可溶性糖含量均有显著增加，而游离脯氨酸含量变化无显著规律。

3.2 讨论 抗冻性是植物固有的遗传特性，但是这种特性只有在一定的生长状态和特定的环境条件诱导下，通过代谢和原生质的改变才能表达出来。果树的抗冻性机理受遗传机制和环境因素的制约，常因果树生理过程的复杂性、环境因子的多变性和二者互作的综合性而异，给抗冻性鉴定带来了很大困难。库尔勒香梨植株在抗冻锻炼期间发生系列物质转化，有利于细胞膜抗性的提高。细胞膜的抗性依赖于糖类、脯氨酸等物质的积累，通过代谢的调节维持胞内的平衡。

3.2.1 不同程度冻害程度香梨样品电解质渗出率的影响。Lyons［7］认为，当植物受到低温伤害时，细胞的质膜透性会发生较大的改变，电解质会有不同程度的外渗。不同冻害程度处理同一品种的电导率是不同的。而在受到低温的胁迫时植物组织细胞膜的通透性增大，一些可溶性物质包括电解质将有不同程度的外渗，外渗越多，电解质渗出频率越高，电导率越大，抗冻性越弱。邓令毅等［8］对葡萄的研究表明，质膜透性随温度下降及低温处理时间延长，电导率急剧增加，抗寒性强的品种变化幅度小。该研究结果表明，与无冻害样品相比，受到冻害的香梨枝条的电解质渗出率会有所上升，但趋势平缓，这可能是由于香梨年产量的差异而引起的。但整体显示，受到冻害的枝条的电解质外渗率呈增大趋势，这与邓令毅等［8-10］的研究结果相一致。

3.2.2 不同程度冻害与自由水/束缚水的关系。香梨组织中的水分以自由水和束缚水2种不同的状态存在。自由水不与原生质胶体紧密结合，可以自由移动，束缚水与原生质胶体紧密结合不易移动，自由水与束缚水相对含量可作为植物组织代谢活性和抗性强弱的重要标志，它的含量的高低与香梨的生长和抗寒性有密切的关系［11］。该研究结果表明，随着冻害程度的逐步加重，自由水/束缚水比值越大，这与Levitt等［12-13］的研究结果相一致。但无冻害香梨样品枝条的自由水/束缚水比值不是最低，这可能与试验前没有对不同冻害枝条严格筛选有关。

3.2.3 不同程度冻害与可溶性糖含量的关系。可溶性糖是冷害和冻害条件下的细胞内保护物质，其含量与植物的抗冷性之间呈正相关［14］。植物在抗寒锻炼期间，糖含量增加［15］。低温胁迫时不利于多糖的合成，多糖被水解成单糖、还原糖和寡聚糖，以可溶性糖的形式存在于植物材料中。该试验结果表明，与无冻害样品相比，受到冻害的香梨枝条的可溶性糖含量会有所增加，这与Morgan［14］的研究结果相一致。

3.2.4 不同程度冻害与游离脯氨酸的关系。游离脯氨酸的抗性作用是调节和维护结构中融冻后原生质与环境的渗透平衡，防止水分散失，促进蛋白质与水的结合，增加蛋白质的可溶性。在植物低温伤害研究中，人们把脯氨酸看作一种防冻剂或膜稳定剂［16-17］。关于游离脯氨酸含量与抗寒性关系的有不同且对立的结果，有研究认为游离脯氨酸在逆境中会大量增加，且积累的量与植物抗寒性之间有相关性［18］，在对抗冷的过程中起显著作用［19］;也有研究认为游离脯氨酸与果树抗寒性无关［20］。该试验结果表明，游离脯氨酸含量与冻害程度没有太大的相关性，这与任秋萍等［20］的研究结果相一致。

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