几种抗逆增强剂对苹果花与幼果抗寒力的效果

王来平++薛晓敏++路超++聂佩显++王金政

摘要：以7年生天红2号/SH40/八棱海棠苹果为试材，花芽膨大期喷施去离子水（CK）、18 mg/L ABA、200 mg/L甜菜碱、40 mg/L水杨酸、60 mg/L芸薹素、200 mg/L山梨醇等外源物质，分别于花蕾期、盛花期、幼果期采集样品，进行0、-2、-4、-6、-8 ℃梯度的低温胁迫，测定抗寒相关生理指标，研究不同外源物质对苹果花器官不同发育阶段抗寒力的影响效果。结果发现，随着环境温度的升高，花器官不同发育阶段半致死温度升高，抗寒力降低，即抗寒力花蕾期>盛花期>幼果期；施用外源物质降低了花器官不同发育阶段半致死温度，提高了花器官的抗寒力；5种外源物质均是通过提高低温胁迫下花器官可溶性糖含量及抗氧化酶SOD、POD活性，降低了细胞MDA含量和电解质外渗率，从而提高了苹果花器官抗寒力。本试验表明施用18 mg/L ABA效果最好，其次是40 mg/L水杨酸。

关键词：抗寒力；苹果花期；芸薹素；水杨酸；甜菜碱；山梨醇；ABA

中图分类号： S661.101文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）09-0109-03

苹果为我国重要的果树树种，山东省、陕西省、甘肃省等苹果主产区花期受寒流侵袭，易遭受低温冻害，导致减产，给生产带来巨大损失。目前，普遍采用施放烟雾、花期喷水等传统方法防止苹果花期冻害，这些方法耗时费力，收效不大。因此，筛选能够有效增强苹果抗寒力的保护剂，不仅能够解决生產实际问题，对于研究低温胁迫基础理论也具有重要意义。芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA作为植物抗逆增强剂，在调节植物抗旱、耐盐碱等方面效用明显，调节机理不尽相同，其施用效果也有所差别。有研究表明，ABA是抗寒基因表达的启动因子，对植物抗寒力的调控起着非常重要的作用[1-3]，甜菜碱作为一种相容性物质对植物的抗逆性起着调节作用。外施ABA、甜菜碱、水杨酸等能够有效提高植物的抗寒力，这已在番茄、水稻、芝麻等植物上多见报道[4-6]，但这些物质对提高苹果花期抗寒力的效果怎样，有什么样的差别，还未见报道。本研究以7年生天红2号苹果为材料，探讨了外施芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA对苹果花期抗寒力及相关生理指标的影响，以期为选择适宜于苹果的抗逆增强剂提供参考，并为揭示苹果花期抗寒生理特性和提高防冻技术提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

试验在山东省果树研究所泰东基地进行，试材为天红2号/SH40/八棱海棠，7年生，生长良好，长势一致，管理水平较高。

1.2试剂与仪器

外源芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA由北京鼎国生物技术有限责任公司生产。DDS-11C型电导仪由上海光学仪器厂生产。

1.3方法

于2016年3月中旬花芽膨大期喷施18 mg/L ABA、200 mg/L 甜菜碱、40 mg/L水杨酸、60 mg/L芸薹素、200 mg/L 山梨醇（为多次试验筛选浓度）。试验按3株每小区，3次重复，随机区组设计。喷施后在显蕾期、盛花期和幼果期分别采集花蕾、花朵和幼果作为试样，在低温冰箱中进行低温胁迫处理，设置0、-2、-4、-6、-8 ℃梯度的胁迫。冰箱放入材料时温度为室温，然后进行降温，降温速度2 ℃/h，达到所需处理温度后维持8 h，之后，切断电源，冰箱温度自然回升至室温，取出材料，将材料室内静置10 h，进行各生理指标测定。

采用杨向娜的方法[7]进行电解质渗出率测定，电解质渗出率=（煮沸前的电导值/煮沸后的电导值）×100%。对电解质渗出率配以Logistic方程y=k/（1+ae-bx），用拟合的 Logistic 方程的拐点温度表示组织的半致死温度LT50[8]。式中，y表示电导率，x表示处理温度，k、a、b为常数，e为自然对数。可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[9]；丙二醛含量用硫代巴比妥酸TBA显色法测定；SOD酶活性用氮兰四唑（NBT）显色法测定；POD酶活性用愈创木酚比色法测定。

2结果与分析

2.1不同处理下苹果花、幼果电解质渗出率

在不同程度低温胁迫下，苹果花蕾、花朵和幼果的电解质渗出率变化趋势一致，均随温度的下降而上升，说明随着低温胁迫的加剧，低温对花器官不同发育时期细胞的伤害逐渐增加（表1）。喷施各调节剂后，苹果花蕾、花朵和幼果电解质渗出率均显著小于对照，说明各调节剂能缓解低温对苹果细胞造成的伤害。花器官不同发育阶段，低温下电解质渗透率不同，花蕾期<盛花期<幼果期，说明花器官在不同的发育阶段抗寒力花蕾期>盛花期>幼果期。比较各调节剂处理下电解质渗透率发现ABA处理的渗透率最低，说明ABA在提高苹果花器官抗寒力方面效果最好，在0 ℃到-6 ℃的低温胁迫下水杨酸处理效果优于芸薹素、甜菜碱、山梨醇，在-8 ℃低温胁迫下水杨酸和甜菜碱效果没有显著差别，二者均优于山梨醇和芸薹素。

2.2不同处理对苹果花、幼果半致死温度的影响

采用电解质渗出率及Logistic回归方程，求得苹果花蕾、花朵和幼果的半致死温度（LT50）（表2）。从表2可以看出，不同处理下花和幼果的半致死温度大小为花蕾<花朵<幼果，表明苹果在器官发育过程中，随着环境温度的上升，器官不同发育时期半致死温度逐渐升高，抗寒性逐渐降低。喷施调节剂后，苹果花蕾、花朵和幼果的半致死温度较对照均明显降低（α=0.05），表明外源芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA均能提高苹果的抗寒力，其中ABA处理施用效果最佳，其次是水杨酸。

2.3不同处理对苹果及幼果MDA含量的影响

MDA是衡量逆境条件下植物细胞膜膜脂过氧化程度的指标。在不同程度低温胁迫下，苹果花蕾、花朵和幼果的MDA含量变化趋势一致，均随温度的下降而上升（表3）。说明随着低温胁迫的加剧，苹果花不同发育阶段细胞膜膜脂过氧化程度增加，细胞伤害逐渐加重。喷施调节剂后，苹果花蕾、花朵和幼果MDA含量均显著小于对照，说明调节剂能缓解低温对植物细胞造成的伤害，低温胁迫下MDA含量依次为花蕾期<盛花期<幼果期。比较各调节剂处理下MDA含量，外源ABA处理MDA含量最低，说明施用效果最好。

2.4不同处理对苹果花、幼果可溶性糖含量的影响

可溶性糖是植物重要的渗透调节物质，是衡量植物抗逆性强弱的重要指标之一。表4表明，在低温胁迫下，苹果花蕾、花朵和幼果的可溶性糖含量均随温度的下降而上升，说明随着低温胁迫的加剧，苹果渗透调节能力逐渐增强。喷施各调节剂后，苹果花蕾、花朵和幼果可溶性糖含量均高于对照，说明各调节剂能增强低温胁迫下花和幼果渗透调节能力。花和幼果低温下渗透调节能力不同，其中花蕾期>盛花期>幼果期。各调节剂处理下以外源ABA处理可溶性糖含量最高，说明其施用效果最好。

2.5不同处理对苹果花及幼果抗氧化酶活性的影响

逆境条件下，植物抗氧化酶活性增强，清除由于逆境而产生的过多的活性氧（ROS），防止活性氧对细胞产生伤害。表5和表6表明，在低温胁迫下，苹果花蕾、花朵和幼果的SOD和POD活性均随温度的下降而呈现先上升后下降的趋势，说明低程度的低温胁迫下，苹果抗氧化酶活性逐渐增强，随着胁迫程度加重，酶蛋白遭到破坏，活性降低。喷施各调节剂后，苹果花蕾、花朵和幼果SOD，POD活性均高于对照， 说明各调节剂均能增强低温胁迫下苹果花器官抗氧化酶活性，提高其抗寒力。比较各调节剂处理下抗氧化酶活性，施用ABA处理抗氧化酶活性显著高于其他处理，施用效果最好。在 0 ℃ 到-2 ℃的低温胁迫下水杨酸处理抗氧化酶SOD、POD活性高于芸薹素、甜菜碱、山梨醇处理，但是在-2 ℃到 -8 ℃ 的低温胁迫下，甜菜碱处理的抗氧化酶SOD、POD活性显著高于水杨酸、芸薹素和山梨醇。这可能是因为甜菜碱具有维持蛋白结构稳定的功能[10]，低温胁迫下能更好维持抗氧化酶功能。

3讨论

低温胁迫下植物细胞膜的结构遭受破坏，且破坏程度随胁迫程度的增加而增大。细胞内电解质外渗率是衡量细胞膜结构破坏程度的指标之一，比较相同胁迫水平下电解质的外渗率，是评价植物抗寒力的一种有效手段[11]。用电解质渗出率及Logistic方程求得半致死温（LT50），是鉴定植物抗寒性强弱的常用方法，已被广泛应用[12]。植物处于逆境条件下，细内自由基清除与产生的平衡被打破，活性氧自由基逐渐积累，对细胞结构产生伤害。细胞膜系统首先受伤害，造成膜内离子渗出和膜脂的过氧化。而作为膜脂过氧化的中间产物之一的MDA，使生物膜受到的伤害进一步加剧[13]。SOD和POD是防御膜脂过氧化作用的重要保护被，是清除逆境下产生的活性氧自由基的关键酶。提高逆境下植物体内清除活性氧自由基的SOD和POD等保护酶活性，就可以减轻膜脂的过氧化程度，降低活性氧自由基对细胞结构的伤害，提高植物的抗逆性[14]。本试验中，施用外源芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA降低了蘋果花蕾、花朵和幼果的电解质渗出率，SOD和POD酶的活性增强，减缓了MDA的积累，增加了可溶性糖的含量，降低了半致死温度，提高了苹果的抗寒性。这在番茄、芝麻、水稻、香蕉等植物上的研究结论基本一致[15-17]。

本研究还发现，外源芸薹素、水杨酸、甜菜碱、山梨醇、ABA对于提高苹果抗寒性效果有所差异，在本试验中，施用外源ABA处理效果最佳，其次是水杨酸。施用甜菜碱处理对于抗氧化酶保护有着显著的作用，显著优于芸薹素、水杨酸、山梨醇，可能是因为甜菜碱具有维持蛋白结构稳定的功能[10]，低温胁迫下能更好地维持抗氧化酶功能。因此，生产中施用调节剂可以有选择地进行复配，以提高施用效果。

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