12个果桑品种在保定地区自然越冬过程中的生理生化响应_杨凝薇.pdf

第 37 卷第 8 期干旱区资源与环境Vol 37No 82023 年 8 月Journal of Arid Land esources and EnvironmentAug 2023文章编号:1003 7578(2023)08 153 09doi:10 13448/j cnki jalre202319612 个果桑品种在保定地区自然越冬过程中的生理生化响应*杨凝薇，王丽，郭倩，文海朝，刘炳响，李红姣(河北农业大学林学院，保定 071000)提要:为了解不同品种果桑的低温适应能力，以 12 个不同品种的果桑一年生枝条为试验材料，在河北省保定地区植物越冬期间，测定其生理生化指标，调查田间抽条率，利用模糊隶属函数法对不同品种果桑的自然越冬能力进行综合评价，以期筛选出能在河北省正常越冬的优良品种，为果桑产业发展提供理论依据。结果表明:在自然越冬期间，果桑枝条的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性总体呈现先升高后降低的趋势;可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量，会随着温度的变化表现为先上升后下降的趋势;丙二醛(MDA)含量总体呈现先升高后降低再升高的趋势。在田间抽条率的调查中，得出 大马牙 的抽条率最小，为 0 00%;小白鹅 的抽条率最大，达到 12 43%。经过隶属函数法以及平均气温加权法综合评价不同品种果桑的抗寒性强弱，结合枝条抽条率筛选出果桑品种 大马牙 在这 12 个品种中的抗寒性最强，而抗寒性最弱的为 小白鹅。关键词:果桑;自然越冬;生理生化;抽条率;隶属函数法中图分类号:Q945文献标识码:A桑树(Morus alba L)是桑科桑属的落叶乔木，作为我国优良的乡土树种，栽培历史悠久，地理分布广泛，是名副其实的药食同源树种1。果桑是以生产桑果为主要目的的桑树，桑果富含多种营养成分2，有补肾养心，强肝益血的食疗保健功能以及降低血糖、防止动脉硬化等医疗保健功能。近年来，低温灾害以及极端气候频繁发生，影响着植物的生长发育和分布3 4。自然越冬过程中的低温和冻害对植物生长发育有着不可忽视的影响5 6。当受到低温胁迫时，植物细胞将快速合成并积累渗透调节物质，用来维持细胞内的渗透势平衡7。抗氧化系统能有效清除非生物胁迫下积累的活性氧，防止对细胞造成一定程度的不可逆破坏8。武玉璧等9 研究表明桑树在自然越冬期间，游离脯氨酸含量越高的品种抗寒能力越强。可溶性糖与可溶性蛋白可维持植物细胞内的渗透平衡10 11，并有试验证实抗寒能力强的品种其含量高于其他品种。杨梅12 通过试验证实了植物各项生理指标在不同程度的低温下差异显著。果桑适应性强，经济生态和社会效益较高，但不同品种果桑的抗寒性表现不尽相同，抗寒能力低的果桑品种不仅会在低温越冬过程中出现冻害抽条的现象，严重时还会影响树体发育以及果实产量。因此研究不同品种果桑在越冬期间的生理生化响应，以及越冬之后的抽条现象，全面研究不同品种间的抗寒特性尤为重要，以期综合反应果桑在河北省保定地区的抗寒特性，并筛选出适合当地的果桑抗寒品种。文中以不同品种的果桑一年生枝条为试验材料，测定其在自然越冬过程中的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性，丙二醛(MDA)、可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸的含量，以及越冬之后的抽条率;利用模糊隶属函数法对不同品种果桑的自然越冬能力进行综合评价，筛选出适合河北省当地冬季气温条件的优良品种，为今后果桑产业发展提供理论依据。1材料与方法*收稿日期:2023 2 24;修回日期:2023 3 31。基金项目:河北省自然科学基金(C2019204257);保定市科技计划项目(2211G014)资助。作者简介:杨凝薇(1997 )，女，汉族，河北石家庄人，硕士，主要从事经济林资源开发与利用研究。E mail:978891058 qq com通讯作者:李红姣(1987 )，女，汉族，河北保定人，讲师，主要从事经济林资源开发与利用研究。E mail:lihongjiao0103126 com1 1试验地概况试验地位于河北农业大学桑树种质资源圃，暖温带大陆性季风气候。年平均气温 13 4，最高温度 43，最低温度 20，无霜期 165 210d。年降雨量为 498 9mm，平均降水天数为 68d。年平均日照时数 2511 0h，占可照时数的 56%。试验地的土壤为壤土，肥力中等，建有完善的灌溉与排水系统，栽培管理措施均一致。试验地在越冬期间的温度变化(表1)。表 1 自然越冬过程中的试验地气温Table 1 Temperature at the test site during natural overwintering温度/日期月份202010 202011 20201220211202122021 3平均温度()1355253358平均最高温度()2011231013平均最低温度()607933极端高温()252110112423极端高温日期(月/日)10/1010/1210/231/302/213/31极端低温()261519116极端低温日期(月/日)10/2310/2210/251/62/163/1注:数据来源于浏览器搜索“2345 天气王”。1 2试验材料试验材料为河北农业大学桑树种质资源圃栽植的 12 个品种果桑(表 2)。不同桑树品种于 2018 年春季在相同实生苗上进行嫁接，均于 2019 年和 2020 年春季萌芽前进行低干树形修剪。选取生长势一致的桑树，每 3 株为一组，重复 3次，株行距为 1 5m 3 0m。于 2020 年 10 月 15 日采集新梢，以及 2020 年 11 月至 2021 年 3 月的每月 15 日采集一年生枝条:每个品种选取三株桑树，分别于不同方位采集新梢或一年生粗度一致且无伤害的枝条，剪取枝条中部 30cm 的部分，用自封袋包好，立即装入冰盒带回实验室。之后避开芽眼剪成小于 1cm 的薄片，放入冷冻后的研钵中，冰浴研磨成粉末，在 80的超低温冰箱中保存备用。1 3试验方法1 3 1保护膜系统CAT 活性的测定采用过氧化氢法13;SOD 活性的测定采用 NBT(氮蓝四唑)光还原法14;POD 活性测定采用愈创木酚法14。1 3 2渗透调节系统表 2 试验材料名录Table 2 List oftest materials材料名称收集地大马牙山东省临清市甜桑 202江苏省镇江市中桑 5801江苏省镇江市日本果桑江苏省镇江市荷兰桑江苏省镇江市塘 10广东省广州市黑珍珠广东省茂名市黑桑葚广东省广州市大白鹅河北省东光县小白鹅河北省东光县深县黄鲁山东省临朐县农桑 14浙江省杭州市可溶性糖含量的测定采用蒽酮法15;可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法15;游离脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法16。1 3 3丙二醛MDA 含量测定参照硫代巴比妥酸(TBA)法15。1 3 4抽条现象在越冬休眠结束(3 月)，树体开始正常生长的阶段，对各品种一年生枝的抽条情况进行调查统计。每个品种选取3 株桑树上不同方位的无损伤且粗度一致的枝条。测量其枝条长度以及对应抽条部分的长度。抽条率计算公式为:抽条率=抽条长度/对应枝条长度 100%1 4数据处理及分析数据处理汇总用软件 EXCEL2016 进行，数据分析用 SPSS 19 0 进行 Duncan 氏新复极差法显著性分析以及隶属函数值法进行抗寒性综合评价。采用隶属函数法进行抗寒能力的评定。计算隶属函数法公式如下。其中与抗寒性呈正相关的指标采用公式(1)计算:U(Xi)=(Xi Xmin)/(Xmax Xmin)(1)对与抗寒性呈负相关的指标采用公式(2)计算:U(Xi)=1 (Xi Xmin)/(Xmax Xmin)(2)式中:Xi为指标测定值;Xmax和 Xmin分别表示某一指标的最大值与最小值。2结果与分析2 1枝条 POD 活性变化POD 属于植物体中活性较高的酶，主要作用是催化分解，使其底物氧化产生过氧化物，协同 SOD 和CAT 共同清除自由基17。有研究表明，POD 活性越高的品种抗寒能力越强18。自然越冬期间，各品种果桑枝条的 POD 活性变化(表 3)，大马牙 的枝条 POD 活性呈现“升 降”的451干旱区资源与环境第 37 卷趋势，由差异显著性分析可以看出，在 12 月的 POD 活性显著高于其他月份。日本果桑、荷兰桑、塘10、黑珍珠 、黑桑葚 、大白鹅 、小白鹅 和 农桑 14 的 POD 活性变化趋势为“降 升 降”，在 10月或 12 月份显著高于其他月份。甜桑 202、中桑 5801 和 深县黄鲁 的 POD 活性处于一直下降的趋势，并且在 1 2 月份无显著差异，说明不同品种果桑对低温的响应不同，各品种果桑枝条的 POD 活性变化无明显规律(P 0 05)。由表 3 可以看出，在自然越冬过程中，各品种果桑的 POD 活性在 10 月或 12 月显著高于其他月份。日本果桑 的 POD 活性在 10 月与 12 月无显著差异，均高于其他时间。大马牙、大白鹅 的 POD 活性在 12 月显著高于其他时间，与 10 月相比，增幅分别为 29 2%和 47 1%。而荷兰桑、黑珍珠、农桑 14 在平均温度最低的 1 月，POD 活性显著高于其他时间，与 10 月相比，增幅分别为 41 8%、23 2%、17 7%，其他品种的 POD 活性均在 10 月最高(P 0 05)。由于降温初始，植株对于低温状态的不适应，导致枝条 POD 活性出现下降的趋势，随后植株经过短暂的抗寒锻炼，抗寒能力逐渐增强，POD 活性随之上升。之后随着气温的回暖，POD 活性逐渐降低，并且在温度相差较少的 2 月与 3 月，POD 活性差异不显著(P 0 05)。表 3 自然越冬过程中桑枝的 POD 活性Table 3 POD activity of mulberry branches during natural overwintering(Umin1g1FW)品种不同月份的果桑枝条 POD 活性2020102020 112020 12202112021220213大马牙2586 107b2620 2 39b3341 201a1186 277c1403 067c1279 121c甜桑 20216 47 030a 1421 2 55ab1161 3 14b5 82 112c3 00 067cd224 014d中桑 580118 82 268a952 2 42b905 0 34b277 104c421 1 65c245 0 08c日本果桑10 55 147a158 0 22c11 58 3 40a476 1 01b2 11 148bc142 0 68c荷兰桑1044 053b221 0 69d6 21 1 62c1480 3 93a4 24 035cd371 023cd塘 1017 26 395a780 144bc 1217 473ab 13 08 335ab533 154c42 0 55c黑珍珠10 41 083ab196 0 36d335 214cd1065 247a6 62 294bc515 279cd黑桑葚10 49 185a247 0 88c582 2 59b526 145bc5 53 121b3 86 048bc大白鹅11 00 110ab253 0 27d1618 711a924 116bc9 24 094bc476 018cd小白鹅12 94 215a133 0 25d888 1 51b962 103b6 42 234bc477 2 53c深县黄鲁16 12 096a942 2 69b567 055c699 245bc6 53 173bc565 1 84c农桑 149 86 056c711 028b1067 222a1159 126a1149 126a723 151cb注:不同小写字母表示同一品种果桑各月份间在 005 水平上差异显著。下同。2 2枝条 SOD 活性变化SOD 能够催化超氧化物，在低温条件下，SOD 会被活