全 文 ：高温和单氰胺对油桃休眠花芽呼吸代谢的影响*
谭摇 钺1,2 摇 冷传远1,2 摇 李摇 玲1,2 摇 徐臣善3 摇 陈修德1,2 摇 高东升1,2**
( 1山东农业大学园艺科学与工程学院, 山东泰安 271018; 2作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 3德州学院农学
系, 山东德州 253023)
摘摇 要摇 以 3 年生盆栽‘曙光爷油桃为材料,研究油桃自然休眠过程中 50 益高温和单氰胺对
花芽呼吸代谢的影响.结果表明: 高温和单氰胺均可以打破油桃的自然休眠,导致休眠花芽
呼吸代谢显著下降,其呼吸代谢的衰减可持续数小时.主要呼吸途径三羧酸循环(TCA)和磷
酸戊糖途径(PPP)的运行均受到影响.未经破眠处理的花芽 TCA 和 PPP 均呈衰减趋势,而高
温和单氰胺诱导了早期呼吸衰减结束后 PPP的迅速活化.高温还表现出对 TCA 恢复的诱导,
而单氰胺在 96 h内未表现出这种作用.在高温和单氰胺打破自然休眠的机制中,呼吸衰减和
随后出现的 PPP活化可能是重要的组成部分.
关键词摇 高温摇 单氰胺摇 休眠解除摇 呼吸代谢摇 油桃摇 花芽
文章编号摇 1001-9332(2012)09-2504-05摇 中图分类号摇 S662. 5摇 文献标识码摇 A
Effects of high temperature and hydrogen cyanamide on dormant nectarine爷s floral bud re鄄
spiratory metabolism. TAN Yue1,2, LENG Chuan鄄yuan1,2, LI Ling1,2, XU Chen鄄shan3, CHEN
Xiu鄄de1,2, GAO Dong鄄sheng1,2 ( 1College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agri鄄
cultural University, Tai爷 an 271018, Shandong, China; 2State Key Laboratory of Crop Biology,
Tai爷an 271018, Shandong, China; 3Department of Agronomy, Dezhou College, Dezhou 253023,
Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(9): 2504-2508.
Abstract: Taking 3鄄year old potted ‘ Shuguang爷 nectarine (Prunus persica var. nectariana cv.
Shuguang) as test material, this paper studied the effects of high temperature (50 益, HT) and
hydrogen cyanamide (HC) on the floral bud respiratory metabolism of the tree during its natural
dormancy. Both HT and HC could break the natural dormancy of the tree, and lead to a significant
decrease in the respiratory metabolism of floral buds for several hours. The main respiratory path鄄
ways, tricarboxylic acid cycle (TCA) and pentose phosphate pathway (PPP), were affected. For
the buds not received dormancy鄄breaking treatments, both the TCA and the PPP decreased, while
treating with HT and HC induced a rapid recovery of PPP after the early respiratory attenuation. HT
also induced the recovery of TCA, but HC did not show this effect in 96 hours. Therefore, respira鄄
tory attenuation and the following PPP activation could be the important part in the floral bud respir鄄
atory mechanism of HT鄄 and HC鄄induced dormancy release.
Key words: high temperature; hydrogen cyanamide; dormancy release; respiratory metabolism;
nectarine; floral bud.
*“十二五冶国家科技支撑计划项目(2011BAD12B02)和山东省优秀
中青年科学家科研奖励基金项目(BS2011NY011)资助.
**通讯作者. E鄄mail: dsgao@ sdau. edu. cn
2012鄄02鄄27 收稿,2012鄄06鄄26 接受.
摇 摇 自然休眠是木本植物为抵御冬季低温而发展出
的一种适应性[1] . 自然条件下,一定时间的低温积
累是自然休眠解除的必要条件[2-3],没有足够的低
温积累,植物不能够正常萌芽生长[4] . 这种特性成
为落叶果树在暖冬地区进行经济生产的主要障
碍[5-6],也是现阶段限制我国设施果树生产的重要
因素之一.
高温和一些化学药剂,如单氰胺和叠氮化钠等,
都具有打破果树自然休眠的作用[7-10] .虽然生产中
尚不能应用,但 50 益高温已经被证明是一种有效的
破眠手段[8-9] .单氰胺是目前应用较广泛的破眠剂,
在低温积累不足的地区使用单氰胺能够打破芽自然
休眠,并使其正常萌发[6,10] .但目前对人工破眠相关
机制的研究还远远不足,大多是依靠经验对旧方法
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 9 月摇 第 23 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2012,23(9): 2504-2508
的改进,使得破眠技术的发展受到很大限制.有研究
表明,呼吸代谢的变化与自然休眠进程密切相
关[11-13],而在一些人工破眠过程中,也发现呼吸代
谢与休眠解除相关联[10,14] . 例如,Halaly 等[14]研究
表明,高温解除自然休眠的同时伴随着呼吸胁迫的
出现,并认为这可能是高温破眠机制的一部分;
P佴rez等[10]发现,呼吸代谢的抑制剂 NaN3对葡萄具
有明显的破眠作用. 这些说明呼吸代谢可能参与自
然休眠解除的调控. 本文研究高温和单氰胺在底物
水平上对油桃休眠芽呼吸代谢的影响,旨在探讨二
者打破自然休眠的相关机制,为高效破眠技术的开
发提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料与试验设计
试验于 2011 年 11—12 月在山东农业大学进
行.供试材料为 3 年生盆栽‘曙光爷油桃(Prunus per鄄
sica var. nectariana cv. Shuguang),正常管理. 于 11
月 28 日(‘曙光爷油桃正处于内休眠时期),将生长
一致的 18 盆油桃分为 3 组进行试验,每盆 1 株,共
18 株.试验设 3 个处理:1)对照(CK),直接由室外
转移至人工气候室;2 )单氰胺处理 ( HC),喷施
0郾 5%单氰胺[15]后转移至人工气候室;3)高温处理
(HT),置于 50 益高温环境中 1 h 后转移至人工气
候室. 气候室条件为温度 25 益,光照强度 40
滋mol·m-2·s-1,昼 /夜:12 h / 12 h,相对空气湿度
80% .每处理 3 个重复.
1郾 2摇 测定项目与方法
1郾 2郾 1 花芽状态检测摇 采用测定萌芽率的方法检测
花芽的自然休眠状态[14] .供试油桃在人工气候室培
养 25 d后统计萌芽率,若萌芽率超过 50% ,即确定
为自然休眠被解除,否则认为仍处于自然休眠状态.
1郾 2郾 2 呼吸代谢测定 摇 分别于处理前(0 h)和处理
后 6、12、24、48 和 96 h (以破眠处理操作结束时开
始计时)进行呼吸代谢的测定. 参照李瑾等[16]和于
芹等[17]的抑制剂法,使用液相氧电极系统(Oxythe鄄
rm,英国),以丙二酸(50 mmol·L-1 )为 TCA 抑制
剂、Na3PO4(50 mmol·L-1)为 PPP抑制剂进行测定,
以氧气消耗速率表示呼吸速率,测定温度 25 益 . 测
定时,称取已剥除鳞片的花芽 0. 1 g,充分抽气后将
芽体置于反应杯中,加入 2. 0 mL蒸馏水或抑制剂溶
液后开始测定,待反应曲线稳定并达到一定长度后,
停止反应,记取数据.
按照公式 R = RTCA +RPPP +Rres计算各途径速率.
在无任何抑制剂时测得总呼吸速率(R),同时加入
丙二酸和 Na3PO4 测得剩余呼吸速率(Rres),仅加入
丙二酸时的呼吸速率减去 Rres 得到 PPP 速率
(RPPP),R 减去仅加入丙二酸时的呼吸速率得到
TCA速率(RTCA).分别以以 RTCA和 RPPP占 R 的百分
比表示 TCA 和 PPP 途径在总呼吸中所占的比例
(PTCA,PPPP).试验结果为 3 次测定的平均值.
1郾 3摇 数据处理
采用 SPSS 13. 0 软件进行数据统计分析,使用
one鄄way ANOVA进行方差分析并使用 Duncan 法进
行多重比较(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 高温和单氰胺对休眠芽萌发的影响
转移至人工气候室后,第 25 天,对照中油桃花
芽无萌发迹象,说明油桃花芽仍处于自然休眠期;高
温处理后,第 25 天花芽萌芽率达到 79. 4% ,说明高
温打破了花芽的自然休眠;0. 5%单氰胺处理后,第
25 天花芽萌芽率达到 72. 1% ,说明单氰胺处理也打
破了花芽的自然休眠.
2郾 2摇 高温和单氰胺对花芽总呼吸的影响
从图 1 可以看出,高温和单氰胺处理均使休眠
花芽的呼吸在 0 ~ 48 h内显著下降.随时间的推移,
对照中花芽的呼吸速率呈逐渐下降趋势,处理后 96
h下降了 24. 6% .高温处理后,花芽呼吸速率大幅下
降,处理后 12 h 降至最低点,仅为初始水平的
50郾 1% ;12 h 后花芽呼吸速率逐步恢复,96 h 恢复
至初始值的85郾 0% .单氰胺对花芽呼吸的抑制作用
图 1摇 高温和单氰胺对油桃花芽总呼吸速率的影响
Fig. 1摇 Effects of high temperature and hydrogen cyanamide on
respiration rates of nectarine floral buds.
CK:对照 Control; HT:高温处理 High temperature treatment; HC:单氰
胺处理 Hydrogen cyanamide treatment. 不同小写字母表示处理间差异
显著(P<0. 05) Different small letters meant significant difference among
different treatments at 0. 05 level.下同 The same below.
50529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 谭摇 钺等: 高温和单氰胺对油桃休眠花芽呼吸代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
较高温弱,呼吸强度的最低点出现在处理后 6 h,为
初始值的 59. 2% ,受抑制后花芽的恢复较快,处理
后 12 h恢复至初始值的 69. 9% ,处理后 96 h 恢复
至初始值的 87. 7% .
2郾 3摇 高温和单氰胺对花芽 TCA运行的影响
从图 2 可以看出,转移至人工气候室后,对照中
TCA的运行呈下降趋势. TCA 的速率在前期快速下
降,处理后 48 h 达到最低点,与 0 h 相比下降了
82郾 7% ,在总呼吸速率中的比例也由 22郾 8%下降到
5郾 1% ,此后趋于稳定.
摇 摇 高温处理后,油桃花芽 TCA速率呈先减小后升
高的趋势. 在处理后 24 h 降低到初始速率的
21郾 4% ,达到最低点,此时 TCA 速率在总呼吸速率
中占 6. 9% . 到处理后 96 h,TCA 速率恢复至初始
水平.
单氰胺处理后 TCA变化与对照相似,TCA的活
性和比例均明显下降. 在处理后 24 h,TCA 速率降
低至最低点,与初始速率相比下降了 72. 4% ,占总
呼吸速率的 8. 9% .至处理后 96 h,TCA速率仍未恢
复到初始水平.
2郾 4摇 高温和单氰胺对花芽 PPP运行的影响
从图 3 可以看出,转移至人工气候室后,对照中
PPP呈下降趋势,但其速率和在总呼吸中的比例高
于 TCA. PPP 速率在处理后 12 h 下降了 46. 5% ,在
总呼吸中的比例也降低至 31. 3% ,此后趋于稳定.
高温处理后,油桃花芽PPP速率呈先减小后增
图 2摇 高温和单氰胺对油桃花芽 TCA速率和比例的影响
Fig. 2摇 Effects of high temperature and hydrogen cyanamide on
rates and proportions of TCA in nectarine floral buds.
图 3摇 高温和单氰胺对油桃花芽 PPP速率和比例的影响
Fig. 3摇 Effects of high temperature and hydrogen cyanamide on
rates and proportions of PPP in nectarine floral buds.
高的趋势. PPP速率的最小值出现在处理后 12 h,为
初始速率的 48. 5% ,48 h 恢复至初始水平,并趋于
稳定. PPP在总呼吸中的比例与速率不同,高温处理
后 24 h内 PPP比例在 40. 0% ~50. 0%区间波动,但
在处理后 48 h显著提高.
单氰胺对 PPP的影响与高温相似.单氰胺处理
后,PPP速率在处理后 6 h 降至最低点,为初始值的
49. 5% ,此后缓慢恢复,至处理后 48 h 恢复至初始
水平. PPP的运行比例在处理后 24 h 内没有显著变
化,在 40. 0% 上下波动,但在处理后 48 h 出现
62郾 5%峰值.
3摇 讨摇 摇 论
关于自然休眠解除机制的研究涉及多个领域,
休眠相关呼吸代谢的研究是其重要的组成部分. 在
自然休眠发生和解除的过程中,不同阶段对应着不
同的呼吸代谢模式[11,16-17] . P佴rez等[18]发现,亚热带
地区葡萄休眠程度较温带地区浅,但休眠期并不缩
短,这可能与温暖气候引起的高线粒体呼吸水平有
关.这些现象都说明呼吸代谢参与了休眠的调控过
程.此外,多种人工破眠过程也表现出与呼吸代谢的
高度相关.叠氮化物(azide,N3 -)是呼吸代谢电子传
递的抑制剂[19],具有显著的破眠作用[10] .离体试验
表明,破眠剂单氰胺对线粒体呼吸具有抑制作
用[10] . Halaly等[14]发现,高温处理和单氰胺均可诱
6052 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
导葡萄休眠芽中丙酮酸脱羧酶基因和乙醇脱氢酶基
因表达的上调,说明正常的有氧呼吸可能受到了干
扰;基因表达分析也说明,H2CN2 破眠和热激破眠过
程中线粒体活性干扰和低氧环境对休眠解除可能有
重要作用[20] .本研究中,高温和单氰胺表现出对呼
吸代谢的抑制作用,这种抑制在处理结束后仍会持
续数小时,与前人研究结果一致. 这些研究说明,呼
吸胁迫在人工破眠的机制中可能具有重要作用.
PPP和 TCA是与自然休眠密切相关的两条耗
氧呼吸支路[16,21] . 处于自然休眠期的油桃花芽以
PPP为主要代谢途径,并且对 PPP 的抑制剂 Na3PO4
敏感,休眠解除后则逐渐转化为以 TCA 为主[22] .高
温破眠处理后 24 h,高温处理的花芽 TCA 开始活
化,而对照中 TCA 仍然维持低水平运行,这与萌芽
过程中 TCA 的活化一致[22] . TCA 是正常状态下细
胞内呼吸代谢的主要途径,其活化程度与自然休眠
的解除程度相一致.单氰胺处理中 TCA在 96 h内未
出现活化,这说明高温和单氰胺在破眠机制上存在
差异.许多研究表明,种子和芽的休眠与 PPP 相关.
例如,P佴rez等[10]在 NaN3 和单氰胺诱导的自然休眠
解除过程中均检测到 PPP 关键酶转录水平的提高.
本研究中进行破眠处理后,PPP 的运行与对照相比
明显不同,高温和单氰胺对 PPP 活性产生了短期抑
制,但也诱导此途径在抑制后的迅速活化. 这说明
PPP活化可能在高温、单氰胺以及 NaN3 等诱导的休
眠解除过程中起着重要作用,但此途径在休眠解除
过程中的作用还需要进一步研究.此外,PPP关键酶
葡萄糖鄄6鄄磷酸脱氢酶参与包括氧化胁迫和盐胁迫
在内的多种胁迫反应[23-25],在维持抗氧化系统的正
常运行中有重要作用[26-27],因此高水平的 PPP还可
能与高温和单氰胺引起的胁迫反应有关.
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作者简介摇 谭摇 钺,男,1986 年生,博士研究生. 主要从事果
树生理研究. E鄄mail: tanyue0536@ 163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
8052 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷