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低温胁迫对杏花SOD活性和膜脂过氧化的影响



全 文 :果 树 科 学 , 17 ( 3) : 197 一 20 1 , 2X( 刃
Jo tm l a l of F ur it 氏 ie cn e
低温胁迫对杏花 S O D 活性
和膜脂过氧化的影响
王 华 ` 王 飞 “ 陈登文“ 丁 勤“
( ’ 西北农林科技大学葡萄酒学院 , 2园艺系 ;陕西杨凌 71 21 0 )
摘 要 以大曹杏 、 意大利 7 号 、 径阳梅杏三个抗寒性不同的杏品种为试材 ,经不同低温 (盛开花
为 : 0℃ 、 一 1℃ 、 一 3 ℃ 、 一 5℃ 、 一 6℃ 、 一 8℃ ;花蕾为 一 2℃ 、 一 3℃ 、 一 5 ℃ 、 一 7℃ 、 一 9℃ 、 一 1 ℃ )胁迫
s h 后测定杏花的 so D 活性和细胞质膜透性及丙二醛 ( M l) A )含量 ,观察褐变情况 。 结果表明 :随着
处理温度的降低 ,细胞质膜透性明显加剧 , MD A 含量呈规律性的变化 , so D 活性先上升后下降 ,且
蕾期和盛花期表现一致 ,说明 SOD 活性 、 MD A 含量和细胞质膜透性均可做为抗寒性鉴定的指标 。
关键词 杏 ;低温胁迫 ;褐变率 ; M D A ; SOD
E n笼c st o f L ow T e m pe m t u r e S t er s s o n S O D A c it 讨yt a dn M e m
·
b r a n e D e r o 对 id az it o n o f A P ir co t n o we sr
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杏树为我国北方主要栽植的果树之一 ,适应性强 , 结果早 , 寿命长 , 因而栽培广泛 。 但杏仍
存在产量不稳 的问题 ,其主要原因之一是杏花芽休眠期短 ,春季萌芽及开花较早 , 易受晚霜危
害 ,造成减产 〔` ] , 甚至绝收 z[, 3〕 ,给生产带来巨大的经济损失 , 已引起科技人员的广泛关注 。 已
有资料发现杏耐寒性与杏花的生理和形态有关 ,但有关这方面的报道较少 。 因此 ,我们研究了
低温胁迫对杏花 SO D 活性和膜脂过氧化作用 的影响 , 探讨杏花寒害的生理机制 , 为杏寒害防
御提供理论依据 。
1 材料和方法
1
.
1 材料
试材来 自西北农业大学果树站杏种质资源圃 。 选用抗寒性不 同的 3 个杏品种 : 大曹杳 、意
本文于 1塑更)一 11一o 收到 。
王华 ,女 , 40 岁 ,副教授 ,硕士 。
DOI : 10. 13925 /j . cnki . gsxb. 2000. 03. 012
1 9 8 果 树 科 学1 7卷
大利 7号 、径 阳梅杏川 。 树龄1 2一 巧 年 。 在花蕾期和盛花期分别采样 。
1
.
2方法
1
.
2
,
1 冷冻处理 各品种分别在花蕾期和盛花期采样 (采用随机采样法 ) ,从正常发育的一年
生枝基部的第四个花剪取 20 一 50 Cm 长的枝条 。 将所采集的枝条装人聚 乙烯袋 中 , 带回室 内 ,
放人超低温冰箱中进行人工冷冻处理 。 花蕾的处理温度为 一 2℃ 、 一 3℃ 、 一 5℃ 、 一 7℃ 、 一 9℃ 、
一 n ℃ ;盛开花的处理温度为 O℃ 、 一 1℃ 、 一 3℃ 、 一 5℃ 、 一 6℃ 、 一 8℃ 。 对照为田 间温度 ( 12 -
16 ℃ ) 。 当达到所需的冷冻温度后 , 维持 s h , 然后取出样 品 ,于室内静置 or h 后进行测定 。
1
,
2
.
2 统计低温处理后花蕾、 盛开花的揭变情况 对不同处理的材料分别随机抽样 团 朵花 ,
进行观察 , 以器官变褐 50 % 为受冻 ,计算褐变百分率 :
褐变百分率 = (褐变花朵数 / 总观察花朵数 ) x 10
1
.
2
,
3 细胞膜相对透性的测定囚 用 D D S一 1c1 型电导仪测定其电导值 , 以样品 (整个花朵 )
煮前电导率占煮后电导率百分比表示 。 MDA 含量和 s 0 D 活性测定按王爱国阎等方法进行 。
2 结果与分析
2
.
1 不 同低温处理后不同杏品种花褐变率的变化
在低温处理下 ,花出现褐变 ,说明花已受到不同程度的伤害。 从表 1 可知 : 不同品种 ,在未
受到冻害的温度范围内 , 花的褐变率为 0 , 花表现正常 ,但花蕾降到 一 5℃时 , 盛开花降到 一 3℃
时 ,花的褐变出现 ,并 明显增大 ,如继续降温 , 花完全变褐死亡 。 花 的褐变率越高 ,说明受冻害
越严重 ,抗寒性就越差 。 经 一 7℃处理后 ,花的褐变率意大利 7 号 < 大曹杏 < 径阳梅杏 ,说明花
蕾抗寒性意大利 7 号 > 大曹杏 > 径 阳梅杏 。 盛开花也 可得到同样的结果 。 从表 1 还可看 出 ,
同一个品种的花蕾与盛开花 ,抗寒性不同 ,花蕾的抗寒性大于盛开花 。
表 1 不同杏品种经低温处理后花褐变率调查
T al 日e 1 nI v仪七孚itI 曲 of c月d 坷 u r y of d l e fl o w e r of d in免六” t aP d c o t v别 d比 es
“ a e r t瑰以ed 初ht 10 w et 州ep ar ot 代 %
品种 V面eyt
花蕾 iP kn bl 朋 l
CK 一 2℃ 一 3℃ 一 5℃ 一 7℃
盛开花 F il fl 洲 e r
C K 一 0℃ 一 1℃ 一 3℃ 一 5℃ 一 6℃
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一 11℃
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o意大利 7 号 Ilal y oN . 7
大曹杏 D a e~ gn径阳梅杏 」i卿 an 罗犯i石 119 0 0
2
.
2 不 同杏品种的相对电导率与 L T面
由表 2 可知 ,不同杏品种花蕾和盛开花经不同低温处理后 ,其电解质渗出率随处理温度的
降低呈上升趋势 ,利用电解质渗出率配合 助乡s it C 方程确定 3 个品种的 U与 , L l场越低 , 抗寒性
越强 。 由此可知 ,花蕾的抗寒力大小顺序为意大利 7 号 ( 一 8 . 4 ℃ ) > 大曹杏 ( 一 6 . 6℃ ) > 径 阳
梅杏 ( 一 6 . 0 ℃ ) ,盛开花的抗寒力顺序为意大利 7 号 ( 一 5℃ ) > 大曹杏 ( 一 3 . 3℃ ) > 径 阳梅杏
(
一 3
.
1℃ ) , 与花的受冻褐变率的实际观察相符 ,且各品种 的花蕾和盛开花抗寒顺序一致 。 花
蕾 ,抗寒力强的意大利 7 号 , 电解质渗出率一开始就 比大曹杏和径 阳梅杏低 ,其变化幅度从对
照的 1 . 13 % 变化为 一 n ℃ 的 28 . 2% ; 而不抗寒的径 阳梅杏从对照 的 6 . 0 % 变化 为 一 n ℃ 的
42
.
4%
, 变化幅度最大 ;大曹杏变化幅度居 中。 盛开花 , 意大利 7 号 的电解质渗出率在试验处
3 期 王 华等 :低温胁迫对杏花 o s D活性和膜脂过氧化的影响
理温度下均低于大曹杏和径阳梅杏的电解质渗出率 , 其变化幅度为24 . 7% ;径阳梅杏的电解质
渗出率在试验处理温度下 均低 于意大利 7 号和大曹杏 , 其变化幅度为 35 . 7% ;大曹杏居 中为
27
.
8%
,说明用 电解质渗出率配以 助ig st i。 方程可做为杏的抗寒指标之一 。
表 2 不同温度处理对不同品种的杏花曹和盛开花相对电导率和 L与的影响
T a b le Z E伤eC st 皿 比肠灯ve e l ec t or “ 柱c c OI 侧uI d 习川犯 . 日 L肠 of P如` b曰如 翻日 加 u n o 俩吧招 %
花蕾 iP kn b u d品种 V田 i eyt
盛 开花 I , u l l fl o w e r
8℃ 口场
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意大利 7 号
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.
7
大曹杏
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径 阳梅杏
2℃ 一 3℃
4 6
.
3
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一 8
.
4
O℃ 一 1℃ 一 3℃ 一 5℃ 一 6℃ 一
9
.
2 12
.
6 13
.
2 18
.
2 32
.
1 32
0 7
.
0 12
.
8 14
.
2 25
.
3 3 5
.
2 4 2
.
4
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2
.
3 不 同低温处理下不同杏品种 MD[ A 含量的变化
M DA 是膜脂过氧化产物 ,对质膜有毒害作用 。 由表 3 可以看出 , 随着处理温度的下降 ,
意大利 7 号 、大曹杏 、径阳梅杏 3 个抗寒性不同的杏品种 花蕾随低温处理 MD A 含量呈上升趋
势 , 这说明了在低温胁迫下增强了膜脂过氧化作用 。 并且它们在各 自上升过程中的幅度不 同 。
意大利 7 号 0 . 6 2 x 10 一 2 一 2 . 7 4 x 10 一 2 ( 4 .妮 倍 ) , 大曹杏从 0 . 7 x 10 一 “ 一 3 . 12 x l o 一 2 ( 4 . 46 倍 ) ,
径阳梅杏从 0 . 75 x 10 一 2 一 3 . 38 x 1o 一 2 ( 4 . 51 倍 ) 。 上升幅度大小为意大利 7 号 < 大曹杏 < 径阳
梅杏 。 在 C K一 9℃ 之间 , MD A 含量意大利 7 号 < 大曹杏 < 径 阳梅杏的 MDA 含量 , 说明花蕾耐寒性意大利 7 号 > 大曹杏 > 径 阳梅杏 。
表 3 不同低温处理下不同杏品种 M )I[ A 含 , 的变化
T a b le 3 hC班唱 e of M D[ A c o n et n t of 山爪代爪 叩对c优 v侧 d e柱se . 以 k r t er 的闭
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品种 V iar eyt
意大利 7号
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大曹杏
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径阳梅杏
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花蕾 Pikn b u d
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盛开花 F lu l fl~
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一 7℃
2
.
7 0 x l 0
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一 3℃
1
.
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一 5℃ 一 6℃
1
.
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.
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.
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.
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.
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.
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一 2 2
.
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.
5 9 x l o
一 2 1
.麟 x l o一 2
而盛开花 ,经过不同低温处理后 3 个杏品种 的 M D A 含量变化基本上呈 “ S” 形曲线 。 意大
利 7 号 、大曹杏 、径 阳梅杏 3 个品种的盛开花在 一 3℃ 、 一 5℃ 、 一 6℃的低温胁迫下 ,它们的 M DA
含量均 比对照处理温度有不同程度 的增 加 。 意大利 7 号在 一 3℃ 、 一 5 ℃ 、 一 6℃低温胁迫后 ,
M DA 含量分别为对照的 1 . 92 倍 、 1 . 51 倍 、 1 . 59 倍 ; 大曹杏为 3 . 04 倍 、 2 . 24 倍 、 2 . 29 倍 ;径 阳梅
杏为 2 . 17 倍 、 1 . 57 倍 、 1 . 52 倍 。 由表 3 也可看出 , 在各处理温度下 , MDA 含量的顺序总是意大
利 7 号 < 大曹杏 < 径阳梅杏 ,说明这 3 个品种盛开花 的耐寒性大小为意大利 7 号 > 大曹杏 >
径阳梅杏 。
实验证明 ,通过测定不同温度下杏花蕾 、 盛开花 M DA 含量的变化与我们测得的相对 电导
率和观察花的褐变结果较为符合 。 所以 , M DA 含量也可以做为一个预测植物抗寒的指标 。
果 树 科 学 17 卷
2
.
4 不同低温处理下不同杏品种 SO D含量的变化
s oD是防止氧自由基对细胞膜伤害的关键酶 , 对清除低温下 自由基伤害起重要作用 。 试
验结果表明 : 花蕾在不 同的处理温度下 , SO D 含量变化不 同 : 在 一 2℃ 以上时 , 各品种 SO D 含量
均呈 _ L升趋势 ;在 一 3 - 一 9℃之间 ,各品种 SOD 含量呈下降趋势 , 其中在各试验处理温度下 ,
意大利7 号 SOD 含量最高 , 大曹杏 SO D 含量居 中 ,径 阳梅杏 SO D 含量最低 。 在盛开花 SO D 含
量的变化与花蕾的总趋势基本一致 : 在 CK一 10 ℃之间 , SO D 含量呈上升趋势 ;在 一 3 - 一 6℃之间 , SO D 含量呈下降趋势 ,且在各处理温度下 , S OD 含量的大小为意大利 7 号 > 大曹杏 > 径
阳梅杏 ,说明 , SOD 活力 的变化与抗寒性有密切的关系 。
表 4 不同低温处理下不同杏品种 SO D 含 t 的变化
T a b le 4 hC 曰唱 e of S D D c o n t e n t of d让er n ” t aP ir c ot v侧 d e廿es IU记e r t六 , 奴月
初比 创晚代咐 10 w tem详花奴叮 e .u g一 IwF
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一 1
花蕾 R汰 bu d品种 俪 eyt 一 一 7℃ 5℃ 一 6℃意大利 7 号h al y N o . 7大曹杏Dac ao x l n g径 阳梅杏 65 . 46 7 5 . 42 7 3 . 16 一 5℃52 . 1 8 33 . 86 14 . 2 1 盛开花 F u U n~C K 一 1℃ 一 3℃79 . 4 83 . 29 印 . 7 8 30 . 10 8 . 4 14 1 . 7 3 48 . 14 4D . 42 30 . 12 18 . 62 1 . 5 1 65 . 27 68 . 2 8 30 . 84 6 . 82 0 . X()32 . 3 6 3 9 . 28 3 0 . 02 22 . 12 16 . 10 0 . X() 54 . 3 8 59 . 42 2 8 . 6 2 5 . 47 0 . X()
3 讨 论
不同低温处理引起杏花细胞膜透性增大 。 早在 197 0年 , l y 0 l l s 和 iaH s on 就提出了植物低温
伤害来自“ 膜脂相变 ” 的假说 。 为了准确的确定品种 的抗寒性 ,在不同的低温处理下 , 测定电导
率的大小 , 根据植物 受 到冻害时 , 首先破坏 细胞 膜体系 , 使细胞 膜 透性 增 大 , 外渗 物质 增
多 e[, 7〕 ,抗寒品种的外渗物质少 , 反之 , 不抗寒品种 的外渗物质多【“ 〕。 煮沸前电导值比煮沸后
电导值作为伤害的百分率 0[] , 能够真实反映不同品种的抗寒性差异 。 相对电导率越大 , 说明细
胞膜在受到低温损害后 的电解质外渗越多 ,果树受到的低温伤害就越严重〔`0〕。 抗性较强者透
性变化幅度较小 ,抗性较弱者透性变化幅度较大 〔川 。 我们的实验也证实了这一点 ,对意大利 7
号 、大曹杏 、 径阳梅杏的电导率的测定 ,结合褐变实际观察 ,证明了意大利 7 号最抗寒 , 大曹杏
居中 ,径 阳梅杏抗寒性最弱 ;而且在不同低温处理下 ,抗寒性最强 的意大利 7 号 电解质渗出率
变化幅度最小 ,抗寒性最弱的径阳梅杏电解质渗出率的变化幅度最大 , 大曹杏居中 。
自 M c o记 和 irF vdo ihc 「川提出 自由基伤害学说以来
,现 已广泛地应用于研究需氧生物细胞
的毒害机理 。 人们发现植物处于逆境 (干旱 、 s姚 、 低温 〔` 2 )] 条件下 , 细胞 内自由基的产生和清
除的平衡遭到破坏 , 自由基的增加会导致细胞的伤害 。 首先受 自由基伤害的是膜系统 ,造成膜
脂过氧化 。 膜脂过氧化最重要 的产物丙二醛 ( M DA )可以扩散到其它部位 ,破坏体内多种反应
的正常进行〔’ 3〕 ,膜脂过氧化的结果 , 使膜结构和功能受到损伤 , 使膜透性增加和细胞代谢失
调 ,严重时导致细胞死亡 sj[ 。 通过测定 MD A 含量的变化来反映植物细胞发生膜质过氧化的剧
烈程度和植物对逆境条件反应的强弱「” , ’ 4】。 MD A 含量与植物的抗寒性呈负相关 ,抗寒性强 的
品种 , MD A 含 量少 , 抗寒性 弱 的品种 , M DA 含量较大 。 以意 大利 7 号 、 大曹杏 、 径 阳梅 杏花 `
M D A 含量 的测定 ,所得的抗寒顺序为意大利 7 号 > 大曹杏 > 径 阳梅杏 , 这与电解质渗出率所
3期 王 华等: 低温胁迫对杏花 soD 活性和膜脂过氧化的影响
得结果基本一致 ,也与花的褐变实际观察相符 ,表 明 M DA 含量 的变化和电导法一样可做为抗
性鉴定的指标 。
大量研究结果表明 ,植物在遭受逆境胁迫时 ,细胞内活性氧的产生与清除平衡会遭到破坏
而出现活性氧化的积累 。 而 S OD 在好氧生物体内防御活性氧伤害中具有重要作用 , 它可专一
地清除超氧物阴离子 自由基 ( -Oz ) 。 由表 4 可知 ,花蕾期 、盛开花期不同杏品种在低温胁迫下 ,
SO D 活性先上升后下降 。 抗寒性强的品种意大利 7 号 SOD 活性最大 ,抗寒性弱的品种径阳梅
杏 S O D 活性最小 ,并且抗寒性强的意大利 7 号 SOD 活性 的上升幅度均大于抗寒性弱 的品种径
阳梅杳 。 在花蕾期 , CK - 一 2℃之间 ,杏花 SOD 活性呈上升趋势 ,耐寒性强的品种 SO D 活性升
高较多 ,保证了其对自由基的清除 ,杏花未受到低温伤害或伤害较轻 。 而在 一 3 - 一 9℃之间 ,
so D 活性下降 ,表明 一 3℃ 以下低温抑制杏花 细胞 内的 s o D 活性 ,使 -Oz 等 自由基不能被有效
清除 ,过剩的活性氧会攻击体内大分子和生物膜 ,使膜脂过氧化作用增强 , 并导致质膜的损伤 ,
表现为 M l )A 含量和膜透性的大幅度提高 ,使杏花变褐甚至死亡 。
综上所述 ,本次实验结果表明 ,低温胁迫下 , 3个杏 品种的杏花电解质渗出率和 M DA 均随
处理温度的降低而增大 , 电解质渗出率越大 , M I ) A 含量越高的品种 ,抗寒性越弱 , 反之则强 ,
SOD 含量高的品种抗寒性越强 ,反之较弱 。 由此可以初步认为 , 在低温胁迫下 , 测定 细胞原生
质膜透性 , M l〕A 含量和 SO D 活性 , 均可以做为鉴定杏花抗寒性的方法之一 。
参 考 文 献
I C
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一书讯一 《中国果树志 ·苹果卷》
由陆秋农 、 贾定贤先生主编的《中国果树志 · 苹
果卷》已于 1999 年 12 月 由中国农业科技出版社 、 中
国林业出版社出版 。 《苹果卷》总论部分分为 8 章 ,
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科技成就 、 砧木 ;各论为第 9 章即品种资源部分。 总
论 、 各论文字比重约为 2 : 8 。 该书 16 开本 , 536 页 , 70
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南省郑州市南郊中国农科院郑州果树所果树瓜类杂
志社 ,邮编 45 侧】刃 。