全 文 ：植物生理学通讯 第 46 卷 第 6 期, 2010 年 6 月 579
收稿 2010-01-19 修定 　2010-04-27
资助 陕西省攻关项目(20 08 K0 6 -0 1)。
* 通讯作者(E-mail: weianzhi@126.com; Tel: 029-87092348)。
越冬过程中花椒抗寒性与组织水和渗透调节物质的变化
杨途熙 1, 魏安智 1,*, 李晓 1, 魏渊 2
1 西北农林科技大学生命科学学院, 陕西杨凌 712100; 2 陕西理工学院机械工程学院, 陕西汉中 723001
提要: 花椒越冬过程中的抗寒性经历了弱抗寒性时期(11月初以前的时期)、抗寒性增强期(11月初至翌年1月初)、抗寒性
最强期(翌年 1月份)和抗寒性减弱期(翌年 2月初以后)等 4个时期。花椒的束缚水与自由水比值、可溶性糖和可溶性蛋白
的含量与抗寒性显著相关, 而脯胺酸含量与抗寒性相关性不显著。花椒可通过增加束缚水与自由水之间比值、可溶性糖和
可溶性蛋白的含量来提高抗寒性, 以适应低温环境。
关键词: 花椒; 低温半致死温度; 渗透调节物质; 抗寒性
Changes of Cold Resistance and Tissue Water and Osmoregulation Substances
of Zanthoxylum bungeanum Maxim. during Winter
YANG Tu-Xi1, WEI An-Zhi1,*, LI Xiao1, WEI Yuan2
1College of Life Sciences, Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2Department of Mechanical Engineering,
Shaanxi University of Technology, Hanzhong, Shaanxi 723001, China
Abstract: The cold resistance adapt ability of Zanthoxylum bungeanum Maxim. during winter was divided into
four periods: weaker stage (before early November), enhance stage (early November to early January the
following year), strongest stage (January) and reducing stage (after early February). The ratio of bound water
to free water, the contents of soluble sugar and soluble protein had good correlations with cold resistance, while
proline content had little correlation. The cold resistance of Z. bungeanum could be enhanced by increasing the
ratio of bound water to free water and the contents of soluble sugar and soluble protein to adapt the low
temperature environment in the winter.
Key words: Zanthoxylum bungeanum; semilethal low temperature; osmoregulation substrate; cold resistance
近年来, 我国北方花椒产区常因低温危害而导
致花椒枝芽受冻, 造成大幅减产, 甚至绝收, 带来的
损失较大。因此, 对花椒抗寒机理进行研究具有重
要的现实意义。前人研究花椒抗寒性主要以室内
处理为主, 没有考虑自然条件下季节变化和低温对
植株抗寒性的影响(王美琴2008; 王有科等2006; 肖
彩玲等2008; 王军辉2006; 刘冰和王有科2005), 特
别是花椒组织水分与抗寒性的关系报道较少。本
文以八年龄的花椒一年生枝条为材料, 测定花椒在
自然越冬期间电导率、束缚水与自由水比值、可
溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量以及抗寒性变
化, 以期为花椒抗寒性机制的深入研究和抗冻栽培
提供参考。
材料与方法
花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)的一年
生枝条于 2007年 11月 1日~2008年2月16日采自
陕西省凤县八年生花椒园, 品种为 ‘ 大红袍 ’。每
隔 15 d采样 1次, 采样时剪取的枝条长度为 20 cm,
要求枝条粗度一致、无病虫害。采后立即以蜡封
住剪口, 带回实验室。
将所采的蜡封枝条分为两部分, 一部分用于测
定自然温度下的可溶性糖、可溶性蛋白、束缚水
与自由水、脯氨酸等生理指标, 另一部分放于可控
低温冰箱中进行人工模拟低温胁迫处理, 以测定不
同时期的半致死温度。其中: 休眠期枝条的低温胁
迫梯度有 - 8、- 12、- 16、- 20、- 24 ℃; 树液
开始流动期枝条的低温胁迫梯度有 - 12、- 16、
-20、-24、-28 ℃; 芽体膨大期枝条的低温胁迫
梯度设为-8、-12、-16、-20、-24 ℃; 芽体开
植物生理学通讯 第 46 卷 第 6 期, 2010 年 6 月580
始萌动期的低温胁迫梯度有-4、-8、-12、-16、
-20 ℃。每次低温处理从 0 ℃开始降温, 降温速
度设为 4 ℃·h-1, 达到所需的温度后再维持 12 h, 然
后以相同的速度进行升温, 升至 0 ℃后取出。每
个处理重复 3次。低温胁迫处理后, 测定不同低温
梯度下的电解质渗出率, 并配以 Logistic 方程 y=
k/(1+ae-bx)进行非线性回归分析, 求得拐点温度, 即
为组织的低温半致死温度(LT50)。采样期间同时测
定和记录采样地的日最高和最低气温。电解质渗
出率参照刘冰和王有科(2005)的方法测定, 束缚水
与自由水用马林契克法测定(高俊凤等2006), 可溶
性糖含量测定采用蒽酮法(王晶英等2003), 可溶性
蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法(孙群和胡景江
2006), 脯氨酸含量测定采用茚三酮法(王晶英等
2003)。每个指标测定均重复 3 次, 结果取其平均
值。
结果与讨论
1 越冬过程中花椒抗寒性的变化
一般来说, 在低温胁迫下, 生物细胞膜脂的组
成和透性均发生变化, 导致膜透性增加、电解质大
量外渗, 而电解质外渗率可以反映低温对细胞膜的
伤害程度(苏华等 2006; 刘峰等 2004)。将电解质
外渗率配以Logistic方程求得的植物组织的低温半
致死温度(LT50)可用以评价植物的抗寒性强弱(许瑛
和陈发棣 2008)。从表 1 中可以看出, r 值均达到
0.99 以上, 表明方程的拟合度很好。以表 1中方程
求得半致死温度, 并作图 1。从图 1 可看出, 花椒
在越冬过程中, 随着温度的变化, LT50 也经历一个
“降低 -升高”的变化过程, 而这种变化几乎和温度
的变化是同步的, 表明低温可以诱导花椒抗寒性(林
善枝和张志毅 2000)。11 月初以前, 气温相对较高
(月平均最低温度高于8.9 ℃), 低温半致死温度保持
较高值(-15.09 ℃以上), 抗寒性相对较弱; 11 月初
至翌年的 1 月初, 随着气温的降低, 低温半致死温
度由-17.33 ℃降至-21.38 ℃, 变幅为4.05 ℃, 抗寒
性在增强; 翌年 1 月份, 半致死温度最高-21.23 ℃,
最低-21.62 ℃, 变化不大, 抗寒性保持最强; 翌年2
月初以后, 随着气温的回升, 半致死温度明显升高
(-21.23 ℃至-19.61℃), 抗寒性开始减弱。因此,
可以认为, 花椒越冬过程中的抗寒性变化大体上经
历了 4 个时期, 即弱抗寒性时期(11 月初以前的时
期)、抗寒性增强期(11 月初至翌年 1 月初)、抗寒
性最强期(翌年1月份)和抗寒性减弱期(翌年2月初
以后 ) 。
表 1 越冬过程中花椒枝条电解质渗出率的 Logistic 方程
Table 1 Logistic equations on electrolytic leakage of Z. bungeanum cultivar during winter
日期 / 年 - 月 - 日 半月最低日平均温度 /℃ Logistic 方程 符合度(r)
2007-11-01 8.9 y=1.0568/(1+10.5087e-0.1559x) 0.9965
2007-11-16 4.2 y=1.0423/(1+104.2832e-0.2638x) 0.9882
2007-12-01 −2.1 y=0.8991/(1+130.1386e-0.2685x) 0.9965
2007-12-16 −2.7 y=0.8056/(1+1096.0849e-0.3891x) 0.9989
2008-01-01 −3.3 y=0.9260/(1+3145.7260e-0.3769x) 0.9988
2008-01-16 −6.5 y=0.7809/(1+1706.5004e-0.3442x) 0.9987
2008-02-01 −4.3 y=1.1598/(1+177.7539e-0.2440x) 0.9978
2008-02-16 −2.5 y=0.9742/(1+1322.3953e-0.366559x) 0.9972
图 1 LT50 与半月最低日平均温度变化
Fig.1 Changes of the semi-lethal temperature and lowest
temperature (average of every fifteen days)
植物生理学通讯 第 46 卷 第 6 期, 2010 年 6 月 581
2 越冬期间花椒组织中一些渗透调节物质含量变化
表 2 显示: (1)越冬过程中, 花椒枝条中 “ 束缚
水 /自由水”值总体上呈“先增大后减小”的变化趋
势。在气温较高的 11 月 1 日, “ 束缚水 / 自由水 ”
值较低, 为 0.3511; 而在气温降到最低的 1月 16日,
“ 束缚水 /自由水 ”值最大增至1.1915, 增加239%。
1月 16日之后, 随着气温的回升, “ 束缚水 /自由水 ”
值开始减小。以半致死温度为抗寒适应性指标, 相
关性分析表明, 花椒枝条的“束缚水 /自由水”值与
半月最低日平均温度间呈显著负相关(r=-0.7963;
P=0.0180<0.05)、与低温半致死温度间亦呈显著
负相关 r=-0.7236; P=0.04245<0.05)。说明在越冬
过程中, 花椒组织中“束缚水 /自由水”值的增加与
自然温度的降低、抗寒性的增强密切相关。
表 2 越冬过程中花椒枝条的水分和渗透调节物质变化
Table 2 Change of water and osmoregulation substrate of Z. bungeanum cultivar during winter
日期 / 半月最低日 束缚水 / 自由水 可溶性糖含量 / 脯氨酸含量 / 可溶性蛋白含量 /
年 -月 - 日 平均温度 /℃ mg·g-1 (DW) mg·g-1 (DW) mg·g-1 (DW)
2007-11-01 8.9 0.3511±0.0149b 15.8923±0.2497b 7.8332±0.4421c 11.6373±0.1423b
2007-11-16 4.2 0.8421±0.0436ab 23.3608±1.8741ab 5.0598±0.5399c 14.8771±0.9218ab
2007-12-01 −2.1 0.8662±0.0405ab 24.9575±0.2953ab 11.0595±0.1436bc 16.7663±0.3797ab
2007-12-16 −2.7 0.9327±0.0103ab 26.4568±1.5632ab 11.6896±0.4088bc 12.9887±0.5493b
2008-01-01 −3.3 1.0043±0.0261a 26.9984±0.5571a 10.7533±0.0697c 18.8458±0.5563ab
2008-01-16 −6.5 1.1915±0.0759a 33.0884±1.8813a 18.8119±0.9529b 27.4277±0.2294a
2008-02-01 −4.3 0.7901±0.0977a 26.9400±0.5993a 36.2125±1.8709a 18.2099±0.4813ab
2008-02-16 −2.5 0.6826±0.0746ab 24.9990±0.4660ab 31.9767±0.9223a 17.3624±0.1044b
同列数字后不同字母者表示在 0.05 水平上差异显著。
(2)越冬过程中花椒枝条组织内可溶性糖含量
随着自然温度的降低总体上呈上升趋势。初期较
低, 而后随着越冬温度的降低而逐渐增加, 气温降
到最低时(1 月 16 日)可溶性糖含量达到最高水平。
相关性分析表明: 可溶性糖含量与半月最低日平均
温度间呈极显著负相关(r=-0.9269; P=0.0009<
0.01)、与低温半致死温度间呈极显著负相关(r=
-0.8632; P=0.0057<0.01)。这表明: 在越冬过程中,
花椒可以经过组织中可溶性糖含量的增加以抵御低
温胁迫, 提高抗寒性。
(3)脯氨酸的积累与植物抗寒性有密切关系(陈
钰等 2007)。但也有认为, 脯氨酸的积累与抗寒性
的关系不大(李勃等 2006; 张基德等 2004)。本文
结果(表2)表明, 在越冬过程中, 随着自然温度的降
低, 花椒枝条组织内的脯氨酸含量明显地增加, 但
在温度回升、抗寒性开始减弱时(2月 1日)其含量
增至最大, 表明脯氨酸的积累与花椒抗寒性的增加
并不完全同步。相关分析显示, 脯氨酸含量与半
月最低日平均温度、半致死温度间相关系数分别
为-0.5396 (P=0.1675>0.05)和-0.5799 (P=0.1319>
0.05), 均未达到显著水平, 表明花椒抗寒性的增长
与脯氨酸含量的积累相关不显著。
(4)在越冬期间, 随着自然温度的降低, 花椒枝
条组织内的可溶性蛋白含量呈增加趋势。初冬时
期(11月 1日)可溶性蛋白含量较低[仅为 11.6373
mg·g-1 (DW)] (表 2), 进入深冬, 自然温度降到最低
时(1 月 16 日), 可溶性蛋白含量增至最大[27.4277
mg·g-1 (DW)]。相关性分析表明, 可溶性蛋白含量
与半月最低日平均温度间显著相关(r=-0.7240;
P=0.04227<0.05), 与低温半致死温度间呈显著负相
关(r=-0.8084; P=0.0152<0.05)。这表明, 花椒组
织中可溶性蛋白含量的增加与自然降温、抗寒性
增强密切相关。
最后, 为进一步了解花椒组织中水分状态和渗
透调节物质在其抗寒性中的作用, 选择以x1=“束缚
水 / 自由水 ”、x2= 可溶性糖含量、x3= 可溶性蛋
白含量为自变量, 以抗寒性 y (半致死温度的负值)
作为因变量进行通径分析, 结果显示, “束缚水 /自由
水 ”、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量对花椒的
抗寒性的直接作用均为正向的, 表明 “ 束缚水 / 自
植物生理学通讯 第 46 卷 第 6 期, 2010 年 6 月582
由水 ”、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的增加
能够提高花椒的抗寒性。
参考文献
陈钰, 郭爱华, 姚延梼(20 07). 自然降温条件下杏品种蛋白质、
脯氨酸含量与抗寒性的关系. 山西农业科学, 35 (6): 53~55
高俊凤, 孙群, 曹翠玲, 梁宗锁, 王玉国(2006). 植物生理学实验指
导. 西安: 陕西科技出版社, 29~30
李勃, 刘成连, 杨瑞红, 刘庆忠(2006). 樱桃砧木抗寒性鉴定. 果树
学报, 23 (2): 196~199
林善枝, 张志毅(2000). 低温诱导植物抗寒冻性研究与毛白杨抗
冻性改良策略. 北京林业大学学报, 22 (6): 89~94
刘冰, 王有科(2005). 应用 Logistic 方程确定花椒枝条低温半致
死温度. 甘肃农业大学学报, 40 (4): 475~479
刘峰, 张军, 张文吉, 王洪刚(2004). 土壤施钙诱导水稻幼苗抗低
温和抗病生理机制研究. 应用生态学报, 15 (5): 763~766
苏华, 徐坤, 刘伟, 徐立功(2006). 不同大葱品种耐寒性鉴定与越
冬栽培效果. 应用生态学报, 17 (10): 1889~1893
孙群, 胡景江(2006). 植物生理学研究技术. 杨凌: 西北农林科技
大学出版社, 171~172
王晶英, 敖红, 张杰, 曲桂琴(2003). 植物生理生化实验技术与原
理. 哈尔滨: 东北林业大学出版社, 11~113
王军辉(2006). 秦安县花椒品种受春季低温冻害特征研究. 甘肃
林业科技, 31 (2): 59~61
王美琴(2008). 花椒枝条组织结构与抗寒性的关系. 甘肃科学学
报, 20 (4): 45~47
王有科, 刘冰, 郭凤霞(2006). 花椒品种抗冻性比较研究. 中国沙
漠, 26 (6): 1041~1045
肖彩玲, 王有科, 贺春燕, 李玉珍, 张广忠(2008). 低温胁迫下花
椒新梢生理变化与抗寒性研究. 安徽农业科学, 3 6 (1 0 ) :
3975~3977
许瑛, 陈发棣(2008). 菊花 8 个品种的低温半致死温度及其抗寒
适应性. 园艺学报, 35 (4): 559~564
张基德, 李梅, 陈艳秋, 李莉(2004). 梨品种枝条可溶性糖、脯
氨酸含量变化规律与抗寒性的关系. 延边大学农学学报, 26
(4): 281~285