全 文 ：园 艺 学 报 2002 , 29 (1) : 20～24
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2001 - 07 - 10 ; 修回日期 : 2001 - 08 - 28
基金项目 : 河北省自然科学基金资助项目 (399147)
冰核细菌对杏花器官抗寒性的影响
杨建民1 孟庆瑞1 彭伟秀1 李绍华2 孙福在3 赵廷昌3
(1 河北农业大学林学院 , 保定 071000 ; 2 中国农业大学园艺学院 , 北京 100094 ; 3 中国农业科学院植保所 , 北京
100094)
摘 要 : 从田间采取两个仁用杏品种的大蕾期花枝 , 在室内进行水培。对花器官人工接种冰核 ( INA)
细菌 , 置于模拟自然霜夜的半导体制冷电脑控温和自动记录的人工霜箱内 , 研究 INA 细菌对花器官抗寒性
的影响。结果表明 : 杏花器官抗寒性顺序为花瓣 > 雄蕊 > 雌蕊。未接菌仁用杏花器官能抵抗 - 4～ - 6 ℃低
温 , 而 INA 细菌能提高仁用杏花器官相对电导率 , 破坏膜保护酶 SOD、POD 的活性 , 使细胞积累大量自由
基 , 并增强膜脂过氧化作用 , 加剧 MDA 含量的积累 , 使花器官发生严重褐变乃至死亡。INA 细菌能在 - 2
～ - 3 ℃诱发细胞结冰 , 使组织冰点提高 2 ℃左右 , 因此 , INA 细菌可诱发和加重霜冻害。
关键词 : 冰核细菌 ; 仁用杏 ; 花器官 ; 抗寒性
中图分类号 : S 662. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2002) 0120020205
杏树春季开花较早 , 易遭晚霜危害 , 直接影响到杏的产量 , 因此霜冻成为杏树生产和发展的主要
限制因素之一〔1 ,2〕。近年来国内外的研究证明 , 自然界广泛存在的冰核细菌 ( Ice nucleation activity
bacteria ; 简称 INA 细菌)〔3～6〕可在 - 2～ - 5 ℃诱发植物细胞水结冰而发生霜冻 ; 无 INA 细菌存在的植
物 , 由于细胞过冷却水的存在可耐 - 7～ - 8 ℃低温而不发生霜冻〔4 ,5〕。这一发现为研究和防御植物霜
冻提出了新方向。孙福在等对杏树上 INA 细菌的种类、数量和冰核活性的研究表明 , INA 细菌是诱发
和加重杏树霜冻害的重要因素〔7〕。在此基础上 , 我们研究了 INA 细菌对杏花器官抗寒性的影响 , 以期
进一步阐明 INA 细菌与杏花器官霜冻的关系。
1 材料与方法
选河北省涿鹿县堡岱镇生长正常的 7～8 年生杏 ( Prunus armeniaca Linn. ) 优一、龙王帽两个仁用
杏品种为试材 , 取每个品种树冠东、西、南、北 4 个方向外围 5～10 cm 的大蕾期花枝 , 每个方向各
取 20 个 , 每株树共取 80 个花枝组成混合样。试验采用单株小区 , 重复 3 次。将采集的大蕾期花枝置
于保温瓶内 , 带回实验室进行水培。
将每个品种盛开花的花枝分成接种 INA 细菌和不接种 INA 细菌 2 个处理。将分离得到的仁用杏树
上的 INA 细菌菌株用灭菌的无离子水配成 5 ×108 个/ mL 菌液 , 置于 4 ℃冰箱内供接菌用。在无菌操作
台上用毛笔沾 INA 细菌菌液分别对盛开花的花瓣、雄蕊和雌蕊接菌 , 以不接 INA 细菌并经过严格消毒
后喷清水的花枝作为对照 (CK) 。将材料分批放入半导体制冷电脑控温和自动记录的人工霜箱内〔7〕,
设 0、 - 1、 - 2、 - 3、 - 4、 - 5、 - 6 ℃等 7 个低温 , 先以 - 19 ℃/ h 速度降温至 4 ℃左右 , 再用
- 2 ℃/ h 速度降至所需温度 , 维持 0. 5 h 后 , 于 1～2 ℃条件下缓慢解冻。对不同低温处理的花枝 , 随
机取 80 朵花 , 分别统计、测定花瓣、雄蕊、雌蕊的褐变率、电导率、SOD、POD 酶活性和 MDA 含量
等抗寒性指标。
以花器官呈水浸状并变褐为受冻标准 , 统计、计算褐变率 ; 电解质渗出测定参照王飞等的方
法〔8〕, 用 DDB —6200 型数显电导率仪测定电导值 ; MDA 含量测定、SOD、POD 酶活测定参照王爱国
等〔9〕及朱广廉等〔10〕方法。用人工霜箱测定过冷却点〔11〕, 将热敏电阻测温头固定在待测花器官上 , 以
0. 1 ℃/ min 的速度降温 , 将数据输入计算机进行数据处理 , 根据结冰释放凝结热的原理 , 一旦结冰就
使温度骤然升高而出现峰值跳跃 , 计算机屏可显示。该峰的起点就是结冰点 , 即过冷却点。
试验于 2000～2001 年进行 , 抗寒性指标测定于中国农业科学院植保所植物病虫害防治国家重点
实验室冰核细菌实验室进行 , 试验数据为两年的平均值。
2 结果与分析
2. 1 INA细菌对花器官褐变率的影响
组织结冰是花遭受霜冻的主要原因 , 褐变则是受害的直观表现。从表 1 可以看出 , 无论是接种
INA 细菌处理还是对照 , 各品种花器官的褐变率随着温度的降低呈上升趋势 , 温度越低 , 褐变越严
重。但接种 INA 细菌与对照相比 , 花器官开始褐变的温度和褐变率明显不同 , 在 0、 - 1、 - 2 ℃时 ,
对照花器官均未受到冻害 , 褐变率为零 , - 3 ℃处理时 , 2 个品种花器官开始出现褐变 , - 4 ℃处理后
花器官褐变率迅速增加。接种 INA 细菌的花器官在 - 2 ℃时各花器官开始出现褐变 , - 2 ℃之后 , 随着
温度的降低 , 褐变率急剧增加。由表 1 还可以看出 , 在相同的低温处理条件下 , 同一品种接种 INA 细
菌处理的花器官的褐变明显高于对照。从褐变率统计可知 , 对照品种花器官褐变温度为 - 3～ - 5 ℃,
而接种 INA 细菌处理的花器官褐变的温度为 - 2～ - 3 ℃, 与对照相比 , 花器官褐变温度提高 2 ℃左
右 , 证明 INA 细菌能诱发和加重杏树花期霜冻危害。由表 1 可知 : 不同品种抗寒性由强到弱的顺序为
优一、龙王帽 ; 同一品种不同花器官抗寒性由强到弱的顺序为花瓣、雄蕊、雌蕊。褐变率的变化可作
为花器官抗寒性鉴定的简便指标。
表 1 不同低温及 INA细菌处理仁用杏花器官褐变率统计
Table 1 Determine of apricot flower organs brown change under low temperature and INA bacteria
品 种
Varieties
处理
Treat2
ment
盛开花朵褐变率 Full flowers brown change ( %)
0 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 1 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 2 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 3 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 4 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 5 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
- 6 ℃
花瓣
Petal
雄蕊
Stamen
雌蕊
Pistil
优一 CK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 20 27. 66b 35b 40a 47. 1a 43a 52. 1a 55a 70a 78a 90a
Youyi INA 0 0 0 0 0 0 0 0 6 46a 90a 94. 44a 80a 90. 7a 95. 2a 100a 100a 100a 100a 100a 100a
龙王帽 CK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24 48a 56. 6a 69. 7a 76a 70. 7a 80a 79a 86. 2a 89a 98a 100a
Longwangmao INA 0 0 0 0 0 0 12 25 39b 80a 100a 97. 75a 95a 94. 1a 100a 100a 100a 100a 100a 100a 100a
注 : a 表示严重受害 ; b 表示中等受害。Note : a indicate serious injury ; b indicate medium level injury.
2. 2 INA细菌对仁用杏花器官质膜透性的影响
两个品种经低温处理后花器官质膜透性变化情况如图 1。由图 1 可以看出 , 无论是接种 INA 细菌
处理还是对照 , 不同品种、不同花器官电解质渗出率变化总的趋势为随温度的降低呈现从平缓上升到
急剧增长 , 再到缓慢上升的近似“S”型曲线变化。接种 INA 细菌的花器官经低温处理 , 在 - 1 ℃以后
发生严重褐变 , 相对电导率迅速增加 (优一品种的雌蕊在 - 2 ℃以后发生严重褐变) ; 对照花器官在
- 2 ℃以前相对电导率变化缓慢 , 温度降至 - 2 ℃以下时 , 相对电导率变化幅度增大 , 而且在 - 2 ℃以
下处理的花器官相对电导率明显高于对照 , 这说明接种 INA 细菌能诱发和加重杏花器官的霜冻害。由
图 1 还可以看出 , 由电导率测定推断 , 品种间抗寒性优一强于龙王帽 , 这和品种间褐变率的变化趋势
相同。
以优一为例 , 同一品种花瓣、雄蕊和雌蕊在相同低温条件下 , 电导率的变化有所不同。在 - 3 ℃
时 , 花瓣电导率为 27. 74 % , 而雄蕊、雌蕊电导率分别为 46. 3 %和 50. 36 % , 表明花瓣的抗寒性要比
雄蕊、雌蕊强。接种 INA 细菌处理的花器官电导率在 - 1～ - 3 ℃急剧增加 , 三者电导率分别增至对照
的近 1 倍。由电导率测定推断 , 花器官抗寒性由强到弱的顺序为 : 花瓣、雄蕊、雌蕊。龙王帽的测定
结果与此类似。
因此 , 综合以上试验结果可以看出 , 对照仁用杏花器官在 - 2～ - 3 ℃低温条件下受害严重 , 而接
种 INA 细菌处理的花器官在 - 1～ - 2 ℃受到严重霜害 , 与对照相比遭受霜冻害的温度提高 1～2 ℃。
121 期 杨建民等 : 冰核细菌对杏花器官抗寒性的影响
2. 3 INA细菌对 SOD、POD 活性的影响
SOD 和 POD 是重要的膜保护酶。由图 2 可
以看出 , 对照和处理 SOD 活性变化趋势相同 ,
在一定低温范围内 , SOD 活性随温度的下降而有
所增强 , 当低温超过一定阈值后 SOD 活性迅速
下降。但在整个低温处理过程中对照花器官 SOD
活性始终高于处理 , 而且 , 随着温度的降低这种
差异更加明显。接种 INA 细菌处理的花器官 , 在
- 1 ℃之后 SOD 活性迅速下降 , 而对照花器官在
- 3 ℃之后 SOD 活性才迅速下降。也就是说 , 接
种 INA 细菌后使花器官细胞膜透性遭受严重破坏
的温度为 - 1 ℃, 而对照则为 - 3 ℃。接种 INA 细
菌处理对细胞膜的伤害温度与对照相比提高温度
2 ℃。
由图 2 可以看出 , 对照各品种花器官在 0～
- 4 ℃范围内 , 随温度的降低 , POD 活性呈上升
趋势 , - 4 ℃以后 , 随着温度的继续下降 , POD
活性呈下降趋势 (优一花器官 POD 活性仍呈上
升趋势) ; 接种 INA 细菌处理的花器官 , 在 0～
- 1 ℃范围内 POD 活性呈上升趋势 , - 1 ℃之后
急剧下降 , - 4 ℃时达到最低点 , - 4 ℃以后变化
图 1 INA细菌对不同花器官相对电导率的影响
1. 优一 CK 2. 优一 INA 3. 龙王帽 CK 4. 龙王帽 INA
Fig. 1 Variation of relative electrolyte leakage of
flower organs under INA bacteria
1. Youyi CK 2. Youyi INA
3. Longwangmao CK 4. Longwangmao INA
图 2 INA细菌处理仁用杏花器官 SOD、POD 酶活性变化
1. 优一 CK 2. 优一 INA 3. 龙王帽 CK 4. 龙王帽 INA
Fig. 2 The changes of SOD and POD activity of apricot flower organs after INA bacteria treatment
1. Youyi CK 2. Youyi INA 3. Longwangmao CK 4. Longwangmao INA
22 园 艺 学 报 29 卷
比较缓慢 , 不同花器官间稍有差异 , - 1 ℃是花器官 POD 活性下降的转折点 ; 接种 INA 细菌处理的花
器官 POD 活性明显低于对照。根据 SOD、POD 活性变化情况 , 可以推断仁用杏不同品种抗寒性强弱
顺序为优一、龙王帽 ; 同一品种不同花器官抗寒性顺序为花瓣、雄蕊、雌蕊。并可证明 INA 细菌是诱
发和加重杏树霜冻害的关键因素。
2. 4 INA细菌对花器官 MDA含量的影响
MDA (丙二醛) 是膜脂过氧化作用的最终产物 , 是膜系统受害的重要标志之一。由图 3 可见 , 无
论是处理还是对照 , 仁用杏花器官 MDA 含量随温度下降而升高 , 温度越低 , MDA 含量上升趋势越明
显 , 不同品种、不同花器官间上升趋势不同 ; 接种 INA 细菌处理的花器官 MDA 含量明显高于对照。
说明低温胁迫下 INA 细菌能明显促进膜脂过氧化作用 , 降低仁用杏花器官的抗寒性。由此表明 , INA
细菌是诱发和加重仁用杏霜冻害的重要因素。
图 3 INA细菌处理仁用杏花器官 MDA含量变化
Fig. 3 Changes in the MDA content of using2kernel apricot flower organs after INA bacteria treatment
2. 5 INA细菌对仁用杏花器官过冷却点的影响
INA 细菌对仁用杏花器官过冷却点的影响见
表 2。由表 2 可看出 , 不同品种、不同花器官的
冰点温度有很大的差异。品种间抗寒性强弱顺序
为优一、龙王帽 ; 花瓣的抗寒性明显高于雌蕊 ;
接种 INA 细菌后 , 均明显提高了花器官的冰点温
度 , 不同品种、不同花器官间提高的温度有差
异。以优一为例 , 接种 INA 细菌后 , 与对照相比
花瓣的冰点温度提高了 2. 4 ℃, 雌蕊提高了
1. 8 ℃, 平均提高冰点温度 2. 1 ℃, 再次证明 INA
细菌是诱发和加重仁用杏霜冻的重要因素。
3 讨论
表 2 INA细菌对花器官过冷却点的影响
Table 2 Effect of INA bacteria on supercooling points of
using2kernel apricot flower organs
处 理
Treatment
过冷却点 Supercooling points
优一 Youyi
花瓣 Petal 雌蕊 Pistil
龙王帽 Longwangmao
花瓣 Petal 雌蕊 Pistil
平均值
Average
对照 CK - 5. 9 - 4. 7 - 4. 8 - 3. 9 - 4. 8 A
接菌 INA - 3. 5 - 2. 9 - 2. 7 - 2. 2 - 2. 8 B
平均值 - 4. 7 a - 3. 3 b - 3. 3 b - 3. 1 c
Average
注 : 数字后附不同大、小写字母分别表示差异达 1 %、5 %
显著水平。
Note : The differences of the values followed by different letters in
column are significant at 1 % , 5 %.
早在 1970 年Lyons 和 Raison 就提出了植物低温伤害来自“质膜相变”的假说。组织受冻时 , 首先
细胞膜体系受到破坏 , 细胞膜透性增大 , 电解质渗出增加 , 品种抗寒或受害程度小 , 电导率小 , 反之
则大〔12〕。以相对电导率值作为伤害百分率 , 并结合褐变率统计可反映出品种、花器官抗寒性强弱顺
序为 : 优一、龙王帽 , 花瓣、雄蕊、雌蕊。未接菌杏花霜冻范围在 - 4～ - 5 ℃, 而 INA 细菌使杏花器
官在 - 2～ - 3 ℃发生严重霜冻。
自 Mccord 和 Fridorich 提出自由基伤害学说以来 , 人们发现生物处于逆境条件时 , 细胞内自由基
产生和消除的平衡遭到破坏 , 而出现活性氧的积累。SOD 酶在好氧生物体内对防御活性氧伤害起重要
作用 , 可专一清除超氧物阴离子自由基 (O -·2 ) 。杏花在低温胁迫下 , SOD 酶活性先升高后下降 , 优一
酶活性强 , 抗寒性强。接菌的花器官在 - 2～ - 3 ℃之间 SOD 活性下降较剧烈 , 未接菌的花器官在 - 4
321 期 杨建民等 : 冰核细菌对杏花器官抗寒性的影响
～ - 5 ℃之间 SOD 酶活性才出现剧烈下降现象。SOD 催化超氧阴离子分解生成的 H2O2 激活 POD 酶活
性 , 随温度降低对照花器官 POD 酶活性基本呈上升趋势 , 而接种 INA 细菌花器官 POD 酶活性在 - 1 ℃
则急剧下降。MDA (破坏体内多种反应正常进行〔13〕) 测定均表现为接种 INA 细菌花器官 MDA 含量大
于对照花器官。这些表明 INA 细菌能在较高低温下抑制杏花细胞内 SOD、POD 酶活性 , 使大量自由基
不能被有效清除而损伤质膜 , 导致膜脂过氧化 , 使杏花器官变褐乃至死亡。
通过研究 INA 细菌与杏花霜冻的关系可知 , 在 - 1～ - 5 ℃低温胁迫下 , 接种 INA 细菌比未接菌的
仁用杏花器官较大幅度的提高相对电导率、MDA 含量 , 降低 SOD、POD 酶活性和提高过冷却点 , 表
明 INA 细菌能加重花器官质膜的损害 , 提高细胞结冰温度 2 ℃左右。从而证明 INA 细菌是诱发和加重
杏花器官霜冻不可忽视的因素。
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The Effect of Ice Nucleation Active Bacteria on Cold Resistance of Apricot
Flower Organs
Yang Jianmin1 , Meng Qingrui1 , Peng Weixiu1 , Li Shaohua2 , Sun Fuzai3 , and Zhao Tingchang3
(1 College of Forestry , Hebei Agricultural University , Baoding 071000 ; 2 College of Horticultural Sciences , China Agricultural
University , Beijing 100094 ; 3 Institute of Plant Protection , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 100094)
Abstract : The hardiness of apricot flower organs were investigated with two varieties , by comparing the cold
resistance. The obvious difference among the apricot flower organs and varieties with or without INA bacteria
inoculation were observed. The variety Youyi had higher cold hardiness than Longwangmao. In addition , tests on
the cold hardiness difference in various organs showed petal > stamen > pistal . Under stress of low temperatures ,
treatment of bacteria can greatly raise relative electric conductivity , permeability of cell membrane , brown change
and content of MDA , and cut down SOD , POD activity of apricot organs. The treated flower organs showed
symptoms of serious frost at - 2 to - 3 ℃, and had supercooling points of - 2 ℃about higher than controls. The
results demonstrated that INA bacteria are one major factor to incite frost damage to apricot flower organs , so during
flowering phage , frost injury may be relieved through control of INA bacteria.
Key words : INA bacteria ; Apricot ; Flower organs ; Cold resistance
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