常用的落葉果樹抗寒性研究方法

貴州省納雍縣王家寨鎮(zhèn)林業(yè)站  陳斌

       果樹抗寒性研究，主要有兩方面內(nèi)容：一是研究凍害、冷害發(fā)生的生理機(jī)制；一是研究果樹抗凍、抗冷的生理機(jī)制，并密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，提出有關(guān)果樹抗寒的研究方法與防御低溫傷害的途徑。

一、目前常用的抗寒性研究方法

1、田間鑒定法

①自然鑒定法：將暴露在自然條件下的植物種類作為研究對象，使其經(jīng)過冬季低溫考驗(yàn)后，從外部性狀上來觀察，調(diào)查植株的凍害和存活情況，從而估計(jì)不同植物的抗寒性。自然鑒定法具有真實(shí)可靠等許多優(yōu)點(diǎn)。但它同時也有不少缺點(diǎn)，如自然低溫發(fā)生頻率低，浪費(fèi)植物資源，鑒定并非十分準(zhǔn)確。

②人工鑒定法：主要是指植物經(jīng)過冬季低溫后，借助于儀器測定植株的某一指標(biāo)，鑒定其抗寒性。最普遍的是電阻法。其原理是植物遭受冬季寒冷后，細(xì)胞膜受到傷害，原生質(zhì)體內(nèi)細(xì)胞間隙外滲電解質(zhì)使電阻變小，并且電阻值越小說明植物細(xì)胞膜受傷害的程度越大。但電阻的測定受外界因素的影響較大。

2、室內(nèi)鑒定法

       借助人工制冷設(shè)備，將所鑒定的植物材料在一定冷凍條件下進(jìn)行冷凍處理，然后通過一定方法觀察和檢測其存活和受凍情況。

① 物理研究法

恢復(fù)生長法指植株或某些器官被人工冷凍后，在一定條件下讓其恢復(fù)生長，通過鑒定其恢復(fù)生長的能力來鑒定其抗寒力的大小。主要從人工冷凍處理后的恢復(fù)生長能力和受傷害程度兩個方面進(jìn)行分析。

電導(dǎo)法是目前應(yīng)用最為普遍的一種方法。1930年美國植物生理學(xué)家Dexter等首次將電導(dǎo)法用于抗寒性鑒定。其原理為植物組織細(xì)胞受凍后，首先損傷的是細(xì)胞膜系統(tǒng)，造成細(xì)胞內(nèi)大量物質(zhì)外滲，植物抗寒力越差，細(xì)胞受凍程度愈重，其外滲物質(zhì)也就越多。因此，測定組織細(xì)胞受凍后外滲物質(zhì)的多少，就可以評價抗寒性強(qiáng)弱。

鏡檢法借助于電鏡直接觀察受凍后原生質(zhì)體膜的破裂情況，冷馴化過程中細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化以及植物組織形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)、枝條內(nèi)淀粉粒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、植物葉片表面氣孔密度的變化等來鑒定植物的抗寒性。

② 生理生化研究法

       利用抗寒性不同的植物體在冷馴化過程中發(fā)生的生理生化變化，如光合和呼吸作用的改變，可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸和其他有機(jī)酸水平以及激素水平的改變等。通過對這些指標(biāo)進(jìn)行測定就可比較不同植物的抗寒性。

二、植物抗寒機(jī)理的研究

1、細(xì)胞膜系與植物抗寒性

       生物膜是植物細(xì)胞及細(xì)胞器與環(huán)境的一個界面結(jié)構(gòu)，各種逆境對細(xì)胞的影響首先作用于質(zhì)膜。植物遭受低溫傷害時，生物膜首先發(fā)生膜脂的物相變化，這時膜脂從液晶相變?yōu)槟�膠相，膜脂上的脂肪酸鏈由無序排列變?yōu)橛行蚺帕校�膜的外形和厚度發(fā)生變化，膜上產(chǎn)生龜裂，因而膜的透性增大以及膜結(jié)合酶結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致植物細(xì)胞生理代謝的變化和功能的紊亂。

2、胞內(nèi)物質(zhì)的變化與植物抗寒性

       抗寒性不同的植物體在冷馴化過程中發(fā)生的生理生化變化，造成植物細(xì)胞胞內(nèi)物質(zhì)的改變，其中眾多物質(zhì)成分與抗寒性具有一定的相關(guān)性。

① 氨基酸含量

       在高等植物研究中，發(fā)現(xiàn)氨基酸含量與植物抗寒性存在著相關(guān)性。越冬期間0℃低溫下植株內(nèi)亮氨酸、色氨酸、蛋氨酸、丙氨酸含量提高，谷氨酸、精氨酸含量降低。

②  酶含量及活性

      筆者認(rèn)為，酶含量及活性對抗寒性的影響主要在于酶是細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)物質(zhì)生成、轉(zhuǎn)化、分解的激活物質(zhì)，因其特殊性間接對植物體的抗寒性造成影響。

③ 脂肪酸含量

       膜脂不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比值大，或其不飽和度高，則抗寒力強(qiáng)，反之則抗寒力弱。

④  丙二醛含量

       植物器官衰老或在逆境條件下遭受傷害，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，對質(zhì)膜有毒害作用，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。人們發(fā)現(xiàn)植物處于逆境，如干旱、SO2、低溫條件下，細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除的平衡遭到破壞。自由基的增加會導(dǎo)致細(xì)胞的傷害，首先受自由基傷害的是膜系統(tǒng)，造成膜脂過氧化。膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物丙二醛可以擴(kuò)散到其他部位，破壞體內(nèi)多種反應(yīng)的正常進(jìn)行。膜脂過氧化的結(jié)果使膜結(jié)構(gòu)和功能受到損傷，使電解質(zhì)滲出率增加和細(xì)胞代謝失調(diào)，嚴(yán)重時導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

⑤ 淀粉及可溶性糖含量

       糖類物質(zhì)的積累與植物抗寒性密切相關(guān)，抗寒性強(qiáng)的植物一般積累較多的可溶性糖。總的認(rèn)為，糖分積累可以增加滲透壓，冰凍下起保護(hù)劑作用。另外還可以提供能源和底物，誘導(dǎo)其他與抗寒性有關(guān)的生理生化過程，如蛋白質(zhì)的合成等，有利于提高抗寒力。

⑥ 植物激素

植物激素是抗寒基因表達(dá)的啟動因素，環(huán)境條件的變化（如溫度降低、日照漸短等）或發(fā)育的內(nèi)生節(jié)奏改變植物體內(nèi)源激素的平衡狀況，如GA類生長促進(jìn)物質(zhì)減少，ABA類生長抑制物質(zhì)增加，從而導(dǎo)致代謝途徑的變化，影響植物體的抗寒。生物膜與植物體抗寒性密切相關(guān)，ABA直接延緩了由低溫引起的膜相變化，從而維護(hù)細(xì)胞膜和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的完整性，提高植物體對低溫的適應(yīng)能力。

3、遺傳因素與植物抗寒性

       在植物的低溫鍛煉過程中確實(shí)發(fā)生了基因表達(dá)的改變，誘發(fā)了許多冷誘導(dǎo)蛋白，并已有部分抗凍基因被分離和鑒定。

       抗凍基因表達(dá)合成的新多肽大多具有高度的親水性，它能起著保護(hù)和穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的作用，從而防止冰凍對膜結(jié)構(gòu)的傷害，提高植物的抗凍能力。植物細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的短暫性提高為抗凍基因表達(dá)所必需。用適量的Ca2+濃度處理植株或細(xì)胞，可以提高這些植株或細(xì)胞的抗寒性。