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，主要有兩方面內容：一是研究凍害、冷害發(fā)生的生理機制；一是研究果樹抗凍、抗冷的生理機制，并密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，提出有關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)過冬季低溫考驗后，從外部性狀上來觀察，調查植株的凍害和存活情況，從而估計不同植物的抗寒性。自然鑒定法具有真實可靠等許多優(yōu)點。但它同時也有不少缺點，如自然低溫發(fā)生頻率低，浪費植物資源，鑒定并非十分準確。

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，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，細胞膜受到傷害，原生質體內細胞間隙外滲電解質使電阻變小，并且電阻值越小說明植物細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、室內鑒定法

       借助人工制冷設備，將所鑒定的植物材料在一定冷凍條件下進行冷凍處理，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生長，通過鑒定其恢復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生長能力和受傷害程度兩個方面進行分析。

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

鏡檢法借助于電鏡直接觀察受凍后原生質體膜的破裂情況，冷馴化過程中細胞內部結構的動態(tài)變化以及植物組織形態(tài)解剖結構、枝條內淀粉粒的形態(tài)與結構、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酸水平以及激素水平的改變等。通過對這些指標進行測定就可比較不同植物的抗寒性。

二、植物抗寒機理的研究

1、細胞膜系與植物抗寒性

       生物膜是植物細胞及細胞器與環(huán)境的一個界面結構，各種逆境對細胞的影響首先作用于質膜。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�，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合酶結構改變，導致植物細胞生理代謝的變化和功能的紊亂。

2、胞內物質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，造成植物細胞胞內物質的改變，其中眾多物質成分與抗寒性具有一定的相關性。

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性。越冬期間0℃低溫下植株內亮氨酸、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

      筆者認為，酶含量及活性對抗寒性的影響主要在于酶是細胞內調節(jié)物質生成、轉化、分解的激活物質，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，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，細胞內自由基的產(chǎn)生和清除的平衡遭到破壞。自由基的增加會導致細胞的傷害，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)物丙二醛可以擴散到其他部位，破壞體內多種反應的正常進行。膜脂過氧化的結果使膜結構和功能受到損傷，使電解質滲出率增加和細胞代謝失調，嚴重時導致細胞死亡。

⑤ 淀粉及可溶性糖含量

       糖類物質的積累與植物抗寒性密切相關，抗寒性強的植物一般積累較多的可溶性糖。總的認為，糖分積累可以增加滲透壓，冰凍下起保護劑作用。另外還可以提供能源和底物，誘導其他與抗寒性有關的生理生化過程，如蛋白質的合成等，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)育的內生節(jié)奏改變植物體內源激素的平衡狀況，如GA類生長促進物質減少，ABA類生長抑制物質增加，從而導致代謝途徑的變化，影響植物體的抗寒。生物膜與植物體抗寒性密切相關，ABA直接延緩了由低溫引起的膜相變化，從而維護細胞膜和細胞器結構的完整性，提高植物體對低溫的適應能力。

3、遺傳因素與植物抗寒性

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

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