不同防霜剂对宁夏灌区桃花抵御霜冻的效果研究

来源:用户上传      作者:刘兆宇　张晓煜　南学军　胡宏远

　　 摘要：为筛选适用于宁夏灌区桃树花期防霜试剂，以5～6年生“秦王”桃树为试材，于大蕾期分别喷施清水（CK）、“天达2116”、“碧护”、“植符”，两日后带枝采回水培，并于人工模拟低温霜冻试验箱内进行-4℃低温处理，测定相应的生理指标。结果显示，
　　喷施防霜剂可以增强-4℃低温逆境处理桃花的抗氧化酶活性，减轻膜脂过氧化，增加渗透调节物质含量，增强渗透调节能力，从而减轻低温造成的伤害。几种防霜剂的效果依次为“天达2116”>“碧护”>“植符”。“天达2116”在预防宁夏灌区桃树花期霜冻上作用显著，值得推广应用。
　　关键词：桃树;花期;低温胁迫;防霜试剂;生理指标;宁夏
　　中图分类号：S662.101：S482.99 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2020）04-0131-05
　　Abstract In order to screen out the anti-frost reagents applied to the peach tree in flowering period in Ningxia Yellow River irrigation region， the 5～6-year-old Qinwang peach trees in bloom period were used as test materials and treated by spraying water， Tianda 2116， Bihu and Zhifu， respectively. After two days， the treated branches were harvested and hydroponically cultured in a simulated low-temperature frost test chamber at -4℃. After the low-temperature treatment， the corresponding physiological indexes were determined. The results showed that spraying anti-frost reagents could reduce the harm of -4℃ low temperature to peach flowers through enhancing the activity of antioxidant enzymes， reducing membrane lipid peroxidation and increasing osmotic adjustment substances to enhance the osmotic adjustment ability. The effects of the tested anti-frost reagents showed as Tianda 2116 > Bihu > Zhifu. Among them， Tianda 2116 played a significant role in preventing frost on peach tree in flowering period in Ningxia irrigation area， so it was worthy of popularization and application.
　　Keywords Peach tree; Flowering period; Low temperature stress; Anti-frost reagent; Physiological index; Ningxia
　　 桃產业在国家农业结构调整、脱贫攻坚中发挥着重要作用。但桃生产过程中不可避免地会遭受一些自然灾害，近年来频发的春季晚霜冻害对桃产业发展造成了严重威胁，引起众多研究者的关注[1，2]。
　　 为减轻霜冻给农业造成的灾害，人们一直在探索并总结了许多有效方法，主要分为三类：物理防霜、化学防霜、工程防霜。物理防霜是通过隔绝能量传导和对流减少能量损失或通过能量交换达到防霜的目的，主要有熏烟法、加热法、防霜风机空气扰动法等，简便、实用。工程防霜是通过系统应用人工设施达到防霜目的，主要有冷空气疏导防霜工程、防霜火墙等，优点是覆盖面广、应急速度快、整体性好，但目前在我国的应用还处于萌芽期[3]。化学防霜主要为喷施增强树势、推迟物候期、祛除冰核细菌的化学试剂。研究发现，防霜试剂对葡萄赤霞珠的幼叶、杏花、小麦、樱桃花有良好效果[4-8]，可减轻梨幼果过氧化[9]，也可有效祛除冰核细菌以预防霜冻[10，11]。
　　 然而物理防霜和工程防霜在实际应用中具有一定局限性，如物理熏烟不环保，易发生火灾，且对于平流霜冻效果较差;工程防霜对于辐射霜冻效果较差，且成本较高，多适用于大规模农场。化学防霜不仅不受霜冻类型的影响，而且价格低廉，操作方便，持续时间长，因此化学防霜试剂的推广应用越来越广泛。
　　 宁夏灌区桃树每年约4月10日开花，正值霜冻高发期，如何降低霜冻危害对于该地区桃产业发展具有重要意义。但目前有关该地区桃树花期化学防霜的研究鲜见报道，故本研究选用“天达2116”、“碧护”、“植符”三种防霜试剂，比较其对提高宁夏灌区桃花抗霜冻的效果，以期为宁夏灌区桃树花期防霜冻提供技术支持。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况与试验设计
　　 试验于2019年4月在宁夏回族自治区银川市永宁县望洪镇进行。试验地段海拔1 100 m，年平均气温9.6℃，≥10℃积温3 427.1 ℃·d，年降水量177.2 mm，年平均日照时数2 893 h，年平均相对湿度65%，全年无霜期167 d。试验地土壤类型为灰漠土，占地1 hm2，株行距3 m×4 m，树体整形方式为Y型，常规管理。 　　 试验桃树品种为“秦王”，挑选树势、营养状况一致的5～6年生树，于4月15日大蕾期分别喷施防霜剂“天达2116”、“碧护”、“植符”的1 000倍稀释液，以喷清水为对照，每个处理30棵树。于4月17日从东、西、南、北四个方位挑选树冠中部长势基本一致的大蕾期短果枝，每个方向约采4枝，每棵树共取15枝左右花枝，混合后插入水培缸中尽快带回实验室，并立即进行低温模拟人工霜冻处理。
　　1.2 低温处理
　　 试验仪器采用中国农业科学院开发的以PID调节方式控温的MSX-2F型模拟霜箱系统。
　　 将培养的桃树枝条连同水培缸置于霜冻模拟试验箱中，箱温（15℃）按图1所示程序降温至-4℃，保持2 h，之后以每小时4℃持续升温至4℃，随机取样，测定其抗低温相关生理指标。
　　1.3 测定项目与方法
　　 电导率采用电导法测定[12];SOD、POD、CAT均采用南京建成试剂盒测定（货号分别为A001-1、A084-3-1、A007-1）;MDA测定采用硫代巴比妥酸法[12];游离脯氨酸测定采用磺基水杨酸浸提-酸性茚三酮显色法[12];可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝染色法[12];可溶性糖测定采用蒽酮比色法[12]。
　　1.4 数据处理与分析
　　 采用Microsoft Excel 2010进行预处理和作图。采用SPSS进行统计分析，方差分析显著水平为α=0.05。
　　 利用隶属函数法评价防霜效果。首先将喷施不同防霜剂处理的每个抗逆指标进行无量纲化处理，然后进行分类，与抗寒性呈正相关的指标，如脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量及抗氧化酶活性，采用公式（1）计算隶属度;而与抗寒性呈负相关的指标，如MDA含量、电导率，采用公式（2）计算隶属度。
　　
　　式中：Zij表示第i种防霜剂经过处理后第j项指标的隶属度;Xij表示第i种防霜剂经过处理后第j项指标的测定值;Xmax表示所有参试材料中第j项指标的最大值;Xmin表示所有参试材料中第j项指标的最小值。将每种防霜剂处理的各项指标隶属度值累加并计算平均值，值越大，综合抗逆性越强，说明防霜剂越有效。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同防霜剂处理的桃花受冻情况
　　 低温处理之前，“秦王”桃花的含水量较高，外观鲜嫩，花瓣周围无褐变现象;经过人工霜冻试验箱处理8 h再放置室温1 h后观测，部分花瓣周围呈暗黑色。处理间比较，对照组花瓣周围褐变率约为40%，喷施“天达2116”的花瓣周围褐变率约为10%，喷施“碧护”的花瓣周围褐变率约为15%，喷施“植符”的花瓣周围褐变率约为20%。
　　2.2 不同防霜试剂处理对桃花相对电导率、丙二醛含量的影响
　　 植物在逆境下活性物质会大量积累，细胞膜透性改变，导致电导率升高。如图2所示，喷施三种防霜剂处理的相对电导率均与清水对照有显著差异，但三种防霜剂处理之间无显著差异。喷施“天达2116”的相对电导率最低，比对照降低14.41%;其次为喷施“碧护”的，相对电导率比对照降低12.53%;喷施“植符”比对照降低10.05%。喷施三种防霜剂均有减轻膜结构受破坏程度的效果。
　　 丙二醛是膜脂过氧化最终产物之一，随逆境胁迫增强而升高。对照桃花遭受低温胁迫后丙二醛含量升高达7.3 μmol/gFW，喷施“天达2116”、“植符”处理与对照无显著差异，但喷施“碧护”相对于对照丙二醛含量显著降低18.1%（图2）。
　　
　　2.3 不同防霜试剂处理对桃花SOD、POD、CAT活性的影响
　　 植物遭受逆境后活性氧含量升高，相应会促进各抗氧化酶（SOD、POD、CAT）協调作用以清除活性氧，减轻其对细胞的伤害。由图2可以看出，低温逆境下，喷施“天达2116”、“碧护”、“植符”处理的SOD含量均显著高于对照，分别是对照的1.57倍、1.45倍和1.68倍，其中“植符”与“天达2116”无显著性差异，但“植符”均值较高。
　　 喷施防霜剂处理的POD活性均高于对照，其中“碧护”处理与对照间差异显著，其POD活性是对照的1.1倍，而其余两处理与对照无显著性差异。喷施“天达2116”处理的CAT活性显著高于其他处理，是对照的1.84倍;其他两组防霜剂处理与对照的CAT活性无显著差异。
　　2.4 不同防霜试剂处理对桃花可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸含量的影响
　　 低温逆境后，喷施三种防霜剂的处理可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著高于对照（图4）。喷施“植符”处理的可溶性蛋白含量最高，是对照的1.43倍，且显著高于其他两种处理;喷施“天达2116”和“碧护”处理的可溶性蛋白含量分别是对照的1.26、1.21倍，两者间无显著差异。可溶性糖含量则以喷布“碧护”处理的最高，显著高于其他处理，是对照的1.36倍;其次为喷布“天达2116”和“植符”处理，可溶性糖含量分别是对照的1.29倍和1.26倍，两者间差异不显著。
　　 游离脯氨酸是一种植物中广泛存在的渗透调节物质，遭受逆境胁迫后植物可通过提高游离脯氨酸含量进而增加细胞液浓度达到保护细胞的作用[12]。低温逆境下，喷布三种防霜试剂桃花体内的游离脯氨酸含量间无显著差异，但均显著高于对照，其中喷布“天达2116”处理的脯氨酸含量最高，是对照的1.73倍。
　　
　　2.5 应用不同防霜试剂的桃花抗霜冻效果评价
　　三种防霜试剂作用机理不同，喷布后桃花的抗霜冻效果也存在差异，隶属度均值由高到低依次是“天达2116”、“碧护”和“植符”（表1）。
　　3 讨论
　　 植物在遭受低温逆境时，生物膜透性发生变化，电解质渗透率增加，而丙二醛作为膜脂过氧化产物，其含量也随之升高。与对照相比，喷施三种防霜试剂均可降低相对电导率和MDA含量，其中，三种防霜剂处理的相对电导率均显著低于对照，以“天达2116”处理的最低;喷施“碧护”处理的丙二醛含量显著低于对照，说明该防霜剂能有效减轻桃花细胞膜脂质过氧化，保护膜完整性，减少电解质外渗，从而提高桃花的抗冷性。 　　 正常条件下，植物体内活性氧的积累与清除处于动态平衡，当遭受逆境时活性氧积累，从而催化抗氧化酶。SOD是清理活性氧的重要酶类[14]，POD通过转化植物体内的碳水化合物成为木质素来增强抵御逆境的能力[15]，CAT也是一种重要的活性氧清除剂，属于关键的生物防御酶[16]。喷施“碧护”的SOD、POD显著高于对照，但对于CAT无显著性差异，喷施“天达2116”的SOD、CAT显著高于对照，但对于POD无显著差异，喷施“植符”仅SOD显著高于对照。可能因为三种试剂成分不同、作用时间有差异，所以防御机理有差别，导致抵御霜冻逆境的途径不同。
　　 可溶性蛋白、可溶性糖是植物体内广泛分布的主要渗透调节物质。可溶性蛋白亲水性较强，是植物逆境下的保护物质;当植物遭受低温逆境时，会产生大量可溶性糖从而调节渗透平衡[17，18]。喷施三种防霜试剂的桃花可溶性蛋白、可溶性糖含量均显著高于对照，其中，喷施“植符”的可溶性蛋白含量显著高于其他处理，而喷施“碧护”的可溶性糖含量显著高于其他处理，这可能与不同防霜剂的药剂成分和防御机理有关。
　　 游离脯氨酸的抗性作用是通过调节和维护结构融冻后原生质与环境的渗透平衡，增加蛋白质的可溶性实现的[18]。本试验结果表明，在低温处理下，喷施三种防霜试剂的桃花脯氨酸含量均显著高于对照，三者间无显著差异。
　　 利用隶属函数法评价三种防霜试剂对桃花抵御霜冻的效果，三者的综合隶属度为“天达2116”>“碧护”>“植符”，表明“天达2116”对桃花防霜的效果最好。自然霜冻是一个复杂过程，不仅受温度高低和持续时间的影响，也受光照等条件影响[20]，今后需进一步优化人工模拟霜冻过程以增加相关因子。
　　4 结论
　　 综合分析发现，在以每小时2℃的速度降温到-4℃并持续2 h、然后以每小时4℃升温到4℃的人工模拟霜冻条件下，喷施防霜试剂可以减轻桃花的霜冻逆境，三种防霜剂的综合效果为“天达2116”>“碧护”>“植符”，因此在宁夏灌区预防桃树花期霜冻的实际应用中应优先考虑“天达2116”。
　　参 考 文 献：
　　[1] Augspurger C K.Reconstructing patterns of temperature，phenology， and frost damage over 124 years：spring damage risk is increasing[J]. Ecology， 2013， 94： 41-50.
　　[2] 王绍武，罗勇，赵宗慈，等. IPCC第5次评估报告问世[J]. 气候变化研究进展，2013，9（6）：436-439.
　　[3] 张晓煜.北方果园霜冻防御[M].北京：气象出版社，2015： 143-147.
　　[4] 宋伟，孙鲁龙，杜远鹏，等.不同防霜剂对赤霞珠葡萄幼叶抵御霜冻的效果研究[J].中外葡萄与葡萄酒，2016（1）：6-9.
　　[5] 师占君，刘增军，陈明，等.几种药剂减轻杏扁霜冻的初步研究[J].河北果树，2007（S1）：100-101.
　　[6] 施海燕，呼丽萍，侯亚茹.不同药剂组合对‘红灯’大樱桃花器官抗寒性的影响[J]. 果树学报，2014，31（1）：91-95.
　　[7] 仝亚军，高玉录，刘孟龙，等.喷布外源褪黑素对缓解葡萄叶片晚霜冻害的作用[J].落叶果树，2019，51（2）：8-11.
　　[8] 李凤霞，马汇泉，杜洪伟，等.‘天达2116’提高冬小麦抗低温冷害生理特性的研究[J].中国农学通报，2012，28（30）：11-15.
　　[9] 李志军，赵娜娜，孙华丽，等.低温胁迫下不同防冻剂对梨幼果膜质过氧化的影响[J]. 中国农学通报，2012，28（31）：261-264.
　　[10]黄晓琴.山东茶树冰核细菌的分离、鉴定及其与霜冻害关系研究[D].泰安：山东农业大学， 2009.
　　[11]孟庆瑞.杏花器官霜冻害生理机制研究[D].保定：河北农业大学，2009.
　　[12]赵世杰，苍晶.植物生化实验原理和技术[M].北京：中国农业出版社，2015：12.
　　[13]汤章城.逆境条件下植物脯氨酸的累积及其可能的意义[J].植物生理学通讯，1984（1）：15-21.
　　[14]Mkersite B D.Manipulating freezing tolerance in transgenic plant[J].Acta Physiol. Planta，1997，19（4）：17-19.
　　[15]李惠，熊忠飞，徐梦君，等.龙薯九号甘薯冷害逆境与适温贮藏品质调控[J]. 食品科技，2018，43（12）：37-42.
　　[16]刘鸿先，曾韶西，王以柔，等.低温对不同耐寒力的黄瓜（Cucumis sativus）幼苗子叶各细胞器中超氧化物酶（SOD）的影响[J]. 植物生理学报， 1985， 11（1）： 48-57.
　　[17]刘祖琪，张石城.植物抗性生理学[M].北京： 中国农业出版社， 1994： 43-44.
　　[18]潘瑞炽，董愚得.植物生理学[M].北京： 高等教育出版社，1995.
　　[19]高圣华.落叶果树抗寒性研究进展[J].北方果树， 2007（5）： 1-3.
　　[20]孫鲁龙，段秋艳，翟衡，等.霜冻过程温光因子分析及模拟霜冻条件的建立[J].植物学报，2019，54（2）：237-244.
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