龍眼低溫脅迫及其抗寒性研究概況

龍眼低溫脅迫及其抗寒性研究概況

龍眼屬于無(wú)患子科龍眼科植物。這是典型的亞熱帶多年生果樹(shù)。它對(duì)溫度反應(yīng)很快，喜歡加熱，不怕冷，耐寒能力低，不僅有凍傷，還有感冒。常見(jiàn)報(bào)道的是凍害,對(duì)龍眼危害大,重則樹(shù)體死亡。當(dāng)氣溫降至0℃,龍眼幼苗受凍;-0.5~-1.0℃時(shí),龍眼大樹(shù)則表現(xiàn)不同程度的凍害;-4℃時(shí)整株成年龍眼樹(shù)地上部死亡;倘若低溫再伴隨著長(zhǎng)時(shí)間干旱,即使溫度僅在0℃附近,也將造成嚴(yán)重凍害。如1999年底的特大霜凍曾給龍眼生產(chǎn)造成慘重?fù)p失。為此,本文綜述了龍眼低溫脅迫及其抗寒性生理有關(guān)研究動(dòng)態(tài)和進(jìn)展,旨在為龍眼抗寒性機(jī)理的深入研究,抗寒品種的選育、鑒定,以及選擇適宜的龍眼防寒栽培措施提供參考。1龍眼低溫脅迫的細(xì)胞學(xué)1.1低溫脅迫對(duì)膜脂質(zhì)及葉綠體結(jié)構(gòu)的影響低溫脅迫包括冷害和凍害,前者由冰點(diǎn)(0℃)以上低溫引起,后者由冰點(diǎn)(0℃)以下低溫引起。葉片是最早和最直接感受外界環(huán)境變化的部位,低溫會(huì)使植物細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,葉綠體、線粒體是對(duì)低溫比較敏感的兩個(gè)細(xì)胞器,而質(zhì)膜則是低溫傷害的首要部位,三者的變化與植物抗寒性密切相關(guān)。陳由強(qiáng)等以電鏡顯微化學(xué)觀察表明,不抗寒龍眼品種在4℃低溫處理?xiàng)l件下葉綠體中類(lèi)囊體則堆積成明顯的顆粒狀基粒,片層數(shù)量較多,且葉綠體多數(shù)呈蝶型排列,線粒體較多,線粒體的內(nèi)膜模糊不清,核膜開(kāi)口,或有核內(nèi)容物外漏。而抗寒龍眼品種葉綠體中類(lèi)囊體不形成基粒,少數(shù)片層結(jié)合重疊后伸展在整個(gè)葉綠體中,線粒體嵴清晰,核膜未見(jiàn)開(kāi)口。由此可見(jiàn),低溫脅迫使不抗寒龍眼幼葉細(xì)胞葉綠體、線粒體和細(xì)胞核等細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較顯著的變化。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,葉綠體結(jié)構(gòu)正常與否是判斷植物細(xì)胞活性的一個(gè)重要指標(biāo)。龍眼葉肉細(xì)胞中葉綠體是感受低溫脅迫比較敏感的細(xì)胞器之一,過(guò)度低溫還會(huì)導(dǎo)致葉綠體降解,葉綠體結(jié)構(gòu)的損傷是不可逆的,尤其是膜脂結(jié)構(gòu)破壞將使葉綠體完全喪失功能,甚至引起葉細(xì)胞的衰老、死亡。所以,葉綠體在低溫脅迫下的超微結(jié)構(gòu)是研究龍眼抗寒性的一個(gè)重要指標(biāo)。朱建華等研究發(fā)現(xiàn),龍眼受低溫傷害后,當(dāng)葉綠體片層結(jié)構(gòu)受到破壞,會(huì)影響龍眼光合作用的能力,減少光合產(chǎn)物形成。葉綠體內(nèi)淀粉含量增多,可能是因?yàn)榈蜏厥沟矸鄄荒苻D(zhuǎn)化成可溶性糖,影響正常代謝和能量供應(yīng),從而導(dǎo)致冷害。陳國(guó)林、冷平等研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。朱建華等通過(guò)透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn),未受霜凍害的龍眼成熟葉片細(xì)胞壁完整,葉綠體呈梭形,葉綠體基粒片層排列規(guī)則有序,線粒體呈不規(guī)則的球形;當(dāng)遭受-2℃霜凍后,葉片結(jié)霜以及霜晶尚未溶解時(shí),細(xì)胞液未大量外流;隨著霜晶快速溶解后,首先出現(xiàn)葉綠體膜消失、葉綠體片層系統(tǒng)受破壞,細(xì)胞質(zhì)膜破裂和質(zhì)壁分離等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致細(xì)胞液大量外流氧化,因而在葉片主、側(cè)脈周?chē)霈F(xiàn)褐色或黑褐色凍斑。這與簡(jiǎn)令成的研究結(jié)果相一致。隨著陽(yáng)光照射和氣溫繼續(xù)升高,受凍害的葉片進(jìn)一步失水,導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞器等原生質(zhì)裂解、互溶成形狀和大小不規(guī)則的團(tuán)塊和顆粒狀物,使細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化而死亡。表明質(zhì)膜和葉綠體是最易受低溫傷害的細(xì)胞器,霜晶快速溶化對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞主要是霜晶不斷擴(kuò)大,對(duì)細(xì)胞壁和原生質(zhì)造成擠壓的機(jī)械傷害以及原生質(zhì)過(guò)度脫水不能得到恢復(fù)而產(chǎn)生。因此,龍眼在低溫條件下,保持其細(xì)胞器及膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是非常重要的。1.2ca2+與低溫脅迫的作用機(jī)制Ca2+作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素和偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使,在調(diào)節(jié)植物細(xì)胞對(duì)逆境反應(yīng)和逆境適應(yīng)性過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。有研究表明,植物遭受低溫刺激后,細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度會(huì)瞬時(shí)升高,結(jié)合并激活Ca2+的一個(gè)重要受體鈣調(diào)蛋白(CaM),形成鈣信號(hào)系統(tǒng)(Ca-CaM系統(tǒng)),調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá),推動(dòng)相應(yīng)生理生化的變化。同時(shí)鈣又是一種細(xì)胞毒害劑。如果胞內(nèi)Ca2+濃度過(guò)高,將會(huì)同磷酸反應(yīng)形成沉淀而擾亂以磷酸為基礎(chǔ)的能量代謝。陳由強(qiáng)等通過(guò)電鏡顯微化學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),未經(jīng)低溫處理的龍眼幼葉細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙、質(zhì)膜和液泡存在大量的Ca2+沉淀顆粒,葉綠體、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中也有一些Ca2+沉淀顆粒分布,表明液泡和細(xì)胞間隙是細(xì)胞的鈣庫(kù)。在4℃低溫處理?xiàng)l件下,質(zhì)膜上Ca2+沉淀顆粒明顯增多,細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的Ca2+水平增加,可能是龍眼幼葉細(xì)胞受到外部低溫刺激,胞外和胞內(nèi)鈣庫(kù)Ca2+分別通過(guò)質(zhì)膜上的鈣通道內(nèi)流和通過(guò)細(xì)胞器膜上的鈣通道釋放到細(xì)胞質(zhì),引起胞質(zhì)中Ca2+濃度提高,產(chǎn)生鈣信號(hào)。表明低溫脅迫促使Ca2+在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行了重新分布和定位,細(xì)胞中Ca2+水平的變化可能參與感受環(huán)境溫度的變化,參與低溫信號(hào)傳導(dǎo)。由此可知,Ca2+對(duì)低溫脅迫具有一定的調(diào)節(jié)作用,但卻具有正反兩方面調(diào)節(jié)。鈣還起著信號(hào)傳導(dǎo)的作用,與CaM結(jié)合后激活CaM,繼而激活細(xì)胞內(nèi)多種酶如磷脂酶等,使細(xì)胞產(chǎn)生與信號(hào)相對(duì)應(yīng)的生理反應(yīng)。1.3冷、凍、損害賠償和td金屬酶系統(tǒng)的變化龍眼受低溫傷害尤其是凍害,以枝干形成層反應(yīng)最為敏感,幼樹(shù)離地面約15cm以下的主干和根頸部位的形成層更易受害,因?yàn)檫@些部位的組織在冬季休眠最晚或休眠程度較淺,仍保持生理活動(dòng)狀態(tài),細(xì)胞組織的含水量較高。當(dāng)氣溫逐漸降低至0℃以下,造成細(xì)胞間隙結(jié)冰,產(chǎn)生脫水、機(jī)械和滲透等3種脅迫。細(xì)胞間隙的自由水首先形成冰核,使細(xì)胞滲透壓加大,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分不斷外滲,使原生質(zhì)體因嚴(yán)重脫水和冰體擠壓造成傷害。當(dāng)超過(guò)一定限度,細(xì)胞內(nèi)原來(lái)的膠狀物質(zhì)就逐漸凝固起來(lái),特別是在嚴(yán)重霜凍以后,氣溫驟然回升,冰晶融化時(shí),細(xì)胞壁易恢復(fù)原狀,而原生質(zhì)尚來(lái)不及吸水膨脹,有可能被撕裂損傷。此外,由于低溫誘導(dǎo)而產(chǎn)生活性氧也能損傷膜結(jié)構(gòu)。但解凍時(shí)氣溫如果緩慢回升,輕度結(jié)冰脫水的細(xì)胞有可能重新吸收失去的水分,而使其有可能慢慢恢復(fù)生機(jī)。若氣溫驟然大幅降至0℃以下時(shí),可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)過(guò)冷,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部原生質(zhì)體和液泡相繼結(jié)冰。原生質(zhì)內(nèi)形成的冰晶體體積比蛋白質(zhì)等分子的體積大得多,冰晶就會(huì)破壞生物膜、細(xì)胞器和襯質(zhì)結(jié)構(gòu),首先表現(xiàn)為膜傷害和細(xì)胞內(nèi)的有序隔離喪失,生物大分子結(jié)構(gòu)受損,致使細(xì)胞不能進(jìn)行正常的物質(zhì)代謝,對(duì)細(xì)胞造成致命傷害,往往在冰晶融化后很快表現(xiàn)出凍害癥狀,隨后死亡。有研究發(fā)現(xiàn),驟冷或速凍(溫度降至0℃以下,降溫速率在3℃/小時(shí)以上)會(huì)使細(xì)胞內(nèi)外都結(jié)冰,對(duì)膜系統(tǒng)造成機(jī)械損傷。龍眼凍害的直接原因是由于冰晶積累以及在凍融循環(huán)時(shí)冰晶的增大,由此對(duì)細(xì)胞造成機(jī)械破壞和細(xì)胞內(nèi)次生干旱,過(guò)度失水會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞,膜的超微結(jié)構(gòu)改變,并導(dǎo)致細(xì)胞運(yùn)輸系統(tǒng)受損和膜結(jié)合酶的功能喪失等復(fù)雜變化。因此,無(wú)論是細(xì)胞間隙結(jié)冰,還是細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰都會(huì)對(duì)細(xì)胞造成傷害?？梢?jiàn),低溫脅迫能誘導(dǎo)龍眼體內(nèi)細(xì)胞凋亡。龍眼通過(guò)部分組織的細(xì)胞凋亡無(wú)疑是用來(lái)增強(qiáng)整體抵抗不良環(huán)境的一種能動(dòng)生理反應(yīng),而且這種主動(dòng)性死亡可能是龍眼抗逆性的一種普遍的生理機(jī)制。但是,如果低溫脅迫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)冷也會(huì)造成龍眼整體死亡。2龍眼不同品種與結(jié)構(gòu)及組織特性的關(guān)系研究葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特征不僅與自身遺傳特性有關(guān),還與后天生長(zhǎng)的環(huán)境有著密切的關(guān)系。有研究表明,龍眼葉片組織結(jié)構(gòu)與其抗寒性存在一定的聯(lián)系。劉順枝報(bào)道,龍眼嫩葉、成熟葉和老葉在上下表皮厚度、角質(zhì)層、乳突狀突起及柵欄組織、海綿組織和維管束的顯微結(jié)構(gòu)上存在明顯差別。嫩葉上表皮的角質(zhì)層薄,海綿組織葉肉細(xì)胞排列較緊密,細(xì)胞間隙小,細(xì)胞多呈短圓形,維管束的木質(zhì)部還未完全分化形成,柵欄組織和海綿組織的葉肉細(xì)胞含葉綠體小,而顏色較淡些,所以嫩葉抗寒能力及光合作用強(qiáng)度較成熟葉及老熟葉弱,因此寒潮來(lái)臨時(shí)總是嫩葉先受害。龍眼受低溫危害后,外部形態(tài)改變直觀易見(jiàn),葉的結(jié)構(gòu)變化最為明顯,在表觀上會(huì)表現(xiàn)出一定的癥狀,如葉脈變褐色,葉片呈現(xiàn)干枯等。因此,龍眼葉片的外部特征是評(píng)價(jià)龍眼抗寒性的重要依據(jù)。李平聰?shù)妊芯勘砻?龍眼葉片的大小、厚薄和體積與龍眼品種的耐寒性不存在任何相關(guān)性。很多研究發(fā)現(xiàn),葉片組織細(xì)胞緊密度(CTR)即柵欄組織和下部緊密組織厚與葉片厚的比值與其種類(lèi)的抗寒性密切相關(guān);疏松海綿組織的百分比與抗寒性呈負(fù)相關(guān)。鄭家基等研究表明,葉片空隙率大小與龍眼不同品種耐寒性有著密切關(guān)系。葉片空隙小的品種,耐寒性較強(qiáng);反之,葉片空隙率大的品種,耐寒性較弱。劉冰浩等和武蘭芳研究指出,不同龍眼品種、同一樹(shù)體的不同部位存在著抗寒力上的差異;同時(shí)指出,抗寒性強(qiáng)的品種生長(zhǎng)早期氣孔開(kāi)放較大,晚期則較小;保衛(wèi)細(xì)胞及柵欄細(xì)胞較小,柵欄細(xì)胞較細(xì)長(zhǎng),其內(nèi)葉綠體數(shù)目較多。因此,可以應(yīng)用CTR值(細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度)來(lái)鑒定不同品種龍眼的抗寒性。張惠斌等對(duì)我國(guó)40個(gè)龍眼栽培品種的研究結(jié)果表明,龍眼葉片組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度(CTR值)與品種耐寒性密切相關(guān),且具有相對(duì)的穩(wěn)定性,不受生長(zhǎng)發(fā)育和生態(tài)條件的影響,反映了龍眼品種耐寒性遺傳上的差異。劉冰浩等研究表明,作為龍眼種質(zhì)耐寒性指標(biāo)的CTR值與龍眼葉片組織的海綿組織厚度呈極顯著的負(fù)相關(guān);與葉片下部緊密組織厚度呈極顯著的正相關(guān);而與葉片厚度和葉片柵欄組織厚度的相關(guān)性不顯著。說(shuō)明龍眼葉片下部緊密組織越厚則越耐寒,而葉片海綿組織越厚則越不耐寒。3藥物的性質(zhì)和含量龍眼樹(shù)體中的水分以自由水和束縛水兩種不同的狀態(tài)存在。束縛水是細(xì)胞原生質(zhì)結(jié)構(gòu)水的一種組分,不易移動(dòng)、蒸騰和結(jié)冰,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,會(huì)使原生質(zhì)黏性增大,代謝降低,有利于耐寒性的提高,它的含量變化,必然影響原生質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。自由水則不與原生質(zhì)膠體緊密結(jié)合,其含量較多時(shí),代謝活動(dòng)強(qiáng),生長(zhǎng)速度快,但抗性往往降低。自由水和束縛水在組織中含量的比例,經(jīng)常隨外界條件變化而發(fā)生改變。自由水和束縛水含量的高低與龍眼的生長(zhǎng)和抗寒性有著密切的關(guān)系。龍眼不同品種的束縛水與自由水比值差異較大,該比值的大小是衡量龍眼抗性的重要指標(biāo)。束縛水與自由水比值大,表明束縛水含量較多,其抗性較強(qiáng)。當(dāng)龍眼樹(shù)體含水量低,代謝活動(dòng)弱時(shí),自由水含量就少,細(xì)胞液濃度高,保水能力強(qiáng),有利于抗凍。因?yàn)?含水量低意味著容易結(jié)冰的自由水含量少,可減輕組織結(jié)冰給龍眼帶來(lái)的危害。當(dāng)冬季龍眼葉溫下降到0℃以下時(shí),細(xì)胞間隙的自由水便開(kāi)始結(jié)冰,而束縛水的冰點(diǎn)在-20~-25℃。因此,耐寒性強(qiáng)的龍眼品種越冬時(shí)束縛水的相對(duì)含量較高,自由水的相對(duì)含量較低,有利于保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,給龍眼樹(shù)帶來(lái)的危害就輕。4膜的結(jié)構(gòu)、功能和龍眼的抗寒性4.1膜透性變化對(duì)抗寒性的影響細(xì)胞膜包括質(zhì)膜和內(nèi)膜系統(tǒng),是許多細(xì)胞代謝活動(dòng)的中心,是細(xì)胞感受環(huán)境脅迫最敏感的部位,也是受凍害和冷害而損傷的原初部位。膜的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和相變是寒害原初反應(yīng)的重要指標(biāo)。膜結(jié)構(gòu)和功能主要受膜組分的調(diào)節(jié),植物的抗寒性與細(xì)胞在低溫下能否保持膜的流動(dòng)性和穩(wěn)定性有關(guān)。膜的流動(dòng)性越小,植物的抗寒性越弱;膜的流動(dòng)性越大,植物的抗寒性越強(qiáng)。細(xì)胞膜的選擇透性是其維持生理功能最重要的條件之一。在低溫脅迫條件下,細(xì)胞原生質(zhì)結(jié)構(gòu)常受到破壞,原生質(zhì)膜的半透性喪失,膜脂的物相發(fā)生變化,從液晶相變?yōu)槟z相,收縮,產(chǎn)生龜裂,進(jìn)而透性增大,膜上存在的膜結(jié)合酶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,最終導(dǎo)致植物細(xì)胞生理代謝的變化及功能紊亂。細(xì)胞膜透性的變化是低溫脅迫的關(guān)鍵所在?？购詮?qiáng)的品種細(xì)胞受害程度輕,膜透性增大程度輕,且透性變化可逆轉(zhuǎn),易恢復(fù)正常;反之,抗寒性差的品種膜透性增加的大,且不可逆轉(zhuǎn),以致造成傷害甚至死亡。這種變化明顯地出現(xiàn)在外部形態(tài)的變化之前。通常情況下,細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)常受細(xì)胞膜的阻隔保留在細(xì)胞內(nèi),當(dāng)細(xì)胞膜遭受某種傷害時(shí),電解質(zhì)則大量涌向細(xì)胞外,導(dǎo)致電解質(zhì)激增,相對(duì)電導(dǎo)率會(huì)有不同程度的增大。龍眼受低溫傷害,首先細(xì)胞膜的完整性被破壞,導(dǎo)致膜透性發(fā)生不同程度的增大,膜的選擇性喪失,表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)離子大量外滲而使電導(dǎo)率增加。電導(dǎo)率與品種耐寒力成反比,溫度愈低,電解質(zhì)滲透率越大,耐寒力越小。劉星輝等通過(guò)不同低溫處理,應(yīng)用電導(dǎo)法測(cè)定龍眼枝梢、葉片的耐寒性,結(jié)果表明,隨著溫度降低,枝梢、葉片的電解質(zhì)滲出率變化有極顯著的相關(guān)性。因此,用電導(dǎo)法測(cè)定膜透性變化可以作為龍眼抗寒性的一個(gè)重要指標(biāo)。陳虎等研究發(fā)現(xiàn),石硤龍眼在6℃低溫處理時(shí)葉片的電解質(zhì)外滲達(dá)到最大值,儲(chǔ)良龍眼在3℃時(shí)達(dá)到最大值,表明此時(shí)細(xì)胞膜嚴(yán)重受傷,極大地降低了龍眼幼樹(shù)的抗寒性。并且儲(chǔ)良龍眼細(xì)胞膜透性增加程度小且速度慢,而石硤龍眼細(xì)胞膜透性出現(xiàn)大幅度增加,說(shuō)明同樣溫度條件下石硤龍眼細(xì)胞受損程度大,儲(chǔ)良龍眼比石硤龍眼耐寒。另外,石硤龍眼和儲(chǔ)良龍眼分別在6℃和3℃時(shí)電導(dǎo)率出現(xiàn)下降趨勢(shì),這可能是其對(duì)低溫脅迫產(chǎn)生了一定的應(yīng)激反應(yīng),緩和質(zhì)膜受傷害程度,表現(xiàn)出相應(yīng)的抗寒性。由此可見(jiàn),膜透性增大的程度與逆境脅迫強(qiáng)度有關(guān),也與龍眼抗逆性的強(qiáng)弱有關(guān)。4.2膜脂脂肪酸檢測(cè)質(zhì)膜是細(xì)胞與環(huán)境之間的界面和屏障,是低溫傷害的主要部位,膜的組成成分與其抗寒性有密切的關(guān)系。低溫下不飽和脂肪酸含量下降,飽和脂肪酸含量上升,使膜的流動(dòng)性下降,從流動(dòng)的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài),從而細(xì)胞的生理功能不能正常表現(xiàn),出現(xiàn)寒害。1973年,Lyons發(fā)現(xiàn)抗冷性強(qiáng)的植物不飽和脂肪酸含量高。不飽和脂肪酸增加膜脂的無(wú)序性以利于流動(dòng)。許多研究也得到同樣的結(jié)論,細(xì)胞膜的相變溫度越低,抗寒性越強(qiáng),降低植物的膜相變溫度可以增強(qiáng)植物的抗寒性。而膜的相變溫度高低與膜脂所含脂肪酸的飽和程度最為密切。膜脂脂肪酸不飽和程度越高,相變溫度就低,抗寒性越強(qiáng)。龍眼的抗寒性與膜脂不飽和脂肪酸含量有著密切的關(guān)系。余澤寧報(bào)道,龍眼葉片膜脂脂肪酸組分主要有:棕櫚酸(16∶0)、硬脂酸(18∶0)、油酸(18∶1)、亞油酸(18∶2)和亞麻酸(18∶3)。不同品種龍眼葉片膜脂脂肪酸組分相同,但含量配比和膜脂脂肪酸不飽和度存在著明顯的差異。劉星輝等研究證實(shí),龍眼葉片不飽和脂肪酸中,亞麻酸/(亞油酸+油酸)比值差異顯著。耐寒性較強(qiáng)的品種葉片不飽和脂肪酸含量較高,不飽和指數(shù)(IUFA)亦大。因此,膜脂脂肪酸含量可作為研究龍眼抗寒性的生化指標(biāo)。余澤寧研究表明,在年周期中,龍眼葉片不飽和脂肪酸含量的變化與龍眼耐寒性的變化有著平行的關(guān)系,葉片膜脂脂肪酸組分含量反映著龍眼品種間耐寒性遺傳上的差異,葉片膜脂不飽和脂肪酸含量、脂肪酸不飽和度與龍眼不同品種的耐寒性呈正相關(guān)。這是由于膜脂脂肪酸不飽和度增加,膜脂相變溫度降低,從而使膜在低溫下保護(hù)流動(dòng)性和液晶相,有利于在低溫下進(jìn)行正常生理功能和避免膜脂凝固而造成膜傷害。4.3低溫對(duì)膜透性及抗寒性的影響MDA作為膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物,對(duì)質(zhì)膜有毒害作用,能抑制細(xì)胞保護(hù)酶活性和降低抗氧化物的含量,從而加劇膜脂過(guò)氧化,其含量高低與植物所受逆境脅迫程度有關(guān)。低溫環(huán)境下,細(xì)胞內(nèi)的活性氧代謝平衡被破壞,從而有利于活性氧或超氧化物自由基的產(chǎn)生,這種氧化會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成很大傷害。江福英等認(rèn)為低溫脅迫下,植物膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA大量積累,會(huì)造成膜透性上升,電解質(zhì)外滲,使電導(dǎo)率值變大,導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p傷。細(xì)胞膜的滲透會(huì)引起外界Ca2+大量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,Ca2+與鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)合激活了磷脂酶,結(jié)果使不飽和脂肪酸解脫下來(lái),不飽和脂肪酸在脂氧合酶的作用下形成羥基過(guò)氧化物,它能自發(fā)分解出MDA,這種MDA又能使更多的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),引起連鎖反應(yīng)。MDA能交聯(lián)脂類(lèi)、核酸、蛋白質(zhì)及糖類(lèi)等生物大分子,從而進(jìn)一步損傷質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與功能,使原生質(zhì)外滲增加。MDA的表現(xiàn)與膜透性的表現(xiàn)構(gòu)成一對(duì)矛盾的統(tǒng)一體,膜透性直接反映膜傷害程度,MDA間接表示膜受損狀況,并兼有反饋?zhàn)饔?。因?細(xì)胞內(nèi)MDA的含量變化是質(zhì)膜穩(wěn)定性和膜損傷程度的重要標(biāo)志之一。MDA含量變化與植物的抗寒性呈負(fù)相關(guān),如果某一品種MDA含量在低溫時(shí)巨增出現(xiàn)得早,說(shuō)明抗寒性較差;反之,抗寒性就強(qiáng)。陳虎等研究表明,在同一溫度條件下,儲(chǔ)良龍眼葉片的MDA含量高于石硤龍眼。隨著低溫脅迫程度的加強(qiáng),儲(chǔ)良龍眼葉片中的MDA含量逐步升高,而石硤龍眼葉片的MDA含量呈先降后升的趨勢(shì),6℃處理時(shí)出現(xiàn)最低值,3℃和0℃處理時(shí)葉片中的MDA含量逐漸升高。說(shuō)明在最初低溫范圍內(nèi)可能是細(xì)胞還未完全啟動(dòng)應(yīng)激反應(yīng),使龍眼幼樹(shù)葉片受到了一定傷害,隨后體內(nèi)的抗寒機(jī)制逐漸啟動(dòng),通過(guò)增加SOD、POD等保護(hù)酶的活性發(fā)揮其保護(hù)作用,抑制低溫引起的超氧陰離子自由基(O2-)的積累,細(xì)胞抗膜脂過(guò)氧化能力增強(qiáng),繼而表現(xiàn)出一定的抗性,從而減小了低溫對(duì)膜脂的傷害;但當(dāng)溫度繼續(xù)下降,MDA含量呈波動(dòng)上升趨勢(shì),這可能是低溫使胞內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性鈍化,膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng),導(dǎo)致組織細(xì)胞的生化平衡系統(tǒng)紊亂。5低溫脅迫與保護(hù)酶系統(tǒng)自由基傷害學(xué)說(shuō)認(rèn)為,在正常情況下,植物細(xì)胞中存在著活性氧的產(chǎn)生和清除兩個(gè)過(guò)程,活性氧的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài),不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞傷害。低溫脅迫會(huì)促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生,從而使植株體內(nèi)自由基積累,引發(fā)或加劇細(xì)胞膜脂過(guò)氧化,損傷膜系統(tǒng),對(duì)植物造成傷害。在低溫脅迫期間,植物體內(nèi)可啟動(dòng)活性氧清除系統(tǒng),以減輕或消除活性氧積累對(duì)植物的傷害?；钚匝跚宄到y(tǒng)主要有酶促系統(tǒng)和非酶促系統(tǒng)兩類(lèi),前者主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)等。SOD能以超氧陰離子為基質(zhì)進(jìn)行歧化反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)氧化氫(H202),減緩活性氧自由基對(duì)細(xì)胞膜的損傷;POD主要起到酶促降解H202的作用,解除細(xì)胞內(nèi)有害自由基,進(jìn)而維持細(xì)胞膜的完整和免遭破壞。低溫脅迫下,抗氧化酶系統(tǒng)清除活性氧能力的高低直接與植物抗冷性有密切關(guān)系。陳虎等研究表明,在低溫脅迫下石硤龍眼和儲(chǔ)良龍眼幼樹(shù)葉片細(xì)胞的SOD活性總體上呈先升高后下降再升高的趨勢(shì),而POD活性呈現(xiàn)與SOD活性相反的趨勢(shì);6~10℃低溫范圍內(nèi),SOD活性下降,可能由于SOD保護(hù)酶已經(jīng)形成一定的耐寒機(jī)制,具有一定活性,能夠使活性氧代謝處于一定的平衡,因而避免活性氧等各種自由基的大量積累,減輕了膜脂過(guò)氧化作用,降低了細(xì)胞膜的破壞程度;3℃時(shí),SOD活性急劇上升,是龍眼組織細(xì)胞對(duì)低溫脅迫的保護(hù)方式之一,隨后下降,說(shuō)明膜保護(hù)系統(tǒng)已受到損傷。由此可見(jiàn),龍眼抗逆境的能力與保護(hù)酶系統(tǒng)的活性大小及其防御功能是相關(guān)聯(lián)的。這可能就是低溫脅迫下龍眼主要的生理反應(yīng)及損傷機(jī)理。在低溫脅迫過(guò)程中,SOD、POD活性出現(xiàn)上升說(shuō)明植物對(duì)低溫傷害開(kāi)始產(chǎn)生防御反應(yīng),由此減緩傷害的程度,說(shuō)明其在逆境脅迫下有一定的保護(hù)功能?？梢?jiàn)在保護(hù)酶系調(diào)節(jié)系統(tǒng)中SOD和POD的活性起著主要的調(diào)節(jié)作用。由此看出,低溫脅迫前期,SOD、POD活性增強(qiáng),反映龍眼葉片在前期降溫過(guò)程中出現(xiàn)了應(yīng)激反應(yīng),龍眼葉片通過(guò)調(diào)節(jié)SOD、POD活性來(lái)增強(qiáng)自身的抗寒性,這可能是龍眼對(duì)低溫脅迫主動(dòng)適應(yīng)的方式之一。隨脅迫溫度降低,SOD、POD活性下降,其自身調(diào)節(jié)能力減弱,清除自由基的能力下降,從而導(dǎo)致低溫脅迫傷害,細(xì)胞膜保護(hù)酶系統(tǒng)已經(jīng)受到了損傷。因此推斷,可能SOD和POD含量變化只是中間生理生化過(guò)程,并且與低溫脅迫的時(shí)間和溫度有關(guān)。6滲透調(diào)整材料與龍眼抗寒性6.1可溶性蛋白質(zhì)與植物抗寒性的關(guān)系在植物體內(nèi),可溶性蛋白質(zhì)可以作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、能量物質(zhì)和信息傳遞物質(zhì),在植物抵御逆境過(guò)程中起到較大作用。前人的研究結(jié)果表明,低溫脅迫對(duì)植物體內(nèi)可溶性蛋白的含量存在兩方面的作用:一方面,低溫脅迫會(huì)誘導(dǎo)植物體內(nèi)生成一些其他的可溶性蛋白,如冷響應(yīng)蛋白,表現(xiàn)為對(duì)植物體內(nèi)可溶性蛋白含量的正效應(yīng);另一方面,低溫脅迫下,植物細(xì)胞產(chǎn)生自溶水解酶或溶酶體,釋放出水解酶,加速了蛋白質(zhì)的分解而無(wú)等速的合成,導(dǎo)致蛋白質(zhì)匱乏,表現(xiàn)為對(duì)植物體內(nèi)可溶性蛋白含量的負(fù)效應(yīng)。可溶性蛋白質(zhì)之所以與植物抗寒性密切相關(guān),是因?yàn)槠溆H水膠體性質(zhì)強(qiáng),可顯著增強(qiáng)細(xì)胞的持水力,增加束縛水含量和原生質(zhì)的彈性,能降低冰點(diǎn),并能阻止細(xì)胞液過(guò)冷,減少原生質(zhì)因結(jié)冰而傷害致死的概率。低溫條件下,可溶性蛋白質(zhì)發(fā)生量變的同時(shí),還可能發(fā)生質(zhì)變?？扇苄缘鞍踪|(zhì)增加既可能有新合成的,也有可能從膜上或其他結(jié)合形式中降解釋放出來(lái)的,或蛋白質(zhì)分解速率下降。一般認(rèn)為,低溫脅迫后組織內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過(guò)程,可溶性蛋白質(zhì)和總蛋白質(zhì)與耐冷性呈正相關(guān),隨著組織內(nèi)可溶性蛋白含量的增加,植物的抗寒性也增強(qiáng)。陳虎等研究表明,儲(chǔ)良龍眼和石硤龍眼隨著低溫脅迫程度的加強(qiáng),細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的含量有所增加,其中儲(chǔ)良龍眼葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量明顯高于石硤龍眼,說(shuō)明儲(chǔ)良龍眼的抗寒性比石硤龍眼強(qiáng)。因此可以說(shuō),可溶性蛋白質(zhì)含量與龍眼的抗寒性密切相關(guān)。6~10℃,儲(chǔ)良龍眼和石硤龍眼葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量隨著溫度下降而呈上升趨勢(shì),6℃時(shí)葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)最高值。由此可見(jiàn),低溫下可溶性蛋白質(zhì)含量的增加,可能是由于降解速率下降或合成的加強(qiáng),也有可能是由復(fù)合蛋白質(zhì)分解引起的。當(dāng)溫度低于6℃之后,隨溫度降低,葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量開(kāi)始迅速下降,這可能是6℃以下的低溫超出了自身調(diào)控范圍,造成可溶性蛋白質(zhì)含量降低,或復(fù)合蛋白質(zhì)分解成可溶性蛋白質(zhì)后,繼續(xù)受低溫危害,可溶性蛋白質(zhì)進(jìn)一步分解成氨基酸,從而使可溶性蛋白質(zhì)含量又表現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí),由于低溫下合成蛋白質(zhì)的酶系統(tǒng)受到損害,合成蛋白質(zhì)的能力下降,這也可能是導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量下降的一個(gè)原因。6.2溫度對(duì)龍眼抗寒性的影響可溶性糖是植物進(jìn)行光合、呼吸等能量轉(zhuǎn)換和新陳代謝的基本物質(zhì),也是植物細(xì)胞內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),它參與調(diào)節(jié)和維持體內(nèi)胞液濃度的生理過(guò)程,對(duì)葉片水分狀況的變化有一定影響?？扇苄蕴鞘抢浜蛢龊l件下的細(xì)胞內(nèi)外的保護(hù)物質(zhì),其作用主要是在低溫脅迫期間進(jìn)行溶質(zhì)的積累和滲透調(diào)節(jié),其含量與多數(shù)植物的抗寒性呈正相關(guān)。這是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)可溶性糖含量高可提高細(xì)胞液濃度,增加細(xì)胞持水力及組織中非結(jié)冰水,從而降低細(xì)胞質(zhì)的冰點(diǎn)和水勢(shì),增強(qiáng)保水能力,還可緩沖細(xì)胞質(zhì)過(guò)度脫水,保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固。糖還能提供碳源和底物,誘導(dǎo)其他與抗寒相關(guān)的生理過(guò)程,如促進(jìn)脫落酸(ABA)的積累,間接誘導(dǎo)新蛋白質(zhì),如抑制冰晶生長(zhǎng)的抗凍蛋白(AFPs)的合成,有助于抗寒性的增強(qiáng)。同時(shí),還具有保護(hù)蛋白質(zhì)避免低溫所引起的凝固作用,進(jìn)一步提高植物抗寒性。黃治遠(yuǎn)等研究表明,龍眼低溫處理后,葉片中糖含量高的品種耐寒性強(qiáng),受凍害輕;反之,葉片糖含量低的品種耐寒性弱,受凍害重。這說(shuō)明低溫誘導(dǎo)了水解酶的活性,使淀粉的分解速度加快,從而增加可溶性糖的含量,提高了細(xì)胞汁液濃度。因此,也提高了龍眼品種的耐冷性。由此可見(jiàn),可溶性糖含量的高低可以反映龍眼的耐寒性,它是龍眼品種適應(yīng)低溫能力的一個(gè)重要表現(xiàn),可作為龍眼耐寒性鑒定及耐寒品種選育的主要指標(biāo)之一。陳虎等研究報(bào)道,儲(chǔ)良龍眼和石硤龍眼隨著低溫脅迫程度的加強(qiáng),細(xì)胞內(nèi)可溶性糖含量有所增加,其中儲(chǔ)良龍眼葉片的可溶性糖含量高于石硤龍眼,說(shuō)明儲(chǔ)良龍眼的抗寒性比石硤龍眼強(qiáng)。石硤龍眼在3℃低溫脅迫時(shí),葉片的可溶性糖含量急劇下降,而儲(chǔ)良葉片的可溶性糖含量只有輕微的下降,進(jìn)一步說(shuō)明儲(chǔ)良龍眼的抗寒性比石硤龍眼強(qiáng)。這與黃治遠(yuǎn)等的研究結(jié)果相符。因此可以說(shuō)明,低溫脅迫初始,龍眼需要較多可溶性糖調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓,防止細(xì)胞過(guò)度脫水而受傷害;在經(jīng)歷初