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常用的落叶果树抗寒性研究方法

贵州省纳雍县王家寨镇林业站  陈斌

       果树抗寒性研究，主要有两方面内容：一是研究冻害、冷害发生的生理机制；一是研究果树抗冻、抗冷的生理机制，并密切联系生产实际，提出有关果树抗寒的研究方法与防御低温伤害的途径。

一、目前常用的抗寒性研究方法

1、田间鉴定法

①自然鉴定法：将暴露在自然条件下的植物种类作为研究对象，使其经过冬季低温考验后，从外部性状上来观察，调查植株的冻害和存活情况，从而估计不同植物的抗寒性。自然鉴定法具有真实可靠等许多优点。但它同时也有不少缺点，如自然低温发生频率低，浪费植物资源，鉴定并非十分准确。

②人工鉴定法：主要是指植物经过冬季低温后，借助于仪器测定植株的某一指标，鉴定其抗寒性。最普遍的是电阻法。其原理是植物遭受冬季寒冷后，细胞膜受到伤害，原生质体内细胞间隙外渗电解质使电阻变小，并且电阻值越小说明植物细胞膜受伤害的程度越大。但电阻的测定受外界因素的影响较大。

2、室内鉴定法

       借助人工制冷设备，将所鉴定的植物材料在一定冷冻条件下进行冷冻处理，然后通过一定方法观察和检测其存活和受冻情况。

① 物理研究法

恢复生长法指植株或某些器官被人工冷冻后，在一定条件下让其恢复生长，通过鉴定其恢复生长的能力来鉴定其抗寒力的大小。主要从人工冷冻处理后的恢复生长能力和受伤害程度两个方面进行分析。

电导法是目前应用最为普遍的一种方法。1930年美国植物生理学家Dexter等首次将电导法用于抗寒性鉴定。其原理为植物组织细胞受冻后，首先损伤的是细胞膜系统，造成细胞内大量物质外渗，植物抗寒力越差，细胞受冻程度愈重，其外渗物质也就越多。因此，测定组织细胞受冻后外渗物质的多少，就可以评价抗寒性强弱。

镜检法借助于电镜直接观察受冻后原生质体膜的破裂情况，冷驯化过程中细胞内部结构的动态变化以及植物组织形态解剖结构、枝条内淀粉粒的形态与结构、植物叶片表面气孔密度的变化等来鉴定植物的抗寒性。

② 生理生化研究法

       利用抗寒性不同的植物体在冷驯化过程中发生的生理生化变化，如光合和呼吸作用的改变，可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和其他有机酸水平以及激素水平的改变等。通过对这些指标进行测定就可比较不同植物的抗寒性。

二、植物抗寒机理的研究

1、细胞膜系与植物抗寒性

       生物膜是植物细胞及细胞器与环境的一个界面结构，各种逆境对细胞的影响首先作用于质膜。植物遭受低温伤害时，生物膜首先发生膜脂的物相变化，这时膜脂从液晶相变为凝胶相，膜脂上的脂肪酸链由无序排列变为有序排列，膜的外形和厚度发生变化，膜上产生龟裂，因而膜的透性增大以及膜结合酶结构改变，导致植物细胞生理代谢的变化和功能的紊乱。

2、胞内物质的变化与植物抗寒性

       抗寒性不同的植物体在冷驯化过程中发生的生理生化变化，造成植物细胞胞内物质的改变，其中众多物质成分与抗寒性具有一定的相关性。

① 氨基酸含量

       在高等植物研究中，发现氨基酸含量与植物抗寒性存在着相关性。越冬期间0℃低温下植株内亮氨酸、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

      笔者认为，酶含量及活性对抗寒性的影响主要在于酶是细胞内调节物质生成、转化、分解的激活物质，因其特殊性间接对植物体的抗寒性造成影响。

③ 脂肪酸含量

       膜脂不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值大，或其不饱和度高，则抗寒力强，反之则抗寒力弱。

④  丙二醛含量

       植物器官衰老或在逆境条件下遭受伤害，往往发生膜脂过氧化作用，丙二醛是膜脂过氧化的最终产物，对质膜有毒害作用，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。人们发现植物处于逆境，如干旱、SO2、低温条件下，细胞内自由基的产生和清除的平衡遭到破坏。自由基的增加会导致细胞的伤害，首先受自由基伤害的是膜系统，造成膜脂过氧化。膜脂过氧化最重要的产物丙二醛可以扩散到其他部位，破坏体内多种反应的正常进行。膜脂过氧化的结果使膜结构和功能受到损伤，使电解质渗出率增加和细胞代谢失调，严重时导致细胞死亡。

⑤ 淀粉及可溶性糖含量

       糖类物质的积累与植物抗寒性密切相关，抗寒性强的植物一般积累较多的可溶性糖。总的认为，糖分积累可以增加渗透压，冰冻下起保护剂作用。另外还可以提供能源和底物，诱导其他与抗寒性有关的生理生化过程，如蛋白质的合成等，有利于提高抗寒力。

⑥ 植物激素

植物激素是抗寒基因表达的启动因素，环境条件的变化（如温度降低、日照渐短等）或发育的内生节奏改变植物体内源激素的平衡状况，如GA类生长促进物质减少，ABA类生长抑制物质增加，从而导致代谢途径的变化，影响植物体的抗寒。生物膜与植物体抗寒性密切相关，ABA直接延缓了由低温引起的膜相变化，从而维护细胞膜和细胞器结构的完整性，提高植物体对低温的适应能力。

3、遗传因素与植物抗寒性

       在植物的低温锻炼过程中确实发生了基因表达的改变，诱发了许多冷诱导蛋白，并已有部分抗冻基因被分离和鉴定。

       抗冻基因表达合成的新多肽大多具有高度的亲水性，它能起着保护和稳定细胞膜结构的作用，从而防止冰冻对膜结构的伤害，提高植物的抗冻能力。植物细胞内Ca2+水平的短暂性提高为抗冻基因表达所必需。用适量的Ca2+浓度处理植株或细胞，可以提高这些植株或细胞的抗寒性。