胡啟瑞，楊明鳳，景繼福，張鵬程，李迎春*

（1.新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心/新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002；2.烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，新疆 石河子 834700；3.博樂(lè)市氣象局，新疆 博樂(lè) 833400；4.精河縣氣象局，新疆 精河 833400）

枸杞是新疆紅色產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，目前已成為精河乃至博州林果業(yè)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。晚霜凍是指在初春氣溫回暖季節(jié)，受強(qiáng)冷空氣影響，土壤表面、植物表面以及近地面空氣層的溫度驟降到0℃以下，引起農(nóng)作物植株（莖葉）遭受凍傷或死亡的現(xiàn)象[1]。氣候變暖背景下，新疆平均氣溫呈上升趨勢(shì)，終霜日提前，初霜日推遲[2-4]。博州地處準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，春秋兩季冷空氣活動(dòng)頻繁，霜凍是博州農(nóng)業(yè)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，特別是晚霜凍對(duì)處于萌芽期的經(jīng)濟(jì)林影響較大，易造成枸杞葉片枝條等的凍害[5-8]。關(guān)于霜凍的研究方法，劉偉[9]、王靜[10-11]、陳叢敏等[12]利用人工氣候箱模擬試驗(yàn)獲得釀酒葡萄、果樹(shù)、巴旦木發(fā)生不同程度霜凍的指標(biāo)；王培娟等[13]采用熱量指數(shù)法研究玉米冷害指標(biāo)；段曉鳳等[14]利用人工氣候室進(jìn)行寧夏枸杞現(xiàn)蕾期、初花期和盛花期霜凍指標(biāo)試驗(yàn)，建立了基于低溫、持續(xù)時(shí)間、受凍級(jí)別和受凍率的霜凍指標(biāo)。另外，植物的葉綠素?zé)晒鈱?duì)外界各種脅迫因子十分敏感[15-16]，基礎(chǔ)熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、最大光能轉(zhuǎn)化率（Fv/Fm）等常被用作標(biāo)明環(huán)境脅迫程度的指標(biāo)和探針，相關(guān)參數(shù)已在很多植物上進(jìn)行測(cè)定以分析其受脅迫程度[17-18]，但很少應(yīng)用于枸杞霜凍研究。目前對(duì)精河枸杞霜凍發(fā)生過(guò)程中光合及生理特征變化尚不清楚，對(duì)精河枸杞霜凍發(fā)生的氣象條件報(bào)道較少。本研究利用人工氣候室開(kāi)展室內(nèi)模擬試驗(yàn)，分析低溫脅迫下枸杞葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率及形態(tài)特征的變化，初步建立精河枸杞展葉期霜凍氣象指標(biāo)，旨在為枸杞春季霜凍預(yù)報(bào)和預(yù)警提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

枸杞低溫脅迫試驗(yàn)選取精河縣氣象局雷達(dá)站主栽品種寧杞7號(hào)。展葉期剪取樹(shù)齡相同、無(wú)病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)一致的枝條共計(jì)54枝，蒸餾水沖洗干凈后用吸水紙吸干水分，將枝條兩端進(jìn)行蠟封，分類貼上標(biāo)簽后用聚乙烯保鮮膜包裹并置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室。溫度梯度和持續(xù)時(shí)間的設(shè)置以研究區(qū)域歷史霜凍災(zāi)害發(fā)生情況及氣象條件分析為基礎(chǔ)，設(shè)置6個(gè)溫度梯度和3個(gè)不同持續(xù)時(shí)間。處理溫度：常溫（CK）、0、-2、-4、-6、-8℃，持續(xù)時(shí)間：3、6、9 h，每個(gè)處理重復(fù)3次，人工氣候箱內(nèi)光照強(qiáng)度設(shè)置為3 000 Lux。

1.2 測(cè)定方法

低溫處理結(jié)束后，在室溫下放置12 h測(cè)定熒光參數(shù)、葉綠素含量和相對(duì)電導(dǎo)率。

熒光參數(shù)測(cè)定：每個(gè)處理取3個(gè)枝條，剪取葉片暗適應(yīng)35 min后利用MINI-PAM（德國(guó)，WALZ）測(cè)定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）等參數(shù)[17]，根據(jù)Fo和Fm計(jì)算光合系統(tǒng)光能轉(zhuǎn)換效率Fv/Fm，F(xiàn)v/Fm=（Fm-Fo）/Fm。

相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定：采用電導(dǎo)法測(cè)定枝條相對(duì)電導(dǎo)率。將枝條剪成0.5 cm長(zhǎng)莖段并稱取0.5 g莖段置入試管，加20 ml蒸餾水搖勻3 h，再放置3 h后采用SG23型電導(dǎo)儀測(cè)定浸出液的初始電導(dǎo)值C。初始電導(dǎo)值測(cè)定后沸水中水浴30 min后冷卻至室溫，靜置24 h測(cè)定電導(dǎo)值CK，同時(shí)測(cè)定蒸餾水電導(dǎo)率C0，枝條相對(duì)電導(dǎo)率REC%=C-C0/CK-C0×100%。

葉綠素含量測(cè)定：每個(gè)枝條選取5個(gè)葉片用SPAD502葉綠素計(jì)測(cè)定，取其平均數(shù)作為該葉片的SPAD值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 低溫處理過(guò)程中枝條熒光特性的變化

基礎(chǔ)熒光（Fo）與葉片葉綠素濃度有關(guān)，F(xiàn)o升高意味著光系統(tǒng)II（PSII）受到傷害或者不可逆失活[19-20]。不同低溫及持續(xù)時(shí)間處理下枸杞枝條葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化如圖1所示。隨著溫度的降低及低溫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，低溫脅迫趨于增強(qiáng)，枸杞枝條基礎(chǔ)熒光總體呈上升趨勢(shì)，并且低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，基礎(chǔ)熒光升高的幅度也越大。0、-2、-4、-6、-8℃處理下，與CK相比，枸杞枝條基礎(chǔ)熒光平均值分別增加2.53%、4.50%、11.63%、18.32%、22.73%。不同時(shí)間處理下基礎(chǔ)熒光差異顯著，與CK相比，3、6、9 h基礎(chǔ)熒光分別增加8.87%、11.73%、16.29%。

圖1 低溫過(guò)程中枸杞枝條基礎(chǔ)熒光的變化

葉綠素?zé)晒馀c光合作用各反應(yīng)過(guò)程緊密相關(guān)，光能利用率（Fv/Fm）表示葉綠體光系統(tǒng)受到的傷害程度，其大小可反映植物受傷害的程度[21-22]。本試驗(yàn)表明，隨著處理溫度的降低以及持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)Fv/Fm呈下降趨勢(shì)（圖2），0、-2、-4、-6、-8℃處理下，與CK相比，F(xiàn)v/Fm平均值分別下降5.18%、13.35%、26.71%、81.62%、86.5%，-8℃時(shí)下降率最高。3、6、9 h時(shí)處理下，F(xiàn)v/Fm平均值分別下降41.28%、67.87%、95.14%，處理9 h光能轉(zhuǎn)化率下降率最高。以上結(jié)果表明：低溫脅迫使枸杞枝條光系統(tǒng)II生理活性發(fā)生變化，低溫脅迫下葉綠素的光還原活性降低，光系統(tǒng)II的潛在活性和原初光能轉(zhuǎn)換效率減弱。低溫脅迫時(shí)間持續(xù)越長(zhǎng)，F(xiàn)v/Fm下降幅度越高，受損變化程度差異越顯著。

圖2 低溫過(guò)程中枸杞枝條光能轉(zhuǎn)化率的變化

2.2 低溫處理過(guò)程中葉片葉綠素含量的變化

葉綠素是表征植物光合作用的重要參數(shù)，葉綠素含量的穩(wěn)定性一定程度上反映了低溫脅迫對(duì)植物的傷害程度，當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍會(huì)損傷葉綠體結(jié)構(gòu)，抑制光合作用[23-24]，并且低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)葉綠素含量越低。由圖3可知，低溫脅迫下枸杞葉片葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，0、-2、-4、-6、-8℃處理下，與CK相比，葉綠素含量分別下降19.95%、23.51%、31.10%、59.80%和74.82%。3、6、9 h處理下，葉綠素含量下降率分別為34.88%、42.02%和55.53%。由此說(shuō)明，低溫脅迫對(duì)枸杞葉綠素的合成及降解或葉綠體結(jié)構(gòu)造成了一定的負(fù)面影響。

圖3 低溫過(guò)程中枸杞葉片葉綠素含量的變化

2.3 低溫處理過(guò)程中枝條相對(duì)電導(dǎo)率的變化

相對(duì)電導(dǎo)率是植物受逆脅迫后細(xì)胞受損傷程度的重要指標(biāo)，低溫可使細(xì)胞通透性增加，而透性的增加與外滲電導(dǎo)率呈正相關(guān)[25]。由圖4可知，隨著處理溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，枝條相對(duì)電導(dǎo)率呈增加趨勢(shì)。枝條在0、-2、-4℃處理下，枝條相對(duì)電導(dǎo)率與CK差異不顯著，當(dāng)溫度低于-4℃后枝條相對(duì)電導(dǎo)率明顯升高，說(shuō)明當(dāng)溫度低于-4℃時(shí)枸杞枝條質(zhì)膜受到不同程度損傷，細(xì)胞中電解質(zhì)外滲，相對(duì)電導(dǎo)率增加。0、-2、-4、-6、-8℃處理下，與CK相比，相對(duì)電導(dǎo)率分別增加11.76%、26.63%、32.50%、47.06%、52.45%。3、6、9 h處理下，與CK相比，枝條相對(duì)電導(dǎo)率分別增加34.65%、37.50%、40.57%。

圖4 低溫過(guò)程中枸杞枝條相對(duì)電導(dǎo)率的變化

2.4 低溫處理過(guò)程中形態(tài)特征的變化

室內(nèi)低溫模擬結(jié)束后，對(duì)所有處理進(jìn)行歸納、總結(jié)得到精河枸杞展葉期發(fā)生不同程度霜凍的等級(jí)指標(biāo)。由表1可知，溫度越低、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，枸杞展葉期受凍越嚴(yán)重。當(dāng)-2℃≤T＜0℃，持續(xù)時(shí)間在3 h內(nèi)，會(huì)發(fā)生輕度霜凍。輕度霜凍時(shí)枸杞葉片顏色正常，少量葉片萎蔫，輕微卷曲。當(dāng)-4℃≤T＜-2℃、持續(xù)時(shí)間3 h≤t＜6 h或-2℃≤T＜0℃、持續(xù)時(shí)間6 h≤t＜9 h，會(huì)發(fā)生中度霜凍。中度霜凍時(shí)葉片顏色變暗，部分葉片失水萎蔫卷曲，葉片邊緣及尖端逐漸變?yōu)楹稚?，且葉片表面呈水漬狀。當(dāng)-6℃≤T＜-4℃，持續(xù)時(shí)間t≥6 h或-8℃≤T＜-6℃，持續(xù)時(shí)間t≥3 h會(huì)發(fā)生重度霜凍。重度霜凍絕大部分葉片顏色變?yōu)楹稚?，萎蔫卷曲，大部分葉片呈水漬狀且木質(zhì)部變?yōu)楹稚?/p>

表1 不同低溫和時(shí)間處理下枸杞展葉期霜凍氣象指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

葉綠素?zé)晒鈱?duì)外界脅迫因子十分敏感，本研究將其應(yīng)用于枸杞枝條觀測(cè)。研究結(jié)果表明：低溫脅迫過(guò)程中枸杞枝條光合系統(tǒng)活性發(fā)生了變化，隨著溫度的下降和持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，枸杞枝條基礎(chǔ)熒光呈上升趨勢(shì)，光能轉(zhuǎn)化率和葉綠素含量下降明顯，這與其他植物一致[26-29]，說(shuō)明可以利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行枸杞霜凍研究。

低溫脅迫過(guò)程中，隨著溫度的下降和低溫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，枸杞枝條相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增加。植物原生質(zhì)膜是細(xì)胞與外界原環(huán)境聯(lián)系的界面，可有效截取各種逆境引起的損傷，低溫脅迫下枸杞枝條因細(xì)胞質(zhì)膜受損致使膜透性發(fā)生變化，細(xì)胞內(nèi)含物大量外滲，相對(duì)電導(dǎo)率上升，這與其他植物上變化趨勢(shì)基本一致[30-35]。本研究還發(fā)現(xiàn)低溫脅迫初期時(shí)枸杞枝條質(zhì)膜并未受到嚴(yán)重傷害，當(dāng)溫度低于-4℃時(shí)，枸杞枝條相對(duì)電導(dǎo)率明顯升高，說(shuō)明只有當(dāng)溫度下降到某一界限溫度時(shí)枝條質(zhì)膜透性才顯著增大。此外，當(dāng)溫度低于-4℃時(shí)，枸杞枝條、葉片等形態(tài)特征與相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量均開(kāi)始發(fā)生明顯變化，低溫脅迫下枸杞抗寒性特征變化與相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量是否有相關(guān)性有待進(jìn)一步深入研究。

在氣候變暖背景下春季物候總體呈提前趨勢(shì)，個(gè)別年份初霜凍過(guò)早、晚霜凍過(guò)晚的極端氣候事件成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需加強(qiáng)防范的災(zāi)害性天氣[36-37]。實(shí)際業(yè)務(wù)中對(duì)枸杞霜凍的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，枸杞發(fā)生霜凍危害的程度與以下條件有關(guān)：一是枸杞所處的物候期，萌芽前處于休眠期，耐凍能力強(qiáng)。萌芽后隨著時(shí)間的延后，發(fā)生霜凍的危害越重，不僅幼芽、葉片和幼蕾受凍，嚴(yán)重者樹(shù)液流動(dòng)的枝條也會(huì)受凍。二是與枸杞品種自身抗逆能力、植物營(yíng)養(yǎng)水平和管理水平有關(guān)。本研究通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)對(duì)枸杞展葉期霜凍氣象指標(biāo)進(jìn)行了初步探討，但研究工作還存在以下不足，一是室內(nèi)霜凍模擬試驗(yàn)與大田實(shí)際霜凍存在一定差別，在今后的研究中，應(yīng)將室內(nèi)模擬試驗(yàn)與大田栽培試驗(yàn)結(jié)合，對(duì)霜凍指標(biāo)進(jìn)行修訂與完善；二是枸杞其他物候期的霜凍指標(biāo)也需進(jìn)行研究，為開(kāi)展枸杞抗寒性評(píng)價(jià)和鑒定提供科學(xué)依據(jù)。