梅花细胞过冷与冻害关系的研究

在植物抗寒钻研的范围中，细胞深渡过冷现象已引起人们的高度看重和普遍钻研。细胞过冷(supercooling)是细胞的水分在低于冰点以下仍坚持液体状态的现象。深渡过冷(deep supercooling)是指细胞水分在较后一次结冰放热前所处的液体状态。许多原产在温带和暖温带的树木以细胞和组织水分的深渡过冷来阻止细胞结冰，以到达抗冻的目的。因此，细胞过冷在植物阻止冻害的机制方面起侧重要的作用。苏联tumanov和krasavtsev首先察看到低温放热引起植物的冻害，以为栎属(quercus)、桦木属(betula)、冷杉属(abies)和松属(pinus)等一些种类的放热是由细胞过冷水结冰发生的。自2021年quamme用差热分解钻研苹果茎组织的冻害与低温放热关系以来，许多学者对此举行了普遍的钻研。从不同方面探讨了过冷机制在木本植物抗冻越冬方面的重要性。
作者在梅花抗寒育种中，从2021年劈头，对梅花及其一些近缘种举行了差热分解，对梅花在抗寒越冬中细胞过冷现象作了一些试探，以求弄清梅花抗寒机制，为育种引种供应理论基本。 资料与方式
‘淡丰后’、‘北京玉蝶’取自于中国科学院北京植物园，其它均取自武汉磨山植物园以及北京林业大学。
差热分解：差热分解参照了quamme(1972)方式(张启翔，1985，1988)，枝条长3cm，径0.5cm，从节间切开，用自制的0.08mm?_铜一镍铬热电偶的一端插入样品枝条，另一端插入同样大小的干燥枝条，这对热电偶用来测定细胞过冷水放热现象。由于在降温历程中，超低温冰箱中的温场温度与枝条温度纷歧致，因此，必须用另一对热电偶来纪录在降温历程中的枝条温度。其方式是将一端插入干燥枝条，另一端插入冰点器中，枝段装于铝筒中，两台ac19型微检流计分辨测定细胞结冰温度和枝条温度，两台仪器上都分辨连上补偿电位器(可调)，热电偶在低温酒精槽中进分标定和分度。
冻害测定：冻害测定采取了组织变褐和生长恢复方式(张启翔，1985)。由于抗冻性与枝条取样时的状态及运输状态有关，为获较大的抗冻性，在实验前，先将枝条置于冰箱中举行预处理，以引诱较大的抗寒性。
原生质膜透性的测定：枝条在不同低温处理后，分辨置于0℃条件下融冰。将枝条切成2cm长的节段，称重后加无离子水3ml/g组织。置于真空渗入半小时，取出后，在20℃条件下静置15小时，用dds-11电导仪测其电导值。随后将样品置于滚水浴40分钟，再测其电导值。
ht：第一次放热lt低温放热
图1 北京玉蝶枝条的过冷与放热
图2 淡丰后枝条的过冷与放热
成果与讨论
一、梅花枝条与花芽的过冷现象与冻害的关系
通过差热分解，察看到在经过自然低温磨炼的梅花枝条均有二次放热(有时为多次放热)。在通常情况下，第一次放热发生在-4～-9℃，这是此论文在陈俊愉教授领导下完成一次较大的放热，含水量高的枝条可使枝条在放热的瞬间增高3～4℃。这种放热是由细胞间隙和导管重力水结冰引起的，从图1～2中可以看到‘北京玉蝶’和‘淡丰后’在降温历程中都有二次放热，‘北京玉蝶’的第一次放热为-5.5～-9℃。‘淡丰后’为-9℃～-13.5℃，在这种温度条件下，梅花的枝段没有发生任何冻害，由此可见，梅花发生的冻害并不是由细胞这部门水结冰引起的。当温度降到的-18℃时，‘北京玉蝶’发生了第二次放热，这次放热量较小，同样，‘淡丰后’在-26.5℃时发生了第二次放热。‘北京玉蝶’的冻害发生在-20℃，而淡丰后发生在-29.5℃，由此可见，梅花的冻害是这部门深渡过冷水结冰造成的。上述两个品种都是对比抗寒的品种。‘北京玉蝶’是真梅系的品种，其抗寒性比杏梅弱，‘淡丰后’是从日本‘丰后’中选育出来的品种，是梅与杏的杂种，其抗寒性较强。从这二个品种的差热分解可以看出，细胞过冷的程度与抗冻性是呈正相关的，即细胞具有深渡过冷的才能越强，其茎木质部薄壁细胞的抗冻才能也就越强。
梅花的花原基也有深渡过冷现象，‘北京玉蝶’为-17℃，‘淡丰后’为-28℃。当温度降莅临界温度时，花原基内的细胞水分结冰，细胞逝世亡。
二、梅花不同类型及其远缘杂种过冷的换取
不同类型的梅花茎枝条均有过冷现象的发生，江梅型枝条劈头低温放热的均值温度为-19.5℃，绿萼型为-19.0℃，宫粉型为-19.0℃，玉蝶型为-18.5℃，朱砂型为-18.0℃，黄香型(仅测一个品种)为-18.0℃，经过t测定，上述类型间的不同性不显著，说明上述类型的不同没有统计学意义，过冷状态基础为种型的性子。但‘龙游型’无低温放热现象。虽然‘龙游梅’也是属于真梅系统，但其进化程度高，高度种植化，且枝条纤细，这可能是其在梅花中为较不抗寒的品种的重要缘故原因。
‘淡丰后’、‘单瓣杏梅’是梅花与杏或山杏的杂种，其抗寒性大大跨越了真梅系的品种，‘淡丰后’低温放热温度为-26.5℃，杏的低温放热为-24.0～-33.0℃(张启翔，2021年)，又如山桃(prunus davidiana)是一个相当抗寒的合适于作梅花抗寒育种的亲本，其低温放热温度为-31.0～-42.5℃，山桃与花的杂交种其低温放热温度为-23℃，由此可见，梅梅花的杂种的深渡过冷有向着抗寒亲本偏移的现象。
三、梅花不同组织的抗冻机制
通过几年的试验，察看到梅花的枝条的抗冻机制是不相同的，将梅花的木质部(包罗木质部薄壁细胞和髓射线薄壁细胞)及皮部(包罗韧皮部和形成层)划脱离来举行分解。成果解释：梅花的木质部有2次放热现象，一次在较高的温度下的大批放热和一次在较低温度下的少量放热。划分后的木质部，其过冷与完全的枝段基础类似(图3-4)。由此可见，木质部的薄壁细胞及髓射线的薄壁细胞由于深渡过冷水的结冰而引起冻害。以前的钻研解释，梅花木质部薄壁细胞的冻害与降温速度无关，与深渡过冷水结冰前的临界温度处理的时光的是非也无显明相关。梅花木质部的细胞是以深渡过冷来阻止细胞内结冰的机制来到达抗冻目的的。而皮部则不同，皮部只有一次放热，高温放热与冻害无关。皮部由于细胞间隙结冰，一方面由于冰晶发生的压力，另一方面由于气压亏缺，冰晶会不停地吸收胞内水分子，使细胞脱水造成生理代谢平衡的杂乱或在体内蕴蓄有毒物资而致其逝世亡。梅花木质部与皮部在抗冻机制上的另一个不同点是木质部，一旦跨越深渡过冷水结冰的低温，细胞马上结冰、组织逝世亡，不能恢复，为不能逆的冻害。而韧皮部则可以经得住平衡冰冻，即韧皮部能忍受结冰，在冻害发生的临界点前，只要温度回升，组织可以恢复，它可以忍受重复冰冻一融冰历程。梅花在东北，西北及北京地域自然越冬的抗冻试验解释，上述不同组织冻害简直是不相同的。梅花的这种抗冻机制也说明晰植物抗寒性并不是一个简略的问题，而是一个由多因素制约和控制的相当庞杂的问题。
图3 小绿萼梅木质部低温放热与膜透性关系及其木质部与皮部结冰历程对比
图4 杏×粉红梅f1杂种木质部低温放热与膜透性的关系及木质部与皮部结冰历程对比
四、不同纬度地域梅花过冷水的换取
在冬季，从种植于广州、武汉、杭州、青岛及北京地域梅花的试验中察看到：广东罗冈的黄梅和绿萼梅没有低温放热现象，采自肇庆的果梅也没有低温放热。它们冻害的温度分辨为-10℃、-10℃和-9℃。采自武汉磨山、浙江杭州和山东青岛的果梅均匀低温放热起始温度为-18.6℃。冻害在-20℃左右。广东的梅花为何在冬季没有深渡过冷？通过察看钻研，分解其缘故原因，可能是广州气象较温暖，虽然仍是冬季，但罗冈梅区许多梅花枝条已经萌芽、长叶，少量有花，有的经冬不落叶，由于植物并没有进入休眠期或已从休眠到达生长期间，梅花的组织生长不足够还没有能形成一种过冷机制。由此可见，纵然统一个种或品种，所处的纬度如不同较大，过冷状态也有不同的换取。
五、梅花低温放热与细胞原生质膜透性的关系
从试验中察看到，梅花木质部的低温放热与原生质膜透性有关，从图3-4中可看到，小绿萼梅的低温放热为18.5℃左右，其原生质膜透性在-25℃时急剧增添，-30℃时为较高，与枝条受冻温度平等。杏×青岛粉红梅的杂种苗在-26℃时发生在低温放热，其相对电导值在-35℃时到达较高。一般来说，原生质膜透性的急剧增添总是发生在低温放热后。
对于低温放热与膜透性的关系，不同的学者有不同的看法。quamme(1973)在钻研苹果冻害机制时，将苹果枝条用氯仿杀逝世，仍察看到过冷现象存在，故以为过冷与原生质膜无关，而与组织有关。由于研碎了的组织没有深渡过冷现象存在。ashworth(1983)察看到杏和桃的木质部组织过冷水低温放热，膜透性急剧增添，并以此作为冻害指标。简直，低温放热后，膜透性急剧增添是事实，是否为因果关系还不明了。但过冷与膜性子的关系却不容疏忽。由于膜是细胞之间的屏障，是具有选择性的，纵然是纯水同质晶核为其过冷机制，也与膜的性子有关，有关这方面的钻研还待于今落伍一步深刻地探讨。
总而言之，虽然几年来对梅花的过冷水方面作了一些钻研，但远不够。现在，天下其它国家在此方面也没有重大突破。今后