在植物抗寒鉆研的范圍中，細(xì)胞深渡過冷現(xiàn)象已引起人們的高度看重和普遍鉆研。細(xì)胞過冷(supercooling)是細(xì)胞的水分在低于冰點(diǎn)以下仍堅(jiān)持液體狀態(tài)的現(xiàn)象。深渡過冷(deep supercooling)是指細(xì)胞水分在較后一次結(jié)冰放熱前所處的液體狀態(tài)。許多原產(chǎn)在溫帶和暖溫帶的樹木以細(xì)胞和組織水分的深渡過冷來阻止細(xì)胞結(jié)冰，以到達(dá)抗凍的目的。因此，細(xì)胞過冷在植物阻止凍害的機(jī)制方面起側(cè)重要的作用。蘇聯(lián)tumanov和krasavtsev首先察看到低溫放熱引起植物的凍害，以為櫟屬(quercus)、樺木屬(betula)、冷杉屬(abies)和松屬(pinus)等一些種類的放熱是由細(xì)胞過冷水結(jié)冰發(fā)生的。自2021年quamme用差熱分解鉆研蘋果莖組織的凍害與低溫放熱關(guān)系以來，許多學(xué)者對(duì)此舉行了普遍的鉆研。從不同方面探討了過冷機(jī)制在木本植物抗凍越冬方面的重要性。
作者在梅花抗寒育種中，從2021年劈頭，對(duì)梅花及其一些近緣種舉行了差熱分解，對(duì)梅花在抗寒越冬中細(xì)胞過冷現(xiàn)象作了一些試探，以求弄清梅花抗寒機(jī)制，為育種引種供應(yīng)理論基本。 資料與方式
‘淡豐后’、‘北京玉蝶’取自于中國科學(xué)院北京植物園，其它均取自武漢磨山植物園以及北京林業(yè)大學(xué)。
差熱分解：差熱分解參照了quamme(1972)方式(張啟翔，1985，1988)，枝條長3cm，徑0.5cm，從節(jié)間切開，用自制的0.08mm?_銅一鎳鉻熱電偶的一端插入樣品枝條，另一端插入同樣大小的干燥枝條，這對(duì)熱電偶用來測定細(xì)胞過冷水放熱現(xiàn)象。由于在降溫歷程中，超低溫冰箱中的溫場溫度與枝條溫度紛歧致，因此，必須用另一對(duì)熱電偶來紀(jì)錄在降溫歷程中的枝條溫度。其方式是將一端插入干燥枝條，另一端插入冰點(diǎn)器中，枝段裝于鋁筒中，兩臺(tái)ac19型微檢流計(jì)分辨測定細(xì)胞結(jié)冰溫度和枝條溫度，兩臺(tái)儀器上都分辨連上補(bǔ)償電位器(可調(diào))，熱電偶在低溫酒精槽中進(jìn)分標(biāo)定和分度。
凍害測定：凍害測定采取了組織變褐和生長恢復(fù)方式(張啟翔，1985)。由于抗凍性與枝條取樣時(shí)的狀態(tài)及運(yùn)輸狀態(tài)有關(guān)，為獲較大的抗凍性，在實(shí)驗(yàn)前，先將枝條置于冰箱中舉行預(yù)處理，以引誘較大的抗寒性。
原生質(zhì)膜透性的測定：枝條在不同低溫處理后，分辨置于0℃條件下融冰。將枝條切成2cm長的節(jié)段，稱重后加無離子水3ml/g組織。置于真空滲入半小時(shí)，取出后，在20℃條件下靜置15小時(shí)，用dds-11電導(dǎo)儀測其電導(dǎo)值。隨后將樣品置于滾水浴40分鐘，再測其電導(dǎo)值。
ht：第一次放熱lt低溫放熱
圖1 北京玉蝶枝條的過冷與放熱
圖2 淡豐后枝條的過冷與放熱
成果與討論
一、梅花枝條與花芽的過冷現(xiàn)象與凍害的關(guān)系
通過差熱分解，察看到在經(jīng)過自然低溫磨煉的梅花枝條均有二次放熱(有時(shí)為多次放熱)。在通常情況下，第一次放熱發(fā)生在-4～-9℃，這是此論文在陳俊愉教授領(lǐng)導(dǎo)下完成一次較大的放熱，含水量高的枝條可使枝條在放熱的瞬間增高3～4℃。這種放熱是由細(xì)胞間隙和導(dǎo)管重力水結(jié)冰引起的，從圖1～2中可以看到‘北京玉蝶’和‘淡豐后’在降溫歷程中都有二次放熱，‘北京玉蝶’的第一次放熱為-5.5～-9℃?！S后’為-9℃～-13.5℃，在這種溫度條件下，梅花的枝段沒有發(fā)生任何凍害，由此可見，梅花發(fā)生的凍害并不是由細(xì)胞這部門水結(jié)冰引起的。當(dāng)溫度降到的-18℃時(shí)，‘北京玉蝶’發(fā)生了第二次放熱，這次放熱量較小，同樣，‘淡豐后’在-26.5℃時(shí)發(fā)生了第二次放熱?！本┯竦膬龊Πl(fā)生在-20℃，而淡豐后發(fā)生在-29.5℃，由此可見，梅花的凍害是這部門深渡過冷水結(jié)冰造成的。上述兩個(gè)品種都是對(duì)比抗寒的品種。‘北京玉蝶’是真梅系的品種，其抗寒性比杏梅弱，‘淡豐后’是從日本‘豐后’中選育出來的品種，是梅與杏的雜種，其抗寒性較強(qiáng)。從這二個(gè)品種的差熱分解可以看出，細(xì)胞過冷的程度與抗凍性是呈正相關(guān)的，即細(xì)胞具有深渡過冷的才能越強(qiáng)，其莖木質(zhì)部薄壁細(xì)胞的抗凍才能也就越強(qiáng)。
梅花的花原基也有深渡過冷現(xiàn)象，‘北京玉蝶’為-17℃，‘淡豐后’為-28℃。當(dāng)溫度降蒞臨界溫度時(shí)，花原基內(nèi)的細(xì)胞水分結(jié)冰，細(xì)胞逝世亡。
二、梅花不同類型及其遠(yuǎn)緣雜種過冷的換取
不同類型的梅花莖枝條均有過冷現(xiàn)象的發(fā)生，江梅型枝條劈頭低溫放熱的均值溫度為-19.5℃，綠萼型為-19.0℃，宮粉型為-19.0℃，玉蝶型為-18.5℃，朱砂型為-18.0℃，黃香型(僅測一個(gè)品種)為-18.0℃，經(jīng)過t測定，上述類型間的不同性不顯著，說明上述類型的不同沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，過冷狀態(tài)基礎(chǔ)為種型的性子。但‘龍游型’無低溫放熱現(xiàn)象。雖然‘龍游梅’也是屬于真梅系統(tǒng)，但其進(jìn)化程度高，高度種植化，且枝條纖細(xì)，這可能是其在梅花中為較不抗寒的品種的重要緣故原因。
‘淡豐后’、‘單瓣杏梅’是梅花與杏或山杏的雜種，其抗寒性大大跨越了真梅系的品種，‘淡豐后’低溫放熱溫度為-26.5℃，杏的低溫放熱為-24.0～-33.0℃(張啟翔，2021年)，又如山桃(prunus davidiana)是一個(gè)相當(dāng)抗寒的合適于作梅花抗寒育種的親本，其低溫放熱溫度為-31.0～-42.5℃，山桃與花的雜交種其低溫放熱溫度為-23℃，由此可見，梅梅花的雜種的深渡過冷有向著抗寒親本偏移的現(xiàn)象。
三、梅花不同組織的抗凍機(jī)制
通過幾年的試驗(yàn)，察看到梅花的枝條的抗凍機(jī)制是不相同的，將梅花的木質(zhì)部(包羅木質(zhì)部薄壁細(xì)胞和髓射線薄壁細(xì)胞)及皮部(包羅韌皮部和形成層)劃脫離來舉行分解。成果解釋：梅花的木質(zhì)部有2次放熱現(xiàn)象，一次在較高的溫度下的大批放熱和一次在較低溫度下的少量放熱。劃分后的木質(zhì)部，其過冷與完全的枝段基礎(chǔ)類似(圖3-4)。由此可見，木質(zhì)部的薄壁細(xì)胞及髓射線的薄壁細(xì)胞由于深渡過冷水的結(jié)冰而引起凍害。以前的鉆研解釋，梅花木質(zhì)部薄壁細(xì)胞的凍害與降溫速度無關(guān)，與深渡過冷水結(jié)冰前的臨界溫度處理的時(shí)光的是非也無顯明相關(guān)。梅花木質(zhì)部的細(xì)胞是以深渡過冷來阻止細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰的機(jī)制來到達(dá)抗凍目的的。而皮部則不同，皮部只有一次放熱，高溫放熱與凍害無關(guān)。皮部由于細(xì)胞間隙結(jié)冰，一方面由于冰晶發(fā)生的壓力，另一方面由于氣壓虧缺，冰晶會(huì)不停地吸收胞內(nèi)水分子，使細(xì)胞脫水造成生理代謝平衡的雜亂或在體內(nèi)蘊(yùn)蓄有毒物資而致其逝世亡。梅花木質(zhì)部與皮部在抗凍機(jī)制上的另一個(gè)不同點(diǎn)是木質(zhì)部，一旦跨越深渡過冷水結(jié)冰的低溫，細(xì)胞馬上結(jié)冰、組織逝世亡，不能恢復(fù)，為不能逆的凍害。而韌皮部則可以經(jīng)得住平衡冰凍，即韌皮部能忍受結(jié)冰，在凍害發(fā)生的臨界點(diǎn)前，只要溫度回升，組織可以恢復(fù)，它可以忍受重復(fù)冰凍一融冰歷程。梅花在東北，西北及北京地域自然越冬的抗凍試驗(yàn)解釋，上述不同組織凍害簡直是不相同的。梅花的這種抗凍機(jī)制也說明晰植物抗寒性并不是一個(gè)簡略的問題，而是一個(gè)由多因素制約和控制的相當(dāng)龐雜的問題。
圖3 小綠萼梅木質(zhì)部低溫放熱與膜透性關(guān)系及其木質(zhì)部與皮部結(jié)冰歷程對(duì)比
圖4 杏×粉紅梅f1雜種木質(zhì)部低溫放熱與膜透性的關(guān)系及木質(zhì)部與皮部結(jié)冰歷程對(duì)比
四、不同緯度地域梅花過冷水的換取
在冬季，從種植于廣州、武漢、杭州、青島及北京地域梅花的試驗(yàn)中察看到：廣東羅岡的黃梅和綠萼梅沒有低溫放熱現(xiàn)象，采自肇慶的果梅也沒有低溫放熱。它們凍害的溫度分辨為-10℃、-10℃和-9℃。采自武漢磨山、浙江杭州和山東青島的果梅均勻低溫放熱起始溫度為-18.6℃。凍害在-20℃左右。廣東的梅花為何在冬季沒有深渡過冷？通過察看鉆研，分解其緣故原因，可能是廣州氣象較溫暖，雖然仍是冬季，但羅岡梅區(qū)許多梅花枝條已經(jīng)萌芽、長葉，少量有花，有的經(jīng)冬不落葉，由于植物并沒有進(jìn)入休眠期或已從休眠到達(dá)生長期間，梅花的組織生長不足夠還沒有能形成一種過冷機(jī)制。由此可見，縱然統(tǒng)一個(gè)種或品種，所處的緯度如不同較大，過冷狀態(tài)也有不同的換取。
五、梅花低溫放熱與細(xì)胞原生質(zhì)膜透性的關(guān)系
從試驗(yàn)中察看到，梅花木質(zhì)部的低溫放熱與原生質(zhì)膜透性有關(guān)，從圖3-4中可看到，小綠萼梅的低溫放熱為18.5℃左右，其原生質(zhì)膜透性在-25℃時(shí)急劇增添，-30℃時(shí)為較高，與枝條受凍溫度平等。杏×青島粉紅梅的雜種苗在-26℃時(shí)發(fā)生在低溫放熱，其相對(duì)電導(dǎo)值在-35℃時(shí)到達(dá)較高。一般來說，原生質(zhì)膜透性的急劇增添總是發(fā)生在低溫放熱后。
對(duì)于低溫放熱與膜透性的關(guān)系，不同的學(xué)者有不同的看法。quamme(1973)在鉆研蘋果凍害機(jī)制時(shí)，將蘋果枝條用氯仿殺逝世，仍察看到過冷現(xiàn)象存在，故以為過冷與原生質(zhì)膜無關(guān)，而與組織有關(guān)。由于研碎了的組織沒有深渡過冷現(xiàn)象存在。ashworth(1983)察看到杏和桃的木質(zhì)部組織過冷水低溫放熱，膜透性急劇增添，并以此作為凍害指標(biāo)。簡直，低溫放熱后，膜透性急劇增添是事實(shí)，是否為因果關(guān)系還不明了。但過冷與膜性子的關(guān)系卻不容疏忽。由于膜是細(xì)胞之間的屏障，是具有選擇性的，縱然是純水同質(zhì)晶核為其過冷機(jī)制，也與膜的性子有關(guān)，有關(guān)這方面的鉆研還待于今落伍一步深刻地探討。
總而言之，雖然幾年來對(duì)梅花的過冷水方面作了一些鉆研，但遠(yuǎn)不夠。現(xiàn)在，天下其它國家在此方面也沒有重大突破。今后