火龙果碳同化特点及其对干旱和低温逆境的适应性

In the past ten years, however, dragon fruit orchards suffered several serious drought in summer and chilling injury in winter, leading to severe economic losses and restrict its industrialization in Guizhou. At present, the study of dragon fruit was mainly concentrated in breeding and cultivation, but there was very little research about its physiological basis. Taking dragon fruit plant as material, the photosynthetic gas exchange parameters and chlorophyll fluorescence analysis were used to conduct preliminary study of photosynthetic physiology and carbon metabolism, combined with the analysis of characteristics of anatomical and physiological and biochemical indexes. By creating artificial drought stress environment, the way of carbon assimilation and metabolism of dragon fruit were studied to reveal the inner link between drought resistance and cold resistance under the condition of different water management, so as to provide theoretical reference for the high-grade cultivation and management in cold region in Guizhou province.

由于火龙果耐干旱、病虫害少、产量高且受广大消费者欢迎，是贵州省精品特色水果和喀斯特石漠化山区治理的高效益经济作物。然而，在引种栽培十余年间火龙果果园遭遇了几次严重的夏季伏旱和冬季低温冷害，导致果农遭受了严重的经济损失，制约了火龙果在贵州的产业化发展。目前，国内外对火龙果的研究主要集中在育种和栽培方面，而生理基础研究很少。本试验以火龙果为试材，项目拟采用光合参数及叶绿素荧光动力学分析技术，结合组织解剖、碳代谢关键酶和产物等生理生化手段，探索火龙果的光合生理和碳素物质代谢特点，研究不同水分处理下，火龙果在自然低温逆境下的响应差异及碳同化与碳代谢（光合途径、糖代谢和渗透调节物质、细胞壁组分等）的变化，揭示火龙果对干旱与低温的适应机制是否存在关联，探索光照条件对火龙果低温胁迫适应的影响，为贵州等冷凉气候区火龙果的优质栽培管理提供理论依据。

火龙果（Hylocereus）是典型的景天酸代谢（CAM）植物，抗旱能力强，但不耐低温。因其商品价值高、抗旱耐瘠薄，已发展成为贵州喀斯特山区农民脱贫致富的重要支柱产业。火龙果作为优稀果树，已在国内广泛栽培，但与之相关的生理基础研究十分薄弱。本研究针对贵州喀斯特地貌的火龙果产区干旱、冬季低温的限制因子，以盆栽‘紫红龙’火龙果茎为试验材料，研究了干旱和低温逆境下，火龙果植株生长、组织结构、超微结构、抗氧化体系、碳同化与碳代谢的变化规律；探索干旱胁迫对火龙果茎响应低温的生理影响；同时探究了光照条件对田间火龙果响应低温胁迫的影响，将为贵州等冷凉火龙果产区的科学水分管理和寒害应对策略提供理论指导。主要研究结果如下：.（1）火龙果茎具有很强的保水能力和耐干旱胁迫能力，这一能力与结构学（表皮和蜡质层加厚、细胞变小、维管束发育、储水细胞数量增加等）和生理生化（渗透调节物Pro积累和ASA-GSH抗氧化系统加强）适应性变化有关。（2）干旱胁迫下，火龙果的水分优先提供根系促进根生长，维持茎伸长生长，而增粗生长受抑制。.（3）干旱胁迫下，火龙果碳同化受到显著抑制，体现在光合色素降低、气孔关闭、总糖和淀粉含量、有机酸含量的昼夜波幅显著降低、碳固定酶活性降低，但并不改变CAM的气孔行为和碳代谢昼夜节奏，因此，火龙果为非兼性（non-facultive）CAM植物。.（4）火龙果茎低温伤害程度与低温温度、低温持续时间和回温幅度密切相关，0℃以下7天内，4℃下14天内膜透性显著上升，而8℃以上低温14天内不会显著提高膜透性；经历5℃低温适应14天后，温度回升幅度越高伤害程度越大，回升幅度10℃以上，伤害明显，膜透性和MDA含量显著上升。.（5）干旱胁迫可以显著提高火龙果茎的耐寒性。正常浇水对照的火龙果茎植株出现较多的冷害症状和较高死亡率，显著高于干旱胁迫的植株，这一差异也体现在低温伤害的生理指标（膜渗漏率REC、MDA和ROS含量）上。干旱处理提升火龙果茎耐寒性的机理涉及渗透调节物质（Pro）含量及抗氧化APX酶活和ASA含量的提高，抑制了超氧阴离子的积累。.（6）冬季低温下，遮荫处理显著提高了火龙果植株的耐寒能力，与遮荫处理降低光对光系统II的破坏，提高渗透调节物Pro和抗氧化物质ASA的积累，提高APX活性，降低超氧阴离子积累和膜脂过氧化有关。