山西不同杏品種抗寒性主成分分析

楊燕君，楊復康，宋永宏，李靜江，呂振兵

（山西農業大學果樹研究所，山西太原030031）

杏（Armeniaca vulgaris Lam.）適應性強，耐旱、抗寒，為丘陵、山地的主要栽培樹種。杏樹在華北、西北地區種植較多，伴隨而來是低溫造成樹形生長紊亂，嚴重的年份使杏果絕收，因此，研究杏樹抗寒性及抗寒機制具有重要意義。

研究發現，仁用杏、葡萄、核桃、梨、山西雪松、羽衣甘藍、法國梧桐[1-10]等抗寒性與滲透調節物質、保護酶活性、組織含水量、膜脂相變和細胞膜透性之間存在相關性。近年來，在自然條件和人工霜箱干預下不同杏品種的抗寒性機制受到關注。寧超等[9]、孫曉光等[10]研究杏花器官抗寒性得出，花瓣抗寒性優于雄蕊和雌蕊；于慶帆等[11]建立了可靠的‘樹上干’杏抗寒性評價方法。而杏樹上尚缺少不同溫度脅迫下休眠期枝條和花朵共同的抗寒性變化規律，且對品種之間的比較不足。

本試驗研究了休眠枝條受不同低溫脅迫下滲透調節物質和保護酶的變化，同時研究了花器官受低溫脅迫下花朵中SOD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量的變化，全面觀察杏受寒害后的生理表現，同時運用主成分分析方法，比較品種之間的抗寒能力強弱，篩選出更加耐寒的杏品種，旨在為引種栽培和育種提供有力的理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試杏品種為晉梅杏、凱特、雞蛋杏和金太陽。晉梅杏是山西省農業科學院果樹研究所選育的中熟杏新品種，適應性較強，果肉品質上。凱特杏是1991年從美國加州引入我國，為大果型。金太陽杏屬早熟品種，豐產性強。雞蛋杏酸甜爽口，汁多纖維少。

1.2 試驗方法

2019年1月在立地條件與管理水平一致的太谷縣山西省農業科學院果樹研究所杏種質資源圃，剪取4個杏品種成齡樹中上部長勢較好、無病蟲害、1年生休眠枝條，做好標記，帶回實驗室，清洗，剪成40 cm左右；2019年3月底取4個杏品種中上部帶花枝條，長勢較好，無病蟲害，剪成花朵數約為30朵的枝條。剪口用石蠟封閉，每個品種休眠期枝條和帶花枝條各取75個枝條，分成5份，每份15個枝條，在4℃冰箱保存備用。

處理時，取一份枝條（15個枝條）置于控溫冰箱內進行低溫處理，休眠期枝條溫度梯度分別為-20、-25、-30、-40℃，帶花枝條溫度梯度分別為0、-2、-4、-6℃，均以4℃為對照。每個處理重復3次，降溫速度為4℃/h，達到目標處理溫度后休眠期枝條維持8 h、帶花枝條維持2 h，處理后逐步升溫，速度為4℃/h。在枝條木質部恢復至4℃時取樣，測定休眠期枝條電導率以及休眠期枝條與花朵中超氧化物歧化酶（SOD）活性、游離脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量。

1.3 測定指標及方法

相對電導率采用電導儀測定，SOD活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定；游離脯氨酸含量采用茚三酮法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2010、SPSS 20.0軟件對試驗數據進行統計分析，包括方差分析、主成分分析等。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對不同杏品種休眠期枝條生理指標的影響

表1 低溫脅迫對杏休眠期枝條生理指標的影響

從表1可以看出，隨脅迫溫度的降低，不同杏品種枝條的相對電導率、MDA含量和游離脯氨酸含量總體呈增加趨勢。金太陽、晉梅杏枝條的相對電導率變化較為平緩，-30℃前上升緩慢；雞蛋杏、凱特枝條的相對電導率上升較為明顯。溫度達到-30℃時，雞蛋杏的MDA含量出現大幅上升，增加至26.18μmol/g，其他3個品種增大幅度較小。-40℃低溫脅迫時，游離脯氨酸含量達到最大值，晉梅杏、雞蛋杏、金太陽、凱特分別比-20℃時高1.13、0.95、1.42、0.88倍。隨溫度降低，SOD活性呈先升后降趨勢，晉梅杏、金太陽枝條的SOD活性在-20℃時較高，分別為283.72、271.98 U/mg，與其他溫度下酶活性間差異顯著，可以有效抵御低溫帶來的損傷。-40℃時，相對電導率躍升，SOD活性下降，MDA、游離脯氨酸含量過高，說明該溫度可能已經對枝條造成了損壞。

選取相對電導率、SOD活性、MDA含量、脯氨酸含量4個生理指標進行主成分分析，第1個主成分的貢獻率為64.393%，可以把4個杏品種的抗寒性基本呈現出來。該主成分的特征值為2.576，絕對值從大到小排序為MDA含量＞SOD活性＞脯氨酸含量＞相對電導率。主成分分析結果反映了4個生理抗寒指標與抗寒性的關系。植物受到低溫脅迫時，大量自由基傷害細胞，導致膜脂過氧化，生成MDA，與此同時，保護酶活性提高，滲透調節物質生成，共同抵抗MDA含量的增多以及維持細胞膜的穩定。低溫脅迫下，枝條中MDA含量在主成分中貢獻最大，SOD活性、脯氨酸含量、相對電導率與杏樹的抗寒性關系顯著。

2.2 低溫脅迫對不同杏品種帶花枝條生理指標的影響

表2 低溫脅迫對杏品種花朵生理指標的影響

由表2可知，隨脅迫溫度的降低，不同杏花朵的SOD活性呈先升后降趨勢；凱特、雞蛋杏、金太陽3個品種杏花的SOD活性在-2℃時相對最大，分別為22.53、25.77、41.10 U/mg，晉梅杏花朵的SOD活性在-4℃時相對最大，為35.70 U/mg。4個杏品種花朵的MDA含量和游離脯氨酸含量均呈現上升趨勢。金太陽MDA含量增加幅度最小，-6℃下MDA含量為7.88μmol/g；凱特MDA含量增加幅度最大，在-6℃時達到16.47μmol/g。在-2℃時，4個杏品種花朵的游離脯氨酸含量變化緩慢，-4、-6℃低溫使得脯氨酸含量急劇增加。除了晉梅杏在-4℃時SOD活性高外，其他生理指標基本可以反映晉梅杏、雞蛋杏、金太陽、凱特花朵難以抵抗-4、-6℃低溫。

將花朵生理指標進行主成分分析，第1個主成分的貢獻率為91.625%，該主成分的特征值為2.749，絕對值從大到小排序為脯氨酸含量＞MDA含量＞SOD活性。該主成分反映了3個生理抗寒指標與抗寒性息息相關。花朵受到低溫脅迫時，滲透調節物質生成，維持細胞穩定，大量自由基積累導致膜脂過氧化，保護酶活性提高以抵抗MDA含量的增多。通過軟件計算4個杏品種的主成分值得出，抗寒性從強到弱順序為金太陽＞晉梅杏＞雞蛋杏＞凱特（表3）。

表3 參試品種的抗寒性比較

3 結論與討論

在一定的低溫影響下，樹體啟動防御機制（SOD活性升高、MDA含量和脯氨酸含量增加），以清除自由基和過氧化物從而保護樹體。隨著溫度繼續降低，低溫打破了植物體內的代謝平衡，SOD活性清除自由基能力下降，給樹體造成損傷[12-14]。本研究4個杏品種中，雞蛋杏和凱特抗寒性較弱，晉梅杏和金太陽抗寒性較強。休眠期枝條可以抵御-25℃低溫，-40℃可導致樹體遭受寒害。花朵在-2℃低溫下不受影響，而-6℃導致花朵不可逆受損。

植物的抗寒性是多種生理生化指標共同作用的結果。張志偉[15]運用主成分分析法對5種棕櫚科苗木抗寒進行評判；郭愛華等[16]對15個不同品種杏進行了主成分分析，均取得了滿意結果。本研究對膜透性、MDA含量、SOD活性、脯氨酸含量進行主成分分析，得出4個杏品種的抗寒性從強到弱排序為金太陽＞晉梅杏＞雞蛋杏＞凱特。該結果與恢復生長后杏樹的生長狀況幾乎一致，由此可以說明，主成分分析可用于對杏樹進行抗寒性評價。

生產中，寒冷地區以及容易遭受倒春寒地區，建議選用抗寒性強的金太陽和晉梅杏，降低低溫對樹體和產量的影響。