低溫脅迫下的油茶品種耐寒性評價

程軍勇　姜德志　鄧先珍

摘要：湖北省是油茶（Camellia oleifera Abel.）北緣產區，低溫對油茶的造林和生長有很大影響，是制約本地油茶發展的關鍵因素。以鄂油系和長林系油茶品種為研究對象，設置不同低溫脅迫處理，測定各品種的相對電導率和丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及超氧化物歧化酶活性等指標，比較各生理指標的關聯性。結果表明，相對電導率和丙二醛含量呈顯著正相關，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性呈顯著正相關。采用隸屬函數法綜合評價油茶品種的耐寒性，則各品種耐寒性強弱的順序為長林27號>鄂油151號>鄂油465號>鄂油63號>鄂油102號>長林40號>長林23號>長林4號>鄂油81號>鄂油54號。

關鍵詞：油茶（Camellia oleifera Abel.）；低溫脅迫；耐寒性；評價

中圖分類號：S794.4+78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）18-3484-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.18.023

Abstract： Hubei province located in the northern margin of Camellia oleifera Abel.，where the low temperature caused great impact on the afforestation and growth of C. oleifera，and becomes the restrictions for their promotion. Taking Changlin and E-you series cultivars of C. oleifera as objective treated by different low temperature for different time，the physiological and biochemical indexes including conductivity，malondialdehyde，proline，soluble sugar，soluble protein and superoxide dismutase，as well as the relevance between different indexes was observed. The results showed that conductivity has strong positive correlation with malondialdehyde content；proline has positive correlation with superoxide dismutase content. According to fuzzy membership function method，the rank of the tested cultivars from high to low was，C. oleifera cv. Changlin 27>C. oleifera cv. E-you 151>C. oleifera cv. E-you 465>C. oleifera cv. E-you 63>C. oleifera cv. E-you 102>C. oleifera cv. Changlin 40>C. oleifera cv. Changlin 23>C. oleifera cv. Changlin No. 4>C. oleifera cv. E-you 81>C. oleifera cv. E-you 54.

Key words： Camellia oleifera Abel.； low temperature stress； cold tolerance； evaluation

油茶（Camellia oleifera Abel.）是重要的木本油料樹種，用油茶種子榨出的茶油是優質食用油，其不飽和脂肪酸含量在90%以上，因而聯合國糧農組織將茶油列為重點推廣的健康型高級食用植物油。近年來中國政府高度重視油茶產業發展，規劃到2020年新建油茶示范林167萬hm2，改造低產林267萬hm2，使茶油年產量達250萬t。湖北省地處油茶分布北緣地帶，現有油茶林23.7 萬hm2，年產茶油2.33萬t，面積和產量居全國第七位[1-5]。相關研究表明，植物耐寒性與植物組織的電導率和丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及超氧化物歧化酶活性等密切相關。姚小華等[6]研究表明，油茶可以耐受一定程度的低溫脅迫，其耐寒能力受品種及栽培管理等因素的影響而有差異。彭邵鋒等[7]認為，連續低溫脅迫會使油茶的正常生長受到很大影響，甚至造成死亡。巨偉等[8]對低溫脅迫下的冬小麥（Triticum aestivum L.）細胞膜系統進行了測定，應用電導法來判定植物的受凍害程度。Perl等[9]認為，在低溫脅迫狀況下，植物的耐寒性和超氧化物歧化酶活性具有相關性，朱政等[10]對茶樹[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]葉片的研究也有類似的結果。嚴青等[11]、陳梅香等[12]認為丙二醛含量可反映出植物在脅迫過程中受到的傷害程度。何若韞等[13]研究表明，植物細胞可溶性糖含量升高后，提高了植物細胞液的滲透壓，使植物的耐寒性增強。陳鈺等[14]研究了杏（Armeniaca vulgaris Lam.）品種在自然降溫過程中的耐寒性，認為植物耐寒性強弱與可溶性蛋白含量密切相關。艾琳等[15]認為在植物受到低溫脅迫時，脯氨酸含量會發生顯著變化，低溫脅迫對植物脯氨酸含量有顯著影響。由于地理條件的地面特殊性和環境氣候的特異性，油茶北緣地區花期的溫度較低，加之氣候多變，導致油茶產量不穩定，尤其是低溫對油茶生長和結實有較大影響，這是限制本地區油茶產業發展的關鍵制約因素。開展油茶耐寒性研究，加快選育耐寒性強的優良油茶品種，對于提高北緣地區油茶產量和質量、推動油茶產業發展具有重要意義。試驗以湖北省主要推廣的10個油茶品種為研究對象，測定了油茶品種的耐寒性生理指標，并用隸屬函數法進行了綜合評價，以期為油茶北緣地區耐寒品種的選育提供參考。endprint

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖北省林業科學院九峰試驗林場，該場地理位置位于北緯31°22′，東經114°29′，海拔高度70 m；氣候屬北亞熱帶季風氣候，年均氣溫16.7 ℃，極端最高氣溫39.4 ℃，極端最低氣溫-18.1 ℃，年均空氣相對濕度77%，年降水量1 284 mm，年無霜期240 d，年蒸發量1 392 mm。土壤類型為黃黏土。

1.2 材料

參試植物材料為二年生油茶輕基質芽苗砧嫁接苗，共10個品種，分別是長林4號（C. oleifera cv. Changlin No. 4）、長林23號（C. oleifera cv. Changlin 23）、長林27號（C. oleifera cv. Changlin 27）、長林40號（C. oleifera cv. Changlin 40）、鄂油102號（C. oleifera cv. E-you 102）、鄂油151號（C. oleifera cv. E-you 151）、鄂油54號（C. oleifera cv. E-you 54）、鄂油465號（C. oleifera cv. E-you 465）、鄂油63號（C. oleifera cv. E-you 63）、鄂油81號（C. oleifera cv. E-you 81）。各品種都挑選長勢一致的油茶輕基質苗木移栽到花盆中，基質采用肥沃的壤土，統一日常養護管理。

1.3 方法

2015年2月中旬，選取10個油茶品種植株相同部位的葉片，剪下后分別用自來水、去離子水沖洗，用吸水紙吸干，然后裝入密封的自封袋中，貼好標簽后放入低溫循環器中分別進行低溫脅迫處理，在5、0、-5、-10 ℃ 4個溫度梯度下保持12 h，取出后解凍12 h，再放入超低溫冰箱里保存，待測。葉片組織的相對電導率用電導法測定，丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸含量用茚三酮法測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍染色法測定，超氧化物歧化酶活性用氮藍四唑法測定[16]。

1.4 數據處理

試驗所得數據采用Microsoft Office Excel 2007程序處理，并用其作圖、制表；運用SAS V8軟件對生理指標進行相關分析和主成分分析，用隸屬函數法綜合評價油茶品種的耐寒性。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對油茶各品種相對電導率的影響

參試的10個油茶品種相對電導率測定情況見圖1。由圖1可知，10個油茶品種的相對電導率隨著處理溫度的降低呈現出上升趨勢。其中從5 ℃下降至0 ℃的過程中，10個油茶品種的相對電導率變化很小，而當溫度降低到-5 ℃時，相對電導率開始升高，到-10 ℃時，相對電導率急劇升高，達到試驗測定的最大值，表明此時各油茶品種受到的傷害最嚴重。在整個降溫過程中，鄂油81號、鄂油63號、長林23號的相對電導率基本處于較高水平，表明這3個品種受到的傷害較嚴重，耐寒性相對較弱；而鄂油102號、鄂油151號的相對電導率較小，耐寒性較強。

2.2 低溫脅迫對油茶各品種丙二醛含量的影響

參試的10個油茶品種丙二醛含量測定情況見圖2。由圖2可知，10個油茶品種的丙二醛含量隨著處理溫度的降低而呈現出上升趨勢。其中從5 ℃下降至0 ℃的過程中，10個油茶品種的丙二醛含量緩慢上升，當溫度降低到-5 ℃時，傷害進一步加大，丙二醛含量持續升高，到-10 ℃時達到最大值。在整個降溫過程中，鄂油81號、鄂油63號、鄂油465號的丙二醛含量相對較高，表明這3個品種受到的傷害較嚴重，耐寒性相對較弱；而鄂油102號、長林27號的丙二醛含量相對較小，受傷害程度較小，耐寒性較強。

2.3 低溫脅迫對油茶各品種脯氨酸含量的影響

參試的10個油茶品種脯氨酸含量測定情況見圖3。由圖3可知，隨著低溫脅迫溫度降低，10個油茶品種的脯氨酸含量變化在開始時比較平緩，而后急劇升高，后期趨于穩定，整體呈上升趨勢。其中在5 ℃下降至0 ℃的過程中，脯氨酸含量整體基本不變，說明作為滲透調節物質脯氨酸沒有大量增加，植物受到的傷害程度也較弱。但隨著溫度下降至-5 ℃時，脯氨酸含量開始大幅上升，到-10 ℃時保持穩定。在整個低溫脅迫過程中，鄂油81號、長林23號的脯氨酸含量一直保持在較低水平，說明其耐寒性較弱；而長林40號、鄂油102號的脯氨酸含量相對較高，表明其耐寒性較強。

2.4 低溫脅迫對油茶各品種可溶性糖含量的影響

參試的10個油茶品種可溶性糖含量測定情況見圖4。從圖4可知，由于低溫脅迫加劇，各油茶品種的可溶性糖含量穩步升高，但上升幅度不大。其中在5 ℃下降至0 ℃的過程中，可溶性糖含量略有升高；隨著溫度的進一步下降，在降低至-5 ℃時，可溶性糖含量繼續升高，到-10 ℃時基本保持穩定。在整個低溫脅迫過程中，長林27號、鄂油151號的可溶性糖含量基本保持在較高水平，在-10 ℃時的峰值分別達到了21.3、19.1 mg/g，顯示出了較強的耐寒性；而鄂油81號、長林23號的可溶性糖含量相對較低，表明其耐寒性較弱。

2.5 低溫脅迫對油茶各品種可溶性蛋白含量的影響

參試的10個油茶品種可溶性蛋白含量測定情況見圖5。從圖5可知，由于低溫脅迫加劇，各油茶品種的可溶性蛋白含量先緩慢升高、后逐步增大，呈逐步上升的趨勢。其中在5 ℃下降至0 ℃的過程中，可溶性蛋白含量有小幅升高；隨著溫度繼續下降至-5 ℃時，可溶性蛋白含量繼續升高，到-10 ℃時升高到試驗的最大值。在整個降溫過程中，鄂油151號、長林27號的可溶性蛋白含量基本保持在較高水平，說明其耐寒性強；而長林23號的可溶性蛋白含量相對較低，其耐寒性較弱。

2.6 低溫脅迫對油茶各品種超氧化物歧化酶活性的影響endprint

參試的10個油茶品種超氧化物歧化酶活性測定情況見圖6。由圖6可知，各油茶品種隨著溫度的降低，超氧化物歧化酶活性逐漸上升；其中溫度從5 ℃降低到0 ℃時，超氧化物歧化酶活性表現平穩，到-5 ℃時開始小幅升高，溫度繼續降低至-10 ℃時，超氧化物歧化酶活性持續增強達到最大值。在整個低溫處理過程中，長林40號、鄂油102號的超氧化物歧化酶活性基本處于較高水平，表明其耐寒性相對較強；而鄂油63號、長林23號的超氧化物歧化酶活性相對較低，說明其耐寒性相對較弱。

2.7 生理指標主成分分析

主成分分析是處理多變量復雜性問題時常用的一種多元統計方法，它通過將原始的多個變量經過線性組合，建立盡可能少的新變量，而這些新變量可以盡可能多的保留原來的信息量。試驗通過對各個生理指標進行相關分析和主成分分析，來判斷油茶品種耐寒性和各個生理指標的相關系數與貢獻大小。參試油茶品種各生理指標相關關系分析情況見表1。由表1可以看出，油茶相對電導率和丙二醛含量呈顯著正相關，這是因為隨著低溫脅迫加劇，細胞膜系統最先受到傷害，膜透性發生改變，電解質大量外滲，使相對電導率增大，膜脂過氧化作用增強，活性氧自由基毒害作用明顯，膜系統受損，從而使丙二醛含量升高。另外，脯氨酸含量與超氧化物歧化酶活性也呈顯著正相關，表明隨著植物受傷害程度加重，滲透調節物質大量升高以維持滲透平衡，超氧化物歧化酶活性被調動起來迅速提升，以清除過多的自由基，抑制過氧化作用。參試油茶品種各生理指標主成分分析結果見表2。從表2來看，前3個主成分累計貢獻率為93.97%，說明前3個主成分所包含的信息占整體信息的93.97%，因此選取前3個主成分作為油茶品種耐寒性評價的綜合指標。其中主成分1的特征根為4.827 6，貢獻率為80.46%，其表示超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、相對電導率和耐寒性的關系；主成分2的特征根為0.442 6，貢獻率為7.38%，其表示可溶性糖含量、相對電導率和耐寒性的關系；主成分3的特征根為0.367 9，貢獻率為6.13%，其表示脯氨酸含量、可溶性糖含量和耐寒性的關系。

2.8 隸屬函數法綜合評價

為了全面準確地評價油茶品種耐寒性，通過隸屬度公式把低溫脅迫狀態下10個油茶品種的各生理指標測定值定量轉換，結果見表3。從表3可知，長林27號的隸屬度平均值最大，達到0.659 1，其次為鄂油151號、鄂油465號、鄂油63號、鄂油102號、長林40號、長林23號、長林4號、鄂油81號，隸屬度平均值分別為0.601 7、0.546 2、0.536 8、0.536 5、0.443 1、0.428 3、0.408 8、0.341 1，鄂油54號的隸屬度平均值最小，為0.245 6。也就是各油茶品種在低溫脅迫的耐受性強弱依次為長林27號>鄂油151號>鄂油465號>鄂油63號>鄂油102號>長林40號>長林23號>長林4號>鄂油81號>鄂油54號。

3 小結與討論

參試油茶品種的相對電導率和丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及超氧化物歧化酶活性都隨低溫脅迫加重而呈上升趨勢，其中相對電導率和丙二醛含量呈顯著正相關，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性也呈顯著正相關。各品種的耐寒性強弱排序為：長林27號>鄂油151號>鄂油465號>鄂油63號>鄂油102號>長林40號>長林23號>長林4號>鄂油81號>鄂油54號?？傮w來看，長林27號和鄂油151號的耐寒性強且比較穩定，鄂油54號的耐寒性相對最弱，其他油茶品種的耐寒性居中。

電導率是植物受到低溫脅迫時判斷植物耐寒性強弱的基本指標，在耐寒性評價中可作為一個關鍵因子來考量。丙二醛是脂質過氧化作用的終產物，其含量是衡量膜脂過氧化強弱的主要指標之一，當植物遭受低溫脅迫時，低溫會導致膜脂過氧化反應加劇，丙二醛含量升高，引起膜系統損傷，進而影響細胞膜透性[17]。脯氨酸是植物體內重要的滲透性調節物質，當植物遭受低溫脅迫時，脯氨酸作為滲透調節物質會提高細胞滲透壓，避免細胞過度失水，還可以通過和蛋白質分子結合來穩定結構，使植物新陳代謝處于正常狀態[18]?？扇苄蕴且彩侵参矬w內重要的滲透調節物質，并且是合成有機物的基礎和能量來源，植物受到低溫脅迫時會通過升高可溶性糖含量來提高細胞滲透壓，增強細胞保水能力，維持細胞膜正常功能，使植物免受傷害[19]。在低溫脅迫狀態下，植物會通過提高蛋白質含量來提高細胞液濃度，使細胞滲透壓升高，以免植物受傷害，耐寒性強的植物種（品種）在低溫脅迫下可溶性蛋白含量較其他植物種（品種）要高，一方面是低溫刺激植物合成新蛋白，另一方面是溫度降低使蛋白分解速度放慢[20]。當植物遇到低溫脅迫時，細胞的自主防御能力會下降，自由基代謝平衡失調，植物體內產生大量的活性氧，打破了自由基產生和消除的平衡狀態，造成活性氧自由基等物質的積累，植物受到傷害；在植物耐寒力承受范圍之內，超氧化物歧化酶活性增強可以減少活性氧自由基的積累，降低膜脂過氧化強度，保持細胞內自由基平衡[21]。當植物遭受低溫脅迫時會啟動自身的防御體系，這個體系是一個非常復雜的過程，單一指標很難準確地評價植物耐寒性強弱，探索多指標綜合評價植物抗寒性已成為當今研究低溫脅迫的發展趨勢[22，23]。植物抗逆性綜合評價方法常用模糊隸屬函數法、主成分分析法、直接比較法、分級評價法等，曹建東等[24]運用隸屬函數平均值進行排序來確定葡萄（Vitis L.）各品種的耐寒性強弱，本試驗采用隸屬函數法對湖北省10個油茶主栽品種的生理指標進行了耐寒性綜合評價，取得了較好的預期效果。

參考文獻：

[1] 莊瑞林.中國油茶[M].第二版.北京：中國林業出版社，2008.132-136.

[2] 周席華，程軍勇，徐春永，等.湖北省木本糧油經濟林產業現狀及發展對策[J].湖北林業科技，2009（6）：33-35.endprint

[3] 姚小華，王開良，羅細芳，等.我國油茶產業化現狀及發展思路[J].林業科技開發，2005，19（1）：3-6.

[4] 陳永忠，王德斌，劉欲曉，等.湖南油茶產業發展思路與對策[J].湖南林業科技，2002，29（4）：50-52.

[5] 韓寧林.油茶豐產栽培技術研究進展[J].林業科技開發，2000， 14（1）：10-13.

[6] 姚小華，王開良.油茶防雪災防凍害栽培技術[J].林業科學，2008，44（5）：2-3.

[7] 彭邵鋒，陳永忠.油茶凍害及其防治措施[J].林業科學，2008， 44（5）：184-189.

[8] 巨 偉，楊彩鳳，趙 勇，等.低溫脅迫下冬小麥葉片細胞膜透性與抗寒性的相關研究[J].安徽農業科學，2011，39（19）：11416-11417.

[9] PERL A，PERL-TREVES R，GALILI S，et al. Enhanced oxidative stress defense in transgenic potato expressing tomato Cu/Zn superoxide dismutase[J].Theor Appl Genet，1993，85：568-576.

[10] 朱 政，蔣家月，江昌俊，等.低溫脅迫對茶樹葉片SOD、可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響[J].安徽農業大學學報，2011， 38（1）：24-26.

[11] 嚴 青，馬玉壽，施建軍，等.低溫脅迫對3種牧草幼苗抗性生理指標的影響[J].青海大學學報（自然科學版），2007，25（1）：54-57.

[12] 陳梅香，張玉平，許奕華.幾個樹莓品種抗寒性的研究初報[J].落葉果樹，2006（2）：6-8.

[13] 何若韞，王光潔，張曉松，等.草莓在寒冷馴化中游離脯氨酸含量的變化與耐凍性的發育[A].劉祖祺，王洪春.植物耐寒性及防寒技術[M].北京：學術書刊出版社，1990.169-175.

[14] 陳 鈺，郭愛華，姚延禱.自然降溫條件下杏品種蛋白質、脯氨酸含量與抗寒性的關系[J].山西農業科學，2007，35（6）：53-55.

[15] 艾 琳，張 萍，胡成志.低溫脅迫對葡萄根系膜系統和可溶性糖及脯氨酸含量的影響[J].新疆農業大學學報，2004，27（4）：47-50.

[16] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2005.

[17] 張亞冰，劉崇懷，孫海生.葡萄砧木耐鹽性與丙二醛和脯氨酸關系的研究[J].西北植物學報，2006，26（8）：1709-1712.

[18] 陳杰中，徐春香，梁立峰.低溫對香蕉葉片蛋白質及氨基酸的影響[J].華南農業大學學報，1999，20（3）：54-58.

[19] 劉祖褀，張石誠.植物抗性生理學[M].北京：中國農業出版社，1994.1-79.

[20] 康國章，王正詢，孫谷疇.幾種外源物質提高植物抗冷力的生理機制[J].植物生理學通訊，2002，38（4）：193-197.

[21] 陳鴻鵬，譚曉風.超氧化物歧化酶研究綜述[J].經濟林研究， 2007，25（1）：59-65.

[22] 黃月華.五種桉樹苗期耐寒性能的初步研究[D].海南三亞：華南熱帶農業大學，2003.

[23] 楊慶華.桂花的地理分布及其抗凍性研究[D].南京：南京林業大學，2006.

[24] 曹建東，陳佰鴻，王利軍.葡萄抗寒性生理指標篩選及其評價[J].西北植物學報，2010，30（11）：2232-2239.endprint