外源ALA 緩解梨花器官低溫傷害的效應研究*

王鵬飛，趙健霄，李 濤，于春亮，李云峰，賈艷利，張玉星，張海霞，權 暢，許建鋒，馬 輝

（1 河北農業大學園藝學院，保定071000）（2 河北省梨工程技術研究中心）（3 威縣農業農村局）（4 魏縣林果開發服務中心）（5 河北省氣象科學研究所）

梨是我國三大水果之一，在促進農民增收、推動鄉村振興方面占據重要地位。但是近幾年全球氣候變暖，梨花期呈現提前趨勢，易遭遇早春低溫凍害。根據2020—2021 年河北省水果產業形勢分析與預測，由于花期凍害全省梨果受災嚴重，減產30%～50%[1]。因此，探索如何提高梨花器官抵御低溫凍害的能力具有重要生產意義。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一種新型植物生長調節劑，是合成葉綠素、血紅素、卟啉和維生素B12等四吡咯化合物的前體物質，近年來，ALA 在植物研究領域不斷深入，ALA 可以促進植物生長，同時在提高植物抗逆能力方面作用突出[2]。前人研究發現，ALA 在植物鹽脅迫、干旱脅迫、低溫脅迫、金屬脅迫等逆境下，能夠降低植物受到的損害。如王鵬等[3]發現，干旱脅迫下ALA 處理提高了玉米的抗氧化酶活性，并抑制MDA、H2O2含量增加，進而提高玉米幼苗的抗旱性；王燚[4]研究了低溫脅迫下ALA 處理對玉米幼苗的影響，結果表明經過ALA處理可以提高幼苗的發芽率和SOD、POD、CAT 活性，降低MDA 含量，同時增強幼苗葉片的光合作用；張治平等[5]認為，ALA 能夠顯著提高低溫脅迫下油菜抗氧化酶活性；張建婷等[6]研究了ALA 對低溫脅迫下桃幼葉的影響，發現ALA 可以提高抗氧化酶活性，積累更多滲透調節溶質，同時可誘導PSⅡ反應中心部分基因上調表達，促進葉片光合作用；田永強等[7]研究發現，經過ALA 處理能夠明顯緩解低溫脅迫對甜櫻桃花器官的傷害。

目前，關于ALA 緩解梨花器官低溫傷害的研究鮮有報道。本文以新梨7 號、玉露香花器官為試材，對其噴施不同濃度ALA 后，進行低溫處理，測定其相關生理指標，分析ALA 對梨花器官低溫脅迫下生理特性的影響，由于低溫傷害是一種常見的逆境脅迫，通過單一生理指標變化評估ALA 緩解梨花器官低溫傷害存在局限性和片面性，故需綜合多種指標進行綜合評價。本研究利用主成分分析法對不同濃度ALA 緩解梨花器官低溫傷害的能力進行了強弱劃分，并結合綜合得分篩選出最適宜的濃度，以期為合理利用ALA 抵御梨花器官低溫傷害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

本試驗在河北農業大學農科試驗基地內進行，選取長勢相近的8 年生新梨7 號、玉露香作為試驗材料，于花蕾期在樹冠中部的東、西、南、北4 個方位采集1 年生花枝，混合后帶回實驗室，于人工氣候室內水培至盛花期，對其分別噴施濃度為25、50、75、100 mg/L 的外源5-氨基乙酰丙酸（ALA），以噴清水作對照，每處理設3 次重復，且不少于50個花序。噴施24 h 后，置于-2 ℃低溫冰箱中低溫處理3 h，再在室溫（25 ℃）下恢復3 h，立即摘取花器官進行液氮速凍，并保存至-80 ℃超低溫冰箱中，用于生理指標測定。

1.2 指標測定

相對電導率用電導儀測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定，脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定[6]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法[8]測定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定，過氧化氫酶（CAT）活性采用過氧化氫法測定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[9]測定。

1.3 數據統計分析

利用Microsoft Excel 軟件對原始數據進行統計和處理，用SPSS 25 軟件對處理后的數據進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 ALA 處理對花器官形態的影響

據觀察，噴施不同濃度ALA 經低溫處理后，梨花器官形態出現變化，噴施清水（對照）的新梨7號柱頭和雌蕊出現變褐情況，花瓣萎蔫變褐甚至脫落；25 mg/L ALA 處理的新梨7 號花瓣萎蔫變褐；50、75、100 mg/L ALA 處理的新梨7 號花瓣輕微變褐，柱頭、雌蕊無任何受凍表現。噴施清水（對照）和25、75 mg/L ALA 處理的玉露香花瓣萎蔫變褐、脫落，柱頭、雌蕊部分變褐；50、100 mg/L ALA 處理的玉露香花器官無任何受凍表現（圖版2）。

2.2 ALA 處理對花器官相對電導率和滲透溶質的影響

如圖1 所示，新梨7 號花器官噴施不同濃度ALA 經低溫處理后，4 個處理的花器官相對電導率均低于對照，分別較對照降低4.80%、7.27%、10.00%、38.00%；相同處理下，玉露香花器官相對電導率呈現先下降后上升的趨勢，25、50 mg/L ALA處理的相對電導率分別比對照高51.64%、9.27%，75 mg/L ALA 處理較對照下降23.00%，差異均達顯著水平，而100 mg/L ALA 處理的相對電導率與對照差異不顯著。新梨7 號花器官的可溶性糖含量隨ALA 濃度增加呈上升趨勢，玉露香呈波浪式變化，ALA 濃度為50、100 mg/L 時2 個品種的可溶性糖含量均顯著高于對照，分別較對照上升59.99%、81.35%和38.00%、41.17%。新梨7 號花器官的可溶性蛋白含量隨ALA 濃度增加呈先上升后下降的趨勢，其中ALA 濃度為75 mg/L 時達到最大值，較對照提高35.32%，差異達顯著水平；而玉露香花器官，除50 mg/L ALA 處理略高于對照外，其余處理均低于對照，分別下降16.50%、28.54%、14.32%。4 個ALA 處理的新梨7 號花器官脯氨酸含量分別較對照提高5.57%、2.94%、11.28%、57.91%，其中100 mg/L ALA 處理與對照差異顯著；玉露香花器官脯氨酸含量整體呈上升趨勢，25、50 mg/L ALA 處理的脯氨酸含量均顯著低于對照，75、100 mg/L ALA處理均顯著高于對照，分別提高56.89%、56.11%。

圖1 ALA 處理的新梨7 號、玉露香在-2 ℃低溫3 h 的相對電導率和可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量

2.3 ALA 處理對花器官抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

由圖2 可以看出，50 mg/L ALA 處理的新梨7號花器官SOD 活性與對照無顯著差異，不能提高低溫脅迫下花器官SOD 活性，25、75、100 mg/L ALA處理后新梨7 號花器官SOD 活性均較對照顯著提高，分別提高了32.88%、43.15%、21.23%；4 個ALA 處理的玉露香花器官SOD 活性均顯著高于對照，且隨ALA 濃度增加呈先上升后下降的趨勢，其中50 mg/L ALA 處理最高，較對照提高了47.06%。4 個ALA 處理的2 個梨品種的花器官POD 活性均高于對照，且隨ALA 濃度增加均呈整體上升趨勢，其中50、75、100 mg/L ALA 處理的新梨7 號花器官POD 活性差異均達顯著水平，分別較對照提高了70.48%、81.90%、84.95%，而玉露香花器官只有75、100 mg/L 處理達顯著水平，分別提高了56.12%、51.02%。在低溫脅迫處理下，不同品種花器官的CAT 活性有較大差異，新梨7 號花器官CAT 活性隨ALA 濃度增加呈先下降后上升的趨勢，4 個ALA 處理的CAT 活性均高于對照，其中25、100 mg/L ALA處理達顯著水平；而4 個ALA 處理的玉露香花器官CAT 活性與對照均無顯著差異。以上結果說明，經過ALA 處理可以提高抗氧化酶活性，從而有利于提高花器官抗氧化能力。作為膜脂過氧化最終產物的MDA，雖然其含量隨ALA 濃度增加整體呈下降的趨勢，但是與對照相比均無顯著變化，這說明ALA處理未能有效地降低低溫脅迫下梨花器官內MDA的積累。

圖2 ALA 處理的新梨7 號、玉露香在-2 ℃低溫3 h 的SOD、POD、CAT 活性及丙二醛含量

2.4 ALA 處理緩解新梨7 號花器官低溫傷害的綜合評價

為構建綜合指標精確評價ALA 處理緩解新梨7號花器官低溫傷害的能力，使用SPSS 對原始數據進行標準化處理后，進行主成分分析，基于主因子特征值大于1 的原則提取出2 個主成分因子，累計方差貢獻率達80.168%，表明這2 個主成分因子能夠解釋8 個單項指標的絕大部分信息，各主成分因子代表性指標見主成分載荷矩陣（表1）。第1 主成分的方差貢獻率為63.800%，反映了原始數據的大部分信息，主要反映相對電導率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性6 個變量的信息，其中POD 活性貢獻最大，載荷值為0.947，其次是脯氨酸含量，載荷值為0.942，相對電導率為負載荷，載荷值為-0.844。第2 主成分的方差貢獻率為16.386%，主要反映CAT 活性、MDA 含量2 個變量的信息，均呈正載荷，其中CAT活性的載荷值最大，為0.799，對第2 主成分貢獻率最大。因此，第1、2 主成分代表性指標為影響ALA 處理緩解新梨7 號花器官低溫傷害的主要指標，分別為POD 活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、CAT 活性。

表1 新梨7 號主成分初始特征值、貢獻率及載荷矩陣

計算主成分載荷矩陣數值與對應特征值算術平方根的比值，得出主成分系數矩陣，見式（1）～（3），F1、F2為主成分1、主成分2 得分，以各個主成分相應的相對貢獻率為權重，對2 個主成分得分權重進行加和，即得不同濃度ALA 處理緩解新梨7 號花器官低溫傷害綜合得分（F），得分越大，緩解低溫傷害能力越強。

綜合得分如表2 所示，不同處理緩解新梨7 號花器官低溫凍害能力的強弱順序為：100 mg/L ALA＞75 mg/L ALA＞50 mg/L ALA＞25 mg/L ALA＞對照。

表2 新梨7 號主成分得分及綜合得分

2.5 ALA 處理緩解玉露香花器官低溫傷害的綜合評價

與2.4 處理方法一致，由表3 可知，前3 個主成分累計方差貢獻率達90.475%，表明前3 個主成分因子能夠解釋ALA 處理緩解玉露香花器官低溫傷害8 個指標的絕大部分信息。第1 主成分的方差貢獻率為47.325%，主要反映相對電導率、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、POD 活性、CAT 活性5 個變量的信息，相對電導率、可溶性蛋白含量為正載荷，載荷值分別為0.766、0.747，脯氨酸含量、POD活性、CAT 活性為負載荷，載荷值分別為-0.905、-0.789、-0.839。第2 主成分的方差貢獻率為30.524%，主要反映可溶性糖含量、SOD 活性、MDA含量3 個變量的信息，其中MDA 含量對第2 主成分的貢獻最大，其載荷值為-0.969。第3 主成分的方差貢獻率為12.626%，主要反映相對電導率、可溶性蛋白含量2 個變量的信息，相對電導率與之呈正載荷，可溶性蛋白含量與之呈負載荷。

表3 玉露香主成分初始特征值、貢獻率及載荷矩陣

根據表3 對3 個主因子構建得分模型，見式（4）～（7），F1、F2、F3為主成分1、主成分2、主成分3 得分，F表示綜合得分，得分值越高表示緩解能力越強。

如表4 所示，不同處理緩解玉露香花器官低溫傷害能力的強弱順序為：50 mg/L ALA＞25 mg/L ALA＞100 mg/L ALA＞對照＞75 mg/L ALA。

表4 玉露香主成分得分及綜合得分

3 討論與結論

在特定的低溫條件下，植物體內滲透調節物質含量會發生一定的變化，以維持植物細胞的滲透平衡，進而提高植物對低溫的耐受性[10]。可溶性糖是一種重要的滲透調節物質，在低溫脅迫條件下能夠作為細胞的保護物質，其含量的增加能夠提高植物抗逆性[11]，減輕細胞結冰傷害。本研究結果顯示，新梨7號花器官可溶性糖含量隨著ALA處理濃度的增加呈上升趨勢，且ALA 處理的2 個梨品種的可溶性糖含量均基本高于對照，這與張建婷等[6]、燕飛等[12]對桃幼葉、茶樹葉片研究結果一致。有研究表明，低溫脅迫下，植物體內可溶性蛋白含量與抗凍性呈正相關[13-14]。本研究結果表明，隨著ALA 處理濃度的增加，新梨7 號花器官可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢，且均高于對照，可見ALA 能提高低溫脅迫下梨花器官可溶性蛋白含量從而提高抗凍性；而玉露香的可溶性蛋白含量除50 mg/L ALA 處理略高于對照外，其余處理均低于對照，這可能與品種本身的差異有關。脯氨酸也是植物細胞內重要的滲透調節物質，張治平等[5]、馬翠云[15]、劉輝等[16]報道，低溫脅迫下，ALA 可促進油菜幼苗、碭山酥梨幼果、茄子幼苗中脯氨酸的積累。本研究結果表明，隨著ALA 濃度增加，梨花器官中脯氨酸含量基本呈不斷上升趨勢，這與張治平等[5]研究結果一致。以上分析表明，ALA 可以調節梨花器官滲透調節能力，進而提高抗凍能力，但是對于不同品種的梨，ALA 緩解低溫傷害下的滲透調節能力和作用機制有所差異。

植物細胞受到低溫脅迫時，會發生各種膜脂過氧化反應[17]，MDA 是膜脂過氧化的最終分解產物之一[10]，MDA 含量增加通常被認為是膜脂過氧化的標志，而低溫脅迫也會使細胞膜透性增大，導致相對電導率升高[18]。有研究表明，經ALA 處理能夠顯著降低植物細胞的MDA 含量和相對電導率，增加抗凍性[19-20]，因此，可通過測定MDA 含量和相對電導率來衡量梨花器官在低溫脅迫下受傷害程度。本研究中，噴施ALA 在一定程度上降低了梨花器官相對電導率，減少了低溫脅迫對細胞膜的傷害，而未能有效降低MDA 含量。

在非生物脅迫環境中，植物細胞代謝途徑紊亂，導致活性氧的產生和積累，造成氧化損傷，阻礙代謝活動[15,19]。植物抗氧化酶系統中SOD、POD、CAT 可清除植物體內活性氧，并維持其動態平衡以保護細胞免受氧化損傷[21-22]。田永強等[7]對紅瑪瑙甜櫻桃花器官噴施不同濃度ALA 溶液后置于-2 ℃低溫條件下處理2 h，發現ALA 可以提高低溫脅迫下花器官抗氧化酶活性，增加還原型抗壞血酸和還原型谷胱甘肽含量，減少活性氧含量，降低膜脂過氧化程度。本研究發現，ALA 提高了低溫脅迫下新梨7 號、玉露香花器官的SOD、POD 活性和新梨7 號花器官的CAT 活性，與田永強等[7]試驗結果一致，說明噴施適宜濃度ALA 能夠提高植物低溫脅迫下的抗氧化酶活性，有效緩解梨花器官受損程度。

抗逆性是基于基因和環境互作的多種生理指標的綜合體現，但由于生理指標較多，各個指標在逆境應激反應中的作用不同，并不是所有的生理指標均能準確代表植物的抗逆性[23]。而主成分分析法可以將多個指標轉化成新的個數較少且彼此獨立的綜合指標，同時根據各自貢獻率的大小明確每個綜合指標的相對重要性[24]。前人利用主成分分析法對果實品質[25]、植物耐寒性[26]等進行綜合評價，避免了人為賦權對最終結果的影響，能夠客觀地進行評價。本研究將8 個與低溫脅迫有關的生理指標進行主成分分析，新梨7 號提取了2 個主成分，反映了所有指標80.168%的信息；玉露香提取了3 個主成分，反映了所有指標90.475%的信息。以各主成分的相對方差貢獻率為權重建立綜合評價函數，最終得到綜合得分（F），根據F值能系統評價不同濃度ALA 處理后緩解梨花器官低溫傷害程度。

綜上所述，噴施ALA 可緩解梨花器官低溫傷害。結合主成分分析，篩選出緩解新梨7 號、玉露香花器官低溫傷害最適宜的ALA 濃度分別為100、50 mg/L。