低溫脅迫下不同花椒品種的生理響應及其抗寒性評價

摘要：為篩選出適宜本地栽培且抗寒能力強的花椒品種，本試驗以‘枸椒’、‘獅子頭’、‘隴南大紅袍’、‘泰安1號’和‘漢源清椒’共5個花椒品種為試材，設置0、-5、-10、-15、-20℃和-25℃共6個溫度梯度，研究不同低溫脅迫下各花椒品種枝葉生理生化指標的變化趨勢，并采用隸屬函數法綜合評價各花椒品種抗寒能力的強弱。結果表明，隨著脅迫溫度不斷降低，5個花椒品種枝條的相對電導率和脯氨酸含量呈直線上升趨勢，過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和可溶性蛋白、可溶性糖含量均呈現先升后降的趨勢，丙二醛含量（MDA）呈現“S”形變化趨勢，而葉片葉綠素含量呈直線降低趨勢。應用隸屬函數法對5個花椒品種低溫處理下的生理生化響應情況進行綜合分析和評價得出，5個花椒品種的抗寒性由強到弱依次為‘隴南大紅袍’gt;‘漢源清椒’gt;‘獅子頭’gt;‘泰安1號’gt;‘枸椒’。

關鍵詞：花椒；低溫脅迫；生理生化；隸屬函數法；抗寒性

中圖分類號：S573.+9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）12-0026-07

花椒屬于蕓香科花椒屬的落葉灌木或有刺喬木，在我國有50多個種和變種。我國是世界上花椒種植面積和年產量最大的國家，種植歷史悠久，分布非常廣泛，在四川、陜西、甘肅等省份均有較大的栽培面積，其栽培技術簡單、產量穩、經濟效益好。花椒是我國傳統的調味品，具有顯著的藥用價值，還具有適應性強、耐干旱貧瘠、抗風固沙能力強等特點，是一種兼具良好經濟效益和生態效益的經濟林樹種，其市場價值與日俱增，發展前景廣闊。

自然界中影響植物生存的脅迫因素包括干旱、鹽堿、洪澇、低溫等，其中低溫是影響植物生存較大的環境因素之一，植物的生長及生產率均會受到低溫的影響。植物抗寒性能的強弱受制于多種生理生化因素，選擇合理、科學的分析和評價方法是研究植物抗寒性的重要措施。研究認為，通過測定低溫處理后植株的電導率評定其抗寒性能強弱是有效且簡單的方法，植株的電導率隨著溫度降低而增加，二者呈負相關。除了電導率發生變化以外，植株在受到低溫脅迫后，其體內各氧化代謝活動均會受到相應的阻礙甚至失調。此時，植株體內的各種保護酶活性和滲透調節物質代謝就開始發揮關鍵作用，因此通過測定受低溫脅迫后植株的過氧化物酶活性和丙二醛、可溶性糖等物質含量也可進行植株抗寒性的評價。

隨著花椒產業的不斷發展和擴大，栽植的花椒品種也越來越多，不同花椒品種間的抗寒強度參差不齊。生產上花椒樹在遭受低溫凍害時，抗寒能力較差的品種不僅會出現頂梢枯死等現象，甚至會影響到樹體發育從而最終影響花椒產量和品質。因此全面了解本地主栽花椒品種的抗寒能力尤為重要。劉勝元等對3個主栽花椒品種的抗寒性進行了評價分析，表明不同生理生化指標在不同品種間差異顯著，3個品種的抗寒性大小依次為‘萊蕪少刺’‘獅子頭’‘鳳椒’；其另外的研究顯示，隨著溫度不斷降低，各花椒品種枝條的導水性能均有不同程度的下降，隸屬函數法評價結果顯示，6個花椒品種枝條的抗寒能力依次為‘獅子頭’‘西農無刺’‘少刺大紅袍’‘黃蓋’‘無刺椒’‘仡勞無刺’。花椒抗寒性的強弱不僅表現在不同品種間，而且同一品種不同種源間也存在一定的差異性：劉淑明等對8個不同種源的大紅袍花椒的抗寒性進行測定后發現，來自涉縣的花椒其抗寒能力最強，而漢源花椒最差。低溫脅迫對花椒樹枝條、新梢、葉片和花均會產生一定的影響，不同部位對低溫脅迫的承受能力不同。馬和等以甘肅主栽花椒品種大紅袍為試材，分析低溫脅迫后大紅袍花期新梢SOD、POD活性及丙二醛含量的變化，認為低溫脅迫過程中植物體通過增加或降低保護酶的活性來發揮重要作用。

本試驗以5個花椒品種的兩年生枝葉為試材，研究低溫脅迫對各品種枝葉電導率、保護酶活性、滲透調節物質含量及葉片葉綠素含量等生理生化指標的影響，并利用隸屬函數法對各花椒品種的抗寒能力進行綜合分析評價，以篩選出適宜本地栽種的抗寒能力強的花椒品種，為花椒產業發展提供技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料

2021年5月，將供試花椒品種‘枸椒’‘獅子頭’‘隴南大紅袍’‘泰安1號’‘漢源清椒’定植于試驗基地內的花盆（規格：上下口徑分別為50、40 cm，高45 cm）中，每個品種栽植9盆，共計45盆，每盆栽植一株。2022年和2023年供試花椒品種進行常規水肥和病蟲害管理，保證正常生長。2023年7月15日，每品種選取長勢均勻、大小一致、無病蟲害發生的盆栽花椒3盆，用枝剪在每株花椒樹的四個方向采集長25 cm且粗度基本一致、葉片量勻稱的枝條，每個品種采集枝條12個，用標簽標記好品種名，迅速帶回實驗室進行不同低溫處理。

1.2試驗設計與處理

將采集回的每個花椒品種的枝條分成6份，用石蠟將每個枝條的切口密封，并用無菌水清洗干凈，待枝條干燥后用紗布將每份枝條包好裝入事先標記好品種名稱的塑封袋內，放入高低溫濕熱培養箱（型號：ADX-THS-1000L）內進行人工低溫脅迫處理。脅迫溫度設定為0、-5、-10、-15、-20℃和-25℃。當高低溫濕熱培養箱內達到設定的溫度時，保持該溫度12 h后將每個品種花椒枝條取出1份，于0℃下放置8h解凍，再在室溫下將枝條插入蒸餾水中復水12 h，之后將枝條剪短用于測定各品種枝條和葉片的生理生化指標。

1.3生理生化指標測定

相對電導率采用DDS-IIA型電導率儀測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定，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法測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定。葉綠素含量采用分光光度法測定。

1.4數據處理與分析

采用隸屬函數法進行抗寒能力評定，其中與抗寒性正相關的指標采用公式U（Xi）=（Xi-Xmin）／（Xmax--Xmin）計算隸屬函數值，與抗寒性負相關的指標采用公式U（Xi）=1-（Xi-Xmin）／（Xmax-Xmin）計算隸屬函數值。式中，U（Xi）表示i指標的隸屬函數值，Xi表示i指標測定值；Xmax和Xmin分別表示i指標的最大值與最小值。

使用Microsoft Excel 2019對測定數據進行匯總分析，使用Origin Pro 2021軟件進行繪圖。

2結果與分析

2.1低溫脅迫對不同花椒品種植株電導率的影響

由圖1可知，隨著處理溫度的降低各花椒品種植株的相對電導率均呈現上升趨勢。‘獅子頭’的相對電導率在-20℃時最高，其余品種均在-25℃時最高。‘枸椒’在-5～-15℃之間相對電導率變幅不大，之后時明顯上升，說明該品種的抗寒性較弱。- 25℃時，‘枸椒’的相對電導率最大，其次是‘隴南大紅袍’，二者均明顯高于其余3個品種。綜上分析認為，品種的抗寒性表現依次為：‘漢源清椒’gt;‘隴南大紅袍’gt;‘獅子頭’gt;‘枸椒’。

2.2低溫脅迫對不同花椒品種植株保護酶活性的影響

由圖2可知，不同低溫處理下各花椒品種植株的POD活性總體呈現先增加后降低的趨勢，SOD活性呈現上升后緩慢降低趨勢。從POD活性看，-10℃時各品種的POD活性均達到最高值，其中‘隴南大紅袍’明顯高于其他4個品種，其次為‘漢源清椒’，其余3個品種差異較小。‘隴南大紅袍’POD活性在-15～-20℃之間時變幅較小，包括‘枸椒’在內的其他4個品種的POD活性在-10～-20℃之間時變幅均較小，-25℃時各品種的POD活性差異較小。

從SOD活性看，-5～-10℃之間各品種的SOD活性均明顯升高，且各品種SOD活性出現最高值時的溫度不同。其中‘隴南大紅袍’和‘獅子頭’的SOD活性在-15℃時最高，‘泰安1號’和‘枸椒’在-20℃時最高，‘漢源清椒’則為-25℃時最高。SOD活性出現最高值時的溫度不同可能與各品種的抗寒性不同有關。在0～-15℃之間各品種的SOD活性差異較小，而在-20～-25℃之間時各品種的SOD活性差異較大，說明處理溫度越低各品種之間的SOD活性差異就越大。

2.3低溫脅迫對不同花椒品種植株丙二醛含量的影響

由圖3可知，不同低溫處理下各花椒品種植株的丙二醛（MDA）含量差異較明顯，總體上呈現下降－上升－下降的變化趨勢。MDA含量能夠反映出低溫處理下花椒植株組織細胞的受損程度，是膜脂過氧化物作用后的產物。‘枸椒’‘獅子頭’‘隴南大紅袍’‘泰安1號’植株的MDA含量在-10℃時出現最高值，‘漢源清椒’在-15℃時出現最高值。-10℃時‘隴南大紅袍’的MDA含量最大，其次為‘枸椒’，且‘枸椒’的增幅最大。-25℃時各品種的MDA含量差異較大，其中‘漢源清椒’的含量最低，其次為‘獅子頭’和‘隴南大紅袍’，說明這3個品種的抗寒性較強，優于‘枸椒’和‘泰安1號’。

2.4低溫脅迫對不同花椒品種植株滲透調節物質含量的影響

圖4顯示，不同低溫處理下各花椒品種植株的可溶性蛋白含量呈現先上升后下降的趨勢，均在-15℃時出現最高值。此時‘隴南大紅袍’的可溶性蛋白含量最高，為0.09 ug/g，其次為‘獅子頭’，各品種之間差異較小，說明植株受低溫脅迫后表現出較強的抵御反應；-20℃時各品種植株的可溶性蛋白含量均降低，‘隴南大紅袍’的降幅最大，大幅低于其他各品種；-25℃時‘漢源清椒’的可溶性蛋白含量與其他品種間差異較大，‘枸椒’和‘泰安1號’的較低。

各花椒品種植株的可溶性糖含量呈現先上升后下降的趨勢，‘隴南大紅袍’‘獅子頭’‘枸椒’‘漢源清椒’的可溶性糖含量在-15℃時最大，分別為0.065、0.062、0.051、0.041 ug/g，‘泰安1號’在-20℃時最大，為0.049ug／g。5個花椒品種在-15℃時可溶性糖含量差異較大。整體看‘漢源清椒’的可溶性糖含量較低，說明該品種的抗寒性較好。

隨著處理溫度降低，各花椒品種植株的脯氨酸含量呈現上升趨勢，在-10～-15℃間‘泰安1號’升幅最大，在-15～-20℃之間‘獅子頭’升幅最大，-20℃后各品種的脯氨酸含量上升趨于平穩。-25℃時‘泰安1號’和‘漢源清椒’的含量最高，分別為1 357 ug和1 344 ug/g，而‘隴南大紅袍’的含量最低，為1 224 ug/g，表明‘隴南大紅袍’的抗寒性較高。

綜上分析可知，供試花椒品種在不同低溫脅迫下的適應能力及反應程度均具有較大的區別。

2.5低溫脅迫對不同花椒品種葉片葉綠素含量的影響

由圖5可知，隨著處理溫度降低，各花椒品種葉片的葉綠素含量呈現遞減趨勢，溫度降到-20℃時其葉綠素含量均減至零。其中，0～-5℃時各花椒品種的葉綠素含量降幅較大，-5～-20℃之間降幅相對較緩，且各品種之間葉綠素含量差異并不大。這說明隨著低溫脅迫的加重，各花椒品種葉片的葉綠素含量大幅降低，從而導致植株葉片合成有機物的速率也隨之降低，且可以看出葉綠素含量的多少與品種差異并無太大關系，而與低溫脅迫有顯著關聯。

2.6不同花椒品種的抗寒性綜合分析評價

為全面分析不同花椒品種對低溫處理的適應性，本研究應用隸屬函數法，對5個花椒品種低溫處理下的生理生化響應情況進行綜合性評價和分析，結果見表1。平均隸屬函數值越大，說明該花椒品種的抗寒性就越強。可以看出，5個花椒品種的抗寒性由強到弱依次為‘隴南大紅袍’gt;‘漢源清椒’gt;‘獅子頭’gt;‘泰安1號’gt;‘枸椒’。

3討論與結論

植物體的抗寒機理是由許多因子影響而產生的較為復雜的生理生化過程，低溫脅迫是最主要的影響因子之一，當植物受到低溫脅迫時，會通過調節植物本身的系統來抵御低溫帶來的傷害，此時植物體內各生理生化指標就能夠精準響應低溫脅迫。細胞膜作為植物體受到低溫脅迫時的關鍵組織，膜透性會隨著低溫迫害而增大，細胞中電解質外滲，從而使電導率增大。本試驗結果顯示，隨著溫度的降低，各花椒品種植株的電導率不斷增大，當溫度降到-25℃時其電導率達到最大值：5個供試品種中‘漢源清椒’和‘隴南大紅袍’的抗寒性強于其他3個品種。王茹華等對5個月季砧木低溫脅迫下的生理生化指標進行測定，結果顯示，隨著溫度的降低，各品種的相對電導率增大，與本研究結果一致，楊勇等對狗牙根不同品種低溫脅迫時所得電導率變化規律也與此相同。說明不同植物響應低溫脅迫的電導率變化趨勢是一致的，但不同植物不同品種間電導率的大小及響應低溫脅迫的程度不同。

植物體內SOD和POD均為防御性保護酶，在植物受到低溫脅迫時能夠維持機體的代謝平衡，起到一定的保護作用。植物抗寒性的強弱與其體內保護酶活性高低有關。本研究發現，各花椒品種植株的POD活性隨著溫度不斷降低總體呈現先增加后降低的趨勢，SOD活性呈現上升后緩慢降低的趨勢，這與粟博文等對不同砧穗組合蘋果枝條抗寒性評價中測定的生理生化指標的結果相一致。不同花椒品種受到低溫脅迫時保護酶活性變化趨勢一致，但品種間的酶活性存在一定差異，說明不同品種對低溫的承受力不同。研究認為，低溫脅迫后保護酶活性快速增加從而會降低低溫對自身的傷害，而當低溫超過植物自身承受能力時保護酶活性會有不同程度的降低。本研究所測保護酶活性變化趨勢與其一致，也說明-10～-15℃是各花椒品種枝葉能夠承受的最低溫度。

研究認為，花椒MDA含量與保護酶活性呈負相關性，與本試驗結果一致，尤其是在-5℃時負相關性較為明顯。MDA含量的變化大小可直接反映植物的抗寒能力。令凡等研究認為，油橄欖MDA含量的變化越小其抗寒性就越強。本研究中，‘漢源清椒’MDA含量變化最小，其次為‘隴南大紅袍’，說明這2個品種的抗寒能力高于其余品種。

植物體內滲透調節物質在其抗寒中起著至關重要的作用，細胞中可溶性蛋白和可溶性糖含量的變化是影響細胞保水能力的關鍵因素，從而直接影響植物抗寒能力的強弱。研究認為植物體內可溶性蛋白含量與植物抗寒能力呈正相關。脯氨酸是蛋白組成的重要成分之一，其含量變化與溫度有較大關聯，因此當植物遭受低溫脅迫時能大量積累，起到保護細胞的作用，從而適應逆境環境。本研究結果顯示，隨著脅迫溫度降低，各花椒品種植株的可溶性蛋白和可溶性糖含量呈先增加后下降的趨勢，這與李煥勇等對3種櫻屬植物低溫脅迫時所測的滲透調解物質含量的變化趨勢一致。魏鑫等對低溫脅迫下不同類型藍莓品種進行抗寒性研究發現，隨著脅迫溫度降低，脯氨酸含量呈直線上升趨勢，與本試驗結果一致。表明溫度越低脯氨酸含量越高，且不同品種間存在一定差異，從而決定了不同花椒品種抗寒能力的強弱。

植物生長最根本的基礎是進行光合作用，從而獲取所需的能量和有機物質。低溫能夠影響光合組織的活性及葉綠素含量，導致植物光合速率顯著降低。從本試驗結果看出，0℃脅迫下花椒葉片葉綠素含量較高，說明低溫脅迫初期，較高的葉綠素含量能保證正常的光合速率而應對低溫脅迫；但隨著溫度不斷降低葉綠素含量大幅下降，當溫度達到-20℃時葉綠素含量降至零，說明溫度過低會使葉綠素合成停滯甚至分解。

綜上認為，不同低溫脅迫對花椒品種的生理生化響應因子影響較大，且不同品種的抗寒性強弱不同。應用隸屬函數法對5個花椒品種低溫處理下的生理生化響應情況進行綜合分析和評價得出，5個花椒品種的抗寒性由強到弱依次為‘隴南大紅袍’gt;‘漢源清椒’gt;‘獅子頭’gt;‘泰安1號’gt;‘枸椒’。