不同品種觀賞海棠抗寒性的研究

摘要：為探究不同觀賞海棠品種對低溫脅迫的相應性差異，綜合評價其抗寒能力，為我國北方寒冷地區的觀賞海棠栽植提供參考。以6個觀賞海棠品種的一年生枝條為材料，設置了0 ℃低溫脅迫，測定電導率、可溶性蛋白質、可溶性糖、脯氨酸含量及SOD、POD和CAT活性等7個生理指標，并運用主成分分析和聚類分析進行綜合評價，比較不同品種的抗寒能力。結果表明，電導率、可溶性蛋白質含量，SOD活性等7個生理指標在6個觀賞海棠品種之間存在明顯的差異性；相關性分析表明，電導率、可溶性蛋白質與可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD和CAT之間均存在不顯著的負相關性，SOD與POD、CAT之間呈正相關性。應用主成分分析，提取到3個主成分，其特征值分別為2.739、1.841和1.405，累計方差貢獻率達到85.489 %，影響抗寒性的主要指標為可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD、POD和CAT活性。6個觀賞海棠品種的抗寒性依次為：‘雞心果’gt;‘紅葉’gt;‘王族’gt;‘大葉北美’gt;‘牡丹’gt;‘紅寶石’。聚類分析表明，6個觀賞海棠品種的抗寒性可分為4類，分別為很強、強、弱、較弱。綜合評價說明，‘雞心果’、‘王族’的抗寒性很強，‘紅葉’的抗寒性強，‘大葉北美’的抗寒性弱，‘牡丹’、‘紅寶石’的抗寒性較弱。

關鍵詞：觀賞海棠；低溫脅迫；抗寒性；主成分分析；聚類分析

Study on cold resistance of different varieties of Ornamental Crabapple

Zhang Peng-ju1， Zhou De-feng1， ZhangZhi-bin1， Cao Xiao-dong1， Han Duo-hong2

（1. "Hexi University，College of life sciences and engineering，Zhangye "734000，China；2. "Forest Farm of Xichengyi，Zhangye "734000， China ）

Abstract： In order to explore the corresponding differences of different ornamental crabapple varieties under low temperature stress， and comprehensively evaluate their cold resistance， it provides reference for ornamental crabapple planting in cold areas in northern China. The annual branches of 6 cultivars were subjected to 0℃low temperature stress， and 7 physiological indexes such as electrical conductivity， soluble protein， soluble sugar， proline content and SOD， POD and CAT activities were determined. Principal component analysis and cluster analysis were used for comprehensive evaluation to compare the cold resistance of different cultivars. The results showed that electrical conductivity， soluble protein content and SOD activity were significantly different among the 6 cultivars. Correlation analysis showed that conductivity， soluble protein and soluble sugar， proline， SOD， POD and CAT were not significantly negatively correlated， while SOD was positively correlated with POD and CAT. Three principal components were extracted by principal component analysis， and their eigenvalues were 2.739， 1.841 and 1.405， respectively. The cumulative variance contribution rate reached 85.489%. The main indexes affecting cold resistance were soluble sugar content， proline content， SOD， POD and CAT activity. Six varieties of ornamental crabapple hardiness in the order： 'Ji xin guo' gt; 'Hong ye' gt; 'Wang zu' gt; 'Da ye bei mei' gt; 'Mu dan' gt; 'Hong bao shi'. The cluster analysis showed that the cold resistance of 6 ornamental begonia varieties could be divided into 4 categories， which were strong， strong， weak and weak respectively. The comprehensive evaluation shows that the cold resistance of 'Ji xin guo' and 'Wang zu' is very strong， the cold resistance of 'Hong ye' is strong， the cold resistance of 'Da ye bei mei' is weak， and the cold resistance of 'Mu dan' and 'Hong bao shi' is weak.

Key words：Ornamental Crabapple；low temperature stress；cold resistance；principal component analysis；Cluster analysis

海棠（Malus spp.）為薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus Mill.）落葉灌木或小喬木，為我國著名觀賞樹種[1]。我國海棠資源豐富，種植歷史達千余年之久，因其花朵艷麗，果實鮮甜、營養價值高，具有較強的抗逆性和環境適應性，如耐貧瘠、耐寒、耐旱等，廣受大眾喜愛并在城鄉綠化和各種園林景觀中得到了廣泛應用[2-4]。

低溫脅迫是影響植物生長的地理分布情況、生長發育情況及其產量的一種較為常見的非生物脅迫[5]。在嚴重低溫脅迫下會導致植物無法正常生長發育甚至造成死亡，故研究植物抗寒性對地域植株配植具有非常重要的意義[6]。目前，我國有關海棠的研究多集中于引種栽培、觀賞性等方面[7-10]，但對其抗性，特別是抗寒性的研究比較缺乏。為研究不同品種海棠抗寒性之間的差異及其在河西走廊的適應性，以本地區栽培的6個觀賞海棠品種為材料，通過模擬低溫脅迫，測定其7個與抗寒性相關的生理指標，采用相關性分析、主成分分析和聚類分析法，對6個觀賞海棠品種的抗寒性進行綜合評價，旨在為觀賞海棠的品種選育、引種及栽培防寒等提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 材料

在張掖市甘州區西城驛林場中，選擇長勢旺盛，8年生健康植株進行材料采集，6個觀賞海棠品種分別為‘紅葉’、‘牡丹’、‘王族’、‘紅寶石’、‘雞心果’和‘大葉北美’。于10月采集莖粗一致，長度一致（12 cm）的1年生半木質化枝條，于0 ℃下低溫處理24 h后進行各項指標的測定。

1.2指標測定與方法

將采集的6個品種觀賞海棠枝條進行整理并編號，對其0 ℃低溫脅迫處理24 h，然后測定各枝條生理指標。愈創木酚法測定其過氧化物酶（POD）的活性，氮藍四唑光化還原法測定其超氧化物歧化酶（SOD）的活性，紫外吸收光法測定其過氧化氫酶（CAT）的活性[11]；蒽酮比色法測定其可溶性糖的含量，茚三酮比色法測定其脯氨酸的含量，考馬斯亮藍法測定其可溶性蛋白的含量，電導儀測定其電導率[12]。

1.3 試驗數據處理

試驗數據用Microsoft Excel 2010軟件進行處理，用SPSS 26.0進行方差分析、聚類分析和主成分分析，統計分析采用單因素ANOVA的LSD比較處理間差異顯著性（α=0.05），Pearson法進行相關性分析，用Origin 23.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下不同觀賞海棠品種電導率、可溶性糖等生理指標分析

電導率能反映植物受到低溫脅迫時細胞膜的受損程度，可溶性蛋白質、可溶性糖和脯氨酸的含量均是植物抗逆境研究中的重要生理指標，當植物受到低溫逆境脅迫時，這些物質作為植物細胞內重要的滲透調節物質，可提高植物體內束縛水含量防止植物細胞過度脫水并降低冰點，從而增強植物的抗寒性。由表1可知，在低溫脅迫下，6個觀賞海棠品種枝條的電導率在11.82～26.91%之間，其中‘紅寶石’的電導率最大，而‘紅葉’和‘牡丹’的電導率較小，且二者間無顯著性差異（P＞0.05）；‘王族’和‘紅葉’中的可溶性蛋白質均低于4.50mg·g-1，二者間無顯著性差異（P＞0.05），其余品種的可溶性蛋白質均較高，在7.31～8.16mg·g-1之間，但各品種間不存在顯著性差異（P＞0.05）；‘紅葉’、‘大葉北美’、‘雞心果’和‘王族’中的可溶性糖含量均較高，在33.41～36.92μg·g-1之間，‘牡丹’和‘紅寶石’的可溶性糖含量均低于30.00μg·g-1；‘雞心果’和‘王族’中的脯氨酸較高，其中‘雞心果’的最高（10.23μg·g-1），‘紅寶石’的最低（3.65μg·g-1），其余品種在6.89～8.43μg·g-1之間。

由表1可知，在低溫脅迫下，不同觀賞海棠品種中的SOD活性在76.37～99.70U·g -1之間，POD活性在91.73～418.13U·g -1之間，CAT活性在14.72～19.86U·g -1之間，說明各品種之間的保護酶活性存在差異性，導致了各品種的抗寒性不同。6個品種的SOD、CAT活性差異性較小，SOD活性最大品種‘紅寶石’為最小品種‘大葉北美’的1.31倍，CAT活性最大品種‘雞心果’為最小品種‘大葉北美’的1.28倍；但POD活性差異性較大，最大品種‘紅葉’為最小品種‘雞心果’的4.56倍。

2.2 低溫脅迫下不同觀賞海棠品種電導率、可溶性糖等生理指標的相關性

由表2所做的相關性分析可知，觀賞海棠枝條中的電導率、可溶性蛋白質與可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD和CAT之間均存在負相關性，電導率與可溶性蛋白質之間呈正相關性，但相關性均不顯著（P＞0.05）；脯氨酸與SOD、POD和CAT之間均呈負相關性，但相關性均不顯著（P＞0.05）；SOD與POD、CAT之間呈正相關性，說明保護酶之間可以相互促進，協同發揮作用。

2.3 低溫脅迫下不同觀賞海棠品種生理指標的主成分分析

對低溫脅迫下不同觀賞海棠的抗寒性進行主成分分析，將7個生理相關指標標準化，對負相關指標數值進行1-X處理，進行主成分分析。由表3可知，前3個PC的累積貢獻率為85.489%，且特征值均大于1，故提取得到3個主成分（PC1～PC3），其特征值分別為2.739、1.841和1.405。PC1方差貢獻率為39.130%，PC2方差貢獻率為26.293%，PC3方差貢獻率為20.066%，累計方差貢獻率達到85.489 %，符合分析要求。由表4可知，與PC1呈正載荷的各代表性指標中可溶性糖貢獻率最大，其載荷值為0.930，其次為脯氨酸含量，其載荷值為0.842；與PC2呈正載荷的各代表性指標中POD貢獻率最大，其載荷值為0.531，其次為CAT，其載荷值為0.473，在次為SOD，其載荷值為0.436；與PC3呈正載荷的各代表性指標中CAT貢獻率最大，其載荷值為0.678，其次為脯氨酸，其載荷值為0.512；由主成分載荷矩陣結果可得出，影響觀賞海棠抗寒性的主要指標為可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性和CAT活性。

對3個PC構建得分模型，分別計算各PC得分，以各PC的相對方差貢獻率為權重，對3個PC得分權重進行加和，建立綜合評價模型：F＝0.458F1+0.308F2+0.235F3，F1=-0.137ZX1-0.145ZX2+0.562ZX3+0.509ZX4-0.543ZX5+0.075ZX6-0.293ZX7，

F2=-0.512X1-0.587X2+0.091ZX3+0.081ZX4+0.321ZX5+0.391ZX6+0.349ZX7，

F3=0.039X1-0.069X2+0.029ZX3+0.432ZX4+0.039ZX5-0.691ZX6+0.572ZX7，

其中ZX1～ZX7均為歸一化之后處理的數據。F1～F3表示不同觀賞海棠抗寒性PC1～PC3的得分，F表示不同品種綜合得分（見表5）。綜合得分反映各觀賞海棠品種抗寒性的優劣，對F值進行降序排名，表明不同觀賞海棠品種的抗寒性依次為：‘雞心果’gt;‘紅葉’gt;‘王族’gt;‘大葉北美’gt;‘牡丹’gt;‘紅寶石’。

2.4 低溫脅迫下不同觀賞海棠品種抗寒性的聚類分析

對6個觀賞海棠品種的7個抗寒性相關指標進行聚類分析，將抗寒能力相近的海棠品種聚為一類。根據結果顯示（見圖1），其可分為4類，第1類有‘王族’、‘雞心果’，其抗寒性最強；第2類有‘大葉北美’，獨為一類，其抗寒性較弱；第3類有‘紅葉’，也獨為一類，但其抗寒性強，抗寒性綜合排名第2；第4類有‘牡丹’、‘紅寶石’，其抗寒性最弱。

3 討論

在植物細胞抗寒性研究當中，相對電導率的變化是一項重要的生理指標。在對結縷草及香蕉幼苗等植物低溫脅迫的研究中，均表明在低溫脅迫下相對電導率越大，植物的抗寒性就越弱[13-14]。在一定程度低溫脅迫下植物體內可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸的含量越高，植物的抗寒性就越強[15]。本研究表明，6個觀賞海棠品種中，電導率、可溶性蛋白質含量等指標存在品種之間的差異性；其中，‘紅葉’的電導率、可溶性蛋白質含量較低，可溶性糖含量較高；‘王族’的可溶性蛋白質含量較低，可溶性糖和脯氨酸含量較高；‘雞心果’的可溶性蛋白質、可溶性糖和脯氨酸含量均較高；‘紅寶石’的電導率最大，脯氨酸含量最低，可溶性糖含量也較低。綜合比較，說明‘紅寶石’的抗寒性較差，‘雞心果’的抗寒性較好。

SOD、POD、CAT是植物細胞受到低溫脅迫時主要的抗氧化酶，其加強植物抗氧化能力進而提高植物體的抗逆性，在一定程度內其活性越高，植物體抗寒性越強。本研究中，在低溫脅迫下不同觀賞海棠品種的SOD等保護酶活性存在差異性，可能導致了各品種的抗寒性不同。其中，6個品種的SOD、CAT活性差異性較小，但POD活性差異性較大。相關性分析表明，電導率、可溶性蛋白質與可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD和CAT之間均存在負相關性，但相關性均不顯著（P＞0.05）；SOD與POD、CAT之間呈正相關性，說明保護酶之間可以相互促進，協同發揮作用。

主成分分析表明，觀賞海棠的7個生理相關指標中，可提取得到3個主成分（PC1～PC3），其累計方差貢獻率達到85.489 %，影響抗寒性的主要指標為可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性和CAT活性。6個觀賞海棠品種的抗寒性依次為：‘雞心果’gt;‘紅葉’gt;‘王族’gt;‘大葉北美’gt;‘牡丹’gt;‘紅寶石’。聚類分析表明，6個觀賞海棠品種的抗寒性有明顯的差異性，可分為4類，分別為很強、強、弱、較弱。

4 結論

6個觀賞海棠品種的抗寒性存在明顯的差異性，‘雞心果’的抗寒性最強，‘紅寶石’的抗寒性最弱。‘雞心果’、‘王族’的抗寒性很強，‘紅葉’的抗寒性強，‘大葉北美’的抗寒性弱，‘牡丹’、‘紅寶石’的抗寒性較弱。

參考文獻：

[1] 許軍，何梅，胡玉安，等. 觀賞海棠研究進展[J].江西農業大學學報，2018，40（3）：553-560.

[2] 耿一然，高壽利，孫紀霞，等. 花果兼用海棠的育種研究進展[J].煙臺果樹，2022， （02）：1-4.

[3] "劉慧春，朱開元，周江華，等. 我國觀賞海棠抗逆性研究進展[J]. 浙江林業科技，2020，40（05）： 84-88.

[4] 彭蘭蘭，彭飛，彭俊.紅葉海棠在園林綠化中的應用-以精河縣為例[J]. 新疆農墾科技，2021， 44（06）： 33-34.

[5] 李欣.10種紫斑牡丹在哈爾濱地區的抗寒性研究[J]. 東北林業大學學報，2009，（07）：4-18.

[6] 蔡衛佳，阮倩倩，譚軍.不同木槿品種抗寒性研究[J]. 園藝與種苗，2019，（05）： 11-13+53.

[7] 李娜，陳霞，于福滿，等. （2020）. 紅珠寶海棠和當娜海棠苗的培育技術[J]. 湖南林業科技，2020，47（06）： 86-88.

[8] 王爽.利用控根容器培育冬紅海棠的技術探索[J]. 當代園藝，2019， （12）：14-16.

[9] 張苓，彭日荷，付曉燕，等. 八棱海棠高效再生體系的建立及潮霉素的抗性試驗[J]. 北方園藝，2020， （15）： 82-88.

[10] 周玉麗，閆春鳴，趙祜. 幾種歐美海棠在張掖地區的引種栽培試驗[J]. 農業與技術，2022，42（7）： 79-82.

[11] 陳建勛，王曉峰（2002）. 植物生理學實驗指導[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2002.

[12] 郝建軍，康宗利，于洋（2007）. 植物生理學實驗技術[M]. 北京：化學工業出版社，2007.

[13] 杜永吉，于磊，魯為華，等. 低溫脅迫下結縷草品種的抗寒性差異[J]. 中國草地學報，2008， （05）： 116-120.

[14] 周玉萍，劉華偉，馮永新，等. 過氧化氫與氯化鈣對香蕉幼苗抗寒性的影響[J]. 廣州大學學報（自然科學版），2002，（02）： 33-36.

[15] 徐傳保，戴慶敏. 低溫脅迫對竹子3種滲透調節物質的影響[J]. 河南農業科學，2021，40（01）： 127-130.