新疆苹果矮化砧木抗寒性主成分及隶属函数分析

冯梅，张世卿，曹亚军，陈刚，黄鹏，肖丽娟，王华强

（1新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所新疆阿拉尔843300；2新疆生产建设兵团第一师林业工作站）

新疆苹果矮化砧木抗寒性主成分及隶属函数分析

冯梅1，张世卿2，曹亚军1，陈刚1，黄鹏1，肖丽娟1，王华强1

（1新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所新疆阿拉尔843300；2新疆生产建设兵团第一师林业工作站）

通过对不同苹果矮化砧木品种间叶片的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸和丙二醛含量以及过氧化物酶活性的测定，采用主成分及隶属函数综合分析评价方法，对8种苹果矮化砧木品种抗寒能力进行综合评价。结果表明：苹果矮化砧木品种间的抗寒力可用可溶性蛋白、丙二醛和可溶性糖含量来衡量，且苹果砧木的抗寒力大小为八棱海棠+Y-1＞YB0009＞八棱海棠＞YC0002＞八棱海棠+SH1＞八棱海棠+SH12＞八棱海棠+SH6＞平邑甜茶+Y-1＞平邑甜茶+SH1＞平邑甜茶。

苹果；矮化砧；生理生化指标；抗寒性

苹果属于蔷薇科苹果属，为多年生落叶果树，是重要的经济类果树[1]。近年来，新疆苹果的栽培模式由乔砧稀植向矮砧密植逐渐转变[2]。一些科研单位陆续对苹果矮化砧的矮化机理、实生选种以及对接穗品种的影响等方面进行研究[3～5]，并在此基础上，通过对种质资源进行抗寒性鉴定和抗寒生理的评价等，选出部分抗寒力较强的矮化砧木[6～9]。关于矮化砧资源的抗寒性已有研究[10～15]，但研究报道较少。我国苹果栽培区域化严重，结合各地区区域特点，筛选抗寒能力强的砧木是决定苹果植株的越冬安全、树势及产量的关键。本研究对从国内各地引入的苹果抗寒矮化砧进行抗寒性的比较试验和评价，以期对新疆南疆乃至北方地区整个寒地苹果抗寒矮化栽培发展有所裨益。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试苹果矮化砧木品种为八棱海棠、八棱海棠+SH1、八棱海棠+SH12、八棱海棠+SH6、八棱海棠+Y-1、YB0009、YC0002、平邑甜茶、平邑甜茶+ SH1、平邑甜茶+Y-1，均采自于新疆第一师农科所的苹果矮砧资源圃。2015年9月初选取生长健壮、粗细一致的1年生枝条上的叶片，叶片健康、完整，其中中间砧为SH系的砧木叶片表面有一层茸毛。

1.2 测定方法将采集的叶片依次用清水清洗干净，再用去离子水冲洗3遍，表面水分用洁净纱布拭干，放入塑料袋中，于-80℃下保存待用。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]、可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[17]、游离脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法[18]、POD含量测定采用愈创木酚比色法[19]、丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸[20]。测定时每品种均重复3次。

1.3 数据计算和统计处理

1.3.1 数据标准化本试验有些指标的量纲不同，需对数据进行标准化处理，处理方法采用x′i=(xi-x-i)/si，其中xi为性状原始数据，Si为标准差，x-i为性状原始数据平均数(i=1,2,3……m原性状指标数)。用Excel (Office2000)和SPSS(版本11.5)软件进行方差分析并用标准化值作主成分分析，最后利用隶属函数评价出10个苹果矮砧资源的抗寒性强弱。

1.3.2 隶属函数的计算方法

隶属函数值计算公式：

U(Xi)＝（Xi-Xmin）+（Xmax-Xmin）。

如果某一指标与评判结果为负相关，则用反隶属函数进行定量转换，其计算标准为：

U(Xi)＝1-｛（Xi-Xmin）+（Xmax-Xmin）｝。

式中：U(Xi)为隶属函数值，Xi为无性系某项指标测定值，Xmax和Xmin为所有参试无性系中某一指标的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 苹果矮化砧木品种间叶片可溶性蛋白含量的差异蛋白质含量的增加，有助于加强细胞的保水力，提高细胞内的束缚水含量，降低冰点，并可导致细胞液过冷的形成，对发展高水平的抗寒性具有重要作用。从表1可以看出：同一基砧不同中间砧叶片可溶性蛋白含量存在显著差异：以平邑甜茶为基砧的砧木苗中，可溶性蛋白含量平邑甜茶+Y-1显著高于平邑甜茶+ SH1和对照平邑甜茶；在自根砧苗中，可溶性蛋白含量YB0009显著高于YC0002。在同一中间砧不同基砧苗中叶片可溶性蛋白含量存在差异；以Y-1为中间砧的苗中，叶片可溶性蛋白含量平邑甜茶+Y-1显著高于八棱海棠+Y-1。说明中间砧和基砧的种类共同影响砧木苗叶片可溶性蛋白含量，且在基砧上嫁接中间砧可提高砧木苗叶片可溶性蛋白含量。

2.2 苹果矮化砧木品种间叶片可溶性糖含量的差异可溶性糖的含量与抗寒性存在平行现象，抗寒性强的品种，可溶性糖的含量高[21]。从表1可以看出：同一基砧不同中间砧砧木苗叶片可溶性糖含量存在显著差异；以八棱海棠为基砧的砧木苗中，各砧木苗显著低于对照八棱海棠，且各砧木苗间也存在显著性差异；以平邑甜茶为基砧的砧木苗中，叶片可溶性糖含量平邑甜茶+SH1显著低于对照平邑甜茶，且平邑甜茶+ SH1与平邑甜茶+Y-1间存在显著性差异。在同一中间砧不同基砧砧木苗叶片可溶性糖含量存在显著差异；以SH1为中间砧的砧木苗中，叶片可溶性糖含量八棱海棠+SH1显著高于平邑甜茶+SH1；以Y-1为中间砧的砧木苗中，叶片可溶性糖含量八棱海棠+Y-1显著高于平邑甜茶+Y-1。说明中间砧和基砧的种类共同影响砧木苗叶片可溶性糖含量，且在基砧上嫁接中间砧可降低砧木苗叶片可溶性蛋白含量。

2.3 苹果矮化砧木品种间叶片过氧化物酶活性的差异过氧化物酶是植物体内普遍存在活性较高的一种酶[22]，它能够清除超氧自由基形成的H2O2，还有分解叶绿素及生长素的功能强的POD活性就有较强的抗寒能力。从表1可以看出：在同一基砧不同中间砧砧木苗叶片过氧化物酶活性存在显著差异；以八棱海棠为基砧的砧木苗中，叶片过氧化物酶活性八棱海棠+ Y-1显著高于对照八棱海棠，八棱海棠+SH12显著低于对照八棱海棠，且八棱海棠、八棱海棠+SH1与八棱海棠+SH6、八棱海棠+SH12、八棱海棠+Y-1间以及八棱海棠+SH6、八棱海棠+SH12、八棱海棠+Y-1间存在显著性差异；在自根砧苗中，叶片过氧化物酶活性YB0009显著低于YC0002。在同一中间砧不同基砧砧木苗叶片过氧化物酶活性存在显著差异：以Y-1为中间砧的砧木苗中，叶片过氧化物酶活性八棱海棠+ Y-1显著高于平邑甜茶+Y-1。说明中间砧和基砧的种类共同影响砧木苗叶片过氧化物酶活性。

2.4 苹果矮化砧木品种间叶片丙二醛含量的差异丙二醛是膜脂质过氧化的产物，其含量多少是膜脂质过氧化作用强弱的一个重要指标。从表1可以看出：在同一基砧不同中间砧砧木苗叶片丙二醛含量存在显著差异：以平邑甜茶为基砧的砧木苗中，叶片丙二醛含量平邑甜茶+SH1、平邑甜茶+Y-1显著高于对照平邑甜茶。在同一中间砧不同基砧砧木苗叶片丙二醛含量存在显著差异；以SH1为中间砧的砧木苗中，叶片丙二醛含量平邑甜茶+SH1显著高于八棱海棠+ SH1。说明中间砧和基砧的种类共同影响砧木苗叶片丙二醛含量。

2.5 苹果矮化砧木品种间叶片脯氨酸含量的差异从表1可以看出：在同一基砧不同中间砧砧木苗叶片脯氨酸含量存在显著差异；以八棱海棠为基砧的砧木苗中，各砧木苗叶片脯氨酸含量与对照八棱海棠间无显著差异，但八棱海棠+SH6与八棱海棠+SH1、八棱海棠+Y-1存在显著性差异。在同一中间砧不同基砧砧木苗叶片脯氨酸含量存在差异。说明中间砧和基砧的种类共同影响砧木苗叶片脯氨酸含量。

表1 不同苹果矮化砧木品种间叶片抗寒性指标测定结果

2.6 主成分分析植物抗寒性是植物由多基因遗传控制，是同抗寒性有关的许多数量遗传基因综合作用的结果，因此植物的抗寒性表现尤为复杂。在植物抗寒性研究中，要把许多因素考虑进去，因为很多因素之间都是有联系，它们之间的影响不是单一的[23]。实际研究发现，把单独某一个指标拿来评价植物的抗寒性往往是有缺陷的，因为植物抗寒性是各种因素之间相互影响的[24]。为了获得可靠的抗寒性评价结果常采用多指标综合评价，不仅可以获得更多有价值的信息，同时有助于了解相互作用是如何产生的，揭示抗寒性的发生机理。通过综合分析各指标与抗寒性的关系，提取最具研究价值的指标，建立抗寒评价体系，可以在大量品种进行抗寒性初选时，有效降低工作量，迅速而高效地获得可靠的试验结果。

用DPS7.05对不同苹果矮化砧木叶片的5种生理生化指标的测定结果（表1）进行主成分分析，得出各生理生化指标相关系数矩阵。从结果看，这5个生理生化指标之间存在一定的相关性，表达的信息发生重叠，所有砧木各单项生理生化指标的变化幅度不同，所以用各单项生理生化指标来评价苹果矮化砧木资源的抗寒性结果存在差异。

对10份苹果矮化砧木5个不同生理生化指标进行主成分分析，主成分特征值、贡献率如表2。前3个综合指标的贡献率分别为40.133 14%、32.406 39%和16.088 40%，累计贡献率达88.627 93%，表明前3个主成分已经把10个苹果矮砧资源抗寒性88.627 93%的信息反映出来，因此可以选取前3个主成分作为10个苹果矮砧资源抗寒性评价的综合指标。

表2 主成分分析结果

由表3看出：第一主成分特征值2.006 66，贡献率40.133 14%，对应较大的特征向量有可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸。其中除脯氨酸为负向标外，其余指标均为正向标，说明可溶性蛋白、丙二醛含量比较高而脯氨酸含量少有利于苹果砧木抗寒。因可溶性蛋白含量的载荷值最大，故为第一主成分因子。第二主成分特征值1.620 33，贡献率32.406 39%，对应较大的特征向量有可溶性糖和POD。可溶性糖和POD指标均为正向标，说明可溶性糖和POD比较高有利于苹果砧木抗寒。因可溶性糖含量的载荷值最大，故为第二主成分因子。第三主成分特征值0.804 42，贡献率16.088 40%，对应较大的特征向量有POD和丙二醛。POD和丙二醛指标均为正向标，说明POD和丙二醛比较高有利于苹果砧木抗寒。因丙二醛含量的载荷值最大，故为第三主成分因子。

表3 各因子载荷矩阵(a)

2.7 隶属函数分析根据主成分分析，各特征根大小代表各综合指标对总遗传方差贡献的大小，特征向量表示各性状对综合指标贡献的大小。前3个主成分累积贡献率达88.627 93%，表明前3个主成分代表了88.627 93%的信息。选前3个主成分中的较大特征向量可溶性蛋白、可溶性糖和丙二醛3个指标进行隶属函数分析，对各砧木资源3个指标的隶属函数值进行计算并求平均值，以评价其抗寒顺序。

根据隶属函数平均值的大小对苹果砧木资源抗寒性进行排序(表4)，由强到弱的顺序为：八棱海棠+ Y-1＞YB0009＞八棱海棠＞YC0002＞八棱海棠+SH1＞八棱海棠+SH12＞八棱海棠+SH6＞平邑甜茶+Y-1＞平邑甜茶+SH1＞平邑甜茶。

表4 不同砧木苗叶片生理指标隶属度的综合评价

2.8 不同砧木苗越冬抗寒性鉴定在冬季露地不加任何保护措施的条件下，于次年4月通过对砧木的越冬存活率进行调查，结果如表5。从表5看出：除平邑甜茶+SH1和平邑甜茶+Y-1外其余的均未受到冻害，并能正常生长，其中平邑甜茶+SH1受冻严重，且不可恢复。

表5 不同矮化苹果砧木越冬存活率

3 结论与讨论

果树抗寒性是果树育种的重要的评价抗性指标之一，是一系列的反应体现在果树生理生化反应中的结果[25]，往往受果树体内许多基因共同调控，同时也可能受外部环境因素的影响或限制，如降温程度、低温持续时间、升温速度和冻害发生时期[26～27]。因此，用单一指标鉴定果树的抗寒性，很难真实反映果树的抗寒本质。在生产中常用田间调查法结合室内对叶片、枝条的可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛和可溶性蛋白质等含量以及过氧化物酶活性等指标的测定，来作为果树早期抗寒性的综合鉴定方法[28～38]。本试验对不同苹果矮化砧木叶片的5种生理生化指标数据进行主成分分析发现，可溶性蛋白、丙二醛和可溶性糖含量的贡献率分别为40.133 14%、32.406 39%和16.088 40%，可作为苹果矮化砧木品种间早期抗寒力综合评价指标。

果树经低温处理后，其体内的蛋白质含量、可溶性糖含量以及可溶性淀粉含量等相关生理生化指标发生了显著的变化，这些指标可以直接反映出其抗寒性的强弱。许多学者对可溶性蛋白质含量和果树抗寒锻炼的关系进行研究，发现两者密切相关。蛋白质含量的增加可以提高细胞内的束缚水含量同时降低冰点，蛋白质含量的增加还可以加强细胞的保水能力，同时可能引起细胞液过冷的形成，对抗寒性的研究水平提高具有重要作用。而可溶性糖不仅可以降低细胞质的冰点，还能促进ABA积累，诱导蛋白质的合成从而提高果树的抗寒性[39～40]。通常果树在低温条件下，其生理表现为糖分的积累和增加，并且束缚水含量变化与这种变化规律有较好相似性，抗寒性弱的果树其可溶性糖含量总是低于抗寒性强的果树。同时可溶性糖的含量同抗寒性有相似现象存在，抗寒性强的品种的可溶性糖的含量较抗寒性弱的品种高。因此，本研究将蛋白质含量、可溶性糖含量的成分贡献率及主成分值带入公式求出测试苹果砧木的抗寒力大小为八棱海棠+Y-1＞YB0009＞八棱海棠＞YC0002＞八棱海棠+SH1＞八棱海棠+SH12＞八棱海棠+SH6＞平邑甜茶+ Y-1＞平邑甜茶+SH1＞平邑甜茶。

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S661.1

A

10.19440/j.cnki.1006-9402.2017.02.003

2016-12-10

冯梅，女，1987年生，硕士研究生，主要从事矮化苹果的栽培与生理的研究。E-mail：528186822@qq.com