低温胁迫下的油茶品种耐寒性评价

程军勇　姜德志　邓先珍

摘要：湖北省是油茶（Camellia oleifera Abel.）北缘产区，低温对油茶的造林和生长有很大影响，是制约本地油茶发展的关键因素。以鄂油系和长林系油茶品种为研究对象，设置不同低温胁迫处理，测定各品种的相对电导率和丙二醛、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标，比较各生理指标的关联性。结果表明，相对电导率和丙二醛含量呈显著正相关，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性呈显著正相关。采用隶属函数法综合评价油茶品种的耐寒性，则各品种耐寒性强弱的顺序为长林27号>鄂油151号>鄂油465号>鄂油63号>鄂油102号>长林40号>长林23号>长林4号>鄂油81号>鄂油54号。

关键词：油茶（Camellia oleifera Abel.）；低温胁迫；耐寒性；评价

中图分类号：S794.4+78 文献标识码：A 文章编号：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.）是重要的木本油料树种，用油茶种子榨出的茶油是优质食用油，其不饱和脂肪酸含量在90%以上，因而联合国粮农组织将茶油列为重点推广的健康型高级食用植物油。近年来中国政府高度重视油茶产业发展，规划到2020年新建油茶示范林167万hm2，改造低产林267万hm2，使茶油年产量达250万t。湖北省地处油茶分布北缘地带，现有油茶林23.7 万hm2，年产茶油2.33万t，面积和产量居全国第七位[1-5]。相关研究表明，植物耐寒性与植物组织的电导率和丙二醛、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关。姚小华等[6]研究表明，油茶可以耐受一定程度的低温胁迫，其耐寒能力受品种及栽培管理等因素的影响而有差异。彭邵锋等[7]认为，连续低温胁迫会使油茶的正常生长受到很大影响，甚至造成死亡。巨伟等[8]对低温胁迫下的冬小麦（Triticum aestivum L.）细胞膜系统进行了测定，應用电导法来判定植物的受冻害程度。Perl等[9]认为，在低温胁迫状况下，植物的耐寒性和超氧化物歧化酶活性具有相关性，朱政等[10]对茶树[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]叶片的研究也有类似的结果。严青等[11]、陈梅香等[12]认为丙二醛含量可反映出植物在胁迫过程中受到的伤害程度。何若韫等[13]研究表明，植物细胞可溶性糖含量升高后，提高了植物细胞液的渗透压，使植物的耐寒性增强。陈钰等[14]研究了杏（Armeniaca vulgaris Lam.）品种在自然降温过程中的耐寒性，认为植物耐寒性强弱与可溶性蛋白含量密切相关。艾琳等[15]认为在植物受到低温胁迫时，脯氨酸含量会发生显著变化，低温胁迫对植物脯氨酸含量有显著影响。由于地理条件的地面特殊性和环境气候的特异性，油茶北缘地区花期的温度较低，加之气候多变，导致油茶产量不稳定，尤其是低温对油茶生长和结实有较大影响，这是限制本地区油茶产业发展的关键制约因素。开展油茶耐寒性研究，加快选育耐寒性强的优良油茶品种，对于提高北缘地区油茶产量和质量、推动油茶产业发展具有重要意义。试验以湖北省主要推广的10个油茶品种为研究对象，测定了油茶品种的耐寒性生理指标，并用隶属函数法进行了综合评价，以期为油茶北缘地区耐寒品种的选育提供参考。endprint

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于湖北省林业科学院九峰试验林场，该场地理位置位于北纬31°22′，东经114°29′，海拔高度70 m；气候属北亚热带季风气候，年均气温16.7 ℃，极端最高气温39.4 ℃，极端最低气温-18.1 ℃，年均空气相对湿度77%，年降水量1 284 mm，年无霜期240 d，年蒸发量1 392 mm。土壤类型为黄黏土。

1.2 材料

参试植物材料为二年生油茶轻基质芽苗砧嫁接苗，共10个品种，分别是长林4号（C. oleifera cv. Changlin No. 4）、长林23号（C. oleifera cv. Changlin 23）、长林27号（C. oleifera cv. Changlin 27）、长林40号（C. oleifera cv. Changlin 40）、鄂油102号（C. oleifera cv. E-you 102）、鄂油151号（C. oleifera cv. E-you 151）、鄂油54号（C. oleifera cv. E-you 54）、鄂油465号（C. oleifera cv. E-you 465）、鄂油63号（C. oleifera cv. E-you 63）、鄂油81号（C. oleifera cv. E-you 81）。各品种都挑选长势一致的油茶轻基质苗木移栽到花盆中，基质采用肥沃的壤土，统一日常养护管理。

1.3 方法

2015年2月中旬，选取10个油茶品种植株相同部位的叶片，剪下后分别用自来水、去离子水冲洗，用吸水纸吸干，然后装入密封的自封袋中，贴好标签后放入低温循环器中分别进行低温胁迫处理，在5、0、-5、-10 ℃ 4个温度梯度下保持12 h，取出后解冻12 h，再放入超低温冰箱里保存，待测。叶片组织的相对电导率用电导法测定，丙二醛含量用硫代巴比妥酸法测定，脯氨酸含量用茚三酮法测定，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝染色法测定，超氧化物歧化酶活性用氮蓝四唑法测定[16]。

1.4 数据处理

试验所得数据采用Microsoft Office Excel 2007程序处理，并用其作图、制表；运用SAS V8软件对生理指标进行相关分析和主成分分析，用隶属函数法综合评价油茶品种的耐寒性。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对油茶各品种相对电导率的影响

參试的10个油茶品种相对电导率测定情况见图1。由图1可知，10个油茶品种的相对电导率随着处理温度的降低呈现出上升趋势。其中从5 ℃下降至0 ℃的过程中，10个油茶品种的相对电导率变化很小，而当温度降低到-5 ℃时，相对电导率开始升高，到-10 ℃时，相对电导率急剧升高，达到试验测定的最大值，表明此时各油茶品种受到的伤害最严重。在整个降温过程中，鄂油81号、鄂油63号、长林23号的相对电导率基本处于较高水平，表明这3个品种受到的伤害较严重，耐寒性相对较弱；而鄂油102号、鄂油151号的相对电导率较小，耐寒性较强。

2.2 低温胁迫对油茶各品种丙二醛含量的影响

参试的10个油茶品种丙二醛含量测定情况见图2。由图2可知，10个油茶品种的丙二醛含量随着处理温度的降低而呈现出上升趋势。其中从5 ℃下降至0 ℃的过程中，10个油茶品种的丙二醛含量缓慢上升，当温度降低到-5 ℃时，伤害进一步加大，丙二醛含量持续升高，到-10 ℃时达到最大值。在整个降温过程中，鄂油81号、鄂油63号、鄂油465号的丙二醛含量相对较高，表明这3个品种受到的伤害较严重，耐寒性相对较弱；而鄂油102号、长林27号的丙二醛含量相对较小，受伤害程度较小，耐寒性较强。

2.3 低温胁迫对油茶各品种脯氨酸含量的影响

参试的10个油茶品种脯氨酸含量测定情况见图3。由图3可知，随着低温胁迫温度降低，10个油茶品种的脯氨酸含量变化在开始时比较平缓，而后急剧升高，后期趋于稳定，整体呈上升趋势。其中在5 ℃下降至0 ℃的过程中，脯氨酸含量整体基本不变，说明作为渗透调节物质脯氨酸没有大量增加，植物受到的伤害程度也较弱。但随着温度下降至-5 ℃时，脯氨酸含量开始大幅上升，到-10 ℃时保持稳定。在整个低温胁迫过程中，鄂油81号、长林23号的脯氨酸含量一直保持在较低水平，说明其耐寒性较弱；而长林40号、鄂油102号的脯氨酸含量相对较高，表明其耐寒性较强。

2.4 低温胁迫对油茶各品种可溶性糖含量的影响

参试的10个油茶品种可溶性糖含量测定情况见图4。从图4可知，由于低温胁迫加剧，各油茶品种的可溶性糖含量稳步升高，但上升幅度不大。其中在5 ℃下降至0 ℃的过程中，可溶性糖含量略有升高；随着温度的进一步下降，在降低至-5 ℃时，可溶性糖含量继续升高，到-10 ℃时基本保持稳定。在整个低温胁迫过程中，长林27号、鄂油151号的可溶性糖含量基本保持在较高水平，在-10 ℃时的峰值分别达到了21.3、19.1 mg/g，显示出了较强的耐寒性；而鄂油81号、长林23号的可溶性糖含量相对较低，表明其耐寒性较弱。

2.5 低温胁迫对油茶各品种可溶性蛋白含量的影响

参试的10个油茶品种可溶性蛋白含量测定情况见图5。从图5可知，由于低温胁迫加剧，各油茶品种的可溶性蛋白含量先缓慢升高、后逐步增大，呈逐步上升的趋势。其中在5 ℃下降至0 ℃的过程中，可溶性蛋白含量有小幅升高；随着温度继续下降至-5 ℃时，可溶性蛋白含量继续升高，到-10 ℃时升高到试验的最大值。在整个降温过程中，鄂油151号、长林27号的可溶性蛋白含量基本保持在较高水平，说明其耐寒性强；而长林23号的可溶性蛋白含量相对较低，其耐寒性较弱。

2.6 低温胁迫对油茶各品种超氧化物歧化酶活性的影响endprint

参试的10个油茶品种超氧化物歧化酶活性测定情况见图6。由图6可知，各油茶品种随着温度的降低，超氧化物歧化酶活性逐渐上升；其中温度从5 ℃降低到0 ℃时，超氧化物歧化酶活性表现平稳，到-5 ℃时开始小幅升高，温度继续降低至-10 ℃时，超氧化物歧化酶活性持续增强达到最大值。在整个低温处理过程中，长林40号、鄂油102号的超氧化物歧化酶活性基本处于较高水平，表明其耐寒性相对较强；而鄂油63号、长林23号的超氧化物歧化酶活性相对较低，说明其耐寒性相对较弱。

2.7 生理指标主成分分析

主成分分析是处理多变量复杂性问题时常用的一种多元统计方法，它通过将原始的多个变量经过线性组合，建立尽可能少的新变量，而这些新变量可以尽可能多的保留原来的信息量。试验通过对各个生理指标进行相关分析和主成分分析，来判断油茶品种耐寒性和各个生理指标的相关系数与贡献大小。参试油茶品种各生理指标相关关系分析情况见表1。由表1可以看出，油茶相对电导率和丙二醛含量呈显著正相关，这是因为随着低温胁迫加剧，细胞膜系统最先受到伤害，膜透性发生改变，电解质大量外渗，使相对电导率增大，膜脂过氧化作用增强，活性氧自由基毒害作用明显，膜系统受损，从而使丙二醛含量升高。另外，脯氨酸含量与超氧化物歧化酶活性也呈显著正相关，表明随着植物受伤害程度加重，渗透调节物质大量升高以维持渗透平衡，超氧化物歧化酶活性被调动起来迅速提升，以清除过多的自由基，抑制过氧化作用。参试油茶品种各生理指标主成分分析结果见表2。从表2来看，前3个主成分累计贡献率为93.97%，说明前3个主成分所包含的信息占整体信息的93.97%，因此选取前3个主成分作为油茶品种耐寒性评价的综合指标。其中主成分1的特征根为4.827 6，贡献率为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、相对电导率和耐寒性的关系；主成分2的特征根为0.442 6，贡献率为7.38%，其表示可溶性糖含量、相对电导率和耐寒性的关系；主成分3的特征根为0.367 9，贡献率为6.13%，其表示脯氨酸含量、可溶性糖含量和耐寒性的关系。

2.8 隶属函数法综合评价

为了全面准确地评价油茶品种耐寒性，通过隶属度公式把低温胁迫状态下10个油茶品种的各生理指标测定值定量转换，结果见表3。从表3可知，长林27号的隶属度平均值最大，达到0.659 1，其次为鄂油151号、鄂油465号、鄂油63号、鄂油102号、长林40号、长林23号、长林4号、鄂油81号，隶屬度平均值分别为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号的隶属度平均值最小，为0.245 6。也就是各油茶品种在低温胁迫的耐受性强弱依次为长林27号>鄂油151号>鄂油465号>鄂油63号>鄂油102号>长林40号>长林23号>长林4号>鄂油81号>鄂油54号。

3 小结与讨论

参试油茶品种的相对电导率和丙二醛、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随低温胁迫加重而呈上升趋势，其中相对电导率和丙二醛含量呈显著正相关，脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性也呈显著正相关。各品种的耐寒性强弱排序为：长林27号>鄂油151号>鄂油465号>鄂油63号>鄂油102号>长林40号>长林23号>长林4号>鄂油81号>鄂油54号。总体来看，长林27号和鄂油151号的耐寒性强且比较稳定，鄂油54号的耐寒性相对最弱，其他油茶品种的耐寒性居中。

电导率是植物受到低温胁迫时判断植物耐寒性强弱的基本指标，在耐寒性评价中可作为一个关键因子来考量。丙二醛是脂质过氧化作用的终产物，其含量是衡量膜脂过氧化强弱的主要指标之一，当植物遭受低温胁迫时，低温会导致膜脂过氧化反应加剧，丙二醛含量升高，引起膜系统损伤，进而影响细胞膜透性[17]。脯氨酸是植物体内重要的渗透性调节物质，当植物遭受低温胁迫时，脯氨酸作为渗透调节物质会提高细胞渗透压，避免细胞过度失水，还可以通过和蛋白质分子结合来稳定结构，使植物新陈代谢处于正常状态[18]。可溶性糖也是植物体内重要的渗透调节物质，并且是合成有机物的基础和能量来源，植物受到低温胁迫时会通过升高可溶性糖含量来提高细胞渗透压，增强细胞保水能力，维持细胞膜正常功能，使植物免受伤害[19]。在低温胁迫状态下，植物会通过提高蛋白质含量来提高细胞液浓度，使细胞渗透压升高，以免植物受伤害，耐寒性强的植物种（品种）在低温胁迫下可溶性蛋白含量较其他植物种（品种）要高，一方面是低温刺激植物合成新蛋白，另一方面是温度降低使蛋白分解速度放慢[20]。当植物遇到低温胁迫时，细胞的自主防御能力会下降，自由基代谢平衡失调，植物体内产生大量的活性氧，打破了自由基产生和消除的平衡状态，造成活性氧自由基等物质的积累，植物受到伤害；在植物耐寒力承受范围之内，超氧化物歧化酶活性增强可以减少活性氧自由基的积累，降低膜脂过氧化强度，保持细胞内自由基平衡[21]。当植物遭受低温胁迫时会启动自身的防御体系，这个体系是一个非常复杂的过程，单一指标很难准确地评价植物耐寒性强弱，探索多指标综合评价植物抗寒性已成为当今研究低温胁迫的发展趋势[22，23]。植物抗逆性综合评价方法常用模糊隶属函数法、主成分分析法、直接比较法、分级评价法等，曹建东等[24]运用隶属函数平均值进行排序来确定葡萄（Vitis L.）各品种的耐寒性强弱，本试验采用隶属函数法对湖北省10个油茶主栽品种的生理指标进行了耐寒性综合评价，取得了较好的预期效果。

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