山西不同杏品种抗寒性主成分分析

杨燕君，杨复康，宋永宏，李静江，吕振兵

（山西农业大学果树研究所，山西太原030031）

杏（Armeniaca vulgaris Lam.）适应性强，耐旱、抗寒，为丘陵、山地的主要栽培树种。杏树在华北、西北地区种植较多，伴随而来是低温造成树形生长紊乱，严重的年份使杏果绝收，因此，研究杏树抗寒性及抗寒机制具有重要意义。

研究发现，仁用杏、葡萄、核桃、梨、山西雪松、羽衣甘蓝、法国梧桐[1-10]等抗寒性与渗透调节物质、保护酶活性、组织含水量、膜脂相变和细胞膜透性之间存在相关性。近年来，在自然条件和人工霜箱干预下不同杏品种的抗寒性机制受到关注。宁超等[9]、孙晓光等[10]研究杏花器官抗寒性得出，花瓣抗寒性优于雄蕊和雌蕊；于庆帆等[11]建立了可靠的‘树上干’杏抗寒性评价方法。而杏树上尚缺少不同温度胁迫下休眠期枝条和花朵共同的抗寒性变化规律，且对品种之间的比较不足。

本试验研究了休眠枝条受不同低温胁迫下渗透调节物质和保护酶的变化，同时研究了花器官受低温胁迫下花朵中SOD活性、MDA含量、游离脯氨酸含量的变化，全面观察杏受寒害后的生理表现，同时运用主成分分析方法，比较品种之间的抗寒能力强弱，筛选出更加耐寒的杏品种，旨在为引种栽培和育种提供有力的理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试杏品种为晋梅杏、凯特、鸡蛋杏和金太阳。晋梅杏是山西省农业科学院果树研究所选育的中熟杏新品种，适应性较强，果肉品质上。凯特杏是1991年从美国加州引入我国，为大果型。金太阳杏属早熟品种，丰产性强。鸡蛋杏酸甜爽口，汁多纤维少。

1.2 试验方法

2019年1月在立地条件与管理水平一致的太谷县山西省农业科学院果树研究所杏种质资源圃，剪取4个杏品种成龄树中上部长势较好、无病虫害、1年生休眠枝条，做好标记，带回实验室，清洗，剪成40 cm左右；2019年3月底取4个杏品种中上部带花枝条，长势较好，无病虫害，剪成花朵数约为30朵的枝条。剪口用石蜡封闭，每个品种休眠期枝条和带花枝条各取75个枝条，分成5份，每份15个枝条，在4℃冰箱保存备用。

处理时，取一份枝条（15个枝条）置于控温冰箱内进行低温处理，休眠期枝条温度梯度分别为-20、-25、-30、-40℃，带花枝条温度梯度分别为0、-2、-4、-6℃，均以4℃为对照。每个处理重复3次，降温速度为4℃/h，达到目标处理温度后休眠期枝条维持8 h、带花枝条维持2 h，处理后逐步升温，速度为4℃/h。在枝条木质部恢复至4℃时取样，测定休眠期枝条电导率以及休眠期枝条与花朵中超氧化物歧化酶（SOD）活性、游离脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量。

1.3 测定指标及方法

相对电导率采用电导仪测定，SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定；游离脯氨酸含量采用茚三酮法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2010、SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析，包括方差分析、主成分分析等。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对不同杏品种休眠期枝条生理指标的影响

表1 低温胁迫对杏休眠期枝条生理指标的影响

从表1可以看出，随胁迫温度的降低，不同杏品种枝条的相对电导率、MDA含量和游离脯氨酸含量总体呈增加趋势。金太阳、晋梅杏枝条的相对电导率变化较为平缓，-30℃前上升缓慢；鸡蛋杏、凯特枝条的相对电导率上升较为明显。温度达到-30℃时，鸡蛋杏的MDA含量出现大幅上升，增加至26.18μmol/g，其他3个品种增大幅度较小。-40℃低温胁迫时，游离脯氨酸含量达到最大值，晋梅杏、鸡蛋杏、金太阳、凯特分别比-20℃时高1.13、0.95、1.42、0.88倍。随温度降低，SOD活性呈先升后降趋势，晋梅杏、金太阳枝条的SOD活性在-20℃时较高，分别为283.72、271.98 U/mg，与其他温度下酶活性间差异显著，可以有效抵御低温带来的损伤。-40℃时，相对电导率跃升，SOD活性下降，MDA、游离脯氨酸含量过高，说明该温度可能已经对枝条造成了损坏。

选取相对电导率、SOD活性、MDA含量、脯氨酸含量4个生理指标进行主成分分析，第1个主成分的贡献率为64.393%，可以把4个杏品种的抗寒性基本呈现出来。该主成分的特征值为2.576，绝对值从大到小排序为MDA含量＞SOD活性＞脯氨酸含量＞相对电导率。主成分分析结果反映了4个生理抗寒指标与抗寒性的关系。植物受到低温胁迫时，大量自由基伤害细胞，导致膜脂过氧化，生成MDA，与此同时，保护酶活性提高，渗透调节物质生成，共同抵抗MDA含量的增多以及维持细胞膜的稳定。低温胁迫下，枝条中MDA含量在主成分中贡献最大，SOD活性、脯氨酸含量、相对电导率与杏树的抗寒性关系显著。

2.2 低温胁迫对不同杏品种带花枝条生理指标的影响

表2 低温胁迫对杏品种花朵生理指标的影响

由表2可知，随胁迫温度的降低，不同杏花朵的SOD活性呈先升后降趋势；凯特、鸡蛋杏、金太阳3个品种杏花的SOD活性在-2℃时相对最大，分别为22.53、25.77、41.10 U/mg，晋梅杏花朵的SOD活性在-4℃时相对最大，为35.70 U/mg。4个杏品种花朵的MDA含量和游离脯氨酸含量均呈现上升趋势。金太阳MDA含量增加幅度最小，-6℃下MDA含量为7.88μmol/g；凯特MDA含量增加幅度最大，在-6℃时达到16.47μmol/g。在-2℃时，4个杏品种花朵的游离脯氨酸含量变化缓慢，-4、-6℃低温使得脯氨酸含量急剧增加。除了晋梅杏在-4℃时SOD活性高外，其他生理指标基本可以反映晋梅杏、鸡蛋杏、金太阳、凯特花朵难以抵抗-4、-6℃低温。

将花朵生理指标进行主成分分析，第1个主成分的贡献率为91.625%，该主成分的特征值为2.749，绝对值从大到小排序为脯氨酸含量＞MDA含量＞SOD活性。该主成分反映了3个生理抗寒指标与抗寒性息息相关。花朵受到低温胁迫时，渗透调节物质生成，维持细胞稳定，大量自由基积累导致膜脂过氧化，保护酶活性提高以抵抗MDA含量的增多。通过软件计算4个杏品种的主成分值得出，抗寒性从强到弱顺序为金太阳＞晋梅杏＞鸡蛋杏＞凯特（表3）。

表3 参试品种的抗寒性比较

3 结论与讨论

在一定的低温影响下，树体启动防御机制（SOD活性升高、MDA含量和脯氨酸含量增加），以清除自由基和过氧化物从而保护树体。随着温度继续降低，低温打破了植物体内的代谢平衡，SOD活性清除自由基能力下降，给树体造成损伤[12-14]。本研究4个杏品种中，鸡蛋杏和凯特抗寒性较弱，晋梅杏和金太阳抗寒性较强。休眠期枝条可以抵御-25℃低温，-40℃可导致树体遭受寒害。花朵在-2℃低温下不受影响，而-6℃导致花朵不可逆受损。

植物的抗寒性是多种生理生化指标共同作用的结果。张志伟[15]运用主成分分析法对5种棕榈科苗木抗寒进行评判；郭爱华等[16]对15个不同品种杏进行了主成分分析，均取得了满意结果。本研究对膜透性、MDA含量、SOD活性、脯氨酸含量进行主成分分析，得出4个杏品种的抗寒性从强到弱排序为金太阳＞晋梅杏＞鸡蛋杏＞凯特。该结果与恢复生长后杏树的生长状况几乎一致，由此可以说明，主成分分析可用于对杏树进行抗寒性评价。

生产中，寒冷地区以及容易遭受倒春寒地区，建议选用抗寒性强的金太阳和晋梅杏，降低低温对树体和产量的影响。