基于主成分分析法的红枣1年生枝条抗寒性研究

田晓萍 占玉芳 郭自钰 甄伟玲 滕玉风

摘要：以6個红枣品种临泽小枣、俊优2号、脆枣、骏枣、爆米花和子弹头的1年生枝条为试材，测定相对电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游离脯氨酸含量等指标，研究其在低温处理下的生理变化特征，并用主成分分析法对其抗寒性进行综合评价。结果表明，6个品种枣树的半致死温度值（LT50）为-23.73～-16.06 ℃，俊优2号的最低、子弹头的最高。不同红枣品种的生理指标变化趋势具有较强的规律性，随温度的降低，相对电导率和丙二醛含量呈上升趋势，可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸含量先升高后降低。用 Logistic 方程拟合求出的各供试砧木低温半致死温度（LT50）及主成分分析结果均显示，不同品种红枣枝条的抗寒性差异较大，抗寒性由强到弱依次为俊优2号、临泽小枣、 脆枣、爆米花、骏枣、子弹头。

关键词：红枣;低温胁迫;抗寒性;主成分分析

中图分类号：S665.1              文献标志码：A              文章编号：1001-1463（2022）01-0089-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.01.021

Study on Cold Resistance of One-year-old jujube Branches of Jujube Based on Principal Component Analysis

TIAN Xiaoping， ZHAN Yufang， GUO Ziyu， ZHEN Weiling， TENG Yufeng

（Zhangye Academy of Forestry Sciences， Zhangye Gansu 734000， China）

Abstract：Using one-year-old branches of 6 red date varieties from Linzexiaozao， Junyou No. 2， Crisp jujubeCrispy date， Junzao， pPopcorn jujube and one-year-old branches of Bbullet varietys， as test materials， the relative conductivity， soluble sugar， soluble protein， malondialdehyde and free proline contents arewere determined. The content of proline and other indicators were used to study its physiological change characteristics under low temperature treatment， and its cold resistance was comprehensively evaluated by principal component analysis. The results showed that the half-lethal temperature （LT50） of the 6 varieties of jujube trees was -23.73～-16.06 ℃， among which Junyou 2 had the lowest and the highest bullet. The change trend of physiological indicators of different red jujube varieties has a strong regularity. With the decrease of temperature， the relative conductivity and malondialdehyde content increased， while the contents of soluble sugar， soluble protein and free proline increased first and then decreased.the relative conductivity and the content of malondialdehyde show an upward trend. The content of soluble sugar， soluble protein and free proline increases first and then decreases. The results of Logistic equation fitting and principal component analysis showed that the cold resistance of branches of different red jujube cultivars differed greatly， and the cold resistance was he low-temperature semi-lethal temperature（LT50） and principal component analysis results of the tested rootstocks calculated by the Logistic equation fitting show that the cold resistance of different varieties of red jujube branches is quite different，Junyou No. 2， Linze xiaozaoLinze jujube， Ccrisp jujube， pPopcorn jujubeopcorn， Jun jujube， Bullet variety， bullet from strongest to weakest respectively.

Key words：Jujube （Ziziphus jujuba Mill.）;Low temperature stress;Cold resistance;Principal component analysis

枣原产中国，是我国北方地区重要的经济林和生态保护树种之一[1 ]。随着红枣产业发展，管理粗放、肥水投入不合理、有机肥投入不足等现象的出现，造成枣树抗逆性差。在河西地区的冬季，红枣常常受到严寒的危害，导致树体出现抽干枝枯或死亡，严重影响产量[2 ]。 植物抗寒性是衡量植物承受低温冷害能力的指标。目前，国内学者主要从植物生理代谢、细胞形态结构、基因工程等多方面开展果树抗寒性研究[3 - 4 ]，采用人工模拟低温胁迫研究植物的抗寒性与有关生理指标的关系并对抗寒性作出评价，是植物抗寒性研究的主要方法之一[5 - 6 ]。

主成分分析是指在众多植物生理指标中选出对结果有显著影响的指标，并将不同的指标转化为综合指标进行评价[7 ]。我们通过低温模拟试验，对6种红枣 1 年生枝条进行低温胁迫处理，测定不同低温处理下枝条各抗寒指标并进行主成分分析，对不同枣品种的抗寒性进行评价，以寻找优良的抗寒资源，为红枣育种筛选优异抗寒种质。

1   材料与方法

1.1   试验材料

供试试验材料采自临泽平川镇红枣栽培试验示范基地。选6个枣品种（临泽小枣、俊优2号、脆枣、骏枣、爆米花、子弹头），每个品种选择树龄为3年、长势基本一致的3株，分别从东、南、西、北4个方位剪取树冠中部外围生长健壮、粗细相近的1年生休眠枝。放入 0 ℃ 恒温冰箱中保存待用。

1.2   低温胁迫处理

将供试枝条剪成10 cm的枝段，用自来水冲洗干净后再用蒸馏水冲洗3 次，吸干水分后两端封蜡，装入自封袋。每袋 6 个枝段，每个品种 7 袋，分别放置在FS-DW-100型可控低温冰箱中冷冻处理。本试验共设 8 个处理温度（包括使样本全部成活和全部死亡的温度），分别为5、-10、-15、-20、-25、-20、-35、-40 ℃，5 ℃为对照。低温处理时，到达目标温度后维持 12 h，然后将温度上升至 0 ℃维持 12 h，取出测定。温度下降及上升的速度均为 4 ℃/h。避开芽眼，将不同温度处理下的枝段切成 2 mm的薄片混合后待测。

1.3   测定指标及测定方法

测定指标有相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖和可溶性蛋白含量。相对电导率和半致死温度的测定参照高京草等[8 ]的方法，丙二醛含量参照张志良等[9 ]方法。可溶性糖、可溶性蛋白含量参照邹琦[10 ]的方法测定。

1.4   数据统计与分析

采用Microsoft Excel 进行数据统计和图表制作，主成分分析法采用SPSS降维中的主成分分析法。

2   结果与分析

2.1   低温胁迫对枣树枝条相对电导率的影响

图1为低温胁迫下各品种相对电导率的变化趋势。可以看出，各枣品种枝条经低温处理后相对电导率均随着温度的降低而增大，即相对电导率与温度变化呈反比。利用Logistic方程拟合不同低温处理下红枣枝条的相对电导率，拟合度均达到显著水平（表1）。各品种枣树枝条的半致死温度值（LT50）為-23.73～-16.06 ℃，由低到高依次为俊优2号、临泽小枣、脆枣、爆米花、骏枣、子弹头。说明俊优2号的抗寒性最好，其次为临泽小枣和爆米花，子弹头的抗寒性最差。

2.2   低温胁迫对枣树枝条可溶性糖含量的影响

由表2可以看出，不同品种枣树的枝条除骏枣外可溶性糖含量随处理温度的降低均先升后降，俊优2号、脆枣、骏枣、爆米花、临泽小枣、子弹头可溶性糖含量均在-35 ℃时达到最高，分别较对照增加64.17%、62.74%、92.26%、96.54%、70.87%、95.06%。低温处理下，俊优2号可溶性糖含量最高（-35 ℃时，高达4.17±0.06%），其次是临泽小枣，骏枣和子弹头的较低。不同低温胁迫下，各品种红枣的枝条可溶性糖含量差异达极显著水平。

2.3   低温胁迫对枣树枝条可溶性蛋白含量的影响

由表3可知，不同品种枣树的枝条可溶性蛋白含量的差异达到极显著水平，随着胁迫温度的降低均呈先升后降的变化趋势，且均在-35 ℃时达到最大值。在整个降温过程中，俊优2号的可溶性蛋白含量基本处于较高水平，表明俊优2号的耐寒性相对较强，而骏枣和子弹头的可溶性蛋白含量较低，耐寒性相对较弱。

2.4   低温胁迫对枣树枝条丙二醛含量的影响

不同低温处理下红枣枝条中丙二醛含量变化见表4。可以看出，俊优2号在-40 ℃时丙二醛含量最大，其他品种均在-35 ℃时丙二醛含量达到最大值，即枝条受到的低温伤害最大。低温胁迫下不同红枣品种的枝条丙二醛含量差异达极显著水平，除-40 ℃低温条件下，子弹头的丙二醛含量明显高于其他品种。俊优2号和临泽小枣的丙二醛含量差异不显著。

2.5   低温胁迫对枣树枝条游离脯氨酸含量的影响

在低温胁迫下，脆枣、骏枣、爆米花和临泽小枣均在处理温度为-30 ℃时，枝条中脯氨酸含量达到峰值，而俊优2号在-35 ℃时枝条中游离脯氨酸含量达到最大值;子弹头在-40 ℃时枝条中游离脯氨酸含量达到最大值。低温处理下，俊优2号游离脯氨酸含量最高（-35 ℃时，6.58±0.15%），骏枣和子弹头的最低。不同低温胁迫下，各品种红枣的枝条游离脯氨酸含量差异达到极显著水平（表5）。

2.6   抗寒指标间的相关性分析

对红枣枝条不同抗寒指标的相关性分析结果（表6）显示，各抗寒性指标之间具有一定的相关性。其中，相对电导率与可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量呈负相关，与丙二醛含量正相关;可溶性糖含量与可溶性蛋白含量极显著正相关，与脯氨酸含量显著正相关，与丙二醛含量极显著负相关;可溶性蛋白含量与脯氨酸含量极显著正相关，与丙二醛含量极显著负相关;脯氨酸含量与丙二醛含量极显著负相关。

2.7   基于主成分分析法的抗寒性综合评价

通过对5个抗寒指标进行主成分分析，从中提取了1个主成分，其特征值为4.361，贡献率及累计贡献率均为87.230%，包含了所测定的5个指标中的绝大部分信息，故用这1个主成分对6个供试红枣品种的枝条进行抗寒性评价。

在主成分1中，不同抗寒指标间的主成分系数分别为相对电导率-0.459、可溶性糖0.452、可溶性蛋白0.468、丙二醛含量-0.476、脯氨酸含量0.373，各指标作用由大到小依次是丙二醛含量、可溶性蛋白含量、相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量。

6个供试红枣品种的枝条在所提取主成分中的得分见表7，得分越高说明其抗寒能力越强，反之抗寒能力越弱。不同品种红枣的抗寒因子综合得分为 -2.15～3.36，俊优2号得分最高（3.36），子弹头最低（-2.15）。表明不同品种红枣的抗寒性从高到低依次为俊优2号、临泽小枣、脆枣、爆米花、骏枣、子弹头。

3   结论与讨论

本研究表明，不同品种红枣的枝条抗寒性差异较大，Logistic方程拟合的不同品种枝條半致死温度值（LT50）为-23.73～-16.06 ℃，俊优2号最低、子弹头的最高。不同品种的红枣生理指标变化趋势具有较强的规律性，相对电导率和丙二醛含量随温度的降低而增大，可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸含量随温度的降低先升高后降低。主成分分析和抗寒指标间相关分析表明，丙二醛含量、可溶性糖含量、相对电导率可作为红枣品种抗寒性的有效指标。利用 Logistic 方程拟合的LT50与主成分分析结果都表明，不同品种红枣抗寒性由强到弱依次为俊优2号、临泽小枣、 脆枣、爆米花、骏枣、子弹头。

温度作为果树重要的生存因素之一，对其生长发育有重要作用。大量研究表明，细胞膜系统是植物冻害发生的主要部位，低温胁迫下细胞膜透性增大，造成电导率发生变化[4 ]。通过测定相对电导率的变化可反映细胞及膜系统受损伤的程度[9 ]。半致死温度（LT50）是目前广泛应用于评价植物抗寒性的重要指标[10 - 11 ]。本研究显示，各品种红枣的枝条相对电导率随着处理温度的降低持续升高，说明低温使枝条膜系统的受伤程度加深。低温胁迫下，俊优2号的相对电导率变化幅度较小，抗寒性最强;子弹头的相对电导率变化幅度较大，抗寒性最差。利用Logistic方程拟合各品种的半致死温度，根据半致死温度得出不同品种的红枣抗寒性由强到弱依次为俊优2号、临泽小枣、 脆枣、爆米花、骏枣、子弹头。

低温胁迫下，植物体内会产生响应积累大量有机渗透调节物质，如丙二醛（MDA）、可溶性蛋白、可溶性糖等，降低冰点，增强赋予植物渗透调节的能力和原生质保水能力[9 ]，从而保护蛋白质胶体不致遇冷变性凝聚。脂膜过氧化的最终产物之一是MDA，因此细胞膜系统的受伤害程度可用MDA 含量表示[12 ]。本文研究中，各品种枝条的丙二醛含量随着处理温度的降低均呈上升趋势，其含量与抗寒性呈负相关，这与樊丁宇等[13 ]在红枣的研究结果一致。各品种枣树枝条的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量均随处理温度的降低呈先升高后降低的趋势，这与郭佳欢等[14 ]的研究一致。

主成分分析结果显示，主成分系数最大的是丙二醛含量，可溶性蛋白含量次之，之后依次是相对电导率、可溶性糖含量和脯氨酸含量。同时，丙二醛含量、可溶性糖含量、相对电导率这3个指标间的相关系数较高，可作为鉴定红枣品种抗寒性的有效指标。综合分析来看，引进品种俊优2号和地方品种临泽小枣的抗寒性较强。

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