劉 聰，陸思羽，涂淑萍，姜雪茹

（江西農業(yè)大學林學院，江西南昌 330045）

0 引言

【研究意義】低溫是限制植物地理分布及影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子（Pearce，2001）。野鴉椿［（Thunb.）Dippel］和圓齒野鴉椿（Hayata）均屬省沽油科（Staphyleaceae）野鴉椿屬（）灌木或小喬木，為藥賞兼用樹種，前者為落葉樹種，分布范圍廣，后者為常綠樹種，主要分布在南亞熱帶。作為觀賞樹種，圓齒野鴉椿觀賞性明顯優(yōu)于野鴉椿，但適宜生長范圍小于野鴉椿。圓齒野鴉椿的抗寒性是影響其推廣應用的主要因素之一。低溫脅迫可引起植物生理代謝紊亂，嚴重時可導致植株死亡。篩選評價與野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性相關的生理指標，對培育抗寒品種和擴大生產應用范圍具有重要意義。【前人研究進展】植物的抗寒性與抗氧化酶和滲透調節(jié)物質關系密切（朱愛民等，2021）。同時，同科同屬的不同植物間抗寒性差異也比較明顯（于飛等，2014）。黃一波等（2021）在對7種木蓮屬（）植物抗寒性評價及其生理機制的研究中發(fā)現，其抗寒性與相對電導率呈顯著正相關。謝雨萱等（2021）在研究自然越冬期不同姜花屬（）植物的抗寒性時發(fā)現，抗寒性強的種質葉片其抗氧化物酶（過氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD）活性和滲透調節(jié)物質（可溶性蛋白Pro）含量更高。在有關野鴉椿屬抗寒性的研究中，康文娟（2015）研究得出，可溶性糖（SP）和丙二醛（MDA）含量及SOD活性與不同家系圓齒野鴉椿苗木抗寒能力顯著相關。也有研究表明，過氧化氫酶（CAT）、POD和SOD等細胞保護酶活性，以及相對電導率（REC）、脯氨酸、MDA、SP和Pro含量等是評價植物抗寒性的重要生理指標（田星等，2018；馬曉華等，2021），同時結合主成分分析和隸屬函數法對植物抗寒性進行綜合評價，能較全面、準確地反映植物間抗寒能力的差異，避免單一指標的片面性（王娜等，2016；李瑞雪等，2017；金龍飛等，2021）?！颈狙芯壳腥朦c】目前，對野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的研究較少見，尚未見將野鴉椿與圓齒野鴉椿二者進行抗寒性比較的研究?！緮M解決的關鍵問題】比較野鴉椿與圓齒野鴉椿在4 ℃低溫條件下處理隨時間變化，其葉片Pro、SP、MDA含量，CAT、POD、SOD活性及REC的變化，并利用主成分分析和隸屬函數法綜合評價二者的抗寒性。篩選出判斷野鴉椿與圓齒野鴉椿抗寒性的最佳生理生化指標，并驗證二者抗寒性的強弱，為野鴉椿屬植物的抗寒性育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在南昌市青山湖區(qū)江西農業(yè)大學校內，位于東經115°4948、北緯28°4534，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，溫和濕潤，降雨充沛，年平均降雨量1600～1700 mm，日照充足。年平均氣溫17.0～17.7 ℃，氣溫最高40.9 ℃、最低-15.2 ℃（劉娟等，2018）。

1.2 試驗設計

以當年春季播種繁殖的野鴉椿和圓齒野鴉椿盆栽苗為試材?；ㄅ枰?guī)格為10 cm×10 cm；培養(yǎng)土為園土∶泥炭∶蛭石=3∶1∶1，加少量有機肥。于2019年9月份挑選生長健壯、無病蟲危害的野鴉椿和圓齒野鴉椿各120株，置于25±2 ℃的人工氣候培養(yǎng)室培養(yǎng)7 d后，剪下長度為20～30 cm的枝梢，先后用自來水和蒸餾水沖洗干凈，擦干表面水，剪口處封蠟，然后每10根一扎裝入自封袋，置于4 ℃的冰箱中進行低溫處理；依次于低溫處理的第0、5、10和15 d，每個樹種各取出3扎枝梢（3次重復），先取少許葉片測定REC，然后將其余葉片剪下，用錫箔紙包裹后迅速放入液氮中，隨后裝入自封袋，置于-80 ℃的超低溫冰箱中保存，用于生理生化指標的測定。

1.3 測定項目及方法

POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定，SOD活性采用氮藍四唑光化還原法測定（李合生，2000）。MDA含量采用硫代巴比妥酸顯色法測定，Pro含量采用考馬斯亮藍法測定，SP含量采用蒽酮比色法測定，REC采用浸泡法測定（孔祥生和易現峰，2008）。

1.4 統計分析

利用Microsoft Excel 2017和Origin 2019b進行數據整理和繪圖。利用SPSS 22.0進行多重比較（Duncan’s法）、皮爾遜（Pearson）相關分析及主成分分析。利用模糊數學中的隸屬函數法對2個樹種的抗寒性進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下野鴉椿和圓齒野鴨椿葉片的SOD、POD和CAT活性變化

2.1.1 葉片SOD活性 由表1可知，野鴉椿與圓齒野鴉椿的葉片SOD活性在低溫脅迫下的變化趨勢一致，均在4 ℃處理5 d時達最大值，并隨著低溫脅迫時間的延長，活性逐漸降低；且在相同處理時間下，野鴉椿的葉片SOD活性始終高于圓齒野鴉椿。此外，二者在處理初期（前5 d）葉片SOD活性均上升，隨著處理的進行，二者葉片SOD活性均表現出下降趨勢，并逐漸與其低溫處理0 d時的活性相近，表明此時二者已經對該低溫產生適應性。

2.1.2 葉片POD活性 野鴉椿的葉片POD活性整體上高于圓齒野鴉椿，在低溫脅迫下，二者POD活性均表現為先升后降。野鴉椿葉片POD活性變化起伏相對較小，最大值出現在低溫處理10 d時，之后略有下降；圓齒野鴉椿葉片POD活性變化起伏相對較大，最大值出現在低溫處理5 d時，之后大幅下降。

2.1.3 葉片CAT活性 野鴉椿與圓齒野鴉椿葉片CAT活性的變化趨勢大致相同，隨著處理時間的延長，均表現為先升后降。其中，野鴉椿葉片CAT活性在低溫處理5 d時迅速上升，10 d時開始下降；圓齒野鴉椿葉片CAT活性在低溫處理5 d時緩慢上升，10 d時開始下降，但下降幅度不顯著（＞0.05，下同）。野鴉椿CAT活性變化幅度大于圓齒野鴉椿。

綜上所述，野鴉椿與圓齒野鴉椿的葉片SOD、POD和CAT活性在低溫脅迫下均表現為先升后降的變化趨勢。除野鴉椿葉片POD活性在低溫處理第10 d達最大值外，其他均在低溫處理的第5 d酶活性達最大值。表明2個樹種在4 ℃低溫處理的初期均產生抵抗低溫逆境傷害的反應，此后，隨著植物對低溫的逐漸適應，酶活性開始逐漸降低。

2.2 低溫脅迫下野鴉椿和圓齒野鴨椿葉片SP和Pro含量變化

2.2.1 葉片SP含量 由圖1可知，低溫處理0 d時，圓齒野鴉椿的葉片SP含量顯著高于野鴉椿（＜0.05，下同），但在低溫處理5 d以后，野鴉椿與圓齒野鴨椿的SP含量差異不顯著；且在整個低溫處理過程中，二者的SP含量均呈現降—升—降的變化趨勢。在處理初期，圓齒野鴉椿葉片SP含量顯著下降，而野鴉椿葉片SP含量下降不顯著，至低溫處理5 d時，圓齒野鴉椿的葉片SP低于野鴉椿。低溫處理5～10 d，二者的葉片SP含量均顯著升高；低溫處理10～15 d時，野鴉椿葉片可SP含量顯著降低，而圓齒野鴉椿葉片SP含量降低未達顯著水平。

2.2.2 葉片Pro含量 由圖2可知，無論是在低溫處理前還是處理過程中，圓齒野鴉椿的葉片Pro含量均顯著高于野鴉椿。在低溫處理初期野鴉椿和圓齒野鴉椿的葉片Pro的含量均顯著上升；低溫處理5 d以后，野鴉椿葉片Pro含量至低溫處理10 d時下降至低溫處理0 d的水平并維持，而圓齒野鴉椿Pro含量下降不明顯，一直維持在較高水平。

2.3 低溫脅迫下野鴉椿和圓齒野鴨椿葉片MDA和REC的變化

2.3.1 葉片MDA含量 由圖3可知，無論是在低溫處理前還是在處理過程中，圓齒野鴉椿的葉片MDA含量始終高于野鴉椿。圓齒野鴉椿葉片MDA含量在前10 d的變化幅度不大，10 d之后顯著上升；而野鴉椿葉片MDA含量在低溫處理初期顯著降低，此后變化不大。

2.3.2 葉片REC 由圖4可知，在低溫脅迫處理前，2種植物的葉片REC相近，隨著低溫脅迫天數的增加，2種植物葉片REC均呈穩(wěn)步上升的趨勢，低溫處理5 d以后，圓齒野鴉椿的葉片REC上升速度快于野鴉椿，低溫脅迫10 d后，圓齒野鴉椿的葉片REC顯著高于野鴉椿。

2.4 低溫脅迫下野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性生理指標的相關分析

由表2可知，低溫脅迫下，MDA含量與SP含量呈顯著正相關，其他生理指標間均不顯著相關，無法直接通過相關性來判定各生理指標對野鴉椿和圓齒野鴨椿抗寒性的影響。因此要準確篩選出對抗寒性強弱影響較大的生理指標，還需進一步進行主成分分析。

2.5 低溫脅迫下野鴉椿與圓齒野鴉椿抗寒性生理指標的主成分分析

選取野鴉椿與圓齒野鴉椿4 ℃低溫處理10 d時的7個生理生化指標進行主成分分析，計算其特征值的方差貢獻率和累積方差貢獻率，并根據主成分的特征值大于1.00的原則提取主成分。由表3可知，前2個綜合指標的方差貢獻率分別為72.575%和17.235%，累積方差貢獻率達89.810%，超過85.000%，基本包含所測指標的全部信息。故取第一主成分（Y）和第二主成分（Y），其余主成分可忽略不計。決定第一主成分的指標主要有POD（0.988）、REC（-0.988）、Pro（-0.936）、MDA（-0.896）、SP（0.864），決定第二主成分的主要是CAT（0.917）。因此，判別野鴉椿與圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標及其重要性排序依次為POD=REC＞Pro＞MDA＞SP＞CAT。

2.6 野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的綜合評價

2.6.1 主成分分析法 表3中2個主成分的表達式分別為：

把每個原始指標進行標準化后的數據代入到公式（1）和公式（2）中，可得到野鴉椿與圓齒野鴉椿對應的前2個主成分的值，再分別以2個主成分所對應的貢獻率為各自的權重，從而得到基于主成分分析法的野鴉椿與圓齒野鴉椿的抗寒性綜合評價模型，即加權值計算公式（陸思羽等，2020）為：

從表4可看出，第一主成分得分較高的為野鴉椿，第二主成分得分較高的為圓齒野鴉椿，而綜合主成分得分，野鴉椿（614.94分）遠高于圓齒野鴉椿（40.36分），說明野鴉椿抗寒性遠強于圓齒野鴉椿。

2.6.2 隸數函數法 利用隸屬函數法對主成分分析中提取的6個判別2個樹種抗寒性的重要生理指標，即POD和CAT活性、Pro、MDA和SP含量及REC進行綜合分析，綜合評價野鴉椿與圓齒野鴉椿抗寒性強弱。隸屬函數值的計算公式（涂淑萍等，2021）為：

如果某一項指標與抗寒性為負相關，則用隸數函數進行轉換，計算公式為：

公式（4）和（5）中，為各處理某一指標的實際測定數值，和分別為該指標實際測定值中最小值和最大值。用模糊數學中的隸屬函數方法對2個樹種6個指標隸屬函數值進行累加，求平均值。隸屬函數值越大，抗寒性越強；隸數函數值越小，抗寒性越弱（令凡等，2015）。由表5可知，野鴉椿抗寒性遠強于圓齒野鴉椿。

3 討論

3.1 低溫脅迫對野鴉椿和圓齒野鴉椿保護酶活性的影響

POD、CAT和SOD保護酶共同構成植物組織活性氧清除系統，保障植物組織活性氧處于動態(tài)平衡，保護膜結構免受低溫的破壞，保障植物的抗寒能力（Krasensky-Wrzaczek and Jonak，2012）。本研究中POD、CAT和SOD保護酶呈先升后降的變化趨勢，與吳海寧等（2013）的研究結果類似，在低溫脅迫初期3種保護酶活性增強對植物體抵御低溫寒害起一定的作用（Javadian et al.，2010）。本研究中，除低溫處理0 d時，野鴉椿的葉片CAT活性低于圓齒野鴉椿外，其他各時間的脅迫處理野鴉椿的3種葉片酶活性圴高于圓齒野鴉椿。徐小軍等（2015）對26份甜瓜（）耐冷性相關生理指標的綜合研究表明，抗寒性強的品種其保護酶活性亦較強。由此可見，野鴉椿抗性可能較圓齒野鴉椿強。同時，主成分分析表明，判別野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標中，POD的重要性最高，與REC并列，可作為判定野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標；CAT的重要性最低，表明其對野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的影響不大，不適合用來作為判定野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標。

3.2 低溫脅迫對野鴉椿和圓齒野鴉椿滲透調節(jié)物質的影響

在本研究中，圓齒野鴉椿葉片SP含量總體呈先降后升再降的趨勢。低溫脅迫初期圓齒野鴉椿葉片SP含量的下降，可能是低溫脅迫初期，為適應外界環(huán)境變化，糖的分解代謝增強所致（王一峰等，2019；劉鈺璽等，2020）。在大多數人的研究結果中，如林榕燕等（2021）對秋石斛（spp.）的抗寒性研究及黃麗芳等（2021）對咖啡的抗低溫脅迫研究均表明，SP含量隨著低溫脅迫的進行而升高，且SP含量高的抗寒性強。而在本研究中，5 d后野鴉椿和圓齒野鴨椿葉片SP含量差異并不顯著，無法通過SP含量來判斷抗寒性強弱。因此，本研究中植物葉片SP含量可能與植物抗寒性關聯性不大。主成分分析中，葉片SP含量對判定野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的重要性排名也較低。綜合研究結果認為，葉片SP含量不適合用作判定植野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標。

本研究中，野鴉椿和圓齒野鴉椿的葉片Pro含量在低溫脅迫過程中均表現為先升后降，與謝雨萱等（2021）對自然越冬期不同姜花屬植物的抗寒性研究結果類似。低溫脅迫初期，Pro含量升高的原因可能是分解了復合蛋白，或增加了具有特殊作用的新蛋白質（王兆，2014）。低溫脅迫后期葉片Pro含量降低至脅迫之初的水平，這可能與野鴉椿與圓齒野鴨椿逐漸適應了該低溫環(huán)境有關。在本研究中，圓齒野鴉椿葉片Pro含量在低溫脅迫5 d后有所下降，但下降不明顯，基本維持在一個較高的水平，說明該植物在4 ℃的低溫條件下產生了逆境脅迫反應。而野鴉椿Pro含量在低溫脅迫5 d后出現回落，表明野鴉椿對低溫脅迫的適應性強于圓齒野鴉椿。在判別野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的生理指標的重要性排序中，葉片Pro僅次于POD和REC，因此適合用作野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性的判定。

3.3 低溫脅迫對野鴉椿和圓齒野鴉椿細胞膜透性的影響

植物的抗寒性越強，在低溫條件下受到的損傷越小，MDA含量越低（Gu，1999）。黃麗芳等（2021）研究發(fā)現，不同咖啡（）葉片中MDA含量的變化幅度與其抗寒性呈負相關。本研究表明，圓齒野鴉椿葉片MDA含量在低溫脅迫處理前10 d變化不明顯，10 d后顯著上升；而野鴉椿葉片MDA含量在低溫脅迫初期顯著下降，之后其變化幅度較小，且野鴉椿的MDA含量始終低于圓齒野鴉椿。由此可見，野鴉椿的抗寒性比圓齒野鴉椿更強。在主成分分析中，MDA對野鴉椿和圓齒野鴉椿的抗寒性判定貢獻率較高，可用作篩選野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒性強弱的生理指標。

本研究表明，野鴉椿和圓齒野鴉椿葉片REC均隨低溫脅迫時間的延長而升高，與王搖寧等（2020）對樟（）的研究及李呈呈等（2021）對彩葉桂（‘Caiye Gui’）的研究結果一致；而鄭素蘭等（2020）研究發(fā)現，姜荷花（）葉片REC與抗寒性呈反比，抗寒性較強的種類其REC低于抗寒性較弱的種類。本研究中野鴉椿的REC始終低于圓齒野鴉椿，說明野鴉椿的抗寒性優(yōu)于圓齒野鴉椿。因此，在判別野鴉椿和圓齒野鴉椿的抗寒性生理指標重要性排序中，REC和POD并列第一，可用于野鴉椿和圓齒野鴉椿的抗寒育種篩選。

植物的抗寒性受多種因素及指標影響。主成分分析是考察多個變量間相關性的一種多元統計方法，可從原始變量中導出少數幾個主成分，盡可能多地保留原始變量的信息，且彼此間互不相關作為新的綜合指標（范宗民等，2020）；運用隸屬函數法能較為科學地評價植物的抗寒性（陳小鳳等，2017；李瑞雪等，2017）。本研究利用主成分分析和隸屬函數法進行綜合評定，得出結果為野鴉椿幼苗抗寒性較圓齒野鴉椿更強；細胞膜透性對野鴉椿和圓齒野鴉椿的抗寒性強弱影響最大，其次是保護酶活性，滲透調節(jié)物質對二者的抗寒性強弱影響相對較小。

4 結論

POD、REC、Pro和MDA可用于野鴉椿和圓齒野鴉椿抗寒育種篩選，其中POD和REC對2個樹種的抗寒性強弱影響較大。此外，野鴉椿幼苗抗寒性遠強于圓齒野鴉椿，可考慮將野鴉椿作為砧木對圓齒野鴉椿進行嫁接，提高圓齒野鴉椿的抗寒性。