基于主成分分析法的紅棗1年生枝條抗寒性研究

田曉萍 占玉芳 郭自鈺 甄偉玲 滕玉風

摘要：以6個紅棗品種臨澤小棗、俊優(yōu)2號、脆棗、駿棗、爆米花和子彈頭的1年生枝條為試材，測定相對電導率、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游離脯氨酸含量等指標，研究其在低溫處理下的生理變化特征，并用主成分分析法對其抗寒性進行綜合評價。結(jié)果表明，6個品種棗樹的半致死溫度值（LT50）為-23.73～-16.06 ℃，俊優(yōu)2號的最低、子彈頭的最高。不同紅棗品種的生理指標變化趨勢具有較強的規(guī)律性，隨溫度的降低，相對電導率和丙二醛含量呈上升趨勢，可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量先升高后降低。用 Logistic 方程擬合求出的各供試砧木低溫半致死溫度（LT50）及主成分分析結(jié)果均顯示，不同品種紅棗枝條的抗寒性差異較大，抗寒性由強到弱依次為俊優(yōu)2號、臨澤小棗、 脆棗、爆米花、駿棗、子彈頭。

關(guān)鍵詞：紅棗;低溫脅迫;抗寒性;主成分分析

中圖分類號：S665.1? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

棗原產(chǎn)中國，是我國北方地區(qū)重要的經(jīng)濟林和生態(tài)保護樹種之一[1 ]。隨著紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展，管理粗放、肥水投入不合理、有機肥投入不足等現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成棗樹抗逆性差。在河西地區(qū)的冬季，紅棗常常受到嚴寒的危害，導致樹體出現(xiàn)抽干枝枯或死亡，嚴重影響產(chǎn)量[2 ]。 植物抗寒性是衡量植物承受低溫冷害能力的指標。目前，國內(nèi)學者主要從植物生理代謝、細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、基因工程等多方面開展果樹抗寒性研究[3 - 4 ]，采用人工模擬低溫脅迫研究植物的抗寒性與有關(guān)生理指標的關(guān)系并對抗寒性作出評價，是植物抗寒性研究的主要方法之一[5 - 6 ]。

主成分分析是指在眾多植物生理指標中選出對結(jié)果有顯著影響的指標，并將不同的指標轉(zhuǎn)化為綜合指標進行評價[7 ]。我們通過低溫模擬試驗，對6種紅棗 1 年生枝條進行低溫脅迫處理，測定不同低溫處理下枝條各抗寒指標并進行主成分分析，對不同棗品種的抗寒性進行評價，以尋找優(yōu)良的抗寒資源，為紅棗育種篩選優(yōu)異抗寒種質(zhì)。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

供試試驗材料采自臨澤平川鎮(zhèn)紅棗栽培試驗示范基地。選6個棗品種（臨澤小棗、俊優(yōu)2號、脆棗、駿棗、爆米花、子彈頭），每個品種選擇樹齡為3年、長勢基本一致的3株，分別從東、南、西、北4個方位剪取樹冠中部外圍生長健壯、粗細相近的1年生休眠枝。放入 0 ℃ 恒溫冰箱中保存待用。

1.2? ?低溫脅迫處理

將供試枝條剪成10 cm的枝段，用自來水沖洗干凈后再用蒸餾水沖洗3 次，吸干水分后兩端封蠟，裝入自封袋。每袋 6 個枝段，每個品種 7 袋，分別放置在FS-DW-100型可控低溫冰箱中冷凍處理。本試驗共設(shè) 8 個處理溫度（包括使樣本全部成活和全部死亡的溫度），分別為5、-10、-15、-20、-25、-20、-35、-40 ℃，5 ℃為對照。低溫處理時，到達目標溫度后維持 12 h，然后將溫度上升至 0 ℃維持 12 h，取出測定。溫度下降及上升的速度均為 4 ℃/h。避開芽眼，將不同溫度處理下的枝段切成 2 mm的薄片混合后待測。

1.3? ?測定指標及測定方法

測定指標有相對電導率、丙二醛含量、可溶性糖和可溶性蛋白含量。相對電導率和半致死溫度的測定參照高京草等[8 ]的方法，丙二醛含量參照張志良等[9 ]方法?？扇苄蕴恰⒖扇苄缘鞍缀繀⒄锗u琦[10 ]的方法測定。

1.4? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和圖表制作，主成分分析法采用SPSS降維中的主成分分析法。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?低溫脅迫對棗樹枝條相對電導率的影響

圖1為低溫脅迫下各品種相對電導率的變化趨勢?？梢钥闯?，各棗品種枝條經(jīng)低溫處理后相對電導率均隨著溫度的降低而增大，即相對電導率與溫度變化呈反比。利用Logistic方程擬合不同低溫處理下紅棗枝條的相對電導率，擬合度均達到顯著水平（表1）。各品種棗樹枝條的半致死溫度值（LT50）為-23.73～-16.06 ℃，由低到高依次為俊優(yōu)2號、臨澤小棗、脆棗、爆米花、駿棗、子彈頭。說明俊優(yōu)2號的抗寒性最好，其次為臨澤小棗和爆米花，子彈頭的抗寒性最差。

2.2? ?低溫脅迫對棗樹枝條可溶性糖含量的影響

由表2可以看出，不同品種棗樹的枝條除駿棗外可溶性糖含量隨處理溫度的降低均先升后降，俊優(yōu)2號、脆棗、駿棗、爆米花、臨澤小棗、子彈頭可溶性糖含量均在-35 ℃時達到最高，分別較對照增加64.17%、62.74%、92.26%、96.54%、70.87%、95.06%。低溫處理下，俊優(yōu)2號可溶性糖含量最高（-35 ℃時，高達4.17±0.06%），其次是臨澤小棗，駿棗和子彈頭的較低。不同低溫脅迫下，各品種紅棗的枝條可溶性糖含量差異達極顯著水平。

2.3? ?低溫脅迫對棗樹枝條可溶性蛋白含量的影響

由表3可知，不同品種棗樹的枝條可溶性蛋白含量的差異達到極顯著水平，隨著脅迫溫度的降低均呈先升后降的變化趨勢，且均在-35 ℃時達到最大值。在整個降溫過程中，俊優(yōu)2號的可溶性蛋白含量基本處于較高水平，表明俊優(yōu)2號的耐寒性相對較強，而駿棗和子彈頭的可溶性蛋白含量較低，耐寒性相對較弱。

2.4? ?低溫脅迫對棗樹枝條丙二醛含量的影響

不同低溫處理下紅棗枝條中丙二醛含量變化見表4?？梢钥闯觯?yōu)2號在-40 ℃時丙二醛含量最大，其他品種均在-35 ℃時丙二醛含量達到最大值，即枝條受到的低溫傷害最大。低溫脅迫下不同紅棗品種的枝條丙二醛含量差異達極顯著水平，除-40 ℃低溫條件下，子彈頭的丙二醛含量明顯高于其他品種?？?yōu)2號和臨澤小棗的丙二醛含量差異不顯著。

2.5? ?低溫脅迫對棗樹枝條游離脯氨酸含量的影響

在低溫脅迫下，脆棗、駿棗、爆米花和臨澤小棗均在處理溫度為-30 ℃時，枝條中脯氨酸含量達到峰值，而俊優(yōu)2號在-35 ℃時枝條中游離脯氨酸含量達到最大值;子彈頭在-40 ℃時枝條中游離脯氨酸含量達到最大值。低溫處理下，俊優(yōu)2號游離脯氨酸含量最高（-35 ℃時，6.58±0.15%），駿棗和子彈頭的最低。不同低溫脅迫下，各品種紅棗的枝條游離脯氨酸含量差異達到極顯著水平（表5）。

2.6? ?抗寒指標間的相關(guān)性分析

對紅棗枝條不同抗寒指標的相關(guān)性分析結(jié)果（表6）顯示，各抗寒性指標之間具有一定的相關(guān)性。其中，相對電導率與可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量呈負相關(guān)，與丙二醛含量正相關(guān);可溶性糖含量與可溶性蛋白含量極顯著正相關(guān)，與脯氨酸含量顯著正相關(guān)，與丙二醛含量極顯著負相關(guān);可溶性蛋白含量與脯氨酸含量極顯著正相關(guān)，與丙二醛含量極顯著負相關(guān);脯氨酸含量與丙二醛含量極顯著負相關(guān)。

2.7? ?基于主成分分析法的抗寒性綜合評價

通過對5個抗寒指標進行主成分分析，從中提取了1個主成分，其特征值為4.361，貢獻率及累計貢獻率均為87.230%，包含了所測定的5個指標中的絕大部分信息，故用這1個主成分對6個供試紅棗品種的枝條進行抗寒性評價。

在主成分1中，不同抗寒指標間的主成分系數(shù)分別為相對電導率-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，各指標作用由大到小依次是丙二醛含量、可溶性蛋白含量、相對電導率、可溶性糖含量、脯氨酸含量。

6個供試紅棗品種的枝條在所提取主成分中的得分見表7，得分越高說明其抗寒能力越強，反之抗寒能力越弱。不同品種紅棗的抗寒因子綜合得分為 -2.15～3.36，俊優(yōu)2號得分最高（3.36），子彈頭最低（-2.15）。表明不同品種紅棗的抗寒性從高到低依次為俊優(yōu)2號、臨澤小棗、脆棗、爆米花、駿棗、子彈頭。

3? ?結(jié)論與討論

本研究表明，不同品種紅棗的枝條抗寒性差異較大，Logistic方程擬合的不同品種枝條半致死溫度值（LT50）為-23.73～-16.06 ℃，俊優(yōu)2號最低、子彈頭的最高。不同品種的紅棗生理指標變化趨勢具有較強的規(guī)律性，相對電導率和丙二醛含量隨溫度的降低而增大，可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量隨溫度的降低先升高后降低。主成分分析和抗寒指標間相關(guān)分析表明，丙二醛含量、可溶性糖含量、相對電導率可作為紅棗品種抗寒性的有效指標。利用 Logistic 方程擬合的LT50與主成分分析結(jié)果都表明，不同品種紅棗抗寒性由強到弱依次為俊優(yōu)2號、臨澤小棗、 脆棗、爆米花、駿棗、子彈頭。

溫度作為果樹重要的生存因素之一，對其生長發(fā)育有重要作用。大量研究表明，細胞膜系統(tǒng)是植物凍害發(fā)生的主要部位，低溫脅迫下細胞膜透性增大，造成電導率發(fā)生變化[4 ]。通過測定相對電導率的變化可反映細胞及膜系統(tǒng)受損傷的程度[9 ]。半致死溫度（LT50）是目前廣泛應用于評價植物抗寒性的重要指標[10 - 11 ]。本研究顯示，各品種紅棗的枝條相對電導率隨著處理溫度的降低持續(xù)升高，說明低溫使枝條膜系統(tǒng)的受傷程度加深。低溫脅迫下，俊優(yōu)2號的相對電導率變化幅度較小，抗寒性最強;子彈頭的相對電導率變化幅度較大，抗寒性最差。利用Logistic方程擬合各品種的半致死溫度，根據(jù)半致死溫度得出不同品種的紅棗抗寒性由強到弱依次為俊優(yōu)2號、臨澤小棗、 脆棗、爆米花、駿棗、子彈頭。

低溫脅迫下，植物體內(nèi)會產(chǎn)生響應積累大量有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如丙二醛（MDA）、可溶性蛋白、可溶性糖等，降低冰點，增強賦予植物滲透調(diào)節(jié)的能力和原生質(zhì)保水能力[9 ]，從而保護蛋白質(zhì)膠體不致遇冷變性凝聚。脂膜過氧化的最終產(chǎn)物之一是MDA，因此細胞膜系統(tǒng)的受傷害程度可用MDA 含量表示[12 ]。本文研究中，各品種枝條的丙二醛含量隨著處理溫度的降低均呈上升趨勢，其含量與抗寒性呈負相關(guān)，這與樊丁宇等[13 ]在紅棗的研究結(jié)果一致。各品種棗樹枝條的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量均隨處理溫度的降低呈先升高后降低的趨勢，這與郭佳歡等[14 ]的研究一致。

主成分分析結(jié)果顯示，主成分系數(shù)最大的是丙二醛含量，可溶性蛋白含量次之，之后依次是相對電導率、可溶性糖含量和脯氨酸含量。同時，丙二醛含量、可溶性糖含量、相對電導率這3個指標間的相關(guān)系數(shù)較高，可作為鑒定紅棗品種抗寒性的有效指標。綜合分析來看，引進品種俊優(yōu)2號和地方品種臨澤小棗的抗寒性較強。

參考文獻：

[1] 劉孟軍，汪? ?民.? 中國棗種質(zhì)資源[M].? 北京：中國林業(yè)出版社，2009.

[2] 段玉忠.? 棗樹凍害調(diào)查分析及可持續(xù)發(fā)展的思考[J].? 中國造紙學報，2004（增刊）：615-616.

[3] 楊馥霞，湯? ?玲，賀? ?歡，等.? 低溫下7個草莓品種的抗性生理指標比較[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2021，52（4）：14-17.

[4] 曹曉敏，遲? ?馨，弟豆豆，等.? 6種蘋果砧木的抗寒性比較研究[J].? 中國果樹，2020（4）：12-17.

[5] 王晨冰，王發(fā)林，萬? ?信，等.? 低溫脅迫下桃子房和幼果的過冷卻點及生理響應[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2020 （9）：18-22.

[6] 艾鵬飛，金曉靜，靳占忠，等.? 仁用杏抗寒性生理指標評價的研究[J].? 河北科技大學學報，2013，38（1）：48-59.

[7] 趙國群，趙一凡，張曉騰，等.? 基于主成分與聚類分析的梨酒品質(zhì)分析與綜合評價[J].? 中國釀造，2018，

37（2）：111-116.

[8] 高京草，王長柱，王進國，等.? 棗樹抗寒性測定方法研究[J].? 西北林學院學報，2011，26（5）：72-75.

[9] 張志良，瞿偉菁，李小方.? 植物生理學實驗指導[M].? 北京：高等教育出版社，2009.

[10] 鄒? ?琦.? 植物生理學實驗指導[M].? 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004.

[11] STEPONKUSP L.? Role of the plasma membrane in freezing injury and cold acclimation[J].? Annual Review of Plant Physiology，1984，35（1）：543-584.

[12] 劉? ?榮，劉清國，范建新，等.? 植物脂肪酸不飽和性對植物抗寒性影響的研究[J].? 草業(yè)科學，2017，15（5）：2028-2834.

[13] 樊丁宇，靳? ?娟，楊? ?磊，等.? 不同棗砧木 1 年生枝抗寒性研究[J].? 經(jīng)濟林研究，2018，36（2）：195-199.

[14] 郭佳歡，馮會麗，史彥江，等.? 灰棗優(yōu)系抗寒性綜合評價[J].? 西南農(nóng)業(yè)學報，2018，31（10）：2060-2068.