水肥耦合效應(yīng)對(duì)核桃屬2種幼苗抗寒性的影響

楊夢(mèng)思， 羅莎莎， 王如月， 葉春秀， 虎海防

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆烏魯木齊 830063；3.新疆佳木果樹學(xué)國(guó)家長(zhǎng)期科研基地，新疆阿克蘇 843000)

核桃屬植物適應(yīng)性強(qiáng)，用途多，果實(shí)含油率高，為重要的木本油料、干果樹種和用材樹種。核桃(L.)為核桃屬核桃種，是世界上最重要的堅(jiān)果樹種之一，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。核桃栽培歷史悠久，種植規(guī)模巨大，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)林樹種。其產(chǎn)地大多分布于干旱半干旱地區(qū)，春夏季節(jié)干旱少雨，且降水不均勻，水分成為影響核桃苗木生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子。因此在干旱半干旱地區(qū)研究灌水對(duì)核桃生長(zhǎng)發(fā)育的影響，對(duì)促進(jìn)水分的高效利用有著重要意義。目前核桃的施肥情況仍是憑經(jīng)驗(yàn)施肥，盲目施肥、隨意施肥的現(xiàn)象比較普遍，制約了核桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。黑核桃(L.)為核桃屬黑核桃組Rhycocaryon，原產(chǎn)于北美洲，具有生長(zhǎng)快、抗風(fēng)沙、耐低溫、耐干旱、耐鹽堿等特性，是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的林果兼用樹種。由于黑核桃耐干旱、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)快，且與核桃有較強(qiáng)的親和力，近年來被廣泛用作薄皮核桃的優(yōu)良砧木，以提高核桃的產(chǎn)量和品質(zhì)。在我國(guó)多處已引種栽培黑核桃，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及社會(huì)效益。新疆從1991年起引種栽培黑核桃，但在實(shí)際生產(chǎn)中，施肥和灌水依然存在一定的盲目性。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水分和養(yǎng)分在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要的相互作用。由于水分和肥料之間存在一定的協(xié)同效應(yīng)和激勵(lì)機(jī)制，即耦合效應(yīng)，因此在不同水肥條件下，植物生長(zhǎng)會(huì)略有差異。在實(shí)際生產(chǎn)中，要充分利用水肥的耦合效應(yīng)，建立合理模式。核桃屬于喜溫樹種，抗寒性較差，容易遭受低溫和晚霜的危害，這已經(jīng)成為核桃生產(chǎn)中的重要限制因子。我國(guó)核桃砧木培育研究起步較晚，與其他果樹砧木相比，在培育、評(píng)價(jià)和應(yīng)用等方面還有待加強(qiáng)與完善。新疆豐富的核桃種質(zhì)資源在育種工作中得到較廣泛的應(yīng)用，利用新疆早實(shí)核桃結(jié)實(shí)早、增產(chǎn)潛力大等優(yōu)良性狀，我國(guó)以此作為改良核桃育種的主要親本取得了豐碩的成果。目前新疆核桃使用的砧木主要是晚實(shí)核桃，砧木育種滯后，沒有實(shí)現(xiàn)砧木良種化。與栽培品種選育工作相比，砧木育種評(píng)價(jià)難度大、周期長(zhǎng)，缺乏廣適性強(qiáng)、抗性突出、綜合性狀優(yōu)良的砧木品種。

近年來，水肥耦合及抗寒性在核桃上的應(yīng)用主要集中在核桃樹上，而幼苗階段是核桃樹生長(zhǎng)的必經(jīng)階段。本試驗(yàn)以核桃屬2種幼苗為試材，采用田間水肥試驗(yàn)分析核桃幼苗的抗寒指標(biāo)，進(jìn)一步選出各品種核桃幼苗最優(yōu)的水肥組合及抗寒性好的種類，以期為新疆核桃砧木良種化提供技術(shù)支撐，并為干旱半干旱地區(qū)核桃幼苗水肥耦合效應(yīng)研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地為新疆佳木果樹學(xué)國(guó)家長(zhǎng)期科研基地。位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣(80°32′E，41°15′N)境內(nèi)，海拔1 103.8 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，晝夜溫差大，多晴少雨，光照充足，空氣干燥。年平均氣溫10.10 ℃，年平均降水量65.4 mm，年平均無霜期185 d。土壤為沙壤土，土層深厚，腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量較高，含有機(jī)質(zhì)10.787 g/kg、堿解氮81.329 mg/kg、速效磷18.780 mg/kg、速效鉀 83.088 mg/kg，pH值為6.547。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用黑核桃品種東部黑核桃和普通核桃品種扎343。于2020年9月10日前從樣品樹上采集大小均勻飽滿的種子各3 000粒。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用大田育苗方式。選擇背風(fēng)向陽、地勢(shì)平坦、排灌方便等條件良好的育苗地，對(duì)苗床進(jìn)行土壤及水分處理。于2020年11月上旬播種，每100 m播種大約1 000粒種子，株行距為 20 cm×50 cm，各樣地之間間隔3 m，方便控水，各樣地內(nèi)播種相同面積的2種核桃。對(duì)施肥和灌水進(jìn)行控制，肥料分別使用尿素(N≥46%)、磷酸二氫鉀(PO≥52%，KO≥34%)。施肥設(shè)置3個(gè)梯度(15、10、5 kg/667 m)，2021年5月底、6月底各追施尿素1次，7月底、8月底各施磷鉀肥1次；灌水設(shè)置3個(gè)梯度(10、15、30 d/次)，灌水處理從5月底苗木出苗整齊后開始進(jìn)行，即在6、7、8月進(jìn)行。9月初停水肥，防止幼苗徒長(zhǎng)。水肥因子共9個(gè)耦合處理，分別為：1-1，高水高肥，灌水10 d/次，施肥 15 kg/667 m；1-2，高水中肥，灌水10 d/次，施肥10 kg/667 m；1-3，高水低肥，灌水10 d/次，施肥 5 kg/667 m；2-1，中水高肥，灌水15 d/次，施肥 15 kg/667 m；2-2，中水中肥，灌水15 d/次，施肥 10 kg/667 m；2-3，中水低肥，灌水15 d/次，施肥 5 kg/667 m；3-1，低水高肥，灌水30 d/次，施肥 15 kg/667 m；3-2，低水中肥，灌水30 d/次，施肥 10 kg/667 m；3-3，低水低肥，灌水30 d/次，施肥 5 kg/667 m。采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

1.3.2.1 木質(zhì)化程度指標(biāo)的測(cè)定 于2021年11月下旬在各處理相對(duì)一致的部位上采集一年生枝條，采用紫外分光光度法進(jìn)行木質(zhì)素及纖維素含量的測(cè)定，使用試劑盒(上海酶聯(lián)生物科技有限公司)根據(jù)測(cè)定的吸光度計(jì)算含量，各指標(biāo)處理重復(fù)3次。

1.3.2.2 生理指標(biāo)的測(cè)定 于2021年11月下旬在各處理相對(duì)一致的部位上采集一年生枝條，將枝條放入已貼好標(biāo)簽的自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室用自來水清洗干凈后，用蒸餾水沖洗3次，用濾紙將枝條上的水分吸干。取自封袋將其分為4 組，置于冰箱中進(jìn)行模擬低溫處理，設(shè)置溫度為-10、-20、-30 ℃，以 4 ℃ 作為對(duì)照，在冰箱中處理12 h。每次取出經(jīng)各溫度處理后的材料，馬上測(cè)定其相對(duì)電導(dǎo)率。將剩余的材料放于凍存管中并標(biāo)注記號(hào)，在液氮中迅速冷凍之后置于-80 ℃的超低溫冰箱中保存以測(cè)定其余生理生化指標(biāo)。每個(gè)指標(biāo)處理重復(fù)3次。測(cè)定的苗木生理指標(biāo)包括可溶性糖(SS)含量、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性。

相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率法測(cè)定。處理后的枝條去除分節(jié)部位，剪去節(jié)間部位，將樣品剪成3～5 mm的薄片，混合均勻后稱取2 g放入錐形瓶，分別置于20 mL去離子水的試管中，蓋上試管塞置于室溫下浸泡12 h，用雷磁DDS-307A型電導(dǎo)儀測(cè)定浸提液電導(dǎo)率()，然后沸水浴加熱30 min，冷卻至室溫，再次測(cè)定浸提液的電導(dǎo)率()，計(jì)算其相對(duì)電導(dǎo)率(REC)。相對(duì)電導(dǎo)率=×100%。然后擬合Logistic方程，計(jì)算各材料的半致死溫度(LT)。

式中：為電導(dǎo)率；為曲線漸近線，即為最大電解質(zhì)滲出率；、均為方程參數(shù)；求曲線的拐點(diǎn)(ln)，即為低溫半致死溫度(LT)。

可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法測(cè)定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定；游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法測(cè)定；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Micrisoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表制作；指標(biāo)先通過 Excel進(jìn)行分析后，利用SPSS 24.0軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析，再采用隸屬函數(shù)值法對(duì)其抗寒能力進(jìn)行綜合排序，最后通過聚類分析對(duì)抗寒能力進(jìn)行分類。其中隸屬函數(shù)法求平均隸屬函數(shù)值分2種情況：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)核桃幼苗抗寒性的影響

2.1.1 不同水肥處理對(duì)核桃幼苗木質(zhì)化程度指標(biāo)的影響 如表1所示，水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗木質(zhì)素、纖維素含量均能產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。不同水肥處理下對(duì)2種核桃幼苗木質(zhì)化程度的影響見表2。其中東部黑核桃幼苗木質(zhì)素含量2-1處理最高，為92.543 ng/L，3-2處理最低，為74.873 ng/L，纖維素含量2-1處理最高，為519.600 μg/mL，3-3 處理最低，為 417.299 μg/mL；扎343幼苗木質(zhì)素含量2-1處理最高，為98.118 ng/L，3-3處理最低，為 72.243 ng/L，纖維素含量2-1處理最高，為520.776 μg/mL，3-3處理最低，為395.545 μg/mL。

表1 不同水肥處理對(duì)核桃幼苗木質(zhì)素及纖維素含量

表2 不同水肥處理下核桃幼苗木質(zhì)素及纖維素含量

2.1.2 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及半致死溫度的影響 如表3所示，水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率均能產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。由圖1可以看出，在低溫脅迫下，供試枝條的電解質(zhì)滲出率隨著溫度的下降而增加，說明隨著溫度的降低，細(xì)胞膜損害增加，膜透性增大，枝條對(duì)低溫脅迫的適應(yīng)能力降緩。其中在-10 ℃～-20 ℃之間電導(dǎo)率上升最快，-20 ℃～-30 ℃之間電導(dǎo)率增長(zhǎng)逐漸減小，其變化曲線基本符合“S”型曲線變化趨勢(shì)。在-30 ℃處，東部黑核桃幼苗(圖1-a)所有處理中，1-1處理的相對(duì)電導(dǎo)率最小，為50.47%；1-3處理下最大，為60.84%。扎343幼苗(圖1-b)所有處理中， 2-1 處理的相對(duì)電導(dǎo)率最小，為50.58%；3-2處理最大，為64.22%。

表3 不同水肥處理對(duì)核桃幼苗抗寒指標(biāo)的方差分析(F值)

LT的大小可用作判斷植物抗凍能力的依據(jù)。利用低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的變化與Logisitic方程相結(jié)合，可以計(jì)算出不同種類核桃幼苗在不同水肥處理下的半致死溫度(表4)。各方程擬合后的回歸系數(shù)均在0.9以上，擬合度較好。其中東部黑核桃幼苗半致死溫度從大到小為3-3>1-3>3-2>3-1>2-3>1-2>2-2>1-1>2-1；3-3處理下半致死溫度為 -18.639 1 ℃，抗寒性最弱；2-1處理下半致死溫度為-27.181 4 ℃，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗半致死溫度從大到小為3-2>3-3>2-3>1-3>2-2>3-1>1-2>1-1>2-1；3-2處理下半致死溫度為-15.352 4 ℃，抗寒性最弱；2-1處理下半致死溫度為-27.770 8 ℃，抗寒性最強(qiáng)。

2.1.3 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗可溶性糖含量的影響 當(dāng)樹木遭受低溫傷害時(shí)，通常通過可溶性糖的積累來維護(hù)體內(nèi)細(xì)胞的滲透勢(shì)從而適應(yīng)低溫環(huán)境，提高抗寒性。不同水肥處理對(duì)核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的方差分析如表3所示。水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗可溶性糖含量均產(chǎn)生了極顯著影響(<0.01)。由圖2可知，隨著溫度的下降，各處理下2種核桃幼苗的可溶性糖含量基本呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在 -20 ℃ 出現(xiàn)最高值，說明在-20 ℃受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，東部黑核桃幼苗(圖2-a)SS含量從高到低為2-1>1-1>2-3>1-2>3-1>2-2>3-3>1-3>3-2；3-2處理的SS含量為108.085 mg/g，抗寒性最弱； 2-1處理的SS含量為168.204 mg/g，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗(圖2-b)SS含量從高到低為2-1>1-2>2-2>1-1>2-3>1-3>3-1>3-3>3-2；3-2處理的SS含量為101.937 mg/g，抗寒性最弱；2-1處理的SS含量為152.848 mg/g，抗寒性最強(qiáng)。

2.1.4 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗脯氨酸含量的影響 游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與細(xì)胞水分調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)植物抗逆性，在低溫脅迫下能夠主動(dòng)積累，提高植物的抗寒能力。不同水肥處理對(duì)核桃幼苗脯氨酸含量的方差分析如表3所示。除了水肥交互作用對(duì)扎343幼苗脯氨酸含量未產(chǎn)生顯著影響(>0.05)之外，水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗脯氨酸含量均產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。由圖3可知，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗在各處理下脯氨酸含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在 -20 ℃ 受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，東部黑核桃幼苗(圖3-a)Pro含量從高到低為2-1>1-2>3-1>1-1>2-3>2-2>3-3>1-3>3-2；3-2處理下Pro含量為0.262 μg/g，抗寒性最弱；2-1處理下Pro含量為0.394 μg/g，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗(圖3-b)Pro含量從高到低為2-1>1-1>3-1>1-2>1-3>2-2>2-3>3-2>3-3；3-3處理下Pro含量為0.182 μg/g，抗寒性最弱，2-1處理下Pro含量為0.330 μg/g，抗寒性最強(qiáng)。

表4 低溫脅迫下不同水肥處理核桃幼苗的半致死溫度

2.1.5 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗丙二醛(MDA)含量的影響 植物在遭受低溫傷害時(shí)會(huì)發(fā)生膜脂過氧化，在這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生丙二醛，對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜有毒害作用，丙二醛的含量能夠體現(xiàn)出植物受到不良環(huán)境傷害時(shí)的嚴(yán)重程度。不同水肥處理對(duì)核桃幼苗丙二醛含量的方差分析如表3所示。水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗丙二醛含量均能產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。如圖4所示，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗在各處理下的丙二醛含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，前期上升趨勢(shì)十分緩慢，說明受到的傷害脅迫較小；隨著溫度的降低，MDA含量逐漸升高，到達(dá)-20 ℃時(shí)出現(xiàn)最高值，說明在-20 ℃受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，東部黑核桃幼苗(圖4-a)MDA含量從高到低為3-3>1-3>3-2>2-2>2-3>1-2>3-1>2-1>1-1；3-3處理下MDA含量為6.812 nmol/L，抗寒性最弱；1-1處理下MDA含量為5.501 nmol/L，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗(圖4-b)MDA含量從高到低為3-2>3-3>3-1>1-2>2-2>1-3>2-3>2-1；3-2處理下MDA含量為 6.770 nmol/L，抗寒性最弱；2-1處理下MDA含量為5.728 nmol/L，抗寒性最強(qiáng)。

2.1.6 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗超氧化物歧化酶活性的影響 在低溫脅迫下，植物會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，會(huì)破壞植物細(xì)胞膜，對(duì)植物造成傷害。此時(shí)，植株會(huì)通過增強(qiáng)超氧化物歧化酶的活性來清除活性氧的傷害。不同水肥處理對(duì)核桃幼苗SOD活性的方差分析如表3所示。除了水肥交互作用對(duì)東部黑核桃幼苗SOD活性產(chǎn)生顯著影響(<0.05)之外，水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗SOD活性均產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。如圖5所示，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗在各處理?xiàng)l件下SOD活性均呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在 -20 ℃ 受到的傷害程度最大。當(dāng)溫度持續(xù)下降時(shí)，細(xì)胞受到的脅迫超出自身耐受范圍，SOD活性下降。到達(dá)峰值時(shí)，東部黑核桃幼苗(圖5-a)SOD活性從高到低為2-1>1-1>2-3>1-2>3-1>2-2>3-2>1-3>3-3；3-3處理下SOD活性為4 087.125 U/L，抗寒性最弱；2-1處理下SOD活性為5 087.125 U/L，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗(圖5-b)SOD活性從高到低為2-1>1-1>1-2>2-3>3-1>1-3>2-2>3-2>3-3；3-3處理下SOD活性為3 920.758 U/L，抗寒性最弱；2-1 處理下SOD活性為4901.906 U/L，抗寒性最強(qiáng)。

2.1.7 低溫脅迫對(duì)不同水肥處理下核桃幼苗過氧化物酶活性的影響 過氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在的一種保護(hù)酶，在低溫引起膜脂過氧化時(shí)能通過酶促系統(tǒng)的響應(yīng)來增強(qiáng)植物的抗寒能力。不同水肥處理對(duì)核桃幼苗POD活性的方差分析如表3所示。水分、施肥及水肥交互作用對(duì)2種核桃幼苗POD活性均能產(chǎn)生極顯著影響(<0.01)。如圖6所示，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗在各處理下POD活性基本呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在 -20 ℃ 受到的傷害程度最大，當(dāng)溫度持續(xù)下降時(shí)，細(xì)胞受到的脅迫超出自身耐受范圍，POD活性進(jìn)一步下降。到達(dá)峰值時(shí)，東部黑核桃幼苗(圖6-a)POD活性從高到低為1-1>2-1>2-3>1-2>2-2>3-1>3-2>1-3>3-3；3-3處理下POD活性為27.923 mU/L，抗寒性最弱；1-1處理下POD活性為32.950 mU/L，抗寒性最強(qiáng)。扎343幼苗(圖6-b)POD活性從高到低為1-1>2-1>1-2>1-3>2-3>2-2>3-1>3-2>3-3；3-3處理下POD活性為 26.354 mU/L，抗寒性最弱；1-1處理下POD活性為32.239 mU/L，抗寒性最強(qiáng)。

2.1.8 各抗寒指標(biāo)間的相關(guān)性分析 將測(cè)定的9個(gè)抗寒指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)。半致死溫度與丙二醛含量存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.335；與可溶性糖、脯氨酸、木質(zhì)素、纖維素含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.756、-0.692、-0.872、-0.910；與超氧化物歧化酶活性存在顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.343。以半致死溫度作為抗寒評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以反映出各指標(biāo)與抗寒性之間的關(guān)系，即可溶性糖含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性、木質(zhì)素含量、纖維素含量與抗寒性呈正相關(guān)，指標(biāo)越高，抗寒性越強(qiáng)；丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率、半致死溫度與抗寒性呈負(fù)相關(guān)，指標(biāo)越高，抗寒性越弱。

2.1.9 不同水肥處理下核桃幼苗抗寒能力綜合評(píng)價(jià)分析 抗寒性是多項(xiàng)指標(biāo)綜合作用的結(jié)果，用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)植物的抗寒性不具有代表性。本研究為了較全面地反映核桃幼苗的抗寒性，分別運(yùn)用主成分分析、隸屬函數(shù)值分析及聚類分析進(jìn)行綜合分析。

2.1.9.1 指標(biāo)主成分分析 利用SPSS 24.0進(jìn)行主成分分析。由表6可知，東部黑核桃幼苗第1主成分的特征根大于1，且對(duì)綜合抗寒性的貢獻(xiàn)率達(dá)到87.988%，可以反映大部分的信息，所以提取第1主成分對(duì)東部黑核桃幼苗抗寒性作綜合評(píng)價(jià)；扎343幼苗第1主成分的特征根大于1，且對(duì)綜合抗寒性的貢獻(xiàn)率達(dá)到84.147%，可以反映大部分的信息，所以提取第1主成分對(duì)扎343幼苗抗寒性作綜合評(píng)價(jià)。抗寒指標(biāo)的權(quán)重通過第1主成分中各指標(biāo)負(fù)荷量與貢獻(xiàn)值計(jì)算各抗寒性指標(biāo)對(duì)抗寒性的作用大小，確定權(quán)重。由表6可知，對(duì)東部黑核桃幼苗抗寒性影響由強(qiáng)到弱的指標(biāo)依次是SOD活性、半致死溫度、纖維素含量、可溶性糖含量、丙二醛含量、木質(zhì)素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、POD活性、脯氨酸含量；對(duì)扎343幼苗抗寒性影響由強(qiáng)到弱的指標(biāo)依次是相對(duì)電導(dǎo)率、半致死溫度、纖維素含量、木質(zhì)素含量、SOD活性、POD活性、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量。

表5 核桃幼苗抗寒指標(biāo)的相關(guān)性分析

表6 不同水肥處理下核桃幼苗抗寒指標(biāo)的特征根、貢獻(xiàn)率及負(fù)荷量、權(quán)重

通過綜合得分模型計(jì)算2種不同處理核桃幼苗的綜合得分，并進(jìn)行排序得到表7。東部黑核桃幼苗不同處理抗寒能力從強(qiáng)到弱排序?yàn)?-1>1-1>1-2>2-3>3-1>2-2>1-3>3-2>3-3；扎343幼苗不同處理抗寒能力從強(qiáng)到弱排序?yàn)?-1>1-1>1-2>2-2>2-3>3-1>1-3>3-2>3-3。

2.1.9.2 指標(biāo)隸屬函數(shù)值分析 運(yùn)用隸屬函數(shù)法，用隸屬度對(duì)不同水肥處理的2種核桃幼苗的抗寒能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過對(duì)所測(cè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析可知，可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、木質(zhì)素含量、纖維素含量采用升型函數(shù)公式，丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率、半致死溫度采用降型函數(shù)公式。根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度值與權(quán)重，通過加成法則=×，為各指標(biāo)權(quán)重，為各指標(biāo)隸屬度值，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行合成，得到抗寒性綜合指數(shù)。由表8可知，根據(jù)抗寒性綜合指數(shù)的大小，東部黑核桃幼苗不同處理抗寒能力從強(qiáng)到弱排序?yàn)?-1>1-1>2-2>1-2>3-1>2-3>1-3>3-2>3-3；扎343幼苗不同處理抗寒能力從強(qiáng)到弱排序?yàn)?-1>1-1>1-2>2-2>2-3>3-1>1-3>3-2>3-3。

表7 不同水肥處理下核桃幼苗抗寒指標(biāo)主成分綜合排序

綜合表6、表7，主成分分析法所得結(jié)論與隸屬函數(shù)值法所得結(jié)論基本一致，說明用這2種方法中的任何一種，都可以作為核桃幼苗抗寒能力的評(píng)價(jià)方法。

2.1.9.3 聚類分析 利用SPSS 24.0進(jìn)行聚類系統(tǒng)分析。東部黑核桃幼苗(圖7-a)9種處理根據(jù)其抗寒能力的強(qiáng)弱及抗寒指標(biāo)所占比重，在遺傳距離為10時(shí)可以分為3組：第1組為2-1、1-1，抗寒能力最強(qiáng)； 第2組為1-2、2-2、3-1、2-3，抗寒能力中等；第3組為3-3、3-2、1-3，抗寒能力最弱。

扎343幼苗(圖7-b)9種處理根據(jù)其抗寒能力的強(qiáng)弱及抗寒指標(biāo)所占比重，在遺傳距離為10時(shí)可以分為3組：第1組為2-1、1-1，抗寒能力最強(qiáng)；第2組為1-2、2-3、3-1、2-2、1-3，抗寒能力中等；第3組為3-3、3-2，抗寒能力最弱。

2.2 2種核桃幼苗抗寒性的差異

2.2.1 2種核桃幼苗木質(zhì)化程度的差異 由表9可知，2種核桃幼苗木質(zhì)素和纖維素含量存在顯著差異(<0.05)。東部黑核桃、扎343幼苗的木質(zhì)素含量分別為84.90、82.96 ng/L，東部黑核桃>扎343；東部黑核桃、扎343幼苗纖維素含量分別為462.635、450.615 μg/mL，東部黑核桃>扎343。

表8 不同水肥處理下核桃幼苗抗寒指標(biāo)隸屬函數(shù)值綜合排序

表9 2種核桃幼苗木質(zhì)素及纖維素含量

2.2.2 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及半致死溫度的影響 由圖8-a可以看出，在低溫脅迫下，供試枝條的電解質(zhì)滲出率隨著溫度的下降而增加，說明隨著溫度的降低，細(xì)胞膜損害增加，膜透性增大，枝條對(duì)低溫脅迫的適應(yīng)能力降低。在-30 ℃處，東部黑核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率最大，為56.74%；扎343幼苗相對(duì)電導(dǎo)率最大，為58.63%。LT的大小可用作判斷植物抗凍能力的依據(jù)。利用低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的變化與Logisitic方程相結(jié)合，可以計(jì)算出2種核桃幼苗的半致死溫度(表10)。各方程擬合后的回歸系數(shù)均在0.9以上，擬合度較好。扎343的半致死溫度高于東部黑核桃，扎343幼苗半致死溫度為 -20.526 4 ℃，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗半致死溫度為-22.632 2 ℃，抗寒性較強(qiáng)。

表10 低溫脅迫下2種核桃幼苗的半致死溫度

2.2.3 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗可溶性糖含量的影響 由圖8-b可以看出，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗可溶性糖含量呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在-20 ℃受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，SS含量為東部黑核桃>扎343，扎343幼苗SS含量為120.283 mg/g，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗SS含量為129.271 mg/g，抗寒性較強(qiáng)。

2.2.4 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗脯氨酸含量的影響 由圖8-c可以看出，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗的脯氨酸含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，在 -20 ℃ 出現(xiàn)最高值，說明在-20 ℃受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，Pro含量為東部黑核桃>扎343，扎343幼苗 Pro含量為0.264 μg/g，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗Pro含量為0.308 μg/g，抗寒性較強(qiáng)。

2.2.5 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗丙二醛含量的影響 由圖8-d可以看出，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗的丙二醛含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，并在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在-20 ℃受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，MDA含量為扎343>東部黑核桃，扎343幼苗MDA含量為6.334 nmol/L，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗MDA含量為 6.227 nmol/L，抗寒性較強(qiáng)。

2.2.6 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗超氧化物歧化酶活性的影響 由圖8-e可以看出，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗的SOD活性呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在 -20 ℃ 受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，SOD活性為東部黑核桃>扎343，扎343幼苗SOD活性為4 454.766 U/L，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗SOD活性為4 553.271 U/L，抗寒性較強(qiáng)。

2.2.7 低溫脅迫對(duì)2種核桃幼苗過氧化物酶活性的影響 由圖8-f可以看出，隨著溫度的下降，2種核桃幼苗POD活性呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，并均在-20 ℃出現(xiàn)最高值，說明在 -20 ℃ 受到的傷害程度最大。到達(dá)峰值時(shí)，POD活性為東部黑核桃>扎343，扎343幼苗 POD活性為29.175 mU/L，抗寒性較弱；東部黑核桃幼苗POD活性為 30.387 mU/L，抗寒性較強(qiáng)。

2.2.8 2種核桃幼苗抗寒能力綜合評(píng)價(jià)分析

2.2.8.1 指標(biāo)主成分分析 利用SPSS 24.0進(jìn)行主成分分析。由表11所示，第1主成分與第2主成分的特征根均大于1，且對(duì)綜合抗寒性的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到95.141%，可以反映大部分的信息，所以提取第1主成分及第2主成分對(duì)2種核桃幼苗抗寒性作綜合評(píng)價(jià)?？购笜?biāo)的權(quán)重通過第1主成分及第2主成分中各指標(biāo)負(fù)荷量與貢獻(xiàn)值計(jì)算各抗寒性指標(biāo)對(duì)抗寒性的作用大小，確定權(quán)重。由表11可知，對(duì)核桃幼苗抗寒性影響由強(qiáng)到弱的指標(biāo)依次是脯氨酸含量、丙二醛含量、木質(zhì)素含量、可溶性糖含量、POD活性、SOD活性、纖維素含量、半致死溫度、相對(duì)電導(dǎo)率。通過綜合得分模型計(jì)算2種核桃幼苗綜合得分，并進(jìn)行排序得到表12。2種核桃幼苗抗寒能力為東部黑核桃>扎343。

2.2.8.2 指標(biāo)隸屬函數(shù)值分析 運(yùn)用隸屬函數(shù)法，綜合各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)用隸屬度對(duì)2種核桃幼苗的抗寒能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表13)。根據(jù)抗寒性綜合指數(shù)的大小，2種核桃幼苗抗寒能力為東部黑核桃>扎343。

3 討論

在低溫脅迫下， 植物中的酚類化合物的合成速度加快，隨后這些酚類物質(zhì)就會(huì)進(jìn)入細(xì)胞壁間，最終形成木質(zhì)素。國(guó)外研究者認(rèn)為，木質(zhì)化與軟木質(zhì)沉積物可以作為細(xì)胞壁之間的防水屏障，可以提高植物的抗寒能力。在逆境中，植物可以通過調(diào)控體內(nèi)一系列的生理生化過程來增強(qiáng)抵御逆境的能力。苗陽通過對(duì)野杏抗寒能力的研究，發(fā)現(xiàn)LT與大多數(shù)生理指標(biāo)之間都存在著顯著正或負(fù)相關(guān)，因此，LT可以作為鑒定植物抗寒能力簡(jiǎn)單快捷的單因素指標(biāo)。利用相對(duì)電導(dǎo)率結(jié)合Logistic曲線方程可推導(dǎo)半致死溫度，植物半致死溫度作為評(píng)價(jià)植物抗寒性強(qiáng)弱的指標(biāo)， 能準(zhǔn)確反映植物所耐受的低溫極限。本研究采用Logistic方程對(duì)低溫處理后2種核桃幼苗不同水肥處理核桃枝條相對(duì)電導(dǎo)率與溫度關(guān)系曲線進(jìn)行擬合，所有處理的擬合度值均達(dá)顯著水平，所求半致死溫度可靠。2種核桃幼苗在9個(gè)水肥處理中，LT由低到高順序有所差別，但最低均為2-1處理，說明在2-1處理下抗寒能力最強(qiáng)；2種核桃幼苗枝條的LT中，東部黑核桃半致死溫度低于扎343，黑核桃抗寒能力要強(qiáng)于普通核桃，與前人研究結(jié)果一致。

表11 2種核桃幼苗抗寒指標(biāo)的特征根、貢獻(xiàn)率及負(fù)荷量、權(quán)重

表12 2種核桃幼苗抗寒指標(biāo)主成分綜合排序

表13 2種核桃幼苗抗寒指標(biāo)隸屬函數(shù)值綜合排序

本研究中，LT與木質(zhì)化程度指標(biāo)及生理指標(biāo)均存在顯著相關(guān)性，可以用來評(píng)價(jià)抗寒能力。相關(guān)性分析表明，LT與MDA含量呈顯著正相關(guān)；與SS、Pro、木質(zhì)素、纖維素含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；與SOD活性存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；POD活性和相對(duì)電導(dǎo)率雖然沒有達(dá)到顯著水平，但也有一定的規(guī)律性。這些抗寒指標(biāo)與LT之間沒達(dá)到顯著水平，其原因可能是由于測(cè)定的指標(biāo)本身就涉及到復(fù)雜的生理過程，受到多種因素的影響。最后各指標(biāo)與抗寒性的關(guān)系為可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、木質(zhì)素含量、纖維素含量與抗寒性呈正相關(guān)，指標(biāo)越高，抗寒性越強(qiáng)；丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率、半致死溫度與抗寒性呈負(fù)相關(guān)，指標(biāo)越高，抗寒性越弱。

植物抗寒性是一個(gè)復(fù)雜的生理生化變化過程，用單一指標(biāo)很難反映其抗寒本質(zhì)。為克服單個(gè)抗寒指標(biāo)的不足，隸屬函數(shù)法、主成分分析法及聚類分析法等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于植物抗寒性的綜合評(píng)價(jià)。本研究通過比較主成分分析法與隸屬函數(shù)法發(fā)現(xiàn)，兩者所得結(jié)論基本一致，說明這2種方法都可以作為核桃幼苗抗寒能力的評(píng)價(jià)方法。9種處理下2種核桃幼苗排序略有區(qū)別，但均為2-1處理排序第一；2種核桃幼苗抗寒能力為東部黑核桃>扎343。利用聚類分析法對(duì)不同水肥處理抗寒能力的強(qiáng)弱進(jìn)行歸類分析，最終可將2-1、1-1分為一組，抗寒能力最強(qiáng)，2-1 處理(中水高肥)為最強(qiáng)抗寒能力水肥組合?？购芰Ρ憩F(xiàn)為黑核桃>普通核桃。

4 結(jié)論

本研究通過比較核桃屬2種幼苗在不同水肥處理下的抗寒性，采用主成分分析、隸屬函數(shù)值分析、聚類分析等方法對(duì)不同水肥處理下及不同種類核桃幼苗進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究表明，不同的水肥處理顯著影響核桃幼苗的抗寒性，合理的水肥管理有利于促進(jìn)核桃幼苗抗寒能力的提高。中水高肥下核桃幼苗抗寒能力最強(qiáng)，黑核桃抗寒能力強(qiáng)于普通核桃。期望本研究結(jié)果可以為新疆核桃砧木良種化提供技術(shù)支撐，并為干旱半干旱地區(qū)核桃幼苗水肥耦合效應(yīng)研究提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)為鑒定、篩選和培育優(yōu)良核桃種質(zhì)資源提供科學(xué)依據(jù)。本研究?jī)H對(duì)核桃砧木實(shí)生苗進(jìn)行了評(píng)價(jià)，下一步工作應(yīng)考慮實(shí)際生產(chǎn)中砧木與接穗間的互作效應(yīng)，進(jìn)而為核桃砧穗的正確選擇、抗逆栽培及優(yōu)良抗寒砧木品種的選育提供參考。