不同果型翅果油树的抗寒性1)

王金鑫

(河北农业大学，保定，071000)

王延松

(北京市园林设计工程有限公司)

明文

(天亚农林科技集团有限公司)

王森 王纪明 李彦慧

(河北农业大学)

翅果油树(ElaeagnusmollisDiels.)为胡颓子科胡颓子属落叶直立乔木或灌木,20世纪80年代被列为国家第一批二级重点保护植物[1]。翅果油树不仅是我国特有的优良木本油料树种,还是一种具有观赏价值的园林植物,其树干挺拔、果形奇特、花朵具有特殊香气、叶片观赏期长[2]。果型是对植物进行表型分类的依据之一,翅果油树果实类型多样,有研究者依据果实类型将翅果油树分为:毛果型、大果型、长果型及小果型等4种类型,其在果实形状、种子千粒质量、出仁率、树冠开张角度等诸多方面有明显差异[3]。相关研究表明,同种但不同果型的植物其抗逆性不同[4-5]。

温度是翅果油树引种栽培所要面临的重要环境因子之一,低温环境不仅限制了翅果油树的地理分布范围,还严重影响了其生长发育过程[6-7]。目前,对于翅果油树的研究成果集中在抗旱性[8]、光合特性[9]、繁殖方式[10]以及翅果油的提取和应用[11-12]等领域,对其抗寒性的研究报道较少。

植物对低温的适应是一个复杂变化的生理生化调节过程,应用任何一种单一的形态或生理指标都很难客观的比较植物抗寒性的强弱,而利用主成分分析和隶属函数等方法对其抗寒性进行综合评价则更科学和全面[13-14]。

因此,本试验以4种果型翅果油树的1年生枝条为材料,测定其在不同低温处理下的生理生化指标和电阻抗参数,以相对电导率为依据,探究电阻抗图谱参数与抗寒性的关系,采用主成分分析法和隶属函数法对各果型翅果油树的抗寒性进行排序,以期为其在园林中合理应用及引种栽培提供理论指导。

1 材料与方法

供试材料为5年生的毛果型、大果型、长果型、小果型翅果油树,定植于秦皇岛市天亚农林科技公司育苗基地,露地栽培。材料采集参考刘杜玲[15]的方法。于2022年2月15日从各果型中随机选取5株生长健壮,长势一致的翅果油树,每株从东南西北4个方向剪取长约20 cm,直径约5～7 mm的发育正常、充分成熟的当年生休眠枝条24根,各果型均120根。

材料处理参考刘兴禄[16]的方法。每根枝条先用自来水和去离子水冲洗干净,之后用吸水纸吸干枝条表面的水分,两端封蜡。每种果型的枝条随机以8根为一份,共5份,试验3次重复。枝条贴上标签放入聚乙烯(PE)自封袋,放入变温冰箱中进行低温处理,处理温度分别设为4、-10、-20、-30、-40 ℃,其中4 ℃为对照处理(CK)。除对照处理外,其他处理均以4 ℃·h-1的速度降温,达到设定温度后保持12 h,再以4 ℃·h-1的速度升温,待温度升至4 ℃后保持12 h,随后测定相关指标。

指标测定:丙二醛(MDA)质量摩尔浓度采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定[17];相对电导率采用李合生[18]的方法测定;超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定[17];过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[17];过氧化氢酶(CAT)活性采用高锰酸钾法测定[17];脯氨酸(Pro)质量分数采用茚三酮显色法测定[17];可溶性糖(SS)质量分数采用蒽酮乙酸乙酯法测定[17];可溶性蛋白(SP)质量分数采用考马斯亮蓝-G250染色法测定[17];电阻抗参数采用金明丽[19]的方法测定。

使用SPSS 26对试验数据进行单因素方差分析和多重比较(Duncan)。

相对电导率曲线与Logistic方程y=k/(1+ae-bt)具有较高的拟合度,通过Logistic方程计算半致死温度(TL,50),TL,50=(lna)/b。

抗寒性综合评价参照张则宇[13]的方法,利用主成分分析和隶属函数分析比较4种果型间抗寒性差异,具体公式如下:

隶属函数值U(Xi)=(Xi-Xi,min)/(Xi,max-Xi,min),i=1、2、3、…、n;

式中:U(Xi)表示各果型第i主成分的隶属函数值;Xi表示各果型第i主成分的综合得分值;Xi,max、Xi,min分别表示第i主成分的最大综合得分值和最小综合得分值;Wi表示第i个主成分在所有主成分中的重要程度即权重;Pi表示经主成分分析所得各果型的第i个主成分的贡献率;D表示低温胁迫下用隶属函数分析所得的抗寒性综合评价值,D值越大,说明该果型抗寒性越强。

2 结果与分析

2.1 低温处理对翅果油树枝条丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率的影响

由表1可知,在低温处理过程中,4种果型翅果油树枝条的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度均呈逐渐升高的趋势。在-40 ℃低温处理下,4种果型翅果油树枝条的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度均达到最大值,且毛果型、大果型、长果型、小果型的丙二醛质量摩尔浓度比各自对照处理温度显著提高了97.89%、105.36%、62.59%、59.72%,4种果型所有低温处理的丙二醛质量摩尔浓度均显著高于对照处理(P<0.05)。在所有低温处理下,大果型和长果型的丙二醛质量摩尔浓度均显著高于小果型(P<0.05)。在对照、-10 ℃处理温度时,毛果型和小果型的丙二醛质量摩尔浓度无显著差异,但在-20、-30、-40 ℃处理温度时,毛果型的丙二醛质量摩尔浓度显著高于小果型(P<0.05)。

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的相对电导率均呈逐渐升高的趋势(表1)。除小果型的相对电导率在-10 ℃时与其对照处理无显著差异外,4种果型翅果油树枝条的相对电导率在所有低温处理下均显著高于其对照处理(P<0.05)。长果型的相对电导率在所有低温处理下均显著高于小果型(P<0.05)。

表1 低温处理的4种果型翅果油树枝条的丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率

为进一步判断翅果油树枝条的半致死温度,利用相对电导率结合Logistic方程对各果型半致死温度进行拟合(表2)。毛果型、大果型、长果型、小果型的决定系数分别为0.958、0.949、0.914、0.849,说明拟合结果较好,可以反映各果型的抗寒性;长果型半致死温度最高,为-24.57 ℃,小果型半致死温度最低,为-35.18 ℃,毛果型、大果型的半致死温度介于两者之间,分别为-34.60、-30.27 ℃;由半致死温度可知,4种果型抗寒性由高到低依次为小果型、毛果型、大果型、长果型。

2.2 低温处理对翅果油树枝条保护酶活性的影响

由表3可知,随着处理温度的降低,毛果型、大果型翅果油树枝条的超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先上升后下降再上升的趋势,长果型、小果型的超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降的趋势。毛果型、大果型、长果型、小果型的超氧化物歧化酶活性均在-20℃处理温度时达到最大值,与各自对照处理温度(CK)相比分别显著提高了178.70%、129.73%、109.66%、181.76%(P<0.05)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的超氧化物歧化酶活性分别是各自对照处理温度的1.90、1.24、0.77、1.26倍。在-20 ℃处理温度时,大果型超氧化物歧化酶活性显著高于其余3种果型(P<0.05)。

表2 低温处理的4种果型翅果油树枝条相对电导率的Logistic方程参数及半致死温度

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的过氧化物酶(POD)活性呈先上升后下降的变化规律,但不同果型过氧化物酶活性的变化幅度不同(表3)。在-20 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的过氧化物酶活性达到最大值,与各自对照处理温度(CK)相比分别显著提高了137.94%、80.22%、164.77%、149.53%(P<0.05)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的过氧化物酶活性分别是各自对照处理温度的0.89、0.57、0.80、0.86倍。小果型在-20、-30、-40 ℃的低温处理下,过氧化物酶活性显著高于其他果型(P<0.05)。

表3 低温处理的4种果型翅果油树枝条保护酶活性

温度/℃过氧化物酶活性/ U·g-1毛果型大果型长果型小果型CK(7.46±0.35)CDb(9.86±0.43)Ca(6.16±0.33)Bb(9.63±0.55)Ca-10(15.69±0.52)Ba(15.02±1.03)Ba(13.92±1.46)Aa(13.54±0.75)Ba-20(17.75±0.47)Ab(17.77±0.63)Ab(16.31±1.15)Ab(24.03±0.19)Aa-30(8.77±0.59)Cbc(10.00±0.29)Cb(7.79±0.35)Bc(13.33±0.35)Ba-40(6.67±0.81)Dab(5.62±0.69)Db(4.92±0.62)Bb(8.25±0.80)Ca

温度/℃过氧化氢酶活性/ U·g-1毛果型大果型长果型小果型CK(1.24±0.01)Da(1.04±0.01)Eb(0.81±0.07)Cc(1.20±0.02)Ca-10(1.75±0.05)Bb(1.52±0.02)Dc(1.59±0.07)Bbc(3.37±0.09)Aa-20(1.54±0.07)Cc(1.97±0.01)Ab(2.04±0.09)Ab(3.24±0.12)Aa-30(2.50±0.02)Ab(1.86±0.02)Bd(2.10±0.09)Ac(3.26±0.09)Aa-40(1.75±0.06)Bb(1.62±0.02)Cbc(1.42±0.10)Bc(2.44±0.08)Ba

随着处理温度的降低,大果型、长果型翅果油树枝条的过氧化氢酶(CAT)活性均呈先上升后下降的趋势,毛果型、小果型的过氧化氢酶活性均呈先上升后下降再上升再下降的趋势(表3)。不同果型过氧化氢酶活性最大值出现的温度不同,其中,在-10 ℃温度处理下,小果型过氧化氢酶活性出现最大值,与其对照处理温度(CK)相比显著提高了180.83%(P<0.05),且与-20、-30 ℃处理温度相比均无显著差异;在-20 ℃处理温度时,大果型过氧化氢酶活性出现最大值,与其对照处理温度相比显著提高了89.42%(P<0.05);在-30 ℃处理温度时,毛果型、长果型的过氧化氢酶活性出现最大值,与各自对照处理温度相比分别显著提高了101.61%、159.26%(P<0.05)。除对照处理温度外,小果型翅果油树枝条的过氧化氢酶活性在各低温处理下均显著高于其他果型(P<0.05)。

2.3 低温处理对翅果油树枝条渗透调节物质质量分数的影响

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的脯氨酸质量分数均呈先上升后下降的趋势(表4)。不同果型脯氨酸质量分数最大值出现的温度不同,长果型在-20 ℃处理温度时出现最大值,与对照处理温度相比显著提高了217.96%(P<0.05);毛果型、大果型、小果型在-30 ℃处理温度时出现最大值,与各自对照处理温度(CK)相比分别显著提高了107.02%、94.57%、70.02%(P<0.05)。在对照处理温度时,大果型脯氨酸质量分数显著高于长果型,而在-10、-20、-40 ℃处理温度时,大果型脯氨酸质量分数均显著低于长果型(P<0.05)。在-30 ℃处理温度时,毛果型和小果型约是大果型和长果型的1.25倍,差异显著(P<0.05)。

随着处理温度的降低,毛果型、长果型翅果油树枝条的可溶性糖质量分数均呈先上升后下降的趋势,大果型、小果型的可溶性糖质量分数呈先上升后下降再上升的趋势(表4)。大果型和长果型在-20 ℃处理温度时达到最大值,毛果型在-30 ℃处理温度时达到最大值,小果型在-40 ℃处理温度时达到最大值。在低温处理过程中,毛果型、大果型、长果型、小果型的可溶性糖质量分数最大值与各自对照处理温度相比分别显著提高了146.37%、70.15%、141.03%、40.60%(P<0.05)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的可溶性糖质量分数分别是各自对照处理温度的2.11、1.00、1.14、1.41倍。在-40 ℃处理温度时,小果型的可溶性糖质量分数约为大果型和长果型的2.01倍,差异显著(P<0.05)。

随着处理温度的降低,小果型翅果油树枝条的可溶性蛋白质量分数呈先上升后下降的趋势,毛果型呈先上升后下降再上升的趋势,大果型呈先下降后上升再下降的趋势,长果型呈先下降后上升再下降再上升的趋势(表4)。不同果型出现最大值时对应的处理温度不同,其中,毛果型在-10 ℃处理温度时,可溶性蛋白质量分数出现最大值;在-20 ℃处理温度时,大果型、长果型、小果型可溶性蛋白质量分数出现最大值,且小果型显著高于毛果型、大果型、长果型(P<0.05)。毛果型、大果型、长果型、小果型的可溶性蛋白质量分数最大值与各自对照处理温度相比显著提高了22.11%、42.44%、49.67%、67.46%(P<0.05)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的可溶性蛋白质量分数分别是各自对照处理温度的1.02、1.00、1.11、1.23倍,大果型显著低于毛果型和小果型(P<0.05)。

表4 低温处理的4种果型翅果油树枝条渗透调节物质质量分数

温度/℃可溶性糖质量分数/mg·g-1毛果型大果型长果型小果型CK(5.37±0.83)Bb(6.03±0.41)BCb(5.46±0.70)Bb(8.72±0.29)Ba-10(7.02±0.95)Bb(6.97±0.21)Bb(6.38±0.63)Bb(10.28±0.71)ABa-20(11.93±0.50)Aab(10.26±0.34)Abc(13.16±0.42)Aa(9.06±0.76)Bc-30(13.23±0.27)Aa(5.91±0.32)Cb(12.20±0.95)Aa(11.76±0.84)Aa-40(11.31±0.34)Aa(6.01±0.17)BCb(6.21±0.46)Bb(12.26±0.07)Aa

温度/℃可溶性蛋白质量分数/mg·g-1毛果型大果型长果型小果型CK(83.98±2.44)Ba(63.69±3.29)Cb(64.45±4.28)Bb(65.22±2.85)Db-10(102.55±2.63)Aa(56.15±1.22)Cc(61.97±6.32)Bbc(74.65±7.60)CDb-20(94.21±5.23)ABb(90.72±0.41)Ab(96.46±0.83)Ab(109.22±1.73)Aa-30(84.10±3.16)Bab(76.82±4.97)Bb(61.36±0.98)Bc(93.93±1.16)Ba-40(85.80±4.09)Ba(63.55±2.79)Cc(71.54±3.89)Bbc(80.22±0.92)Cab

2.4 低温处理对翅果油树枝条电阻抗参数的影响

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的胞外电阻率整体呈降低的趋势,但从对照处理温度(CK)到-20 ℃处理温度时,不同果型的变化趋势不同(表5)。其中,在对照处理温度(CK)到-20℃处理温度时,毛果型、长果型的胞外电阻率呈降低的趋势,大果型的胞外电阻率呈先上升后下降的趋势,小果型呈先下降后上升的趋势;在-20～-40 ℃处理温度时,各果型胞外电阻率迅速下降,下降幅度由高到低依次为长果型(80.77%)、毛果型(67.23%)、小果型(66.53%)、大果型(65.09%);在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的胞外电阻率与各自对照温度相比,显著降低了70.25%、58.86%、83.68%、68.22%(P<0.05)。在低温处理过程中,毛果型和小果型的胞外电阻率始终显著高于长果型(P<0.05)。

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的胞内电阻率整体呈降低的趋势(表5)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的胞内电阻率达到最小值,与各自对照处理温度(CK)相比,显著降低了79.03%、91.29%、71.28%、91.94%(P<0.05)。大果型和长果型在所有低温处理下的胞内电阻率与各自对照处理温度(CK)相比均差异显著(P<0.05)。在对照、-10、-20、-30 ℃处理温度时,长果型胞内电阻率均显著低于小果型(P<0.05);在-40 ℃处理温度时,长果型胞内电阻率均显著高于小果型(P<0.05)。

随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的弛豫时间整体呈逐渐降低的变化趋势(表5)。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的弛豫时间达到最小值,与各自对照处理温度(CK)相比,显著降低了57.93%、97.47%、75.58%、92.39%(P<0.05)。在-10、-20 ℃处理温度时,毛果型、大果型、小果型的弛豫时间之间无显著差异,长果型的弛豫时间显著低于毛果型和大果型(P<0.05)。在-30、-40 ℃处理温度时,毛果型的弛豫时间显著高于其他3种果型(P<0.05)。

随着处理温度的降低,大果型、长果型翅果油树枝条的弛豫时间分布系数均呈先上升后下降的趋势,毛果型、小果型的弛豫时间分布系数均呈先下降后上升再下降再上升的趋势(表5)。在-30 ℃处理温度时,毛果型、小果型的弛豫时间分布系数达到最小值,分别为0.35、0.37;在-40 ℃处理温度时,大果型、长果型的弛豫时间分布系数达到最小值,分别为0.34、0.39。在-40 ℃处理温度时,毛果型、大果型、长果型、小果型的弛豫时间分布系数与各自对照处理温度(CK)相比,降低了6.52%、19.05%、13.33%、19.15%,除毛果型外,其他3种果型在-40 ℃处理温度时,均显著低于各自对照处理温度(P<0.05)。小果型在-10 ℃处理温度时的弛豫时间分布系数显著低于其他果型;毛果型在-40 ℃处理温度时的弛豫时间分布系数显著高于其他果型(P<0.05);4种果型在对照处理温度(CK)、-30 ℃处理温度时均无显著差异。

表5 低温处理的4种果型翅果油树枝条各电阻抗参数

温度/℃弛豫时间/μs毛果型大果型长果型小果型弛豫时间分布系数毛果型大果型长果型小果型CK(8.01±0.57)Ab(10.66±0.42)Aa(5.65±0.37)Ac(9.59±0.69)Aab(0.46±0)Aa (0.42±0.02)Aa(0.45±0.01)ABa(0.47±0.02)Aa-10(8.93±0.39)Aa(8.66±0.66)Ba(5.84±0.11)Ab(7.29±0.59)Bab(0.45±0.02)Aa(0.44±0.01)Aa(0.46±0.02)Aa(0.39±0.01)Bb-20(5.92±0.48)Ba(6.16±0.62)Ca(3.95±0.51)Bb(7.25±0.17)Ba(0.46±0.01)Aa(0.44±0.01)Aab(0.42±0.01)BCb(0.46±0.01)Aa-30(4.03±0.44)Ca(1.96±0.57)Db(2.44±0.30)Cb(1.47±0.20)Cb(0.35±0.06)Ba(0.41±0.02)Aa(0.40±0.01)Ca(0.37±0.02)Ba-40(3.37±0.12)Ca(0.27±0.11)Ed(1.38±0.06)Db(0.73±0.19)Cc(0.43±0.02)ABa(0.34±0.01)Bc(0.39±0.01)Cb(0.38±0.02)Bbc

2.5 电阻抗参数与相对电导率的相关性

为进一步探究电阻抗参数与翅果油树抗寒性的关系,以翅果油树枝条相对电导率为依据,对各个电阻抗图谱参数进行相关性分析(表6)。4种果型翅果油树枝条的相对电导率与胞外电阻率、胞内电阻率、弛豫时间均呈极显著负相关;大果型、小果型的相对电导率与弛豫时间分布系数呈显著负相关;长果型的相对电导率与弛豫时间分布系数呈极显著负相关。对4种果型翅果油树枝条的相对电导率与电阻抗参数的相关性综合分析可知,4个电阻抗参数与翅果油树抗寒性均具有一定的相关性,各电阻抗参数均可作为评价翅果油树抗寒性的指标。

2.6 翅果油树枝条各指标主成分分析及翅果油树抗寒性综合评价

本研究测定的12个抗寒性指标之间均具有较强的相关性,因此对4种果型翅果油树枝条的抗寒性指标进行主成分分析,结果表明,进行主成分分析后共得到12个主成分,前3个主成分的特征值大于1,且累计贡献率达到83.367%(表7),包含了12个抗寒指标的绝大部分信息,因此选取前3个主成分作为4种果型翅果油树抗寒性的重要主成分。

表6 低温处理的4种果型翅果油树枝条相对电导率与电阻抗参数相关性

由表7可知,主成分1的特征值为5.337,方差贡献率为44.471%;相对电导率(-0.971)、胞外电阻率(0.936)、弛豫时间(0.923)、胞内电阻率(0.921)在主成分1上的载荷较高,说明主成分1主要由相对电导率、胞外电阻率、胞内电阻率、弛豫时间决定。主成分2的特征值为3.521,方差贡献率为29.345%;可溶性蛋白(0.787)、过氧化氢酶(0.783)、脯氨酸(0.774)、可溶性糖(0.760)、超氧化物歧化酶(0.725)、过氧化物酶(0.714)在主成分2上的载荷较高,说明主成分2主要由可溶性蛋白、过氧化氢酶、脯氨酸、可溶性糖、超氧化物歧化酶、过氧化物酶决定。主成分3的特征值为1.146,方差贡献率为9.551%;丙二醛(0.488)、弛豫时间分布系数(0.486)在主成分3上的载荷较高,说明主成分3主要由丙二醛、弛豫时间分布系数决定。

由主成分分析得出综合得分值F1、F2、F3(表8)。根据主成分的方差贡献率大小及累计贡献率,计算各主成分的权重(表8),分别为0.533、0.398、0.115。根据隶属函数值及权重计算出每种果型的综合评价值,并根据综合评价值大小对各果型的抗寒性进行排序。其中,小果型的综合评价值最大,为0.931;长果型的综合评价值最小,为0.196;毛果型和大果型介于两者之间,分别为0.688和0.342;由综合评价值可知,4种果型翅果油树的抗寒性由强到弱依次为小果型、毛果型、大果型、长果型。

表7 低温处理的各抗寒性指标的主成分分析结果

表8 低温处理的各果型综合得分值、隶属函数值、综合评价值及抗寒性排序

3 讨论与结论

细胞膜系统是植物受低温伤害的原发部位,植物在低温处理下,其细胞膜膜透性增大,使细胞内的电解质大量外渗,相对电导率增大,因此相对电导率可以代表植物细胞膜受伤害的程度,是检测植物耐寒性较为快速和准确的指标[20]。利用Logistic方程对相对电导率进行拟合,得出植物的低温半致死温度可作为比较其抗寒性强弱的依据,这一方法已在彩叶桂[21](Osmanthusfragrans)、单叶刺槐[22](Robiniapseudoacacia)、北美冬青[23](Ilexverticillata)、花椒[24](Zanthoxylumbungeanum)和苹果[16](Maluspumila)等多种植物中得到广泛应用,且效果良好。本研究中,随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的相对电导率均呈增长的变化趋势。本研究利用Logistic方程对相对电导率进行拟合,得出4种果型的半致死温度分别为-34.60 ℃(毛果型)、-30.27 ℃(大果型)、-24.57 ℃(长果型)、-35.18 ℃(小果型)。因此,4种果型翅果油树的抗寒性由强到弱依次为小果型、毛果型、大果型、长果型。

低温处理会损害植物的膜系统,造成膜脂过氧化,其最终产物丙二醛(MDA)质量摩尔浓度可作为衡量植物抗寒性强弱的重要指标之一[25]。马娟娟等[23]对北美冬青的抗寒性研究表明,随着处理温度的降低,4个冬青品种的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度均呈不断增加的变化规律,且抗寒性好的品种丙二醛(MDA)质量摩尔浓度增加幅度小于抗寒性差的品种。本研究中,4种果型翅果油树枝条的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度随着低温处理的加强均呈逐渐升高的趋势,在低温处理过程中,小果型的丙二醛(MDA)质量摩尔浓度增加幅度低于其他果型,说明该果型抗寒性较好。

植物细胞存在保护酶系统,其作用是能够清除植物体内多余的活性氧(ROS),常见的保护酶有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT),超氧化物歧化酶能还原超氧阴离子产生H2O2和O2,过氧化氢酶和过氧化物酶把H2O2进一步分解成H2O和O2[26]。本研究表明,随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的过氧化物酶活性均呈先上升后下降的趋势,大果型、长果型翅果油树枝条的过氧化氢酶活性均呈先上升后下降的趋势,毛果型、小果型过氧化氢酶活性均呈先上升后下降再上升再下降的趋势,毛果型、大果型翅果油树枝条的超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降再上升的趋势,长果型、小果型的超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降的趋势,这是温度的急剧降低,细胞膜受害程度加重,高浓度的自由基超过伤害阈值,导致膜蛋白分子破坏,从而降低了保护酶活性[16]。毛果型、大果型翅果油树枝条的超氧化物歧化酶活性在低温处理后期略微上升,是因为植物受到低温伤害后再次启动保护酶系统,超氧化物歧化酶活性上升,但植物保护酶系统已经受到一定程度的损伤,因此超氧化物歧化酶活性上升幅度较小。陈新华等[27]对甜樱桃(Cerasuspseudocerasus)的抗寒性研究表明,抗寒性强的品种的保护酶活性高于抗寒性弱的品种。本研究发现小果型的过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性在-20、-30、-40 ℃处理温度时显著高于其他果型。

植物通过渗透调节物质来调节细胞液的浓度、降低细胞冰点,增强其抗寒性。低温处理下的主要渗透调节物质包括可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等物质,在低温处理下植物可通过调节渗透物质的质量分数来缓解低温伤害,因而渗透调节物质的质量分数可以反映植物抗寒性[28]。刘兴禄等[16]研究了苹果砧木的抗寒性,发现在低温处理过程中,可溶性糖质量分数高的砧木抗寒性强。前人对毛白杨[29](Populustomentosa)、花椒[24]、蜡梅[30](Chimonanthuspraecox)等植物抗寒性的研究表明,脯氨酸、可溶性蛋白质量分数的增加可以增强其对低温胁迫的抵抗能力,且与植物的抗寒性呈正相关。本研究表明,随着处理温度的降低,4种果型翅果油树枝条的脯氨酸质量分数均呈先升后降的趋势,毛果型、长果型的可溶性糖质量分数均呈先上升后下降的趋势,大果型、小果型的可溶性糖质量分数呈先上升后下降再上升的趋势,小果型的可溶性蛋白质量分数呈先上升后下降的趋势,毛果型的可溶性蛋白质量分数呈先上升后下降再上升的趋势,大果型的可溶性蛋白质量分数呈先下降后上升再下降的趋势,长果型的可溶性蛋白质量分数呈先下降后上升再下降再上升的趋势,说明渗透调节物质在一定程度低温处理下,可以稳定细胞膜结构、提高渗透作用和保水能力、增强抗逆性。本研究在-20～-30 ℃处理温度时,长果型的脯氨酸质量分数出现下降,而其他果型脯氨酸质量分数出现大幅上升,这说明长果型的渗透调节系统遭到破坏,使其相关物质的合成受阻,长果型的抗寒性较差。

目前,电解质渗透率法是测定植物抗寒性最常用的方法,其拟合所得的半致死温度与植物在自然中表现出的抗寒性基本一致,此方法的缺点是破坏植物材料,且试验周期较长[22]。电阻抗图谱法可以用于测定植物抗寒性,其原理是低温处理会使得植物细胞结构发生部分或整体不可逆变化,从而改变细胞的电学特性,利用不同频率的电流通过植物组织时的电阻变化可以粗略判断植物细胞电学特性的变化,依据这一变化便可估测植物的受损状况及抗寒性强弱[31]。该方法与电解质渗透率法相比具有相对准确、便捷快速的特点,且已经在小麦[32](Triticumaestivum)、苹果[19]、北美豆梨[33](Pyruscalleryana)和单叶刺槐[22]等众多植物的茎、叶上得到了很好的验证。本研究发现,低温处理下相对电导率与胞外电阻率、胞内电阻率、弛豫时间、弛豫时间分布系数均具有一定相关性,这说明各电阻抗参数均可作为评价翅果油树抗寒性的指标。研究表明,植物的胞外电阻率、弛豫时间、弛豫时间分布系数均随着温度的降低而减少[34],但是胞内电阻率的变化趋势却不尽相同。随着温度的降低,单叶刺槐[22]、北美豆梨[33]的胞内电阻率呈上升趋势,而枣[35](Ziziphusjujuba)、苹果[19]的胞内电阻率呈下降趋势。在本研究中,随着温度的降低,翅果油树枝条的电阻抗参数整体均呈下降趋势。

本研究利用主成分分析和隶属函数法对低温胁迫下4种果型翅果油树枝条丙二醛质量摩尔浓度、相对电导率、保护酶活性、渗透调节物质质量分数及电阻抗参数等指标进行综合分析,结果表明,抗寒性从强到弱依次为小果型、毛果型、大果型、长果型翅果油树,其与通过相对电导率拟合Logistic方程计算得到的抗寒性强弱顺序一致,表明试验结果较为准确可靠。毛果型、大果型、长果型、小果型的半致死温度均低于-24 ℃,表明4种果型可以在我国年最低气温不低于-24 ℃的地区进行试栽。本研究表明小果型翅果油树抗寒性最强,且小果型的半致死温度为-35.18 ℃,说明小果型翅果油树在更为寒冷地区会有更好的抗寒表现,但冬季自然条件复杂多样,植物在低温处理下的受损程度受多种因素影响(如处理持续时间、升温、降温速度等),因此在寒冷地区引种栽培还需结合田间试验观察结果。