徐州市引種尼泊爾黃花木低溫適應性分析

摘 要 為了全面評估引種尼泊爾黃花木的低溫適應性，對其葉片進行了4、0、-4、-8、-12、 -16 ℃的低溫處理，詳細測定并分析了9個生理指標的變化情況。采用相關性分析法、隸屬函數法和主成分分析法進行綜合分析評價，結果表明：引種尼泊爾黃花木丙二醛（MDA）含量與大多生理指標呈負相關，而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性和脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）含量之間存在正相關關系，其在-12 ℃以上具有較好的低溫適應能力。

關鍵詞 尼泊爾黃花木；引種；低溫適應性；江蘇省徐州市

中圖分類號：S793.9 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.17.020

尼泊爾黃花木（Piptanthus nepalensis），為豆科黃花木屬灌木，通常株高1.5～3.0 m，在海拔1 600～4 000 m的山坡林緣、河流和草地灌叢中均有分布。在西藏高寒地區，其生長較快，病蟲害較少，抗逆性強，非常適合用于城市綠化和生態修復，引種開發潛力巨大。2023年3月，將尼泊爾黃花木由林芝引種至徐州種植，由于徐州地處南北氣候過渡帶，氣候變化較為復雜，“倒春寒”現象較為頻繁，露地引種的尼泊爾黃花木于2024年2月開始結束休眠期，相對種源地較早抽芽的苗木能否順利度過“倒春寒”頻發期是引種成功不可忽略的問題[1]。研究引種培育尼泊爾黃花木在低溫脅迫下的生理指標的變化，對于評價其低溫適應性具有重要意義。

1" 材料與方法

1.1" 植物材料

尼泊爾黃花木葉片采集自引種地苗圃試驗田內，株體為2023年4月播種苗。低溫處理葉片可以更好地控制試驗條件，避免植株其他部位（如根系、莖干等）的干擾，從而更準確地分析葉片本身的生理響應。

1.2" 試驗儀器及試劑

天平（寧波浪力儀器有限公司），研缽、微量石英比色皿、玻璃試管、錫箔紙、烘箱（力辰科技有限公司），干燥器（力辰科技有限公司），分光光度計（上海精密科學儀器有限公司），離心機（上海盧湘儀離心機儀器有限公司），水浴鍋（群安科學儀器有限公司）。乙醇、丙酮、石英砂、碳酸鈣、三氯乙酸（TCA）、硫代巴比妥酸（TBA）、磺基水楊酸、酸性茚三酮溶液、冰醋酸、甲苯、磷酸緩沖液（PBS）、甲硫氨酸、氮藍四唑（NBT）、核黃素、EDTA-Na2、愈創木酚、過氧化氫溶液、苯酚溶液、濃硫酸、考馬斯亮藍G-250染料、牛血清白蛋白。

1.3" 試驗方法

將從露地采得的尼泊爾黃花木葉片裝入保鮮箱，運至實驗室后采用低溫程序控制箱模擬葉片在自然環境中可能經歷的低溫狀態。溫度分別設置為4、0、-4、 -8、 -12、-16 ℃，并將4 ℃處理的葉片作為對照。在試驗過程中，低溫程序控制箱以每10 min下降1 ℃的速度逐漸降低溫度，達到設定溫度后維持12 h；取出樣品置于常溫下12 h后測定葉綠素含量、相對含水量（RWC）、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、過氧化氫酶（CAT）活性、可溶性糖（SS）含量、可溶性蛋白（SP）含量。

采用乙醇提取法測定葉綠素含量， 烘干法測定葉片RWC，硫代巴比妥酸（TBA）法測定MDA含量[2]，酸性茚三酮比色法測定Pro含量[3]，氮藍四唑（NBT）光還原法測定SOD活性[4]，愈創木酚法測定POD活性[5]，紫外線吸收法測定CAT活性，苯酚-硫酸法測定SS含量，考馬斯亮藍G-250染色法測定SP含量[6]。

1.4" 隸屬函數法評價

在對指標進行相關性分析后，對各項指標的測定值采用模糊數學隸屬度公式進行定量轉換，隸屬函數值計算公式為：

U（Xij） = （Xij- Xjmin） / （Xjmax - Xjmin） （1）

U（Xij） = 1 - （Xij- Xjmin） / （Xjmax - Xjmin） （2）

式中：U（Xij） 表示第i個低溫處理下第j個指標的隸屬度，Xij 表示第i個低溫處理下第j個指標的測定值，Xjmax 和 Xjmin 分別表示所有處理中第j個指標的最大值和最小值。對于正相關指標，選用公式（1）；對于負相關指標，選用公式（2）。

根據公式計算尼泊爾黃花木葉片在不同低溫脅迫下每個生理指標的隸屬值。為了全面評估其低溫適應性，將同一低溫處理下的所有耐寒指標隸屬值進行累加，并取其平均值作為綜合評價值。平均隸屬值越大，表明尼泊爾黃花木在該低溫條件下的適應性和抗寒能力越強。

1.5" 數據處理與分析

采用Excel 2019軟件對數據進行初步統計整理，使用SPSS 27.0軟件進行數據分析。

2" 結果與分析

2.1" 低溫處理對引種尼泊爾黃花木生理指標的影響

相關研究發現，葉綠素分解較慢的植物通常具有更強的抗寒性[7]。由表1可知，在4～（-12） ℃的范圍內，尼泊爾黃花木的葉綠素含量先下降后小幅回升，但仍低于4 ℃時的水平，表明在低溫環境下其光合作用可能受到了一定抑制。植物體內自由水和束縛水的比例會隨著環境條件的變化而變化，株體可以通過降低自由水含量、提高束縛水含量以提高抗性[8]。低溫脅迫下，尼泊爾黃花木葉片RWC在初期上升后整體變化趨于平穩，表明其能夠通過調節自身水分平衡來適應低溫環境。通常MDA含量較低表示植物細胞膜系統相對穩定，對低溫脅迫的適應性較強；而MDA含量較高則可能意味著植物細胞膜系統已遭受嚴重損傷，對低溫脅迫的適應性較弱[9]。尼泊爾黃花木葉片MDA含量在初期大幅上升后隨著溫度降低逐漸下降，表明植株在低溫環境下可能通過降低MDA含量來保護細胞膜免受低溫凍害。

Pro、SS、SP作為重要的滲透調節物質，可以降低植物細胞內物質的凝固點，從而減少細胞內結冰的可能性，保護細胞免受低溫損傷[10]。低溫脅迫下，Pro、SS、SP含量均在初期呈現上升趨勢，在-16 ℃時降至4 ℃或更低水平，表明尼泊爾黃花木在極端低溫下代謝活動受到嚴重抑制。

當植物遭受低溫脅迫時，體內會產生大量的活性氧自由基，這些自由基會對細胞膜系統造成損傷，從而影響植物的正常生理功能，而SOD、POD、CAT作為重要的抗氧化酶，能夠清除這些自由基，保護細胞膜系統的完整性，從而提高植物的抗寒性[11]。SOD活性和POD活性均呈現先上升后下降的趨勢，在（-4）～（-12） ℃時，兩種酶活性均快速上升以維持細胞內的氧化還原平衡，但在（-12）～（-16） ℃時，酶活性急劇下降，表明該溫度是尼泊爾黃花木能夠維持正常生理功能的極限；CAT活性的變化則呈“雙峰”形態，表明在抵御低溫環境時酶活性被2次誘導，但第2次酶活性增幅顯著降低。

2.2" 相關性分析

由表2可知，對低溫處理后測定的尼泊爾黃花木9個生理指標進行相關性分析，MDA與Pro、SOD、POD、SS均呈負相關，表明在葉片受到低溫脅迫時MDA與這些指標響應不協同，因此，MDA含量越高，尼泊爾黃花木抗寒性越弱，這與魏鑫等在研究低溫脅迫下不同類型藍莓品種的抗寒性時得出的結論一致[12]。SOD與Pro顯著正相關，POD與Pro、SOD顯著正相關，SS與SOD、POD顯著正相關，表明這些指標在尼泊爾黃花木受到低溫脅迫時起到正向協同作用，含量或活性越高，抗寒性越強。

2.3" 隸屬函數評價尼泊爾黃花木的低溫適應性

采用模糊數學中的隸屬函數法對測定的9個生理指標求平均隸屬值，由表3可知，4～（-12） ℃間，隨著溫度逐漸降低，尼泊爾黃花木指標平均隸屬值整體呈現上升趨勢，在此階段各保護酶活性和滲透調節物質含量逐漸增加，其中4～0 ℃時變化較大，表明引種尼泊爾黃花木對冰點低溫較為敏感，能快速通過多指標協同抵御低溫脅迫。當溫度降低到-12 ℃時，尼泊爾黃花木9個生理指標平均隸屬值達到最大值，此時Pro含量、SS含量、SOD活性、POD活性也達到最大值，葉片在滲透調節物質和保護酶的互相協同作用下抗寒能力達到峰值。

2.4" 主成分分析

由表4可知，各變量的公因子方差皆處于較高水平，均大于0.7，表明提取的公因子具有較高的信度，對原始變量的解釋程度較高，說明本研究的因子分析過程有效。

由表5可知，前3個成分的特征值均大于1，累積方差貢獻率達到88.166%，表明提取的3個主要成分基本上覆蓋了9個原始變量的所有信息，滿足特征值大于1的標準，因此，可選取前3個成分來構建尼泊爾黃花木低溫處理各項指標情況，將其命名為F1、F2、F3。

由表6可知，3個成分在9個原始變量上的載荷呈現出明顯的差異。通常來講，如果因子載荷的絕對值大于0.5，則可以將其分類為這種因子。由分析結果可見，X3（MDA）、X4（Pro）、X5（SOD）、X6（POD）、X8（SS）在第1成分上有很大的載荷量；X1（葉綠素）、X2（RWC）、X9（SP）在第2成分上有很大的載荷量；X7（CAT）在第3成分上有很大的載荷量。

表6" 成分矩陣及成分得分系數矩陣

[成分矩陣 成分矩陣 成分得分系數矩陣 1 2 3 1 2 3 X1 -0.779 -0.002 -0.232 -0.341 X2 0.690 0.038 0.462 -0.150 X3 -0.809 -0.155 0.177 -0.139 X4 0.897 0.277 0.136 -0.220 X5 0.939 0.259 0.112 -0.131 X6 0.918 0.238 -0.065 -0.056 X7 -0.770 -0.113 -0.106 0.599 X8 0.944 0.156 -0.082 0.223 X9 0.847 -0.037 0.429 0.034 ]

根據成分得分系數矩陣，設3個主成分為Fi，9個因素為Xj，因子載荷為Mij，主成分的表達式為：

[Fi=1j（MijXj）]，i=1，2，3；j=1，2，3，…，9 （3）

由公式（3）得到各因子的表達式：

F1=-0.002 X1+0.038 X2-0.155 X3+0.277 X4+0.259 X5+0.238 X6-0.113 X7+0.156 X8-0.037 X9 （4）

F2=-0.232 X1+0.462 X2+0.177 X3+0.136 X4+0.112 X5-0.065 X6-0.106 X7-0.082 X8+0.429 X9 （5）

F3=-0.341 X1-0.15 X2-0.139 X3-0.220 X4-0.131 X5-0.056 X6+0.599 X7+0.223 X8+0.034 X9 （6）

根據解釋的總方差表，計算出F1、F2、F3的權重分別為0.559、0.272、0.168，由主成分權重可得出綜合指數P的計算表達式為：

P=0.559 F1+0.272 F2+0.168 F3 （7）

低溫處理綜合指標P得分越高，表示尼泊爾黃花木在低溫脅迫下的整體表現越活躍，同時其抗寒性越強。由表7可知，-12 ℃時引種尼泊爾黃花木P值最大，其次為-8 ℃，表明引種尼泊爾黃花木在-12 ℃時抗寒性最強，與前述隸屬函數分析結果相符。

3" 結論

在低溫脅迫下，引種尼泊爾黃花木的9個生理指標均發生了顯著變化。通過相關性分析發現，MDA含量與大多生理指標存在負相關關系，進一步證實了其在抗寒性評估中的重要參考價值。SOD、POD活性和Pro、SS含量之間的正相關關系則揭示了這些生理指標在協同增強植物抗寒能力方面的重要作用。綜合多個生理指標的變化，采用隸屬函數法和主成分分析法對尼泊爾黃花木的抗寒性進行了綜合評價，結果表明，在-12 ℃時，尼泊爾黃花木的抗寒能力達到最佳狀態。引種地極端低溫-12 ℃，“倒春寒”持續期間最低溫度-8 ℃，尼泊爾黃花木幼苗在6個低溫處理梯度下表現出較快的響應能力和較好的抗寒能力，表明其可適應引種地極端低溫和“倒春寒”溫度的變化。

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（責任編輯：易" 婧）

作者簡介：王甲喜（1994—），碩士，主要從事森林培育研究。E-mail：851503505@qq.com。

*為通信作者，E-mail：1837426844@qq.com。