早实核桃不同品种抗寒性综合评价

园艺学报，2015，42 (3)：545–553.

Acta Horticulturae Sinica doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2014-0917；http：//www. ahs. ac. cn 545 早实核桃不同品种抗寒性综合评价

刘杜玲，张博勇，孙红梅，彭少兵*，朱海兰

（西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100）

摘 要：以9个早实核桃品种新梢为试材，采用人工模拟低温环境的方法对其进行低温胁迫，测定

各品种叶片的相对电导率、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）

和过氧化氢酶（CAT）活性，以核桃叶片各项指标的抗寒系数作为衡量抗寒性的指标，利用主成分分析、

隶属函数和聚类分析对早实核桃品种的抗寒性进行综合评价。其强弱排序为：辽宁4号 > 强特勒 > 扎

343 > 香玲 > 西林2号 > 西扶2号 > 西林3号 > 辽宁3号 > 鲁光。辽宁4号和强特勒抗寒性最强；

扎343、香玲和西林2号抗寒性中等；西扶2号、西林3号、辽宁3号和鲁光抗寒性最弱。综合评价结果

与低温胁迫后新梢形态特征观察结果基本一致。

关键词：早实核桃；抗寒性；生理生化指标；综合评价

中图分类号：S 664.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2015）03-0545-09

Comprehensive Evaluation on Cold Resistance of Early Fruiting Walnut Cultivars

LIU Du-ling，ZHANG Bo-yong，SUN Hong-mei，PENG Shao-bing*，and ZHU Hai-lan

（College of Forest，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Abstract：Nine early fruiting walnut cultivars were used as the test materials to determinate the effect of low temperature stress to the young sprout using the indexes such as relative conductivity，soluble protein，soluble sugar，proline，superoxide dismutase（SOD）activity，peroxidase（POD）activity and catalase（CAT）activity in artificial simulation low temperature environment. Taking cold resistant coefficient of each physiological index of walnut leaves as index to measure cold resistance capacity，and cold resistance of early fruiting walnut cultivars were comprehensively evaluated by using principal components analysis，membership function and cluster analysis based on cold resistant coefficient of these indexes. The sequence of cold resistance of nine early fruiting walnut cultivars was：Liaoning 4 > Chandler > Zha 343 > Xiangling > Xilin 2 > Xifu 2 > Xilin 3 > Liaoning 3 > Luguang. Liaoning 4 and Chandler belong to high cold resistance group；The medium cold resistance group covers Zha 343，Xiangling and Xilin 2，the others four cultivars，Xifu 2，Xilin 3，Liaoning 3 and Luguang belong to low cold resistance group. The comprehensive evaluation results is similar to results observed in morphological characteristics of shoots.

Key words：early fruiting walnut；cold resistance；physiological and biochemical indexes；comprehensive evaluation

收稿日期：2014–11–20；修回日期：2015–03–02

基金项目：陕西省农业攻关项目（2010K01-26）；西北农林科技大学基本科研业务费专项（QN2013080）

* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：pshaobing@http://wendang.chazidian.com）

Liu Du-ling，Zhang Bo-yong，Sun Hong-mei，Peng Shao-bing，Zhu Hai-lan.

Comprehensive evaluation on cold resistance of early fruiting walnut cultivars.

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早实核桃结实早，品质好，见效快而被广泛栽植。但在中国北方核桃产区由于普遍存在倒春寒和晚霜危害，使其新梢、雌花和幼果时常受冻，造成产量大幅度降低甚至绝收（王勇 等，2007；赵宝军 等，2007；田景花 等，2013）。因此，研究核桃的抗寒性，选育抗寒品种，己成为核桃生产上亟待解决的关键问题。

植物在低温胁迫下，膜脂相变及膜脂过氧化产物丙二醛含量升高（陈少裕，1991；周书娟 等，2011），细胞膜透性增大（谢晓金和郝日明，2009；田景花 等，2013），渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸）积累（杨凤翔 等，2010），保护酶活性（王树刚 等，2011；相昆 等，2011）升高等。在植物抗寒性研究和评价中这些指标被用作指示植物抗寒性的指标（吕跃东 等，2008；陈新华 等，2009；杨凤翔 等，2010；相昆 等，2011）。目前国内外对果树抗寒性研究集中于苹果（金明丽 等，2011）、樱桃（陈新华 等，2009）、葡萄（张俊环和黄卫东，2007）、杏（周书娟 等，2011)、草莓（罗娅 等，2007）等，而有关春季核桃新梢抗寒性研究较少（田景花 等，2012）。本研究中以生产上推广的9个早实核桃品种的春季新梢为试材，采用人工模拟低温环境的方法，观测低温胁迫后各品种新梢的形态特征及与抗寒性有关的生理生化指标，利用隶属函数、主成分分析和聚类分析对其抗寒性进行综合评价，筛选出抗寒性强的品种，为核桃抗寒育种、引种及栽培区划分提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及其低温处理

于2012年4月8日（晚霜危害期），在陕西兴平核桃良种示范园选择树龄（10年生）和生长势基本一致的9个品种（鲁光、辽宁4号、强特勒、西林2号、扎343、香玲、辽宁3号、西扶2号、西林3号）各5个单株，在树冠同方向同部位采取粗度（0.23 ~ 0.25 cm）、长度（16 ~ 17 cm）基本一致的新梢，各装袋密封，速带回实验室。

将材料放在智能低温人工气候箱（RXZ-0288型）中进行低温处理。处理温度为–2 ~ 0 ℃（略高于新梢半致死温度），以室温（10 ~ 15 ℃）为对照。试验重复3次，每重复30个新梢。低温人工气候箱为10 ℃时将材料放入缓慢降温，降温速度4 ℃ · h-1，降至目标温度后维持8 h，然后以同样的速度升温至10 ℃。材料取出后于室温瓶插水培恢复2 d后进行观察与测定。

1.2 指标测定与数据分析

低温处理后，取各品种新梢复叶上相同节位的叶片（顶部以下第3片叶），液氮速冻后于–70 ℃超低温冰箱保存。相对电导率采用电导法测定，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法（高俊凤，2000）测定，SOD酶活性测定采用薛国希等（2004）的方法，POD酶活性测定采用Rao等（1996）的方法，CAT酶活性测定采用Aebi（1984）的方法，每个指标平行测定3次。

抗寒系数（%）= 低温胁迫后指标测定值/对照指标测定值 × 100。

各综合指标的隶属函数值（谢志坚，1983；白志英 等，2008）u(Xj)?(Xj?Xmin)/(Xmax?Xmin)，式中，Xj表示第j个综合指标；Xmin表示第j个综合指标的最小值；Xmax表示第j个综合指标的最大值。

各综合指标权重计算公式（谢志坚，1983）： 。式中，j = 1，2，…，n，wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的权重，pj为各品种第j个综合指标的贡献率。

刘杜玲，张博勇，孙红梅，彭少兵，朱海兰.

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早实核桃品种综合抗寒能力计算公式（王树刚 等，2011）， （j = 1，2…，n），式中，D值为各品种在低温胁迫下用综合指标计算所得的抗寒性综合评价值。

利用Microsoft Excel 2003 进行数据处理，利用SPSS l6.0软件进行相关分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对早实核桃不同品种新梢形态特征的影响

–2 ~ 0 ℃低温胁迫8 h后，除辽宁4号外，其它8个品种新梢叶片出现卷曲、失水萎焉、由绿色变为褐色，部分品种叶片、幼茎均受冻失水变褐。辽宁4号受冻程度最轻，只有下部叶片发生卷曲和萎蔫，其次为强特勒，下部复叶顶端的小叶失水萎焉并变为浅褐色；鲁光受冻程度最重，整个枝梢萎焉变为黑褐色，其次为辽宁3号，叶片和嫩枝均受冻，且颜色较深；其余品种冻害程度居中（图1）。说明早实核桃不同品种在低温胁迫下均受到一定程度的伤害，各品种对低温的抵抗能力存在差异。

图1 低温胁迫后早实核桃品种的形态特征

A：辽宁4号；B：香玲；C：西林3号；D：鲁光；E：辽宁3号；F：西扶2号；G：西林2号；H：扎343；I：强特勒。

Fig. 1 Morphological characteristics of early fruiting walnut cultivars after low temperature stress

A：Liaoning 4；B：Xiangling；C：Xilin 3；D：Luguang；E：Liaoning 3；F：Xifu 2；

G：Xilin 2 ；H：Zha 343；I：Chandler.

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2.2 低温胁迫对早实核桃品种生理生化指标的影响及抗寒系数分析

不同早实核桃品种新梢经低温胁迫后与对照相比，叶片相对电导率、可溶性蛋白、脯氨酸、POD活性和CAT活性均有所提高，可溶性糖含量和SOD活性有所提高或下降（表1）。

表1 低温胁迫对早实核桃品种叶片生理生化指标的影响

Table 1 Effect of low temperature stress on physiological and biochemical indexes of leaves of early fruiting walnut cultivars 品种 Cultivar 辽宁4号 Liaoning 4 香玲

Xiangling 西林3号 Xilin 3 鲁光 Luguang 辽宁3号 Liaoning 3 西扶2号 Xifu 2 西林2号 Xilin 2 扎343 Zha 343 强特勒 Chandler

相对电导率/% 可溶性蛋白/ Relative （mg · g-1FW）conductivity Soluble protein

对照Control 16.41 5.869 处理Treatment 28.46 10.837 对照Control 16.03 5.201 处理Treatment 28.28 10.232 对照Control 12.51 5.444 处理Treatment 33.44 8.294 对照Control 13.77 4.403 处理Treatment 20.38 7.712 对照Control 15.04 4.107 处理Treatment 30.58 7.033 对照Control 15.50 2.903 处理Treatment 28.23 7.822 对照Control 15.10 2.428 处理Treatment 24.48 6.741 对照Control 12.38 2.771 处理Treatment 27.96 8.931 对照Control 15.18 1.894 处理Treatment 24.17 5.545 处理

Treatment

可溶性糖/%Soluble sugar 0.526 0.777 0.692 0.614 0.850 0.899 0.566 0.560 0.536 0.558 0.555 0.938 0.545 0.917 0.867 0.858 0.669 0.807

脯氨酸/

SOD/ POD/ CAT/

（µg · g-1 FW）-1-1-1

（U · gFW）（µmol · g· min） （µmol · g-1 · min-1）

Proline

29.736 82.344 0.011 0.012 95.738 83.922 0.017 0.071 21.036 76.660 0.013 0.022 80.677 90.919 0.016 0.060 46.402 85.288 0.012 0.033 66.845 76.676 0.016 0.069 38.186 75.746 0.022 0.057 56.834 76.095 0.033 0.090 29.904 74.292 0.009 0.047 101.351 55.696 0.025 0.061 31.816 67.849 0.011 0.054 36.221 75.512 0.016 0.078 25.460 72.412 0.010 0.021 50.215 74.459 0.028 0.042 19.455 75.171 0.018 0.044 92.979 74.147 0.020 0.057 18.351 80.677 0.024 0.026 66.104 69.937 0.028 0.045

由各单项指标的抗寒系数（表2）可看出，经低温胁迫后，相对电导率抗寒系数最大的是‘西林3号’，为对照的267.3%，说明对低温的抵抗能力最弱，‘鲁光’最小，为对照的148.0%，对低温的抵抗能力最强；可溶性蛋白抗寒系数最大的是‘扎343’，为对照的322.3%，最小的是‘西林3号’，为对照的152.3%，说明‘扎343’的抗寒能力最强，‘西林3号’最弱；可溶性糖抗寒系数最大的是‘西扶2号’（169.2%），最小的是‘香玲’（88.7%），除‘香玲’、‘鲁光’和‘扎343’外，其余品种可溶性糖抗寒系数均103%以上，说明其均具有一定的抗寒能力；脯氨酸抗寒系数最大的是‘扎343’（477.9%），最小的是‘西扶2号’（113.8%），早实核桃不同品种脯氨酸含量提高幅度差异较大，说明不同品种通过增加体内脯氨酸含量来提高其抗寒适应性的能力存在较大差异。SOD活性抗寒系数最大的是‘香玲’（118.6%），最小的是‘辽宁3号’（75.0%），除‘西林3号’、‘辽宁3号’、‘扎343’和‘强特勒’外，其余品种SOD活性抗寒系数均在100%

表2 早实核桃品种各单项指标的抗寒系数

Table 2 Cold resistant coefficient of each single index of early fruiting walnut cultivars % 品种 相对电导率

Cultivar Relative conductivity 辽宁4号Liaoning 4 173.4 香玲Xiangling 176.4 西林3号Xilin 3 267.3 鲁光Luguang 148.0 辽宁3号Liaoning 3 203.3 西扶2号Xifu 2 182.1 西林2号Xilin 2 162.1 扎343 Zha 343 225.8

强特勒Chandler 159.2

可溶性蛋白 Soluble protein 184.7 196.7 152.3

175.2 171.3

269.4 277.6 322.3

292.7

可溶性糖 脯氨酸

SOD POD CAT

Soluble sugarProline 147.7 322.0 101.9 154.4 591.7 88.7 383.5 118.6 123.1 272.7 105.7 144.1 89.9 133.3 209.1 99.1 148.8 100.5 150.0 157.9 103.9 338.9 75.0 277.8 129.8 169.2 113.8 111.3 145.5 144.4 168.2 197.2 102.8 280.0 200.0 99.0 477.9 98.6 111.1 129.5 120.6 360.2 86.7 116.7 173.1

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以上；POD活性抗寒系数最大的是‘西林2号’（280.0%），CAT活性抗寒系数最大的是‘辽宁4号’（591.7%），二者抗寒系数最小的均为‘扎343’，分别为111.1%和129.5%（表2）。低温胁迫下，早实核桃不同品种SOD活性、POD活性、CAT活性抗寒系数出现不同程度的提高或降低，说明不同早实核桃品种对低温的抵抗能力存在差异。 2.3 早实核桃不同品种各单项指标主成分分析

对9个早实核桃品种叶片相对电导率、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、SOD活性、POD活性和CAT活性7个单项指标的抗寒系数进行主成分分析，将7个单项指标转化成7个相互独立的综合的贡献率分别为28.263%、21.929%、18.899%、15.263%和9.122%指标，前5个综合指标（CI1 ~ CI5）（表3），累积贡献率达93.476%。理论上，> 85%的累积贡献率即认为具有较强的信息代表性，这5个相互独立的综合指标基本上包括了7个生理指标所代表的全部信息，因此可用这5个综合指标对早实核桃品种的抗寒性进行分析。

表3 各综合指标的系数及贡献率

Table 3 Coefficient of omprehensive indexes and their contribution rate

综合指标 相对电导率 Comprehensive Relative index conductivity

可溶性蛋白

Soluble protein

可溶性糖Soluble sugar

脯氨酸Proline

贡献率/%

SOD POD CAT Contribution

rate 0.5290.5940.128–0.416–0.202

0.338–0.7720.0390.395–0.013

0.541 28.263 0.380 21.929 –0.587 18.899 0.124 15.263 0.428 9.122

累积贡献率/% Cumulative contribution rate28.263 50.192 69.091 84.354 93.476

CI1 0.725 –0.117 0.821 –0.281CI2 0.141 0.258 –0.213 0.557CI3 0.088 0.915 0.341 0.003CI4 0.375 0.095 –0.035 0.757CI5 –0.495 0.223 0.341 0.058

2.4 早实核桃不同品种抗寒性综合评价 2.4.1 隶属函数分析

计算早实核桃各品种所有综合指标的隶属函数值（表4），对于同一综合指标（如CI1）而言，

表4 各品种的综合指标值、权重、u（Xj）、D值及综合评价

Table 4 The value of each cultivar’s comprehensive index，index weight，u（Xj），value D，and comprehensive valuation 品种

CI1 CI2 CI3 CI4 CI5

Cultivar 辽宁4号 2.996 3.322 3.187 2.798 4.195Liaoning 4 香玲 0.677 3.013 0.539 2.727 2.763Xiangling 西林3号 0.390 0.894 2.476 0.600 2.794Xilin 3 鲁光 1.025 0.888 1.071 1.083 2.007Luguang 辽宁3号 0.224 0.708 1.193 2.827 2.309Liaoning 3 西扶2号 1.302 0.806 2.232 0.666 2.525Xifu 2 西林2号 1.902 0.430 2.046 2.019 2.723Xilin 2 扎343 –0.964 3.202 2.521 3.215 2.785Zha 343 强特勒 2.563 2.994 2.395 3.868 2.601Chandler 权重 Index weight

u（X1）u（X2）u（X3）u（X4）u（X5）D

综合评价 Valuation

1.000 1 1 0.673 1 0.947 强抗寒

High cold resistance

0.414 0.893 0 0.651 0.346 0.475 中抗寒

Medium cold resistance

0.342 0.161 0.732 0 0.360 0.324 中抗寒

Medium cold resistance

0.502 0.158 0.201 0.148 0 0.254 弱抗寒

Low cold resistance

0.300 0.096 0.247 0.681 0.138 0.288 弱抗寒

Low cold resistance

0.572 0.130 0.639 0.020 0.237 0.359 弱抗寒

Low cold resistance

0.724 0 0.569 0.434 0.327 0.437 弱抗寒

Low cold resistance

0.000 0.958 0.748 0.800 0.356 0.541 中抗寒

Medium cold resistance

0.891 0.887 0.701 1 0.272 0.809 强抗寒

High cold resistance

0.302 0.235 0.202 0.163 0.098