王鵬飛，趙健霄，李 濤，于春亮，李云峰，賈艷利，張玉星，張海霞，權(quán) 暢，許建鋒，馬 輝

（1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，保定071000）（2 河北省梨工程技術(shù)研究中心）（3 威縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）（4 魏縣林果開發(fā)服務(wù)中心）（5 河北省氣象科學(xué)研究所）

梨是我國三大水果之一，在促進(jìn)農(nóng)民增收、推動(dòng)鄉(xiāng)村振興方面占據(jù)重要地位。但是近幾年全球氣候變暖，梨花期呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，易遭遇早春低溫凍害。根據(jù)2020—2021 年河北省水果產(chǎn)業(yè)形勢(shì)分析與預(yù)測(cè)，由于花期凍害全省梨果受災(zāi)嚴(yán)重，減產(chǎn)30%～50%[1]。因此，探索如何提高梨花器官抵御低溫凍害的能力具有重要生產(chǎn)意義。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一種新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，是合成葉綠素、血紅素、卟啉和維生素B12等四吡咯化合物的前體物質(zhì)，近年來，ALA 在植物研究領(lǐng)域不斷深入，ALA 可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，同時(shí)在提高植物抗逆能力方面作用突出[2]。前人研究發(fā)現(xiàn)，ALA 在植物鹽脅迫、干旱脅迫、低溫脅迫、金屬脅迫等逆境下，能夠降低植物受到的損害。如王鵬等[3]發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下ALA 處理提高了玉米的抗氧化酶活性，并抑制MDA、H2O2含量增加，進(jìn)而提高玉米幼苗的抗旱性；王燚[4]研究了低溫脅迫下ALA 處理對(duì)玉米幼苗的影響，結(jié)果表明經(jīng)過ALA處理可以提高幼苗的發(fā)芽率和SOD、POD、CAT 活性，降低MDA 含量，同時(shí)增強(qiáng)幼苗葉片的光合作用；張治平等[5]認(rèn)為，ALA 能夠顯著提高低溫脅迫下油菜抗氧化酶活性；張建婷等[6]研究了ALA 對(duì)低溫脅迫下桃幼葉的影響，發(fā)現(xiàn)ALA 可以提高抗氧化酶活性，積累更多滲透調(diào)節(jié)溶質(zhì)，同時(shí)可誘導(dǎo)PSⅡ反應(yīng)中心部分基因上調(diào)表達(dá)，促進(jìn)葉片光合作用；田永強(qiáng)等[7]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過ALA 處理能夠明顯緩解低溫脅迫對(duì)甜櫻桃花器官的傷害。

目前，關(guān)于ALA 緩解梨花器官低溫傷害的研究鮮有報(bào)道。本文以新梨7 號(hào)、玉露香花器官為試材，對(duì)其噴施不同濃度ALA 后，進(jìn)行低溫處理，測(cè)定其相關(guān)生理指標(biāo)，分析ALA 對(duì)梨花器官低溫脅迫下生理特性的影響，由于低溫傷害是一種常見的逆境脅迫，通過單一生理指標(biāo)變化評(píng)估ALA 緩解梨花器官低溫傷害存在局限性和片面性，故需綜合多種指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本研究利用主成分分析法對(duì)不同濃度ALA 緩解梨花器官低溫傷害的能力進(jìn)行了強(qiáng)弱劃分，并結(jié)合綜合得分篩選出最適宜的濃度，以期為合理利用ALA 抵御梨花器官低溫傷害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)科試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行，選取長(zhǎng)勢(shì)相近的8 年生新梨7 號(hào)、玉露香作為試驗(yàn)材料，于花蕾期在樹冠中部的東、西、南、北4 個(gè)方位采集1 年生花枝，混合后帶回實(shí)驗(yàn)室，于人工氣候室內(nèi)水培至盛花期，對(duì)其分別噴施濃度為25、50、75、100 mg/L 的外源5-氨基乙酰丙酸（ALA），以噴清水作對(duì)照，每處理設(shè)3 次重復(fù)，且不少于50個(gè)花序。噴施24 h 后，置于-2 ℃低溫冰箱中低溫處理3 h，再在室溫（25 ℃）下恢復(fù)3 h，立即摘取花器官進(jìn)行液氮速凍，并保存至-80 ℃超低溫冰箱中，用于生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

相對(duì)電導(dǎo)率用電導(dǎo)儀測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測(cè)定，脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定[6]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[8]測(cè)定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，過氧化氫酶（CAT）活性采用過氧化氫法測(cè)定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[9]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Microsoft Excel 軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理，用SPSS 25 軟件對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 ALA 處理對(duì)花器官形態(tài)的影響

據(jù)觀察，噴施不同濃度ALA 經(jīng)低溫處理后，梨花器官形態(tài)出現(xiàn)變化，噴施清水（對(duì)照）的新梨7號(hào)柱頭和雌蕊出現(xiàn)變褐情況，花瓣萎蔫變褐甚至脫落；25 mg/L ALA 處理的新梨7 號(hào)花瓣萎蔫變褐；50、75、100 mg/L ALA 處理的新梨7 號(hào)花瓣輕微變褐，柱頭、雌蕊無任何受凍表現(xiàn)。噴施清水（對(duì)照）和25、75 mg/L ALA 處理的玉露香花瓣萎蔫變褐、脫落，柱頭、雌蕊部分變褐；50、100 mg/L ALA 處理的玉露香花器官無任何受凍表現(xiàn)（圖版2）。

2.2 ALA 處理對(duì)花器官相對(duì)電導(dǎo)率和滲透溶質(zhì)的影響

如圖1 所示，新梨7 號(hào)花器官噴施不同濃度ALA 經(jīng)低溫處理后，4 個(gè)處理的花器官相對(duì)電導(dǎo)率均低于對(duì)照，分別較對(duì)照降低4.80%、7.27%、10.00%、38.00%；相同處理下，玉露香花器官相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，25、50 mg/L ALA處理的相對(duì)電導(dǎo)率分別比對(duì)照高51.64%、9.27%，75 mg/L ALA 處理較對(duì)照下降23.00%，差異均達(dá)顯著水平，而100 mg/L ALA 處理的相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照差異不顯著。新梨7 號(hào)花器官的可溶性糖含量隨ALA 濃度增加呈上升趨勢(shì)，玉露香呈波浪式變化，ALA 濃度為50、100 mg/L 時(shí)2 個(gè)品種的可溶性糖含量均顯著高于對(duì)照，分別較對(duì)照上升59.99%、81.35%和38.00%、41.17%。新梨7 號(hào)花器官的可溶性蛋白含量隨ALA 濃度增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中ALA 濃度為75 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照提高35.32%，差異達(dá)顯著水平；而玉露香花器官，除50 mg/L ALA 處理略高于對(duì)照外，其余處理均低于對(duì)照，分別下降16.50%、28.54%、14.32%。4 個(gè)ALA 處理的新梨7 號(hào)花器官脯氨酸含量分別較對(duì)照提高5.57%、2.94%、11.28%、57.91%，其中100 mg/L ALA 處理與對(duì)照差異顯著；玉露香花器官脯氨酸含量整體呈上升趨勢(shì)，25、50 mg/L ALA 處理的脯氨酸含量均顯著低于對(duì)照，75、100 mg/L ALA處理均顯著高于對(duì)照，分別提高56.89%、56.11%。

圖1 ALA 處理的新梨7 號(hào)、玉露香在-2 ℃低溫3 h 的相對(duì)電導(dǎo)率和可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量

2.3 ALA 處理對(duì)花器官抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

由圖2 可以看出，50 mg/L ALA 處理的新梨7號(hào)花器官SOD 活性與對(duì)照無顯著差異，不能提高低溫脅迫下花器官SOD 活性，25、75、100 mg/L ALA處理后新梨7 號(hào)花器官SOD 活性均較對(duì)照顯著提高，分別提高了32.88%、43.15%、21.23%；4 個(gè)ALA 處理的玉露香花器官SOD 活性均顯著高于對(duì)照，且隨ALA 濃度增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中50 mg/L ALA 處理最高，較對(duì)照提高了47.06%。4 個(gè)ALA 處理的2 個(gè)梨品種的花器官POD 活性均高于對(duì)照，且隨ALA 濃度增加均呈整體上升趨勢(shì)，其中50、75、100 mg/L ALA 處理的新梨7 號(hào)花器官POD 活性差異均達(dá)顯著水平，分別較對(duì)照提高了70.48%、81.90%、84.95%，而玉露香花器官只有75、100 mg/L 處理達(dá)顯著水平，分別提高了56.12%、51.02%。在低溫脅迫處理下，不同品種花器官的CAT 活性有較大差異，新梨7 號(hào)花器官CAT 活性隨ALA 濃度增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，4 個(gè)ALA 處理的CAT 活性均高于對(duì)照，其中25、100 mg/L ALA處理達(dá)顯著水平；而4 個(gè)ALA 處理的玉露香花器官CAT 活性與對(duì)照均無顯著差異。以上結(jié)果說明，經(jīng)過ALA 處理可以提高抗氧化酶活性，從而有利于提高花器官抗氧化能力。作為膜脂過氧化最終產(chǎn)物的MDA，雖然其含量隨ALA 濃度增加整體呈下降的趨勢(shì)，但是與對(duì)照相比均無顯著變化，這說明ALA處理未能有效地降低低溫脅迫下梨花器官內(nèi)MDA的積累。

圖2 ALA 處理的新梨7 號(hào)、玉露香在-2 ℃低溫3 h 的SOD、POD、CAT 活性及丙二醛含量

2.4 ALA 處理緩解新梨7 號(hào)花器官低溫傷害的綜合評(píng)價(jià)

為構(gòu)建綜合指標(biāo)精確評(píng)價(jià)ALA 處理緩解新梨7號(hào)花器官低溫傷害的能力，使用SPSS 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，進(jìn)行主成分分析，基于主因子特征值大于1 的原則提取出2 個(gè)主成分因子，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)80.168%，表明這2 個(gè)主成分因子能夠解釋8 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的絕大部分信息，各主成分因子代表性指標(biāo)見主成分載荷矩陣（表1）。第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率為63.800%，反映了原始數(shù)據(jù)的大部分信息，主要反映相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性6 個(gè)變量的信息，其中POD 活性貢獻(xiàn)最大，載荷值為0.947，其次是脯氨酸含量，載荷值為0.942，相對(duì)電導(dǎo)率為負(fù)載荷，載荷值為-0.844。第2 主成分的方差貢獻(xiàn)率為16.386%，主要反映CAT 活性、MDA 含量2 個(gè)變量的信息，均呈正載荷，其中CAT活性的載荷值最大，為0.799，對(duì)第2 主成分貢獻(xiàn)率最大。因此，第1、2 主成分代表性指標(biāo)為影響ALA 處理緩解新梨7 號(hào)花器官低溫傷害的主要指標(biāo)，分別為POD 活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、CAT 活性。

表1 新梨7 號(hào)主成分初始特征值、貢獻(xiàn)率及載荷矩陣

計(jì)算主成分載荷矩陣數(shù)值與對(duì)應(yīng)特征值算術(shù)平方根的比值，得出主成分系數(shù)矩陣，見式（1）～（3），F(xiàn)1、F2為主成分1、主成分2 得分，以各個(gè)主成分相應(yīng)的相對(duì)貢獻(xiàn)率為權(quán)重，對(duì)2 個(gè)主成分得分權(quán)重進(jìn)行加和，即得不同濃度ALA 處理緩解新梨7 號(hào)花器官低溫傷害綜合得分（F），得分越大，緩解低溫傷害能力越強(qiáng)。

綜合得分如表2 所示，不同處理緩解新梨7 號(hào)花器官低溫凍害能力的強(qiáng)弱順序?yàn)椋?00 mg/L ALA＞75 mg/L ALA＞50 mg/L ALA＞25 mg/L ALA＞對(duì)照。

表2 新梨7 號(hào)主成分得分及綜合得分

2.5 ALA 處理緩解玉露香花器官低溫傷害的綜合評(píng)價(jià)

與2.4 處理方法一致，由表3 可知，前3 個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)90.475%，表明前3 個(gè)主成分因子能夠解釋ALA 處理緩解玉露香花器官低溫傷害8 個(gè)指標(biāo)的絕大部分信息。第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率為47.325%，主要反映相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、POD 活性、CAT 活性5 個(gè)變量的信息，相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量為正載荷，載荷值分別為0.766、0.747，脯氨酸含量、POD活性、CAT 活性為負(fù)載荷，載荷值分別為-0.905、-0.789、-0.839。第2 主成分的方差貢獻(xiàn)率為30.524%，主要反映可溶性糖含量、SOD 活性、MDA含量3 個(gè)變量的信息，其中MDA 含量對(duì)第2 主成分的貢獻(xiàn)最大，其載荷值為-0.969。第3 主成分的方差貢獻(xiàn)率為12.626%，主要反映相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量2 個(gè)變量的信息，相對(duì)電導(dǎo)率與之呈正載荷，可溶性蛋白含量與之呈負(fù)載荷。

表3 玉露香主成分初始特征值、貢獻(xiàn)率及載荷矩陣

根據(jù)表3 對(duì)3 個(gè)主因子構(gòu)建得分模型，見式（4）～（7），F(xiàn)1、F2、F3為主成分1、主成分2、主成分3 得分，F(xiàn)表示綜合得分，得分值越高表示緩解能力越強(qiáng)。

如表4 所示，不同處理緩解玉露香花器官低溫傷害能力的強(qiáng)弱順序?yàn)椋?0 mg/L ALA＞25 mg/L ALA＞100 mg/L ALA＞對(duì)照＞75 mg/L ALA。

表4 玉露香主成分得分及綜合得分

3 討論與結(jié)論

在特定的低溫條件下，植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量會(huì)發(fā)生一定的變化，以維持植物細(xì)胞的滲透平衡，進(jìn)而提高植物對(duì)低溫的耐受性[10]?？扇苄蕴鞘且环N重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫脅迫條件下能夠作為細(xì)胞的保護(hù)物質(zhì)，其含量的增加能夠提高植物抗逆性[11]，減輕細(xì)胞結(jié)冰傷害。本研究結(jié)果顯示，新梨7號(hào)花器官可溶性糖含量隨著ALA處理濃度的增加呈上升趨勢(shì)，且ALA 處理的2 個(gè)梨品種的可溶性糖含量均基本高于對(duì)照，這與張建婷等[6]、燕飛等[12]對(duì)桃幼葉、茶樹葉片研究結(jié)果一致。有研究表明，低溫脅迫下，植物體內(nèi)可溶性蛋白含量與抗凍性呈正相關(guān)[13-14]。本研究結(jié)果表明，隨著ALA 處理濃度的增加，新梨7 號(hào)花器官可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，且均高于對(duì)照，可見ALA 能提高低溫脅迫下梨花器官可溶性蛋白含量從而提高抗凍性；而玉露香的可溶性蛋白含量除50 mg/L ALA 處理略高于對(duì)照外，其余處理均低于對(duì)照，這可能與品種本身的差異有關(guān)。脯氨酸也是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，張治平等[5]、馬翠云[15]、劉輝等[16]報(bào)道，低溫脅迫下，ALA 可促進(jìn)油菜幼苗、碭山酥梨幼果、茄子幼苗中脯氨酸的積累。本研究結(jié)果表明，隨著ALA 濃度增加，梨花器官中脯氨酸含量基本呈不斷上升趨勢(shì)，這與張治平等[5]研究結(jié)果一致。以上分析表明，ALA 可以調(diào)節(jié)梨花器官滲透調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而提高抗凍能力，但是對(duì)于不同品種的梨，ALA 緩解低溫傷害下的滲透調(diào)節(jié)能力和作用機(jī)制有所差異。

植物細(xì)胞受到低溫脅迫時(shí)，會(huì)發(fā)生各種膜脂過氧化反應(yīng)[17]，MDA 是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物之一[10]，MDA 含量增加通常被認(rèn)為是膜脂過氧化的標(biāo)志，而低溫脅迫也會(huì)使細(xì)胞膜透性增大，導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率升高[18]。有研究表明，經(jīng)ALA 處理能夠顯著降低植物細(xì)胞的MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率，增加抗凍性[19-20]，因此，可通過測(cè)定MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率來衡量梨花器官在低溫脅迫下受傷害程度。本研究中，噴施ALA 在一定程度上降低了梨花器官相對(duì)電導(dǎo)率，減少了低溫脅迫對(duì)細(xì)胞膜的傷害，而未能有效降低MDA 含量。

在非生物脅迫環(huán)境中，植物細(xì)胞代謝途徑紊亂，導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生和積累，造成氧化損傷，阻礙代謝活動(dòng)[15,19]。植物抗氧化酶系統(tǒng)中SOD、POD、CAT 可清除植物體內(nèi)活性氧，并維持其動(dòng)態(tài)平衡以保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷[21-22]。田永強(qiáng)等[7]對(duì)紅瑪瑙甜櫻桃花器官噴施不同濃度ALA 溶液后置于-2 ℃低溫條件下處理2 h，發(fā)現(xiàn)ALA 可以提高低溫脅迫下花器官抗氧化酶活性，增加還原型抗壞血酸和還原型谷胱甘肽含量，減少活性氧含量，降低膜脂過氧化程度。本研究發(fā)現(xiàn)，ALA 提高了低溫脅迫下新梨7 號(hào)、玉露香花器官的SOD、POD 活性和新梨7 號(hào)花器官的CAT 活性，與田永強(qiáng)等[7]試驗(yàn)結(jié)果一致，說明噴施適宜濃度ALA 能夠提高植物低溫脅迫下的抗氧化酶活性，有效緩解梨花器官受損程度。

抗逆性是基于基因和環(huán)境互作的多種生理指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，但由于生理指標(biāo)較多，各個(gè)指標(biāo)在逆境應(yīng)激反應(yīng)中的作用不同，并不是所有的生理指標(biāo)均能準(zhǔn)確代表植物的抗逆性[23]。而主成分分析法可以將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成新的個(gè)數(shù)較少且彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)各自貢獻(xiàn)率的大小明確每個(gè)綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性[24]。前人利用主成分分析法對(duì)果實(shí)品質(zhì)[25]、植物耐寒性[26]等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免了人為賦權(quán)對(duì)最終結(jié)果的影響，能夠客觀地進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究將8 個(gè)與低溫脅迫有關(guān)的生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，新梨7 號(hào)提取了2 個(gè)主成分，反映了所有指標(biāo)80.168%的信息；玉露香提取了3 個(gè)主成分，反映了所有指標(biāo)90.475%的信息。以各主成分的相對(duì)方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，最終得到綜合得分（F），根據(jù)F值能系統(tǒng)評(píng)價(jià)不同濃度ALA 處理后緩解梨花器官低溫傷害程度。

綜上所述，噴施ALA 可緩解梨花器官低溫傷害。結(jié)合主成分分析，篩選出緩解新梨7 號(hào)、玉露香花器官低溫傷害最適宜的ALA 濃度分別為100、50 mg/L。