7個平歐雜交榛子品種的生理解剖特性及其抗寒性研究

劉在國,趙 通,2,馬 超,趙夢炯,陳煒青, 2

(1. 甘肅省林業科學研究院,甘肅 蘭州 730020;2. 甘肅省木本油料工程研究中心,甘肅 蘭州 730020)

榛子(CorylusheterophllaFisch.)為樺木科(Betulaceae)榛屬(corlus)落葉灌木或小喬木,是世界著名的四大堅果之一,在中亞及歐洲許多地方進行了栽培利用,通過不斷地選育,培育了許多優良品種,同時還進行大量的無性繁殖,在世界各地傳播,其栽培范圍已超過了它們的自然分布區[1-2]。榛子堅果的種仁營養豐富,含有蛋白質、脂肪、碳水化合物以及多種維生素和礦物質等,對人體有益的不飽合脂肪酸含量極高,也是重要的木本油料作物[3]。西北地區氣候寒冷,榛子樹種單一,品種嚴重匱乏,各地對榛樹的研究和發展均高度重視,所以引進抗寒品種(系)并對其進行抗寒篩選顯得尤為重要。

我國榛子資源豐富,本土品種多為平榛(CorylusheterophyllaFisch.)、毛榛(CorylusmandshuricaMaxim.)。自1999年開始,遼寧省經濟林研究所利用我國的平榛(CorylusheterophyllaFisch.)與引進的歐洲榛(CorylusavellanaL.)種間遠緣雜交,成功育成了平歐雜交榛(CorylusheterophyllaFisch．×CorylusavellanaL．)[4],作為我國重要的經濟林樹種之一,由于其豐產性較強,近年來在我國西北大部分地區廣泛栽植,但因其凍害的頻繁發生,低溫成為限制其生長的主要環境影響因子之一,嚴重制約榛子產業的發展[5]。因此,探究適宜平歐雜交榛的生長環境,選育適宜的栽植品種十分必要。

前人對植物受低溫脅迫響應的分子和生理研究主要集中在低溫馴化和低溫耐寒方面[6]。如劉彬昕等[4]通過測定榛樹枝條的含水率和電導率探討了7個品種 (系) 榛樹的抗寒性與電導率的關系;梁鎖興等[7]對榛子10個品種(系)1年生枝條進行低溫處理,通過枝條電解質滲出率分析品種(系)間的抗寒性差異。研究也表明,植物在低溫脅迫下抗氧化系統被激活,激素代謝被改變,滲透調節物質被積累以抵抗脅迫[8]。一些報道通過測定致死溫度、可溶性碳水化合物、脯氨酸(Pro)含量、抗氧化酶、蛋白質含量和葉片結構來研究植物的抗逆性[9]。低溫脅迫嚴重會導致細胞膜系統的破壞,當植物在極端低溫下,它們通常會經歷氧化應激。一般來說,它們對環境脅迫的響應與活性氧(ROS)的積累有關,如過氧化氫、單線態氧[10]。由于植物多樣性的復雜性,不同品種通過調節低溫脅迫下不同的生命活動機制來增強其抗寒性。因此,與單一指標相比,使用多指標來評價不同植物品種的抗寒性更為確切。葉片解剖結構一定程度可以反映植物的耐寒能力[11]。雷翠云等[12]、王娜等[13]、王澤華等[14]以植株的葉片厚度、表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度等葉片解剖結構為研究對象,探索不同品種植株的抗寒性,所得結果與供試植株在自然界的實際生長狀況相符合。此外,光合作用是研究植物生長環境和生長相關性的重要途徑[15]。綠色植物可將光照產生的太陽能通過一系列的反應轉化為其可利用的化學能儲存在體內。植物的凈光合效率既與品種差異、葉片厚度、葉片成熟度等自身生理特性密切相關,同時又受光照強度、大氣溫度等外界因素的影響,光合作用可以從側面來反映樹體的生長發育狀況,通過研究其光合作用對植物抵御低溫脅迫、提高越冬率具有重要意義[16]。

近年,甘肅省榛子引種栽培主要分布在隴南山地、隴東黃土高原和中部黃土丘陵地區。但由于品種未經馴化,適應性差,部分栽培點植株存在嚴重抽梢、春季重新萌發的現象,嚴重影響了榛子產業化、規?；l展。植株是否能安全越冬是平歐雜交榛子在本地區能夠引種成功的關鍵[17]。甘肅省引進雜交榛子品種時間短,大多品種正在試驗研究階段,抗寒性研究主要集中在田間栽培試驗觀察或通過單一指標判斷,多指標評價不同榛子品種抗寒水平的研究鮮見報道。因此,本研究以引進的7個榛子品種為試驗材料,通過前期光合作用的強弱比較,結合葉片解剖結構,分析與抗寒性相關生理生化指標的變化規律,綜合評價7個榛子品種在甘肅栽培地抗寒性的強弱,以期為抗寒性品種選育和栽培推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021年7—11月在黃土高原與青藏高原、中原農區與西部牧區的過渡地帶(103°21′E、35°60′N)進行,平均海拔2 000 m,屬溫帶半干旱氣候,年平均氣溫6.3℃,極端最高溫32.5℃,年平均降水量530 mm,年平均蒸發量為1 700 mm,全年無霜期137 d。年平均日照時數2 572 h,光熱資源豐富。果園地勢平坦,水源充足,灌溉條件優良。土壤以黃土為主,土、肥、水管理一致。供試品種引自遼寧省經濟林研究所育成的1年生大果榛子壓條繁育苗木,于2020年4月9日栽植在甘肅省臨夏市南龍鎮鄧家村,地徑大于1 cm,高60～70 cm,根系完整。品種分別為遼榛3號、遼榛4號、遼榛7號、遼榛8號、遼榛9號、達維和玉墜(表1)。栽植密度為2 m×2 m,定植前穴施農家肥1 kg,整個生長期對植株進行統一常規澆水及除草等田間管理。

表1 不同平歐雜交榛子品種來源信息Table 1 Information on the origin of different hybrid hazelnut varieties

1.2 試驗材料及處理

分別于2021年9月和11月,在鄧家村采集露地栽培長勢良好、無病蟲害的成熟的功能性葉片和休眠期枝條作為試驗材料。其中葉片用自來水沖洗干凈,避開葉脈將其剪成5 mm×7 mm的組織塊并立即用福爾馬林-酒精-醋酸固定液(FAA)固定,帶回實驗室保存于4℃冰箱備用。用自來水將采集好的枝條沖洗干凈,并用濾紙吸干表面水分,每個品種分為6個處理,分別裝于自封袋中封好。將封好的枝條放入低溫培養箱(型號LRH-250CB,上海一恒)進行低溫處理,溫度分別設置為4、-10、-15、-20、-25、-30℃,以4℃處理為對照(CK)。待達到所需溫度后計時,12 h后再升溫,達到0℃后取出,在4℃下放置2 h解凍。每個品種3次重復。

1.3 試驗指標測定

1.3.1 光合指標測定 選定6棵長勢良好、無明顯病蟲害的植株,每棵樹選6片葉子,分別于2021年7月1日、8月1日、9月1日,連續3個月測定其光合。測定儀為Li-6400光合儀(LI-COR公司,美國),采用開放式氣路,光合有效輻射為400～600 μmol·m-2·s-1),設定葉室內空氣流量為500 mL·min-1,葉室內CO2體積分數為(385±10) μL·L-1。于晴天上午9∶00—11∶00,選取向陽面同一節位的功能葉片測定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2(Ci)、氣孔導度(Gs)。試驗設置3次重復。

1.3.2 電導率測定 將處理后的枝條分別用蒸餾水和雙蒸水沖洗數次,擦干,避開芽眼剪成均勻的小段,快速稱取3份,每份0.2 g,重復3次。分別置于試管中,用10 mL去離子水浸泡提取,震蕩提取1 h,用DDS-11A型電導率儀測定電導率C1,后沸水浴提取20 min,再次測定浸提液電導率,測得C2,未加枝條的去離子水則即為C0,按公式計算電導率:相對電導率=(C1-C0)/(C2-C0)×100%。

1.3.3 其他生理指標的測定 酶液制備時,取經冷凍處理后的枝條,用刀片刮下皮,剪碎并混勻進行測定?？扇苄蕴羌暗矸酆坎捎幂焱壬y定[18];脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法測定[19];超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)測定參考Redillas等[20]的方法。

1.3.4 顯微結構觀察及指標測定 每個品種各選取6片葉片,以葉片最寬處和主葉脈之間的交點為中心點,取長1.0 cm、寬0.7 cm的組織為切片制作材料,FAA液固定后完成脫水、透明、包埋等制片過程,番紅-固綠雙重染色,中性樹膠封片,將封好的切片放入烘箱(37℃)中烘干。將制作好的石蠟切片置于顯微鏡下,每片葉片觀察6個視野。采用光學顯微鏡(Olympus,BX51,Japan)搭配目鏡測微尺觀察并測量柵欄組織、海綿組織、葉片厚度、上表皮、下表皮,并計算葉片組織結構緊密度(CTR)、葉片組織結構疏松度(SR)和葉片柵海比。其中,CTR=柵欄組織厚度/葉片厚度;SR=海綿組織厚度/葉片厚度;柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度。每種處理觀察6個切片,每個切片測定6組數據,取平均值。

1.4 數據處理

采用Excel 2013及Origin 2018進行數據的處理及作圖,SPSS 22.0軟件進行方差分析,并將相關指標進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同榛子品種光合特性的變化

2.1.1 凈光合速率(Pn) 如圖1A所示,不同品種的凈光合速率隨時間的變化呈逐漸下降趨勢,7月各品種的Pn顯著高于其他時期,分別為20.73(達維)、19.30(遼榛8號)、19.67(遼榛7號)、16.53(玉墜)、14.50(遼榛9號)、15.70(遼榛3號)和16.30 μmol·m-2·s-1(遼榛4號),且7月品種達維的Pn最高,顯著高于玉墜、遼榛9號、3號和4號。8月,品種遼榛9號的Pn值顯著低于其他品種,為6.38 μmol·m-2·s-1。9月光照強度降低,各品種的Pn也出現最低值,與7月相比,分別降低57.81%(達維)、61.57%(遼榛8號)、56.27%(遼榛7號)、62.49%(玉墜)、62.75%(遼榛9號)、49.04%(遼榛3號)、67.42%(遼榛4號)。說明隨光照強度的減弱,各品種的Pn逐漸下降,但同一時期各品種之間卻無明顯的變化規律。

注:不同小寫字母表示相同時間不同品種之間差異顯著(P<0.05)。Note: The different lowercase letters indicate significant differences among varieties (P<0.05) at the same time.圖1 不同榛子品種凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率的變化Fig.1 Changes of Pn, Gs, Ci, and Tr in leaves of different hazelnut varieties

2.1.2 氣孔導度(Gs) 由圖1B可知,不同榛子品種的Gs隨時間變化呈逐漸下降趨勢,9月光強減弱,氣溫下降,各品種的Gs出現最低值,與7月相比,分別降低27.27%(達維)、52.89%(遼榛8號)、24.44%(遼榛7號)、31.97%(玉墜)、62.89%(遼榛9號)、8.39%(遼榛3號)、60.65%(遼榛4號),且遼榛8號的下降幅度最小。但7月遼榛9號的Gs顯著高于其他品種,為0.283 mmol·m-2·s-1,而遼榛8號的Gs在7月和9月出現最低值,分別為0.112 mmol·m-2·s-1(7月)和0.057 mmol·m-2·s-1(9月),8月遼榛3號的Gs顯著低于其他品種,僅為0.133 mmol·m-2·s-1。說明隨著時間的變化,光強減弱,氣溫下降,不同榛子品種的Gs也出現一定幅度的下降。

2.1.3 胞間CO2濃度(Ci) 由圖1C可知,不同榛子品種的Ci隨時間變化呈逐漸上升趨勢,且不同時期各品種的Ci具有顯著性差異。同一時期,品種遼榛9號的Ci高于其他品種。9月氣溫下降,光強減弱,各品種達到峰值,分別為202.67 μmol·mol-1(達維),174.33 μmol·mol-1(遼榛8號),250.33 μmol·mol-1(遼榛7號),296.67(玉墜),334.33 μmol·mol-1(遼榛9號),252.67 μmol·mol-1(遼榛3號),301 μmol·mol-1(遼榛4號),與7月相比,分別上升59.05%、48.71%、41.24%、47.26%、47.23%、17.75%、30.31%,且品種遼榛3號的上升幅度最小。Ci越高說明同化效率越低,可見用于光合作用的CO2原料較少,其Pn值也相對較低。

2.1.4 蒸騰速率(Tr) 由圖1D可知,各品種的Tr隨時間變化呈顯著下降趨勢,且具有顯著性差異,同一時期品種玉墜的Tr顯著低于其他品種,分別為2.77(7月)、0.86 mmol·m-2·s-1(8月)和0.74 mmol·m-2·s-1(9月)。7月各品種的Tr最高,顯著高于8月和9月。9月隨著氣溫降低,光強減弱,各品種的Tr降至最低值,與7月相比,分別降低81.11%(達維)、84.81%(遼榛8號)、82.83%(遼榛7號)、72.20%(玉墜)、68.89%(遼榛9號)、72.03%(遼榛3號)、79.84%(遼榛4號)。說明隨著光強減弱,各品種的Tr也出現一定幅度的下降。

2.2 低溫脅迫下不同榛子品種的可溶性糖和淀粉含量變化

由圖2A可知,遼榛8號和遼榛4號的可溶性糖含量隨溫度的降低呈逐漸升高趨勢,-30℃時升至最高,分別為74.01 μg·g-1和65.33 μg·g-1,但其他品種的可溶性糖含量隨溫度的降低呈先升后降趨勢,-25℃時出現最高值,在4℃(CK)和-10℃,各品種的可溶性糖變化幅度相對較小,且一致性較強,-10℃至-25℃之間顯著升高,且不同溫度處理下(-20℃除外),遼榛8號的可溶性糖含量高于其他品種。

注:不同小寫字母表示相同溫度下不同品種之間差異顯著(P<0.05),下同。Note: The different lowercase letters indicate significant differences between varieties at the same temperature (P<0.05), the same below.圖2 不同榛子品種的可溶性糖和淀粉含量變化Fig.2 Changes in soluble sugar and starch contents of different hazelnut varieties

由圖2B可知,不同溫度處理下各品種的淀粉含量具有顯著性差異,在4℃(CK)和-10℃,品種遼榛7號的淀粉含量顯著高于其他品種,但隨著溫度的降低(-15～-30℃),達維的淀粉含量顯著高于其他品種,-30℃時,遼榛9號的淀粉含量顯著低于其他品種,為19.86 μg·g-1,各品種的淀粉含量在-25℃時降至最低,分別為29.86(達維)、28.98(遼榛8號)、19.63(遼榛7號)、24.56(玉墜)、18.56(遼榛9號)、14.44(遼榛3號)、19.68(遼榛4號) μg·g-1,與4℃(CK)相比,分別降低18.56%、9.37%、48.72%、16.23%、43.75%、12.51%、20.83%,說明隨著處理溫度的降低,各品種的淀粉含量也出現一定程度的下降,但遼榛7號的下降幅度更大。

2.3 低溫脅迫下不同榛子品種的電導率和丙二醛(MDA)含量變化

如圖3A可知,不同品種的相對電導率隨低溫處理呈逐漸上升趨勢,在4～-15℃之間,各品種的相對電導率變化幅度相對較小,且一致性較強,說明在此溫度區間,細胞膜受害程度不明顯,但隨著溫度的降低,-30℃時升至最高值,顯著高于4℃(CK),且-30℃時品種遼榛3號的電導率含量上升幅度顯著高于其他品種,為75.88。而玉墜和達維的相對電導率上升幅度最低,分別為48.65和61.20。說明在此溫度條件下,品種遼榛3號的細胞膜破壞程度最大。

圖3 不同榛子品種的相對電導率和丙二醛(MDA)含量變化Fig.3 Changes in relative conductivity and malondialdehyde content of different hazelnut varieties

由圖3B可知,遼榛3號和遼榛4號的MDA含量隨低溫處理呈先升后降趨勢,-25℃升至最高值,分別為2.75 μg·g-1和2.96 μg·g-1。其他品種的MDA含量隨低溫處理呈逐漸升高趨勢,且具有顯著性差異。在4℃(CK)和-10℃,各品種的MDA含量變化幅度相對較小,之后顯著上升,-30℃時出現最高值,顯著高于4℃(CK),分別為4.56(達維)、4.51(遼榛8號)、3.86(遼榛7號)、2.96(玉墜)、2.58(遼榛9號) μg·g-1。同一溫度處理下,品種達維和遼榛8號的MDA含量顯著高于其他品種。且不同低溫處理下,遼榛9號的MDA含量顯著低于其他品種,說明在同一溫度處理下,達維和遼榛8號的受傷害程度更小,而遼榛9號更不耐低溫脅迫。

2.4 低溫脅迫下不同榛子品種的脯氨酸(Pro)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性變化

由圖4A可知,不同品種的Pro含量隨低溫處理呈逐漸升高趨勢,且不同品種之間具有顯著性差異,-30℃時各品種均出現最高值,與4℃(CK)相比,分別升高225%(達維)、216%(遼榛8號)、346%(遼榛7號)、371%(玉墜)、222%(遼榛9號)、182%(遼榛3號)、205%(遼榛4號),且品種玉墜的上升幅度最大。-10～-15℃時,遼榛8號的Pro含量顯著高于其他品種,分別為38.96 μg·g-1(-10℃)和44.65 μg·g-1(-15℃),隨著溫度的降低,-20～-30℃時,達維的Pro含量顯著高于其他品種,而品種遼榛3號的Pro含量最低,說明在-20～-30℃之間,遼榛3號的葉片受低溫傷害程度比較高。

圖4 不同榛子品種的脯氨酸(Pro)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性變化Fig.4 Changes in proline (Pro) and superoxide dismutase (SOD) contents of different hazelnut varieties

由圖4B可知,不同品種的SOD活性隨低溫處理呈逐漸升高趨勢,且具有顯著性差異。-30℃時各品種出現最高值,分別為125.65(達維)、102.32(遼榛8號)、104.63(遼榛7號)、115.26(玉墜)、114.63(遼榛9號)、92.02(遼榛3號)、106.36(遼榛4號) U·g-1。在-25～-30℃,各品種的SOD 活性變化幅度相對較小,且一致性較強。不同溫度處理下,達維的SOD含量高于其他品種,說明隨著低溫脅迫的加劇,達維的葉片受傷害程度可能小于其他品種。

2.5 不同品種榛子葉片組織結構指標分析

不同榛子品種的柵欄組織、海綿組織以及上、下表皮表現出一定的差異性(圖5,表2)。達維、遼榛7號和遼榛9號的柵欄組織較厚,均在50 μm以上,且達維的柵欄組織厚度顯著高于其他品種,其余各品種均在40～50 μm之間。達維和遼榛7號的海綿組織厚度顯著高于其他品種,其中達維最厚,達到83.6μm。各榛子品種的葉片厚度均達到120 μm以上,達維(168.6 μm)及遼榛7號(157.2 μm)的葉片厚度最大,顯著高于其他品種。達維和遼榛7號的上、下表皮厚度均在10 μm以上,遼榛3號的上、下表皮厚度在7個品種中最小,分別為13.8 μm和7.5 μm。達維和遼榛9號的葉片緊密度、柵海比顯著高于其他品種,遼榛4號和遼榛3號的表現為最低。而達維和遼榛7號的葉片疏松度顯著高于其他品種。

注:圖5A～E分別為品種達維、遼榛8號、遼榛7號、玉墜、遼榛9號、遼榛3號、遼榛4號。ue:上表皮;le:下表皮;pp:柵欄組織;sp:海綿組織Note:In this figure, A～E are respectively Dawei, Liaozhen 8, Liaozhen 7, Yuzhui, Liaozhen 9, Liaozhen 3, Liaozhen 4. ue, le, pp and sp represent upper epidermis, lower epidermis, palisade parenchyma and spongy parenchyma respectively.圖5 不同榛子品種葉片的顯微結構Fig.5 Microstructure of hazelnut leaves of different varieties

表2 榛子葉片的組織結構Table 2 Tissue structure indexes of hazelnut leaves

2.6 主成分分析

主成分分析可以把互相關聯的指標轉換成獨立的綜合指標從而降低誤差。對不同品種的18個指標進行主成分分析,提取特征值大于1的4個主成分,其累計貢獻率達到了93.8%,說明已經把7個榛子品種與抗寒性有關的93.8%的數據都反映出來,能夠較好地代表數據反映的信息(表3)。對17個與抗寒有關的指標進行主成分分析(表4),在這4個主成分中各指標的載荷值差異較大,而載荷值越大,說明其對主成分的貢獻越大,代表性越強。光合速率、淀粉含量、葉片厚度、 海綿組織厚度、MDA含量等5個指標在主成分1中載荷值的絕對值最高,說明主成分1反映的數據主要是這5個指標。主成分2中上表皮厚度、柵欄組織、電導率、可溶性糖等4 個指標載荷值的絕對值最高,表明主成分2主要映射這4個指標的特征。將上述4個主成分的得分值代入綜合評價函數,利用相關公式(F=PC1×51.321%+PC2×21.889%+PC3×13.933%+PC4×6.657%),計算得出每個品種的綜合得分,并依據綜合得分對其進行排序(表5)發現,7個榛子品種中,達維的綜合得分最高(91.131),遼榛7號和玉墜次之,遼榛3號得分最低。據此可知,達維、遼榛7號和玉墜品種的抗寒性優于其他品種。

表3 主成分列表及方差貢獻率 Table 3 List of principle components, percentage of variance, cumulative percentage

表4 因子負荷矩陣和得分系數矩陣Table 4 Component matrix and score coefficient matrix

表5 不同榛子品種的綜合得分及排名Table 5 Comprehensive scores and ranking of different hazelnut varieties

3 討論與結論

在植物的生命周期中,冷脅迫是植物面臨的最嚴重的非生物脅迫之一,葉片作為植物進行光合、呼吸作用的重要場所,對外界環境極為敏感。觀察植物葉片的解剖結構、分析各組織之間的關系是研究植物對低溫環境適應性能力的重要途徑之一[21]。孟詩原等[22]在研究衛矛屬植物的抗寒能力時發現,葉片的表皮組織越厚,對葉片內部組織的保護作用也越好,更可能降低低溫環境對葉片的傷害。本研究通過石蠟切片對7個榛子品種的葉片組織結構進行觀察,發現各榛子品種的葉片厚度均達到120 μm以上,達維及遼榛7號的葉片厚度最大,顯著高于其他品種,且植株的抗寒性也高于其他品種;同時,7個品種中遼榛3號的葉片緊密度及柵欄組織顯著低于其他品種,其抗寒性也最低(圖5,表1),這與前人的研究結果相一致。如,郭雁君等[23]對砂糖橘葉片的研究發現,抗寒性強的品種植株葉片的緊密度、柵海比等綜合指標都較高。郭學民等[24]對桃葉片的研究發現,影響抗寒性的主要葉片解剖結構指標是葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度,這3項指標的差異在一定程度上可以反映不同桃品種抗寒性的變化。由于在正常的生命活動中,植株葉片表皮細胞能有效保護內部組織,防止水分過分蒸發而引起對植株的傷害,從而提高了植株的抗寒性能[25]。

光合作用是影響植物生長的關鍵因素,同時光合作用的變化是植物生產過程中物質積累、生理代謝以及能量轉化的基本單元[21,26]。研究表明,光合能力越高,植物的物質積累越多,越能夠有效提高植株的抗寒能力,促進植株在低溫下生長[15]。而胞間CO2濃度則反映了葉肉細胞對CO2的需求關系,當葉肉細胞對CO2的需求增加時,細胞間隙的CO2濃度下降,當葉肉細胞對CO2的需求減少,細胞間隙的CO2濃度便升高[27]。本研究中,不同時期達維、遼榛7號葉片凈光合速率顯著高于其他品種,但是胞間CO2濃度卻低于其他品種,說明光合速率高的品種短時間內積累更多的干物質,且更能抵御低溫脅迫。其次當植物體的蒸騰速率過大時,就會導致植物體內的水分在短時間內大量蒸發,不利于植物合理地利用水分。本研究中,不同時期遼榛3號、遼榛4號的葉片蒸騰速率顯著高于其他品種,根據主成分綜合評價,達維、遼榛7號的抗寒性顯著高于其他品種,而遼榛3號和遼榛4號的抗寒性最小。所以蒸騰速率大的品種在短時間內產生的干物質相對較少,更不利于植物抵御低溫脅迫,這與前人在水稻中的研究結果一致[28]。

相對電導率常被用來表示植物在低溫傷害下細胞膜的受損程度,反映了細胞內電解質的外滲程度,是評價低溫脅迫對植物傷害程度的重要指標之一。過度低溫脅迫下,植株的細胞膜會遭到破壞,造成部分電解質滲漏[29]。宋尚偉等[30]發現,石榴受凍害程度越重,細胞膜受傷害程度越重,細胞膜外滲物質越多,其電導率就越大,抗寒性越弱。本研究中,不同榛子品種的相對電導率隨低溫脅迫呈一定幅度的上升趨勢,在4～-15℃之間,各品種的電導率變化幅度相對較小,且一致性較強,說明在此溫度區間,細胞膜受害程度不明顯,但隨著溫度的降低,-25～-30℃時升至最高值,遼榛3號和遼榛4號的相對電導率顯著高于其他品種,且升高幅度最大。而玉墜和達維的相對電導率最低。說明在此溫度條件下,品種遼榛3號和遼榛4號的細胞膜破壞程度最大,其抗寒性也相對較弱。這與前人在紫花苜蓿中的研究結果相一致[31]。

細胞膜是植物維持胞內環境相對穩定,保證各種生化反應有序進行的重要細胞結構,但同時也對低溫脅迫最為敏感。低溫脅迫下,植物組織中會產生對細胞膜有害的活性氧自由基(ROS),使細胞膜發生膜脂過氧化反應而產生MDA,阻礙細胞膜正常的生理功能,因此可以用MDA含量來衡量植物的抗寒性[31-32]。張敏歡等[33]在核桃的研究中發現,當植物遭遇逆境脅迫時,ROS代謝的動態平衡遭到破壞形成MDA,致使其含量增加。本研究中,隨著低溫脅迫,各品種的MDA含量都出現了一定幅度的升高,且同一溫度處理下,品種達維和遼榛8號的MDA含量顯著高于其他品種,說明其抗寒性也高,而遼榛3號和遼榛4號的MDA含量在-25℃時出現最高值,-30℃時開始下降,這可能是因為此低溫脅迫下植物細胞膜已受到活性氧的毒害,有膜脂過氧化現象發生,細胞膜功能受損,導致膜滲透性發生改變,細胞通透性加大,胞內電解質外滲現象嚴重,對植物造成了不可逆轉的損傷。這與前人在油菜中的研究結果相一致[34]。

低溫脅迫會造成細胞液的外滲,導致細胞內、外滲透平衡失調,植物會通過積累各類滲透調節物質來減少甚至消除因低溫脅迫而造成的損傷?？扇苄蕴?、游離脯氨酸是降低植物質膜受凍害程度的重要滲透調節物質,通過提高植物細胞質液濃度,增大細胞保水力,保護植物因脫水而受傷害,維護植物正常的生理生化過程[35]。本研究中,隨著低溫脅迫程度的加重,其含量均持續上升,但兩個指標的增加幅度和增長速度明顯不同,說明7個品種對低溫脅迫造成植株傷害均有一定的防御能力。他們在低溫脅迫下,可以通過合成更多的滲透調節物質來提高細胞液濃度,維持細胞內外滲透壓平衡,應對低溫造成的傷害,但是不同品種之間存在差異,這與武艷等[36]在茶樹中的研究結果相似。同時植物體內還存在著SOD等抗氧化酶系統以清除活性氧,降低逆境損傷,維持細胞膜正常的生理功能。隨著脅迫程度的加重,活性氧的積累量超出保護酶系統的清除能力,SOD能夠將有毒的活性氧自由基還原成氧和水,其活性的高低直接關系到植株抗氧化能力的強弱[35,37]。本研究中,7個品種的SOD含量隨低溫脅迫均呈逐漸上升趨勢,說明低溫脅迫導致細胞內活性氧數量增加,植株通過抗氧化酶參與相關反應來消除有害物質。

綜上所述,低溫脅迫下,7個榛子品種的生理指標都發生了明顯的變化,其應對低溫脅迫的作用機理主要為:一是通過滲透調節物質的合成來提高細胞內滲透勢,二是抗氧化酶對活性氧自由基的清除。在進行植物的抗寒性評價時,不同生理指標的表現情況在低溫脅迫下變化不盡一致,植物抗寒反應機制相對復雜,單用某一個指標來判定榛子的耐寒性過于片面,因此通過多指標來建立不同榛子品種抗寒水平,使其更具有科學性。本研究選擇18個較常見的抗寒性評價指標,既有相對獨立性,又存在一定的相關性。主成分分析是目前最常用的綜合評價方法,主成分攜帶信息量與其貢獻量呈正相關。通過主成分分析對7個品系的抗寒性進行綜合評價,達維的綜合得分(91.131)最高,遼榛7號和玉墜次之,遼榛3號得分最低。據此可知,達維、遼榛7號和玉墜品種的抗寒性優于其他品種,可作為甘肅高寒地區示范推廣的耐寒參考品種。