張綏林　李洋　李琰　張赟齊　齊建勛　侯智霞

摘要：早春晚霜凍害的發(fā)生給我國(guó)核桃生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，嚴(yán)重影響核桃生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及收益。為明確我國(guó)核桃晚霜危害特性及影響機(jī)制，綜述了核桃受晚霜危害程度的影響因素及其在響應(yīng)低溫脅迫時(shí)生理生化指標(biāo)變化和分子機(jī)制。分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)于生理變化相關(guān)的研究集中在細(xì)胞膜系統(tǒng)（相對(duì)電導(dǎo)率）、抗氧化系統(tǒng)（丙二醛、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶及過(guò)氧化氫酶）和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)及脯氨酸）3個(gè)方面，JrPAL、JrJAZ、JrGRAS、JrICE1、JrCBF/JrDREB1、JrCOR、JrWRKY、JrDHN、JrGST 和JrPUB 等基因的表達(dá)量受到低溫脅迫的誘導(dǎo)。對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望，為進(jìn)一步挖掘核桃應(yīng)對(duì)晚霜危害的響應(yīng)機(jī)制及采取有效的生產(chǎn)措施提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：核桃；晚霜危害；低溫脅迫；影響因素；機(jī)理

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0952

中圖分類號(hào)：S664.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2024）04001809

核桃（Juglans regia L.）是胡桃科（Juglandaceae）胡桃屬（Juglans L.）落葉喬木，也是世界四大干果之一。核桃生長(zhǎng)適宜的年平均溫度為9～16 ℃，極端低溫不低于-25 ℃ ，極端高溫不超過(guò)35～38 ℃[1]。我國(guó)北方地區(qū)核桃的花期一般在4—5月[2]?！ど胶颂业纳飳W(xué)零度為10 ℃，從萌芽到果實(shí)成熟需要有效積溫3 300 ℃以上，雌雄花從花芽萌動(dòng)至終花期期間≥10 ℃有效積溫在458.0～579.7 ℃有利于‘薄殼山核桃開花[2]。晚霜又稱“倒春寒”，當(dāng)早春溫度較高且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，外界環(huán)境溫度突然≤0 ℃時(shí)，晚霜就會(huì)發(fā)生[3]。晚霜危害多發(fā)生在核桃的花期至幼果發(fā)育早期，通常情況下，外界溫度高于0 ℃的晚霜凍害會(huì)導(dǎo)致核桃幼葉發(fā)黑，但不會(huì)對(duì)已經(jīng)展葉的幼莖造成傷害；然而，外界溫度低于0 ℃的晚霜凍害會(huì)導(dǎo)致核桃嫩芽、花器官、幼莖等受凍部位發(fā)黑、萎蔫，甚至脫落[3]。近年來(lái)，我國(guó)北方核桃產(chǎn)區(qū)春季晚霜頻發(fā)，其發(fā)生時(shí)間往往與核桃花期和幼果期相遇，導(dǎo)致相關(guān)器官受害，嚴(yán)重時(shí)直接影響核桃的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[45]。核桃新梢耐受低溫臨界值為-2～-4 ℃，花、幼果耐受低溫臨界值為-1 ℃[6]。此外，核桃受晚霜危害程度與低溫持續(xù)時(shí)間有關(guān)，低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，核桃受害程度越重[3]。不同地區(qū)核桃受晚霜危害的程度通常用該年核桃損失的產(chǎn)量進(jìn)行評(píng)估，一般認(rèn)為產(chǎn)量損失<10% 為輕度凍害，≥10% 且<30% 為中度凍害，≥30% 且<60% 為重度凍害，≥60% 為危重凍害[7]。目前，晚霜危害對(duì)于核桃芽、花等器官的影響以及核桃對(duì)造成低溫傷害的響應(yīng)機(jī)制尚不明確，這將嚴(yán)重影響抗（避）晚霜核桃種質(zhì)科學(xué)選育的效率，也不利于核桃應(yīng)對(duì)晚霜危害有效措施的研發(fā)。因此，本研究從我國(guó)核桃產(chǎn)區(qū)晚霜危害的影響因素出發(fā)，通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)、抗氧化系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等生理生化特性的變化進(jìn)行分析，結(jié)合低溫環(huán)境下相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)核桃響應(yīng)晚霜危害的分子機(jī)制進(jìn)行了綜述，有助于了解核桃應(yīng)對(duì)晚霜的響應(yīng)機(jī)制，指導(dǎo)核桃產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收，為我國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 核桃受晚霜危害程度的影響因素

1.1 核桃產(chǎn)區(qū)氣候

晚霜對(duì)核桃產(chǎn)量的危害程度受到地理位置的影響。云南、新疆、四川及陜西是我國(guó)核桃的主產(chǎn)區(qū)，我國(guó)北方核桃產(chǎn)區(qū)溫度普遍低于南方，發(fā)生晚霜的頻率也高于南方核桃產(chǎn)區(qū)，尤其是新疆喀什、陜西宜君縣、山西晉中、甘肅成縣等地晚霜發(fā)生頻繁，對(duì)核桃造成的晚霜危害較嚴(yán)重[3]。多年來(lái)，我國(guó)各地的晚霜多在4月中旬發(fā)生，新疆喀什市通常在4月12日左右[8]，2006年晚霜導(dǎo)致喀什大約117 hm2核桃受害[9]，嚴(yán)重影響核桃產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。陜西省銅川市晚霜通常在4月上中旬發(fā)生，2020年4月10—12日晚霜造成宜君縣核桃受災(zāi)面積達(dá)194.466 7 hm2，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)225.06 萬(wàn)元[4]。陜西省宜君縣2018年發(fā)生晚霜凍害的強(qiáng)度大于2020 年，2018 年4 月極端最低溫度為-1.8 ℃，≤0 ℃低溫持續(xù)時(shí)間為5 h，而2020年沒(méi)有晚霜凍害記錄[4]。陜西省藍(lán)田縣灞源在4 月上、中、下旬發(fā)生霜凍的次數(shù)分別為15、7、4次，而灞源正處于山區(qū)，可能是因?yàn)樯絽^(qū)的高海拔和低氣溫導(dǎo)致其霜凍頻率較高[5]。上述說(shuō)明，陜西省不同產(chǎn)區(qū)核桃受晚霜危害程度與當(dāng)?shù)氐蜏丶捌涑掷m(xù)時(shí)間關(guān)系密切。

山西省早實(shí)核桃通常于4月初萌動(dòng)，花芽于4月上中旬萌動(dòng)。2015年4月13日，山西省蒲縣、汾陽(yáng)和黎城的最低溫度分別為-4、0和0 ℃，早實(shí)核桃產(chǎn)量損失率分別為60%、10%和20%，說(shuō)明核桃受害程度與所處環(huán)境溫度呈反比[6]。同時(shí)，晚實(shí)核桃產(chǎn)量損失率分別為70%、8%和15%，可能是因?yàn)?4 ℃的低溫環(huán)境導(dǎo)致晚實(shí)核桃頂花芽受凍，當(dāng)年無(wú)法開花結(jié)果，而早實(shí)核桃受凍后產(chǎn)生的二芽、三芽可以正常萌發(fā)結(jié)果[6]。2020年清明節(jié)前后的晚霜凍害使山西省晉中市太谷地區(qū)核桃受凍率高達(dá)30%，2018年4月上旬的晚霜凍害導(dǎo)致太谷地區(qū)核桃受凍面積達(dá)95%以上[10]。2018年4月上旬，甘肅成縣晚霜導(dǎo)致核桃受到不同程度的凍害，其中二郎鎮(zhèn)、王磨鎮(zhèn)、小川鎮(zhèn)、沙扒鎮(zhèn)達(dá)到危重凍害程度，陳院鎮(zhèn)、紙坊鎮(zhèn)、索池鄉(xiāng)、蘇園鄉(xiāng)受到嚴(yán)重凍害，城關(guān)鎮(zhèn)、拋沙鎮(zhèn)受到重度凍害[11]。然而，目前關(guān)于晚霜危害發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)并不完全，對(duì)于核桃主產(chǎn)區(qū)具體種植地區(qū)核桃產(chǎn)量受晚霜凍害影響的統(tǒng)計(jì)仍然存在較大缺口。因此，后續(xù)研究中詳細(xì)統(tǒng)計(jì)每個(gè)核桃種植地區(qū)的晚霜危害特點(diǎn)以及產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)損失等具體情況對(duì)于明確我國(guó)核桃受晚霜凍害程度具有重要意義。此外，基于不同核桃產(chǎn)區(qū)的氣候特點(diǎn)，深入探索各產(chǎn)區(qū)核桃能夠承受晚霜危害的臨界值，對(duì)于挖掘核桃響應(yīng)晚霜危害的機(jī)制也至關(guān)重要。

1.2 核桃品種

晚霜危害通常導(dǎo)致核桃受害器官或整株發(fā)育延緩、葉片變黃枯萎、分蘗數(shù)減少、結(jié)果率降低[12]，甚至導(dǎo)致花苞、幼果和新梢枯死。不同核桃品種物候期各異，導(dǎo)致其受晚霜凍害影響程度不一。山西晉南地區(qū)晚霜基本在3月上旬至3月底發(fā)生，而‘魯光‘遼寧1號(hào)和‘禮品2號(hào)在3月18—19日進(jìn)入萌動(dòng)期，恰逢晚霜發(fā)生時(shí)間，上述核桃品種花芽因受凍而變黑、干枯、脫落，影響當(dāng)年核桃產(chǎn)量[13]?！逑恪纤?號(hào)的雌花盛花期在5月，‘汾核系列‘禮品2號(hào)的雌花盛花期在4月底，而山西呂梁核桃產(chǎn)區(qū)的晚霜通常于4月上中旬發(fā)生，上述核桃品種可以有效避開晚霜凍害的影響[14]。美國(guó)核桃品種‘強(qiáng)特勒‘土萊爾和‘美國(guó)黑核桃在甘肅成縣萌芽較晚，恰能避開4月上旬的晚霜凍害[15]。當(dāng)核桃的物候期避開晚霜發(fā)生日期時(shí)，其受晚霜凍害影響較小，也稱為避晚霜品種，可以為抗（避）晚霜核桃品種的選育提供參考。選育抗（避）晚霜品種是解決核桃受晚霜凍害影響最直接的途徑。因此，可以基于對(duì)不同品種抗性和核桃物候期的觀察，并結(jié)合雜交育種或無(wú)融合生殖的手段，選育可以有效抗（避）晚霜危害的優(yōu)質(zhì)子代或新品種。

2 核桃受低溫脅迫的生理生化機(jī)制

目前，大多研究均從抗寒性的角度評(píng)估核桃對(duì)低溫脅迫的耐受能力[1617]。解析低溫脅迫對(duì)核桃生理生化特性的影響往往從細(xì)胞膜系統(tǒng)、抗氧化系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)3個(gè)方面開展（圖1）[10]。

2.1 細(xì)胞膜系統(tǒng)

通常情況下，核桃新梢耐受低溫臨界溫度為-2～-4 ℃，葉片、花、幼果耐受低溫臨界溫度為-1 ℃[6]。當(dāng)環(huán)境溫度低于-1 ℃時(shí)，核桃花和幼果便會(huì)受凍而干枯、脫落；低于-4 ℃時(shí)，核桃新梢便會(huì)受凍而變黑、干枯。與此同時(shí)，細(xì)胞膜受到傷害后透性會(huì)增大。因此，相對(duì)電導(dǎo)率（relativeconductivity， REC）的變化可以反映細(xì)胞膜受害程度，進(jìn)一步說(shuō)明核桃受晚霜危害程度。當(dāng)生長(zhǎng)季核桃受到4 ℃低溫脅迫時(shí)，葉片REC變化不大；而在-4 ℃低溫脅迫時(shí)，REC顯著升高[1819]。當(dāng)新疆核桃‘扎343‘溫185‘新新2號(hào)和‘露仁1年生枝條受到≤0 ℃低溫脅迫時(shí)，其REC顯著升高[16]。綜上可知，當(dāng)環(huán)境溫度在核桃耐受低溫臨界值內(nèi)時(shí)，REC保持相對(duì)穩(wěn)定，低于臨界值時(shí)，REC呈升高趨勢(shì)。因此，當(dāng)早春晚霜危害發(fā)生時(shí)，可以將REC作為判定核桃受晚霜危害程度的指標(biāo)，用來(lái)評(píng)估核桃細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損傷的程度。

2.2 抗氧化系統(tǒng)

當(dāng)核桃受到≤0 ℃ 低溫脅迫時(shí)，活性氧（reactive oxygen species， ROS）生成速率增加，核桃1 年生枝條中丙二醛（malondialdehyde， MDA）大量積累（圖1），造成膜脂過(guò)氧化，導(dǎo)致ROS產(chǎn)生與清除之間的動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，從而對(duì)核桃造成傷害[20]。當(dāng)核桃葉片受到≤0 ℃低溫脅迫時(shí)，其MDA含量隨著溫度的降低呈上升趨勢(shì)[21]。綜上可知，核桃受到≤0 ℃低溫脅迫時(shí)，MDA含量增加表明細(xì)胞膜受到了嚴(yán)重?fù)p害?？购栽綇?qiáng)的核桃品種受到≤0 ℃低溫脅迫時(shí)，其體內(nèi)MDA含量降低。例如，‘魯果12 號(hào)枝條MDA 含量顯著低于‘香玲[22]，‘綠嶺葉片中MDA含量顯著低于其他核桃品種[21]，表明‘魯果12號(hào)和‘綠嶺受害程度更低。

植物體內(nèi)常見的抗氧化系統(tǒng)以抗氧化酶為主，主要包括超氧化物歧化酶（superoxidedismutase， SOD）、過(guò)氧化氫酶（catalase， CAT）和過(guò)氧化物酶（peroxidase， POD）[20]。SOD、POD和CAT是植物酶促防御體系中重要的保護(hù)酶，能防止膜脂過(guò)氧化。研究證明，SOD、POD和CAT在低溫脅迫環(huán)境中具有特殊的變化規(guī)律。目前，SOD、POD、CAT在核桃應(yīng)對(duì)≤0 ℃低溫脅迫中的響應(yīng)已經(jīng)受到關(guān)注[17-20]。當(dāng)‘香玲葉片和子房受到≤ 0 ℃低溫脅迫時(shí)，隨著溫度的降低（0～-5 ℃），SOD及POD活性先升高后降低，葉片SOD及POD活性在-4 ℃達(dá)到峰值，子房SOD 及POD 活性在-3 ℃達(dá)到峰值[21]。1 ℃低溫脅迫12 h時(shí)，‘哈特雷‘晉龍1號(hào)和‘晉龍2號(hào)葉片SOD和POD活性升高；隨著低溫脅迫時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，SOD和POD活性呈下降趨勢(shì)[23]?！懔岷汀敼?2號(hào)受到≤0 ℃低溫脅迫后，1年生枝條中SOD活性呈“升-降-升-降”的趨勢(shì)，CAT活性呈先上升后下降的趨勢(shì)[22]。當(dāng)溫度降至一定程度（耐受低溫臨界溫度）前，核桃體內(nèi)SOD、POD 和CAT 活性在逐漸升高（圖1）。而當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，SOD、POD和CAT活性開始下降。同時(shí)，≤0 ℃低溫持續(xù)時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，SOD、POD和CAT活性升高；超過(guò)該時(shí)間，SOD、POD 和CAT活性便會(huì)下降?！? ℃低溫脅迫初期，SOD、POD 和CAT 活性的升高有利于核桃清除低溫導(dǎo)致的自由基的積累，保護(hù)核桃細(xì)胞膜系統(tǒng)，進(jìn)一步提升核桃的抗寒能力。而溫度的繼續(xù)下降及低溫持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)打破了核桃體內(nèi)的代謝平衡，SOD、POD 和CAT 活性的下降導(dǎo)致核桃清除自由基的能力顯著下降，導(dǎo)致核桃受到低溫凍害的影響。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，將核桃生長(zhǎng)環(huán)境溫度控制在一定范圍（高于耐受低溫臨界溫度）也是一種預(yù)防晚霜危害的有效措施。這些生理生化特性變化趨勢(shì)為準(zhǔn)確衡量核桃受晚霜危害程度提供了參考依據(jù)，SOD、POD和CAT活性與核桃受晚霜危害的關(guān)系及其分子調(diào)控機(jī)制值得進(jìn)一步研究與挖掘。

2.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

目前，關(guān)于核桃受到≤0 ℃低溫脅迫的研究涉及的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有可溶性糖（soluble sugar，SS）、可溶性蛋白（soluble protein， SP）和脯氨酸（proline， Pro），研究證明，SS、SP和Pro含量的變化可以用來(lái)鑒定核桃抵御低溫脅迫的能力[17，20]。不同核桃品種受到≤0 ℃低溫脅迫時(shí)，其體內(nèi)SS、SP和Pro含量存在一定的差異[19]。例如，≤0 ℃低溫脅迫下，避晚霜品種‘清香1年生枝條SS和SP含量顯著低于不避晚霜品種‘遼寧1號(hào)[20]?？雇硭贩N‘溫185 1年生枝條SS和SP含量顯著高于其他品種，而Pro含量顯著低于其他品種[24]。綜上可知，較高的SS含量有利于清除核桃細(xì)胞內(nèi)自由水含量，較高的Pro含量利于通過(guò)提高細(xì)胞滲透壓而增加保水能力，較高的SP含量有利于提高核桃抵御≤ 0 ℃低溫脅迫的能力（圖1）。不同核桃品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量之間的差異性導(dǎo)致其抵御低溫脅迫的能力存在差異，這對(duì)于后續(xù)選育抗晚霜核桃新品種具有重要的指導(dǎo)意義。

3 核桃受低溫脅迫的分子機(jī)理

隨著分子生物學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，核桃等經(jīng)濟(jì)林木響應(yīng)低溫脅迫分子機(jī)制的研究主要集中在低溫保護(hù)物質(zhì)和調(diào)節(jié)蛋白因子調(diào)控2 個(gè)方面[25]。在低溫脅迫下，誘導(dǎo)響應(yīng)低溫脅迫基因的表達(dá)主要通過(guò)逆境信號(hào)傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)水平進(jìn)行（圖2）。

3.1 逆境信號(hào)傳導(dǎo)

脫落酸（abscisic acid， ABA）是一種低溫信號(hào)傳導(dǎo)分子，ABA信號(hào)途徑是植物處于低溫脅迫等逆境反應(yīng)的核心[26]。WRKY是一類植物特有的抗逆相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，已經(jīng)被證明在植物響應(yīng)低溫等逆境脅迫中發(fā)揮重要作用[27]。5 ℃低溫脅迫下，根系中JrWRKY2 的表達(dá)量先上升后下降，處理9 h后達(dá)到峰值，而JrWRKY7 在根系中的表達(dá)量呈“升-降-升”的趨勢(shì)，處理2 h后達(dá)到峰值[26]。上述結(jié)果說(shuō)明，JrWRKY 參與核桃受到低溫脅迫的早期響應(yīng)。外源ABA 使過(guò)表達(dá)JrWRKY2 和JrWRKY7 的核桃葉片中SOD 和POD 酶活性均顯著高于對(duì)照、MDA含量顯著低于對(duì)照。此外，5 ℃低溫脅迫下，瞬時(shí)轉(zhuǎn)化JrWRKY2 和JrWRKY7 的核桃葉片Evans藍(lán)染色程度最淺，對(duì)照組葉片Evans藍(lán)染色程度最深[26]。外源ABA 使核桃種子JrWRKY6和JrWRKY53表達(dá)量顯著上升[27]。JrWRKY可能通過(guò)依賴于ABA的信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與核桃對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)，并提高其抗旱能力。研究表明，對(duì)4 ℃核桃苗進(jìn)行外源ABA 處理后，其葉片JrPAL 表達(dá)水平上調(diào)，同時(shí)低溫也可以誘導(dǎo)JrPAL（pyrabactin resistance 1-like）的表達(dá)[28]，推測(cè)ABA可能通過(guò)調(diào)控JrPAL 提高核桃對(duì)低溫環(huán)境的抵御能力。

JAZ（jasmonate ZIM-domain）蛋白是茉莉酸（jasmonic acid， JA）信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中重要的負(fù)調(diào)控蛋白，在調(diào)控植物生長(zhǎng)和防御的JA信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要的作用[29]。0.5 ℃低溫處理核桃苗48 h后，JrJAZ1、JrJAZ3、JrJAZ4、JrJAZ5、JrJAZ7 和JrJAZ9 在‘遼寧8號(hào)和‘清香葉片中的表達(dá)量均顯著升高[29]，即JrJAZ 參與核桃低溫脅迫的響應(yīng)。赤霉素（gibberellin， GA）合成代謝GRAS家族是存在于植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，GRAS在赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，對(duì)低溫脅迫做出響應(yīng)[30]。對(duì)核桃GA信號(hào)傳導(dǎo)途徑響應(yīng)低溫脅迫的研究表明，4 ℃低溫脅迫核桃苗48 h后，JrGRAS53 和JrGRAS56 在不耐低溫核桃品種‘清香中下調(diào)，但在耐低溫核桃品種‘遼寧8號(hào)中差異不顯著[31]。對(duì)早實(shí)核桃‘中林1號(hào)和晚實(shí)核桃‘清香進(jìn)行外源GA3處理，低質(zhì)量濃度（50和100 mg·L-1）GA3處理有利于降低核桃受低溫凍害的程度，而高質(zhì)量濃度（200和300 mg·L-1）GA3處理增加核桃受低溫凍害程度[32]?？傊?，GA 可能通過(guò)上調(diào)JrGRAS 而提高核桃抵御低溫脅迫的能力。

3.2 轉(zhuǎn)錄調(diào)控

ICE （inducer of CBF expression） 屬于bHLH（basic helix-loop-helix）轉(zhuǎn)錄因子，在模式植物擬南芥中，ICE1-CBF （C-repeat binding transcriptionfactor）-COR （cold-related）低溫信號(hào)途徑已經(jīng)比較清晰[33]，為核桃等木本植物響應(yīng)低溫脅迫機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)植物響應(yīng)低溫脅迫時(shí)，ICE1轉(zhuǎn)錄因子被激活，從而使其下游基因CBF 和COR上調(diào)表達(dá)，提高植物的抗寒能力[34]。‘清香嫁接苗受4 ℃低溫脅迫48 h后，JrICE1 在其葉片中的表達(dá)量顯著升高，表明JrICE1 參與核桃低溫脅迫的響應(yīng)[35]。隨著4 ℃低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，JrCOR 在‘香玲花芽中的表達(dá)量先上升后下降，并于處理4 h時(shí)達(dá)到峰值，說(shuō)明JrCOR 主要在核桃響應(yīng)低溫脅迫的早期階段發(fā)揮作用[36]。雖然目前已經(jīng)研究了ICE1 和COR 基因家族在核桃受到4 ℃低溫脅迫時(shí)的表達(dá)模式，但是ICE1、CBF 和COR 在核桃響應(yīng)低溫脅迫過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制仍不清晰。

CBF/DREB1 （C-repeat binding factor/ dehydrationresponsive element binding protein 1）是植物體內(nèi)低溫信號(hào)傳導(dǎo)途徑中研究最廣泛的轉(zhuǎn)錄因子，CBF/DREB1由低溫誘導(dǎo)產(chǎn)生，有利于增強(qiáng)植物在逆境中的抗性[37]。核桃幼苗受4 ℃ 低溫脅迫后，JfDREB1A 在根系、莖端和葉片中的表達(dá)量立即上調(diào)。此外，JfDREB1A 在擬南芥中的過(guò)表達(dá)通過(guò)維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性、降低相對(duì)電導(dǎo)率和提高SOD、POD 和CAT活性來(lái)提高擬南芥的存活率。無(wú)性系核桃組培苗受到4 ℃低溫脅迫后，葉片中JrCBF表達(dá)量隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈“先上升后下降”的趨勢(shì)，在8 h時(shí)達(dá)到峰值，并在24 h時(shí)降至對(duì)照組的24 倍，進(jìn)一步說(shuō)明JrCBF 能夠被低溫誘導(dǎo)[38]。然而，在2和4 ℃低溫脅迫下，‘陽(yáng)光和‘云新這2個(gè)品種的核桃葉片中CBF 表達(dá)量沒(méi)有顯著差異[39]，與徐麗等[38]的研究存在差異，可能是因?yàn)椤?yáng)光和‘云新這2個(gè)核桃品種對(duì)低溫脅迫的反應(yīng)并不敏感。綜上，CBF/DREB1 參與了核桃響應(yīng)低溫脅迫的生物學(xué)過(guò)程，但其分子機(jī)制尚不明確。

此外，DHN（dehydrins）、GSTTaul （glutathioneS-transferase）和PUB（U-box）等也在核桃受低溫脅迫時(shí)發(fā)揮作用。4 ℃低溫脅迫處理核桃幼苗，葉片中JrDHN 的表達(dá)量增加，并在處理4 h后達(dá)到峰值[40]。6 ℃低溫脅迫下，JrGSTTau1 在核桃葉片中的表達(dá)量顯著高于溫度在6 ℃以上的葉片[41]。4 ℃低溫脅迫處理核桃苗48 h后，葉片中JrPUB3（U-box）、JrPUB7、JrPUB9、JrPUB12、JrPUB18、JrPUB20、JrPUB23、JrPUB40 和JrPUB42 的表達(dá)量顯著上調(diào)，而JrPUB32、JrPUB35 和JrPUB48 的表達(dá)量顯著下調(diào)[42]。上述結(jié)果說(shuō)明JrDHN、JrGST和JrPUBs 在核桃響應(yīng)低溫脅迫的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

綜上所述，一定程度的低溫脅迫通過(guò)誘導(dǎo)低溫脅迫響應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而提高核桃抵御低溫脅迫的能力；ICE1、CBF/DREB1、COR、DHN、GST 和PUB 等在低溫脅迫中發(fā)揮著重要作用，以上結(jié)果不僅有助于更好地從分子水平理解核桃對(duì)早春晚霜危害的響應(yīng)，更有利于繼續(xù)開展核桃抗晚霜機(jī)制的研究。然而，目前ABA、JA及GA調(diào)控核桃響應(yīng)低溫脅迫的作用機(jī)制尚不清楚，WRKY、JAZ及GRAS在核桃響應(yīng)晚霜危害時(shí)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍需進(jìn)一步解析，在分子水平上對(duì)核桃抗晚霜以及相關(guān)基因家族提升核桃耐受低溫脅迫的信號(hào)通路方面的研究也相對(duì)欠缺。因此，后續(xù)可以從ABA、JA 及GA 信號(hào)傳導(dǎo)途徑出發(fā)，基于WRKY、JAZ、GRAS、ICE1-CBF-COR、DHN、GST 和PUB 等基因關(guān)聯(lián)研究核桃響應(yīng)晚霜危害的具體分子調(diào)控機(jī)制。

4 展望

我國(guó)核桃主產(chǎn)區(qū)集中在云南、新疆、四川、陜西等地，大面積土地的優(yōu)勢(shì)有利于核桃產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增收，而近年來(lái)頻發(fā)的晚霜凍害給我國(guó)核桃的生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。目前，生產(chǎn)上已采取一系列的措施減輕核桃的晚霜危害并逐漸完善，通過(guò)選育抗（避）晚霜品種[9]、核桃受害后立即剪去所有受凍新梢的物理防治方法以及噴施赤霉素等激素推遲核桃花芽萌發(fā)的化學(xué)防治方法[33]降低核桃受害率，提升核桃產(chǎn)量和品質(zhì)。雖然核桃受到低溫脅迫時(shí)生理生化指標(biāo)及其響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制已經(jīng)取得一定的研究進(jìn)展，而響應(yīng)低溫脅迫的相關(guān)基因的克隆及其在核桃植株中的功能鑒定等方面還處于起步階段。挖掘核桃抗晚霜的分子響應(yīng)機(jī)制對(duì)選育和改良抗晚霜核桃種質(zhì)資源具有重要的指導(dǎo)意義。目前，使核桃有效避開晚霜凍害的措施主要集中在培育避晚霜凍害的新品種上。關(guān)于核桃抗晚霜研究可以從以下方面深入：①挖掘ABA、JA、GA等信號(hào)通路在核桃抗晚霜中的分子機(jī)制及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；② 探索ICE、CBF/DREB1、COR 和WRKY 等響應(yīng)低溫脅迫基因參與核桃抗晚霜的調(diào)控機(jī)制；③通過(guò)對(duì)不同品種核桃物候期的觀察，結(jié)合雜交育種技術(shù)，選育抗（避）晚霜核桃新品種；④基于隨低溫脅迫相關(guān)基因的克隆，通過(guò)構(gòu)建核桃的遺傳轉(zhuǎn)化體系，結(jié)合基因編輯技術(shù)，培育抗（避）晚霜核桃新品種。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 郗榮庭. 果樹栽培學(xué)總論[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1997：303.

［2］ 蔣瑤， 魏海林， 高昌虎， 等. 湖南低山丘陵區(qū)薄殼山核桃的開花物候期觀測(cè)及品種配置[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2021， 45（1）： 53-62.

JIANG Y， WEI H L， GAO C H， et al .. Observation on floweringphenology and variety combination of Carya illinoinensis in lowmountains and hills of Hunan province [J]. J. Nanjing For.Univ. （Nat. Sci.）， 2021， 45（1）： 53-62.

［3］ 王一峰， 陳耀年， 王瀚， 等. 我國(guó)核桃晚霜凍害研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2020， 40（11）： 49-51.

［4］ 楊亞利， 鄭合清， 張淑敏， 等. 2018和2020年銅川核桃晚霜凍害分析[J]. 陜西氣象， 2022（3）： 64-68.

［5］ 樂(lè)呼， 雷曉英， 袁曉霞， 等. 藍(lán)田縣核桃春季霜凍特征及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2022（5）： 163-165，169.

［6］ 武靜， 賀奇， 史敏華， 等. 山西省核桃晚霜危害調(diào)查及防御措施研究[J]. 山西林業(yè)科技， 2016， 45（3）： 28-30.

WU J， HE Q， SHI M H， et al .. Study on the damage andpreventive measures of late frost to Juglans regia in Shanxiprovince [J]. Shanxi For. Sci. Technol.， 2016， 45（3）： 28-30.

［7］ 樊江斌， 張金龍， 許新平， 等. 陜西2013年核桃晚霜凍害發(fā)生情況調(diào)查與分析[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)， 2014， 29（5）：120-124.

PAN J B， ZHANG J L， XU X P， et al .. An investigation onfrozen damage of walnut trees in Shaanxi province [J]. J.Northwest For. Univ.， 2014， 29（5）： 120-124.

［8］ 王榮梅， 張曉琴， 劉姣， 等. 新疆喀什地區(qū)近50 a來(lái)霜凍變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J]. 干旱氣象， 2013， 31（2）：309-312.

WANG R M， ZHANG X Q， LIU J， et al .. Frost variation and itsinfluence on agricultural in Kashi of Xinjiang in recent 50years [J]. J. Arid Meteorol.， 2013， 31（2）： 309-312.

［9］ 劉杜玲， 張博勇， 彭少兵， 等. 早實(shí)核桃物候期觀察與避晚霜品種的篩選[J]. 北方園藝， 2011（24）： 14-17.

LIU D L， ZHANG B Y， PENG S B， et al .. Observation onphenological period and varieties choice in avoiding the latefrost damage of early-fruiting walnut culivars [J]. NorthernHortic.， 2011（24）： 14-17.

［10］ 武彥霞， 田鑫， 李夏媛， 等. 山西省核桃晚霜凍害及預(yù)防補(bǔ)救措施[J]. 果樹資源學(xué)報(bào)， 2021， 2（1）： 51-52.

WU Y X， TIAN X， LI X Y， et al .. Late frost damage of walnutand preventive and remedial measures in Shanxi province [J].J. Fruit Resour.， 2021， 2（1）： 51-52.

［11］ 王一峰， 趙淑玲， 龐世偉， 等. 2018年成縣核桃晚霜凍害調(diào)查與分析[J]. 陜西林業(yè)科技， 2018， 46（3）： 32-35.

WANG Y F， ZHAO S L， PANG S W， et al .. Investigation onfreezing damage to walnut trees in Cheng county [J]. ShaanxiFor. Sci. Technol.， 2018， 46（3）： 32-35.

［12］ YADAV S K. Cold stress tolerance mechanisms in plants. areview [J]. Agron. Sustain. Dev.， 2010， 30（3）： 515-527.

［13］ 常月梅， 李永琛， 高俊仙. 核桃資源的抗晚霜性能評(píng)價(jià)[J].果樹資源學(xué)報(bào)， 2022， 3（5）： 15-19.

CHANG Y M， LI Y C， GAO J X. Evaluation of late frostresistance of walnut genetic resources [J]. J. Fruit Resour.，2022， 3（5）： 15-19.

［14］ 冀中銳， 張樹振， 史根生， 等. 核桃物候期觀察與避晚霜品種的篩選[J]. 落葉果樹， 2021， 53（1）： 13-16.

JI Z R， ZHANG S Z， SHI G S， et al .. Observation on thephenophase of walnut and varieties selection for late frostavoidance [J]. Deciduous Fruits， 2021， 53（1）： 13-16.

［15］ 王一峰， 趙淑玲， 王讓軍， 等. 甘肅成縣核桃種質(zhì)資源晚霜凍害調(diào)查[J]. 中國(guó)果樹， 2020（1）： 120-124.

［16］ 仙米西努爾·克里木. 低溫對(duì)新疆主要核桃品種枝條抗寒性生理指標(biāo)的影響及抗凍措施[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)2022年科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集（三）. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)， 2022：706-713.

［17］ 張敏歡， 王建成， 楊紅蘭， 等. 新疆野核桃種質(zhì)對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2020， 31（8）： 2558-2566.

ZHANG M H， WANG J C， YANG H L， et al .. Physiologicalresponse of Xinjiang wild walnut germplasm to low temperaturestress [J]. Chin. J. Appl. Ecol.， 2020， 31（8）： 2558-2566.

［18］ 武彥霞， 史高川， 田鑫， 等. 5個(gè)核桃優(yōu)系葉片抗寒性指標(biāo)分析[J]. 果樹資源學(xué)報(bào)， 2022， 3（6）： 25-26，37.

WU Y X， SHI G C， TIAN X， et al .. Leaf cold resistanceindexes analysis of five walnuts excellent individuals [J]. J.Fruit Resour.， 2022， 3（6）： 25-26，37.

［19］ 王一峰， 趙淑玲， 王瀚， 等. 不同核桃種質(zhì)展葉期抗寒性的綜合評(píng)價(jià)[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究， 2019， 37（1）： 50-60.

WANG Y F， ZHAO S L， WANG H， et al .. Comprehensiveevaluation on cold resistance of different walnut germplasms atleaf-expansion period [J]. Non-wood For. Res.， 2019， 37（1）：50-60.

［20］ 吳碩， 賈彥麗， 智福軍. 低溫脅迫下核桃枝條抗寒性綜合評(píng)價(jià)[J]. 林業(yè)與生態(tài)科學(xué)， 2020， 35（3）： 314-319.

WU S， JIA Y L， ZHI F J. Comprehensive evaluation of coldresistance of walnut branches under low temperature stress [J].For. Ecol. Sci.， 2020， 35（3）： 314-319.

［21］ 任俊杰， 趙爽， 蘇彥蘋， 等. 春季低溫脅迫對(duì)核桃抗氧化酶指標(biāo)的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2016，44（3）： 75-81.

REN J J， ZHAO S， SU Y P， et al .. Effects of low temperaturestress in spring on antioxidant indexes of walnuts [J]. J.Northwest A&F Univ. （Nat. Sci.）， 2016， 44（3）： 75-81.

［22］ 相昆， 徐穎， 王新亮， 等. 低溫脅迫對(duì)核桃枝條活性氧代謝的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2014， 26（1）： 35-37.

XIANG K， XU Y， WANG X L， et al .. Effects of lowtemperature stress on active oxygen metabolism in walnutbranches [J]. Acta Agric. Jiangxi， 2014， 26（1）： 35-37.

［23］ 田景花， 王紅霞， 張志華， 等. 低溫逆境對(duì)不同核桃品種抗氧化系統(tǒng)及超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2015， 26（5）：1320-1326.

TIAN J H， WANG H X， ZHANG Z H， et al .. Effects of chillingstress on antioxidant system and ultrastructure of walnutcultivars [J]. Chin. J. Appl. Ecol.， 2015， 26（5）： 1320-1326.

［24］ 韓立群， 馬凱， 李亞利， 等. 低溫脅迫下美國(guó)核桃和中國(guó)新疆核桃抗寒性綜合評(píng)價(jià)[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2017， 54（10）：1804-1812.

HAN L Q， MA K， LI Y L， et al .. Comprehensive evaluation ofcold resistance of American walnut and China Xinjiang walnutunder low temperature stress [J]. Xinjiang Agric. Sci.， 2017， 54（10）： 1804-1812.

［25］ 劉榮， 劉清國(guó)， 范建新， 等. 果樹抗寒性生理生化及分子機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 分子植物育種， 2017， 15（5）： 2028-2034.

LIU R， LIU Q G， FAN J X， et al .. Research advances in thecold-resistance physiology biochemical and molecular mechanismin fruit crops [J]. Mol. Plant Breed.， 2017， 15（5）： 2028-2034.

［26］ YANG G Y， ZHANG W H， LIU Z X， et al .. Both JrWRKY2 andJrWRKY7 of Juglans regia mediate responses to abioticstresses and abscisic acid through formation of homodimersand interaction [J]. Plant Biol.， 2017， 19（2）： 268-278.

［27］ YANG G Y， ZHANG W H， SUN Y D， et al .. Two novel WRKYgenes from Juglans regia， JrWRKY6 and JrWRKY53， areinvolved in abscisic acid-dependent stress responses [J]. Biol.Plantarum， 2017， 61（4）： 611-621.

［28］ XU F， DENG G， CHENG S， et al .. Molecular cloning，characterization and expression of the phenylalanine ammonialyasegene from Juglans regia [J]. Molecules， 2012， 17（7）：7810-7823.

［29］ 劉凱， 李津津， 王紅霞， 等. 核桃JrJAZ 基因家族鑒定與轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 44（1）： 41-50.

LIU K， LI J J， WANG H X， et al .. Identification andtranscriptional expression analysis of walnut JrJAZ gene family [J].J. Hebei Agric. Univ.， 2021， 44（1）： 41-50.

［30］ QUAN S W， NIU J X， ZHOU L， et al.. Genome-wide identification，classification， expression and duplication analysis of GRAS familygenes in Juglans regia L. [J/OL]. Sci. Rep.， 2019， 9（1）： 11643[2022-10-16]. https：//doi.org/10.1038/s41598-019-48287-x.

［31］ 劉凱， 趙星哲， 王紅霞， 等. 核桃JrGRAS 基因家族鑒定與響應(yīng)低溫脅迫基因篩選[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 44（2）：27-40.

LIU K， ZHAO X Z， WANG H X， et al .. Identification of walnutJrGRAS gene family and screening of genes in responce to lowtemperature stress [J]. J. Hebei Agric. Univ.， 2021， 44（2）：27-40.

［32］ 趙云. 噴施GA3和ETH對(duì)核桃休眠芽萌發(fā)及抗寒力的影響[D]. 太原：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2016.

ZHAO Y. Effects of GA3 and ETH on bud germinate and coldresistance for dormant buds of walnut [D]. Taiyuan： ShanxiAgricultural University， 2016.

［33］ TANG K， ZHAO L， REN Y Y， et al .. The transcription factorICE1 functions in cold stress response by binding to thepromoters of CBF and COR genes [J]. J. Integrat. Plant Biol.，2020， 62（3）： 258-263.

［34］ ZUO Z F， KANG H G， PARK M Y， et al .. Overexpression ofICE1， a regulator of cold-induced transcriptome， confers coldtolerance to transgenic Zoysia japonica [J]. J. Plant Biol.， 2019，62（2）： 137-146.

［35］ 李津津， 劉凱， 王芳， 等. 核桃響應(yīng)低溫脅迫轉(zhuǎn)錄因子ICE1基因的克隆與分析[J]. 林業(yè)與生態(tài)科學(xué)， 2021， 36（3）：293-300.

LI J J， LIU K， WANG F， et al .. Cloning and analysis of coldstress transcription factor ICE1 gene in Juglans regia [J]. For.Ecol. Sci.， 2021， 36（3）： 293-300.

［36］ 徐麗， 陳新， 張力思， 等. 核桃JrCOR 基因的克隆及表達(dá)分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2018， 50（10）： 13-18.

XU L， CHEN X， ZHANG L S， et al .. Cloning and expression ofJrCOR gene from walnut [J]. Shandong Agric. Sci.， 2018， 50（10）： 13-18.

［37］ RUBIO S， NORIEGA X， PEREZ F J. Abscisic acid （ABA） andlow temperatures synergistically increase the expression ofCBF/DREB1 transcription factors and cold-hardiness ingrapevine dormant buds [J]. Ann. Bot.， 2019， 123（4）： 681-689.

［38］ 徐麗， 陳新， 張力思， 等. 核桃JrCBF 基因的克隆與表達(dá)和單核苷酸多態(tài)性分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報(bào)， 2014， 15（2）：320-326.

XU L， CHEN X， ZHANG L S， et al .. Molecular cloning，expression， and single nucleotide polymorphism analysis oftranscription factor gene JrCBF in Juglans regia L. [J]. J. PlantGenet. Resour.， 2014， 15（2）： 320-326.

［39］ 宋靜武， 彭磊. 核桃CBF 基因在低溫脅迫中表達(dá)[J]. 湖北林業(yè)科技， 2019， 48（2）： 7-13.

SONG J W， PENG L. Investigating the expression of CBF genein Juglans regia under cold stress [J]. Hubei For. Sci. Technol.，2019， 48（2）： 7-13.

［40］ 徐麗， 陳新， 魏海蓉， 等. 核桃Y2SK2型脫水素基因JrDHN 的克隆、表達(dá)和單核苷酸多態(tài)性分析[J]. 園藝學(xué)報(bào)， 2014， 41（8）： 1573-1582.

XU L， CHEN X， WEI H R， et al .. Molecular cloning，expression， and single nucleotide polymorphism analysis oftypical Y2SK2 dehydratin in Juglans [J]. Acta Hortic. Sin.，2014， 41（8）： 1573-1582.

［41］ YANG G Y， XU Z G， PENG S B， et al .. In plantacharacterization of a tau class glutathione S-transferase genefrom Juglans regia （JrGSTTau1） involved in chilling tolerance [J].Plant Cell Rep.， 2016， 35（3）： 681-692.

［42］ 姬新穎， 馮啟科， 劉志月， 等. 核桃JrPUBs（U-box）基因家族鑒定與響應(yīng)冷溫脅迫基因篩選[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022， 45（6）： 68-80.

JI X Y， FENG Q K， LIU Z Y， et al .. Identification of walnutJrPUBs （U-box） gene family and screening of genes inresponce to chilling stress [J]. J. Hebei Agric. Univ.， 2022，45（6）： 68-80.

（責(zé)任編輯：胡立霞）

基金項(xiàng)目：北京林業(yè)大學(xué)熱點(diǎn)追蹤項(xiàng)目（2022BLRD07）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFD1002401）。