11种竹子的抗寒性研究

2017-07-03王因花燕丽萍吴德军李庆国刘翠兰姜庆娟

山东林业科技 2017年6期

王因花，邵伟，燕丽萍，吴德军 *，李庆国，刘翠兰，姜庆娟

（1.山东省林业科学研究院，山东济南250014；2.山东省林木遗传改良重点实验室，济南250014；3.临沂市林业科学研究所，临沂276000；4.日照市岚山区高兴镇农业办公室，276800）

竹子为禾本科竹亚科多年生常绿植物，因姿态秀丽，干形挺拔而在园林绿化中得到广泛应用。全球约有竹类植物70多属，1200多种，仅我国就有39属509种,约占全国森林总面积的4%以上[1]，是世界上竹类资源最丰富的国家之一[2]。竹类植物在我国主要分布在长江以南地区，随着南竹北移工作的开展，毛竹、淡竹、刚竹、红竹等抗性较强的散生竹在黄河以北流域也得以扎根繁殖[3]。济南市从上世纪五六十年代开始尝试引进竹子，共2属7种2变型[4]，其中淡竹是济南城市绿化用的最多最普遍的品种。从2014年开始，济南市各景区及部分道路的淡竹开始出现集中开花而后相继死亡的现象，使得济南的竹子几乎遭受灭顶之灾。无论是通过有性繁殖还是无性更新复壮，要想恢复到开花前的生产水平，都需要很长时间，若通过竹林自然更新，周期会更长[5]。因此，为避免以后再次出现这种情况，引进更多竹种进行抗性研究势在必行，以满足济南城市绿化的需求。

在竹子抗寒性方面的研究，初期主要集中在对竹子外观形态的调查，在生理机制上研究较少。黄衍串采用分级法从点到面对江西省90余种经历过极端低温（-15.3℃）的竹子进行了冻害调查，根据有无冻害和受冻面积，将竹子受冻害的情况分为五级，受冻害情况为丛生竹＞散生竹，从南向北移＞从北向南移，杂交竹种抗性较强[6]；1999年福建闽北经历极端低温后，纪成据对约60种丛生竹进行了冻害调查，发现有45种受到了不同程度的冻害[7]；张济和通过对北京植物园竹亚科植物的引种栽培，对竹种越冬进行了评价，指出在基本满足其对水分需求的情况下，引进竹种的抗性差异主要表现在越冬方面，改善湿热条件是引种成败的关键[8]。近年来，人们开始从生理机制方面对竹子的抗寒性展开研究。马兰涛等研究了低温胁迫对Guaduaamplexfolia几个抗寒性生理指标的影响，指出各生理指标与日最低温具有良好的关联性[9]；林树燕利用电导法测定了7种观赏竹的抗寒性，通过测定膜透性的变化对7种竹子进行了抗寒能力的比较[10]；胡尚连等对不同类型竹种的生理指标进行了灰色关联分析和聚类分析，认为相对电导率、SOD活性、可溶性蛋白含量、POD活性和脯氨酸含量可以作为评价竹抗寒性的指标，并对不同竹种的抗寒性进行评定[11]；刘国华等研究了自然状态下叶绿素和电导率与竹子抗寒性的关系[12]。本研究以引进的11种竹子为材料，研究了自然状态下各生理指标的变化并对各竹种进行抗寒性比较，以期能为竹子引种工作提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究所用竹种分别引自潍坊和南京，引种后按2*3m株行距栽植。

1.2 试验地概况

试验地位于济南市章丘区唐王镇，地势平坦，土质肥沃，地下水质资源丰富，灌溉便利，属温带季风区的大陆性气候，年均日照2647.6小时，平均气温12.8℃，年平均降水量600.8毫米，相对湿度65%，无霜期192天。

1.3 试验方法

1.3.1 外部形态观察

采用实地观测的方法，观察冬季低温引起的各竹种外部形态变化情况。通过观察对比对引进种类的抗性和适应性进行评价分析，并于第2年春天统计各竹种的存活率，筛选优良竹种。

1.3.2 生理指标测定

分别于2015年12月25日，2016年1月25日，2016年2月25日，到试验地采取叶片做生理指标测定。取样后，将叶片放入密封袋，迅速放入带有冰块的保温盒内带回实验室。先将叶片用自来水冲洗干净，再用双蒸水冲洗4-5次，吸水纸吸干，称取适量用于电导率（DDS-12A型电导仪）及叶绿素（乙醇萃取法）、SOD（氮蓝四唑法）、MDA（硫代巴比妥酸法）生理指标测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 20.0进行数据分析和多重比较。采用模糊数学隶属函数法对各竹种进行抗寒性综合评价。

隶属函数的计算方法：

隶属函数值计算公式:R(Xi)=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

反隶属函数值计算公式:R(Xi)=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中:R(Xi)为隶属函数值，Xi为指标测定值，Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。

抗寒能力评价分级[13]：

I级：综合评价值＞0.7分，代表抗寒性强；

II级：综合评价值介于0.5-0.7之间，代表抗寒性中等；

III级：综合评价值＜0.5，代表抗寒性弱。

2 结果与分析

2.1 各竹种受冻情况及存活率调查

2016年1月22-23日，章丘区经历了历史极端低温-20℃。于2016年2月份进行了竹子受冻情况调查，并于5月份进行了存活率调查，调查情况见表1。

由表1可以看出，经过一个寒冬尤其是历史极端低温之后，各竹种都表现出严重的冻害性状，叶形态方面均表现为卷曲、干枯；叶色方面，除淡竹表现为黄绿色外，其它竹种均为黄色。而且各竹种均出现不同程度的死亡情况，其中桂竹存活率最高，为70%，而金竹存活率最低，为0。各竹种存活率由高到低的排列顺序为：淡竹=桂竹＞黄槽石绿竹＞短箬竹＞金明竹＞金镶玉竹＞毛毛竹＞黄纹竹＞金明红竹＞黄秆乌哺鸡竹＞金竹。

2.2 生理指标分析

2.2.1 自然状态下低温对各竹种电导率的影响

自然状态下低温对各竹种电导率的影响情况见表2。由表2可以看出，2015年12月份第1次取样时，各竹种电导率值都相对较小，无差异显著性。2016年1月份和2016年2月份，各竹种电导率陡然增大。对同一取样时间下各竹种间的电导率进行方差分析，结果表明，2015年12月份各竹种间的电导率差异不显著，2016年1月份，桂竹的电导率最小，桂竹除与金明竹之间的电导率差异不显著外，与其它竹种的电导率差异都达到了显著水平，其它竹种间的电导率差异不显著；到2016年2月份取样时，除金竹与淡竹和短箬竹差异显著外，其它各竹种间的电导率已没有显著差异。

2.2.2 自然状态下低温对各竹种叶绿素的影响

由表3可以看出，3次所取的样品中，所有竹种的叶绿素值都处于相对较低的水平。同时，所有竹种的叶绿素含量变化呈现出两种不同的趋势，黄槽石绿竹、黄纹竹、金竹、桂竹这4个竹种的叶绿素含量呈先升高后降低的趋势，而其它7个竹种的叶绿素含量则是持续下降的状态。对同一取样时间下各竹种间的叶绿素含量进行方差分析，结果表明，2015年12月份，淡竹的叶绿素含量最高，与其它10个竹种的叶绿素含量差异都达到了显著水平，其次为金明竹和金镶玉竹；2016年1月份，淡竹、桂竹、金明竹这3个竹种之间的叶绿素含量较高，且相互之间差异不显著；2016年2月份，体内叶绿素含量最高的竹种为金明竹，其次为淡竹，各竹种间叶绿素含量差异情况见表3（方差分析表略）。

表1 各竹种外部形态及存活率调查表

表2 自然状态下低温对各竹种电导率的影响

2.2.3 自然状态下低温对各竹种SOD的影响

自然状态下低温对各竹种SOD的影响间表4。由表4可以看出，在3次不同的取样时间下，除金明竹、金竹、桂竹这3个竹种的SOD活性呈持续升高的状态外，其它8个竹种的SOD活性均表现出先升高后降低的趋势。2015年12月份，SOD活性最高的为金镶玉竹，其次为毛毛竹，除黄秆乌哺鸡竹和金明红竹间的SOD活性差异不显著外，其它竹种间的SOD活性都存在着显著差异；2016年1月份，SOD活性最高的依然为金镶玉竹，其次为短箬竹，除金明红竹和黄槽石绿竹的SOD活性无显著差异外，其它竹种间的SOD活性都存在着显著差异；而到了2016年2月份，SOD活性最高的为金明竹，其次为毛毛竹，所有的竹种间SOD的活性差异都达到了显著水平，这说明低温对这11个竹种SOD活性的影响非常明显，各竹种对低温伤害的抵抗能力也显著不同。

表3 自然状态下低温对各竹种叶绿素含量的影响

表4 自然状态下低温对各竹种SOD活性的影响

2.3 自然状态下低温对各竹种MDA含量的影响

自然状态下低温对各竹种MDA含量的影响见表5。

由表5可以看出，各竹种MDA含量的变化呈现出3种不同的趋势，黄秆乌哺鸡竹、金明竹、淡竹、黄槽石绿竹、黄纹竹、短箬竹、毛毛竹等7种竹子的MDA含量呈一直增大的趋势，而金明红竹、金竹、金镶玉竹这3种竹子则表现出先升高后降低的趋势，桂竹的MDA含量变化最为特殊，呈持续下降的趋势，不同的取样时间下各竹种MDA含量的差异情况见表5所示。

2.4 抗寒性综合评价

采用隶属函数法对各竹种的4个生理指标进行综合评价，表中电导率和MDA含量的值为反隶属函数值，评价结果见表6。

表5 低温对各竹种MDA含量的影响

由表6可以看出，通过对各竹种4个抗寒性生理指标进行综合评价，结合抗寒能力评价分级，可以看出抗寒能力最强的为淡竹，其次为桂竹、黄槽石绿竹、黄纹竹、金镶玉竹，这5个竹种的综合评价值介于0.5～0.7之间，抗寒能力处于中等水平，而其余6个竹种的综合评价值均小于0.5，抗寒能力较弱。

3 讨论及结论

3.1 自然状态下低温对质膜透性的影响

植物细胞的细胞质由一层质膜包围着，各种不良环境因素对细胞的影响往往首先作用于这层生物膜，如极端的温度、干旱、盐渍等都会使质膜收到不同程度的损伤，其表现往往为细胞膜透性增大，细胞内部分电解质外渗，外液电导率增大。细胞膜透性越大，表示受害越严重，抗性越弱，反之则抗性越强。本研究中，2015年12月份第1次取样时，各竹种电导率值都相对较小，说明此时各竹种遭受低温伤害情况并不严重，细胞膜损伤还比较小，但到了第2次和第3次取样时，各竹种电导率陡然增大，说明各竹种对经历的极端低温作出了明显的生理响应，细胞膜透性显著增大，说明低温对竹子质膜透性的变化具有非常显著的影响，温度越低，质膜透性越大。

表6 自然状态下各竹种各项指标的隶属函数值

3.2 自然状态下低温对各竹种叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，其含量的多少直接影响到植物营养物质的供给[14]，低温不仅抑制叶绿素的合成，而且还加剧叶绿素的降解[15]，这是因为叶绿素的合成需要很多酶的参与，而酶的活动受温度影响很大，在低温条件下，酶活性减弱，叶绿素的合成自然就收到了影响[16]。很多研究表明，温度越低，植物体内的叶绿素含量也越低[17-19]，但在本研究中，在经历极端低温之后，黄槽石绿竹、黄纹竹、金竹、桂竹这4个竹种的叶绿素含量反而呈先升高后降低的趋势。究其原因，可能是竹种不同，对低温的反映速度或灵敏度也不同。在极端低温之前，试验地的每日最高气温大部分都在零上5-6℃甚至更高，而一般来说，叶绿素形成的最低温度为2-4℃[16]。如果在极端低温到来之前，上述四种竹子体内还在少量合成叶绿素，而后来气温又出现了断崖式下降，直接进入-20℃的速冻状态，就有可能会锁住体内的叶绿素而没有进行降解。但也有研究认为叶绿素含量高低与植物的抗寒性并没有有紧密的联系[20]。

3.3 自然状态下低温对SOD活性和MDA含量的影响

超氧化物歧化酶（SOD）是植物体内一种重要的保护酶，在植物遭受到逆境胁迫时，体内活性氧和自由基含量增加，使得膜系统遭到破坏，而SOD的作用便是使超氧阴离子自由基变为H2O2，而H2O2又可在POD和CAT作用下分解为H2O和O2。有研究表明，SOD活性与竹子的抗寒性呈现出正相关关系[21]。本研究中，随着温度的降低，各竹种的SOD活性呈现出持续升高或先升高后降低的趋势，说明低温胁迫开始以后，各竹种也随之启动响应机制，提升体内SOD含量来抵御自由基对膜系统的伤害，且各竹种间的SOD活性差异达到了显著水平，说明各竹种应对低温胁迫的能力差异显著。

丙二醛(MDA)是植物细胞膜脂过氧化的最终产物，是细胞膜受害的重要标志之一，在正常的生长环境下其含量很少，在遭受逆境伤害后含量升高，受到的伤害越大，其含量越高。因此MDA含量的高低可以反映出膜系统受伤害的程度大小。本研究中，随着温度的降低及低温时间的延长，各竹种体内的MDA含量都呈现出增大的趋势，说明随着低温的持续进行，各竹种细胞膜的损伤也越来越严重。

尽管各生理指标与植物的抗寒性均有一定的联系，但植物的抗寒能力受多种因素的影响，因此，不能用单一指标对植物的抗寒性进行评价[22]。故本研究采用隶属函数法对所有生理指标进行了综合评价，结果表明，淡竹、桂竹、金明竹，黄纹竹、金镶玉竹这5个竹种抗寒能力中等，其它6个竹种则抗寒性较弱，再结合第2年春天各竹种的存活率调查可以得知，淡竹和桂竹最适合济南的生境，金明竹、金镶玉竹和黄纹竹也可继续进行引种驯化工作。

［1］李睿,章笕.中国竹类植物生物多样性的价值及保护进展［J］.竹类研究汇刊,2003,22(4):7-12.

［2］西南林学院编委会.云南竹类资源及其开发利用［M］.昆明:云南科技出版社,1995.

［3］周芳纯.竹林培育学［J］.竹类研究,1993,(1):1-95.

［4］谷涛,武雪炜,刘锦荣,等.济南市竹类引种与筛选［J］.园林科技，2006,(1)：31-37.

［5］成玉良,王洪磊,孙燕.济南地区淡竹集中开花现象研究及更新复壮［J］.园林科技.2014,133:44-46.

［6］黄衍串,黄丽莉.竹子冻害的调查研究［J］.西南林学院学报，1993,13(4):285-288.

［7］纪成据.1999年福建遭受极端低温冻害丛生竹调查分析［J］.福建林学院学报,2002,22(3):278-282.

［8］张济和.北京植物园竹亚科植物的引种栽培.中国园林,1990,6(3):44-49.

［9］马兰涛,陈双林,李迎春.低温胁迫对 Guaduaamplexfolia抗寒性生理指标的影响［J］.林业科学研究,2008,21(2):235-238.

［10］林树燕,丁雨龙.电导法对7种观赏竹的抗寒性测定［J］.西北林学院学报,2008,23(1):34-38.

［11］胡尚连,曹颖,段宁,等.不同类型竹种抗寒性的灰色关联与聚类分析［J］.福建林学院学报,2010,30(4):327-332.

［12］刘国华,栾以玲,张艳华.自然状态下竹子的抗寒性研究［J］.竹子研究汇刊,2006,(5):10-14.