基于电阻抗图谱法测定桃树抗寒性

钱稷 张海旺 邸葆 陈海江

摘要：对3个桃树品种分别进行冷冻处理，采用电解质渗透法（EL）、电阻抗图谱法（EIS）进行抗寒性测定及相关分析。结果表明，2种方法测定3个桃树品种的抗寒性与其生产上表现的抗寒性强弱一致，并且均随着外界温度的变化而变化。其中EIS参数中胞内电阻率（ri）法测得的抗寒性和EL法测得抗寒性的相关性（r=0.890*[KG-*3]*）最高，线性回归方程为y=0.881 8x-2.280 7（r2=0.807 4）。

关键词：桃树；电阻抗图谱法；抗寒性；电解质渗透法；抗寒锻炼；脱锻炼

中图分类号： S662.101文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）11-0102-03[HS）][HT9.SS]

抗寒性是果树栽培与选育中的主要指标，也是桃树重要的性能指标，它决定了不同桃树品种适合栽培的区域以及温度要求。在农业生产实践中，大约需要10年时间培育验证不同桃树品种的抗寒性，长周期会给农民带来较大的经济风险[1-3]。测定植物抗寒性的方法较多，但是快速、准确，又能应用在桃树抗寒性测定的方法鲜有报道。同时应用电阻抗图谱法、电解质渗透法测定桃树的抗寒性，找出2种方法的相关性，确定电阻抗图谱法和电解质渗透法相关性最优的参数，以这个参数来快速测定桃树的抗寒性[4-6]。本研究以抗寒性不同、生产上常见的3个桃品种为研究对象，利用2种方法（EIS和EL）测定各品种在不同时期枝条抗寒性的变化，并通过冷冻处理，利用分布电路元素（distributed circuit element，DCE）模型[7]，计算不同时期桃树枝条的电阻抗图谱（EIS）参数，然[LL]后将每个EIS参数和电解质渗透率（EL）参数进行相关性分析，得出最优、最简便、最准确的体现桃树抗寒性的参数，旨在为抗寒性快速评价提供参考依据。

1材料与方法

1.1材料

供试材料取自河北省辛集市石碑村，分别为生产上抗寒性较强的桃树品种大久保、抗寒性较弱的桃树品种21世纪，以及抗寒性中等的桃树品种北京54号。

2014年9月中旬开始采样，至第2年5月中旬结束，其中抗寒锻炼时间为2014年9月—2015年1月，脱锻炼时间为2015年1—5月。每个品种选长势一致的3株植株作为试验对象，每次采样从每株桃树上选择30～40 cm的枝条作为抗寒性测定对象。

1.2方法

参照张钢等的方法[8]进行冷冻处理，温度处理见表1。

定8次重复，得到EIS中的4个参数（胞外电阻率re、胞内电阻率ri、弛豫时间τ、弛豫时间的分布系数ψ）。利用Logistic方程，将EIS参数re、ri、τ、ψ拟合出半致死温度，得到不同品种桃树的抗寒性。

[HTK]1.3数据处理[HT]

应用Excel 2003、SPSS 13.0、SigmaPolt等软件对所得到的参数进行处理分析。

2结果与分析

2.1电阻抗图谱法测定抗寒性结果

2.1.1胞外电阻率法测定抗寒性

[JP2]由表2可见，在抗寒锻炼期间，随着试验时间延长，抗寒锻炼深入，利用re参数得到3个桃品种的半致死温度也在升高，抗寒锻炼后期，各品种抗寒性均达到最强；1月大久保、北京54号的半致死温度达到最低值，而21世纪在12月达到最低值，其抗寒性总体弱于另外2个品种。在抗寒性锻炼期间，大久保抗寒性整体高于其他2个品种，这与生产实践中的表现相同。[JP3]随着气温转暖，脱锻炼逐渐深入，[JP2]各品种的抗寒性均在减弱，在5月份达到最弱。大久保、21[JP2]世纪在1月份的半致死温度分别为-40.09、-23.57 ℃2.1.2胞内电阻率法测定抗寒性

表3表明，利用ri得到的3个品种抗寒性与胞外电阻率测得抗寒性变化趋势一致，在抗寒锻炼后期抗寒性达到最强，在脱锻炼末期达到最弱。其中21世纪在抗寒锻炼末期半致死温度为-27.67 ℃，明显高于其他品种，即抗寒性较弱，较不耐寒；大久保在抗寒锻炼末期半致死温度为-34.76 ℃，抗寒性最强。[FL）]

2.1.3弛豫时间法测定抗寒性

由表4可以看出，抗寒锻炼期间和脱锻炼期间，弛豫时间法测得3个品种抗寒性与胞外电阻率、胞内电阻率法测得抗寒性变化趋势一致。在抗寒锻炼期间，21世纪的半致死温度能够达到-26.82 ℃，比其他品种高，抗寒性差，不耐寒；大久保的半致死温度最低，达到 -31.91 ℃，在3个品种中表现出最强的抗寒性，这也与实际生产中抗寒性的表现相同。2.1.4弛豫时间分布系数法测定抗寒性

弛豫时间分布系数在DCE模型中是根据弛豫时间得出的另一个参数，其变化规律完全和弛豫时间相同，所以利用ψ估测桃树品种的抗寒性与利用弛豫时间法估测的完全一致。如表5所示，21世纪的半致死温度在12月份（-20.46 ℃）、1月份（-19.95 ℃）比其他品种高，即抗寒性较弱，较不耐寒；大久保在1月份的半致死温度为-26.76 ℃，在所有测试品种中最低。

2.2电解质渗透率法测定半致死温度

利用EL方法测得3个品种在抗寒锻炼期间和脱锻炼期间的半致死温度。如表6所示，大久保、北京54号的半致死温度在1月份达到最低，且前者温度要低于后者。而21世纪的半致死温度在2月达到最低值，这也是脱锻炼的开始，其温度为-29.43 ℃。所以在抗寒锻炼期间，大久保表现出最好的抗寒性，而21世纪表现出最差的抗寒性，这也与生产实践中所得到的结论一致。

3结论与讨论

前人研究发现，EIS参数能用于金叶女贞[11]、苹果[12]、欧洲赤松[13]、樟子松[14]抗寒性的测定，胞外电阻率re、弛豫时间τ、胞内电阻率ri与EL法测定的抗寒性有很高的相关性。本研究发现，EL和EIS参数法测定3个桃树品种的抗寒性均随着外界温度的变化而变化，所测3个品种的抗寒性与生产上抗寒性表现一致。相关性分析表明，EIS参数法测定的抗寒性与EL法测定的半致死温度呈极显著线性正相关，其中利用EIS参数re、ri、τ、ψ测得不同桃树品种在不同时期的抗寒性与EL法测定的抗寒性相关系数分别为0.878、0.899、0.826、0.835。直接通径系数越大，即自变量对因变量的影响越大，越能反映出因变量的变化趋势[2，15]。本研究结果表明，不同桃树品种经过冷冻处理后，利用EIS法得到胞外电阻率re、胞内电阻率ri、弛豫时间τ、弛豫时间分布系數ψ，能够很好地表现桃树的抗寒性，因此re、ri、τ、ψ是快速而简单测定冷冻处理桃树枝条抗寒性的重要参数，其中ri是快速测定桃树抗寒性的最佳参数。

参考文献：[HJ1.7mm]

[1]汪祖华，庄恩及. 中国果树志：桃卷[M]. 北京：中国林业出版社，2001.

[2]张文宝，郭继英. 北京市平谷区桃树冻害情况分析[J]. 北京农业，2010（10）：52-54.

[3]张素敏. 二十一世纪桃冻害预防综合管理技术[J]. 中国果树，2012（1）：75.

[4]李亚青，张钢，卻书鹏，等. 白皮松枝条和针叶的电阻抗参数与抗寒性的相关性[J]. 林业科学，2008，44（4）：28-34.

[5]李亚，张钢，张玉星，等. 水杨酸对大叶黄杨枝条抗寒性和电阻抗图谱参数的影响[J]. 生态学杂志，2010，29（3）：460-466.

[6]金明丽，徐继忠，张钢. 苹果砧木枝条电阻抗参数与其抗寒性的关系[J]. 园艺学报，2011，38（6）：1045-1051.

[7]Repo T，Zhang G，RyyppA，et al. The electrical impedance spectroscopy of Scots pine （Pinus sylvestris L.） shoots in relation to cold acclimation[J]. Journal of Experimental Botany，2000，51（353）：2095-2107.

[8]張钢，肖建忠，陈段芬. 测定植物抗寒性的电阻抗图谱法[J]. 植物生理与分子生物学学报，2005，31（1）：19-26.

[9]Wilner J J. Note on an electrolytic procedure for differentiating between frost injury of roots and shoots in woody plants[J]. Canadian Journal of Plant Science，1959，39：512-513.[ZK）]

[10]Zhang G，Ryypp A，Vapaavuori E. Quantification of additive response and stationarity of frost hardiness by photoperiod and temperature in Scots pine[J]. Canadian Journal of Forest Research，2003，33（9）：1772-1784.

[11]刘辉，张钢. 短日照对金叶女贞茎抗寒性和电阻抗参数图谱参数的影响[J]. 华北农学报，2008，23（2）：173-179.

[12]金明丽. 苹果砧木实生后代抗寒性鉴定[D]. 保定：河北农业大学，2011.

[13]Repo T，Zhang M，Ryyppo A，et al. Effects of freeze-thaw injury on parameters of distributed electrical circuits of stems and needles of scots pine-seedlings at different stages of acclimation[J]. Journal of Experimental Botany，1994，45（6）：823-833.

[14]王爱芳，张钢，魏士春，等. 不同发育时期樟子松的电阻抗参数与抗寒性的关系[J]. 生态学报，2008，28（11）：5741-5749.

[15]杜家菊，陈志伟. 使用SPSS线性回归实现通径分析的方法[J]. 生物学通报，2010，45（2）：4-6.[ZK）][HT][HJ][FL）]