安徽省不同毛竹种源抗寒性生长生理指标的综合评价

曹志华，吴中能，蔡如胜，刘俊龙，高 健

（1.安徽省林业科学研究院，安徽 合肥230031；2.霍山县林业局，安徽 霍山237200；3.国际竹藤中心，北京100000）

国外对竹子抗性选育和综合评价的研究鲜见报道，国内对竹子抗性报道不少，但对抗寒性竹种的筛选上主要集中在丛生竹和观赏地被竹上，如张玮［1］对耐寒丛生竹种、滕召勇［2］对湖南丛生观赏竹、黄程前等［3］对20种观赏竹的抗寒性进行测定；有关竹种抗寒性测定的研究主要集中于与抗性有关的形态及单个理化指标的分析［4－6］，如林树燕等［4］、田海涛等［5］和黄程前等［3］对观赏竹和箬竹均采用电导率法进行竹种抗寒评价，赵康等［6］对引种竹种抗寒性测定主要依靠叶片等外部形态来判定。该研究将安徽省7个毛竹种源移栽在竹子北缘分布带霍山县，采用自然低温胁迫法对不同种源的毛竹进行抗寒性相关的生理生化指标测定，同时利用主成分分析法在不损失或很少损失原有信息的前提下，将众多的指标转换成少数且彼此独立的因子［7－9］。结合隶属函数法，可得到各种源耐寒的综合评价值，从而能比较科学地对竹种的抗寒性进行评价。因此，在对多项生理指标测定的基础上，利用主成分分析法和隶属函数法对7个毛竹种源的抗寒性进行综合评价，以期为耐寒竹种的选择提供1种可行的方法，同时为耐寒竹种的引种、栽培、推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验选择安徽具有代表性的北缘竹产区－霍山县，试验地选择在霍山县茅山林场海拔650 m左右地区，面积为2 hm2。该地区属北亚热带湿润季风气候区，年均气温15.3℃，年均降水量1 366 mm，无霜期220 d，日照时数1 712.2 h［10］。试验林的土壤为黄棕壤，pH值5.0～5.5，土层厚80 cm以上。2012年10月，在霍山县茅山林场场部落设2 hm2耐寒毛竹种源试验示范基地。竹母移植按照安徽主要用材树种造林与经营标准［11］，于2013年3月上旬完成试验林建设。

1.2 材料

2012年10－12月，分别对安徽省金寨县张冲；霍山县大化坪、磨子潭、茅山林场；岳西县来榜；潜山县天柱山和广德县林科所等7个毛竹种源的样地（抗寒种源选择海拔750～850 m，对照种源为霍山县低海拔450 m种源）采用样圆法对竹高、胸径、枝下高、立竹度和竹龄结构进行调查，选取2年生，胸径为4 cm左右的竹株作为次年试验地所需竹母。

1.3 方法

1.3.1 耐寒试验林营建方法 2013年3月将已选的不同抗寒性毛竹种源以及对照种源采用随机区组设计进行移植，栽植密度为450株·hm－2，每个种源小区栽植面积为0.067 hm2，重复3次。每个小区之间建设隔离带，隔离距离10 m，试验林共计2 hm2。

1.3.2 生长生理指标测定 采样于2014－2017年的12月－次年1月进行，所采竹叶的位置来自于第3分枝和第4分枝，各种源叶片存放于密封袋中，密封袋放置于有冰袋环绕的泡沫箱中，当天带回实验室处理。

竹保存率是耐寒试验林造林后前3 a单位面积成活竹数与造林栽植竹数之比的平均值；成竹率是试验林2014－2017年每年新成竹数与新出笋数之比的平均值；叶绿素测定用95%的无水乙醇丙酮混合提取比色法［12］；细胞质膜透性采用电导法测定［12］；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定［13］；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［12］；根据所测得的数据，分别计算各耐寒处理组和对照组各性状的平均值。参考刘冰［14］等方法，首先将原始数据以相对指标为单位进行标准化转换，求得各理化指标性状的耐寒系数，并进行简单相关分析［15］，得出各理化指标的相关系数矩阵，耐寒系数计算公式如下：

1.3.3 数据处理 运用DPSV7.05专业版软件完成试验数据的单因素Duncan新复极差法方差分析和主成分分析。并利用隶属函数值对几种种源的抗寒性进行综合评价。运用的主要公式如下：

（1）隶属函数值

式中：Xj表示第j个因子的得分值，Xmin表示第j个因子得分的最小值，Xmax表示第j个因子得分的最大值。

（2）权重

式中：Wj表示第j个公因子在所有公因子中的重要程度，Pj为各品种第j个公因子的贡献率。

（3）综合评价

式中：D为材料在自然低温胁迫条件下用综合指标评价所得的抗寒性综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同毛竹种源对生长状况的影响

对安徽省不同毛竹种源的保存率和新竹成竹率进行调查，从下表可知，不同种源之间的毛竹保存率和新竹成竹率差异均达到极显著水平（P＝0.000 1＜0.01）。

表1 不同毛竹种源对生长状况的影响Tab.1 Growth of different Ph．edulis provenance

不同毛竹种源的保存率均比对照高，其中大化坪种源和茅山的保存率最高，比CK高出17.1%，其次是磨子潭种源；金寨种源的保存率最低，仅比CK高出1.08%。多重比较表明：大化坪种源、磨子潭和茅山种源之间无显著差异，与其他种源差异显著；岳西和广德种源之间有差异但不显著，与其他种源之间差异显著。

金寨、岳西、大化坪、磨子潭、茅山和广德种源的成竹率分别比CK高出2.38%、23.20%、12.80%、14.29%、18.75%和13.10%，潜山种源的成竹率比对照低8.39%。多重比较说明：大化坪种源、磨子潭种源和广德种源成竹率之间无显著差异，与其他种源之间差异显著；金寨种源和对照之间无差异，与其他种源之间差异极显著。

2.2 不同毛竹种源抗寒生理指标的分析

对安徽省不同毛竹种源的叶绿素含量、脯氨酸含量、电导率以及丙二醛含量进行连续4 a测定分析，对不同种源的理化指标进行单因素方差分析，结果表明：不同种源的叶绿素含量、脯氨酸和电导率差异均达到极显著水平（P＝0.000 1＜0.01），不同种源的丙二醛含量差异达到极显著水平（P＝0.000 3＜0.01）。

不同毛竹种源的叶绿素含量分别比CK低17.5%、18.4%、7.1%、40.4%、14.4%、7.3%和17.6%。多重比较表明：金寨、岳西和广德种源的叶绿素含量无显著差异，与其他种源之间差异极显著；大化坪和茅山种源的叶绿素含量无显著差异，与其他种源之间差异极显著。

金寨、大化坪、磨子潭和广德种源的相对电导率比CK高15.1%、36.5%、24.4%和4.7%，岳西、潜山和茅山种源的相对电导率分别比CK低20.2%、1.3%和4.3%。多重比较说明：金寨和对照种源的相对电导率差异未达到显著水平，其他种源之间的差异均达到极显著水平。

表2 不同毛竹种源抗寒生理指标的分析Tab.2 Physiological indices of cold resistance of different Ph．edulis provenance

不同毛竹种源的丙二醛含量分别比CK低0.9%、15.8%、25.3%、16.3%、14.6%、15.5%和0.5%。多重比较表明：金寨、广德和对照之间的丙二醛含量差异未达到显著水平，岳西、大化坪、潜山、磨子潭和茅山种源的丙二醛含量无显著差异，与其他种源之间差异极显著。

金寨、岳西、大化坪、潜山、茅山和广德种源的脯氨酸含量分别比CK高出81.3%、126.7%、91.0%、154.4%、33.1%和53.3%，磨子潭种源的脯氨酸含量比CK低11.8%。多重比较说明：金寨和大化坪种源的脯氨酸含量差异达到显著水平，未达到极显著水平，其他种源之间的差异均达到极显著水平。

2.3 6个生长生理指标的相关性分析

2013年底试验林遭遇冰冻雪灾，极端最低温达－16°，从2014－2017年每年的12－次年1月在自然低温胁迫后即采样测定7种毛竹种源处理与对照的相应理化指标。根据公式（1）得到各耐寒系数（表3），再进行相关分析（表4）。

表3 7个毛竹种源各单项生长生理指标的抗寒系数Tab.3 Cold resistance coefficients of seven Ph．edulis provenance

从表3可知，所有竹种各单项指标的变化幅度不同，因而用不同单项指标的耐寒系数来评价竹种抗寒性，结果均不相同。说明竹种抗寒性是一个复杂的综合性状，用任何的单项指标评价竹种抗寒性都有片面性。从表3可以看出，7个毛竹种源的6个生理生化指标之间都存在着一定的相关性，使得它们所提供的信息发生重叠，同时各指标在抗寒性中所起的作用也不尽相同，因此若直接利用这些指标对竹种的抗寒性进行评价，则不能准确评价各竹种的抗寒性。

2.4 主成分分析

利用DPS软件对6个单项指标的耐寒系数进行主成分分析（表5），提取3个综合指标，其贡献率分别为49.3%、30.6%和11.9%，累积贡献率达91.8%，其余可忽略不计。第1主成份主要包括脯氨酸含量；第2主成分主要包括叶绿素含量；第3主成分主要包括相对电导率。这样就把原来6个单项指标转换为3个新的相互独立的综合指标，这3个综合指标代表了原来6个单项指标91.8%的信息，同时根据贡献率的大小可知各综合指标的相对重要性。根据各综合指标的指标系数（表5）及单项指标的耐寒系数（表3）求出每个种源3个综合指标（即公因子）C（χ）的得分值（表6）。

表4 6个理化指标的相关系数矩阵Tab.4 Correlation coefficient matrix of six physiological indicators

表5 各综合指标的系数及贡献率Tab.5 Coefficient and contribution rate of each composite indicator

表6 7个毛竹种源综合指标值C（χ）、权重、隶数函数值U（χ）、D值及综合评价毛竹种源Tab.6 Comprehensive index value C（χ），weight，subordinate value U（χ），value D and ranking of seven P．edulis provenance

2.5 综合评价

2.5.1 隶属函数分析和权重的确定 根据因子得分值，由公式（1）分别求出7个毛竹种源所有因子的隶属函数值U（χ）（表6）。再根据3个综合指标贡献率的大小（分别为49.3%、30.6%和11.9%），由公式（2）求出各综合指标的权重，分别为0.537、0.333和0.130（表6）。

2.5.2 综合评价值的确定 竹种抗寒性综合评价值反映了各竹种的综合耐寒能力的大小，其中茅山种源D值最大为0.869，表明该种源最耐寒；磨子潭种源、金寨种源的耐寒D值分别为0.785和0.771，耐寒能力仅次于茅山种源；广德种源、大化坪种源、岳西种源、潜山种源，D值分别为0.556、0.509、0.368、0.278，耐寒能力也依次减弱。这与不同种源在经历极端低温后的形态变化一致，潜山种源的叶片由绿变为黄色或黄绿色，小枝发黑，而耐寒能力较强的茅山种源和磨子潭种源叶片形态基本上无变化。

3 结论与讨论

该研究中对照种源虽为霍山本地种源，自然生长海拔高度为450 m，试验地建立在海拔650 m，与其他毛竹种源一样存在移栽和适应性问题，在2014－2017年对试验林精心管护，并每年进行调查，结果表明不同毛竹种源的保存率均比对照高，除潜山种源外，其他种源的成竹率也比对照高。

不同毛竹种源的叶绿素含量与对照相比较低，尤其是潜山种源的叶绿素含量比对照低40.4%，说明此种源的光合生理反应较弱，抗寒性较低；相对电导率和丙二醛在低温胁迫下变化的研究已有诸多报道，植物受到低温逆境胁迫后，胞内离子外渗［16］，引起相对电导率升高。丙二醛是膜脂过氧化作用的产物［17］，为此，相对电导率和丙二醛质量摩尔浓度常作为反映生物膜受伤害程度的指标［18］。该研究表明，岳西、潜山和茅山种源的相对电导率较低；岳西、大化坪、潜山、磨子潭和茅山种源的丙二醛含量经自然低温胁迫后，与对照相比未有上升趋势，说明在一定低温下，这几个种源的细胞膜透性并未被损坏，这与核桃、藜麦、琼花等植物［19－21］低温胁迫下的测定结果一致。

低温胁迫下植物通过积累脯氨酸等物质降低细胞渗透势，保护生物膜，维持细胞结构提高植物自身对低温的适应性。多数研究认为低温胁迫下，脯氨酸等物质的质量分数与植物抗寒性正相关［22］，但何开跃等［23］认为：脯氨酸的积累可能是植物对低温的一种适应或者细胞受损的一种表现，与植物的耐寒能力无明确相关关系。研究表明：低温胁迫下，除磨子潭种源的脯氨酸含量下降之外其余种源的含量均呈上升趋势，且潜山和岳西种源的含量分别比对照高126.7%和154.4%。结果显示此单一指标并未能说明不同种源的脯氨酸含量与抗寒性呈正负相关关系，因此寻求多指标的综合评价方法。

该试验中的7个毛竹种源的抗寒性由3个综合指标C（1）、C（2）和C（3）共同决定，某一综合指标值的高低并不能完全决定某一品种抗寒性的强弱。7个毛竹种源中，茅山种源的综合评价值（D值）最大，抗寒性最强。但在茅山种源的3个综合指标中，综合指标C（1）的U（1）值为0．886，综合指标C（2）的U（2）值最大，为1．000，综合指标C（3）的U（3）值却较小，为0．463；而金寨种源的U（3）值最大（为1.000），说明种源不同其耐寒机制也不尽相同［9，16］。

植物的抗寒性不仅是一个受多种因素影响的复杂的数量性状，且不同竹种的抗逆机制也不尽相同，从而使得不同竹种在逆境条件下对某一具体指标的反应也不尽相同。因而用单一指标难以全面准确地反映竹种抗逆性的强弱［24－25］。研究运用主成分分析法、隶属函数法对多指标的交互作用进行深入综合分析，提高了抗寒性鉴定的准确性，使抗寒性竹种的筛选更具科学性和可靠性。研究只初步在安徽省内对不同毛竹种源进行收集、抗寒性鉴定及综合评价，具有一定的局限性，计划进一步在全国范围内运用科学的综合评价方法筛选出不同的抗性毛竹种源。