牛角瓜的半致死温度和耐寒性研究

2018-05-14曾祥艳等

安徽农业科学 2018年36期

曾祥艳等

摘要 {目的]探明牛角瓜的抗寒力和所能忍耐的低温极限。{方法]利用电导率法测定牛角瓜根、茎、叶在不同低温下细胞膜透性的变化，并结合Logistic方程计算半致死温度。{结果]牛角瓜根、茎、叶的细胞伤害率与处理温度均呈负相关，随着温度的降低，细胞伤害率呈“S”型曲线变化，Logistic曲线模型的拟合度r2值在0.96以上，达极显著水平，三者耐寒性强弱依次为叶、茎、根，且对应的低温半致死温度分别为-1.03、-1.00、1.85℃，与正常低温年度广西各地的平均极端低温接近。{结论]牛角瓜抗寒性较差，正常低温年度下，除了在桂西南的左右江干热河谷外，在温度偏低的桂北、桂中地区难以越冬，但若遇极端天气，在广西大部分地区均可因寒致死。因此，目前不建议在广西快速大规模、大面积发展种植牛角瓜。

关键词牛角瓜;Logistic方程;半致死温度;耐寒性

中图分类号S 718.43文献标识码

A文章编号0517-6611（2018）36-0105-02

牛角瓜（CalotropisgiganteaL.）属萝藦科牛角瓜属直立灌木，主要分布在亚洲和非洲的热带亚热带地区。牛角瓜耐干旱、耐盐碱，在我国云南、四川、广东、广西、海南等地的干热河谷、盐碱地、沿海沙滩等生态脆弱环境下能生长良好，可起到防止水土流失或防风固沙作用{1-2]。牛角瓜整株均具较高商品开发价值，从牛角瓜中分离鉴定出的多种苷类已进行过广泛药用机理研究，用牛角瓜提取物对南方根结线虫、非洲瓜瓢虫、钉螺进行药理试验亦达到较好的效果{3-5]，牛角瓜的综纤维素还被认为是目前发现的质量较好的野生纤维，利用其可织成具有滑爽质感、透气舒适的面料{6]。

近年来，国内外对牛角瓜有关药物提取和开发的报道很多，能源利用以及种毛纺织技术方面的研究亦逐渐深入，但目前牛角瓜资源基本仍处于野生状态，引种驯化栽培相关技术方面的研究鲜有报道。2016年，在广西桂南、桂中、桂北3个不同气候带，选择13个试验点，对牛角瓜进行引种栽培试验，通过近年的观测发现，牛角瓜在广西范围内均能生长，但易受低温寒灾的影响，植株叶片枯落，枝梢枯死，致使多个试验点的保存率逐年降低，有些植株在来年虽能重新抽萌，但多半长势弱，产量和质量无法提升。为了探明牛角瓜的抗寒力和所能忍耐的低温极限，笔者借鉴其他植物的耐寒性研究方法，通过电导率法结合Logistic方程计算出半致死温度（LT50），对牛角瓜的耐寒性进行分析，以期为科学合理布置种植区划以及下一步的引种栽培提供理论参考。

1材料与方法

1.1材料供试牛角瓜植株于2016年6月定植于广西林业科学研究院试验苗圃，生长健壮，定植地点属亚热带季风气候区，年均气温21.6℃左右。2018年4月采集健康成熟叶片以及粗度为0.5cm左右的主干枝，挖取近地面的根系，立即用潮湿纱布包裹，装入自封袋中，带回实验室，分别用自来水、去离子水冲洗，用吸水纸吸干水分后备用。

1.2方法

1.2.1样品处理。避开主脉和边缘将叶片剪成0.5cm×0.5cm规格的小叶片，枝条去掉顶端10cm，向下截取枝段，避开芽眼切成5mm厚的小段，根系截取根尖往上10～20cm部分，剪成0.5cm长小段，分别称取0.5、1.0、1.0g放入试管中。

1.2.2试验方法。将样品置于8、5、3、0、-3、-5、-8℃（记为处理T1～T7）下的人工低温恒温槽（BILON-W-803S）处理12h后，加入25mL去离子水并置于室温下冷卻2h，期间不断晃动试管，用HI-9033型电导率仪测定低温处理后的叶片初电导值（R0）。然后在100℃沸水浴中放置20min，取出冷却后在室温下测定终电导率值（R1），每组试验重复3次。相对电解质渗出率即细胞伤害率=R0/R1×100%。

将处理温度和细胞伤害率用统计软件按Logistic方程拟合，拟合方程为y=A/（1+Be-kx），其中，y为细胞伤害率，x为处理温度，A、B为方程参数，k为细胞伤害率的最大饱和容量，因试验中消除了底的干扰，此次方程回归分析时k取值100%。经回归分析后求得方程的拐点温度即为低温半致死温度。

1.3统计分析采用Excel及SPSS17.0软件对数据进行图表处理及方程拟合。

2结果与分析

2.1低温对牛角瓜细胞伤害率的影响不同低温处理对牛角瓜根、茎、叶3个植株部位的细胞伤害率如图1所示，细胞伤害率与处理温度呈负相关，这与很多研究结果相一致。随着处理温度的降低，根、茎、叶的细胞伤害率均呈平缓、急剧、再平缓的“S”型趋势不断上升，其中上升急剧的温度为3～-3℃，说明在此温度范围内，牛角瓜受低温伤害最敏感，该温度亦是膜系统不可逆破坏的临界温度。当温度低于-3℃时，细胞伤害率的增速较慢，但逐渐接近100%，细胞膜透性被完全破坏，此时牛角瓜受到的低温破坏亦达到不可逆的程度。从细胞伤害率的变化曲线看，在8～-5℃，牛角瓜根的细胞伤害率均大于茎叶，说明牛角瓜的根对低温反应更强烈，受低温寒害的影响大于茎叶;而茎叶两者对低温的反应不同临界温度在0℃，高于0℃，茎的细胞伤害率明显大于叶，低于0℃，茎叶两者的细胞伤害率变化曲线基本重叠。由此可推断牛角瓜根、茎、叶3个部位对低温的耐受能力大小依次为叶、茎、根。

2.2牛角瓜Logistic方程参数及低温半致死温度（LT50）的确定由图1可知，细胞伤害率与处理温度间为明显的“S”型关系，对测定数据进行非线性回归分析，并将结果用Logistic方程拟合，得出各方程的参数值，令其二级导数为0时，得到的曲线拐点t=（lnB）/k，即为半致死温度LT50，此时低温对电解质透出率的递增效应最大{7]。

从牛角瓜根、茎、叶3个部位的Logistic方程参数（表1）可知，三者Logistic曲线模型的拟合度r2值均在0.96以上，达极显著水平。牛角瓜根、茎、叶的低温半致死温度分别为1.85、-1.00、-1.03℃，与正常低温年度广西各地的平均极端低温接近，牛角瓜在广西范围内极易受到低温的影响，因寒致死的可能性很大。相关研究表明致死温度越高，耐冻性越差{8]，从研究结果看，牛角瓜根对低温的反应较茎、叶敏感，半致死温度高于0℃，耐冻性相对较差。

3结论与讨论

电导率法测定细胞电解质的外渗率常可以反映出植物受冷害程度及其抗寒性，结合Logistic方程计算出的半致死温度常用作植物抗寒力大小评价{9-10]，在红豆杉、李、苹果、柑橘、杨桃、观赏草、桉树等树种中已广泛应用{11-12]。

该研究中，计算出牛角瓜的半致死温度在-1.03～1.85℃，与正常低温年度广西各地的平均极端低温接近。牛角瓜植株抗寒性较差，在广西桂中、桂北等温度偏低的地区难以露地越冬，在桂南、桂西等海拔较高的山区林地因容易出现霜冻，对其生长也会影响较大，但可在桂西南的左右江干热河谷越冬，若遇极端天气，干热河谷地区亦需要进行抗寒保温处理，即使露地存活，其生长势也普遍较差，需要在第2年开春时及时修剪受冻枝条，并灌以水肥进行抗冻保墒，这与区域性引种试验的大田表现基本相佐，同时亦表明了室内模拟野外低温环境，虽不能真实、全面地反映自然条件下的冻害情况，但在一定程度上亦能反映植株抗低温的能力。从研究结果看，牛角瓜根更易受低温的影响，耐冻性比茎、叶差，这不难解释有些植株在低温环境下，茎叶看起来受寒害影响不是很大，但避免不了最后因寒致死的结果。因此，在判断牛角瓜植株是否受寒害时，不仅要观察茎、叶的表现，还应重点考虑地下部分的根系。

决定某种植物引种栽培是否成功，关键因素之一是其对不良环境的耐受性{13]，鉴于牛角瓜对低温的抗性表现，目前并不建议在广西快速大规模、大面积发展种植，应结合实际，科学划分牛角瓜种植的适宜区与非适宜区，同时加强选育出一批抗寒性强、高产稳产的优良品种，并优化栽培技术，循序渐进地推进牛角瓜产业健康发展。

参考文献

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{2]李意德，黄全，周铁烽，等.海南岛能源植物资源及其利用潜力{J].生物质化学工程，2006（S1）：240-246.

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{6]李璇，费魏鹤，李卫东.牛角瓜纤维鉴别方法研究{J].上海纺织科技，2013，41（3）：20-22.

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{8]杨慧菊，郭华春.马铃薯幼苗低温胁迫的生理响应及品种耐寒性综合评价{J].西南农业学报，2016，29（11）：2560-2566.

{9]邓仁菊，范建新，王永清，等.低温胁迫下火龙果的半致死温度及抗寒性分析{J].植物生理学报，2014，50（11）：1742-1748.

{10]刘锦，王挺，黎念林，等.电导法配合Logistic方程测定樱花抗寒性研究{J].江苏林业科技，2016，43（5）：25-27，31.