不同产地降香黄檀种子培育苗木叶片的抗寒性比较研究

2018-11-30张博宇葛玉珍韦宇静黎建杨黄仕训

西南农业学报 2018年10期

张博宇，葛玉珍，韦宇静，黎建杨，黄仕训*

(1. 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西桂林 541006；2. 广西大学林学院,广西南宁 530004)

【研究意义】降香黄檀(Dalbergiaodorifera)为蝶形花科黄檀属常绿乔木，是重要的药用观赏植物，为国家二级保护植物，其木材为高级红木，是很好的家具材料，被誉为“木中黄金”、“帝皇之木”。降香黄檀生长周期较长[1]，受气候影响较大，又因其为热带阳性树种，容易受到寒害冻害的威胁。如遭遇寒冬等极端恶劣气候，将会影响其生长发育，降低其使用及利用价值。研究其不同产地抗寒性，对不同产地种子所培育苗木抗寒性进行对比，扩大不同产地种植区域，开展不同产地抗寒性研究将对降香黄檀的生产实践具有指导意义。【前人研究进展】相关研究表明，适当的低温胁迫有助于植物抗寒性的提高[2-4]。张毅龙等[5]的研究结果表明降香黄檀在低温胁迫下净光合速率及叶绿素含量下降。郭文福等[6]进行了降香黄檀北移试验，结果表明适当北移对降香黄檀生长无过大影响。【本研究切入点】植物的抗寒性通常用电解质来表达[7]，本研究则通过不同产地降香黄檀种子所培育苗木叶片中相对电导率及游离脯氨酸、可溶性糖和丙二醛(MDA)的含量来进行表征。此外，目前对于降香黄檀的胁迫研究主要集中在干旱胁迫方面[8-11]，低温胁迫研究相对较少，也鲜有抗寒性的相关报道。【拟解决的关键问题】收集8种不同产地的降香黄檀幼苗为试验材料，研究在人工模拟自然逐渐降温条件下其离体叶片的电导率变化，配合Logistic方程计算出半致死温度(LT50)，并通过测定与植物抗寒性相关的生理生化指标，分析其耐寒性差异，以期为降香黄檀耐寒种质的选育提供实验依据，为热带起源的降香黄檀的引种选育及合理安排生产布局提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在8个不同产地(海南尖峰岭、海南儋州、福建仙游、福建福州、广西桂林、广西凭祥、广东普宁和广东肇庆)采集降香黄檀种子，于2016年3月播种于位于桂林的广西植物研究所苗圃，采取常规措施培育苗木。2017年11月取生长势基本一致的健康降香黄檀幼苗，选取其枝条中部叶片作为试验材料。各产地的基本情况见表1。

1.2 低温胁迫处理

将叶片采摘装入自封袋，带回实验室后分别用自来水和蒸馏水冲洗后擦干，然后放入低温培养箱中进行低温处理。根据降香黄檀试验所在地广西桂林雁山的年均温度(约20 ℃)、绝对低温(-6 ℃)及降香黄檀的耐受低温温度[12-13]，设置5个处理温度(4、0、-3、-6及-9 ℃)，以室温(约20 ℃)作为对照。参考王冠群等[14]的低温处理方法并稍做适当调整，当低温培养箱温度为4 ℃时，将试验材料放入缓慢降温，降温速度为10 ℃·h-1，降至目标温度后维持3h。材料取出后分析测定电解质渗出率，并进行脯氨酸、可溶性糖和丙二醛等生理指标的分析及鉴定，所有指标重复测定3次。

1.3 相对电导率的测定和半致死温度(LT50)的计算

将对照和经过处理的叶片拿出后，用滤纸吸干表面水分，避开主脉把叶片剪碎，快速称取3份，每份1.0 g，放入试管中，加入20 mL去离子水，室温下浸泡处理6 h。先用DDS-11A型电导仪测定叶片浸提液电导率，记为R1，然后将具塞刻度试管放入水浴锅沸水浴30 min，冷却至室温后摇匀，再次测定浸提液电导率，记为R2，最后用去离子水的电导率Rck作为对照，计算相对电导率(REC)=[(R1-Rck)/(R2-Rck)]×100 %。

用SPSS统计分析软件对不同处理温度与叶片相对电导率之间的关系进行回归分析，参考莫惠栋[15]、许瑛和陈发棣[16]、郑晓翠等[17]、赵国富和张成磊[18]和徐海鸿等[19]的方法进行计算。用Logistic回归方程y=K/(1+ae-bx)求得拐点温度即半致死温度(LT50)。式中y为相对电导率，x为对应的处理温度，a、b为方程参数，K为相对电导率饱和值。将方程y=K/(1+ae-bx)转化为ln[(K-y)/y]=lna-bx线性方程，令y*=ln[(K-y)/y]，则得到相对电导率(y*)与对应处理温度(x)的直线方程，经过线性回归求出a、b，拐点温度即半致死温度(LT50)为-lna/b。

1.4 生理生化指标测定

降香黄檀离体叶片可溶性糖、游离脯氨酸(Pro)及丙二醛含量(MDA)含量的测定参考李合生[20]的方法，每个指标重复测定3次。

表1 不同产地环境概况

表2 低温处理下不同产地降香黄檀叶片相对电导率比较

注：表中数据为平均值±标准差，同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在0.01水平上差异显著。

Note: Data are mean±standard deviation, different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level, different uppercase letters represent significant differences at 0.01 level.

1.5 统计分析

采用Excel 2003、SPSS 24.0软件进行统计分析，用LSD法检验不同处理间是否具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 低温处理对不同产地降香黄檀叶片相对电导率的影响

由表2可知，在经过一系列的低温胁迫后，8个产地的降香黄檀叶片相对电导率随着温度的降低总体呈现上升趋势，在降温初期(20～-3 ℃)，8个产地叶片的相对电导率总体表现出缓慢小幅上升趋势；当温度降至-3～-6 ℃时，叶片相对电导率大幅增加；当温度降至-6～-9 ℃时，叶片相对电导率变化有趋于稳定的迹象，4和-6 ℃时无显著差异(P>0.05，下同)。

从表2的变化幅度也可以看出，产自福建福州的叶片电导率变化幅度最小，在-9 ℃低温胁迫下，只有产自福建福州的叶片的相对电导率保持在0.700以下的较低水平(0.659)。产自广东肇庆、海南儋州及广西凭祥的叶片电导率变化幅度较大，产自海南儋州的叶片在-9 ℃低温胁迫下电导率达到0.833。

2.2 不同产地降香黄檀低温半致死温度(LT50)比较

由表3可知，Logistic方程拟合度均在0.930以上，说明方程拟合度结果可靠。半致死温度的高低与抗寒性呈负相关，不同产地降香黄檀抗寒性存在一定的差异。根据表3，降香黄檀抗寒性强弱顺序按照产地的排序如下：福建福州>广西桂林>福建仙游>海南尖峰岭>广东普宁>广东肇庆>广西凭祥>海南儋州。

表3 低温处理下不同产地降香黄檀叶片相对电导率方程及半致死温度(LT50)

2.3 低温处理对不同产地降香黄檀叶片生理指标的影响

由表4可知，8个产地的降香黄檀叶片中脯氨酸含量随着温度的降低总体呈先上升后下降的趋势。温度为0 ℃时，海南儋州所产叶片脯氨酸含量达到峰值，其他7个产地叶片脯氨酸含量则在-3 ℃时达到峰值。LT50最低的福建福州产地降香黄檀脯氨酸含量为89.37 ng·g-1FW。当温度为20～0 ℃时，8个产地降香黄檀叶片中的脯氨酸含量变化幅度不大，从0 ℃降至-3 ℃时，其含量陡增，而后出现下降趋势。

随着温度的下降，8个产地的降香黄檀叶片可溶性糖含量变化均呈现先上升后下降的趋势。当温度降至-3 ℃时，除了产自广西凭祥的叶片外，其余7个产地的降香黄檀叶片可溶性糖含量均达到最高值。当温度为20 ℃时，不同产地叶片可溶性糖含量无显著差异。温度降至4 ℃以下时，相同处理温度下不同产地降香黄檀可溶性糖含量存在显著差异(P<0.05)。

在20 ℃时，8个产地降香黄檀叶片的MDA含量变化不大，但随着温度的降低，其含量随着温度的降低呈上升趋势。

表4 低温处理下不同产地降香黄檀叶片脯氨酸、可溶性糖及丙二醛含量的变化

续表4 Continued table 4

温度(℃)Temperature产地Places脯氨酸含量(ng·g-1 FW)Proline content可溶性糖含量(mg·g-1 FW)Soluble sugar content丙二醛含量(nmol·g-1 FW)MDA concent福建福州89.37±3.78a125.89±3.17a21.08±0.98e广西桂林86.33±8.21a119.39±1.78ab25.15±1.20d广西凭祥68.55±3.90cd86.53±16.10c34.73±1.12a广东普宁75.51±3.05bc119.03±13.95ab29.38±2.75bc广东肇庆76.96±4.19bc105.73±1.21abc31.55±0.24abc-6海南尖峰岭46.38±4.75bc107.81±4.71a25.94±0.37a海南儋州30.65±2.93d92.63±1.68bc24.67±1.28ab福建仙游41.49±3.70c96.99±5.05bc22.08±0.60bc福建福州54.20±2.34a100.85±5.73ab20.56±1.97c广西桂林52.54±2.15ab87.98±6.32c22.61±2.42abc广西凭祥45.40±2.48bc93.69±2.20bc23.04±1.17abc广东普宁46.12±3.70bc90.34±4.17bc25.30±1.48ab广东肇庆50.29±2.62ab88.41±0.72c23.66±0.58abc-9海南尖峰岭40.87±1.45bc83.59±6.44a28.61±0.78ab海南儋州26.52±2.82e77.90±5.31ab26.46±1.18b福建仙游43.77±0.14ab78.00±8.18ab23.18±1.62c福建福州47.78±3.59a89.33±4.12a20.36±1.47c广西桂林45.56±2.69ab85.62±4.60a22.70±1.18c广西凭祥31.84±2.47d60.58±3.17b29.89±0.96a广东普宁36.43±3.12c85.31±13.33a27.40±1.65ab广东肇庆40.29±3.05bc68.56±15.56ab26.27±1.63b

注：同一温度下的同列数据后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

Note: The same column of data at the same temperature followed by different lowercase letters indicate a significant difference at 0.05 level.

3 讨论

降香黄檀原产于海南，主要分布于中国两广地区及福建等地。降香黄檀有较强的适应性和速生性，但低温是限制其正常生长的主要非生物胁迫因子之一[13, 21]。降香黄檀在国内不同地域种植时，其抗寒性会因地理环境产生差异。武彦霞等[22]通过对核桃叶片抗寒性进行研究，发现植物在受到低温胁迫时，植物细胞膜的通透性会增大，细胞膜损伤严重，相对电导率增加。令凡等[23]对油橄榄的研究结果表明植物在受到低温胁迫时体内的脯氨酸、可溶性糖和MDA含量均发生变化。

本试验中，随着温度的降低，8个产地的降香黄檀叶片相对电导率都呈现了上升趋势，可能是由于在降温初期，降香黄檀在一定范围内对低温胁迫产生了自我保护反应，细胞膜变化不明显；持续降温后，膜的通透性变化幅度增大，此时细胞膜正在遭受严重破坏，细胞膜将要基本丧失其功能，电解质因此发生大量渗透。LT50是植物达到该温度后呈半致死状态，当温度继续降低时，植物所受伤害不可逆转，甚至死亡，是植物抗寒性重要指标[24]。本试验中，产地为福建福州的降香黄檀抗寒性最强，其次为广西桂林，可能是由于两地纬度较高，年均温低；海南儋州所产的降香黄檀抗寒性最差，可能是由于该地纬度较低，平均温度较高。

脯氨酸是植物中必备的渗透调节剂，降香黄檀在遇低温胁迫时脯氨酸含量显著增加，起着保护植物免受渗透胁迫伤害的作用[25-26]。本试验中，8个产地的降香黄檀经过低温胁迫后，叶片中脯氨酸含量总体呈先上升后下降的趋势，与罗丹等[27]报道的低温胁迫对番茄幼苗脯氨酸积累变化趋势相同，可能原因是植物在降温初期体内积累大量脯氨酸来提高自身的抗寒性，从而保持细胞膜的活性；后经过不断降温，植物体内的脯氨酸失活，在植物体内的含量逐渐减少。总体而言，在相同低温胁迫下，产地纬度高、LT50低的降香黄檀脯氨酸累积能力高于产地纬度低、LT50高的降香黄檀，前者能更好减轻低温胁迫对自身造成的损伤。

可溶性糖同为降香黄檀叶片中渗透调节剂，对植物起着保护作用。本试验中，8个的产地降香黄檀经低温胁迫后，叶片中可溶性糖均呈现先上升后下降的趋势，可溶性糖含量最高的叶片产自福建福州，在-3 ℃时含量高达125.89 mg/g，说明产自福建福州的降香黄檀抗寒性最佳，与何云等[28]对3种植物叶片中可溶性糖含量变化趋势的研究结果一致，表明温度降低可以提高植物体内的可溶性糖含量，调节植物组织的渗透压，提高植物的抗逆性，保护细胞膜的完整性。后期可溶性糖降低可能是过度降温后植物细胞膜遭到破坏而产生不可逆的影响、细胞膜的通透性变大所导致。

MDA的含量是细胞膜质过氧化反应的重要体现，植物体内中MDA的含量决定着植物细胞膜受到的伤害的严重程度。当植物体内MDA含量大量增加时，说明植物细胞膜受到严重的破坏。本试验中，不同产地降香黄檀叶片中MDA含量总体呈上升趋势，与李吉涛等[29]对不同低温处理下金花茶MDA含量变化趋势研究结果相符，表明随着温度的降低，植物中MDA含量变高，植物细胞膜质已遭受到了破坏。

然而，不同产地降香黄檀的抗逆境能力评价指标不能仅仅采用上述指标进行定论，还应进一步结合当地的地理区位及气候条件(如海拔、坡向、光照、水分、土壤、水源条件)等影响因素，同时还要结合植物自身的生长状况来进行深入的综合分析评定。