取样部位、时间对植物高温半致死温度的影响

王国霞，王会鱼，李春阁，卢 超，杨玉珍，牛琳媛

(郑州师范学院生命科学学院，河南 郑州 450044)

在植物的生长发育过程中，会受到诸多因素的影响，但温度则是影响其生长发育的主要环境因子。随着全球气温的不断上升，高温胁迫对植物的影响日趋显著[1]。气候预测表明，我国种植业将在未来20 a内面临高温挑战，全球变暖对植物的耐高温能力提出了越来越高的要求[2]。因此，从取样部位和时间对常绿植物高温半致死温度测定的影响进行分析，不仅对其适地适栽具有十分重要的意义[3]，而且也为人们研究常绿植物高温半致死温度时是否要考虑取样部位和时间提供参考。

Martireau等[4]指出，叶片被高温伤害后，膜的通透性会增加，电解质将扩散出细胞，因此认为可以通过测定叶片外渗电导率来确定高温的伤害。Sukumaran等[5]通过对马铃薯研究后认为，使电解质渗出率达到50%的温度与组织半致死温度相一致，提出以电解质渗出率达到50%时的温度为半致死温度。Rajashekar C等[6]利用Logistic方程描述高温对植物细胞膜的伤害过程，提出方程拐点为LT50的观点，并采用电导率结合Logistic方程来计算半致死温度。此后，Logistic 方程配合电导率法测定植物组织的半致死温度(LT50)已成为一种常用的测定植物耐热性方法并得到了广泛地应用[7-10]；还可以用来比较不同植物的耐热性差异，如马进等[11]用电导率法结合 Logistic方程确定高温半致死温度来分析比较5种景天科植物的耐热性强弱，汤聪等[12]用电导率法并结合Logistic方程确定高温半致死温度用以分析几种鸭跖草科植物的耐热性强弱，赵亚洲等[13]同样采用该方法来分析2种红枫的耐热性强弱。但取样部位和取样时间对常绿植物高温半致死温度的测定是否有影响却未见相关报道，本研究以桂树、松树、柏树、冬青4种常绿植物的成熟叶片、1年生枝条、2年生枝条作为试验材料，分别于不同月份采集试验材料运用电导率法结合Logistic方程测定不同材料的高温半致死温度，研究取样部位和取样时间对高温半致死温度的影响，为进行植物抗热性的客观评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间与材料

于2017年8月20日、10月20日、12月15日以及2018年2月8日4个时间，分别采集郑州师范学院校园内的桂树(金桂Osmanthusfragransvar.thunbergii.)、松树(雪松Cedrusdeodara(Roxb.)G.Don)、柏树(龙柏Sabinachinensis(L.)Ant.cv.Kaizuca)、冬青(法国冬青Viburnumodoratissimumvar.awabuki)4种常绿木本植物的成熟叶片、1年生以及2年生枝条作为试验材料。

1.2 试验方法

选取4种常绿植物的1年生、2年生新鲜枝条及枝条中部、长势基本上一致的健康、无病虫害的新鲜成熟叶片若干，分别用去离子水清洗干净后，用纱布擦干。叶片去除其主脉和边缘，用打孔器剪取大小相等的小圆片，枝条切成片。叶片准确称量0.2 g、枝条准确称量0.5 g后分别放入体积为10 mL的带塞试管中，加入10 mL去离子水，用真空泵抽气10 min后，分别在30、35、40、45、50、55、60、65 ℃的水浴中放置20 min，每种材料不同处理温度设置3次重复试验；取出之后静止冷却至室温，采用雷磁电导仪测定初始电导率R1；再将试管置于100 ℃的水浴锅中静置15 min，取出冷却至室温，测出最终电导率R2，计算出细胞伤害率Y，以室温下植物叶片的电导率作为对照(CK)。

1.3 数据处理与分析

细胞伤害率Y=[(R1-CK)/(R2-CK)]×100%，利用Logistic方程：Y=k/(1+ae-bt)对处理温度与细胞伤害率进行拟合。式中：Y为细胞伤害率；t为处理温度；k为细胞伤害率的饱和容量[4]，由于细胞伤害率去除了本底干扰，因此在本试验中k值为100%；a、b为方程参数。为了确定a，b的值，将方程进行线性化处理，Ln[(k-Y)/Y]=Lna-bt，令y=Ln[(k-Y)/Y]，则转化为转化细胞伤害率(y)与处理温度(t)的直线方程[15]。通过直线回归的方法求得参数a、b的值以及相关系数r[16]。为确定半致死温度，求Logistic方程的二阶导数，并令其等于0，获得曲线的拐点t=Lna/b，此时的t值即为半致死温度(LT50)[14]。运用Microsoft Excel 2010进行试验数据的整理与分析。

2 结果与分析

2.1 2017年8月高温半致死温度

2017年8月试验结果表明，随着处理温度的升高，4种常绿木本植物的叶片、1年生枝条、2年生枝条细胞伤害率的变化趋势比较一致(图1～图3)，均成“S”型曲线。表明不同高温处理均可以运用Logistic方程计算其高温半致死温度。

图1 8月不同高温处理下叶片细胞伤害率图2 8月不同高温处理下1年生枝条细胞伤害率

图3 8月不同高温处理下2年生枝条细胞伤害率

2017年8月，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的高温半致死温度LT50见表1。由表1可知，不同取材部位、不同温度下细胞伤害率经Logistic方程拟合后，拟合度R2均在0.97以上，均达到极显著水平。4种常绿乔木叶片的高温半致死温度LT50分别为：桂树48.66 ℃、松树57.96 ℃、柏树57.13 ℃、冬青56.04 ℃；1年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.03 ℃、松树58.61 ℃、柏树57.65 ℃、冬青56.58 ℃；2年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.27 ℃、松树59.03 ℃、柏树58.05 ℃、冬青56.86 ℃。依据高温半致死温度高低进行耐热性强弱排列，4种乔木按不同采样部位的高温半致死温度排序一致，耐热性强弱顺序均为松树>柏树>冬青>桂树。

表1 8月4种常绿乔木不同取材部位的Logistic方程参数及半致死温度

*：**为拟合度达极显著水平(P<0.01)，下同。

2.2 2017年10月高温半致死温度

2017年10月的试验结果表明，随着处理温度的逐渐升高，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的细胞伤害率的变化趋势较为一致，均呈现出“S”型曲线(图4～图6)，均可以运用Logistic方程计算其高温半致死温度。

图4 10月不同高温处理下叶片细胞伤害率图5 10月不同高温处理下1年生枝条细胞伤害率

表2 10月4种常绿乔木不同取材部位Logistic方程参数及半致死温度

图6 10月不同高温处理下2年生枝条细胞伤害率

2017年10月，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的Logistic方程参数及高温半致死温度LT50见表2。由表2可知，不同取材部位、不同温度下细胞伤害率经Logistic方程拟合后，拟合度R2均在0.98以上，均达到极显著水平。4种常绿乔木叶片的高温半致死温度LT50分别为：桂树53.83 ℃、松树57.92 ℃、柏树57.19 ℃、冬青55.84 ℃；1年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.06 ℃、松树58.70 ℃、柏树57.60 ℃、冬青56.61 ℃；4种常绿乔木2年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.46 ℃、松树59.19 ℃、柏树57.98 ℃、冬青56.83 ℃。依据高温半致死温度高低进行耐热性强弱排列，耐热性强弱顺序仍然均为松树>柏树>冬青>桂树。

2.3 2017年12月高温半致死温度

2017年12月，随着处理温度的逐渐升高，4种常绿乔木的叶片、1年生枝条、2年生枝条的细胞伤害率的变化趋势比较一致(图7～图9)，均呈现出“S”型曲线，均可以运用Logistic方程计算其高温半致死温度。

图7 12月不同高温处理下叶片细胞伤害率图8 12月不同高温处理下1年生枝条细胞伤害率

图9 12月不同高温处理下2年生枝条细胞伤害率

2017年12月，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的Logistic方程参数及高温半致死温度LT50见表3。由表3可知，不同取材部位、不同温度下细胞伤害率经Logistic方程拟合后，拟合度R2均在0.98以上，均达到极显著水平。4种常绿乔木叶片的高温半致死温度LT50分别为：桂树53.84 ℃、松树57.99 ℃、柏树57.11 ℃、冬青56.10 ℃；4种常绿乔木1年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.08 ℃，松树58.69 ℃，柏树57.66 ℃，冬青56.13 ℃；4种常绿乔木2年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.42 ℃、松树58.93 ℃、柏树57.86 ℃、冬青56.39 ℃。依据高温半致死温度高低进行耐热性强弱排列，耐热性强弱顺序依次为松树>柏树>冬青>桂树。

2.4 2018年2月高温半致死温度

2018年2月，随着处理温度的逐渐升高，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的细胞伤害率的变化趋势比较一致(图10～图12)，均呈现出“S”型曲线，均可以运用Logistic方程计算其高温半致死温度。

表3 12月4种常绿乔木不同取材部位Logistic方程参数及半致死温度

图10 2月不同高温处理下叶片细胞伤害率图11 2月不同高温处理下1年生枝条细胞伤害率

图12 2月不同高温处理下2年生枝条细胞伤害率

2018年2月，4种常绿乔木叶片、1年生枝条、2年生枝条的Logistic方程参数及高温半致死温度LT50见表4。由表4可知，不同取材部位不同温度下细胞伤害率经Logistic方程拟合后，拟合度R2均在0.97以上，均达到极显著水平。4种常绿乔木叶片的高温半致死温度LT50分别为：桂树53.89 ℃、松树58.06 ℃、柏树57.12 ℃、冬青56.09 ℃；4种常绿乔木1年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.04 ℃、松树58.72 ℃、柏树57.63 ℃、冬青56.10 ℃；4种常绿乔木2年生枝条的高温半致死温度LT50分别为：桂树54.41 ℃、松树58.90 ℃、柏树57.86 ℃、冬青56.41 ℃。依据高温半致死温度高低进行耐热性强弱排列，耐热性强弱顺序依次均为松树>柏树>冬青>桂树。

表4 2月4种常绿乔木不同取材部位Logistic方程参数及半致死温度

2.5 不同取样部位、时间下常绿乔木半致死温度的比较

对比2017年8月、10月、12月以及2018年2月4种常绿植物不同取样部位的半致死温度(表5)发现，桂树、松树、柏树、冬青不同取样部位的耐热性强弱顺序依次均为2年生枝条>1年生枝条>叶片，即植物组织的成熟度越高，抗热性越强。除了桂树叶片的半致死温度8月与其他月份相比有明显差异外，对于相同取样部位来说，不同取样时间对半致死温度的测定影响不大。

表5 不同取样部位和时间下4种常绿乔木半致死温度的比较

3 结论

细胞膜透性的稳定性(CMT)是测定离体叶片的渗透情况在一定温度范围内的特性，是一种灵敏、快捷的估测植物耐热性的方法[14-18]。本试验运用此方法对4种常绿植物的成熟叶片、1年生枝条、2年生枝条进行梯度高温处理，处理温度与细胞伤害率之间呈现“S”型曲线，经过显著性检验，符合Logistic方程。试验结果表明，4种常绿植物的耐热性强弱顺序依次为松树>柏树>冬青>桂树。对于同一常绿植物的不同取样部位来说，其耐热性强弱顺序依次为2年生枝条>1年生枝条>叶片，即不同采样部位对其耐热性的强弱有一定影响，相对来说，枝条的半致死温度大于叶片的半致死温度。对于同一常绿植物的相同取样部位来说，不同取样时间对其耐热性的强弱影响不大，也就是说，进行抗热性评价基本不会受到取样时间的影响。