7个中山杉品种低温半致死温度与耐寒性评价

2020-04-12徐迎春朱曦芮

安徽农学通报 2020年24期

徐迎春朱曦芮

摘要：为确定中山杉适宜栽植区及杂交育种选择耐寒亲本，以中山杉302、118、401、405、149、402、406为试验材料，对其萌芽前的枝条分别采用-8℃、-12℃、16℃、-20℃、-24℃、-28℃、-32℃的低温胁迫处理，根据细胞膜透性的变化配合Logistic方程，求得半致死温度（LT50）。结果表明，不同低温处理下，各品种枝条的相对电导率和细胞膜伤害率的增加呈“S”形曲线，与相应的低温呈极显著负相关;7个中山杉品种的低温半致死温度分别为-18.7℃（302）、-20.5℃（118）、-22.9℃（401）、-21.5℃（405）、-19.9℃（149）、-21.8℃（402）、-26.9℃（406）。中山杉406的耐寒性最强，中山杉401的耐寒性较强，中山杉302的耐寒性最弱，其余品种的耐寒性居中。

关键词：中山杉;半致死温度;耐寒性

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）24-0086-03

Evaluation of Low Temperature Semi-lethal Temperatureand Cold Tolerance of Seven Taxodium‘Zhongshanshan’Cunninghamia lanceolata Varieties

XU Yinchun1 et al.

（1Nantong Haimen District Agricultural Cadres School，Nantong，Jiangsu 226107，China）

Abstract：302，118，401，405，149，402 and 406 were used as experimental materials. The branches before germination of Taxodium‘Zhongshanshan’ were treated with low temperature stress of -8℃，-12℃，-16℃，-20℃，-24℃，-28℃ and -32℃，respectively. According to the changes of cell membrane permeability and Logistic equation，semi-lethal was obtained. Temperature（LT50），in order to provide scientific basis for determining the suitable planting area and selecting cold-tolerant parents for cross breeding of Taxodium‘Zhongshanshan’. The results showed that the increase of relative conductivity and cell membrane damage rate of branches under different low temperature treatments showed a “S” curve，which was negatively correlated with the corresponding low temperature. The low temperature semi-lethal temperatures of 7 cultivars were -18.7℃（-302），-20.5℃（-118），-22.9℃（-401），-21.5℃（-405），-19.9℃（-149），-21.8℃（-402），-26.9℃（-406）. Taxodium‘Zhongshanshan’406 has the strongest cold tolerance.Taxodium‘Zhongshanshan’401 has the strongest cold tolerance，Taxodium‘Zhongshanshan’302 has the weakest cold tolerance，and other varieties have the middle cold tolerance.

Key words：Taxodium‘Zhongshanshan’; Semi-lethal temperature; Cold tolerance

中山杉Taxodium‘Zhongshanshan’是落羽杉Taxodium distichum，墨西哥落羽杉Taxodium mu-cronatum，池杉Taxodium ascendens等3個树种种间杂交得到的优良无性系的总称，由江苏省·中国科学院植物研究所经多年试验研究选育而成。具有树干挺直，树形美观，树叶绿色期长，耐盐碱、耐水湿，抗风性强，病虫害少，生长速度快等优点，为长江中、下游及其以南地区平原湿地和沿海滩涂绿化造林、农田防护林的优秀树种。这些优良品种在中国未来用材林、能源林、碳汇林、休闲林和水源涵养林等营造以及沿海防护林建设、公路及城乡绿化、农田林网和滩涂造林等方面具有巨大的应用潜力[1]。

温度是影响中山杉生长和地理分布的一个重要环境因子，对中山杉的生长发育起着重要的作用。低温冻害是中山杉种植的主要限制因子，影响着中山杉的区域性分布。野外抗寒性鉴定周期长且可控度低，室内鉴定则通过人工模拟冰冻试验及生理生化指标测定比较植物抗寒性，能弥补野外试验的不足[2]。

电导法是通过测定植物细胞电解质外渗率配以Logistic曲线方程，准确估量耐寒性的数量指标半致死温度（LT50），反映植物所忍受的低温极限，并以此评价植物抗寒性的一种简便、快速、灵敏的方法[3]。目前，该方法已被广泛应用于多种果树抗寒能力的鉴定，如石榴[4]、柑橘[5]、苹果[6]等，认为其能够直接准确地反映各果树品种的耐寒性，但对用于中山杉的耐寒性研究还尚未见报道。为此，本试验选用7个优良中山杉品种，测定不同低温处理下细胞电解质外渗率，并配合Logistic方程，求得半致死温度（LT50），确定各品种的耐寒水平，以期为确定中山杉适宜栽植区及杂交育种选择耐寒亲本提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料试验材料取自南通茂森苗圃有限公司中山杉扦插苗圃，原种从江苏省·中国科学院植物研究所引进。供试材料为中山杉302、118、401、405、149、402、406。试验于2017年1月中下旬即中山杉萌芽前进行，选择生长势相近的1年生扦插苗顶部长约60cm的枝条作为试验材料。用海尔程控式低温冰箱（海尔BCD-252WBCS型）对枝条进行低温胁迫处理，用上海雷磁DDSJ-308F型电导率仪测定其电导率。

1.2 方法每个品种随机选取粗细相近的1年生健壮枝条80个，枝条先用自来水冲洗20min，然后用蒸馏水和去离子水各冲洗2～3次，洗后用干净的细纱布将水擦干。每个品种分成8组，每组10条枝条，其中1组在田间条件下（-3℃）测定其电导率作为对照（CK），其余7组用低温冰箱进行低温胁迫处理。枝条用纱布和保鲜膜依次包裹后分别放置在-8℃、-12℃、-16℃、-20℃、-24℃、-28℃、-32℃低温下进行处理，降温和升温速率均为4℃/h，到达设定的温度后保持12h。按品种取出低温处理的中山杉枝条，在4℃下解冻2h，取出选枝条将中间部分剪成2mm的薄片混合均匀，分别称取枝段约0.5g置于电导杯中，加入超纯水25mL摇匀，浸泡18h，测定其电导率值C1，C1代表低温处理后枝条的电解质渗出量;再将样品于沸水浴中煮30min，冷却1h 后，摇匀测定电导率值C2，C2代表低温处理后枝条的原生质膜被全部破坏后所渗出的电解质总量。每个品种试样重复3次，取平均值[7-8]。

相对电导率（%）=C1/C2×100;

细胞伤害率（%）=[（C1-CK）/（C2-CK）]×100

式中：CK为对照样品的电导率值，CK代表田间温度田间下枝条的电解质渗出量[9]。

Logistic方程和低温半致死温度（LT50）研究低温胁迫处理下中山杉茎段相对电导率与抗寒性的关系，配合Logistic方程，相对电导率拟合Logistic回归方程为：y=k/（1+ae-bx）;y为实测细胞伤害率，x代表冷冻温度;k为细胞伤害率的饱和容量，在本试验中为100;a、b为未知参数，将方程进行线性化处理，令二阶导数等于零，求得a、b值及相关系数R，处理温度对应的相对电导率曲线的拐点温度即为半致死温度，即LT50=lna/b[10]。

1.3 数据处理用Excel统计数据，DPS软件分析相关系数和获得Logistic方程拟合参数。

2 结果与分析

2.1 不同低温处理下7个品种中山杉的相对电导率从图1可以看出，7个品种中山杉的枝条相对电导率随着温度的降低总体上呈现不断上升的趋势，处理温度与相对电导率之间呈现极显著的负相关性，相关系数为-0.912～-0.982;处理温度与相对电导率之间呈负相关的“S”型变化，低温处理初期7个品种中山杉相对电导率上升较为缓慢，随着温度的进一步降低，相对电导率迅速上升，随后电导率上升又趋于缓慢，但上升速度因品种而异。-8～-12℃时，中山杉302电导率略有下降，其余品种电导率均缓慢上升，中山杉149上升最快达9.1%。-12～-16℃时，所有品种电导率继续缓慢上升。-16～-20℃时，中山杉402、406电导率缓慢上升;其余5个品种电导率迅速上升均在20.0%以上，中山杉149上升最快达27.7%，5个中山杉品种在-20℃时比-16℃时相对电导率平均上升24.4%，说明这5个品种细胞电解质渗出量较大，细胞膜受到的不可逆伤害。-20～-24℃时，中山杉402的电导率上升19.2%，上升最快，其余品种电导率上升在5.1%～11.6%。-24～-28℃时，中山杉的406电导率上升31.8%，其余品种电导率上升上升均在10.0%以下。-28～-32℃时，中山杉149的电导率略有下降，其余品种的电导率均平缓上升在3.2%～10.3%。

2.2 不同低温处理下7个品种中山杉的细胞伤害率从图2可以看出，低温处理后，7个品种中山杉的细胞伤害率与相对电导率具有相似的变化规律;相关性分析结果表明，细胞伤害率与相对电导率呈现极显著相关，相关系数为0.995～1.000。处理温度与相对细胞伤害率之间呈负相关的“S”型变化，7个品种中山杉的细胞膜伤害率随着温度的降低总体上呈现不断上升的趋势。相关性分析结果表明，处理温度与细胞伤害率之间呈现极显著的负相关，相关系数为-0.942～-0.986。

2.3 不同低温处理下7个品种中山杉的半致死温度应用Logistic方程对不同低温处理下的相对电导率进行拟合。结果表明，7个品种中山杉相对电导率与温度之间能较好地用Logistic方程进行拟合，相关系数为-0.78124～-0.9679，均達极显著水平，拟合结果可靠，精确度较高，能准确体现7个品种中山杉的耐寒性强弱。从表1可以看出，中山杉406的耐寒性最强半致死温度为-26.9℃，中山杉401的耐寒性较强半致死温度为-22.9℃，中山杉302的耐寒性最弱半致死温度为-18.7℃，其余中山杉品种的耐寒性较为接近半致死温度在-20.0℃左右。

3 讨论

植物组织遭受低温伤害时细胞膜凝胶化，细胞膜的功能受损或结构破坏导致透性增大，胞内电解质外渗量也相应增加。相对电导率是表现低温造成的细胞膜受损前后胞内电解质渗出率，外渗电解质越多，相对电导率越大，细胞膜受伤害程度越大，植物耐寒性越弱，反之则植物耐寒性越强[11]。相对电导率的增加程度较精确地反映了植物组织细胞膜受伤害的程度，是植物抗寒性强弱评价的一个可靠指标[12]。不同各品种对低温的应激反应能力不同，随着温度的降低胞内电解质外渗非持续进行，相对电导率在总趋势升高的基础上有变缓或下降的情况。如中山杉302在-8～-12℃时相对电导率下降，这可能是植物在逆境伤害初期的自我保护作用，此时细胞膜尚处于伤害的可逆阶段，能够进行正常的主动运输，从而调整胞质的外渗，导致相对电导率下降[13]。随着温度的不断降低，相对电导率随之上升，细胞膜受到的伤害程度加剧;因遗传背景的不同，各中山杉品种枝条在细胞结构上存在差异，不同低温阶段相对电导率上升的速度有明显差异。低温处理后期，各品种的相对电导率变化均较为平缓，说明此时细胞膜透性已遭到了严重破坏，细胞膜伤害处于不可逆的状态，运输功能受损。

低温半致死温度是指植物在该温度时达到半致死状态，当温度继续降低时，植物所遭受的伤害将不能恢復，严重的甚至死亡。利用相对电导率拟合Logistic方程计算各中山杉品种的低温半致死温度，简便、快速、设备便宜，能较好地确定中山杉品种的耐寒性[14-15]。植物的抗寒性受多种因素的影响，其抗寒生理过程错综复杂。本试验只测定了一个时期的电导率，而未考虑不同生长期对各中山杉品种半致死温度的影响，所得到其枝段的LT50只是比较抗寒能力的依据之一。若要更加精确的判断各品种的耐寒性，需结合相关抗寒性生理、生化指标如叶绿素总量、Pro含量、MAD含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化物酶（POD）活性等来综合评价[16-17]。若实验室的间接测定结果与田间鉴定结果相结合评价中山杉的耐寒性，会有更好的效果[16]。

参考文献

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