榆阳区引进饲料桑和构树品种抗寒性研究

申世永，张 箭，朱聿利，霍多多，张春妮，郭彩云

(1.榆林市林业科学研究所；2.榆阳区气象局，陕西 榆林 719000)

饲料桑是由我国科研人员通过人工选择与杂交培育出来用作饲草的优良品系，具有产量高、营养价值高、抗逆性好、适口性好等特点[1]。构树主要分布于我国黄河、长江及珠江流域，是一种多功能综合性树种，广泛应用于造纸、饲料等行业[2]。榆林市林业科学研究所于2017年和2018年从南京等地引种6个饲料桑品种和1个构树品种，在陕西省榆林市进行栽植试验。

电导率法是间接测定植物抗寒性的重要方法之一，在实际研究中常用电导率和半致死温度来衡量植物抗寒性。刘群龙等通过电导率、Logistic方程，测定了核桃中林l号无融合生殖后代、绵核桃无融合生殖和自然授粉后代的半致死温度[3]，采取相同方法郭伟珍等测定了10个梨品种(系)的抗寒性[4]，王惠芝等测定了河北省主栽海棠品种抗寒性[5]，全英杰等测定了“映洁玉桂”“映洁紫骄”“映洁红菲”“靖山紫花”等半致死温度[6]，王红平等测定了5个苹果砧木枝条的抗寒能力[7]，唐克等测定了10种沙棘抗寒性顺序[8]，冯莎莎等测定了四种扁桃蕾期的半致死温度和抗寒性[9]。榆林市引入的饲料桑和构树品种的抗寒性未见相关文献报道，为此，我们采用电导率法进行了半致死温度的测定，比较不同品种的抗寒能力，以期为桑树和构树抗寒性机理的深入研究和榆林市种质资源筛选提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验6个桑树和1个构树供试品种均取自于陕西省榆林市林业研究所种质资源圃内，各品种来源见表1。

表1 供试材料引种名录及品种来源

1.2 试验方法

1.2.1 样品处理 采集供试植株根系材料，用自来水冲洗数次，去除表面泥土等杂质，再用去离子水漂洗3次，用洁净滤纸吸干表面水分后，将根系剪成15 cm长的根段，两端均封石蜡，装入自封袋中。随后将其置于低温试验箱中进行低温处理。低温胁迫温度分别设定为：0、-10、-20、-30 ℃共4个梯度，每相邻梯度的温度之间降温时间为30 min，并在所设温度维持24 h。取出材料后，放置于4°C冰箱解冻12 h(0 ℃样品无需解冻)，再置于20～25 ℃室温下恢复12 h，即完成样品处理。

1.2.2 相对电导率测定 采用电导率仪法测定。将低温处理后的植株根系，切成若干个2 mm厚的小段(尽量保证表面积一致)，混合均匀。准确称取1 g根段放入锥形瓶中，加入去离子水30 mL，封口，于室温下在摇床上以120 rmp/min振荡浸提12 h，用DSS-120型电导率仪测定各样品浸提液电导率值(R1)。然后封口，将样品浸提液在沸水水浴中加热30 min杀死组织，自然冷却后测定电导率值(R2)。整个处理过程中，三角瓶均以封口膜封口，以保持水量不变。每个处理4个重复。相对电导率的计算公式如下：

相对电导率R=[(R1-CK) / (R2-CK)]

×100%

1.2.3 Logistic方程和低温半致死温度(LT50) 研究低温胁迫处理下植株根系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)

其中y表示相对电导率，k为y的最大值，x表示处理温度，a、b为方程参数。为了确定a、b的值，将方程线性化处理得到ln[(k-y)/y]=lna-bx，令y1=ln[(k-y)/y]，则转化为细胞伤害率y1与低温胁迫温度x的方程。通过直线回归的方法求得a、b值及相关系数，用曲线的拐点作为半致死温度LT50(LT50=-lna/b)，确定不同品种的抗寒性。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2017进行数据统计和简单计算相对电导率，使用Spass 23 对数据进行Logistic方程拟合分析并计算半致死温度，使用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同品种根系的相对电导率

从图1可以看出，随着温度的逐渐降低，各品种供试材料的电导率逐渐增高，说明各品种植株根系受到的冻害程度逐渐增加。由于各品种植株的遗传特性不同，所以耐受低温的程度也不同。其中，荆桑和选七九二在-20～-30 ℃相对电导率显著增加，表明这两个品种根系在此低温胁迫范围，受冻害程度较为严重。丰驰1号、丰驰2号、桂优62、吴堡桑和构树在-10～-20 ℃相对电导率显著增加，表明在-10～-20 ℃低温胁迫范围内，5个品种根系受冻害影响较大，而在其他温度范围，相对电导率变化较为缓慢，说明其受冻害的影响较小。

图1 不同品种桑树和构树根系相对电导率变化

2.2 不同品种桑树和构树相对电导率的Logistic方程拟合及LT50

根据不同低温处理7个不同品种的相对电导率模拟得到Logistic方程相关系数均在0.88以上，拟合程度较好，故结果可靠，可信度较高。如表2所示，低温胁迫下，半致死温度范围在-13.32～-28.31 ℃之间。以半致死温度为标准，不同品种的抗寒性从强到弱为(即低温致死温度由低到高)的顺序为荆桑>选七九二>丰驰2号>桂优62>丰驰1号>吴堡桑>构树，半致死温度分别为-28.31、-20.88、-15.75、-15.33、-14.5、-14.42 ℃和-13.32 ℃，其中荆桑和选七九二的抗寒性显著高于其他品种。

表2 电导率的回归方程和半致死温度

3 结论与讨论

植物在遭受低温伤害后，其细胞膜透性发生变化，电解质大量外渗，电导率增大，抗寒性强的植物，其透性增大的程度较慢，抗寒性弱的植物，透性增大的程度较快，通过测定各器官的电导率，可用以评价植物的抗寒性。由于遗传基因不同，不同品种抗寒性存在明显的差异，人工低温胁迫处理后，由植物组织的电解质渗出率的测定直接体现细胞膜忍耐低温的能力[10]。本实验通过电导法，测定不同品种的根系的电解质渗出率，根据 Logistic 方程计算低温半致死温度，结果得到其根系抗寒性从强到弱(即低温致死温度由低到高)的顺序为荆桑>选七九二>丰驰2号>桂优62>丰驰1号>吴堡桑>构树，半致死温度分别为-28.31、-20.88、-15.75、-15.33、-14.5、-14.42 ℃和-13.32 ℃。

本实验供试材料来源于榆林市林业研究所种质资源圃内，属于榆林市榆阳区境内，1月是当地地温最低的月份，当地2010-2020年1月份距地表5、10、15、20、40、80 cm处最低地温11年均值分别是-8.32、-7.02、-5.83、-4.95、-2.93、0 ℃，2月和12月地温均高于1月地温(表3)。所测的荆桑等蛋白桑品种和构树，根系半致死温度在-28.31 ℃至-13.32 ℃之间，均低于土壤温度，土壤的冬季低温对植物根系基本构不成危险，与实际越冬表现相符。

表3 榆林市榆阳区2010-2020年地表下不同深度层土壤温度 单位：℃

表4 榆林市榆阳区2010-2020年1月份地表土壤极端地温 单位：℃

榆林市属于寒冷地区，冬季可能出现极端低温现象。当地榆阳区2010-2020年1月份距地表5、10、15、20、40、80 cm处地温极端低温分别是-15.9、-12.9、-11.8、-10.5、-6.9、-3.4 ℃(表4)。为实现蛋白桑在榆林市的安全越冬，大面积推广栽植首选安全系数更高的荆桑和选七九二品种。