白蜡优良无性系抗寒性对比分析

郭文,刘凌云,李轩,孟丁丁,孟丽,穆丽英,张彦杰,杨敏生

(1河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；2衡水市中心苗圃场, 河北 衡水 053000)

白蜡(FraxinuschinensisRoxb.)为木犀科白蜡属植物，因树上放养白蜡虫，故取名白蜡[1]。木犀科白蜡在全世界约有65 种，目前我国已见约30种，其中国外引进约有10余种，北自我国东北中南部，经黄河流域、长江流域，南达广东、广西，东南至福建，西至甘肃均有分布，遍及各省区[2-3]。中国有白蜡属植物27种，1 种变种，1 种栽培种，约占世界总数的30%，其他引种未记录，属于试验性栽培种。白蜡树枝叶繁茂、根系发达、生长迅速、适应性强、干形通直、树形美观、对于不良环境表现出较强的适应力，是我国北方地区防风固沙、城镇绿化美化、生态建设的优良树种，具备较高的生态经济价值[4]。

低温对植物生命活动具有一定的限制作用，阻碍植物正常的生长发育，不同植物甚至同种植物的抗寒性不同，植物抗寒性研究是植物抗逆性研究的重要组成部分，如何准确判定植物的抗寒性是如今抗寒工作研究的主要内容，对植物抗寒性进行正确判断，对植物栽培与推广、跨地区引种等具有重要意义。目前，对白蜡研究主要集中在耐盐碱、培育及造林技术、遗传育种等方面，低温对于白蜡能否正常生长乃至能否成活具有重大影响，研究白蜡的抗寒性对白蜡的良种选育及栽培具有重要意义[5-7]。

白蜡应对低温做出的反应机理十分复杂，且影响白蜡抗寒性的因素众多，仅使用一个指标对白蜡的抗寒性作评价不够全面[8-9]。为了保证结果的准确性，此次试验中，采用电导法、电阻抗图谱法2 种方法相结合，对8 个白蜡优良无性系进行抗寒性分析，配合Logistic 方程求算出半致死温度，综合2 种方法的结果评定白蜡优良无性系的抗寒性。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点为河北省衡水市中心苗圃场。衡水属大陆季风气候区，为温暖半干旱型。气候特点是四季分明，冷暖干湿差异较大。夏季受太平洋副高边缘的偏南气流影响，潮湿闷热，降水集中，冬季受西北季风影响，气候干冷，雨雪稀少，春季干旱少雨多风增温快，秋季多秋高气爽天气，有时有连阴雨天气发生。

1.2 试验材料

供试材料来自衡水市中心苗圃场白蜡优良无性系2 a生测定林，从该测定林中分别采集8个不同无性系位置相同，长势一致，无病虫害的1 a生枝条，每个无性系采集15根枝条备用。用无毒塑料袋包裹，并于24 h内运送至测试实验室。

1.3 材料处理

将采集带回的枝条浸入去离子水中，进行多次清洗，表面水分晾干后，选粗细均匀的枝条避开节间芽眼剪成2 cm左右的枝段，每4个枝段为1组，共挑选出11组，供电导法重复3次，电阻抗法重复8次使用。以组为单位将他们放入自封袋，置于变温冰箱冷冻层中，设置9个温度梯度(0 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃、-25 ℃、-30 ℃、-35 ℃、-40 ℃)，其中0 ℃为对照，每小时的降温幅度为4 ℃。到达相应温度保持24 h后，再将所有枝条放置0 ℃进行解冻，待解冻24 h后，对枝条进行抗寒性测定。

1.4 试验方法

1.4.1 电导法 将随机选出的供试枝条避开芽眼剪成长约1～1.5 cm的枝段，将小段置于盛有10 mL去离子水的试管中(若枝段较粗无法放入试管则可将枝条纵切为几个较细枝段)，用封口膜封紧瓶口，室温下于摇床上震荡24 h，测定初电导率，测好后，再次封口，将试管置于100 ℃水浴锅中30 min，再于室温下的摇床上震荡24 h，测定其终电导率，然后记录并计算出相对电导率。

1.4.2 电阻抗图谱法 参照张钢等的方法，待试材料的处理与电导法相同，选取长势粗细均匀的枝条，避开芽眼剪取靠近枝条中间的1.5 cm 的枝段，在其中随机选出8段作为样品，供电阻抗法8次重复[10]。用测厚仪测量每段的直径，在电阻抗分析仪上设定频率为80～1 MHz，输入电压为20 mV，然后将枝条置于2个玻璃电极管之间，通过电极线接入凝胶，之后对其进行开路和短路矫正，测定每一个枝段的电阻抗参数值，与Logistic 方程拟合半致死温度，记录并绘图。

1.5 数据处理

用SPSS 11.5 对8 个白蜡优良无性系的相对电导率、电阻抗参数值，配合Logistic 方程[y(x)=a/(1+eb(c-x))+d]拟合半致死温度并计算半致死温度，对求出的半致死温度进行方差分析和显著性分析，利用Excel 统计萌芽率。

2 结果与分析

2.1 不同低温处理下各无性系相对电导率变化

不同低温处理下各无性系相对电导率变化情况见表1。

表1 8个白蜡无性系的相对电导率变化Table 1 The relative conductivity changes of 8 Fraxinus clones

由表1可知，同一无性系，不同温度时，随着温度的降低，8个白蜡无性系的相对电导率均呈上升趋势，其中衡蜡2号、3号、6号和9号呈缓慢上升趋势，衡蜡1号、4号、7号和11号在0～-30 ℃区间内上升较为缓慢，当温度下降到-35～-40 ℃时，相对电导率上升幅度较大。8个白蜡优良无性系在0～-40 ℃区间内，相对电导率均有显著差异；在同一温度，不同无性系时，8个白蜡优良无性系在-10 ℃、-20 ℃时，无明显差异，在0 ℃、-5 ℃、-15 ℃、-25 ℃、-30℃、-35℃、-40℃差异显著。

由电导率拟合的8 个白蜡无性系的半致死温度见表2。

由表2 可知，根据相对电导率拟合出8 个白蜡优良无性系的半致死温度由低到高的顺序依次为衡蜡2 号、衡蜡9 号、衡蜡7 号 、衡蜡11 号、衡蜡3 号、衡蜡6 号、衡蜡4 号、衡蜡1 号。衡蜡2 号的半致死温度最低，为-21.64 ℃，衡蜡1 号的半致死温度最高，为-38.21 ℃。

表2 电导率法拟合的8 个白蜡无性系的半致死温度Table 2 Half-lethal temperature of 8 Fraxinus clones fitted by electrical conductivity method

2.2 不同低温处理下各无性系电阻抗参数变化

2.2.1 胞内电阻率 不同低温处理下各无性系胞内电阻率变化情况见图1。

图1 不同处理温度下8 个白蜡无性系的胞内电阻率变化Figure 1 Changes of intracellular resistivity of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由图1可知，随着温度的降低，8个白蜡优良无性系的胞内电阻率呈显著上升趋势，衡蜡4 号、1 号及6 号，上升幅度较其他白蜡无性系明显，衡蜡4 号上升幅度最大，衡蜡2 号的胞内电阻率变化幅度最小，8 个白蜡无性系的胞内电阻率在在-5～-40 ℃区间内，胞内电阻率与对照(0 ℃)产生显著差异，-25～-30 ℃区间内呈明显上升趋势，当温度下降到-35～-40 ℃时，胞内电阻率趋于平稳。说明在-5～-20 ℃时，植物体各部分受低温危害情况较为一致，当温度下降到-25 ℃及以下时，植物体受损较为严重。

2.2.2 胞外电阻率 不同低温处理下各无性系胞外电阻率变化情况见图2。

图2 不同处理温度下8 个白蜡无性系的胞外电阻率变化Figure 2 Changes of extracellular resistivity of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由图2可知，随着温度的降低，8 个白蜡优良无性系的胞外电阻率均呈显著下降趋势，衡蜡9 号的胞外电阻率变化幅度最大，衡蜡1 号变化幅度最小，-5～-40 ℃间8 个温度与对照均存在显著差异，在0～-15 ℃时，下降趋势相对较为平稳，当温度下降到-20～-30 ℃时，下降幅度明显，在-35～-40 ℃时，胞外电阻率下降幅度趋于平稳，说明自-20 ℃开始，植物体受低温影响逐渐加大，随着温度的不断降低，植物体受危害程度逐渐加大。

2.2.3 弛豫时间分布系数 不同低温处理下各无性系弛豫时间分布系数变化情况见图3。

图3 不同处理温度下8 个白蜡无性系的弛豫时间分布系数变化Figure 3 Variation of relaxation time distribution coefficient of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由图3可知，随着温度的降低，8 个白蜡优良无性系的弛豫时间分布系数呈整体下降趋势，在-5～-20 ℃区间内8 个白蜡无性系无显著变化，但与对照存在显著差异，当温度下降到-25～-30 ℃时，下降趋势较为明显，衡蜡7 号下降幅度最大，衡蜡3 号下降幅度较小，说明在-5～-20 ℃时，白蜡各无性系受低温胁迫程度在可接受范围以内，但当温度下降到-25～-30 ℃时，白蜡受低温危害较为严重，超过-30 ℃时，植物体处于死亡状态。

8 个白蜡无性系通过不同电阻抗指标拟合的半致死温度见表3。

由表3可知，8个白蜡优良无性系根据胞外电阻率拟合出的半致死温度由低到高为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号；根据胞内电阻率拟合出的半致死温度由低到高为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号；根据弛豫时间分布系数拟合出的半致死温度为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号。运用电阻抗图谱法得到的8个白蜡无性系的胞外电阻率、胞内电阻率及弛豫时间分布系数这3个参数拟合出的半致死温度由低到高的排列顺序相同。

表3 8个白蜡无性系通过不同电阻抗指标拟合的半致死温度Table 3 Half-lethal temperature of eight Fraxinus clones fitted by different electrical impedance indexes

利用8 个白蜡优良无性系的相对电导率、胞外电阻率、胞内电阻率及弛豫时间分布系数拟合出的半致死温度相关性见表4。

表4 8个白蜡无性系各抗寒指标的相关性分析Table 4 Correlation analysis of cold resistance indexes of eight Fraxinus clones

由表4可知，相对电导率与胞外电阻率呈极显著相关，相关系数为0.873，胞内电阻率与相对电导率呈极显著相关，相关系数为0.944，胞内电阻率与胞外电阻率呈显著相关，相关系数为0.897，弛豫时间分布系数与相对电导率、胞外电阻率及胞内电阻率均呈极显著相关，相关系数分别为0.931、0.930、0.970。

3 结论与讨论

选用电导法配合Logistic方程拟合出半致死温度是评价植物抗寒性的常用方法[11]。试验中随着温度的逐步降低，8个白蜡无性系的相对电导率均呈上升趋势，由相对电导率拟合出的8个白蜡无性系的半致死温度由高到低依次为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号。

相对电导率的变化与渗出细胞液的浓度相关，细胞膜遭受的破坏越严重，细胞内物质外渗越多，其相对电导率就越高。有研究显示，细胞内电解质外渗含量高低可作为评定植物抗寒性的指标[11]。相对电导率越高，植物的抗寒性越差[13]。王明逸等用电导法鉴定了法国梧桐的抗寒性，得出温度越低法国梧桐枝条的相对电导率越高,与本试验研究结果相符[14]。说明在温度持续下降的过程中，细胞不断调节自身状态适应低温环境，一旦温度超过了细胞的承受限度，细胞受到的损伤便无法恢复，导致细胞膜破裂，内容物溢出，相对电导率迅速上升。

电阻抗法是一种无须破坏植物细胞、操作简易的检测植物抗寒性的有效方法，其运用机理也是通过展现植物细胞在低温环境细胞膜的透性变化，来反映植物的抗寒性[15]。植物在受到低温危害时，细胞膜因受到冻害而破裂，细胞内电解质大量外渗，使胞外电阻率呈逐渐下降趋势，胞内电阻率呈升高趋势，如植物受低温危害较为严重时，植物体经过再长时间也无法恢复到正常的生命活动，导致弛豫时间分布系数呈逐渐下降趋势，但因低温对3个电阻抗参数影响方式不一致，故而导致由3个电阻抗参数拟合出的半致死温度存在不一致的情况。

由3个电阻抗参数拟合出的8个白蜡无性系的半致死温度由高到低依次为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号，与电导法得到的顺序相同。电阻抗图谱法具有多个参数，针对不同植物的抗寒性检测，最适宜参数也都不同。董军生等在用电阻抗法测定杨树无性系抗寒性时认为，胞外电阻率是测定白杨抗寒性的适用参数[16]。钱稷等通过研究桃树的抗寒性发现胞外电阻率、胞内电阻率、弛豫时间、弛豫时间分布系数，都能够很好地反映桃树的抗寒性，但胞内电阻率是最适宜的参数[17]。张振东等认为，胞外电阻率和弛豫时间是检测枣树抗寒性的较合适参数[7]。研究中发现，弛豫时间分布系数与相对电导率、胞外电阻率及胞内电阻率均成极显著相关，相关系数分别为0.931、0.930、0.970,弛豫时间分布系数可作为测定白蜡抗寒性的最佳参数。

使用电导法测得的8个白蜡无性系的抗寒性由高到低依次为衡蜡2号、衡蜡9号、衡蜡7号、衡蜡11号、衡蜡3号、衡蜡6号、衡蜡4号、衡蜡1号，与电阻抗法运用不同参数测得的结果均相符，但电导法测得的半致死温度比电阻抗法测得的要低，抗寒性要高，这与张军等的研究结果相符。但2种方法的测定结果差异还需进一步研究分析[18]。

试验过程只能模拟白蜡在特定实验室环境条件下所受的低温胁迫，拟合得出的半致死温度随着时间及处理的不同也会相应不同，因此不能完全模拟白蜡在自然环境中的状态，试验所得出的半致死温度不能代表白蜡的实际忍受温度，仅可用于不同无性系间抗寒性的相对比较。