不同種源花椒抗寒性比較研究*

孫丙寅,劉淑明

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西楊陵 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院,陜西楊陵 712100)

細胞膜是一種對低溫極為敏感的半透性生物膜,一定的低溫脅迫會引起膜相破壞,細胞內(nèi)電解質(zhì)外滲。植物不同品種間的細胞原生質(zhì)透性不同,電解質(zhì)外滲量不同,因此抗寒力也不同。電解質(zhì)外滲量越大,抗寒力越弱;電解質(zhì)外滲量越小,抗寒力越強[1-2]。

花椒是我國重要的經(jīng)濟樹種,喜光、耐旱、耐瘠薄[3]。近年來,隨著退耕還林工程的實施,花椒栽培面積不斷增大,目前種植面積已超過12萬hm2,年產(chǎn)12萬t左右,形成了一個年產(chǎn)值達15億元左右的巨大特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)[4]。但在實際生產(chǎn)中,花椒已發(fā)生凍害,造成樹體生長不良,產(chǎn)量不穩(wěn)定。本研究通過對低溫條件下4個種源花椒枝條的電解質(zhì)外滲率(REC)測定,配合Logistic方程計算出不同花椒枝條和葉片的半致死溫度(LT50),研究各花椒抗寒能力[5],為進一步研究和評價不同種源花椒的抗寒性提供理論和實踐依據(jù)[6]。

1 材料與方法

1.1 材料

測定的花椒均為各花椒產(chǎn)區(qū)的栽培品種。2006年,將各產(chǎn)地的花椒種子播種于西北農(nóng)林科技大學(xué)苗圃(陜西楊陵),種源有陜西鳳縣、循化花椒、甘肅武都、河北涉縣,品種為大紅袍花椒,共4種。

1.2 方法

2007年11月,選取4個種源花椒的健康、無病蟲害的1 a生枝條。將各花椒的枝條用潔凈的濕紗布擦拭并晾干,放入冰箱內(nèi)從0℃開始降溫,降溫速率為4℃/h,處理溫度分別為-12、-16、-20、-24、-28和 -32 ℃,并保持恒溫 12 h。再以同樣的速率升溫至0℃,取出枝條,并測定電解質(zhì)外滲率(REC),以放置室溫下(4℃)的枝條為對照(CK),設(shè)3個重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對花椒枝條質(zhì)膜透性的影響

由圖1可知,在低溫條件下,4種花椒的REC與溫度之間呈上升的“S”形曲線。但其REC增加的速率并不均勻,處理溫度越低REC變化相對越快,且因種源而異。當(dāng)溫度降至-16℃時鳳縣花椒和武都花椒REC為24.98%和46.88%;當(dāng)降至-24℃時,REC分別為45.73%和53.85%;當(dāng)降至-32℃時,REC分別升高至60.17%和83.56%。涉縣花椒、循化花椒則分別從20.72%和23.22%升至46.73%和47.31%,隨后再升至67.97%和65.02%。可以看出,在相同低溫下,武都花椒電解質(zhì)外滲最多,脂膜損傷程度最重;鳳縣花椒、循化花椒與涉縣花椒電解質(zhì)外滲較少,脂膜損傷程度較輕,這表明不同種源花椒的抗寒性存在差別。

圖1 不同低溫處理對花椒枝條電解質(zhì)外滲率的影響

2.2 應(yīng)用Logistic方程確定花椒枝條的半致死溫度(LT50)

Logistic方程是一個典型的“S”曲線方程。花椒枝條在不同處理溫度下的REC曲線基本符合Logistic變化規(guī)律,對數(shù)據(jù)進行Logistic回歸分析。回歸模型為:

式中 :k、a、b 為常數(shù) ;y 為 REC,y 1、y 2、y 3為測定結(jié)果中等距離的3點。

在實際應(yīng)用中,常令 y′=ln[(k-y)/y],則y′=ln a-bx,即電解質(zhì)外滲率 y 轉(zhuǎn)換成 y′后,與處理溫度x之間的關(guān)系可以用線性表示,因此可以按一般的直線相關(guān)法求出a和b。

y′與x對Logistic方程的擬合度可用 y′與 x的相關(guān)系數(shù)ry′x來表示。

對回歸方程進行二階求導(dǎo)變換得方程曲線的拐點值,在數(shù)學(xué)上拐點d2y/d x2=0時的 x值,即x=-(1n a)/b為半致死溫度(LT50)值。各花椒抗寒力測定Logistic方程的擬合統(tǒng)計結(jié)果見表1。通過6個不同處理溫度的分別計算,4個種源花椒枝條的半致死溫度(LT50)在-26.36～-19.95℃之間,其平均溫度為-24.04℃。

由表1可見,回歸方程的各參數(shù)之間存在不同的差異,其中 a值變異系數(shù)較大(Cv=52.86%),k值各花椒間差異較小(Cv=2.31%)。用Logistic方程擬合,4種花椒REC與其半致死溫度的相關(guān)性均達極顯著水平(R2為0.898 9～0.980 1)。說明在花椒抗寒性研究中,不同低溫處理條件下,REC遵循Logistic方程的變化規(guī)律且與LT50呈線性關(guān)系,其擬合結(jié)果可靠,精確度較高。計算得到的LT 50在不同種類間也有差異,且這種差異表現(xiàn)為 LT50高低與枝條抗寒力強弱間呈負相關(guān)趨勢,即LT 50越低,枝條抗寒力越強;LT50越高,抗寒力越弱。由 LT50可知,鳳縣花椒的抗寒性最強,其它種源的順序依次為循化花椒、涉縣花椒與武都花椒。

表1 不同低溫處理對花椒枝條REC影響的Logistic方程

3 結(jié)論與討論

隨著處理溫度的降低,花椒枝條電解質(zhì)外滲率隨處理溫度的降低而不斷上升,表明枝條受到的傷害越來越嚴(yán)重。在鳳縣花椒、武都花椒、涉縣花椒與循化花椒枝條的REC與其半致死溫度之間的相關(guān)系數(shù)達到0.898 9～0.980 1;4個種源花椒枝條的半致死溫度(LT50)在 -26.36～-19.95℃之間,鳳縣花椒抗寒性最強,涉縣花椒與武都花椒受到的傷害較重,抗旱性較弱。其抗寒性順序為:鳳縣花椒＞循化花椒＞涉縣花椒＞武都花椒。

電導(dǎo)法是實驗室間接測定植物REC的重要方法之一,自從Dexter等使用電導(dǎo)法測定植物抗性以來,這種方法得到了不斷的完善和發(fā)展,許多報道表明應(yīng)用此法配合Logistic方程可以測定植物的抗寒性等。Sukumaran和Weiser等在馬鈴薯的研究上提出,使用電解質(zhì)外滲率50%時的處理溫度作為植物組織的低溫半致死溫度(LT50)。但朱根海等認(rèn)為以拐點溫度能更好地反映植物的抗寒性。羅正榮、章文才對柑桔抗寒力的研究表明,細胞REC配以 Logistic方程,兩者具有很好的擬合度[5],本研究結(jié)果與此結(jié)論相同。

[1] 李美茹,劉鴻先,王以柔.植物細胞中的抗寒物質(zhì)及其與植物耐冷性的關(guān)系[J].植物生理學(xué)通訊,1983(25):123-131.

[2] 潘瑞熾.植物生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 曾京京.我國花椒的栽培起源和地理分布[J].中國農(nóng)史,2000,19(4):68-75.

[4] 史勁松,顧龔平,吳素玲,等.花椒資源與開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查[J].中國野生植物資源,2003,22(5):6-8.

[5] 羅正榮,章文才.應(yīng)用Logistic方程測定柑桔抗凍力的探討[J].果樹科學(xué),1994,11(2):100-102.

[6] 孫 群,胡景江.植物生理學(xué)研究技術(shù)[M].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社,2005.