香榧葉片抗寒性1)

劉千玲 趙燕 劉桂華

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，合肥，230036)

低溫傷害是一種全球性的自然災(zāi)害。低溫會影響植物的生長代謝，使植物受到傷害導(dǎo)致減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致植物死亡。因此，對植物的抗寒性進(jìn)行研究，并采取一定方法提高植物的抗寒能力，可在一定程度上降低低溫傷害，使植物正常生長，提高產(chǎn)量。香榧(Torreya grandis)為常綠喬木，是我國特有的集食用、油用、藥用、材用和觀賞于一體的珍貴樹種。在香榧的栽培歷史中，人們積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和研究成果主要集中在種質(zhì)資源、豐產(chǎn)培育技術(shù)、生長發(fā)育特性和種子的商品加工技術(shù)等方面［1－3］。對于香榧豐產(chǎn)培育的生理學(xué)基礎(chǔ)，特別是對香榧擴(kuò)大培育區(qū)的光熱生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)的研究報(bào)道較為少見。文中通過定位采樣和室內(nèi)測定，對一年中不同時(shí)期和不同樹齡香榧的葉片抗寒特性進(jìn)行了研究，為香榧優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)培育和產(chǎn)區(qū)區(qū)劃提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地處于皖南盆地中心的徽州區(qū)，位于北緯29°30'25″～30°09'10″，東經(jīng) 118°04'10″～118°53'50″。以山地丘陵為主，地勢北高南低。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫16℃，極端最高氣溫40.8℃，極端最低氣溫－12.7℃，無霜期230 d，≥10℃年積溫4 950℃。全年日照時(shí)間1 960 h。年平均降水量1 600 mm，其中4—10月份占全年70%。試驗(yàn)地土壤為黃紅壤，土層厚度70 cm以上，有機(jī)質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.3%，pH 值 5.5～6.0。

2 材料與方法

選擇生長立地相同、樹齡不同(3、6、8、12、18、22、27年生)的健康香榧樹為試材，分別于2013年1、2、3、10、11、12 月份在不同樹齡被試植株的 4 個方向分別選擇生長健康的枝條各3枝，采集各枝條10 cm頂梢段的全部葉片，將四個方向12枝枝條葉片充分混合后分成3等份(重復(fù)3次)，用潮濕紗布包裹分別裝入密封塑料袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，分別用自來水將葉片沖洗干凈，再用去離子水漂洗3次放在濾紙上吸干，再分別將每份葉片分為6組放入密封塑料袋置于超低溫冰箱進(jìn)行低溫處理，溫度設(shè)定梯度為0、－3、－6、－9、－12、－15 ℃，每 2 個溫度間降溫時(shí)間30 min，并分別在各個處理溫度持續(xù)24 h［10］。香榧樹屬常綠樹種，3—5月份為抽梢萌發(fā)新葉期，新葉充分伸展后在其余月份進(jìn)行光合作用，為保證葉樣的相對一致性，本試驗(yàn)所采葉片均為梢頭充分伸展的葉片。

相對電導(dǎo)率的測定和半致死溫度的計(jì)算。分別稱取低溫處理的葉片0.5 g(重復(fù)3次)，放入盛有20 mL去離子水的燒杯中，震動搖勻浸泡24 h，用雷磁DDS—237電導(dǎo)儀測定電導(dǎo)率，再放入100℃沸水浴中煮30 min，冷卻至室溫后搖勻再用電導(dǎo)儀測定電導(dǎo)率，相對電導(dǎo)率=(浸泡電導(dǎo)率/煮沸電導(dǎo)率)×100%;根據(jù)不同低溫處理下的相對電導(dǎo)率變化與溫度的對應(yīng)關(guān)系，利用 LogisticY=K/(1+ae－bx)擬合，(其中，Y為低溫處理下的相對電導(dǎo)率;x為處理溫度;K、a、b均為參數(shù)，K為Y的最大極限值，a表示曲線對原點(diǎn)的相對位置，b反映了x與Y之間的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)b＞0時(shí)，Y值隨著x的增加而增加，當(dāng)b＜0時(shí)，Y隨x的增加而減少)求其方程的二階導(dǎo)數(shù)，并令其為零，則可獲得曲線的拐點(diǎn)X=(lna)/b，即半致死溫度 LT50［8－9］;丙二醛質(zhì)量摩爾濃度測定采用硫代巴比妥酸法［15］;可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用蒽酮比色法［15］。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉片半致死溫度

從表1看出，一年中不同時(shí)期香榧葉片的半致死溫度在各個樹齡階段都呈現(xiàn)基本相同的變化規(guī)律，即10月份的半致死溫度值顯著高于其他時(shí)期，而1月份的半致死溫度值則顯著低于其他時(shí)期。11月份與3月份的半致死溫度和12月份與2月份的半致死溫度，分別兩兩相比較無顯著差異，但第一組(11、3月份)的半致死溫度則顯著高于第二組(12、2月份)的對應(yīng)值?？梢?，一年中的不同時(shí)期，香榧葉片的抗寒能力存在顯著差異，其由高到低的順序?yàn)?、2、12、11、3、10 月份。

從表1還可以看出，一年中的相同時(shí)期，不同樹齡階段的香榧葉片半致死溫度存在差異。其中1、2、12月份的葉片半致死溫度在不同樹齡樹體之間的差異最為顯著。從表2可見，各個時(shí)期香榧葉片半致死溫度與其樹齡之間存在相同的回歸模型，即二次函數(shù)關(guān)系。通過對回歸方程的極值求解(表2)可以看出，一年中的不同時(shí)期半致死溫度與其樹齡存在不同的對應(yīng)關(guān)系，但其變化規(guī)律具有相似的趨勢，即在一定的樹齡范圍內(nèi)，樹齡越大，其葉片半致死溫度越低，但達(dá)到一定樹齡后，葉片半致死溫度則隨樹齡增大而變化緩慢或略有升高。綜合不同時(shí)期測定結(jié)果可知，香榧樹體葉片的半致死溫度達(dá)到最低值的樹齡為17～21 a?？梢?，樹齡17～21 a可能是香榧抗寒能力最強(qiáng)的時(shí)期。

表1 香榧葉片半致死溫度變化

表2 一年中的不同時(shí)期半致死溫度(T)與樹齡(A)的回歸方程

3.2 葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度

表3表明，一年中的不同時(shí)期，各個樹齡階段的香榧葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度由高到低的順序基本上表現(xiàn)為1月份、2月份、12月份、11月份、3月份、10月份，且其差異程度均達(dá)到顯著水平，與其同期半致死溫度基本呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律。

各個樹齡階段的香榧葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度在一年中的各個時(shí)期分別存在不同的變化規(guī)律，其中3月份和10月份的各個樹齡階段的香榧葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度不存在顯著差異，而一年中的其他時(shí)期，香榧葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度大體可以分3～12 a和12～27 a兩個樹齡階段，其中第一樹齡階段(3～12 a)的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度顯著高于第二樹齡階段(12～27 a)，而兩組內(nèi)部葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度則均不存在顯著差異。

植物組織丙二醛質(zhì)量摩爾濃度與其受低溫危害程度存在密切關(guān)系，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度越高，表明受低溫危害的程度越重。由此可見，在本試驗(yàn)區(qū)，1月份香榧葉片受低溫危害的響應(yīng)最明顯，其次是2月份和12 月份，在冬季(1、2、1、11 月份)，3～12 a樹齡的香榧葉片受低溫的脅迫程度明顯大于12～27 a樹齡的香榧葉片。

表3 香榧葉片丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度變化

3.3 葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由表4顯示，一年中的不同時(shí)期，各個樹齡階段的香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在不同程度的差異，其中，3月份和10月份顯著低于一年中的其他時(shí)期，其他時(shí)期各個樹齡階段的香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低的順序則為1月份、12月份、2月份、11月份，且其差異程度均達(dá)到顯著水平。

一年中的相同時(shí)期，不同樹齡葉片的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別存在不同的變化規(guī)律，其中3月份和10月份，葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同樹齡之間不存在顯著差異，而一年中其他時(shí)期不同樹齡葉片的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大體可以分為3～12 a和12～27 a兩個樹齡階段，其中第一樹齡階段(3～12 a)的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于第二樹齡階段(12～27 a)的可溶性質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這與丙二醛質(zhì)量摩爾濃度有相同的變化規(guī)律。

表4 香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

3.4 葉片半致死溫度與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性

依據(jù)香榧葉片不同季節(jié)半致死溫度與其同期可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析可知，11月份至翌年2月份，香榧葉片半致死溫度與其可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性均達(dá)到極顯著相關(guān)(依次為－0.923 0＊＊、－0.968 4＊＊、－0.952 0＊＊和－0.915 7＊＊)，而此期也是香榧葉片半致死溫度較低、抗寒性較強(qiáng)的季節(jié)，說明香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低是影響其抗寒能力的重要因子。

4 結(jié)論與討論

植物組織半致死溫度的高低是衡量其抗寒能力強(qiáng)弱的一項(xiàng)重要直接指標(biāo)［7］。隨著外界環(huán)境溫度條件的變化，樹種的抗寒能力也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，特別是隨著季節(jié)變化的外界低溫的誘導(dǎo)可不同程度地提高樹種的抗寒性［16－17］。從一年中的不同時(shí)期看，香榧葉片的半致死溫度由低到高依次為1月份、2月份、12月份、11月份、3月份、10月份，且其半致死溫度最低值(1月份)與半致死溫度最高值(10月份)相差5℃左右。半致死溫度最低值與試驗(yàn)區(qū)最冷月平均溫度出現(xiàn)的時(shí)間相吻合，說明在試驗(yàn)區(qū)最冷月(1月份)香榧的抗寒能力達(dá)到了最高水平。入秋以后，隨著氣溫的降低，樹體生理代謝逐漸誘導(dǎo)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化和積累更多的可溶性糖等內(nèi)含物于葉片中，從而提高了葉片的抗寒能力，這是香榧適應(yīng)試驗(yàn)區(qū)溫度變化的生理響應(yīng)，與其他學(xué)者對相關(guān)樹種的研究結(jié)論一致［4－7］。

植物組織丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的高低是其在逆境下受害程度的重要體現(xiàn)［7－9］。從測定結(jié)果看，香榧葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度由高到低的年變化與試驗(yàn)區(qū)冬季氣溫由高到低的月份呈完全相反的吻合關(guān)系，說明試驗(yàn)區(qū)冬季的低溫對香榧葉片產(chǎn)生了明顯的脅迫。不同樹齡葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的差異表明，樹齡為17～21 a的香榧葉片受到的低溫脅迫較輕，而樹齡在12 a以下的香榧幼樹葉片受到的低溫脅迫較重。可見，不同樹齡其抗寒能力存在差異，這可能是香榧在幼年時(shí)期生理代謝較弱，葉片適應(yīng)低溫而轉(zhuǎn)化提高其可溶性糖等內(nèi)含物的能力較差，因此，其抗寒能力較低。所以，做好幼樹的防寒管理和抗寒鍛煉是培育香榧豐產(chǎn)林的一項(xiàng)重要措施。

提高植物組織可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)是提高其抗寒能力的重要生理機(jī)制［7－9］。香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的年變化與氣溫的年變化相關(guān)，特別是與試驗(yàn)區(qū)冬季的氣溫呈現(xiàn)完全相反的吻合關(guān)系，這是香榧葉片受低溫誘導(dǎo)而降低細(xì)胞冰點(diǎn)減輕低溫危害的生理響應(yīng)［13－14］。

香榧葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在試驗(yàn)區(qū)最冷月最高，而此期的半致死溫度最低，表明可溶性糖是香榧葉片提高抗寒能力的重要機(jī)制之一，而丙二醛質(zhì)量摩爾濃度在試驗(yàn)區(qū)最冷月最高，表明試驗(yàn)區(qū)最冷月的低溫對香榧葉片產(chǎn)生的受害反應(yīng)仍然最重。比較其他樹種的半致死溫度可以看出［5－6，12］，香榧屬于喜溫樹種?？梢?，抗寒鍛煉和冬季防寒是培育香榧優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)林的重要環(huán)節(jié)之一。

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