11種竹子的抗寒性研究

王因花，邵 偉 ，燕麗萍，吳德軍 *，李慶國 ，劉翠蘭 ，姜慶娟

（1.山東省林業(yè)科學研究院，山東 濟南250014；2.山東省林木遺傳改良重點實驗室，濟南250014；3.臨沂市林業(yè)科學研究所，臨沂276000；4.日照市嵐山區(qū)高興鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)辦公室，276800）

竹子為禾本科竹亞科多年生常綠植物，因姿態(tài)秀麗，干形挺拔而在園林綠化中得到廣泛應用。全球約有竹類植物70多屬，1200多種，僅我國就有39屬509種,約占全國森林總面積的4%以上[1]，是世界上竹類資源最豐富的國家之一[2]。竹類植物在我國主要分布在長江以南地區(qū)，隨著南竹北移工作的開展，毛竹、淡竹、剛竹、紅竹等抗性較強的散生竹在黃河以北流域也得以扎根繁殖[3]。濟南市從上世紀五六十年代開始嘗試引進竹子，共2屬7種2變型[4]，其中淡竹是濟南城市綠化用的最多最普遍的品種。從2014年開始，濟南市各景區(qū)及部分道路的淡竹開始出現(xiàn)集中開花而后相繼死亡的現(xiàn)象，使得濟南的竹子幾乎遭受滅頂之災。無論是通過有性繁殖還是無性更新復壯，要想恢復到開花前的生產(chǎn)水平，都需要很長時間，若通過竹林自然更新，周期會更長[5]。因此，為避免以后再次出現(xiàn)這種情況，引進更多竹種進行抗性研究勢在必行，以滿足濟南城市綠化的需求。

在竹子抗寒性方面的研究，初期主要集中在對竹子外觀形態(tài)的調(diào)查，在生理機制上研究較少。黃衍串采用分級法從點到面對江西省90余種經(jīng)歷過極端低溫（-15.3℃）的竹子進行了凍害調(diào)查，根據(jù)有無凍害和受凍面積，將竹子受凍害的情況分為五級，受凍害情況為叢生竹＞散生竹，從南向北移＞從北向南移，雜交竹種抗性較強[6]；1999年福建閩北經(jīng)歷極端低溫后，紀成據(jù)對約60種叢生竹進行了凍害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有45種受到了不同程度的凍害[7]；張濟和通過對北京植物園竹亞科植物的引種栽培，對竹種越冬進行了評價，指出在基本滿足其對水分需求的情況下，引進竹種的抗性差異主要表現(xiàn)在越冬方面，改善濕熱條件是引種成敗的關鍵[8]。近年來，人們開始從生理機制方面對竹子的抗寒性展開研究。馬蘭濤等研究了低溫脅迫對Guaduaamplexfolia幾個抗寒性生理指標的影響，指出各生理指標與日最低溫具有良好的關聯(lián)性[9]；林樹燕利用電導法測定了7種觀賞竹的抗寒性，通過測定膜透性的變化對7種竹子進行了抗寒能力的比較[10]；胡尚連等對不同類型竹種的生理指標進行了灰色關聯(lián)分析和聚類分析，認為相對電導率、SOD活性、可溶性蛋白含量、POD活性和脯氨酸含量可以作為評價竹抗寒性的指標，并對不同竹種的抗寒性進行評定[11]；劉國華等研究了自然狀態(tài)下葉綠素和電導率與竹子抗寒性的關系[12]。本研究以引進的11種竹子為材料，研究了自然狀態(tài)下各生理指標的變化并對各竹種進行抗寒性比較，以期能為竹子引種工作提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用竹種分別引自濰坊和南京，引種后按2*3m株行距栽植。

1.2 試驗地概況

試驗地位于濟南市章丘區(qū)唐王鎮(zhèn)，地勢平坦，土質(zhì)肥沃，地下水質(zhì)資源豐富，灌溉便利，屬溫帶季風區(qū)的大陸性氣候，年均日照2647.6小時，平均氣溫12.8℃，年平均降水量600.8毫米，相對濕度65%，無霜期192天。

1.3 試驗方法

1.3.1 外部形態(tài)觀察

采用實地觀測的方法，觀察冬季低溫引起的各竹種外部形態(tài)變化情況。通過觀察對比對引進種類的抗性和適應性進行評價分析，并于第2年春天統(tǒng)計各竹種的存活率，篩選優(yōu)良竹種。

1.3.2 生理指標測定

分別于2015年12月25日，2016年1月25日，2016年2月25日，到試驗地采取葉片做生理指標測定。取樣后，將葉片放入密封袋，迅速放入帶有冰塊的保溫盒內(nèi)帶回實驗室。先將葉片用自來水沖洗干凈，再用雙蒸水沖洗4-5次，吸水紙吸干，稱取適量用于電導率（DDS-12A型電導儀）及葉綠素（乙醇萃取法）、SOD（氮藍四唑法）、MDA（硫代巴比妥酸法）生理指標測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)分析和多重比較。采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對各竹種進行抗寒性綜合評價。

隸屬函數(shù)的計算方法：

隸屬函數(shù)值計算公式:R(Xi)=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

反隸屬函數(shù)值計算公式:R(Xi)=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中:R(Xi)為隸屬函數(shù)值，Xi為指標測定值，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標的最小值和最大值。

抗寒能力評價分級[13]：

I級：綜合評價值＞0.7分，代表抗寒性強；

II級：綜合評價值介于0.5-0.7之間，代表抗寒性中等；

III級：綜合評價值＜0.5，代表抗寒性弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 各竹種受凍情況及存活率調(diào)查

2016年1月22-23日，章丘區(qū)經(jīng)歷了歷史極端低溫-20℃。于2016年2月份進行了竹子受凍情況調(diào)查，并于5月份進行了存活率調(diào)查，調(diào)查情況見表1。

由表1可以看出，經(jīng)過一個寒冬尤其是歷史極端低溫之后，各竹種都表現(xiàn)出嚴重的凍害性狀，葉形態(tài)方面均表現(xiàn)為卷曲、干枯；葉色方面，除淡竹表現(xiàn)為黃綠色外，其它竹種均為黃色。而且各竹種均出現(xiàn)不同程度的死亡情況，其中桂竹存活率最高，為70%，而金竹存活率最低，為0。各竹種存活率由高到低的排列順序為：淡竹=桂竹＞黃槽石綠竹＞短箬竹＞金明竹＞金鑲玉竹＞毛毛竹＞黃紋竹＞金明紅竹＞黃稈烏哺雞竹＞金竹。

2.2 生理指標分析

2.2.1 自然狀態(tài)下低溫對各竹種電導率的影響

自然狀態(tài)下低溫對各竹種電導率的影響情況見表2。由表2可以看出，2015年12月份第1次取樣時，各竹種電導率值都相對較小，無差異顯著性。2016年1月份和2016年2月份，各竹種電導率陡然增大。對同一取樣時間下各竹種間的電導率進行方差分析，結(jié)果表明，2015年12月份各竹種間的電導率差異不顯著，2016年1月份，桂竹的電導率最小，桂竹除與金明竹之間的電導率差異不顯著外，與其它竹種的電導率差異都達到了顯著水平，其它竹種間的電導率差異不顯著；到2016年2月份取樣時，除金竹與淡竹和短箬竹差異顯著外，其它各竹種間的電導率已沒有顯著差異。

2.2.2 自然狀態(tài)下低溫對各竹種葉綠素的影響

由表3可以看出，3次所取的樣品中，所有竹種的葉綠素值都處于相對較低的水平。同時，所有竹種的葉綠素含量變化呈現(xiàn)出兩種不同的趨勢，黃槽石綠竹、黃紋竹、金竹、桂竹這4個竹種的葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢，而其它7個竹種的葉綠素含量則是持續(xù)下降的狀態(tài)。對同一取樣時間下各竹種間的葉綠素含量進行方差分析，結(jié)果表明，2015年12月份，淡竹的葉綠素含量最高，與其它10個竹種的葉綠素含量差異都達到了顯著水平，其次為金明竹和金鑲玉竹；2016年1月份，淡竹、桂竹、金明竹這3個竹種之間的葉綠素含量較高，且相互之間差異不顯著；2016年2月份，體內(nèi)葉綠素含量最高的竹種為金明竹，其次為淡竹，各竹種間葉綠素含量差異情況見表3（方差分析表略）。

表1 各竹種外部形態(tài)及存活率調(diào)查表

表2 自然狀態(tài)下低溫對各竹種電導率的影響

2.2.3 自然狀態(tài)下低溫對各竹種SOD的影響

自然狀態(tài)下低溫對各竹種SOD的影響間表4。由表4可以看出，在3次不同的取樣時間下，除金明竹、金竹、桂竹這3個竹種的SOD活性呈持續(xù)升高的狀態(tài)外，其它8個竹種的SOD活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。2015年12月份，SOD活性最高的為金鑲玉竹，其次為毛毛竹，除黃稈烏哺雞竹和金明紅竹間的SOD活性差異不顯著外，其它竹種間的SOD活性都存在著顯著差異；2016年1月份，SOD活性最高的依然為金鑲玉竹，其次為短箬竹，除金明紅竹和黃槽石綠竹的SOD活性無顯著差異外，其它竹種間的SOD活性都存在著顯著差異；而到了2016年2月份，SOD活性最高的為金明竹，其次為毛毛竹，所有的竹種間SOD的活性差異都達到了顯著水平，這說明低溫對這11個竹種SOD活性的影響非常明顯，各竹種對低溫傷害的抵抗能力也顯著不同。

表3 自然狀態(tài)下低溫對各竹種葉綠素含量的影響

表4 自然狀態(tài)下低溫對各竹種SOD活性的影響

2.3 自然狀態(tài)下低溫對各竹種MDA含量的影響

自然狀態(tài)下低溫對各竹種MDA含量的影響見表5。

由表5可以看出，各竹種MDA含量的變化呈現(xiàn)出3種不同的趨勢，黃稈烏哺雞竹、金明竹、淡竹、黃槽石綠竹、黃紋竹、短箬竹、毛毛竹等7種竹子的MDA含量呈一直增大的趨勢，而金明紅竹、金竹、金鑲玉竹這3種竹子則表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，桂竹的MDA含量變化最為特殊，呈持續(xù)下降的趨勢，不同的取樣時間下各竹種MDA含量的差異情況見表5所示。

2.4 抗寒性綜合評價

采用隸屬函數(shù)法對各竹種的4個生理指標進行綜合評價，表中電導率和MDA含量的值為反隸屬函數(shù)值，評價結(jié)果見表6。

表5 低溫對各竹種MDA含量的影響

由表6可以看出，通過對各竹種4個抗寒性生理指標進行綜合評價，結(jié)合抗寒能力評價分級，可以看出抗寒能力最強的為淡竹，其次為桂竹、黃槽石綠竹、黃紋竹、金鑲玉竹，這5個竹種的綜合評價值介于0.5～0.7之間，抗寒能力處于中等水平，而其余6個竹種的綜合評價值均小于0.5，抗寒能力較弱。

3 討論及結(jié)論

3.1 自然狀態(tài)下低溫對質(zhì)膜透性的影響

植物細胞的細胞質(zhì)由一層質(zhì)膜包圍著，各種不良環(huán)境因素對細胞的影響往往首先作用于這層生物膜，如極端的溫度、干旱、鹽漬等都會使質(zhì)膜收到不同程度的損傷，其表現(xiàn)往往為細胞膜透性增大，細胞內(nèi)部分電解質(zhì)外滲，外液電導率增大。細胞膜透性越大，表示受害越嚴重，抗性越弱，反之則抗性越強。本研究中，2015年12月份第1次取樣時，各竹種電導率值都相對較小，說明此時各竹種遭受低溫傷害情況并不嚴重，細胞膜損傷還比較小，但到了第2次和第3次取樣時，各竹種電導率陡然增大，說明各竹種對經(jīng)歷的極端低溫作出了明顯的生理響應，細胞膜透性顯著增大，說明低溫對竹子質(zhì)膜透性的變化具有非常顯著的影響，溫度越低，質(zhì)膜透性越大。

表6 自然狀態(tài)下各竹種各項指標的隸屬函數(shù)值

3.2 自然狀態(tài)下低溫對各竹種葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，其含量的多少直接影響到植物營養(yǎng)物質(zhì)的供給[14]，低溫不僅抑制葉綠素的合成，而且還加劇葉綠素的降解[15]，這是因為葉綠素的合成需要很多酶的參與，而酶的活動受溫度影響很大，在低溫條件下，酶活性減弱，葉綠素的合成自然就收到了影響[16]。很多研究表明，溫度越低，植物體內(nèi)的葉綠素含量也越低[17-19]，但在本研究中，在經(jīng)歷極端低溫之后，黃槽石綠竹、黃紋竹、金竹、桂竹這4個竹種的葉綠素含量反而呈先升高后降低的趨勢。究其原因，可能是竹種不同，對低溫的反映速度或靈敏度也不同。在極端低溫之前，試驗地的每日最高氣溫大部分都在零上5-6℃甚至更高，而一般來說，葉綠素形成的最低溫度為2-4℃[16]。如果在極端低溫到來之前，上述四種竹子體內(nèi)還在少量合成葉綠素，而后來氣溫又出現(xiàn)了斷崖式下降，直接進入-20℃的速凍狀態(tài)，就有可能會鎖住體內(nèi)的葉綠素而沒有進行降解。但也有研究認為葉綠素含量高低與植物的抗寒性并沒有有緊密的聯(lián)系[20]。

3.3 自然狀態(tài)下低溫對SOD活性和MDA含量的影響

超氧化物歧化酶（SOD）是植物體內(nèi)一種重要的保護酶，在植物遭受到逆境脅迫時，體內(nèi)活性氧和自由基含量增加，使得膜系統(tǒng)遭到破壞，而SOD的作用便是使超氧陰離子自由基變?yōu)镠2O2，而H2O2又可在POD和CAT作用下分解為H2O和O2。有研究表明，SOD活性與竹子的抗寒性呈現(xiàn)出正相關關系[21]。本研究中，隨著溫度的降低，各竹種的SOD活性呈現(xiàn)出持續(xù)升高或先升高后降低的趨勢，說明低溫脅迫開始以后，各竹種也隨之啟動響應機制，提升體內(nèi)SOD含量來抵御自由基對膜系統(tǒng)的傷害，且各竹種間的SOD活性差異達到了顯著水平，說明各竹種應對低溫脅迫的能力差異顯著。

丙二醛(MDA)是植物細胞膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，是細胞膜受害的重要標志之一，在正常的生長環(huán)境下其含量很少，在遭受逆境傷害后含量升高，受到的傷害越大，其含量越高。因此MDA含量的高低可以反映出膜系統(tǒng)受傷害的程度大小。本研究中，隨著溫度的降低及低溫時間的延長，各竹種體內(nèi)的MDA含量都呈現(xiàn)出增大的趨勢，說明隨著低溫的持續(xù)進行，各竹種細胞膜的損傷也越來越嚴重。

盡管各生理指標與植物的抗寒性均有一定的聯(lián)系，但植物的抗寒能力受多種因素的影響，因此，不能用單一指標對植物的抗寒性進行評價[22]。故本研究采用隸屬函數(shù)法對所有生理指標進行了綜合評價，結(jié)果表明，淡竹、桂竹、金明竹，黃紋竹、金鑲玉竹這5個竹種抗寒能力中等，其它6個竹種則抗寒性較弱，再結(jié)合第2年春天各竹種的存活率調(diào)查可以得知，淡竹和桂竹最適合濟南的生境，金明竹、金鑲玉竹和黃紋竹也可繼續(xù)進行引種馴化工作。

［1］李睿,章筧.中國竹類植物生物多樣性的價值及保護進展［J］.竹類研究匯刊,2003,22(4):7-12.

［2］西南林學院編委會.云南竹類資源及其開發(fā)利用［M］.昆明:云南科技出版社,1995.

［3］周芳純.竹林培育學［J］.竹類研究,1993,(1):1-95.

［4］谷濤,武雪煒,劉錦榮,等.濟南市竹類引種與篩選［J］.園林科技，2006,(1)：31-37.

［5］成玉良,王洪磊,孫燕.濟南地區(qū)淡竹集中開花現(xiàn)象研究及更新復壯［J］.園林科技.2014,133:44-46.

［6］黃衍串,黃麗莉.竹子凍害的調(diào)查研究［J］.西南林學院學報，1993,13(4):285-288.

［7］紀成據(jù).1999年福建遭受極端低溫凍害叢生竹調(diào)查分析［J］.福建林學院學報,2002,22(3):278-282.

［8］張濟和.北京植物園竹亞科植物的引種栽培.中國園林,1990,6(3):44-49.

［9］馬蘭濤,陳雙林,李迎春.低溫脅迫對 Guaduaamplexfolia抗寒性生理指標的影響［J］.林業(yè)科學研究,2008,21(2):235-238.

［10］林樹燕,丁雨龍.電導法對7種觀賞竹的抗寒性測定［J］.西北林學院學報,2008,23(1):34-38.

［11］胡尚連,曹穎,段寧,等.不同類型竹種抗寒性的灰色關聯(lián)與聚類分析［J］.福建林學院學報,2010,30(4):327-332.

［12］劉國華,欒以玲,張艷華.自然狀態(tài)下竹子的抗寒性研究［J］.竹子研究匯刊,2006,(5):10-14.

［13］王贊,李源,吳欣明,等.PEG脅迫下鴨茅種子萌發(fā)特性及抗旱性鑒定［J］.中國草地學報，2008,30（1）：50-54.

［14］劉微.番茄幼苗耐低低溫綜合評價及成株耐低地溫能力比較研究 ［D］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文，2014.6.

［15］于錫宏,蔣欣梅,刁艷,等.脫落酸水楊酸和氯化鈣對番茄幼苗康冷醒的影響［J］.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2010，41(5):42-45.

［16］潘瑞之.植物生理學［M］.高等教育出版社，2001.

［17］鄭姍姍,李丹,蔣欣梅，等.漸降低溫脅迫對黃瓜幼苗葉綠體膜相關指標的影響 ［J］.浙江大學學報,2012,39(5)：582-586.

［18］劉國君,仵春濤,徐斌.小蘋果休眠枝條花青素和葉綠素的含量變化與抗寒關系[J].北方園藝，2005，（5）：58-59.

［19］張毅龍,張衛(wèi)強,甘先華.低溫脅迫對6種珍貴樹種苗木光合熒光特性的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學報，2014,23(5):777-784.

［20］龐金安,沈文云,馬德華.黃瓜幼苗耐低溫指標研究初報［J］.天津農(nóng)業(yè)科學，1998,4(2)：53-56.

［21］劉國華.山東省引種栽培竹種生長情況調(diào)查及對比研究［J］.山東農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2006,37（4）：586-590.

［22］李軼冰,楊順強，任廣鑫，等.低溫處理下不同禾本科牧草的生理變化及其抗寒性比較 ［J］.生態(tài)學報，2009,29(3)：1341-1347.