橡膠樹魏克漢種質(zhì)資源抗寒性研究

李小琴，趙 祺，者國雄，2，楊 湉，張鳳良*

（1.云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100；2.西南林業(yè)大學(xué)，昆明650224）

橡膠樹（Hevea brasiliensis）原生于亞馬遜流域，是大戟科（Euphorbiaceae）重要的熱帶經(jīng)濟作物之一，也是目前唯一大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的天然橡膠來源。橡膠樹喜高溫、高濕、靜風(fēng)的生長環(huán)境，適合生長的年均溫度為20～30℃，當(dāng)溫度低于10℃，橡膠樹會受到不同程度的寒害，特別是低于0℃時受害嚴重，甚至死亡［1］。目前，世界天然橡膠主要產(chǎn)區(qū)集中在馬來西亞、印度尼西亞、泰國、斯里蘭卡、印度、中國等國家，除中國外，其余地區(qū)的最低氣溫大多在15℃以上，橡膠樹不易受到寒害。而中國植膠區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，冬季常有寒潮來襲，根據(jù)歷年橡膠樹寒害調(diào)查報告，滇東南植膠區(qū)冬季溫度常低于10℃，偶爾會出現(xiàn)5℃以下連續(xù)低溫陰雨天氣，局部地區(qū)氣溫甚至低至0℃，橡膠樹每年都會遭到不同程度的寒害［2-6］。

我國從20世紀(jì)60年代就已開始橡膠樹抗寒高產(chǎn)選育種工作，主要以營建抗寒前哨圃來評價種質(zhì)資源抗寒性強弱，在已有的種質(zhì)資源基礎(chǔ)上鑒定篩選出了一批適合我國植膠區(qū)的抗寒高產(chǎn)無性系，如GT1、云研77-2、云研77-4、熱研93-114、天任31-45等［7-10］。采用抗寒前哨圃來鑒定橡膠樹抗寒性的育種雖取得了較好的效果，但該技術(shù)對地理環(huán)境要求較高，且每年的自然低溫有不可預(yù)見性，經(jīng)常出現(xiàn)多年冬季溫度不夠低或持續(xù)時間短，植株基本不受害；或者冬季溫度過低，持續(xù)時間過長，植株甚至?xí)克劳?，鑒定結(jié)果所受影響極大。課題組近幾年采用抗寒前哨圃的方法進行種質(zhì)資源鑒定，也面臨著同樣的問題。

隨著科學(xué)技術(shù)手段的進一步提高，實驗室生理及分子鑒定方法在大量果樹、林木、花卉等抗寒性鑒定上取得了巨大進步［11-13］。對橡膠樹室內(nèi)抗寒生理鑒定也有一些報道，大多數(shù)研究者所使用的材料為葉片［14-16］，而橡膠樹在冬季遭遇低溫時，葉片多已衰老，甚至脫落，寒害主要表現(xiàn)為樹皮裂開、爆膠甚至干枯，樹皮的組織結(jié)構(gòu)將直接影響到植株對低溫的耐受能力。以枝條作為材料較少［1，17］，也未見將橡膠樹的抗寒性與樹皮含水量厚度作關(guān)聯(lián)分析。鑒于此，本文以橡膠樹樹皮為材料，通過人工模擬低溫脅迫，測定了20份橡膠樹魏克漢種質(zhì)資源樹皮受脅迫后的相對電導(dǎo)率，結(jié)合其樹皮的含水量和厚度，進行抗寒性鑒定評價，旨在選出抗寒能力強的橡膠樹種質(zhì)資源，同時為橡膠樹抗寒性間接選擇積累一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料選自“農(nóng)業(yè)部景洪橡膠樹種質(zhì)資源圃”苗圃地內(nèi)20份橡膠樹魏克漢種質(zhì)資源一年生嫁接無性系，編號為1～20號，苗木按常規(guī)育苗管理，生長良好。每個無性系隨機選取長勢基本一致的從上而下第二蓬葉的一年生枝條作為材料。

1.2 方法

1.2.1 枝條的低溫處理

2018年1月20 日，每個無性系選取3株植株進行采集，帶回實驗室依次用自來水和蒸餾水沖洗干凈，吸水紙吸干水分，再將每根枝條剪成均勻的4段，同一無性系隨機分成4組，每組3段，用塑封袋包好并做好標(biāo)記。用冰箱設(shè)置4個溫度梯度:4℃（對照）、0℃、-2℃和-5℃，降溫速度為4℃/h，當(dāng)達到預(yù)設(shè)溫度后持續(xù)12 h，再以4℃/h的速度升溫至室溫，取出待測。

1.2.2 測定方法

相對電導(dǎo)率的測定:將低溫處理后的枝條用濾紙吸干水分，避開芽眼，準(zhǔn)確裁取1 cm×1 cm小方塊樹皮，同一低溫處理的同一無性系共裁取6片，每2片放入一個試管中，加入雙重蒸餾水20 mL，混合均勻，室溫放置24 h，期間搖勻數(shù)次。用SG3-ELK型便攜式電導(dǎo)率儀先測出初始電導(dǎo)值（C1），再蓋上試管塞，沸水浴30 min，取出冷卻至室溫后再測出終電導(dǎo)值（C2），重復(fù)測定3次。按以下計算公式對相對電導(dǎo)率進行計算:

相對電導(dǎo)率REC（%）=（C1/C2）×100%

樹皮性狀的測定:選用未經(jīng)任何處理的枝條，裁取樹皮，用游標(biāo)卡尺對樹皮厚度進行測量，測量時避開芽眼；同時，隨機裁取3塊均勻大小的樹皮，稱取其鮮重，用烘箱80℃烘干至恒重，稱取其干重，計算出樹皮含水量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003對數(shù)據(jù)進行整理作圖，用SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進行非線性回歸分析及相關(guān)性統(tǒng)計分析。非線性回歸按Logistic方程Y=k/（1+ae-kt)進行擬合，其中Y為低溫處理下的橡膠樹葉片相對電導(dǎo)率，t為處理溫度，K、a、b為參數(shù)，K為Y的最大極限值。根據(jù)Sukumaran等基于電解質(zhì)滲出率達50%時的溫度正好與組織半致死溫度（LT50）相一致，提出以電解質(zhì)滲出率達50%時的溫度作為組織的半致死溫度（LT50）［18］。由擬合出的方程計算當(dāng)Y為50%時對應(yīng)的溫度t值，即橡膠樹枝條半致死溫度LT50。

2 結(jié)果與分析

2.1 枝條相對電導(dǎo)率受低溫的影響

相對電導(dǎo)率是反映植物組織受凍后細胞原生質(zhì)膜透性大小的重要指標(biāo)，以相對電導(dǎo)率表示植物在低溫傷害下細胞質(zhì)膜透性變化是植物抗寒性鑒定常用的方法［19］。低溫下，橡膠樹樹皮組織細胞的膜透性增大，造成電解質(zhì)外滲，溫度愈低，電解質(zhì)滲透率越大，相對電導(dǎo)率越大。試驗測定的20個橡膠樹無性系隨溫度降低相對電導(dǎo)率的變化趨勢見圖1，從中可以看出，隨著處理溫度的下降，相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢，在0℃時變化較小，-2℃增長較快，在-5℃低溫，曲線均表現(xiàn)出迅速增長趨勢。在整個變化過程中，每份種質(zhì)資源相對電導(dǎo)率增長趨勢相同，均呈現(xiàn)出“S”型增長。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知，0℃處理相對電導(dǎo)率均值為38.18%，與4℃對照均值33.49%相比，增幅僅為14%，說明橡膠樹在0℃處理12 h時所受寒害較輕；經(jīng)過-2℃低溫處理，所測20個無性系中有8個相對電導(dǎo)率已超過50%，而其余無性系也基本接近50%，可知橡膠樹的半致死溫度多集中在-2℃；到-5℃低溫，相對電導(dǎo)率整體均值已高達84.89%，參試種質(zhì)資源枝條組織均受到嚴重傷害，顯示出橡膠樹對低溫的極不耐受性。

表1 橡膠樹不同無性系抗寒性、樹皮含水量及厚度比較

2.2 不同無性系半致死溫度的確定及抗寒性比較

由 Logistic 方程Y=K/（1+ae-bt)進行擬合，對橡膠樹枝條半致死溫度（LT50）進行計算，根據(jù)半致死溫度越低表示該樹種抗寒性越強［20］，得出20份魏克漢種質(zhì)資源枝條抗寒性排序結(jié)果如表1，Logistic方程擬合度R2在0.884～0.965，擬合效果較好。橡膠樹半致死溫度變幅為-2.366～-0.395℃，均值為-1.348℃。根據(jù)LT50的高低，可以分為3類，LT50在-2℃以下的，即抗寒性強的無性系號依次為 12、7、2、13和 4號，占所測群體的25%；LT50在-2～-1℃的，即抗寒性一般的無性系號依次為9、16、6、15、19、20和14號，占35%；LT50在-1℃以上的，即抗寒性弱的無性系號依次為8、18、5、1、11、3、10和7號，占 40%。由此可見，所測橡膠樹群體抗寒性強的資源相對較少。

2.3 枝條抗寒性與樹皮含水量和厚度相關(guān)性分析

20個橡膠樹無性系樹皮的含水量及厚度測定結(jié)果比較見表1，樹皮含水量在71.30%～80.09%，變幅較小，均值為75.95%；樹皮厚度為0.54～1.02 mm，變幅較大，最大值已接近最小值的2倍，均值為0.78 mm。

對橡膠樹半致死溫度、樹皮含水量及樹皮厚度進行相關(guān)性分析（表2），可以看出，橡膠樹樹皮厚度與半致死溫度呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.746，說明當(dāng)樹皮厚度值越大，半致死溫度越低，即抗寒性越強。而含水量與半致死溫度、樹皮厚度間相關(guān)性均不顯著。

表2 橡膠樹半致死溫度與樹皮性狀的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究利用室內(nèi)人工模擬低溫處理的方法對20份橡膠樹魏克漢種質(zhì)資源枝條的抗寒性進行了鑒定，通過相對電導(dǎo)率的測定可以有效地將其抗寒性強弱區(qū)分開，根據(jù)半致死溫度可將20個橡膠樹無性系分為3類，即抗寒性強的（有5個）、抗寒性一般的（7個）和抗寒性弱的（8個），所測的橡膠樹魏克漢種質(zhì)資源抗寒性強的種質(zhì)相對較少，增加了后期抗寒選育種的難度。

對樹皮含水量及厚度的測定結(jié)果表明，不同無性系間的樹皮含水量差異較小，而樹皮厚度差異大，最大值是最小值的2倍；由相關(guān)性分析結(jié)果可知，抗寒性與厚度呈極顯著正相關(guān)，說明在進行大量橡膠樹無性系抗寒性鑒定時，可以考慮先通過測定樹皮厚度作初步篩選，以降低后期工作量。

與建立橡膠樹抗寒前哨圃相比，室內(nèi)抗寒性鑒定具有成本低、見效快、育種時間縮短等優(yōu)勢。本研究因?qū)嶒炘O(shè)備的局限性，僅設(shè)置了4個溫度梯度，所測指標(biāo)也較單一，后期還需從多方面進行綜合研究，如考慮橡膠樹對低溫比較敏感，可以將溫度梯度設(shè)得更低；對持續(xù)低溫耐受力的研究，可在同一低溫下從不同處理時間進行探討；選擇多個與抗寒性相關(guān)的生理生化指標(biāo)進行測定，以便綜合評價；樹體不同部位的抗寒性是否一致等，也有待進一步研究。