蘇北地區(qū)4種常綠闊葉樹(shù)種引種栽培適應(yīng)性分析

陳 輝 周成玲 胡來(lái)寶 陳伯清 董 頻

( 1. 淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2. 江蘇藝華園林建設(shè)有限公司，江蘇 淮安 223001)

秦嶺—淮河是暖溫帶和亞熱帶分界線，蘇北灌溉總渠則是秦嶺—淮河一線的東延，該地帶通常被認(rèn)為是我國(guó)南北地理分界線，同時(shí)具有地理、氣候的南北分界意義。沿該分界線分布的蘇北地區(qū)城市（主要包括徐州、宿遷、淮安、鹽城、連云港等）位于北緯32°～34°，東經(jīng)117°～119°。屬于暖溫帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候和亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候的過(guò)渡性地帶，為部分原產(chǎn)于亞熱帶地區(qū)的常綠闊葉樹(shù)種突破原有的生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“南種北引”提供了有利的自然環(huán)境條件[1]。同時(shí)，常綠闊葉樹(shù)種的科學(xué)合理引種對(duì)于豐富蘇北地區(qū)冬季城市景觀，增加園林植物多樣性亦具有重要意義。而針對(duì)蘇北地區(qū)引種的常綠闊葉樹(shù)種進(jìn)行適應(yīng)性分析能夠?yàn)橐N樹(shù)種的選擇提供科學(xué)依據(jù)，并為城市園林樹(shù)種規(guī)劃提供實(shí)踐積累和理論參考。

本研究對(duì)蘇北地區(qū)近年來(lái)引種的天竺桂（Cinnamomum pedunculatum）、臺(tái)灣含笑（Michelia compressa）、樂(lè)昌含笑（Michelia chapensis）、山杜英（Elaeocarpus sylvestris）4種常綠闊葉樹(shù)種于露地自然環(huán)境中進(jìn)行了形態(tài)特征觀測(cè)，并測(cè)定了多個(gè)與植物耐寒性相關(guān)的生理生化指標(biāo)，綜合分析了各樹(shù)種對(duì)引種環(huán)境的適應(yīng)性。

1 材料與方法

1.1 研究材料

供試材料為2015至2017年引種栽培的天竺桂、臺(tái)灣含笑、樂(lè)昌含笑、山杜英苗木。其中，天竺桂引種來(lái)源地分別為江蘇南京、河南欒川和四川成都。引種栽培地點(diǎn)位于江蘇省淮安市洪澤區(qū)苗圃（北緯 33°19′，東經(jīng) 118°56′）內(nèi)。

1.2 研究方法

引種苗木露地越冬，秋季采用樹(shù)干裹草繩、根頸部培土等防寒措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。定期觀測(cè)苗木的生長(zhǎng)狀況和形態(tài)特征變化。2017年11月至2018年3月期間，每月進(jìn)行1次葉片采樣。采樣時(shí)間為每月中旬，天氣晴朗的上午。隨機(jī)選取各供試樹(shù)種中長(zhǎng)勢(shì)良好、結(jié)構(gòu)完整的葉片，帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行清洗。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室人為溫度控制處理，測(cè)定樣品各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

將葉片樣品先用自來(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗2～3遍，最后用去離子水沖洗3次，用吸水紙吸干。剪碎，每份稱取0.50 g，重復(fù)3次，放入具塞大試管，加入蒸餾水20 mL，于室溫下震蕩。同樣方法取葉片加入蒸餾水20 mL，作為CK。將大試管放入35 ℃水浴鍋中靜置20 min，用電導(dǎo)儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，中國(guó)）測(cè)定電導(dǎo)率值C1。再將大試管置于沸水浴中煮殺15 min，待冷卻后測(cè)定煮沸后的電導(dǎo)率值C2。蒸餾水的電導(dǎo)率作為C0。按公式（1）～（2）計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)度（L）和細(xì)胞膜傷害度：

式中：Lt為處理葉片的相對(duì)電導(dǎo)度，LCK為對(duì)照處理的相對(duì)電導(dǎo)度。

丙二醛（MDA）含量、葉綠素含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸）含量、以及抗氧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX））活性等多項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定采用常規(guī)生理測(cè)定方法[2]。

運(yùn)用Logistic方程描述各樣品相對(duì)電導(dǎo)率變化規(guī)律，計(jì)算各引種樹(shù)種的低溫半致死溫度（LT50）[3]。運(yùn)用隸屬函數(shù)法分析各樣品的生理生化指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)各樹(shù)種對(duì)引種環(huán)境的適應(yīng)性[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)特征觀測(cè)

冬季低溫是常綠闊葉樹(shù)種北移引種的主要限制因素，通過(guò)引種的常綠闊葉樹(shù)種露地越冬期間的形態(tài)特征觀察，對(duì)其受凍害等級(jí)做出評(píng)價(jià)和分析（如表1）。

表 1 引種常綠闊葉樹(shù)種露地越冬凍害表現(xiàn)Table 1 Characteristics of freezing symptom of introduced evergreen broad-leaved tree species in outdoor during winter period

從各樹(shù)種的形態(tài)特征變化來(lái)看，臺(tái)灣含笑以及南京種源、欒川種源的天竺桂抗寒性基本能夠適應(yīng)蘇北地區(qū)的露地栽培環(huán)境，其觀賞價(jià)值基本上沒(méi)有降低。樂(lè)昌含笑和山杜英目前已廣泛應(yīng)用于浙江、上海、江蘇南部等地的城市園林建設(shè)領(lǐng)域，引種至蘇北地區(qū)露地越冬表現(xiàn)出輕微凍害，春季氣溫回升之后，其恢復(fù)生長(zhǎng)狀況基本良好，觀賞價(jià)值依然能夠滿足城市園林綠化需要。成都種源的天竺桂抗寒性最弱，分析其原因，主要是引種地域跨度過(guò)大，植株自身抗寒性調(diào)節(jié)不能滿足對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。由此可見(jiàn)，蘇北地區(qū)引種常綠闊葉樹(shù)種時(shí)在樹(shù)種選擇方面可以主要參考生長(zhǎng)于浙江、上海和江蘇南部等地的樹(shù)種，引種來(lái)源地也以長(zhǎng)江中下游地區(qū)為主。

2.2 相對(duì)電導(dǎo)率Logistic方程分析及LT50

由圖1可知，引種常綠闊葉樹(shù)種在不同溫度環(huán)境中的細(xì)胞膜傷害度基本都呈“S”型曲線變化趨勢(shì)，因此建立Logistic方程模型并計(jì)算各樹(shù)種的LT50可以進(jìn)一步直觀、精確地評(píng)價(jià)各引種樹(shù)種對(duì)低溫的適應(yīng)性。

圖 1 引種常綠闊葉樹(shù)種不同溫度環(huán)境中的細(xì)胞膜傷害度變化趨勢(shì)Fig. 1 The change trend of cell membrane damaged degree of introduced evergreen broad-leaved tree species in different temperature

由表2可知，本研究引種的常綠闊葉樹(shù)種中，臺(tái)灣含笑、南京種源的天竺桂和欒川種源的天竺桂LT50低于-10 ℃，樂(lè)昌含笑、山杜英和成都種源的天竺桂LT50低于-7 ℃。根據(jù)淮安及周邊城市氣象數(shù)據(jù)資料，蘇北地區(qū)冬季平均最低溫度為-8～-7 ℃，因此從理論上講，本研究引種的常綠闊葉樹(shù)種基本上都能夠耐受蘇北地區(qū)的冬季低溫，即可以在蘇北地區(qū)露地栽培。

表 2 引種常綠闊葉樹(shù)種相對(duì)電導(dǎo)率回歸方程及LT50Table 2 The regression equation of the relative electrical conductivity and LT50 of introduced evergreen broad-leaved tree species

2.3 生理生化指標(biāo)分析

由圖2～7可知，供試樹(shù)種在各項(xiàng)指標(biāo)中的排列順序不盡相同，但每項(xiàng)指標(biāo)中各樹(shù)種測(cè)定值的變化趨勢(shì)基本一致。2017年11月至次年1月，隨著溫度的降低，供試的引種樹(shù)種MDA含量呈上升趨勢(shì)，表明各樹(shù)種受低溫傷害的程度加劇。而葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)逐漸積累，含量呈上升趨勢(shì)，抗氧化酶活性呈上升趨勢(shì)，則是各樹(shù)種自身的保護(hù)性調(diào)節(jié)。隨著春季氣溫回升，引種樹(shù)種的各項(xiàng)指標(biāo)的回落（葉綠素含量回升）趨勢(shì)表明其恢復(fù)生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

研究中發(fā)現(xiàn)，在入冬初期，供試樹(shù)種的部分指標(biāo)值呈現(xiàn)波動(dòng)性變化。由圖2可知，各樹(shù)種MDA含量的變化趨勢(shì)是先降低再升高再降低。表明供試的引種樹(shù)種在初冬氣溫驟降和1月份氣溫最低時(shí)，MDA含量處于較高水平，隨著自然溫度的穩(wěn)定和回升，各樹(shù)種受低溫影響得到一定程度的緩解和恢復(fù)。臺(tái)灣含笑、欒川種源的天竺桂和南京種源的天竺桂MDA含量增幅較小，其耐寒性強(qiáng)于山杜英、樂(lè)昌含笑及成都種源的天竺桂。

不同樹(shù)種的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)對(duì)低溫作用的敏感度各不相同，例如，欒川種源的天竺桂SOD活性的最高峰值出現(xiàn)時(shí)間晚于另外兩地引種的同種植株，這表明來(lái)自不同種源地的同一樹(shù)種各項(xiàng)生理調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)低溫敏感度也會(huì)存在差異。

依據(jù)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)對(duì)供試的引種樹(shù)種耐寒性進(jìn)行排序，其結(jié)果差別較大，甚至部分指標(biāo)顯示的排序結(jié)果與形態(tài)觀測(cè)結(jié)果并不一致。分析其原因，樹(shù)木的耐寒性是多個(gè)生理調(diào)節(jié)過(guò)程綜合作用的結(jié)果。亦有前人研究表明，植物耐寒性相關(guān)的各生理過(guò)程對(duì)低溫的敏感程度不同，不同的生理過(guò)程之間有著相互促進(jìn)或抑制的作用，致使各項(xiàng)生理生化指標(biāo)之間具有相關(guān)性[4-6]。因此，以個(gè)別生理生化指標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法全面反映引種樹(shù)種的耐寒能力，依據(jù)單個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)樹(shù)種對(duì)引種環(huán)境的適應(yīng)性也必定有失客觀。

圖 2 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期MDA含量變化Fig. 2 MDA content changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

圖 3 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期葉綠素含量變化Fig. 3 Chlorophyll content changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

圖 4 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期可溶性糖含量變化Fig. 4 Soluble sugar content changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

圖 5 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期可溶性蛋白質(zhì)含量變化Fig. 5 Soluble protein content changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

圖 6 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期SOD活性變化Fig. 6 SOD activity changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

圖 7 引種常綠闊葉樹(shù)種越冬時(shí)期CAT活性變化Fig. 7 CAT activity changes of introduced evergreen broad-leaved tree species in winter period

2.4 引種適應(yīng)性綜合分析

植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性調(diào)節(jié)錯(cuò)綜復(fù)雜，單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)不足以全面反映其適應(yīng)性規(guī)律，研究表明運(yùn)用隸屬函數(shù)法綜合分析植物應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的各類(lèi)指標(biāo)是目前較為科學(xué)的評(píng)價(jià)方法[7]。本研究將測(cè)定的生理生化指標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，并且考慮各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)引種的常綠闊葉樹(shù)種對(duì)引種環(huán)境的適應(yīng)性，并以D值大小對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序，結(jié)果見(jiàn)表3。本研究中引種的常綠闊葉樹(shù)種適應(yīng)性由強(qiáng)到弱排序?yàn)樘祗霉穑璐ǎ咎祗霉穑暇九_(tái)灣含笑＞樂(lè)昌含笑＞山杜英＞天竺桂（成都）。結(jié)合上述形態(tài)觀測(cè)的結(jié)果，可將引種的常綠闊葉樹(shù)種的適應(yīng)性分為3個(gè)等級(jí)：天竺桂（欒川）、天竺桂（南京）、臺(tái)灣含笑抗寒性強(qiáng)，能夠適應(yīng)蘇北地區(qū)冬季低溫環(huán)境，安全露地越冬；樂(lè)昌含笑、山杜英抗寒性較強(qiáng)，雖然略有輕微凍害表現(xiàn)，但能夠自行恢復(fù)正常生長(zhǎng)，觀賞價(jià)值基本不受影響；天竺桂（成都）抗寒性弱，基本不能適應(yīng)蘇北地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境，出現(xiàn)嚴(yán)重凍害，甚至植株死亡，不適宜在該地區(qū)引種栽培。

表 3 引種常綠闊葉樹(shù)種適應(yīng)性綜合分析Table 3 Comprehensive analysis on adaptability of introduced evergreen broad-leaved tree species

結(jié)合引種樹(shù)種LT50分析，雖然成都種源的天竺桂理論上能夠耐受-7 ℃的低溫，但是該樹(shù)種實(shí)際生長(zhǎng)過(guò)程中生理代謝綜合調(diào)節(jié)并不能適應(yīng)蘇北地區(qū)的環(huán)境條件，因此在園林應(yīng)用過(guò)程中選擇合適的引種種源地尤為重要。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)蘇北地區(qū)引種的4種常綠闊葉樹(shù)種的形態(tài)特征觀測(cè)和多項(xiàng)生理生化指標(biāo)測(cè)定及分析得知，天竺桂、臺(tái)灣含笑、樂(lè)昌含笑、山杜英4個(gè)樹(shù)種在蘇北地區(qū)引種栽培均具有良好的適應(yīng)性，能夠在蘇北地區(qū)順利露地越冬，且春季恢復(fù)生長(zhǎng)后觀賞價(jià)值基本未降低，因此具有在當(dāng)?shù)貓@林應(yīng)用中的推廣價(jià)值。但是，引種來(lái)源地的選擇對(duì)于引種成活率至關(guān)重要。綜合評(píng)價(jià)本研究供試的4種常綠闊葉樹(shù)種，河南欒川種源的天竺桂對(duì)蘇北地區(qū)引種環(huán)境的適應(yīng)性最強(qiáng)，南京種源的天竺桂和臺(tái)灣含笑適應(yīng)性次之，樂(lè)昌含笑和山杜英適應(yīng)性良好，而成都種源的天竺桂越冬存活率極低。因此，就常綠闊葉樹(shù)種的引種而言，蘇北地區(qū)適于在緯度跨越不超過(guò)2°的地區(qū)范圍內(nèi)選擇合適的樹(shù)種。河南欒川位于北緯33°附近，與蘇北地區(qū)處于同一緯度地帶，兩者自然環(huán)境相似度較高。天竺桂在河南欒川伏牛山北坡一帶有自然群落分布，因此，該地區(qū)適宜作為蘇北地區(qū)引種天竺桂的最佳種源地。

依據(jù)相對(duì)電導(dǎo)率和Logistic方程模型分析，各樹(shù)種的LT50能夠精確地量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，增加引種植物適應(yīng)性分析的科學(xué)性，是一項(xiàng)方便實(shí)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。然而，LT50是人為控制實(shí)驗(yàn)條件下得到的量化參考，并不能作為引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。而且，植物能夠突破原有生長(zhǎng)環(huán)境在引種地正常生長(zhǎng)，是其自身多種生理過(guò)程的綜合作用的結(jié)果，各種調(diào)節(jié)機(jī)制表現(xiàn)出相關(guān)性[8]。因此，基于隸屬函數(shù)法的運(yùn)用，并考慮各項(xiàng)指標(biāo)在植物適應(yīng)性能力方面的權(quán)重，對(duì)引種植物的適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能夠更加客觀和全面地分析植物的引種價(jià)值。

園林綠化樹(shù)種的引種工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，這一工作的科學(xué)化推進(jìn)可以在本研究的基礎(chǔ)之上，結(jié)合植物物候觀測(cè)、植物激素含量、植物抗寒基因表達(dá)和調(diào)控等方面的研究做進(jìn)一步深入探討[9-10]。