電導(dǎo)法結(jié)合Logistic 方程鑒定法國梧桐的抗寒性

王明逸，王利軍

（1.北京交通大學(xué)附屬中學(xué)，北京100044；2.中國科學(xué)院植物研究所，北京100093）

法國梧桐學(xué)名懸鈴木（Platanus orientalis L.），又稱法桐，原產(chǎn)于東南歐、印度及美洲。法國梧桐喜溫暖、濕潤環(huán)境，為闊葉落葉喬木，樹干粗大，壽命長；葉大蔭濃，樹姿優(yōu)美，具有超強的吸收有毒有害氣體、抵抗煙塵、隔離噪音能力，且病蟲害少[1]。由于法國梧桐具有良好的觀賞和綠化性能，全國許多城市都將其作為主要綠化樹，特別是北方城市，常常將其作為主要綠化樹種，栽培界限一直向北移動。北京市內(nèi)一些街道將法國梧桐作為行道樹。王明逸等[2]調(diào)查結(jié)果顯示，2012 年春季曙光花園周邊人行道栽植的法國梧桐樹的死亡率達(dá)24.67%；2013 年春季死亡率達(dá)13.3%。孫朝艷[3]報道，2002 年春天密云縣檀西路、南更大街都栽植法國梧桐作為行道樹，2003 年這2 條路樹苗死亡均較嚴(yán)重，綠化效果較差。王建國等[4]報道，天津保稅區(qū)等街道栽植的法國梧桐越冬死亡率達(dá)15%；1964 年，天津市曾在紅橋區(qū)西青道種植大量行道樹，均被凍死。

植物在受到低溫脅迫傷害時，最先被沖擊的是膜系統(tǒng)，低溫引起細(xì)胞膜的收縮、膜脂相變、膜脂過氧化和冰凍造成的機械脅迫等，導(dǎo)致細(xì)胞膜半透性喪失，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，且細(xì)胞膜損傷越嚴(yán)重，離子滲出率越高，因此，可通過測定電解質(zhì)滲漏情況來確定植物的受害程度[5]。電導(dǎo)法是測定離體組織抗冷凍性的一種常規(guī)方法，相對電導(dǎo)率和細(xì)胞膜傷害率已廣泛用于衡量植物抗冷凍性的量化描述指標(biāo)[6]。低溫半致死溫度（Lethal temperature，LT50）通常指有50%及其以上試材沒有發(fā)生凍死的最低溫度。低溫半致死溫度作為植物抗寒性的生態(tài)指標(biāo)，主要反映了溫度和水分與抗寒性之間的數(shù)量關(guān)系。應(yīng)用電導(dǎo)率法配合Logistic 方程求拐點溫度能較準(zhǔn)確地估計出植物組織的LT50，此法簡便準(zhǔn)確、擬合度好，應(yīng)用范圍廣泛，在多種植物上應(yīng)用均取得良好的效果[7-8]。目前，電導(dǎo)法配合Logistic 方程求低溫半致死溫度的方法廣泛用于柑橘、佛手、葡萄、橡膠、茶樹、玫瑰、榛子等植物品種間抗寒性研究[9-18]。

法國梧桐到底在北方城市適不適合栽植，首先應(yīng)關(guān)注法國梧桐半致死溫度是否低于引種城市的最低氣溫。查閱相關(guān)資料未見法國梧桐的低溫半致死溫度的報道。

本研究測定了北京市行道樹法國梧桐的低溫半致死溫度，以期為法國梧桐在北方城市栽培界限向北延伸提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為北京市海淀區(qū)曙光花園小區(qū)周邊行道樹法國梧桐，所采枝條均為生長狀況基本一致的1 年生枝條。

1.2 試驗器材

電子天平（JA2603B，上海精科實業(yè)有限公司）；干燥箱（PH030A 型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；磁力攪拌器（HJ-3，金壇市中正儀器制造有限公司）；pH 計（HI2221，意大利HANNA）；水浴鍋（HWS-24，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；電導(dǎo)儀（HANNA EC215，意大利HANNA）。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料采集 2015 年12 月中旬，從發(fā)育正常的1 年生枝條第4 個芽開始，剪取40～50 cm 長的枝條，置于聚乙烯袋中，帶回實驗室。枝條用自來水、蒸餾水和重蒸餾水沖洗干凈后，用紗布擦干，備用。

1.3.2 氯化鈉溶液處理 為了模擬冬季融雪劑對法國梧桐的影響，利用0.5%的氯化鈉溶液浸泡處理法國梧桐枝條24 h，同時以不處理作為對照。

1.3.3 低溫處理 未處理和氯化鈉處理的法國梧桐置于自封袋中，分別置于0，-5，-10，-15，-20，-25，-30，-35 ℃的低溫冰箱中處理24 h，再以5 ℃/h 的速度升溫至0 ℃，然后取出枝條，在室溫下解凍1 h，用濾紙吸干水分，將冷凍后的枝條剪成0.5 cm 小段（不含芽部分）。

1.3.4 電導(dǎo)率的測定 分別稱取處理和對照樣本3 g 放于試管中，加入30 mL 無離子水，真空滲入10 min，靜置12 h 左右。用電導(dǎo)儀測定浸提液的電解質(zhì)滲出率；然后將樣品密封置于沸水浴中煮1 h，靜置12 h 左右，測定浸提液的電解質(zhì)滲出率，其為細(xì)胞全部被破壞后浸提液的電解質(zhì)滲出率，代表離體枝條細(xì)胞電解質(zhì)總量。以自然條件下（0 ℃）的電解質(zhì)滲出率為對照。每處理重復(fù)3 次。

式中，S1為初始電導(dǎo)率；S2為煮沸后電導(dǎo)率。

1.3.5 Logistic 回歸分析 Logistic 回歸分析參照王曉輝等[19]的方法進(jìn)行。對試驗數(shù)據(jù)（相對電導(dǎo)率）進(jìn)行Logistic 回歸分析，回歸模型如下。

式中，y 為相對電導(dǎo)率，y1、y2、y3為測定結(jié)果中等距離的三點的相對電導(dǎo)率，拐點為d2y/dx2＝0 時的x 值，經(jīng)求導(dǎo)簡化可得如下公式。

Logistic 方程如下。

式中，y 為實測細(xì)胞傷害率；t 代表冷凍溫度；K為細(xì)胞傷害率的飽和容量。因本試驗中細(xì)胞傷害率消除了本底干擾，故K 值為100；a、b 為方程參數(shù)。為確定a、b 值，將Logistic 方程轉(zhuǎn)化為式（6）。

令y′＝ln（K－y）/y，則轉(zhuǎn)化成細(xì)胞傷害率（y′）與處理溫度（t）的直線方程。通過直線回歸求出a、b值及相關(guān)系數(shù)，對回歸方程進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)變換得到方程曲線的拐點值，即為低溫半致死溫度（LT50）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003 和SAS 8.1 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫處理下電解質(zhì)外滲率的變化

0.5%的氯化鈉處理和未處理（對照）法國梧桐枝條經(jīng)不同低溫處理后，相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)較為一致的變化趨勢（圖1），均隨著低溫處理溫度的下降，法國梧桐枝條內(nèi)相對電導(dǎo)率上升，0～-15 ℃相對電導(dǎo)率上升平緩；然后在-15～-25 ℃低溫相對電導(dǎo)率急劇升高；之后又趨于平緩。但是，0.5%的氯化鈉處理和未處理之間存在一定差異。由此說明，0.5%的氯化鈉溶液處理對法國梧桐的耐寒性有一定影響。植物的細(xì)胞在致死性傷害出現(xiàn)之前，往往有一個從可逆到不可逆?zhèn)Φ闹饾u發(fā)展過程，在這一過程中，有的細(xì)胞有“修復(fù)”能力，因而整個組織在不同溫度下電導(dǎo)率總是呈“S”形曲線，故用Logistic 方程進(jìn)行擬合，與真實情況較為接近[6]。

2.2 法國梧桐枝條的Logistic 擬合方程和低溫半致死溫度（LT50）分析

經(jīng)計算，法國梧桐0.5%氯化鈉溶液處理枝條與對照枝條Logistic 方程參數(shù)a 值分別為3.313 483和3.234 906；b 值分別為-0.082 和-0.073；K 值為設(shè)定值100（表1）。因此，法國梧桐0.5%氯化鈉處理枝條的Logistic 方程為y＝100/（1＋3.31e0.082t）（R2＝0.873**），表現(xiàn)出細(xì)胞傷害率（y）與處理溫度（t）之間存在顯著的直線相關(guān)關(guān)系，低溫半致死溫度為-14.61 ℃。

CK 枝條的的Logistic 方程為y＝100/（1＋3.23e0.073t）（R2＝0.832**），表現(xiàn)出細(xì)胞傷害率（y）與處理溫度（t）之間存在顯著的直線相關(guān)關(guān)系，低溫半致死溫度為-16.07 ℃。

法國梧桐0.5%氯化鈉溶液處理枝條低溫半致死溫度高于對照，氯化鈉是融雪劑的主要成分。因此，融雪劑導(dǎo)致法國梧桐低溫半致死溫度升高。

表1 用Logistic 方程求擬合度及半致死溫度

3 結(jié)論與討論

3.1 法國梧桐的低溫半致死溫度分析

低溫對植物可造成生物膜系統(tǒng)損傷，目前細(xì)胞膜透性已作為檢測植物耐寒性大小的一個重要指標(biāo)[12，20]。電解質(zhì)外滲率大小可反映出植物受害程度，低溫脅迫下，抗寒性較差的植物膜透性增加速度較快。目前，利用電導(dǎo)法測定細(xì)胞膜透性已成為常規(guī)耐寒性的測定方法，為國內(nèi)外研究者廣泛應(yīng)用，并獲得了較為理想的結(jié)果[6-9]。本研究利用電導(dǎo)法結(jié)合Logistic 方程通過求拐點可計算出低溫半致死溫度，其表現(xiàn)出的差異可以用于衡量耐受低溫的能力，且這種差異表現(xiàn)為拐點溫度與抗寒力之間呈負(fù)相關(guān)趨勢，拐點溫度越低，表明其半致死溫度越低，即該樹種抗寒性越強[9]。結(jié)果的準(zhǔn)確程度要進(jìn)行Logistic 方程擬合度顯著性檢測，擬合度達(dá)顯著水平時，計算出的結(jié)果才精確可靠。本試驗中，擬合度結(jié)果均達(dá)到顯著水平，故求出的LT50可信度較高。

3.2 北京市行道樹法國梧桐死亡原因分析

筆者于2012，2013 年連續(xù)2 a 對法國梧桐的越冬死亡情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示，2012 年春季曙光花園周邊人行道栽植的法國梧桐樹的死亡率達(dá)24.67%；2013 年春天死亡率達(dá)13.3%[2]。冬天雪后城市道路撒融雪劑，消融的含有融雪劑的雪水流入樹坑，對法國梧桐產(chǎn)生脅迫。王建國等[4]研究認(rèn)為，天津市法國梧桐長勢不佳或死亡主要是因為天津地區(qū)表層水偏堿，法國梧桐不耐鹽堿，在含鹽量較高的土壤中長勢不佳。王付民等[21]研究認(rèn)為，融雪劑可能是法國梧桐死亡的原因之一。本研究證明，鹽處理低溫半致死溫度升高。綜上所述，低溫和融雪劑是北京市內(nèi)行道樹法國梧桐死亡的主要原因。

3.3 北京地區(qū)種植法國梧桐的越冬安全性分析

北京市氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫚敫珊导撅L(fēng)氣候，1 月平均氣溫-7.5 ℃，2016 年城區(qū)最低氣溫-16 ℃，是近年來最低溫度。本研究發(fā)現(xiàn)，法國梧桐的低溫半致死溫度為-16.07 ℃。北京1 月平均氣溫完全能滿足法國梧桐的越冬要求，但若低于法國梧桐半致死溫度，會對法國梧桐的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響。

融雪劑的主要成分是氯化鈉。氯化鈉溶液處理的法國枝條低溫半致死溫度為-14.61 ℃。作為行道樹，冬季雪后使用融雪劑，遇上極端低溫可能產(chǎn)生凍害。根據(jù)氣象資料，結(jié)合本研究測定的半致死溫度，法國梧桐在北京地區(qū)栽植特別是作為行道樹，安全越冬存在較大風(fēng)險。