河北省主栽海棠品種抗寒性研究

王惠芝 李敬川 宮英振

摘要? ? 本文選取河北省主栽的14個(gè)海棠品種（系）一年生休眠枝條為試驗(yàn)材料，測(cè)定其人工低溫脅迫下的細(xì)胞膜相對(duì)透性，結(jié)合Logistic方程計(jì)算半致死溫度（LT50），測(cè)定不同低溫處理下的枝條發(fā)芽率。結(jié)果表明，一年生海棠休眠枝條在低溫處理下細(xì)胞膜相對(duì)透性變化呈“S”形曲線。隨著溫度的降低，枝條萌芽率降低。半致死溫度能準(zhǔn)確反映海棠品種的抗寒性，河北省主栽海棠品種抗寒性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)榘死夂Ｌ?雪球>紫色經(jīng)典>紅珠寶>當(dāng)娜>湯美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>絢麗>皇家雨點(diǎn)>亞當(dāng)>鉆石>豐盛。

關(guān)鍵詞? ? 海棠;低溫脅迫;細(xì)胞膜相對(duì)透性;半致死溫度;河北省

中圖分類號(hào)? ? S685.99? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）21-0156-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Research? on? Cold? Resistance? of? Dominant? Malus? spp.? Cultivars? in? Hebei? Province

WANG Huizhi 1，2? ? LI Jingchuan 1，2 *? ? GONG Yingzhen 1，2

（1 Hebei Academy of Forestry and Grassland Science， Shijiazhuang Hebei 050061; 2 Hebei Technical Innovation Center for Improved Forest Variety， Shijiazhuang Hebei 050061）

Abstract? ? In this paper， the annual dormant branches of 14 kinds of Malus spp. cultivars （lines） mainly planted in Hebei Province were selected as experimental materials to determine the cell membrane relative permeability under artificial low temperature stress， calculate the semi-lethal temperature （LT50） by Logistic equation， determine the germination rate of the branches under different low temperature treatments. The results showed that the cell membrane relative permeability of the dormant branches showed an S-shaped curve at low temperature. With the decrease of temperature， the germination rate of branches decreased. LT50 could be used as a reliable indicator to evaluate the cold resistance of Malus spp. The cold resistance of 14 kinds of Malus spp. cultivars （lines） in Hebei Province from strong to weak was follows： Micromalus>Snowdrift>Purple Classic>Jewelcole>Donald Wyman>Tamlin>Indian Magic>Purple Prince>Plateau Fire>Radiant>Royal Raindrops>Adams>Sparkler>Profusion.

Keywords? ? Malus spp.; low temperature stress; cell membrane relative permeability; semi-lethal temperature; Hebei Province

海棠（Malus spp.）為薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus Mill.）落葉喬木或小喬木[1-3]，果實(shí)直徑一般較?。ā? cm）。我國(guó)是海棠的資源分布中心[4]，有23個(gè)品種，許多品種是重要的園林樹種，比如垂絲海棠、山荊子、湖北海棠、西府海棠等[5]。河北省海棠種植歷史悠久，種質(zhì)資源十分豐富，有記載的海棠野生品種27個(gè)。較為著名的八棱海棠是山定子和海棠果的雜交種，不僅觀賞價(jià)值高，還具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，廣泛應(yīng)用于園林綠化、果樹生產(chǎn)和科研領(lǐng)域[2-6]，是北方廣泛使用的蘋果優(yōu)良砧木之一[7]。

近十幾年，許多科研單位、企業(yè)引進(jìn)了一批北美海棠，主要用于觀賞，在園林綠化中進(jìn)行應(yīng)用，品種多達(dá)幾十個(gè)，這些品種集中分布于冀中南地區(qū)。河北的北部地區(qū)自然條件惡劣，可選擇的觀花、觀葉、觀果樹種很少。海棠有一定抗性，觀賞價(jià)值較高，本文擬通過主要海棠品種的抗寒性研究，為河北北部地市提供可選擇的海棠樹種。

1? ? 材料和方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

供試材料：河北省林業(yè)和草原科學(xué)研究院引進(jìn)的14個(gè)海棠品種，分別是八棱海棠、印第安魔力、豐盛、紅珠寶、亞當(dāng)、王族、當(dāng)娜、高原之火、鉆石、皇家雨點(diǎn)、絢麗、紫王子、湯美林和紫色經(jīng)典，均栽植于石家莊市學(xué)府路的河北省林業(yè)和草原科學(xué)研究院海棠種質(zhì)資源圃，樹齡4年，土質(zhì)砂壤，管理水平較好，無(wú)明顯病蟲害。

供試設(shè)備：冷凍處理采用中科美菱DW-FL270、捷盛超低溫保存箱，控溫精度為±1 ℃。

1.2? ? 試驗(yàn)方法

1.2.1? ? 低溫脅迫處理。于2019年2月5日取樣，每個(gè)品種選取生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株9株，取外圍一年生枝條，從東、南、西、北各取2根，長(zhǎng)度、粗度、成熟度相對(duì)一致，共計(jì)72根。剪成40 cm小段，用自來水沖洗干凈，然后用去離子水沖洗2遍，晾干備用。將處理好的枝條每個(gè)品種平均分成9份，每份8根，分別裝入保鮮袋中，其中1份放在-5 ℃條件下作為對(duì)照（CK），其余8份分批放入低溫冰箱（誤差為±1 ℃）進(jìn)行低溫處理。各處理溫度分別為-10、-15、-20、-25、-30、-35、-45 ℃。設(shè)-5 ℃為起點(diǎn)，以4 ℃/h的速率降溫，到達(dá)設(shè)定溫度后保持12 h，之后逐步升溫至4 ℃保持4 h，取出后在室溫下放置2 h，剪成厚度0.3～0.5 cm薄片，去掉芽眼部分進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定。剪成10 cm小段進(jìn)行發(fā)芽率的測(cè)定，每個(gè)品種均重復(fù) 3 次。

1.2.2? ? 恢復(fù)生長(zhǎng)試驗(yàn)。不同低溫脅迫處理后，每個(gè)供試品種選取16根，每根10 cm，枝段基部5 cm左右插入盛水的燒杯中，放置到25 ℃的人工智能培養(yǎng)箱中，光照時(shí)間12 h，每2 d換1次水，觀察發(fā)芽情況，15 d后統(tǒng)計(jì)萌芽率。計(jì)算公式如下：

萌芽率/%=（萌芽數(shù)/16）×100

1.3? ? 測(cè)定內(nèi)容與方法

細(xì)胞膜相對(duì)透性測(cè)定：將混合均勻的海棠薄片稱取5 g放入50 mL三角瓶中，加50 mL去離子水，用封口膜封口，每個(gè)處理重復(fù)3次。在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中放置20 h，用DDS-307A 型電導(dǎo)率儀測(cè)定浸提液的電導(dǎo)值，即初電導(dǎo)值（S1），同時(shí)做空白電導(dǎo)值（S0）。再置于100 ℃的水浴鍋中水浴 30 min，冷卻至室溫，靜置6 h，測(cè)定浸提液電導(dǎo)值，即終電導(dǎo)值（S2）[3，7]。細(xì)胞膜相對(duì)透性計(jì)算公式如下：

細(xì)胞膜相對(duì)透性=（S1-S0）/（S2-S0）

1.4? ? 數(shù)據(jù)處理

將各處理溫度下的細(xì)胞膜相對(duì)透性用DPS 18.1軟件擬合Logistic方程進(jìn)行回歸分析，求拐點(diǎn)溫度，即為低溫半致死溫度（LT50），利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[8]。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 各品種（系）不同低溫處理細(xì)胞膜相對(duì)透性變化

由表1可知，14個(gè)海棠品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性隨著處理溫度的降低而呈現(xiàn)明顯的“S”形曲線，不同品種細(xì)胞膜相對(duì)透性的“S”曲線變化有一定差異。當(dāng)溫度為-20～-5 ℃時(shí)，多數(shù)北美海棠品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性變化緩慢，基本上維持在0.46以下;在-35～-20 ℃時(shí)，各品種（系）的細(xì)胞膜相對(duì)透性變化較快，為0.46～0.70;當(dāng)溫度為-45～-35 ℃時(shí)，北美海棠細(xì)胞膜基本被破壞，細(xì)胞膜相對(duì)透性變化緩慢。

2.2? ? 各海棠品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性Logistic 擬合方程和低溫半致死溫度

河北省14個(gè)主栽海棠品種的Logistic方程擬合度及半致死溫度（LT50）見表2。從表2可以看出，所有供試品種（系）的Logistic方程擬合度R2絕大多數(shù)大于0.900 0，均達(dá)極顯著水平。在主栽海棠品種中，以本地的八棱海棠半致死溫度最低，為-35.462 1 ℃，較抗性最好的北美海棠雪球低5 ℃。北美海棠品種間的差異也較大，雪球海棠低溫半致死溫度為-30.450 5 ℃，最高的豐盛海棠低溫半致死溫度為-22.969 4 ℃，二者相差7.481 1 ℃。從抗寒能力來看，其也反映出了海棠生長(zhǎng)速度與枝條致密程度有關(guān)，豐盛在同等管理?xiàng)l件下，生長(zhǎng)速度很快。根據(jù)半致死溫度可知，海棠的抗寒性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)榘死夂Ｌ?雪球>紫色經(jīng)典>紅珠寶>當(dāng)娜>湯美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>絢麗>皇家雨點(diǎn)>亞當(dāng)>鉆石>豐盛。

2.3? ? 不同低溫處理海棠各品種（系）枝條的萌芽率

隨著處理溫度的降低，海棠枝條的萌芽率及存活率均呈下降趨勢(shì)。從表3可以看出，處理溫度為-15 ℃時(shí)，除紫色經(jīng)典、鉆石外，枝條萌芽率達(dá)100%;-25 ℃處理后，印第安魔力、鉆石、皇家雨點(diǎn)、紫王子、湯美林、八棱海棠等萌芽率達(dá)100%，其他品種均呈下降趨勢(shì);-35 ℃處理后，亞當(dāng)、鉆石、絢麗、紫王子、紫色經(jīng)典等萌芽率為0;-40 ℃處理后，只有八棱海棠還有萌芽，說明八棱海棠抗寒能力最強(qiáng)。

3? ? 結(jié)論與討論

低溫脅迫下，植物細(xì)胞的膜系統(tǒng)首先受到傷害，細(xì)胞膜透性增加，內(nèi)容物外滲，且細(xì)胞膜滲透性大小直接體現(xiàn)植物的損傷程度和抗寒性[9-10]。逆境條件下植物細(xì)胞的膜系統(tǒng)首先受到傷害，細(xì)胞膜透性增加，內(nèi)容物外滲[3]。海棠遇低溫冷害，膜系統(tǒng)受損，細(xì)胞膜相對(duì)透性大小反映細(xì)胞受害程度，數(shù)值大小是評(píng)價(jià)植物抗寒性強(qiáng)弱的一個(gè)可靠指標(biāo)。海棠低溫脅迫研究表明，海棠品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性隨著處理溫度的降低而呈現(xiàn)明顯的“S”形曲線。通過Logistic方程擬合度及半致死溫度可以看出，14個(gè)海棠品種中，以本地的八棱海棠半致死溫度最低，為-35.462 1 ℃;豐盛海棠最高，為-22.969 4 ℃，相差12 ℃以上。根據(jù)半致死溫度對(duì)海棠的抗寒性進(jìn)行排序，抗寒性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)榘死夂Ｌ?雪球>紫色經(jīng)典>紅珠寶>當(dāng)娜>湯美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>絢麗>皇家雨點(diǎn)>亞當(dāng)>鉆石>豐盛。冷凍處理恢復(fù)枝條的萌芽率情況與通過Logistic方程擬合度及半致死溫度基本相一致，紫色經(jīng)典海棠開始處理萌芽率未達(dá)100%，但大致呈逐漸降低趨勢(shì)，可能與品種特性有關(guān);印第安魔力、雪球、鉆石在-5 ℃處理時(shí)萌芽率均未達(dá)100%，應(yīng)該是由誤差引起的。在-40 ℃處理時(shí)，只有八棱海棠還有枝條萌發(fā)，說明八棱海棠抗寒能力最強(qiáng)。

由于植株的抗寒性受多種因素的影響，主要受到基因和外界環(huán)境的影響[11]。擴(kuò)大觀賞海棠的應(yīng)用范圍，應(yīng)解決海棠抗寒適應(yīng)性問題。一是進(jìn)行抗性育種，選取抗寒能力強(qiáng)的品種進(jìn)行雜交，選育抗性好、綜合性狀優(yōu)的品種;二是把海棠移栽到其生長(zhǎng)范圍的北界進(jìn)行抗寒鍛煉，在該種情況下ABA/GA值高，海棠抗寒力增加[12]。劉祖祺等[13]在柑橘抗寒性研究中指出，低溫及ABA首先誘導(dǎo)ABA/GAs的積累，再由ABA/GAs啟動(dòng)特異性扳機(jī)，最終合成抗寒特異蛋白質(zhì)，進(jìn)而提高柑橘的抗寒力。三是在植物生長(zhǎng)的中后期噴施抗寒誘導(dǎo)激素（ABA）能增加植物抗寒能力，促進(jìn)休眠、降低冬芽和枝條含水量[14]。脫落酸（ABA）是一種信號(hào)因子，會(huì)對(duì)逆境產(chǎn)生響應(yīng)。果樹在低溫鍛煉過程中積累的 ABA 對(duì)提高抗寒性效果明顯[15]。四是采取物理方法，進(jìn)行冬季防護(hù)。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目? ?河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“景觀林木、鄉(xiāng)土樹種種質(zhì)資源篩選與創(chuàng)新”子課題（17226320D-3）;河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系水果創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（HBCT2018100202）;河北省林業(yè)科技支撐項(xiàng)目（1601476）。

作者簡(jiǎn)介? ?王惠芝（1971—），女，河北晉州人，高級(jí)農(nóng)藝師。研究方向：果樹栽培。

通信作者

收稿日期? ?2020-06-17