基于導(dǎo)水率對(duì)花椒品種抗寒性的評(píng)價(jià)

劉勝元 張春梅 許平 王華田 劉秀梅

摘要：為評(píng)價(jià)不同花椒品種枝條的抗寒性，通過低溫脅迫模擬試驗(yàn)，測(cè)定6個(gè)不同花椒品種枝條導(dǎo)水率，闡明導(dǎo)水性指標(biāo)在低溫脅迫下的變化，探討不同花椒品種枝條的抗寒能力。結(jié)果表明，隨著溫度降低，各花椒品種枝條導(dǎo)水性能均有不同程度下降。運(yùn)用Logistic曲線方程計(jì)算得到各花椒品種枝條的木質(zhì)部半栓塞溫度LT50為-5.35！ -33.47℃，其中‘獅子頭’的LT50最低，‘黃蓋’的LT50最高。隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，6個(gè)花椒品種枝條的抗寒能力為‘獅子頭’>‘西農(nóng)無刺’>‘少刺大紅袍’>‘黃蓋’>‘無刺椒’>‘仡勞無刺’。因此，花椒種植可根據(jù)枝條的抗寒情況合理布局品種。

關(guān)鍵詞：花椒;低溫脅迫;抗寒性;導(dǎo)水率;Logistic方程;隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S573.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2021）12-0058-06

花椒（ZanthoxylumbungeanumMax.）為蕓香科花椒屬落葉小喬木，原產(chǎn)于中國，有悠久的食藥歷史。具有根系淺、須根多、側(cè)根發(fā)達(dá)、耐干旱瘠薄、生長迅速且結(jié)果早等特點(diǎn)，已成為許多農(nóng)民發(fā)家致富的支柱性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是水土保持和醫(yī)療藥用的先鋒樹種之一[1]。

木質(zhì)部栓塞是木本植物中由水分脅迫、低溫等逆境因子誘發(fā)的一種普遍現(xiàn)象，最常見的是水分不足引起的干旱栓塞，低溫引起的凍融栓塞在中高緯度地區(qū)或高山植物中常見，均能造成木質(zhì)部導(dǎo)水率降低，影響植物體內(nèi)水分運(yùn)輸，從而影響植物的生長發(fā)育和生產(chǎn)能力[2，3]。一般情況下，氣溫越低，木質(zhì)部栓塞程度越高[2]。負(fù)壓充水作為一種新型的洗脫處理技術(shù)，可以通過壓力使木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)部充分充水，使植物插穗在扦插時(shí)處于水分飽和狀態(tài)，可顯著提高插穗的成活率[4，5]。

目前對(duì)花椒抗寒性的研究大多集中在嫩梢枝葉的生理生化指標(biāo)，常忽視對(duì)枝條生長狀況的評(píng)價(jià)，而花椒枝條在逆境下易發(fā)生水分虧缺，造成木質(zhì)部栓塞，因木質(zhì)部枝條失水導(dǎo)致的枯死現(xiàn)象頻發(fā)[3，6];而且前人進(jìn)行的木質(zhì)部栓塞試驗(yàn)，多利用苗圃幼苗、盆栽幼苗作為研究材料，少有對(duì)大田自然狀態(tài)下多年生花椒進(jìn)行試驗(yàn)的，以花椒枝條為試驗(yàn)材料的研究報(bào)道也較少[7，8]。因此，有必要對(duì)不同低溫條件下大田花椒枝條栓塞程度進(jìn)行研究，以了解外部低溫脅迫對(duì)枝條導(dǎo)水能力的影響。

由于植物抗性評(píng)價(jià)存在多因素影響的復(fù)雜性，僅用單一指標(biāo)難以全面評(píng)價(jià)其抗寒能力，在實(shí)際研究中常利用模糊隸屬函數(shù)法基于多個(gè)生理生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[9，10]。目前該方法已廣泛應(yīng)用到如蘋果[11]、胡枝子屬（Lespdisza）[12]等植物的抗性評(píng)價(jià)中。本研究基于不同花椒枝條在低溫脅迫后的木質(zhì)部栓塞程度，通過分析未充水導(dǎo)水量、充水飽和導(dǎo)水量、未充水導(dǎo)水率、充水飽和導(dǎo)水率等特征，獲得不同品種花椒在低溫脅迫后的導(dǎo)水情況，并采用隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)6個(gè)花椒品種的抗寒能力，以期為花椒枝條抗寒性評(píng)判及篩選抗寒性強(qiáng)的品種提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于山東省鄒城市現(xiàn)代林果科技研究院（E117°12′，N35°42′），海拔150m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。市域東西氣溫差異明顯，東部山地丘陵區(qū)氣溫偏低，低溫可達(dá)-16℃，寒潮現(xiàn)象頻發(fā)。

6個(gè)花椒品種分別為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的‘少刺大紅袍’、陜西韓城市的‘無刺椒’和農(nóng)家品種‘黃蓋’、陜西省林業(yè)技術(shù)推廣站與陜西韓城市花椒研究所選育的‘獅子頭’、西北農(nóng)林科技大學(xué)選育的‘西農(nóng)無刺’和‘仡勞無刺’。試驗(yàn)材料均來自大田三年生花椒樹。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

于2021年1月中下旬，選擇生長健壯且長勢(shì)一致、無病蟲害、管理?xiàng)l件一致的花椒母樹，采集其上部外圍當(dāng)年生健壯、粗度相近且均勻完整的3個(gè)枝條，從中部截取20cm枝條并在兩端做封蠟處理防止失水，4℃保存并帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

將枝條裝入自封袋后置于高低溫濕熱恒溫培養(yǎng)箱（BAGW-100，無錫博奧試驗(yàn)設(shè)備有限公司）進(jìn)行模擬低溫脅迫處理，處理溫度分別為4℃（CK）及0、-5、-10、-15、-20℃。每個(gè)溫度處理分別進(jìn)行，處理時(shí)間均為12h，重復(fù)3次。為避免瞬時(shí)降溫過多導(dǎo)致植物應(yīng)激性強(qiáng)烈，試驗(yàn)以4℃·h-1降溫速率梯度降低至設(shè)定溫度，恒定12h后再以相同速率升至室溫。

低溫脅迫完成后去掉兩端的封蠟，剪取部位相同的枝段10cm，將底部插入蒸餾水中平衡1h，然后放置在負(fù)壓沖洗器（V-0.12/8，萊蕪恒銳農(nóng)林科技有限公司）中洗脫處理，洗脫壓強(qiáng)為0.08MPa，洗脫液為0.01mol·L-1的檸檬酸溶液，洗脫10min后使枝條充分水飽和。將枝條生長上端剪為平切口，下端剪為馬耳形切口，留下均勻的木質(zhì)化部分。將馬耳形一端插入導(dǎo)水率測(cè)定儀（40S，無錫市洛社萬鑫設(shè)備廠）的橡膠管中，用螺紋絲箍緊密閉;平切口一端插入已知重量的50mL離心管中，以0.01mol·L-1檸檬酸溶液為沖洗液，導(dǎo)水率儀壓強(qiáng)設(shè)為0.08MPa，導(dǎo)水時(shí)間10min，測(cè)定未充水導(dǎo)水率及充水后的最大導(dǎo)水率。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1 導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù) 以導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù)（%）來衡量木質(zhì)部栓塞程度，計(jì)算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2010和IBMSPSSStatistics22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析（ANOVA顯著性檢驗(yàn)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)不同品種花椒枝條木質(zhì)部導(dǎo)水率的影響

木質(zhì)部栓塞程度可用于衡量植物耐受低溫脅迫的程度，栓塞程度越低，導(dǎo)水率越高，植物受低溫脅迫的影響越小[2]。結(jié)果（表1）顯示，各花椒品種在低溫脅迫后的未充水導(dǎo)水率、充水飽和后導(dǎo)水率均隨著溫度的降低而下降，除-5℃和-10℃間未充水導(dǎo)水率差異不顯著外，各低溫處理間兩種導(dǎo)水率均差異顯著。4℃低溫脅迫下各花椒品種間比較，未充水導(dǎo)水率最高的是‘少刺大紅袍’（0.103g·cm-2 ·s-1），‘無刺椒’（0.051g·cm-2·s-1）最低;-20℃脅迫時(shí)，‘獅子頭’和“西農(nóng)無刺”的未充水導(dǎo)水率較高，達(dá)到0.025g·cm-2 ·s-1，‘仡勞無刺’和“少刺大紅袍”的最低，為0.014g·cm-2 ·s-1。充水飽和后導(dǎo)水率在4℃時(shí)以‘黃蓋’最高（0.214g·cm-2 ·s-1），‘無刺椒’最低（0.115g·cm-2 ·s-1）;在-20℃時(shí)以‘獅子頭’最高（0.028g·cm-2 ·s-1），‘仡勞無刺’最低（0.019g·cm-2·s-1）。

枝條木質(zhì)部導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù)與低溫歷時(shí)和導(dǎo)管輸水能力有關(guān)。6個(gè)花椒品種的導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù)總體來說有隨溫度降低而降低的趨勢(shì);4℃時(shí)導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù)在43.01% ～70.88%之間，表現(xiàn)為‘黃蓋’>‘仡勞無刺’>‘西農(nóng)無刺’>‘無刺椒’>‘少刺大紅袍’>‘獅子頭’;-20℃時(shí)，導(dǎo)水率損失百分?jǐn)?shù)在4.68% ～45.46%之間，表現(xiàn)為‘少刺大紅袍’>‘仡勞無刺’>‘無刺椒’>‘獅子頭’>‘西農(nóng)無刺’>‘黃蓋’。表明溫度越低導(dǎo)管輸水能力越差，導(dǎo)水率損失減小。

2.2 低溫脅迫下不同花椒品種枝條的半栓塞溫度

以溫度為自變量、充水飽和后導(dǎo)水量為因變量對(duì)低溫脅迫下花椒枝條的木質(zhì)部栓塞程度進(jìn)行Logistic擬合，結(jié)果（表2）顯示，各花椒品種的擬合方程的R2均在0.9000左右，達(dá)到極顯著水平，說明用Logistic方程可以很好地?cái)M合其木質(zhì)部栓塞情況。隨著溫度的降低，導(dǎo)水量逐漸變小，木質(zhì)部栓塞逐漸加重。試驗(yàn)過程中，在低溫脅迫初期導(dǎo)水量大幅下降，木質(zhì)部急劇退化;在低溫脅迫末期，木質(zhì)部導(dǎo)管栓塞達(dá)到一定的耐受閾值后，導(dǎo)水量下降幅度有所放緩。不同花椒品種間木質(zhì)部栓塞程度有明顯差異，半栓塞溫度（LT50）表現(xiàn)為‘黃蓋’>‘少刺大紅袍’>‘仡勞無刺’>‘西農(nóng)無刺’>‘無刺椒’>‘獅子頭’。這表明以半栓塞溫度為主要參數(shù)，‘獅子頭’‘無刺椒’枝條抗低溫凍害能力較強(qiáng)，‘西農(nóng)無刺’‘仡勞無刺’枝條抗凍害能力中等，‘少刺大紅袍’‘黃蓋’枝條抗凍害能力較弱。

2.3 導(dǎo)水相關(guān)指標(biāo)與溫度、品種間的相關(guān)性分析

采用SPSS22.0中雙變量相關(guān)性分析對(duì)導(dǎo)水指標(biāo)與溫度、品種間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果（表3）表明，未充水導(dǎo)水量、充水飽和導(dǎo)水量、未充水導(dǎo)水率、充水飽和導(dǎo)水率均與溫度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），但與品種之間相關(guān)不顯著。說明溫度是影響花椒導(dǎo)水能力的主要因素，因此主要在溫度方面評(píng)價(jià)花椒枝條的抗寒性。

2.4 不同花椒品種的抗寒性評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)法對(duì)6個(gè)花椒品種的抗寒能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果（表4）顯示，‘獅子頭’的綜合評(píng)價(jià)值最高，為0.930，抗寒能力最強(qiáng);其余品種的抗寒能力依次為‘西農(nóng)無刺’> ‘少刺大紅袍’>‘黃蓋’>‘無刺椒’>‘仡勞無刺’。

3 討論與結(jié)論

溫度會(huì)影響植物的生長發(fā)育，低溫嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致植物生長停滯甚至死亡[16，17]。有研究表明，植物木質(zhì)部導(dǎo)水能力與木質(zhì)部導(dǎo)管有關(guān)，導(dǎo)管的輸水效率與溫度密切相關(guān)[18，19]。正常情況下木質(zhì)部幾乎沒有栓塞，輸水能力強(qiáng)，其初導(dǎo)水率及飽和導(dǎo)水率高[20]。根據(jù)內(nèi)部應(yīng)力學(xué)說，正常情況下植物木質(zhì)部導(dǎo)管水分保持在一定的負(fù)壓環(huán)境下，當(dāng)外部脅迫增強(qiáng)時(shí)，木質(zhì)部導(dǎo)管張力增大，當(dāng)張力大于木質(zhì)部導(dǎo)管原有壓力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生空穴栓塞[21]。低溫脅迫可破壞植物枝條細(xì)胞中原生質(zhì)體，導(dǎo)致水分流失，并使導(dǎo)管失水栓塞[22]。木質(zhì)部栓塞會(huì)直接導(dǎo)致枝條輸水能力降低，從而影響植物上部供水，進(jìn)一步影響植物正常的生理生長，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致植物死亡[23]。因此，溫度、品種等因子對(duì)木質(zhì)部栓塞程度有重要影響[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同程度低溫脅迫均對(duì)各花椒品種的枝條導(dǎo)水性能產(chǎn)生抑制作用，低溫脅迫越重，枝條導(dǎo)水率越低;在相同低溫脅迫下，不同品種間導(dǎo)水率存在差異;但溫度是導(dǎo)致花椒木質(zhì)部栓塞的主要因素。

試驗(yàn)中采用的“沖洗法”可在一定程度上反映木質(zhì)部輸水結(jié)構(gòu)的差異，具有優(yōu)良抗逆性的品種在逆境脅迫改善后，木質(zhì)部內(nèi)可以分化產(chǎn)生新的輸水分子，更能恢復(fù)到較好水平，從而保障植物體次年生長的需水要求[25，26]。本研究采用隸屬函數(shù)法對(duì)6個(gè)花椒品種的抗寒能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明‘獅子頭’的抗寒能力最強(qiáng)，其次為‘西農(nóng)無刺’，‘少刺大紅袍’‘黃蓋’‘無刺椒’的抗寒能力居中，‘仡勞無刺’最低。

本試驗(yàn)采用枝條木質(zhì)部負(fù)壓充水方法對(duì)低溫脅迫后花椒木質(zhì)部栓塞情況進(jìn)行研究，模擬反映了枝條在低溫情況下的導(dǎo)水情況，相比于傳統(tǒng)的植物生理測(cè)定方式，該方法處理時(shí)間短，結(jié)果可信度較高。在實(shí)際生產(chǎn)中，本試驗(yàn)方法可為不同氣候區(qū)的花椒品種及椒園管理提供輔助驗(yàn)證，以采取合理的預(yù)防應(yīng)對(duì)策略。在低溫試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)‘獅子頭’和‘西農(nóng)無刺’的抗寒能力較強(qiáng)，在山東省秋冬降溫劇烈地區(qū)，這或許是良好的抗低溫優(yōu)質(zhì)花椒品種。另外，還可從導(dǎo)水效率和導(dǎo)管分布特征及導(dǎo)管間壁紋孔數(shù)量分析解讀花椒枝條的生態(tài)氣候適應(yīng)性，綜合考慮多種因素影響來評(píng)價(jià)花椒枝條抗低溫能力。