低溫脅迫下羊蹄甲和洋紫荊家系葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化*

王 洋 魏 丹 張梅蘭 馮志堅(jiān)陳友光 張 耕

（1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.南雄市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東韶關(guān) 512400；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510520；4.廣東如春生態(tài)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510520）

羊蹄甲Bauhinia purpurea 和洋紫荊Bauhinia variegata 為豆科Leguminosae 蘇木亞科Caesalpinioideae 羊蹄甲屬Bauhinia 景觀樹種，是我國(guó)南方地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，具有地域景觀代表性。兩者適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快速、花量大、花期長(zhǎng)[1]，是廣東、廣西、福建、海南地區(qū)優(yōu)良的觀花行道樹和園景樹，廣泛應(yīng)用于公園和街道綠化中[2-3]。近年來(lái)，四川、重慶、江西和湖南局部地區(qū)也有引種種植，種苗主要來(lái)自于廣東珠三角地區(qū)，由于冬季低溫，苗木生長(zhǎng)不佳，即使在廣東粵北地區(qū)，也存在同樣的問(wèn)題。

低溫是限制植物自然地理分布和引種應(yīng)用的主要因素，也是危害栽培生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一[4]。生物膜結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化是研究植物抗寒能力及抗寒機(jī)理的重要依據(jù)[5-6]，低溫會(huì)破壞細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，降低膜的流動(dòng)性和對(duì)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸，使細(xì)胞內(nèi)的溶質(zhì)外滲，電導(dǎo)率增大[7-9]。電導(dǎo)率法常用于測(cè)定植物膜結(jié)構(gòu)的傷害程度，進(jìn)而分析其抗寒能力[10]。利用人工氣溫箱試驗(yàn)測(cè)定植物在低溫脅迫下葉片電導(dǎo)率的變化，具有周期較短、可控性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可彌補(bǔ)野外試驗(yàn)的不足。

本文以羊蹄甲和洋紫荊各9 個(gè)具有優(yōu)良觀賞性的家系為試驗(yàn)材料，通過(guò)人工低溫脅迫試驗(yàn)，研究?jī)煞N植物不同家系的葉片電導(dǎo)率的變化，并對(duì)其恢復(fù)生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，為其選育、引種馴化和推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2014 年在廣州、韶關(guān)、肇慶，收集具有優(yōu)良觀賞性、長(zhǎng)勢(shì)良好的羊蹄甲、洋紫荊單株種子，于2014 年6 月廣東省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃進(jìn)行播種育苗。苗圃地位于廣州市，處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均溫度為21.8℃，溫度最高的月份為8月，最低為1 月，平均相對(duì)濕度77%，年均降雨量1 899.8 mm，集中在4—10 月。經(jīng)過(guò)在廣東省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃6 個(gè)多月的栽培，進(jìn)一步篩選出羊蹄甲和洋紫荊各9 個(gè)觀賞性較強(qiáng)的優(yōu)良家系（表1、表2），每家系選擇10 株于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院樓進(jìn)行人工氣溫箱試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將苗木置于人工氣溫箱內(nèi)，設(shè)置光照強(qiáng)度為1 200 lx，光照時(shí)間為12 h/d，相對(duì)濕度控制在75%～85%之間，分別設(shè)置9、6、3、0、-3℃共5種溫度梯度，以3℃·d-1的速率進(jìn)行降溫處理。當(dāng)溫度降至設(shè)定溫度時(shí)，保持24 h 后選擇第2～6 片展開(kāi)葉進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定。每個(gè)家系準(zhǔn)備3 份葉片，去除葉脈，每份稱重0.3 g，用30 mL 蒸餾水浸泡24 h 后用DDS-11AGA 型數(shù)字電導(dǎo)儀測(cè)定液體的電導(dǎo)率R1，再將測(cè)定后的各樣品置于100℃的沸水水浴鍋中20 min，冷卻至室溫后測(cè)定其電導(dǎo)率R2，通過(guò)計(jì)算R1、R2 之間的比值得出相對(duì)電導(dǎo)率，用來(lái)表示質(zhì)膜相對(duì)透性[5]。低溫處理結(jié)束后，將所有試驗(yàn)苗木放置于苗圃中，進(jìn)行低溫脅迫后自然條件下的恢復(fù)管理。10 d 后，對(duì)其恢復(fù)后的形態(tài)特征進(jìn)行調(diào)查。

表1 羊蹄甲不同家系的概況Tab.1 Basic situation of different families of B. purpurea

表2 洋紫荊不同家系的概況Tab.2 Basic situation of different families of B. variegata

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，使用Origin 2017 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

圖1 低溫脅迫下羊蹄甲不同家系相對(duì)電導(dǎo)率變化Fig.1 Relative conductance in different families of B.purpurea under cold stress

2.1 低溫脅迫對(duì)羊蹄甲家系葉片質(zhì)膜透性的影響

如圖1 所示，整體上羊蹄甲9 個(gè)家系的葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的降低呈上升趨勢(shì)，但不同家系和不同溫度的上升趨勢(shì)不同。在一定低溫范圍內(nèi)（0～9℃），所有家系的相對(duì)電導(dǎo)率均隨著溫度的降低而增加，其中，Y19 的上升幅度最大，0℃時(shí)的葉片相對(duì)電導(dǎo)率比9℃時(shí)增加220.42%；Y1 在此溫度區(qū)間的相對(duì)電導(dǎo)率上升幅度最小，僅為44.96%，其次為Y15 和Y3，分別增長(zhǎng)了68.17%和76.80%。當(dāng)溫度從0℃降到-3℃時(shí)，除Y15、Y18、Y19 外，其他家系葉片相對(duì)電導(dǎo)率均上升。在整個(gè)脅迫期間，增長(zhǎng)率最大的是Y2，比9℃時(shí)增長(zhǎng)了259.02%；增長(zhǎng)率最小的為Y15，僅增長(zhǎng)了31.49%，其次為Y18、Y4，分別增長(zhǎng)了75.70%和92.58%。

2.2 低溫脅迫對(duì)洋紫荊家系葉片質(zhì)膜透性的影響

如圖2 所示，洋紫荊不同家系的葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著低溫脅迫的加劇整體呈上升趨勢(shì)，同樣分兩個(gè)階段對(duì)不同家系的相對(duì)電導(dǎo)率變化進(jìn)行分析。在0～9℃之間，G35 相對(duì)電導(dǎo)率增加最大，為98.64%，其他家系的葉片相對(duì)電導(dǎo)率上升速率均較緩。當(dāng)溫度從0℃降到-3℃時(shí)，除G48 外，其他家系相對(duì)電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)。在整個(gè)脅迫期間，G35 的相對(duì)電導(dǎo)率增長(zhǎng)最明顯，-3℃脅迫下比9℃處理時(shí)增加了183.24%，其次為G23、G32，分別增加了115.15%、100.17%；G48 的相對(duì)電導(dǎo)率增長(zhǎng)量最小，整個(gè)脅迫期間僅增加了4.28%，其次為G33，電導(dǎo)率增長(zhǎng)量為43.59%。

圖2 低溫脅迫下洋紫荊不同家系相對(duì)電導(dǎo)率變化Fig.2 Relative conductance in different families of B.variegata under cold stress

2.3 低溫脅迫后恢復(fù)生長(zhǎng)

對(duì)各家系低溫脅迫后恢復(fù)生長(zhǎng)的形態(tài)特征進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明：在羊蹄甲9 個(gè)家系中，Y15的莖、葉均表現(xiàn)正常，說(shuō)明該家系在-3℃低溫脅迫下能夠較為正常地生長(zhǎng)，抗寒性較強(qiáng)；其余家系的莖、葉均干枯凋落，說(shuō)明這些家系無(wú)法適應(yīng)-3℃低溫脅迫，抗寒性較弱（表3）。

在洋紫荊家系中，G26、G34 和G48 家系的試驗(yàn)苗木的莖、葉均正常，說(shuō)明這些家系在-3℃低溫脅迫下能夠較為正常地生長(zhǎng)，抗寒性較強(qiáng)；G23、G35 和G37 家系部分植株莖表現(xiàn)正常，說(shuō)明這些家系能夠在一定程度上適宜低溫脅迫；其余家系的10 株試驗(yàn)材料均為莖、葉干枯，說(shuō)明這些家系無(wú)法適應(yīng)-3℃低溫脅迫，抗寒性較弱（表4）。

表3 羊蹄甲不同家系低溫脅迫后的恢復(fù)生長(zhǎng)Tab.3 Features of different families of B. purpurea under cold stress

表4 洋紫荊不同家系低溫脅迫后的恢復(fù)生長(zhǎng)Tab.4 Features of different families of B. variegata under cold stress

3 結(jié)論與討論

當(dāng)受到低溫脅迫時(shí)，植物的生物膜系統(tǒng)首先受到傷害，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大，電解質(zhì)外滲，細(xì)胞膜透性的變化可直接反應(yīng)植物受低溫傷害的程度[11-12]。研究表明，電導(dǎo)法在研究植物抗寒方面具有準(zhǔn)確、靈敏、易操作等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)植物受到低溫傷害時(shí)，葉片的電導(dǎo)率增加，并與溫度呈負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，羊蹄甲和洋紫荊家系的葉片相對(duì)電導(dǎo)率基本上隨溫度的降低而增加。但當(dāng)溫度為-3℃時(shí)，少數(shù)家系，如Y15、Y18、Y19、G48 的相對(duì)電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)，可能是由于這些家系在降溫過(guò)程中產(chǎn)生了低溫防御反應(yīng)，細(xì)胞膜得到一定程度的修復(fù)。對(duì)于羊蹄甲9 個(gè)家系來(lái)說(shuō)，Y15 的電導(dǎo)率變化最小，表明其抗寒性較強(qiáng)，通過(guò)恢復(fù)生長(zhǎng)后的形態(tài)特征調(diào)查也證實(shí)了這一點(diǎn)。Y15 在恢復(fù)生長(zhǎng)后10 株苗木莖、葉均表現(xiàn)正常，而其他家系的莖、葉均干枯。相比于羊蹄甲，洋紫荊家系整體上電導(dǎo)率變化較小，表明其抗寒性強(qiáng)于羊蹄甲。通過(guò)相對(duì)電導(dǎo)率變化及恢復(fù)生長(zhǎng)情況調(diào)查，得出9 個(gè)家系中，G48、G26、G34 的抗寒性較強(qiáng)。

植物抗寒機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，不同物種、品種，甚至家系的抗寒性存在一定的差異[13-15]。本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)羊蹄甲和洋紫荊不同家系的相對(duì)電導(dǎo)率和恢復(fù)生長(zhǎng)情況進(jìn)行了測(cè)定、調(diào)查分析，可在一定程度上反應(yīng)不同家系抗寒能力，但要全面了解其抗寒生理生化機(jī)制，須對(duì)相關(guān)抗寒指標(biāo)，如葉綠素含量、丙二醛、超氧化物歧化酶、脯氨酸、可溶性糖等進(jìn)行全面綜合的測(cè)定分析[16-17]，從而建立能準(zhǔn)確反應(yīng)羊蹄甲和洋紫荊不同家系抗寒能力的綜合評(píng)價(jià)體系，為其引種、選育和推廣應(yīng)用提供依據(jù)。