白蠟優(yōu)良無性系抗寒性對比分析

郭文,劉凌云,李軒,孟丁丁,孟麗,穆麗英,張彥杰,楊敏生

(1河北農業(yè)大學 林學院，河北 保定 071000；2衡水市中心苗圃場, 河北 衡水 053000)

白蠟(FraxinuschinensisRoxb.)為木犀科白蠟屬植物，因樹上放養(yǎng)白蠟蟲，故取名白蠟[1]。木犀科白蠟在全世界約有65 種，目前我國已見約30種，其中國外引進約有10余種，北自我國東北中南部，經黃河流域、長江流域，南達廣東、廣西，東南至福建，西至甘肅均有分布，遍及各省區(qū)[2-3]。中國有白蠟屬植物27種，1 種變種，1 種栽培種，約占世界總數的30%，其他引種未記錄，屬于試驗性栽培種。白蠟樹枝葉繁茂、根系發(fā)達、生長迅速、適應性強、干形通直、樹形美觀、對于不良環(huán)境表現(xiàn)出較強的適應力，是我國北方地區(qū)防風固沙、城鎮(zhèn)綠化美化、生態(tài)建設的優(yōu)良樹種，具備較高的生態(tài)經濟價值[4]。

低溫對植物生命活動具有一定的限制作用，阻礙植物正常的生長發(fā)育，不同植物甚至同種植物的抗寒性不同，植物抗寒性研究是植物抗逆性研究的重要組成部分，如何準確判定植物的抗寒性是如今抗寒工作研究的主要內容，對植物抗寒性進行正確判斷，對植物栽培與推廣、跨地區(qū)引種等具有重要意義。目前，對白蠟研究主要集中在耐鹽堿、培育及造林技術、遺傳育種等方面，低溫對于白蠟能否正常生長乃至能否成活具有重大影響，研究白蠟的抗寒性對白蠟的良種選育及栽培具有重要意義[5-7]。

白蠟應對低溫做出的反應機理十分復雜，且影響白蠟抗寒性的因素眾多，僅使用一個指標對白蠟的抗寒性作評價不夠全面[8-9]。為了保證結果的準確性，此次試驗中，采用電導法、電阻抗圖譜法2 種方法相結合，對8 個白蠟優(yōu)良無性系進行抗寒性分析，配合Logistic 方程求算出半致死溫度，綜合2 種方法的結果評定白蠟優(yōu)良無性系的抗寒性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點為河北省衡水市中心苗圃場。衡水屬大陸季風氣候區(qū)，為溫暖半干旱型。氣候特點是四季分明，冷暖干濕差異較大。夏季受太平洋副高邊緣的偏南氣流影響，潮濕悶熱，降水集中，冬季受西北季風影響，氣候干冷，雨雪稀少，春季干旱少雨多風增溫快，秋季多秋高氣爽天氣，有時有連陰雨天氣發(fā)生。

1.2 試驗材料

供試材料來自衡水市中心苗圃場白蠟優(yōu)良無性系2 a生測定林，從該測定林中分別采集8個不同無性系位置相同，長勢一致，無病蟲害的1 a生枝條，每個無性系采集15根枝條備用。用無毒塑料袋包裹，并于24 h內運送至測試實驗室。

1.3 材料處理

將采集帶回的枝條浸入去離子水中，進行多次清洗，表面水分晾干后，選粗細均勻的枝條避開節(jié)間芽眼剪成2 cm左右的枝段，每4個枝段為1組，共挑選出11組，供電導法重復3次，電阻抗法重復8次使用。以組為單位將他們放入自封袋，置于變溫冰箱冷凍層中，設置9個溫度梯度(0 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃、-25 ℃、-30 ℃、-35 ℃、-40 ℃)，其中0 ℃為對照，每小時的降溫幅度為4 ℃。到達相應溫度保持24 h后，再將所有枝條放置0 ℃進行解凍，待解凍24 h后，對枝條進行抗寒性測定。

1.4 試驗方法

1.4.1 電導法 將隨機選出的供試枝條避開芽眼剪成長約1～1.5 cm的枝段，將小段置于盛有10 mL去離子水的試管中(若枝段較粗無法放入試管則可將枝條縱切為幾個較細枝段)，用封口膜封緊瓶口，室溫下于搖床上震蕩24 h，測定初電導率，測好后，再次封口，將試管置于100 ℃水浴鍋中30 min，再于室溫下的搖床上震蕩24 h，測定其終電導率，然后記錄并計算出相對電導率。

1.4.2 電阻抗圖譜法 參照張鋼等的方法，待試材料的處理與電導法相同，選取長勢粗細均勻的枝條，避開芽眼剪取靠近枝條中間的1.5 cm 的枝段，在其中隨機選出8段作為樣品，供電阻抗法8次重復[10]。用測厚儀測量每段的直徑，在電阻抗分析儀上設定頻率為80～1 MHz，輸入電壓為20 mV，然后將枝條置于2個玻璃電極管之間，通過電極線接入凝膠，之后對其進行開路和短路矯正，測定每一個枝段的電阻抗參數值，與Logistic 方程擬合半致死溫度，記錄并繪圖。

1.5 數據處理

用SPSS 11.5 對8 個白蠟優(yōu)良無性系的相對電導率、電阻抗參數值，配合Logistic 方程[y(x)=a/(1+eb(c-x))+d]擬合半致死溫度并計算半致死溫度，對求出的半致死溫度進行方差分析和顯著性分析，利用Excel 統(tǒng)計萌芽率。

2 結果與分析

2.1 不同低溫處理下各無性系相對電導率變化

不同低溫處理下各無性系相對電導率變化情況見表1。

表1 8個白蠟無性系的相對電導率變化Table 1 The relative conductivity changes of 8 Fraxinus clones

由表1可知，同一無性系，不同溫度時，隨著溫度的降低，8個白蠟無性系的相對電導率均呈上升趨勢，其中衡蠟2號、3號、6號和9號呈緩慢上升趨勢，衡蠟1號、4號、7號和11號在0～-30 ℃區(qū)間內上升較為緩慢，當溫度下降到-35～-40 ℃時，相對電導率上升幅度較大。8個白蠟優(yōu)良無性系在0～-40 ℃區(qū)間內，相對電導率均有顯著差異；在同一溫度，不同無性系時，8個白蠟優(yōu)良無性系在-10 ℃、-20 ℃時，無明顯差異，在0 ℃、-5 ℃、-15 ℃、-25 ℃、-30℃、-35℃、-40℃差異顯著。

由電導率擬合的8 個白蠟無性系的半致死溫度見表2。

由表2 可知，根據相對電導率擬合出8 個白蠟優(yōu)良無性系的半致死溫度由低到高的順序依次為衡蠟2 號、衡蠟9 號、衡蠟7 號 、衡蠟11 號、衡蠟3 號、衡蠟6 號、衡蠟4 號、衡蠟1 號。衡蠟2 號的半致死溫度最低，為-21.64 ℃，衡蠟1 號的半致死溫度最高，為-38.21 ℃。

表2 電導率法擬合的8 個白蠟無性系的半致死溫度Table 2 Half-lethal temperature of 8 Fraxinus clones fitted by electrical conductivity method

2.2 不同低溫處理下各無性系電阻抗參數變化

2.2.1 胞內電阻率 不同低溫處理下各無性系胞內電阻率變化情況見圖1。

圖1 不同處理溫度下8 個白蠟無性系的胞內電阻率變化Figure 1 Changes of intracellular resistivity of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由圖1可知，隨著溫度的降低，8個白蠟優(yōu)良無性系的胞內電阻率呈顯著上升趨勢，衡蠟4 號、1 號及6 號，上升幅度較其他白蠟無性系明顯，衡蠟4 號上升幅度最大，衡蠟2 號的胞內電阻率變化幅度最小，8 個白蠟無性系的胞內電阻率在在-5～-40 ℃區(qū)間內，胞內電阻率與對照(0 ℃)產生顯著差異，-25～-30 ℃區(qū)間內呈明顯上升趨勢，當溫度下降到-35～-40 ℃時，胞內電阻率趨于平穩(wěn)。說明在-5～-20 ℃時，植物體各部分受低溫危害情況較為一致，當溫度下降到-25 ℃及以下時，植物體受損較為嚴重。

2.2.2 胞外電阻率 不同低溫處理下各無性系胞外電阻率變化情況見圖2。

圖2 不同處理溫度下8 個白蠟無性系的胞外電阻率變化Figure 2 Changes of extracellular resistivity of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由圖2可知，隨著溫度的降低，8 個白蠟優(yōu)良無性系的胞外電阻率均呈顯著下降趨勢，衡蠟9 號的胞外電阻率變化幅度最大，衡蠟1 號變化幅度最小，-5～-40 ℃間8 個溫度與對照均存在顯著差異，在0～-15 ℃時，下降趨勢相對較為平穩(wěn)，當溫度下降到-20～-30 ℃時，下降幅度明顯，在-35～-40 ℃時，胞外電阻率下降幅度趨于平穩(wěn)，說明自-20 ℃開始，植物體受低溫影響逐漸加大，隨著溫度的不斷降低，植物體受危害程度逐漸加大。

2.2.3 弛豫時間分布系數 不同低溫處理下各無性系弛豫時間分布系數變化情況見圖3。

圖3 不同處理溫度下8 個白蠟無性系的弛豫時間分布系數變化Figure 3 Variation of relaxation time distribution coefficient of eight Fraxinus clones under different treatment temperatures

由圖3可知，隨著溫度的降低，8 個白蠟優(yōu)良無性系的弛豫時間分布系數呈整體下降趨勢，在-5～-20 ℃區(qū)間內8 個白蠟無性系無顯著變化，但與對照存在顯著差異，當溫度下降到-25～-30 ℃時，下降趨勢較為明顯，衡蠟7 號下降幅度最大，衡蠟3 號下降幅度較小，說明在-5～-20 ℃時，白蠟各無性系受低溫脅迫程度在可接受范圍以內，但當溫度下降到-25～-30 ℃時，白蠟受低溫危害較為嚴重，超過-30 ℃時，植物體處于死亡狀態(tài)。

8 個白蠟無性系通過不同電阻抗指標擬合的半致死溫度見表3。

由表3可知，8個白蠟優(yōu)良無性系根據胞外電阻率擬合出的半致死溫度由低到高為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號；根據胞內電阻率擬合出的半致死溫度由低到高為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號；根據弛豫時間分布系數擬合出的半致死溫度為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號。運用電阻抗圖譜法得到的8個白蠟無性系的胞外電阻率、胞內電阻率及弛豫時間分布系數這3個參數擬合出的半致死溫度由低到高的排列順序相同。

表3 8個白蠟無性系通過不同電阻抗指標擬合的半致死溫度Table 3 Half-lethal temperature of eight Fraxinus clones fitted by different electrical impedance indexes

利用8 個白蠟優(yōu)良無性系的相對電導率、胞外電阻率、胞內電阻率及弛豫時間分布系數擬合出的半致死溫度相關性見表4。

表4 8個白蠟無性系各抗寒指標的相關性分析Table 4 Correlation analysis of cold resistance indexes of eight Fraxinus clones

由表4可知，相對電導率與胞外電阻率呈極顯著相關，相關系數為0.873，胞內電阻率與相對電導率呈極顯著相關，相關系數為0.944，胞內電阻率與胞外電阻率呈顯著相關，相關系數為0.897，弛豫時間分布系數與相對電導率、胞外電阻率及胞內電阻率均呈極顯著相關，相關系數分別為0.931、0.930、0.970。

3 結論與討論

選用電導法配合Logistic方程擬合出半致死溫度是評價植物抗寒性的常用方法[11]。試驗中隨著溫度的逐步降低，8個白蠟無性系的相對電導率均呈上升趨勢，由相對電導率擬合出的8個白蠟無性系的半致死溫度由高到低依次為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號。

相對電導率的變化與滲出細胞液的濃度相關，細胞膜遭受的破壞越嚴重，細胞內物質外滲越多，其相對電導率就越高。有研究顯示，細胞內電解質外滲含量高低可作為評定植物抗寒性的指標[11]。相對電導率越高，植物的抗寒性越差[13]。王明逸等用電導法鑒定了法國梧桐的抗寒性，得出溫度越低法國梧桐枝條的相對電導率越高,與本試驗研究結果相符[14]。說明在溫度持續(xù)下降的過程中，細胞不斷調節(jié)自身狀態(tài)適應低溫環(huán)境，一旦溫度超過了細胞的承受限度，細胞受到的損傷便無法恢復，導致細胞膜破裂，內容物溢出，相對電導率迅速上升。

電阻抗法是一種無須破壞植物細胞、操作簡易的檢測植物抗寒性的有效方法，其運用機理也是通過展現(xiàn)植物細胞在低溫環(huán)境細胞膜的透性變化，來反映植物的抗寒性[15]。植物在受到低溫危害時，細胞膜因受到凍害而破裂，細胞內電解質大量外滲，使胞外電阻率呈逐漸下降趨勢，胞內電阻率呈升高趨勢，如植物受低溫危害較為嚴重時，植物體經過再長時間也無法恢復到正常的生命活動，導致弛豫時間分布系數呈逐漸下降趨勢，但因低溫對3個電阻抗參數影響方式不一致，故而導致由3個電阻抗參數擬合出的半致死溫度存在不一致的情況。

由3個電阻抗參數擬合出的8個白蠟無性系的半致死溫度由高到低依次為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號，與電導法得到的順序相同。電阻抗圖譜法具有多個參數，針對不同植物的抗寒性檢測，最適宜參數也都不同。董軍生等在用電阻抗法測定楊樹無性系抗寒性時認為，胞外電阻率是測定白楊抗寒性的適用參數[16]。錢稷等通過研究桃樹的抗寒性發(fā)現(xiàn)胞外電阻率、胞內電阻率、弛豫時間、弛豫時間分布系數，都能夠很好地反映桃樹的抗寒性，但胞內電阻率是最適宜的參數[17]。張振東等認為，胞外電阻率和弛豫時間是檢測棗樹抗寒性的較合適參數[7]。研究中發(fā)現(xiàn)，弛豫時間分布系數與相對電導率、胞外電阻率及胞內電阻率均成極顯著相關，相關系數分別為0.931、0.930、0.970,弛豫時間分布系數可作為測定白蠟抗寒性的最佳參數。

使用電導法測得的8個白蠟無性系的抗寒性由高到低依次為衡蠟2號、衡蠟9號、衡蠟7號、衡蠟11號、衡蠟3號、衡蠟6號、衡蠟4號、衡蠟1號，與電阻抗法運用不同參數測得的結果均相符，但電導法測得的半致死溫度比電阻抗法測得的要低，抗寒性要高，這與張軍等的研究結果相符。但2種方法的測定結果差異還需進一步研究分析[18]。

試驗過程只能模擬白蠟在特定實驗室環(huán)境條件下所受的低溫脅迫，擬合得出的半致死溫度隨著時間及處理的不同也會相應不同，因此不能完全模擬白蠟在自然環(huán)境中的狀態(tài)，試驗所得出的半致死溫度不能代表白蠟的實際忍受溫度，僅可用于不同無性系間抗寒性的相對比較。