不同种源花椒抗寒性比较研究*

孙丙寅,刘淑明

(1.杨凌职业技术学院,陕西杨陵 712100;2.西北农林科技大学理学院,陕西杨陵 712100)

细胞膜是一种对低温极为敏感的半透性生物膜,一定的低温胁迫会引起膜相破坏,细胞内电解质外渗。植物不同品种间的细胞原生质透性不同,电解质外渗量不同,因此抗寒力也不同。电解质外渗量越大,抗寒力越弱;电解质外渗量越小,抗寒力越强[1-2]。

花椒是我国重要的经济树种,喜光、耐旱、耐瘠薄[3]。近年来,随着退耕还林工程的实施,花椒栽培面积不断增大,目前种植面积已超过12万hm2,年产12万t左右,形成了一个年产值达15亿元左右的巨大特色农产品产业[4]。但在实际生产中,花椒已发生冻害,造成树体生长不良,产量不稳定。本研究通过对低温条件下4个种源花椒枝条的电解质外渗率(REC)测定,配合Logistic方程计算出不同花椒枝条和叶片的半致死温度(LT50),研究各花椒抗寒能力[5],为进一步研究和评价不同种源花椒的抗寒性提供理论和实践依据[6]。

1 材料与方法

1.1 材料

测定的花椒均为各花椒产区的栽培品种。2006年,将各产地的花椒种子播种于西北农林科技大学苗圃(陕西杨陵),种源有陕西凤县、循化花椒、甘肃武都、河北涉县,品种为大红袍花椒,共4种。

1.2 方法

2007年11月,选取4个种源花椒的健康、无病虫害的1 a生枝条。将各花椒的枝条用洁净的湿纱布擦拭并晾干,放入冰箱内从0℃开始降温,降温速率为4℃/h,处理温度分别为-12、-16、-20、-24、-28和 -32 ℃,并保持恒温 12 h。再以同样的速率升温至0℃,取出枝条,并测定电解质外渗率(REC),以放置室温下(4℃)的枝条为对照(CK),设3个重复。

2 结果与分析

2.1 低温处理对花椒枝条质膜透性的影响

由图1可知,在低温条件下,4种花椒的REC与温度之间呈上升的“S”形曲线。但其REC增加的速率并不均匀,处理温度越低REC变化相对越快,且因种源而异。当温度降至-16℃时凤县花椒和武都花椒REC为24.98%和46.88%;当降至-24℃时,REC分别为45.73%和53.85%;当降至-32℃时,REC分别升高至60.17%和83.56%。涉县花椒、循化花椒则分别从20.72%和23.22%升至46.73%和47.31%,随后再升至67.97%和65.02%。可以看出,在相同低温下,武都花椒电解质外渗最多,脂膜损伤程度最重;凤县花椒、循化花椒与涉县花椒电解质外渗较少,脂膜损伤程度较轻,这表明不同种源花椒的抗寒性存在差别。

图1 不同低温处理对花椒枝条电解质外渗率的影响

2.2 应用Logistic方程确定花椒枝条的半致死温度(LT50)

Logistic方程是一个典型的“S”曲线方程。花椒枝条在不同处理温度下的REC曲线基本符合Logistic变化规律,对数据进行Logistic回归分析。回归模型为:

式中 :k、a、b 为常数 ;y 为 REC,y 1、y 2、y 3为测定结果中等距离的3点。

在实际应用中,常令 y′=ln[(k-y)/y],则y′=ln a-bx,即电解质外渗率 y 转换成 y′后,与处理温度x之间的关系可以用线性表示,因此可以按一般的直线相关法求出a和b。

y′与x对Logistic方程的拟合度可用 y′与 x的相关系数ry′x来表示。

对回归方程进行二阶求导变换得方程曲线的拐点值,在数学上拐点d2y/d x2=0时的 x值,即x=-(1n a)/b为半致死温度(LT50)值。各花椒抗寒力测定Logistic方程的拟合统计结果见表1。通过6个不同处理温度的分别计算,4个种源花椒枝条的半致死温度(LT50)在-26.36～-19.95℃之间,其平均温度为-24.04℃。

由表1可见,回归方程的各参数之间存在不同的差异,其中 a值变异系数较大(Cv=52.86%),k值各花椒间差异较小(Cv=2.31%)。用Logistic方程拟合,4种花椒REC与其半致死温度的相关性均达极显著水平(R2为0.898 9～0.980 1)。说明在花椒抗寒性研究中,不同低温处理条件下,REC遵循Logistic方程的变化规律且与LT50呈线性关系,其拟合结果可靠,精确度较高。计算得到的LT 50在不同种类间也有差异,且这种差异表现为 LT50高低与枝条抗寒力强弱间呈负相关趋势,即LT 50越低,枝条抗寒力越强;LT50越高,抗寒力越弱。由 LT50可知,凤县花椒的抗寒性最强,其它种源的顺序依次为循化花椒、涉县花椒与武都花椒。

表1 不同低温处理对花椒枝条REC影响的Logistic方程

3 结论与讨论

随着处理温度的降低,花椒枝条电解质外渗率随处理温度的降低而不断上升,表明枝条受到的伤害越来越严重。在凤县花椒、武都花椒、涉县花椒与循化花椒枝条的REC与其半致死温度之间的相关系数达到0.898 9～0.980 1;4个种源花椒枝条的半致死温度(LT50)在 -26.36～-19.95℃之间,凤县花椒抗寒性最强,涉县花椒与武都花椒受到的伤害较重,抗旱性较弱。其抗寒性顺序为:凤县花椒＞循化花椒＞涉县花椒＞武都花椒。

电导法是实验室间接测定植物REC的重要方法之一,自从Dexter等使用电导法测定植物抗性以来,这种方法得到了不断的完善和发展,许多报道表明应用此法配合Logistic方程可以测定植物的抗寒性等。Sukumaran和Weiser等在马铃薯的研究上提出,使用电解质外渗率50%时的处理温度作为植物组织的低温半致死温度(LT50)。但朱根海等认为以拐点温度能更好地反映植物的抗寒性。罗正荣、章文才对柑桔抗寒力的研究表明,细胞REC配以 Logistic方程,两者具有很好的拟合度[5],本研究结果与此结论相同。

[1] 李美茹,刘鸿先,王以柔.植物细胞中的抗寒物质及其与植物耐冷性的关系[J].植物生理学通讯,1983(25):123-131.

[2] 潘瑞炽.植物生理学[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3] 曾京京.我国花椒的栽培起源和地理分布[J].中国农史,2000,19(4):68-75.

[4] 史劲松,顾龚平,吴素玲,等.花椒资源与开发利用现状调查[J].中国野生植物资源,2003,22(5):6-8.

[5] 罗正荣,章文才.应用Logistic方程测定柑桔抗冻力的探讨[J].果树科学,1994,11(2):100-102.

[6] 孙 群,胡景江.植物生理学研究技术[M].陕西杨凌:西北农林科技大学出版社,2005.