12个核桃品种低温半致死温度与抗寒性的关系

李 静，宁德鲁，马 婷，耿树香，肖良俊，张艳丽，潘 莉

（1. 西南林业大学林学院，云南 昆明 650224；2. 云南省林业科学院，云南 昆明 650201）

核桃（Juglans）不仅是世界著名的四大坚果之一，还是我国重要的木本油料树种和经济林树种，具有极高的利用价值[1]。云南省作为全国核桃主产区，核桃栽培历史久远，种植面积广阔，产量位于全国首位[2]。多年来，人们生活水平不断提高，对优质核桃品种的需求量日益增加，核桃种植面积也不断扩大。核桃是深根性树种，喜温、枝条髓心大、含水量高，抗寒性差[3-4]。春季核桃萌动后，其抗寒能力急剧降低，因此，晚霜制约着核桃的生长及发育[5-6]。由于云南气候多样，尤其是滇东北、滇西北等高寒山区，霜害、寒害比较严重，致使核桃花芽、嫩梢受冻，晚霜和倒春寒危害成为云南核桃发展的“瓶颈”，严重影响核桃产量，限制云南核桃产业的发展。抗寒性问题早已严重影响并制约着核桃的栽植及分布[7-10]。

在对低温环境的不断适应中，植物依靠自身遗传变异以及自然选择而得到的一种适应性的能力被称作植物抗寒性[11]。采用人工低温胁迫，通过改变生物膜透性以增大组织渗透液的电导值，进而测定植株抗寒性的方法被称为电导法[12]。

本试验使用电导法，利用人工模拟低温，测定了铁核桃、三台核桃等云南省12个核桃品种1年生幼苗叶片的相对电导率，分析核桃品种间的抗寒性差异，为云南省核桃防寒栽培、选育适合高寒山区发展的核桃品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的12个核桃品种材料为1年生嫁接苗，苗木培育地点为云南省林业科学院昆明树木园经济林栽培区。品种有强特勒、哈特利、漾濞泡核桃、铁核桃、维2 号、自元、三台核桃、丽53、云新高原、云新云林、云新301 和云新306，管理水平一般，树木长势中庸。2014年6月在各品种相对一致的部位上采集成熟无病虫害的叶片，每一品种各5 株，所采叶片混合，迅速带回实验室。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理方法 将采回的叶片用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗3 次后滤纸吸干。用自封袋将各品种叶片分为5 组，置于智能低温人工气候箱中进行模拟低温处理，设置温度梯度为21℃（CK）、5℃、0℃、-5℃、-10℃，当人工气候箱达到21℃，把试材置于其中，然后降低温度，降到所需温度时维持6 h，之后开始升高温度，升到5℃、21℃时均要恢复1 h，降、升温速度都为1℃/h。每次取出经各温度处理后的材料，马上测定其相对电导率。

1.2.2 指标测定方法 结合实际情况改自于孔祥生等[13]。测定时，用孔径为0.6 cm 的打孔器在主脉两侧打孔，各试管分别放入15 片叶圆片，加入20 m l 蒸馏水，封口，在水平摇床上震荡1 h，用DDS-307 型电导仪测定煮前电导值C1，之后把试管放在沸水中加热20 m in，冷却到室温，测定电导值C2，同时将蒸馏水设为空白对照，测定其电导率C0。[(C1-C0)/(C2-C0)]×100%即为相对电导率，3 次重复。根据所求出的相对电导率，并配合Logistic 回归方程进行分析，所得拐点时温度就是组织半致死温度（LT50）。

2 结果与分析

2.1 各核桃品种叶片相对电导率的变化

通常情况下，植物遭受低温破坏，细胞膜透性被不同程度损坏，电解质不同程度外渗，以致电导率不同程度增加。由此可见，电解质渗出率不仅可以反映细胞的抗性和受害程度，也可作评价植物抗寒性强弱的一个可靠指标[4,14]。

随着处理温度的降低，供试12个核桃品种相对电导率均呈现上升趋势，如图1。当处理温度从21℃下降到0℃时，相对电导率上升比较缓慢，0℃～-10℃时，上升较为显著。5℃时较常温变化最小，增幅因品种而异，最大自元为40.20%，最小三台为2.45%，且相对电导率在16.41%～24.72%；0℃时，自元较常温增长幅度最大，高达79.67%；-5℃时，自元相对电导率最大，为48.97%，远高于其他品种（均在30%～40%），说明此时低温对自元膜伤害的程度较其余品种大；-10℃时，漾濞泡核桃、自元、三台的相对电导率均达到50%以上，而强特勒最小，只有38.52%，说明此时大部分品种的细胞膜损伤较重。由图1 可以直观地看出自元一直处在较高水平，说明其抗寒性最差。

图1 低温胁迫下各核桃品种叶片相对电导率的变化

2.2 各核桃品种叶片半致死温度的确定

不同低温条件下各参试品种的相对电导率变化与Logistic 方程的变化规律一致，Logistic 回归方程为：Y=K/(1+a ebx)。通过回归分析确定方程的拐点温度(LT50)即为核桃的半致死温度[15-16]。该方程中，Y 为细胞伤害率，t 表示胁迫温度，a、b、K 是方程的参数。求此方程的二阶导数且设定其值为零，得出曲线拐点时t 值大小，即t=(ln a)/b，也就是半致死温度(LT50)[17]。

供试材料的Logistic 方程、拟合度和半致死温度如表1 所示。由表1 可知，所有参试品种的Logistic 方程拟合度R2都大于0.9，达到显著水平。半致死温度差异较大，最大值与最小值之间相差9.48℃，其中强特勒的半致死温度达到-16.37℃，抗寒能力最强，丽53 的半致死温度为-16℃，抗寒能力较强，仅次于强特勒，自元的半致死温度只达到-6.89℃，抗寒能力最差，半致死温度高于-10℃的除自元外，还有漾濞泡核桃和三台，分别为-9℃和-9.47℃，抗寒性较差。根据半致死温度，得出12个核桃品种抗寒性从强到弱依次为：强特勒＞丽53 号＞哈特利＞云新高原＞云新306＞云新云林＞云新301＞铁核桃＞维2 号＞三台＞漾濞泡核桃＞自元。

表1 低温处理后各品种Logistic 方程及半致死温度

3 结论与讨论

根据1970年Lyons 和Raison 提出的低温伤害来源于“质膜相变”这一假说，可知细胞膜最先遭受低温伤害，透性发生变化，以致增大了电解质渗出率[18]。而细胞膜内电解质渗出率常常使用低温伤害前后相对电导率表示，相对电导率与植物抗寒性呈显著负相关，即电导率越大，植物抗寒性越差。本研究是利用人工模拟低温条件，测定云南省12个核桃品种幼苗叶片的相对电导率。不同核桃品种离体叶片经低温处理后，变化趋势一致，随胁迫温度的降低，相对电导率均呈现上升趋势，但品种不同，变化曲线各异，这与前人的研究结果一致[19-21]。

Sukumaran[22]等认为，当电解质渗出率为50%，此时温度刚好与组织的半致死温度（LT50）相同，可以把此时温度当作组织的半致死温度（LT50）。Rajeshekevar[23]指出，Logistic 曲线很好地表示了低温对生物膜的损害过程，可以把曲线的拐点当作半致死温度(LT50)。朱根海[24]等把此方法进一步改善，使其成为能够消除本底影响的细胞膜伤害率，同时证明了LT50能够无误地表达出植物的抗寒性。前人在研究茶树[25]、油茶[26]、葡萄[27]等植物的基础上，得出LT50与植物抗寒性强弱呈显著负相关，即LT50越大，植物抗寒性越差，本研究也得出相同结论。由LT50大小可得，核桃品种抗寒性大小依次为：强特勒＞丽53 号＞哈特利＞云新高原＞云新306＞云新云林＞云新301＞铁核桃＞维2 号＞三台＞漾濞泡核桃＞自元。该结果和自然降温条件下田间观测结果一致。电导法配合Logistic 方程对12个核桃品种的抗寒性鉴定结果，能够比较准确的反映出核桃抗寒性的强弱。

由于条件限制，本试验仅研究了人工低温胁迫下云南省12个核桃品种（无性系）1年生幼苗的离体叶片，并且只是测定其相对电导率和半致死温度等较少量的指标。除此之外，多方面的因素共同影响着核桃的抗寒性问题，且其生理过程也是极其复杂的。因此，要想进一步研究其抗寒机能，不仅需要测定其他组织器官，还要结合室外自然低温的变化情况，并综合其他生理生化指标等全面评价其抗寒性。

[1]郗荣庭，张毅萍.中国果树志·核桃卷[M].北京:中国林业出版社，1996.

[2]张雨，董润泉，习学良.云南核桃种质资源现状及开发利用[J].西北林学院学报，2004，19(2):38-40.

[3]韩玉虎，王 勇，程 慧，等.金薄香核桃枝条电导率的测定[J].华北农学报，2007，22(1):56-58.

[4]相 昆，张美勇，徐颖，等.不同核桃品种耐寒特性综合评价[J].应用生态学报，2011，22(9):2325-2330.

[5]陈金海，罗仁仙.晚霜与冰雪灾害对核桃产业的影响及应对措施[J].经济林研究，2011，29(2):119-123.

[6]王三省，蔡宗科，李让乐，等.麟游、陇县核桃低温冻害调查及预防措施[J].陕西林业科技，2011，(3):20-22.

[7]马 明，杨克强，孙彩玲，等.清水地区核桃品种(品系)引种表现评价[J].经济林研究，2006，24(3):21-24.

[8]秦国新，高美英，赵红兵.提高核桃越冬性的育种和栽培学途径[J].山西果树，2004，(3):33-34.

[9]王 贵.核桃新品种应用及区域适应性初步评价[A].山西省林业科学研究所.全国核桃生产、科研及产业化研讨会论文汇编[C].太原:山西省林业科学研究所，2004.113-121．

[10]都 婷，张 强.基于山西省农户核桃树种植管理调查研究[J].山西农业科学，2010，38(4):80-83.

[11]Thomashow M F.Plantcold acclimation:freezing to tolerancegenesand regulatory mechanisms[J].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol.，1999，（50）:571-599.

[12]陈秋芳，陈 冲，马碧虎，等.4种甜樱桃砧木的抗寒生理特性研究[J].山西果树，2013，(6):3-5.

[13]孔祥生，易现峰.植物生理学实验技术[M].北京:中国农业出版社，2008.248-250.

[14]时 朝，王亚芝，刘国杰.应用Logistic方程确定5种苹果枝条的半致死温度的研究[J].北方园艺，2013，(2):36-38.

[15]马锦林，张日清，叶 航，等.香花油茶的半致死温度与耐寒耐热性[J].经济林研究，2013，31(1):150-175.

[16]夏莹莹，叶 航，马锦林，等.4个油茶品种的半致死温度与耐热性研究[J].中国农学通报，2012，28(4):58-61.

[17]李小琴，彭明俊，段安安，等.低温胁迫对8个核桃无性系抗寒生理指标的影响[J].西北林学院学报，2012，27(6):12-15

[18]简令成.植物抗寒生理的研究进展[J].植物学通报，1992，(3):17-25.

[19]王 勇，宋宇琴，田建保，等.核桃枝条电解质渗出率与抗寒性的关系[J].江西农业大学学报，2007，29(2):230-233.

[20]谢晓金，郝日明.南京地区引种的24种常绿阔叶树种耐寒性比较[J].浙江林学院学报，2006，23(3):285-289.

[21]TomaszA,OrvilleML.SeasonalchangesincoldhardinessofRhododendron L.catwbienseboursauh,grownundercontinuousandperiodicwaterstress[J].Journal American Society Horticultural Science，1996，（121）：301-306.

[22]Sukumaran N P，Weiser C J.Method of determining cold hardiness by electricalconductivity in potato[J].HortScience，1972，(7):467-468.

[23]Rajeshekevar C.,et al.Frost damage in hardy herbaceous species[A].Lyons JM.Low temperature stress in crop plants-the role ofmembrane[C].New York:Academic Press，1979.255-274.

[24]朱根海.应用Logistic方程确定植物组织低温半致死温度的研究[J].南京农业大学学报，1986，(3):11-16.

[25]张翠玲，王 玉，丁兆堂，等.茶树无性系品种抗寒性的LT50研究[J].山东农业科学，2013，45(6):24-25.

[26]曾雯珺，江泽鹏，陈 伟，等.广西油茶主栽无性系低温半致死温度与耐寒性研究[J].中国农学通报，2013，29(4):23-25.

[27]张 倩，刘崇怀，郭大龙，等.5个葡萄种群的低温半致死温度与其抗寒适应性的关系[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2013，41(5):149-154.