电导法结合Logistic 方程鉴定法国梧桐的抗寒性

王明逸，王利军

（1.北京交通大学附属中学，北京100044；2.中国科学院植物研究所，北京100093）

法国梧桐学名悬铃木（Platanus orientalis L.），又称法桐，原产于东南欧、印度及美洲。法国梧桐喜温暖、湿润环境，为阔叶落叶乔木，树干粗大，寿命长；叶大荫浓，树姿优美，具有超强的吸收有毒有害气体、抵抗烟尘、隔离噪音能力，且病虫害少[1]。由于法国梧桐具有良好的观赏和绿化性能，全国许多城市都将其作为主要绿化树，特别是北方城市，常常将其作为主要绿化树种，栽培界限一直向北移动。北京市内一些街道将法国梧桐作为行道树。王明逸等[2]调查结果显示，2012 年春季曙光花园周边人行道栽植的法国梧桐树的死亡率达24.67%；2013 年春季死亡率达13.3%。孙朝艳[3]报道，2002 年春天密云县檀西路、南更大街都栽植法国梧桐作为行道树，2003 年这2 条路树苗死亡均较严重，绿化效果较差。王建国等[4]报道，天津保税区等街道栽植的法国梧桐越冬死亡率达15%；1964 年，天津市曾在红桥区西青道种植大量行道树，均被冻死。

植物在受到低温胁迫伤害时，最先被冲击的是膜系统，低温引起细胞膜的收缩、膜脂相变、膜脂过氧化和冰冻造成的机械胁迫等，导致细胞膜半透性丧失，细胞内电解质外渗，且细胞膜损伤越严重，离子渗出率越高，因此，可通过测定电解质渗漏情况来确定植物的受害程度[5]。电导法是测定离体组织抗冷冻性的一种常规方法，相对电导率和细胞膜伤害率已广泛用于衡量植物抗冷冻性的量化描述指标[6]。低温半致死温度（Lethal temperature，LT50）通常指有50%及其以上试材没有发生冻死的最低温度。低温半致死温度作为植物抗寒性的生态指标，主要反映了温度和水分与抗寒性之间的数量关系。应用电导率法配合Logistic 方程求拐点温度能较准确地估计出植物组织的LT50，此法简便准确、拟合度好，应用范围广泛，在多种植物上应用均取得良好的效果[7-8]。目前，电导法配合Logistic 方程求低温半致死温度的方法广泛用于柑橘、佛手、葡萄、橡胶、茶树、玫瑰、榛子等植物品种间抗寒性研究[9-18]。

法国梧桐到底在北方城市适不适合栽植，首先应关注法国梧桐半致死温度是否低于引种城市的最低气温。查阅相关资料未见法国梧桐的低温半致死温度的报道。

本研究测定了北京市行道树法国梧桐的低温半致死温度，以期为法国梧桐在北方城市栽培界限向北延伸提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为北京市海淀区曙光花园小区周边行道树法国梧桐，所采枝条均为生长状况基本一致的1 年生枝条。

1.2 试验器材

电子天平（JA2603B，上海精科实业有限公司）；干燥箱（PH030A 型，上海一恒科学仪器有限公司）；磁力搅拌器（HJ-3，金坛市中正仪器制造有限公司）；pH 计（HI2221，意大利HANNA）；水浴锅（HWS-24，上海一恒科学仪器有限公司）；电导仪（HANNA EC215，意大利HANNA）。

1.3 试验方法

1.3.1 材料采集 2015 年12 月中旬，从发育正常的1 年生枝条第4 个芽开始，剪取40～50 cm 长的枝条，置于聚乙烯袋中，带回实验室。枝条用自来水、蒸馏水和重蒸馏水冲洗干净后，用纱布擦干，备用。

1.3.2 氯化钠溶液处理 为了模拟冬季融雪剂对法国梧桐的影响，利用0.5%的氯化钠溶液浸泡处理法国梧桐枝条24 h，同时以不处理作为对照。

1.3.3 低温处理 未处理和氯化钠处理的法国梧桐置于自封袋中，分别置于0，-5，-10，-15，-20，-25，-30，-35 ℃的低温冰箱中处理24 h，再以5 ℃/h 的速度升温至0 ℃，然后取出枝条，在室温下解冻1 h，用滤纸吸干水分，将冷冻后的枝条剪成0.5 cm 小段（不含芽部分）。

1.3.4 电导率的测定 分别称取处理和对照样本3 g 放于试管中，加入30 mL 无离子水，真空渗入10 min，静置12 h 左右。用电导仪测定浸提液的电解质渗出率；然后将样品密封置于沸水浴中煮1 h，静置12 h 左右，测定浸提液的电解质渗出率，其为细胞全部被破坏后浸提液的电解质渗出率，代表离体枝条细胞电解质总量。以自然条件下（0 ℃）的电解质渗出率为对照。每处理重复3 次。

式中，S1为初始电导率；S2为煮沸后电导率。

1.3.5 Logistic 回归分析 Logistic 回归分析参照王晓辉等[19]的方法进行。对试验数据（相对电导率）进行Logistic 回归分析，回归模型如下。

式中，y 为相对电导率，y1、y2、y3为测定结果中等距离的三点的相对电导率，拐点为d2y/dx2＝0 时的x 值，经求导简化可得如下公式。

Logistic 方程如下。

式中，y 为实测细胞伤害率；t 代表冷冻温度；K为细胞伤害率的饱和容量。因本试验中细胞伤害率消除了本底干扰，故K 值为100；a、b 为方程参数。为确定a、b 值，将Logistic 方程转化为式（6）。

令y′＝ln（K－y）/y，则转化成细胞伤害率（y′）与处理温度（t）的直线方程。通过直线回归求出a、b值及相关系数，对回归方程进行二阶导数变换得到方程曲线的拐点值，即为低温半致死温度（LT50）。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2003 和SAS 8.1 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同低温处理下电解质外渗率的变化

0.5%的氯化钠处理和未处理（对照）法国梧桐枝条经不同低温处理后，相对电导率呈现较为一致的变化趋势（图1），均随着低温处理温度的下降，法国梧桐枝条内相对电导率上升，0～-15 ℃相对电导率上升平缓；然后在-15～-25 ℃低温相对电导率急剧升高；之后又趋于平缓。但是，0.5%的氯化钠处理和未处理之间存在一定差异。由此说明，0.5%的氯化钠溶液处理对法国梧桐的耐寒性有一定影响。植物的细胞在致死性伤害出现之前，往往有一个从可逆到不可逆伤害的逐渐发展过程，在这一过程中，有的细胞有“修复”能力，因而整个组织在不同温度下电导率总是呈“S”形曲线，故用Logistic 方程进行拟合，与真实情况较为接近[6]。

2.2 法国梧桐枝条的Logistic 拟合方程和低温半致死温度（LT50）分析

经计算，法国梧桐0.5%氯化钠溶液处理枝条与对照枝条Logistic 方程参数a 值分别为3.313 483和3.234 906；b 值分别为-0.082 和-0.073；K 值为设定值100（表1）。因此，法国梧桐0.5%氯化钠处理枝条的Logistic 方程为y＝100/（1＋3.31e0.082t）（R2＝0.873**），表现出细胞伤害率（y）与处理温度（t）之间存在显著的直线相关关系，低温半致死温度为-14.61 ℃。

CK 枝条的的Logistic 方程为y＝100/（1＋3.23e0.073t）（R2＝0.832**），表现出细胞伤害率（y）与处理温度（t）之间存在显著的直线相关关系，低温半致死温度为-16.07 ℃。

法国梧桐0.5%氯化钠溶液处理枝条低温半致死温度高于对照，氯化钠是融雪剂的主要成分。因此，融雪剂导致法国梧桐低温半致死温度升高。

表1 用Logistic 方程求拟合度及半致死温度

3 结论与讨论

3.1 法国梧桐的低温半致死温度分析

低温对植物可造成生物膜系统损伤，目前细胞膜透性已作为检测植物耐寒性大小的一个重要指标[12，20]。电解质外渗率大小可反映出植物受害程度，低温胁迫下，抗寒性较差的植物膜透性增加速度较快。目前，利用电导法测定细胞膜透性已成为常规耐寒性的测定方法，为国内外研究者广泛应用，并获得了较为理想的结果[6-9]。本研究利用电导法结合Logistic 方程通过求拐点可计算出低温半致死温度，其表现出的差异可以用于衡量耐受低温的能力，且这种差异表现为拐点温度与抗寒力之间呈负相关趋势，拐点温度越低，表明其半致死温度越低，即该树种抗寒性越强[9]。结果的准确程度要进行Logistic 方程拟合度显著性检测，拟合度达显著水平时，计算出的结果才精确可靠。本试验中，拟合度结果均达到显著水平，故求出的LT50可信度较高。

3.2 北京市行道树法国梧桐死亡原因分析

笔者于2012，2013 年连续2 a 对法国梧桐的越冬死亡情况进行调查，结果显示，2012 年春季曙光花园周边人行道栽植的法国梧桐树的死亡率达24.67%；2013 年春天死亡率达13.3%[2]。冬天雪后城市道路撒融雪剂，消融的含有融雪剂的雪水流入树坑，对法国梧桐产生胁迫。王建国等[4]研究认为，天津市法国梧桐长势不佳或死亡主要是因为天津地区表层水偏碱，法国梧桐不耐盐碱，在含盐量较高的土壤中长势不佳。王付民等[21]研究认为，融雪剂可能是法国梧桐死亡的原因之一。本研究证明，盐处理低温半致死温度升高。综上所述，低温和融雪剂是北京市内行道树法国梧桐死亡的主要原因。

3.3 北京地区种植法国梧桐的越冬安全性分析

北京市气候属暖温带半湿润半干旱季风气候，1 月平均气温-7.5 ℃，2016 年城区最低气温-16 ℃，是近年来最低温度。本研究发现，法国梧桐的低温半致死温度为-16.07 ℃。北京1 月平均气温完全能满足法国梧桐的越冬要求，但若低于法国梧桐半致死温度，会对法国梧桐的生长发育产生不良影响。

融雪剂的主要成分是氯化钠。氯化钠溶液处理的法国枝条低温半致死温度为-14.61 ℃。作为行道树，冬季雪后使用融雪剂，遇上极端低温可能产生冻害。根据气象资料，结合本研究测定的半致死温度，法国梧桐在北京地区栽植特别是作为行道树，安全越冬存在较大风险。