基于Logistic方程分析方法的木瓜属观赏植物耐寒性研究

唐雯 陈健妙 左金富

摘要：为了对木瓜属（Chaenomeles）观赏植物耐寒性进行研究，选择3种不同的木瓜树种为研究对象，研究其在9月至次年1月的含水量、淀粉含量、可溶性糖、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和相对导电率等生理生化指标。利用Logistic方程拟合求解半致死温度，并通过隶属函数法计算隶属均值，综合评价其耐寒性。结果表明，随着抗寒性的提高，3种木瓜树种可溶性糖含量、POD活性和SOD活性均提高，与抗寒性的变化趋势相同;3种木瓜树种茎的抗寒能力强弱顺序为日本木瓜<皱皮木瓜<光皮木瓜。

关键词：木瓜属（Chaenomeles）;观赏植物;耐寒性;Logistic方程

中图分类号：S661.6         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）06-0108-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.022           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on cold resistance of Chaenomeles ornamental plants

based on Logistic equation analysis

TANG Wen1，2a，CHEN Jian-miao2b，ZUO Jin-fu1，WANG Yang1，WANG Chao-yang1，HUANG Fang-wei1

（1.Hainan College of Vocation and Technique，Haikou 570216，China;

2a.School of Life and Pharmaceutical Sciences;2b.College of Tropical Crops，Hainan University，Haikou 570228，China）

Abstract： In order to study the cold tolerance of ornamental plants of the genus Chaenomeles， three different types of Chaenomeles trees were selected as research objects， and their water content， starch content， soluble sugar， and peroxidase（POD）， superoxide dismutase（SOD） and relative conductivity and other physiological and biochemical indicators from September to January of next year. Then the Logistic equation was used to solve the semi-lethal temperature， and the membership mean was calculated by the subordination function method to comprehensively evaluate its cold resistance. The results showed that with the increase of cold resistance， the soluble sugar content， POD activity and SOD activity all increased， and the change trend was the same as that of cold resistance. The cold resistance of the stems of the three tree species was Chaenomeles japonica （Thunb.） Lindl. ex Spach

Key words： Chaenomeles; ornamental plant; cold tolerance; Logistic equation

木瓜屬（Chaenomeles）植物为落叶的灌木或小乔木，其凭借花色鲜艳美丽、花形优美多姿，一直为园林绿化中非常重要的观赏植物[1，2]。但是当温度过低时会严重影响其生长速度、花色和花形，严重时甚至会引起死亡[3，4]。为了对其选育和养护管理的耐寒性提供理论指导和依据，本试验选择日本木瓜、皱皮木瓜和光皮木瓜8年生植株作为样本进行研究，选择冬季9月至次年1月作为研究时段，测定茎的含水量、淀粉含量、可溶性糖、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和相对导电率等生理生化指标。将得到的生理生化指标基于Logistic方程[5-7]拟合半致死温度，然后对其耐寒性进行分析，通过隶属函数法求解隶属均值[8]，然后综合评价其耐寒性。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验田位于河北省邯郸市红旗苗圃基地，其属于温带大陆性气候，年平均气温为12.6 ℃，年平均降水量为499.65 mm，一年四季气候变化较为明显，冬季干燥寒冷，夏季高湿高温。试验材料选择长势良好，位于红旗苗圃基地的日本木瓜[Chaenomeles japonica（Thunb.） Lindl. ex Spach]、皱皮木瓜[Chaenomeles speciosa （Sweet） Nakai]和光皮木瓜[Chaenomeles sinensis（Thouin） Koehne]8年生植株。选择上述3种树种无病害、生长良好、健壮的植株各10株，挂牌和编号，在取样时，试验材料选取每棵树10 cm以上的一年生枝条，枝条最好选取粗细和长势一致的。

2018年9月至2019年1月，每月15号进行一次取样，共取样5次，将取下后的枝条立即装入自封袋中，放入冰盒，然后尽快带回实验室，对茎的含水量、淀粉含量、可溶性糖含量、POD活性、SOD活性和相对电导率进行测定，为了保证试验的准确性，每个指标重复测定3次，取平均值。

1.2  测定低温半致死温度

参照文献[9]的方法，分别用清水和去离子水充分清洗试验材料，然后将样品放置于封口袋中，按照每个封口袋放置8个茎段，每个木瓜品种需要6个袋子，然后将处理温度标记在封口袋上，处理温度共设置6个（表1）。为了防止温度过低导致样品被冻死，需向袋子内喷洒少许去离子水，低温处理选择变温冰箱，降温的速率大小为6 ℃/h，到达试验需要的温度后保持4 h，然后将样品取出放置于4 ℃的冰箱24 h，对其相对电导率进行测定。

参照文献[10]的方法，采用愈创木酚法对过氧化物酶活性进行测定，采用氮蓝四唑法对超氧化物歧化酶活性进行测定，采用茚三酮法对脯氨酸含量进行测定，采用蒽酮比色法对可溶性糖与淀粉含量进行测定。参照文献[11]的方法，采用考马斯亮蓝法对可溶性蛋白含量进行测定。

对样本的含水量进行测定，选用的方法为：将待测样本清洗，将表面污物取出，然后再用去离子水彻底冲洗，将表面离子去掉，将其擦干后称重，可得到其鲜重，然后将其放置在80 ℃烤箱中进行48 h的烘干，取出后再在干燥皿上干燥24 h，对其称重可得到其干重，然后对样本含水量进行计算。

1.3  统计和分析

基于Logistic方程，采用SPSS 19.0软件对其半致死温度（LT50）进行计算。当抗寒性在95%置信区间内没有出现重合，这表示半致死温度差异显著。当完成生理指标含量计算后，对重复的标准误差和均值进行计算，然后分析抗寒性及生理指标的相关性，利用隶属函数法对各个树种的抗寒性进行综合评价。计算公式为式（1）、（2）。假如抗寒性与生理指标呈正相关，则：

式中，X、Xmax和Xmin分别为各项生理指标的平均值、最大值和最小值。将3个树种在抗寒性研究期间的各项生理指标隶属函数相加并求其平均值，隶属函数的平均值越大，其抗寒性就越强。

2  结果与分析

2.1  抗寒性变化

在抗寒性测试期间，3个试验树种温度处理与电导率变化趋势的关系为温度越低，3个试验树种的电导率均不断增大。基于电导率拟合方程对3个树种的半致死温度进行计算。由表2可知，在9月和10月，3種树种受环境温度的影响较小，抗寒性相差不大。在11月，由于外界温度的迅速降低，其抗寒性明显变强。在12月时，日本木瓜茎和皱皮木瓜茎的抗寒性达到最大值，半致死温度分别为-29.312、

-32.213 ℃，其中抗寒性最强的为皱皮木瓜，光皮木瓜与皱皮木瓜的抗寒性相近，到1月光皮木瓜茎的抗寒性达到最大。在测试末期，光皮木瓜的抗寒性最强，其次为日本木瓜，皱皮木瓜的抗寒性较差。

2.2  淀粉含量变化

由图1可知，在试验期间3种树种的茎淀粉含量的变化随着温度的降低而降低。其中，在10月和11月，光皮木瓜的茎淀粉含量低于日本木瓜和皱皮木瓜。光皮木瓜随着时间的推移其淀粉含量稳定降低。而皱皮木瓜和日本木瓜在前期茎的淀粉含量较为稳定，后期减少的速率较快。在1月时，3种树种的茎淀粉含量均达到最低值，分别为日本木瓜2.382%、皱皮木瓜2.467%和光皮木瓜1.981%。

2.3  可溶性糖含量变化

图2为3种木瓜树种可溶性糖含量随时间的变化。3种木瓜树种在9至12月之间，可溶性糖含量均随着温度的降低而增加，在12月达到最大值，而后随着温度的降低可溶性糖含量减小。

2.4  POD活性变化

图3为3种木瓜树种POD活性随着时间的变化。与可溶性糖变化规律相似，均为9—12月随着温度的降低POD活性不断增大，在12月达到最大值，而后随着温度的降低POD活性降低。在9月3种树种的POD活性均为最小，其中日本木瓜的POD活性为59.80，明显高于皱皮木瓜和光皮木瓜;在12月时，3种树种的POD活性均达到最大值，其中皱皮木瓜最大，其次为光皮木瓜，日本木瓜最小。

2.5  SOD活性变化

图4为3种木瓜树种SOD活性随时间的变化。总体上来说，与可溶性糖和POD变化规律相似，均为9—12月随着温度的降低SOD活性不断升高，在12月达到最大值，而后随着温度的降低SOD活性降低。在9月，光皮木瓜的SOD活性为131.10，明显低于其他2个树种;12月光皮木瓜的SOD活性最高。

2.6  含水量变化

图5为3种木瓜树种含水量随时间的变化。3种树种均随着温度的降低，其含水量不断减小。在9月，3种木瓜树种的含水量基本相同，其中光皮木瓜随着温度的降低，其含水量急剧减小。而日本木瓜和皱皮木瓜的变化规律为9—10月随着温度的降低，含水量减小较快，但10月至次年1月则趋于稳定，变化较小。在1月，3种树种的含水量均达到最小值，其中光皮木瓜的含水量最小，其次为日本木瓜，皱皮木瓜最大。

2.7  抗寒性综合评价

利用SPSS 19.0软件分别对3种木瓜树种的生理指标的相关性进行分析，可得抗寒性与生理指标之间的相关系数和相关性。由表3可知，3种木瓜树种的淀粉含量与抗寒性均呈负相关，其中对于皱皮木瓜来说，其淀粉含量与抗寒性之间呈显著负相关。3种木瓜树的含水量与抗寒性均呈负相关，其中光皮木瓜的含水量与抗寒性呈显著负相关。3种木瓜树的可溶性糖含量与抗寒性均呈正相关，其中皱皮木瓜为显著正相关。3种木瓜树的POD活性与抗寒性均呈正相关，其中日本木瓜和皱皮木瓜为显著正相关。SOD活性也与抗寒性呈正相关，其中皱皮木瓜和光皮木瓜为显著正相关，而日本木瓜为极显著正相关。

为了进一步综合评价不同木瓜树种的抗寒性，可以基于各项生理指标对其进行综合评价，根据不同指标与抗寒性之间的相关性关系，采用隶属函数公式对不同树种的隶属函数均值进行求解，其均值越大表明抗寒性越好，具体结果如表4所示。由表4可知，抗寒性最好的为光皮木瓜，其次为皱皮木瓜，最差的为日本木瓜。

3  小结

3种木瓜均随着温度的降低其抗寒性逐渐增强，其中日本木瓜和皱皮木瓜于12月达到最强的抗寒性能，半致死温度分别为-29.312、-32.213 ℃，日本木瓜的抗寒性弱于皱皮木瓜，两者半致死温度相差2.901 ℃。而光皮木瓜茎在1月的抗寒性达到最强，半致死温度为-32.663 ℃。在试验期间，随着抗寒性的提高，各木瓜树可溶性糖含量、POD活性和SOD活性均升高，与抗寒性的变化趋势相同。基于隶属函数法对不同树种的抗寒性进行综合评价可知，3种树种茎的抗寒能力强弱顺序为日本木瓜<皱皮木瓜<光皮木瓜。

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