不同配比基质对香合欢幼苗抗寒性的影响

王琨 袁高庆 林纬 赖家业

摘 要 采用正交试验法将天然土（A）、泥炭土（B）、珍珠岩（C）和椰糠（D）按不同的体积比例配成9种栽培基质，进行香合欢容器苗抗寒性研究试验。低温处理香合欢离体叶片后，测定相对电导率、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性，并拟合Logistic方程求出低温半致死温度（LT50），采用隶属函数法综合评价不同配比基质对香合欢抗寒性的影响。结果表明：不同基质下，香合欢幼苗LT50变化范围为-3.68～-0.88 ℃;依据隶属函数综合评价结果，筛选出最强抗寒性培养基质为N6基质，即A、B、C、D比例为1∶2∶0.5∶1。

关键词 香合欢;基质;容器苗;抗寒性

香合欢（Albizia odoratissima （Linn. f.） Benth）又称香须树（中国高等植物图鉴）、香茜藤（海南）、黑格（广东）和牛角森（广西），是豆科合欢属植物，分布于我国的广西、广东、云南、福建和贵州等地，以及菲律宾、马来西亚等国[1]。香合欢树干通直，心材占比大，木材硬度大，木材气干密度达0.843 g·cm-3，尺寸稳定性好，是制作高级家具、运动器材、雕刻及各种装饰的优质原材料[2]，因其具有根瘤和良好的固氮能力，对改良土壤、改善林间生态环境及提高单位面积蓄积量有良好的作用，是混交营林以及生态造林的先锋树种。随着对香合欢生态价值和商品价值认识的不断深入，营造香合欢人工林正在成为关注热点，市场对香合欢优质苗木的需求也在不断增加。因此迫切需要研究和推广香合欢优质苗木培育技术[2]。

容器育苗技术已被证明是培育优质苗木的重要技术之一。目前，筛选育苗基质普遍关注苗木生长指标和出圃率指标，而在对基质作为植物驯化成败的主导影响因子和苗木抗性的改良方面的研究却比较薄弱[3-4]。国内外关于不同基质对植物抗寒、抗旱性影响的研究已有报道[5-6]。

在香合欢容器育苗方面，仅见有不同基质对香合欢发芽影响的报道。罗群凤等[2]探讨了天然土、细沙、椰糠及泥炭土播种基质对香合欢种子发芽的影响，结果表明天然土和椰糠对芽苗根系和茎生长发育较好，但是天然土播种发芽率显著低于椰糠。在低温胁迫下，植物的生理生化变化表现在细胞膜系统受损、平衡渗透压和清除活性氧等多个方面。沈惠娟等[7]的研究结果发现，杉木幼苗叶电导率随处理温度的下降而增加。郑威等[8]对番荔枝幼苗进行室内控温实验，发现丙二醛（MDA）含量随温度降低呈先增后减的趋势。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等生理指标变化也被应用于文冠果[9]、风铃木[10]、闽楠[11]等树种的抗寒性鉴定。基于此，以天然土、泥炭土、椰糠和珍珠岩4种材料作为基质，采用4因素3水平正交试验法配制成香合欢容器苗栽培基质，进行香合欢容器苗抗寒性相关指标的分析试验，旨在探索出香合欢幼苗生长最适宜的栽培基质配比，以及香合欢抗寒性与栽培基质的关系，为香合欢优质苗木培育和香合欢人工林建设提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料香合欢种子于2018年11月采于广西国有雅长林场，采集的种子在4 ℃冰箱中保存。试验地点为南宁市广西大学农学院实验基地。2019年7月5日，挑选大小一致、无病虫害的种子用0.3%高锰酸钾溶液浸种15 min后置于育苗穴盘中播种。7月20日挑选生长相对一致的幼苗移栽到不同基质的容器中，共设11个处理，每处理20株苗，按常规进行浇水、除草。11月，各个处理随机选取5株标准苗，采集植株中部叶片分别测定抗寒指标，所有指标重复测定3次。

1.2 育苗基质配比设计

育苗基质采用天然土（A）、泥炭土（B）、珍珠岩（C）和椰糠（D），如表1所示，按不同体积倍數比例配制，按照正交设计法组成9种配方，另设天然土（CK1）与泥炭土（CK2）2个对照。基质充分混匀后装入容器袋待用，容器为加厚18 cm×26 cm的无纺布种植袋。

1.3 叶片电导率的测定及半致死温度

采用离体叶片低温处理法，将所采叶样分别用自来水和蒸馏水冲洗后擦干，装入自封袋。根据百色市极端低温达到过-5.3 ℃和香合欢在-2 ℃低温时不致受害[1]，设置5个温度梯度（3 ℃、0 ℃、-3 ℃、-6 ℃、-9 ℃），以11月南宁市室温（约20 ℃）作为对照。参照梁莉等[12]和赵栋[13]的试验方法略作改动，将自封袋放入低温冰箱中，以3 ℃·h-1的速率降温，降至所需温度后维持12 h，取出试验材料用滤纸吸干表面水分。用直径5 mm的打孔器打取60片叶圆片，分为3份放入50 mL烧杯中，加入20 mL蒸馏水。将50 mL烧杯放于真空泵内抽气30 min，取出后放在20 ℃的室温下浸泡1 h，用DDS-11A型电导仪测定浸泡液的电导值R1，测完后将烧杯放在沸水中水浴30 min，冷却至室温摇匀后测定浸泡液的电导值R2，计算相对电导率REC（R1和R2的比值）。

将低温胁迫下的相对电导率值与Logistic方程进行拟合，计算拐点温度即为半致死温度。Logistic方程如式1所示。

1.4 生理指标测定

参考Logistic方程求得的不同基质香合欢低温半致死温度介于-3.68～-0.88 ℃，香合欢低温胁迫生理指标测定试验将温度设定为4 ℃、-2 ℃及-6 ℃，以室温20 ℃为对照，试验材料处理法同上。MDA活性测定采用硫代巴比妥酸显色法[14];POD、SOD活性测定参照邹琦[15]实验中的方法;CAT活性测定参照杨兰芳等[16]实验中的方法。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2003进行数据统计，SPSS 19.0进行数据分析。运用隶属函数法综合各项指标进行抗寒性评价，计算公式如式2所示。

式中，X（fc）表示隶属函数值，X表示各种苗木某项指标测定值，Xmax、Xmin表示某项指标测定值所有供试苗木中的最小值和最大值;与抗寒性呈负相关的MDA采用反隶属函数计算，计算公式如式3所示。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对香合欢叶片相对电导率和半致死温度的影响

不同低温处理下，香合欢叶片相对电导率及低温半致死温度（LT50）见表2。由表可知，随着处理温度的降低，11种不同基质香合欢叶片相对电导率均呈现先缓慢升高、再快速升高、最后保持平稳（S型曲线）的变化趋势，说明不同基质香合欢叶片对低温胁迫的响应具有一致性;但不同基质香合欢叶片相对电导率差异性显著（P<0.05），拟合Logistic方程求出的LT50各不相同。

低温半致死温度（LT50）与抗寒性呈负相关关系，LT50值越低，说明植物抗寒性越强。根据LT50得出11种不同基质香合欢幼苗的抗寒性顺序为N6>N3>CK2>N9>N5>N4>N8>N7>CK1>N2>N1。不同基质香合欢幼苗的LT50差异较大，变化范围为-3.68～-0.88 ℃，基质处理间的差异达到显著水平，说明基于电导法的LT50可以很好地区分香合欢容器苗的抗寒性。

2.2 低温胁迫对香合欢叶片MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化作用的终产物，反映质膜损害的程度[17-18]。由表3可知，在室温20 ℃时，11种不同基质香合欢叶片的MDA含量差异显著（P<0.05），说明不同基质香合欢对外界栽培环境有不同程度的适应;随着温度的降低，不同基质香合欢叶片的MDA含量呈先上升后下降的趋势，均在-2 ℃出现峰值，说明香合欢受低温的影响，叶片细胞被破坏，产生物质的能力降低，因此呈下降趋势。在-2 ℃胁迫下，基质N1、N2、N7、N8、N9、CK1和CK2香合欢叶片的MDA含量较高，但是CK2的MDA含量变化幅度较小，仅为1.83 μmol·g-1。含量增幅最小的是基质N6，其次是基质N3和CK2，说明这3组基质培育的香合欢幼苗在低温胁迫下的膜脂过氧化程度较弱，抗寒性较强。

2.3 低温胁迫对不同基质香合欢叶片抗氧化酶活性的影响

从表4可知，随低温胁迫程度的加深，香合欢叶片的SOD、POD和CAT活性变化趋势均表现为先增后降。在低温逆境下，SOD、POD和CAT协同作用防御活性氧或过氧化物自由基对细胞膜系统的伤害，从而降低逆境对植物的伤害[17-18]。

11种不同基质香合欢叶片的SOD活性均在-2 ℃出现峰值，其中增幅最大的是基质N6，比常温下增加了59.09 U·g-1·min-1，基质CK2和N9次之。基质N1、N2及CK1香合欢叶片的POD和CAT活性在低温4 ℃时出现峰值且增幅小，其余基质在-2 ℃出现峰值且增幅较大。POD活性增幅最大的是基质N6，其次是基质N3和CK2，分别增加了69.43 U·g-1·min-1、55.79 U·g-1·min-1和42.47 U·g-1·min-1。基质N3的CAT活性增幅最大，为10.84 mg H2O2·g-1·min-1，其次是基质N5和N6，基质N2的增幅最小，仅占最大值的16.8%。综上可得，基质N6培育的香合欢幼苗在低温胁迫下SOD、POD和CAT活性增幅均较大，具有较强的抗寒性。

2.4 不同基质香合欢幼苗抗寒性综合评价

运用隶属函数法，以MDA、SOD、POD和CAT 4项抗寒生理指标从室温20 ℃到-6 ℃的增幅值来计算隶属函数值，根据隶属函数的总值对11种不同基质香合欢幼苗进行综合评价并排序，隶属度总值越大，抗寒性越强。从表5可以看出，11种不同基质香合欢幼苗抗寒性强弱依次为N6>N3>CK2>N5>N9>N4>N8>N7>CK1>N2>N1。

3 讨论与结论

本试验中，11种不同基质香合欢幼苗叶相对电导率均随温度的降低呈现上升趋势，是由于经过低温处理，植物细胞的生物膜发生物相变化，透性增大，电解质向膜外渗漏导致。相对电导率配以Logistic回歸方程求出的半致死温度（LT50）是应用最广泛、最能准确反映植物抗寒性的间接方法，已广泛应用于梨[19]、苹果和降香黄檀等[20]树木的抗寒性鉴定，如李俊才等[19]发现洋梨半致死温度与田间冻害级别极显著相关。此次试验发现不同基质培育的香合欢幼苗的LT50变化范围为-3.68～-0.88 ℃，基质处理间的差异达到显著水平，与罗诗等[21]用岩棉、粗砂和刨花为栽培基质进行黄瓜抗寒性实验得出岩棉栽培的黄瓜幼苗抗寒性较强相似，说明栽培条件影响植物抗寒性的强弱。

自由基伤害学说认为，植物在低温胁迫下，细胞自由基产生和清除的平衡被破坏而出现自由基的积累，过剩自由基会引起生物膜膜脂的过氧化作用，产生有毒的膜脂过氧化产物MDA;在生物进化过程中，植物体形成了防御活性氧毒害的酶促保护系统，包括SOD、POD、CAT，从而提高植物体清除自由基的能力，减轻或避免自由基积累对细胞造成的伤害[17-18]。组织内MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性等指标也在鉴定橡胶树[22]、相思树[23]及风铃木等林木抗寒性方面取得很好的应用效果。植物的抗寒生理过程受多种因素的影响，采用单一的指标难以反映其抗寒性本质，采用多个生理指标去衡量的隶属函数综合鉴定法更能准确判断植物的抗寒性[18]，这种方法已经广泛应用于板栗[24]、核桃[25]和杨树[26]等树木的抗寒性鉴定，且研究结果与果树田间抗寒性表现基本一致。此次试验采用隶属函数法综合MDA、SOD、POD和CAT 4个生理特性指标对11种不同基质香合欢幼苗进行抗寒性综合评价，抗寒性强弱结果依次为N6>N3>CK2>N5>N9>N4>N8>N7>CK1>N2>N1。

利用低温半致死温度（LT50）间接法和隶属函数综合法对11种不同基质香合欢幼苗抗寒性进行鉴定，发现两种评价结果除基质N5和N9排名顺序颠倒外基本一致，说明不同基质香合欢幼苗试验评价结果能够较为科学地评价和区分香合欢容器苗的抗寒性强弱。因此，筛选出基质N6（A、B、C、D比例为1∶2∶0.5∶1）为具有最强抗寒性的培养基质，其次是基质N3（A、B、C、D比例为0∶2∶2∶2）和CK2（泥炭土）。

香合欢苗木抗寒性评价是优质苗木评价体系的重要组成部分，对香合欢育苗、训化、引种及推广具有重要的理论价值和实践意义。要彻底了解不同基质香合欢苗木抗寒能力的稳定性，尚需结合造林实践情况进行评判。

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（责任编辑：刘昀）