10个竹子品种在山东自然寒冷条件下抗寒性评价

葛忠强，吴德军，2*，李春明，任 飞，李庆华，王因花，2，刘翠兰，2，燕丽萍，2

（1.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省林木遗传改良重点实验室，山东 济南 250014；3.海阳市林业工作站，山东 烟台 265100）

竹子是禾本科多年生常绿植物，大多喜温暖湿润气候，在地理分布上以南方为主[1]。通过“南竹北移”，不断驯化，一些抗逆性强的竹子品种在我国北方地区栽植数量也越来越多，种植范围越来越广。

“寒冷”和“干旱”是“南竹北引”所面临的主要问题。目前“南竹北引”的抗寒性问题研究主要集中在竹子品种的抗寒性评价、抗寒性品种筛选、抗寒性栽培技术等。在竹子品种的抗寒性比较和评价方面，采用植物抗寒性指标如酶活性（如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、膜脂过氧化产物丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、膜质通透性等[2]，对竹子品种的抗寒性做出比较和评价，筛选出适合当地气候的抗寒性竹子品种。本试验对所引种的10个竹子品种，采用测定叶片细胞液的SOD 活性、POD活性、MDA 含量、电解质导电率等四个指标分析评价引种竹子的抗寒性，比较筛选抗寒性竹子品种，为本地区的园林绿化、抗寒性竹子的良种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在山东淄博市沂源县国有毫山林场，位于山东省中部，土壤属褐土类型，气候属暖温带季风区大陆性气候，四季分明，常年平均气温11.9℃，一年中，最热月为7月，月均温为25.2℃，最冷月为1月，月均温-3.7℃，极端最低气温为-21.4℃。

1.2 试验材料

本试验选用的竹子品种是在2019年4月从南京林业大学引进的10 个观赏性比较强的竹子品种，分别是：长叶苦竹Pleioblastus simonii(Carr.)Nakai、矢竹Pseudosasa japonica(Sieb.et Zucc.)Makino、黄条金刚竹 Pleioblastus kongosanensis f.aureostriaus、菲白竹Sasa fortunei(Van Houtte)Fiori、鹅毛竹Shibataea chinensis Nakai、早园竹Phyllostachys propinqua McClure、黄槽竹 Phyllostachys aureosulcata McClure、福建茶竿竹Pseudosasa amabilis var.convexa、白夹竹 Phyllostachys bissetii（McClure）、黄杆乌哺鸡竹Phyllostachys vivax Mc-Clure f.aureocaulis N.X.Ma（见表1）。试验材料在2019年4月栽植在山东淄博的沂源林场，正常的施肥灌溉和田间管理，冬季在自然条件下越冬，于2020年1月15日取样测定各指标，同步观测记录各品种的越冬抗寒生长状况和当天的气温。

本研究中气温资料来自当地气象部门的气象观测，取样当天的日平均气温：-4.7℃，日最低气温：-10.3℃，日最高气温：2.4℃。10个竹子品种的属性及抗寒性表现观测结果见表1。

表1 引种的10个竹子品种材料

1.3 测定方法

取新鲜叶片，用自来水冲洗净表面污物，再用蒸馏水冲洗4-5 次，去掉中脉，用打孔器取叶圆片，混匀，称取0.5g 鲜样，加1mL 磷酸缓冲液（0.05 moL/L PH=7.8），冰浴研磨，研磨后再加入1 ml 缓冲液倒入离心管，再用2 mL 缓冲液冲洗研钵，倒入离心管中，平衡后低温（0-4℃）10000 rpm 离心后10 min 冷藏保存。分别取上清液20 uL 用淡蓝四唑唑（NBT）光还原法测定SOD 活性，取上清液20 uL 用愈创木酚法测定POD 活性，取上清液1 mL 用硫代巴比妥酸法测定MDA 含量，取上清液1 mL 采用电导法测定电解质导电率。

1.4 数据处理

植物细胞内的SOD 和POD 是植物体内酶促防御系统的组成部分，高的SOD、POD 活性可以有效清除寒冷造成的活性氧自由基，削弱寒冷引起的膜蛋白聚合和膜脂过氧化对细胞膜的伤害，其活性的高低标志着植物体抗寒性的强弱，在植物抗寒性评价中属正效应指标。而寒冷伤害下MDA 和相对电导率的增加则是植物体在受到过度的寒冷伤害时植物体产生的反应。其中MDA 是在过度寒冷伤害下产生的活性氧自由基超过植物体耐受阈值，造成细胞膜的不饱和脂肪酸形成脂氢过氧化物，再经进一步分解产生MDA，MDA 可以与蛋白质结合，并能引起蛋白质交联，进一步破坏膜结构。因此MDA 是植物体寒冷逆境伤害的产物，并能进一步加剧植物体伤害，MDA 含量越高，标志着植物体受到的寒冷伤害越严重，预示着植物体的抗寒能力越低。当植物体细胞膜由于寒冷伤害造成结构受损后，细胞膜的通透性增加，膜内物质渗透甚至穿透过细胞膜到达膜外的物质数量和种类增加，导致植物体粉碎液电解质电导性提高，电导率升高，因此，植物体粉碎液电解质的电导率或相对电导率升高，预示着植物体受到的寒冷伤害越严重，植物体本身的抗寒能力越低。所以，在植物体抗寒能力评价中，MDA 与电导率或相对电导率指标具有负效应。

为了消除不同指标数值数量级的差异，保证不同正负效应指标的数值同向变化对评价对象的一致性意义，需要对各指标数据做归一化处理。

本研究中采用极差归一化法对各指标数据做归一化处理。

正效应指标的归一化：

逆效应指标归一化：

其中，Xi,j：指标归一化后的数值；Xi,j：指标归一化前的数值；i：竹子品种排列序号，数值为1～10；j：4个抗寒性评价指标SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、电解质导电率的排列序号，数值为1～4，；Xmax、Xmin分别是各指标归一化前10个竹子品种测定值的最大值和最小值。

用Excel 进行试验数据的一般性处理，用SPSS 19.0 进行因子方差分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片SOD 活性差异

2.1.1 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片SOD活性的差异性表

10个竹子品种叶片SOD 活性测定结果显示（图1），10 个品种间SOD 活性由高到低的排列顺序为：黄条金刚竹＞福建茶竿竹＞早园竹＞长叶苦竹＞白夹竹＞鹅毛竹＞黄槽竹＞黄杆乌哺鸡竹＞菲白竹＞矢竹。

2.1.2 SOD 活性反映的不同竹子品种抗寒性差异

把10 种竹子SOD 含量测定结果按公式（1）做归一化处理（见图2），由图2 可以看出，由SOD 活性指标反映出的10个竹子品种抗寒性由高到低的排列顺序是：黄条金刚竹>福建茶竿竹>早园竹>长叶苦竹>白夹竹>鹅毛竹>黄槽竹>黄杆乌哺鸡竹>菲白竹>矢竹，其中黄条金刚竹的SOD 活性最高，其归一化处理值最高，该指标反映出的竹子抗寒性在10个品种中最强，与之相反，矢竹的抗寒性则是最低。

2.2 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片POD 活性的差异性表现

2.2.1 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片POD活性的差异性表

对10个竹子品种叶片内POD 活性的测定结果（图3）显示，10 个品种间POD 活性由高到低的排列顺序为：早园竹>白夹竹>鹅毛竹>菲白竹>黄杆乌哺鸡竹>福建茶竿竹>黄槽竹>黄条金刚竹>矢竹>长叶苦竹，早园竹的POD 活性最高，长叶苦竹的POD 活性最低。

2.2.2 POD 活性反映的不同竹子品种抗寒性差异

把10 种竹子POD 活性测定结果按公式（1）做归一化处理（见图4），由图4 可以看出，由POD 活性指标反映出的10个竹子品种抗寒性由高到低的排列顺序是：早园竹>白夹竹>鹅毛竹>菲白竹>黄槽竹>黄杆乌哺鸡竹>福建茶竿竹>黄条金刚竹>矢竹>长叶苦竹，其中早园竹的POD 活性最高，其归一化处理值最高，该指标反映出的竹子抗寒性在10 个品种中最强，其次是白夹竹，与之相反，长叶苦竹的抗寒性则是最低，其次是矢竹。

2.3 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片MDA含量的差异性表现

2.3.1 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片MDA 含量的差异性

对10个竹子品种叶片内MDA 含量测定结果（图5）显示，10 个品种间，叶片内MDA 含量由高到低的排列顺序为：福建茶竿竹>白夹竹>黄杆乌哺鸡竹>黄槽竹>早园竹>鹅毛竹>矢竹>菲白竹>黄条金刚竹>长叶苦竹，福建茶杆竹的MDA 含量最高，长叶苦竹的MDA 含量最低。

2.3.2 MDA 含量反映的不同竹子品种抗寒性差异

把10 种竹子MDA 含量测定结果按公式（1）做归一化处理（见图6），由图6 可以看出，由MDA 含量指标反映出的10个竹子品种抗寒性由高到低的排列顺序是：长叶苦竹>黄条金刚竹>菲白竹>矢竹>鹅毛竹>早园竹>黄槽竹>黄杆乌哺鸡竹>白夹竹>福建茶竿竹，其中长叶苦竹的MDA 含量最低，其归一化处理值最高，该指标反映出的竹子抗寒性在10个品种中最强，其次是黄条金刚竹，与之相反，福建茶竿竹的抗寒能力则是最低，其次是白夹竹。

2.4 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片电导率的差异性表现

2.4.1 不同品种的竹子自然寒冷条件下叶片粉碎液相对电导率的差异性

对10个竹子品种叶片电导率测定结果（图7）显示，10 个品种间，黄条金刚竹的叶片电导率最高，其次是福建茶竿竹的叶片电导率，鹅毛竹的叶片电导率最低。

2.4.2 相对电导率反映的不同竹子品种抗寒性差异把10 种竹子相对电导率测定结果按公式（1）做归一化处理（见图8），由图8 可以看出，由相对电导率指标归一化处理后的结果反映出的10个竹子品种抗寒性由高到低的排列顺序是：鹅毛竹＞白夹竹＞黄槽竹＞长叶苦竹＞矢竹＞黄杆乌哺鸡竹＞菲白竹＞早园竹＞福建茶竿竹＞黄条金刚竹，其中鹅毛竹的相对电导率最低，其归一化处理值最高，该指标反映出的竹子抗寒性在10 个品种中最强，其次是白夹竹，与之相反，黄条金刚竹的抗寒能力则是最低，其次是福建茶竿竹。

2.5 10个竹子品种抗寒性综合评价

2.5.1 10 个竹子品种的抗寒性因子分析

表2 主成分解释的总方差

对10个竹子品种的4 个抗寒性指标POD 活性、SOD 活性、MDA 含量、相对电导率的归一化处理值做主成分分析，以主成分累积方差贡献率（表）大于90%为依据，选取第一、二、三成分为解释主成分，根据各主成分因子贡献率大小，计算出各主成分权重：0.431、0.411、0.158，计算10个竹子品种的综合得分，并对10 个品种的综合得分按由大到小的顺序排序（结果见表7）。综合得分排序结果显示，鹅毛竹＞白夹竹＞菲白竹＞矢竹＞黄槽竹＞早园竹＞长叶苦竹＞黄杆乌哺鸡竹＞黄条金刚竹＞福建茶竿竹，由此可知，10 个品种中，鹅毛竹抗寒性最强，其次是白夹竹、菲白竹，最不抗寒的是福建茶杆竹，其次是黄条金刚竹、黄杆乌哺鸡竹和长叶苦竹。

表3 10个竹子品种抗寒性因子分析综合得分排序表

2.5.2 10个竹子品种的抗寒性类型划分

表4 10个竹子品种抗寒性类型划分

10个竹子品种抗寒性因子分析综合评价得分的平均值为0.000，方差为0.616，采用均值-方差法[3]把竹子抗寒性品种分成4 类，并根据10个竹子品种的抗寒性综合得分分成相应类型，类型划分依据及分类结果见表8。表8 显示，强抗寒性类型有1 个品种：鹅毛竹，一般抗寒性类型有7 个品种：白夹竹、菲白竹、矢竹、黄槽竹、早园竹、长叶苦竹、黄杆乌哺鸡竹，弱抗寒类型没有划分进品种，寒冷敏感性类型有2 个品种：黄条金刚竹和福建茶杆竹。

2.6 10个竹子品种抗寒性聚类分析

对10 个品种的SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、相对电导率4 个指标的归一化结果为聚类变量值，结合10 个品种的田间越冬的实际抗寒性表现，在SPSS 中做组间联接的系统聚类（图9）。聚类图显示，以20.0 为聚类参考线，10 个品种可分为抗寒性品种和寒冷敏感性品种两类，其中寒冷敏感性品种包括黄条金刚竹和福建茶杆竹，其他品种为抗寒性品种类型；以16.0 为聚类参考线，把抗寒性品种类型进一步分成2 个小类，第1 小类为较强抗寒性品种类型，包括早园竹、白夹竹、黄槽竹、黄杆乌哺鸡竹、菲白竹和鹅毛竹。第2 小类为弱抗寒性品种类，包括长叶苦竹和矢竹。以10.5 为聚类参考线，把较强抗寒性品种类型进一步分为2 类，即强抗寒性品种类型和较强抗寒性品种类型，其中强抗寒性品种类型包括早园竹和白夹竹，较强抗寒性品种类型包括黄槽竹、黄杆乌哺鸡竹、菲白竹和鹅毛竹等4 个品种。

3 结论与讨论

不同的竹子品种对不同抗寒性生理指标的反应各不相同，说明不同的竹子品种各有不同的抗寒性特点，分属不同的抗寒性类型。采用聚类分析法把10个竹子品种的抗寒性分成4 类，第1 类为强抗寒性品种类型，包括早园竹和白夹竹，第2 类为较强抗寒性品种类型，包括黄槽竹、黄杆乌哺鸡竹、菲白竹和鹅毛竹，第3 类为弱抗寒性品种类型，包括长叶苦竹和矢竹，第4 类为寒冷敏感性品种类型，包括黄条金刚竹和福建茶杆竹。在本次试验条件下，相对电导率指标要优于其他3 个指标。

竹子抗寒性评价结果受多种因素影响，一是竹子本身抗寒性潜力的影响，竹子“南竹北移”一方面可以考察引种竹子在当地的生态适应性，另一方面通过多地逐渐引种，可以逐步诱导激发竹子的耐旱抗寒性潜力，再结合适当的人工驯化手段，最终选择和培育出适应引种目的地的竹子品种。本试验在个别品种抗寒性评价上与本地类似研究结论略有不同[4-5]，其原因除了不同试验中的立地条件、局地小气候和人工抗寒措施的差异以外，还在于不同的引种试验中同一品种引种的源产地及其生活史不同。由于同一品种在较寒地区引种驯化后其抗寒性要高于相对较暖地区的引种驯化，因此竹子引种前的源产地和栽培生活史对竹子的抗寒性的影响不可忽视。植物引种驯化的“生态历史分析法”和达尔文的关于“植物史”与“植物生物学特性形成史”对植物引种驯化影响的观点均是强调了长期的生态环境影响、不同的地理生态适应对物种驯化和物种进化的意义[6-7]。因此，在做“南竹北引”品种耐旱抗寒性评价时，要调查好每一个竹子品种引种的一系列源产地或栽培生活史，分析该竹子品种的引种历史与生物学特性形成的历史，再把试验结果和同类研究结果做比较，才能分析得出比较恰当的结论。影响抗寒性评价的另一因素是评价的指标体系和评价方法，因此必须选择恰当的评价指标体系，并做好竹子在当地的实际越冬抗寒田间调查与评价，才能作出抗寒性评价的正确结果。