基于导水率对花椒品种抗寒性的评价

刘胜元 张春梅 许平 王华田 刘秀梅

摘要：为评价不同花椒品种枝条的抗寒性，通过低温胁迫模拟试验，测定6个不同花椒品种枝条导水率，阐明导水性指標在低温胁迫下的变化，探讨不同花椒品种枝条的抗寒能力。结果表明，随着温度降低，各花椒品种枝条导水性能均有不同程度下降。运用Logistic曲线方程计算得到各花椒品种枝条的木质部半栓塞温度LT50为-5.35！ -33.47℃，其中‘狮子头’的LT50最低，‘黄盖’的LT50最高。隶属函数评价结果表明，6个花椒品种枝条的抗寒能力为‘狮子头’>‘西农无刺’>‘少刺大红袍’>‘黄盖’>‘无刺椒’>‘仡劳无刺’。因此，花椒种植可根据枝条的抗寒情况合理布局品种。

关键词：花椒;低温胁迫;抗寒性;导水率;Logistic方程;隶属函数评价

中图分类号：S573.01 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2021）12-0058-06

花椒（ZanthoxylumbungeanumMax.）为芸香科花椒属落叶小乔木，原产于中国，有悠久的食药历史。具有根系浅、须根多、侧根发达、耐干旱瘠薄、生长迅速且结果早等特点，已成为许多农民发家致富的支柱性产业，同时也是水土保持和医疗药用的先锋树种之一[1]。

木质部栓塞是木本植物中由水分胁迫、低温等逆境因子诱发的一种普遍现象，最常见的是水分不足引起的干旱栓塞，低温引起的冻融栓塞在中高纬度地区或高山植物中常见，均能造成木质部导水率降低，影响植物体内水分运输，从而影响植物的生长发育和生产能力[2，3]。一般情况下，气温越低，木质部栓塞程度越高[2]。负压充水作为一种新型的洗脱处理技术，可以通过压力使木质部导管内部充分充水，使植物插穗在扦插时处于水分饱和状态，可显著提高插穗的成活率[4，5]。

目前对花椒抗寒性的研究大多集中在嫩梢枝叶的生理生化指标，常忽视对枝条生长状况的评价，而花椒枝条在逆境下易发生水分亏缺，造成木质部栓塞，因木质部枝条失水导致的枯死现象频发[3，6];而且前人进行的木质部栓塞试验，多利用苗圃幼苗、盆栽幼苗作为研究材料，少有对大田自然状态下多年生花椒进行试验的，以花椒枝条为试验材料的研究报道也较少[7，8]。因此，有必要对不同低温条件下大田花椒枝条栓塞程度进行研究，以了解外部低温胁迫对枝条导水能力的影响。

由于植物抗性评价存在多因素影响的复杂性，仅用单一指标难以全面评价其抗寒能力，在实际研究中常利用模糊隶属函数法基于多个生理生态指标进行综合评价[9，10]。目前该方法已广泛应用到如苹果[11]、胡枝子属（Lespdisza）[12]等植物的抗性评价中。本研究基于不同花椒枝条在低温胁迫后的木质部栓塞程度，通过分析未充水导水量、充水饱和导水量、未充水导水率、充水饱和导水率等特征，获得不同品种花椒在低温胁迫后的导水情况，并采用隶属函数法评价6个花椒品种的抗寒能力，以期为花椒枝条抗寒性评判及筛选抗寒性强的品种提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与试验材料

试验地位于山东省邹城市现代林果科技研究院（E117°12′，N35°42′），海拔150m，属暖温带半湿润大陆性季风气候。市域东西气温差异明显，东部山地丘陵区气温偏低，低温可达-16℃，寒潮现象频发。

6个花椒品种分别为山东农业大学选育的‘少刺大红袍’、陕西韩城市的‘无刺椒’和农家品种‘黄盖’、陕西省林业技术推广站与陕西韩城市花椒研究所选育的‘狮子头’、西北农林科技大学选育的‘西农无刺’和‘仡劳无刺’。试验材料均来自大田三年生花椒树。

1.2 试验设计与方法

于2021年1月中下旬，选择生长健壮且长势一致、无病虫害、管理条件一致的花椒母树，采集其上部外围当年生健壮、粗度相近且均匀完整的3个枝条，从中部截取20cm枝条并在两端做封蜡处理防止失水，4℃保存并带回实验室备用。

将枝条装入自封袋后置于高低温湿热恒温培养箱（BAGW-100，无锡博奥试验设备有限公司）进行模拟低温胁迫处理，处理温度分别为4℃（CK）及0、-5、-10、-15、-20℃。每个温度处理分别进行，处理时间均为12h，重复3次。为避免瞬时降温过多导致植物应激性强烈，试验以4℃·h-1降温速率梯度降低至设定温度，恒定12h后再以相同速率升至室温。

低温胁迫完成后去掉两端的封蜡，剪取部位相同的枝段10cm，将底部插入蒸馏水中平衡1h，然后放置在负压冲洗器（V-0.12/8，莱芜恒锐农林科技有限公司）中洗脱处理，洗脱压强为0.08MPa，洗脱液为0.01mol·L-1的柠檬酸溶液，洗脱10min后使枝条充分水饱和。将枝条生长上端剪为平切口，下端剪为马耳形切口，留下均匀的木质化部分。将马耳形一端插入导水率测定仪（40S，无锡市洛社万鑫设备厂）的橡胶管中，用螺纹丝箍紧密闭;平切口一端插入已知重量的50mL离心管中，以0.01mol·L-1柠檬酸溶液为冲洗液，导水率仪压强设为0.08MPa，导水时间10min，测定未充水导水率及充水后的最大导水率。

1.3 评价指标

1.3.1 导水率损失百分数 以导水率损失百分数（%）来衡量木质部栓塞程度，计算公式如下：

1.4 数据处理与分析

采用MicrosoftExcel2010和IBMSPSSStatistics22进行数据处理及统计分析（ANOVA显著性检验）。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对不同品种花椒枝条木质部导水率的影响

木质部栓塞程度可用于衡量植物耐受低温胁迫的程度，栓塞程度越低，导水率越高，植物受低温胁迫的影响越小[2]。结果（表1）显示，各花椒品种在低温胁迫后的未充水导水率、充水饱和后导水率均随着温度的降低而下降，除-5℃和-10℃间未充水导水率差异不显著外，各低温处理间两种导水率均差异显著。4℃低温胁迫下各花椒品种间比较，未充水导水率最高的是‘少刺大红袍’（0.103g·cm-2 ·s-1），‘无刺椒’（0.051g·cm-2·s-1）最低;-20℃胁迫时，‘狮子头’和“西农无刺”的未充水导水率较高，达到0.025g·cm-2 ·s-1，‘仡劳无刺’和“少刺大红袍”的最低，为0.014g·cm-2 ·s-1。充水饱和后导水率在4℃时以‘黄盖’最高（0.214g·cm-2 ·s-1），‘无刺椒’最低（0.115g·cm-2 ·s-1）;在-20℃时以‘狮子头’最高（0.028g·cm-2 ·s-1），‘仡劳无刺’最低（0.019g·cm-2·s-1）。

枝条木质部导水率损失百分数与低温历时和导管输水能力有关。6个花椒品种的导水率损失百分数总体来说有随温度降低而降低的趋势;4℃时导水率损失百分数在43.01% ～70.88%之间，表现为‘黄盖’>‘仡劳无刺’>‘西农无刺’>‘无刺椒’>‘少刺大红袍’>‘狮子头’;-20℃时，导水率损失百分数在4.68% ～45.46%之间，表现为‘少刺大红袍’>‘仡劳无刺’>‘无刺椒’>‘狮子头’>‘西农无刺’>‘黄盖’。表明温度越低导管输水能力越差，导水率损失减小。

2.2 低温胁迫下不同花椒品种枝条的半栓塞温度

以温度为自变量、充水饱和后导水量为因变量对低温胁迫下花椒枝条的木质部栓塞程度进行Logistic拟合，结果（表2）显示，各花椒品种的拟合方程的R2均在0.9000左右，达到极显著水平，说明用Logistic方程可以很好地拟合其木质部栓塞情况。随着温度的降低，导水量逐渐变小，木质部栓塞逐渐加重。试验过程中，在低温胁迫初期导水量大幅下降，木质部急剧退化;在低温胁迫末期，木质部导管栓塞达到一定的耐受阈值后，导水量下降幅度有所放缓。不同花椒品种间木质部栓塞程度有明显差异，半栓塞温度（LT50）表现为‘黄盖’>‘少刺大红袍’>‘仡劳无刺’>‘西农无刺’>‘无刺椒’>‘狮子头’。这表明以半栓塞温度为主要参数，‘狮子头’‘无刺椒’枝条抗低温冻害能力较强，‘西农无刺’‘仡劳无刺’枝条抗冻害能力中等，‘少刺大红袍’‘黄盖’枝条抗冻害能力较弱。

2.3 导水相关指标与温度、品种间的相关性分析

采用SPSS22.0中双变量相关性分析对导水指标与温度、品种间的相关性进行分析，结果（表3）表明，未充水导水量、充水饱和导水量、未充水导水率、充水饱和导水率均与温度呈极显著正相关（P<0.01），但与品种之间相关不显著。说明温度是影响花椒导水能力的主要因素，因此主要在温度方面评价花椒枝条的抗寒性。

2.4 不同花椒品种的抗寒性评价

采用隶属函数法对6个花椒品种的抗寒能力進行综合评价，结果（表4）显示，‘狮子头’的综合评价值最高，为0.930，抗寒能力最强;其余品种的抗寒能力依次为‘西农无刺’> ‘少刺大红袍’>‘黄盖’>‘无刺椒’>‘仡劳无刺’。

3 讨论与结论

温度会影响植物的生长发育，低温严重时可导致植物生长停滞甚至死亡[16，17]。有研究表明，植物木质部导水能力与木质部导管有关，导管的输水效率与温度密切相关[18，19]。正常情况下木质部几乎没有栓塞，输水能力强，其初导水率及饱和导水率高[20]。根据内部应力学说，正常情况下植物木质部导管水分保持在一定的负压环境下，当外部胁迫增强时，木质部导管张力增大，当张力大于木质部导管原有压力时就会产生空穴栓塞[21]。低温胁迫可破坏植物枝条细胞中原生质体，导致水分流失，并使导管失水栓塞[22]。木质部栓塞会直接导致枝条输水能力降低，从而影响植物上部供水，进一步影响植物正常的生理生长，严重时可导致植物死亡[23]。因此，温度、品种等因子对木质部栓塞程度有重要影响[24]。本试验结果表明，不同程度低温胁迫均对各花椒品种的枝条导水性能产生抑制作用，低温胁迫越重，枝条导水率越低;在相同低温胁迫下，不同品种间导水率存在差异;但温度是导致花椒木质部栓塞的主要因素。

试验中采用的“冲洗法”可在一定程度上反映木质部输水结构的差异，具有优良抗逆性的品种在逆境胁迫改善后，木质部内可以分化产生新的输水分子，更能恢复到较好水平，从而保障植物体次年生长的需水要求[25，26]。本研究采用隶属函数法对6个花椒品种的抗寒能力进行了评价，结果表明‘狮子头’的抗寒能力最强，其次为‘西农无刺’，‘少刺大红袍’‘黄盖’‘无刺椒’的抗寒能力居中，‘仡劳无刺’最低。

本试验采用枝条木质部负压充水方法对低温胁迫后花椒木质部栓塞情况进行研究，模拟反映了枝条在低温情况下的导水情况，相比于传统的植物生理测定方式，该方法处理时间短，结果可信度较高。在实际生产中，本试验方法可为不同气候区的花椒品种及椒园管理提供辅助验证，以采取合理的预防应对策略。在低温试验中，发现‘狮子头’和‘西农无刺’的抗寒能力较强，在山东省秋冬降温剧烈地区，这或许是良好的抗低温优质花椒品种。另外，还可从导水效率和导管分布特征及导管间壁纹孔数量分析解读花椒枝条的生态气候适应性，综合考虑多种因素影响来评价花椒枝条抗低温能力。