王 洋 魏 丹 張梅蘭 馮志堅陳友光 張 耕
(1.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院,廣東 廣州 510520;2.南雄市林業(yè)科學(xué)研究所,廣東韶關(guān) 512400;3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué),廣東 廣州 510520;4.廣東如春生態(tài)集團有限公司,廣東 廣州 510520)
羊蹄甲Bauhinia purpurea 和洋紫荊Bauhinia variegata 為豆科Leguminosae 蘇木亞科Caesalpinioideae 羊蹄甲屬Bauhinia 景觀樹種,是我國南方地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種,具有地域景觀代表性。兩者適應(yīng)性強、生長快速、花量大、花期長[1],是廣東、廣西、福建、海南地區(qū)優(yōu)良的觀花行道樹和園景樹,廣泛應(yīng)用于公園和街道綠化中[2-3]。近年來,四川、重慶、江西和湖南局部地區(qū)也有引種種植,種苗主要來自于廣東珠三角地區(qū),由于冬季低溫,苗木生長不佳,即使在廣東粵北地區(qū),也存在同樣的問題。
低溫是限制植物自然地理分布和引種應(yīng)用的主要因素,也是危害栽培生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一[4]。生物膜結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化是研究植物抗寒能力及抗寒機理的重要依據(jù)[5-6],低溫會破壞細胞的膜結(jié)構(gòu),降低膜的流動性和對物質(zhì)的吸收和運輸,使細胞內(nèi)的溶質(zhì)外滲,電導(dǎo)率增大[7-9]。電導(dǎo)率法常用于測定植物膜結(jié)構(gòu)的傷害程度,進而分析其抗寒能力[10]。利用人工氣溫箱試驗測定植物在低溫脅迫下葉片電導(dǎo)率的變化,具有周期較短、可控性較強的優(yōu)點,可彌補野外試驗的不足。
本文以羊蹄甲和洋紫荊各9 個具有優(yōu)良觀賞性的家系為試驗材料,通過人工低溫脅迫試驗,研究兩種植物不同家系的葉片電導(dǎo)率的變化,并對其恢復(fù)生長情況進行調(diào)查統(tǒng)計,為其選育、引種馴化和推廣應(yīng)用提供理論參考。
2014 年在廣州、韶關(guān)、肇慶,收集具有優(yōu)良觀賞性、長勢良好的羊蹄甲、洋紫荊單株種子,于2014 年6 月廣東省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃進行播種育苗。苗圃地位于廣州市,處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年平均溫度為21.8℃,溫度最高的月份為8月,最低為1 月,平均相對濕度77%,年均降雨量1 899.8 mm,集中在4—10 月。經(jīng)過在廣東省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃6 個多月的栽培,進一步篩選出羊蹄甲和洋紫荊各9 個觀賞性較強的優(yōu)良家系(表1、表2),每家系選擇10 株于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院樓進行人工氣溫箱試驗。
將苗木置于人工氣溫箱內(nèi),設(shè)置光照強度為1 200 lx,光照時間為12 h/d,相對濕度控制在75%~85%之間,分別設(shè)置9、6、3、0、-3℃共5種溫度梯度,以3℃·d-1的速率進行降溫處理。當(dāng)溫度降至設(shè)定溫度時,保持24 h 后選擇第2~6 片展開葉進行電導(dǎo)率測定。每個家系準(zhǔn)備3 份葉片,去除葉脈,每份稱重0.3 g,用30 mL 蒸餾水浸泡24 h 后用DDS-11AGA 型數(shù)字電導(dǎo)儀測定液體的電導(dǎo)率R1,再將測定后的各樣品置于100℃的沸水水浴鍋中20 min,冷卻至室溫后測定其電導(dǎo)率R2,通過計算R1、R2 之間的比值得出相對電導(dǎo)率,用來表示質(zhì)膜相對透性[5]。低溫處理結(jié)束后,將所有試驗苗木放置于苗圃中,進行低溫脅迫后自然條件下的恢復(fù)管理。10 d 后,對其恢復(fù)后的形態(tài)特征進行調(diào)查。
表1 羊蹄甲不同家系的概況Tab.1 Basic situation of different families of B. purpurea
表2 洋紫荊不同家系的概況Tab.2 Basic situation of different families of B. variegata
使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22 進行試驗數(shù)據(jù)處理,使用Origin 2017 進行繪圖。
圖1 低溫脅迫下羊蹄甲不同家系相對電導(dǎo)率變化Fig.1 Relative conductance in different families of B.purpurea under cold stress
如圖1 所示,整體上羊蹄甲9 個家系的葉片相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低呈上升趨勢,但不同家系和不同溫度的上升趨勢不同。在一定低溫范圍內(nèi)(0~9℃),所有家系的相對電導(dǎo)率均隨著溫度的降低而增加,其中,Y19 的上升幅度最大,0℃時的葉片相對電導(dǎo)率比9℃時增加220.42%;Y1 在此溫度區(qū)間的相對電導(dǎo)率上升幅度最小,僅為44.96%,其次為Y15 和Y3,分別增長了68.17%和76.80%。當(dāng)溫度從0℃降到-3℃時,除Y15、Y18、Y19 外,其他家系葉片相對電導(dǎo)率均上升。在整個脅迫期間,增長率最大的是Y2,比9℃時增長了259.02%;增長率最小的為Y15,僅增長了31.49%,其次為Y18、Y4,分別增長了75.70%和92.58%。
如圖2 所示,洋紫荊不同家系的葉片相對電導(dǎo)率隨著低溫脅迫的加劇整體呈上升趨勢,同樣分兩個階段對不同家系的相對電導(dǎo)率變化進行分析。在0~9℃之間,G35 相對電導(dǎo)率增加最大,為98.64%,其他家系的葉片相對電導(dǎo)率上升速率均較緩。當(dāng)溫度從0℃降到-3℃時,除G48 外,其他家系相對電導(dǎo)率均呈上升趨勢。在整個脅迫期間,G35 的相對電導(dǎo)率增長最明顯,-3℃脅迫下比9℃處理時增加了183.24%,其次為G23、G32,分別增加了115.15%、100.17%;G48 的相對電導(dǎo)率增長量最小,整個脅迫期間僅增加了4.28%,其次為G33,電導(dǎo)率增長量為43.59%。
圖2 低溫脅迫下洋紫荊不同家系相對電導(dǎo)率變化Fig.2 Relative conductance in different families of B.variegata under cold stress
對各家系低溫脅迫后恢復(fù)生長的形態(tài)特征進行調(diào)查,結(jié)果表明:在羊蹄甲9 個家系中,Y15的莖、葉均表現(xiàn)正常,說明該家系在-3℃低溫脅迫下能夠較為正常地生長,抗寒性較強;其余家系的莖、葉均干枯凋落,說明這些家系無法適應(yīng)-3℃低溫脅迫,抗寒性較弱(表3)。
在洋紫荊家系中,G26、G34 和G48 家系的試驗苗木的莖、葉均正常,說明這些家系在-3℃低溫脅迫下能夠較為正常地生長,抗寒性較強;G23、G35 和G37 家系部分植株莖表現(xiàn)正常,說明這些家系能夠在一定程度上適宜低溫脅迫;其余家系的10 株試驗材料均為莖、葉干枯,說明這些家系無法適應(yīng)-3℃低溫脅迫,抗寒性較弱(表4)。
表3 羊蹄甲不同家系低溫脅迫后的恢復(fù)生長Tab.3 Features of different families of B. purpurea under cold stress
表4 洋紫荊不同家系低溫脅迫后的恢復(fù)生長Tab.4 Features of different families of B. variegata under cold stress
當(dāng)受到低溫脅迫時,植物的生物膜系統(tǒng)首先受到傷害,導(dǎo)致細胞膜透性增大,電解質(zhì)外滲,細胞膜透性的變化可直接反應(yīng)植物受低溫傷害的程度[11-12]。研究表明,電導(dǎo)法在研究植物抗寒方面具有準(zhǔn)確、靈敏、易操作等優(yōu)點,當(dāng)植物受到低溫傷害時,葉片的電導(dǎo)率增加,并與溫度呈負相關(guān)。本試驗結(jié)果顯示,羊蹄甲和洋紫荊家系的葉片相對電導(dǎo)率基本上隨溫度的降低而增加。但當(dāng)溫度為-3℃時,少數(shù)家系,如Y15、Y18、Y19、G48 的相對電導(dǎo)率呈下降趨勢,可能是由于這些家系在降溫過程中產(chǎn)生了低溫防御反應(yīng),細胞膜得到一定程度的修復(fù)。對于羊蹄甲9 個家系來說,Y15 的電導(dǎo)率變化最小,表明其抗寒性較強,通過恢復(fù)生長后的形態(tài)特征調(diào)查也證實了這一點。Y15 在恢復(fù)生長后10 株苗木莖、葉均表現(xiàn)正常,而其他家系的莖、葉均干枯。相比于羊蹄甲,洋紫荊家系整體上電導(dǎo)率變化較小,表明其抗寒性強于羊蹄甲。通過相對電導(dǎo)率變化及恢復(fù)生長情況調(diào)查,得出9 個家系中,G48、G26、G34 的抗寒性較強。
植物抗寒機制錯綜復(fù)雜,不同物種、品種,甚至家系的抗寒性存在一定的差異[13-15]。本實驗僅對羊蹄甲和洋紫荊不同家系的相對電導(dǎo)率和恢復(fù)生長情況進行了測定、調(diào)查分析,可在一定程度上反應(yīng)不同家系抗寒能力,但要全面了解其抗寒生理生化機制,須對相關(guān)抗寒指標(biāo),如葉綠素含量、丙二醛、超氧化物歧化酶、脯氨酸、可溶性糖等進行全面綜合的測定分析[16-17],從而建立能準(zhǔn)確反應(yīng)羊蹄甲和洋紫荊不同家系抗寒能力的綜合評價體系,為其引種、選育和推廣應(yīng)用提供依據(jù)。