CaCl2溶液處理對黔桂潤楠幼苗抗寒性的影響

賀心茹，陳建，胡蝶

(長江大學楠木種質資源評價與創新中心，湖北 荊州 434025)

楊珊，王東

(武漢品道建筑園林工程有限公司，湖北 武漢430040)

謝芹

(新世界發展(武漢)園林綠化工程有限公司，湖北 武漢430022)

潤楠屬(Machilus)植物在全球分布比較廣泛，大約有100個種，而分布在我國的大約有68種和3個變種[1]。黔桂潤楠是樟科(Lauraceae)潤楠屬植物，主要分布于廣西北部、貴州東南部，樹高7～11m，直徑可達25cm。樹皮綠色，枝條稍粗壯，黃綠色至紫褐色，節上有緊密的多輪芽鱗疤痕。頂芽扁球形，芽鱗近圓形，寬闊，最外部的幾輪鱗片外面無毛，邊緣有睫毛，內面的鱗片有黃棕色絨毛[1]。黔桂潤楠四季常綠，材質俱佳，兼有驅蟲、隔音以及凈化空氣等諸多功能，同時用于城市園林綠化具有潛在開發性[2]。在溫度比較低的地區是否能種植此樹種，主要取決于其幼苗是否可以忍耐低溫的危害[3]。植物從種子萌發、開發、結果以及休眠等各個生長階段均受到環境溫度的制約，低溫脅迫會干擾植物的正常生理活動，產生凍害和冷害現象[4，5]。植物體具有抗寒特性，而不同植物種類、品系中甚至同種植物不同組織中抗寒能力存在差異性[6～8]。因此，探明植物的抗寒機制是開展植物育種、合理引種、防寒栽培的基礎工作，是植物學研究的重要內容之一。筆者從生理水平對黔桂潤楠抗寒性進行了研究，旨在為潤楠屬植物的抗寒性及地方引種栽培提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

原產自廣西貴州地區的一年生黔桂潤楠實生苗，種植于長江大學西校區盆景園和試驗苗圃基地。長江大學西校區所在的荊州市位于東經111°15′～114°05′，北緯29°26′～31°37′，地處湖北省中南部，江漢平原腹地，全年平均氣溫為15.9～16.6℃，無霜期242～263d，年均日照時數1800～2000h，年降水量1100～1300mm。

1.2 試驗設計

該試驗采用雙因素設計。因素一為不同CaCl2溶液濃度處理，即5、15、25mmol/L CaCl2溶液，用清水作對照；因素二為溫度處理，包括5℃和0℃2個溫度。試驗共8個處理，每個處理重復3次，每個處理10株苗木，隨機排列。

2016年4月初，取盆景園內長勢一致且無病蟲害的黔桂潤楠一年生苗，移栽入營養缽內，放入溫室常規管理3個月后，每隔2d對每個處理材料噴施CaCl2溶液溶液，共噴施3次。最后一次試劑處理48h后，將材料分別放入5℃、0℃工智能培養箱內培養48h后測定抗寒性指標。

1.3 測定方法

葉綠素含量的測定參考文獻[9]；電導率的測定參考文獻[10]；可溶性蛋白質含量的測定參考文獻[9](考馬斯亮藍G-250法)；植物組織可溶性糖含量的測定參考文獻[9]。

1.4 數據分析

數據處理均采用SAS 10.0統計軟件進行方差分析和Duncan法多重比較，用Excel 2016軟件進行作圖。采用模糊數學的隸屬函數值法[11]對3種楠屬植物進行綜合評價，隸屬函數值的計算方法如下：

Zij=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)

如果指標與抗寒性為負相關，計算方法如下：

Zij=1-(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)

式中：Zij為i組別j指標的抗寒隸屬函數值；Xij為i組別j指標的測定值；Ximin和Ximax分別為各組別指標值的最小值和最大值。

累加各物種各指標的具體隸屬值，并求出平均值后進行比較排名。

2 結果與分析

圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，圖2～4同。圖1 不同濃度CaCl2溶液處理下葉片的葉綠素總含量

圖2 不同濃度CaCl2溶液處理下葉片的電導率

圖3 不同濃度CaCl2溶液處理下葉片的可溶性蛋白含量

2.1 不同濃度CaCl2溶液處理對黔桂潤楠幼苗葉片葉綠素含量的影響

黔桂潤楠幼苗在不同濃度CaCl2溶液處理下的葉綠素含量如圖1所示。在5℃條件下，隨著CaCl2溶液濃度的增加，葉綠素含量呈先減后增的趨勢，CaCl2溶液為25mmol/L時葉綠素總量最高，比對照提高了19.51%，與對照存在顯著性差異。在0℃條件下，隨著CaCl2溶液處理濃度的升高，黔桂潤楠葉綠素含量呈上升趨勢，25mmol/L時葉綠素含量最高，與對照存在顯著性差異，表明25mmol/LCaCl2溶液能顯著減緩低溫對植物葉片中葉綠素的分解。

2.2 不同濃度CaCl2溶液處理對黔桂潤楠幼苗葉片電導率的影響

黔桂潤楠幼苗在不同濃度CaCl2溶液處理下葉片的電導率變化如圖2所示。在5℃條件下，隨著CaCl2溶液濃度的增加，電導率呈先升后減的趨勢，CaCl2溶液濃度為5mmol/L時電導率值最高，與對照存在顯著性差異，在25mmol/L時電導率最低，15mmol/L次之，二者與對照無顯著性差異。在0℃條件下，電導率變化趨勢基本一致，CaCl2溶液濃度為5mmol/L時電導率最高，與對照存在顯著性差異。CaCl2溶液濃度為15、25mmol/L時電導率與對照間無顯著性差異。表明黔桂潤楠在CaCl2溶液濃度為15mmol/L時抗凍性最強，且效果最好。

2.3不同濃度CaCl2溶液處理對黔桂潤楠幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

黔桂潤楠幼苗在不同濃度CaCl2溶液處理下可溶性蛋白含量變化圖如圖3所示。在5℃條件下，各處理可溶性蛋白含量都低于對照，且各處理都與對照有顯著性差異。其中，CaCl2溶液濃度為25mmol/L時可溶性蛋白含量最低。在0℃條件下，各處理可溶性蛋白含量均高于對照，其中CaCl2溶液濃度為5mmol/L時可溶性蛋白含量最高，與其他處理之間存在顯著性差異，試驗結果表明在CaCl2溶液濃度為5mmol/L時，能顯著提高黔桂潤楠幼苗葉片中可溶性蛋白含量。

表1 黔桂潤楠幼苗各生理指標抗寒性綜合評價表

2.4 不同濃度CaCl2溶液對黔桂潤楠幼苗葉片可溶性糖含量的影響

圖4 不同濃度CaCl2溶液處理下葉片的可溶性糖含量

由圖4可以看出，在5℃時，各處理含量都高于對照，且CaCl2溶液濃度為5mmol/L時可溶性糖含量最高，與對照之間有顯著性差異。在0℃條件下，各處理可溶性糖含量都高于對照，且均與對照有顯著性差異，其中CaCl2溶液濃度為15mmol/L時可溶性糖含量最高，CaCl2溶液濃度為5mmol/L的次之。結果表明不同濃度CaCl2溶液的處理對黔桂潤楠葉片的可溶性糖含量的多少有著較大影響，且達到顯著水平，同時反映CaCl2溶液濃度過高反而會抑制植物體內的可溶性糖的增加。

2.5 黔桂潤楠幼苗各生理指標抗寒性綜合評價

由表1可以看出，對黔桂潤楠幼苗各生理指標抗寒性綜合評價因噴施CaCl2溶液濃度的不同而存在差異，CaCl2溶液濃度為15mmol/L時最接近清水對照，黔桂潤楠幼苗抗寒性表現最佳。

3 討論與結論

Ca在植物體內主要以離子和蛋白結合存在，參與植物生長、發育、代謝等過程[11]。植物受到內源性(生長發育)或者外源性因素(高溫、低溫、鹽脅迫、光照、缺氧脅迫、干旱脫水及病原菌等)條件下均能致使鈣泵活性和質膜鈣通道也發生改變，引起細胞質中鈣離子發生改變，進而誘發不同生理和下游調控元件的響應[12]。胞質中Ca2+濃度含量過高或者長期處于高濃度狀態會致使細胞自身代謝功能紊亂[13]。外源性Ca2+能增加楠木[14]、茶樹[15]、枇杷[16]等體內的可溶性糖含量，穩定光合作用，增加抗低溫脅迫能力。張琳等[17]研究表明，番茄幼苗經過鈣鹽處理后使可溶性蛋白含量有所提高，因此使番茄幼苗的抗寒性得到增強。

在低溫條件下，葉綠素的合成因冷害受到抑制，導致葉綠素的含量隨之下降，植物生長發育也受到相應的影響。本研究結果顯示，在5℃條件下，隨著CaCl2溶液濃度的增加，葉綠素總量呈先減后增的趨勢，CaCl2溶液濃度為25mmol/L時葉綠素總量最高；在0℃條件下，隨著CaCl2溶液處理濃度的升高，黔桂潤楠葉綠素含量呈上升趨勢，且變化趨勢基本一致，在CaCl2溶液濃度為5mmol/L時葉綠素各含量均低于對照，這與王寧等[18]在光蠟樹中的研究結果不同，導致這一現象的原因可能是存在于植物葉片、葉綠體體系、膜系統內的ACC在低Ca2+濃度下促進了ACC向乙烯的轉化過程，從而致使植株新陳代謝減緩、衰老過程加速。

植物細胞是一種半透性生物膜，而該細胞膜是細胞與外界的一道分界面，對維持細胞的微環境和正常的代謝起著重要作用，在逆境條件下細胞膜透性直接反映了膜系統的穩定性，而膜透性的增大程度與逆境脅迫強度有關，也與植物抗逆性的強弱有關[19]。細胞外滲物質的多少與電解質滲出率成正比，電解質滲出比率越高，質膜受凍損傷的程度越大。本研究結果顯示，在5℃條件下，隨著CaCl2溶液濃度的增加，電導率呈先升后減的趨勢，在CaCl2溶液濃度為5mmol/L時電導率值最高，在25mmol/L時電導率值最低；在0℃條件下，電導率變化趨勢基本一致，在CaCl2溶液濃度為5mmol/L時電導率值最高。這與劉曉娟等[20]的研究相符，膜磷脂的下降是由于在低Ca2+濃度下，釋放出多聚不飽和脂肪酸，導致膜結構被破壞，從而加速細胞衰老。

植物在低溫環境下，組織中可溶性糖的含量會發生變化，其逐漸升高的細胞液濃度會使冰點值下降，同時有利于細胞液在組織中的流動，有助提高植物體的代謝效率，增強植物的抗寒能力[21]。許多研究表明隨著溫度的持續降低，植物中可溶性糖含量會逐漸增多，暗示可溶性糖是在低溫中可以保護植物的一種物質[22～25]。本研究結果顯示，在5℃條件下，隨著CaCl2溶液濃度的增加，可溶性糖含量呈先升后降的趨勢，但都其含量都高于對照，且CaCl2溶液濃度為5mmol/L時可溶性糖含量最高；在0℃條件下，各處理可溶性糖含量都高于對照，其中CaCl2溶液濃度為15mmol/L時可溶性糖含量最高，CaCl2溶液濃度為5mmol/L的次之。這與李君可等[26]的研究結果一致，其研究顯示預噴1% CaCl2溶液能提高可溶性糖含量，增加對可溶性糖的含量，對植物的抗寒性強度增大有著明顯效果。

可溶性蛋白具有親水性，能與低分子糖聚合，進而降低冰點，提升細胞對水分子的束縛能力，增加植物的耐寒力[27]。研究結果表明，在5℃條件下，各處理組可溶性蛋白含量均低于對照，其中，CaCl2溶液濃度為25mmol/L時可溶性蛋白含量最低。在0℃條件下，各處理組可溶性蛋白的含量均高于對照。但隨著CaCl2溶液濃度的增加，可溶性蛋白含量逐漸降低，在CaCl2溶液濃度為5mmol/L時蛋白含量最高，可能暗示在低溫脅迫下通過誘導抗寒基因表達進而使蛋白上升，這與劉光立等[28]的研究的結論一致。

綜合所有測定指標，噴施15mmol/L CaCl2溶液后可以使黔桂潤楠幼苗的抗寒性明顯提高。