電導法結合Logistic 方程鑒定法國梧桐的抗寒性

王明逸，王利軍

（1.北京交通大學附屬中學，北京100044；2.中國科學院植物研究所，北京100093）

法國梧桐學名懸鈴木（Platanus orientalis L.），又稱法桐，原產于東南歐、印度及美洲。法國梧桐喜溫暖、濕潤環境，為闊葉落葉喬木，樹干粗大，壽命長；葉大蔭濃，樹姿優美，具有超強的吸收有毒有害氣體、抵抗煙塵、隔離噪音能力，且病蟲害少[1]。由于法國梧桐具有良好的觀賞和綠化性能，全國許多城市都將其作為主要綠化樹，特別是北方城市，常常將其作為主要綠化樹種，栽培界限一直向北移動。北京市內一些街道將法國梧桐作為行道樹。王明逸等[2]調查結果顯示，2012 年春季曙光花園周邊人行道栽植的法國梧桐樹的死亡率達24.67%；2013 年春季死亡率達13.3%。孫朝艷[3]報道，2002 年春天密云縣檀西路、南更大街都栽植法國梧桐作為行道樹，2003 年這2 條路樹苗死亡均較嚴重，綠化效果較差。王建國等[4]報道，天津保稅區等街道栽植的法國梧桐越冬死亡率達15%；1964 年，天津市曾在紅橋區西青道種植大量行道樹，均被凍死。

植物在受到低溫脅迫傷害時，最先被沖擊的是膜系統，低溫引起細胞膜的收縮、膜脂相變、膜脂過氧化和冰凍造成的機械脅迫等，導致細胞膜半透性喪失，細胞內電解質外滲，且細胞膜損傷越嚴重，離子滲出率越高，因此，可通過測定電解質滲漏情況來確定植物的受害程度[5]。電導法是測定離體組織抗冷凍性的一種常規方法，相對電導率和細胞膜傷害率已廣泛用于衡量植物抗冷凍性的量化描述指標[6]。低溫半致死溫度（Lethal temperature，LT50）通常指有50%及其以上試材沒有發生凍死的最低溫度。低溫半致死溫度作為植物抗寒性的生態指標，主要反映了溫度和水分與抗寒性之間的數量關系。應用電導率法配合Logistic 方程求拐點溫度能較準確地估計出植物組織的LT50，此法簡便準確、擬合度好，應用范圍廣泛，在多種植物上應用均取得良好的效果[7-8]。目前，電導法配合Logistic 方程求低溫半致死溫度的方法廣泛用于柑橘、佛手、葡萄、橡膠、茶樹、玫瑰、榛子等植物品種間抗寒性研究[9-18]。

法國梧桐到底在北方城市適不適合栽植，首先應關注法國梧桐半致死溫度是否低于引種城市的最低氣溫。查閱相關資料未見法國梧桐的低溫半致死溫度的報道。

本研究測定了北京市行道樹法國梧桐的低溫半致死溫度，以期為法國梧桐在北方城市栽培界限向北延伸提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為北京市海淀區曙光花園小區周邊行道樹法國梧桐，所采枝條均為生長狀況基本一致的1 年生枝條。

1.2 試驗器材

電子天平（JA2603B，上海精科實業有限公司）；干燥箱（PH030A 型，上海一恒科學儀器有限公司）；磁力攪拌器（HJ-3，金壇市中正儀器制造有限公司）；pH 計（HI2221，意大利HANNA）；水浴鍋（HWS-24，上海一恒科學儀器有限公司）；電導儀（HANNA EC215，意大利HANNA）。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料采集 2015 年12 月中旬，從發育正常的1 年生枝條第4 個芽開始，剪取40～50 cm 長的枝條，置于聚乙烯袋中，帶回實驗室。枝條用自來水、蒸餾水和重蒸餾水沖洗干凈后，用紗布擦干，備用。

1.3.2 氯化鈉溶液處理 為了模擬冬季融雪劑對法國梧桐的影響，利用0.5%的氯化鈉溶液浸泡處理法國梧桐枝條24 h，同時以不處理作為對照。

1.3.3 低溫處理 未處理和氯化鈉處理的法國梧桐置于自封袋中，分別置于0，-5，-10，-15，-20，-25，-30，-35 ℃的低溫冰箱中處理24 h，再以5 ℃/h 的速度升溫至0 ℃，然后取出枝條，在室溫下解凍1 h，用濾紙吸干水分，將冷凍后的枝條剪成0.5 cm 小段（不含芽部分）。

1.3.4 電導率的測定 分別稱取處理和對照樣本3 g 放于試管中，加入30 mL 無離子水，真空滲入10 min，靜置12 h 左右。用電導儀測定浸提液的電解質滲出率；然后將樣品密封置于沸水浴中煮1 h，靜置12 h 左右，測定浸提液的電解質滲出率，其為細胞全部被破壞后浸提液的電解質滲出率，代表離體枝條細胞電解質總量。以自然條件下（0 ℃）的電解質滲出率為對照。每處理重復3 次。

式中，S1為初始電導率；S2為煮沸后電導率。

1.3.5 Logistic 回歸分析 Logistic 回歸分析參照王曉輝等[19]的方法進行。對試驗數據（相對電導率）進行Logistic 回歸分析，回歸模型如下。

式中，y 為相對電導率，y1、y2、y3為測定結果中等距離的三點的相對電導率，拐點為d2y/dx2＝0 時的x 值，經求導簡化可得如下公式。

Logistic 方程如下。

式中，y 為實測細胞傷害率；t 代表冷凍溫度；K為細胞傷害率的飽和容量。因本試驗中細胞傷害率消除了本底干擾，故K 值為100；a、b 為方程參數。為確定a、b 值，將Logistic 方程轉化為式（6）。

令y′＝ln（K－y）/y，則轉化成細胞傷害率（y′）與處理溫度（t）的直線方程。通過直線回歸求出a、b值及相關系數，對回歸方程進行二階導數變換得到方程曲線的拐點值，即為低溫半致死溫度（LT50）。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2003 和SAS 8.1 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同低溫處理下電解質外滲率的變化

0.5%的氯化鈉處理和未處理（對照）法國梧桐枝條經不同低溫處理后，相對電導率呈現較為一致的變化趨勢（圖1），均隨著低溫處理溫度的下降，法國梧桐枝條內相對電導率上升，0～-15 ℃相對電導率上升平緩；然后在-15～-25 ℃低溫相對電導率急劇升高；之后又趨于平緩。但是，0.5%的氯化鈉處理和未處理之間存在一定差異。由此說明，0.5%的氯化鈉溶液處理對法國梧桐的耐寒性有一定影響。植物的細胞在致死性傷害出現之前，往往有一個從可逆到不可逆傷害的逐漸發展過程，在這一過程中，有的細胞有“修復”能力，因而整個組織在不同溫度下電導率總是呈“S”形曲線，故用Logistic 方程進行擬合，與真實情況較為接近[6]。

2.2 法國梧桐枝條的Logistic 擬合方程和低溫半致死溫度（LT50）分析

經計算，法國梧桐0.5%氯化鈉溶液處理枝條與對照枝條Logistic 方程參數a 值分別為3.313 483和3.234 906；b 值分別為-0.082 和-0.073；K 值為設定值100（表1）。因此，法國梧桐0.5%氯化鈉處理枝條的Logistic 方程為y＝100/（1＋3.31e0.082t）（R2＝0.873**），表現出細胞傷害率（y）與處理溫度（t）之間存在顯著的直線相關關系，低溫半致死溫度為-14.61 ℃。

CK 枝條的的Logistic 方程為y＝100/（1＋3.23e0.073t）（R2＝0.832**），表現出細胞傷害率（y）與處理溫度（t）之間存在顯著的直線相關關系，低溫半致死溫度為-16.07 ℃。

法國梧桐0.5%氯化鈉溶液處理枝條低溫半致死溫度高于對照，氯化鈉是融雪劑的主要成分。因此，融雪劑導致法國梧桐低溫半致死溫度升高。

表1 用Logistic 方程求擬合度及半致死溫度

3 結論與討論

3.1 法國梧桐的低溫半致死溫度分析

低溫對植物可造成生物膜系統損傷，目前細胞膜透性已作為檢測植物耐寒性大小的一個重要指標[12，20]。電解質外滲率大小可反映出植物受害程度，低溫脅迫下，抗寒性較差的植物膜透性增加速度較快。目前，利用電導法測定細胞膜透性已成為常規耐寒性的測定方法，為國內外研究者廣泛應用，并獲得了較為理想的結果[6-9]。本研究利用電導法結合Logistic 方程通過求拐點可計算出低溫半致死溫度，其表現出的差異可以用于衡量耐受低溫的能力，且這種差異表現為拐點溫度與抗寒力之間呈負相關趨勢，拐點溫度越低，表明其半致死溫度越低，即該樹種抗寒性越強[9]。結果的準確程度要進行Logistic 方程擬合度顯著性檢測，擬合度達顯著水平時，計算出的結果才精確可靠。本試驗中，擬合度結果均達到顯著水平，故求出的LT50可信度較高。

3.2 北京市行道樹法國梧桐死亡原因分析

筆者于2012，2013 年連續2 a 對法國梧桐的越冬死亡情況進行調查，結果顯示，2012 年春季曙光花園周邊人行道栽植的法國梧桐樹的死亡率達24.67%；2013 年春天死亡率達13.3%[2]。冬天雪后城市道路撒融雪劑，消融的含有融雪劑的雪水流入樹坑，對法國梧桐產生脅迫。王建國等[4]研究認為，天津市法國梧桐長勢不佳或死亡主要是因為天津地區表層水偏堿，法國梧桐不耐鹽堿，在含鹽量較高的土壤中長勢不佳。王付民等[21]研究認為，融雪劑可能是法國梧桐死亡的原因之一。本研究證明，鹽處理低溫半致死溫度升高。綜上所述，低溫和融雪劑是北京市內行道樹法國梧桐死亡的主要原因。

3.3 北京地區種植法國梧桐的越冬安全性分析

北京市氣候屬暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，1 月平均氣溫-7.5 ℃，2016 年城區最低氣溫-16 ℃，是近年來最低溫度。本研究發現，法國梧桐的低溫半致死溫度為-16.07 ℃。北京1 月平均氣溫完全能滿足法國梧桐的越冬要求，但若低于法國梧桐半致死溫度，會對法國梧桐的生長發育產生不良影響。

融雪劑的主要成分是氯化鈉。氯化鈉溶液處理的法國枝條低溫半致死溫度為-14.61 ℃。作為行道樹，冬季雪后使用融雪劑，遇上極端低溫可能產生凍害。根據氣象資料，結合本研究測定的半致死溫度，法國梧桐在北京地區栽植特別是作為行道樹，安全越冬存在較大風險。