10個竹子品種在山東自然寒冷條件下抗寒性評價

葛忠強，吳德軍，2*，李春明，任 飛，李慶華，王因花，2，劉翠蘭，2，燕麗萍，2

（1.山東省林業科學研究院，山東 濟南 250014；2.山東省林木遺傳改良重點實驗室，山東 濟南 250014；3.海陽市林業工作站，山東 煙臺 265100）

竹子是禾本科多年生常綠植物，大多喜溫暖濕潤氣候，在地理分布上以南方為主[1]。通過“南竹北移”，不斷馴化，一些抗逆性強的竹子品種在我國北方地區栽植數量也越來越多，種植范圍越來越廣。

“寒冷”和“干旱”是“南竹北引”所面臨的主要問題。目前“南竹北引”的抗寒性問題研究主要集中在竹子品種的抗寒性評價、抗寒性品種篩選、抗寒性栽培技術等。在竹子品種的抗寒性比較和評價方面，采用植物抗寒性指標如酶活性（如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、膜脂過氧化產物丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、膜質通透性等[2]，對竹子品種的抗寒性做出比較和評價，篩選出適合當地氣候的抗寒性竹子品種。本試驗對所引種的10個竹子品種，采用測定葉片細胞液的SOD 活性、POD活性、MDA 含量、電解質導電率等四個指標分析評價引種竹子的抗寒性，比較篩選抗寒性竹子品種，為本地區的園林綠化、抗寒性竹子的良種選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在山東淄博市沂源縣國有毫山林場，位于山東省中部，土壤屬褐土類型，氣候屬暖溫帶季風區大陸性氣候，四季分明，常年平均氣溫11.9℃，一年中，最熱月為7月，月均溫為25.2℃，最冷月為1月，月均溫-3.7℃，極端最低氣溫為-21.4℃。

1.2 試驗材料

本試驗選用的竹子品種是在2019年4月從南京林業大學引進的10 個觀賞性比較強的竹子品種，分別是：長葉苦竹Pleioblastus simonii(Carr.)Nakai、矢竹Pseudosasa japonica(Sieb.et Zucc.)Makino、黃條金剛竹 Pleioblastus kongosanensis f.aureostriaus、菲白竹Sasa fortunei(Van Houtte)Fiori、鵝毛竹Shibataea chinensis Nakai、早園竹Phyllostachys propinqua McClure、黃槽竹 Phyllostachys aureosulcata McClure、福建茶竿竹Pseudosasa amabilis var.convexa、白夾竹 Phyllostachys bissetii（McClure）、黃桿烏哺雞竹Phyllostachys vivax Mc-Clure f.aureocaulis N.X.Ma（見表1）。試驗材料在2019年4月栽植在山東淄博的沂源林場，正常的施肥灌溉和田間管理，冬季在自然條件下越冬，于2020年1月15日取樣測定各指標，同步觀測記錄各品種的越冬抗寒生長狀況和當天的氣溫。

本研究中氣溫資料來自當地氣象部門的氣象觀測，取樣當天的日平均氣溫：-4.7℃，日最低氣溫：-10.3℃，日最高氣溫：2.4℃。10個竹子品種的屬性及抗寒性表現觀測結果見表1。

表1 引種的10個竹子品種材料

1.3 測定方法

取新鮮葉片，用自來水沖洗凈表面污物，再用蒸餾水沖洗4-5 次，去掉中脈，用打孔器取葉圓片，混勻，稱取0.5g 鮮樣，加1mL 磷酸緩沖液（0.05 moL/L PH=7.8），冰浴研磨，研磨后再加入1 ml 緩沖液倒入離心管，再用2 mL 緩沖液沖洗研缽，倒入離心管中，平衡后低溫（0-4℃）10000 rpm 離心后10 min 冷藏保存。分別取上清液20 uL 用淡藍四唑唑（NBT）光還原法測定SOD 活性，取上清液20 uL 用愈創木酚法測定POD 活性，取上清液1 mL 用硫代巴比妥酸法測定MDA 含量，取上清液1 mL 采用電導法測定電解質導電率。

1.4 數據處理

植物細胞內的SOD 和POD 是植物體內酶促防御系統的組成部分，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過氧化對細胞膜的傷害，其活性的高低標志著植物體抗寒性的強弱，在植物抗寒性評價中屬正效應指標。而寒冷傷害下MDA 和相對電導率的增加則是植物體在受到過度的寒冷傷害時植物體產生的反應。其中MDA 是在過度寒冷傷害下產生的活性氧自由基超過植物體耐受閾值，造成細胞膜的不飽和脂肪酸形成脂氫過氧化物，再經進一步分解產生MDA，MDA 可以與蛋白質結合，并能引起蛋白質交聯，進一步破壞膜結構。因此MDA 是植物體寒冷逆境傷害的產物，并能進一步加劇植物體傷害，MDA 含量越高，標志著植物體受到的寒冷傷害越嚴重，預示著植物體的抗寒能力越低。當植物體細胞膜由于寒冷傷害造成結構受損后，細胞膜的通透性增加，膜內物質滲透甚至穿透過細胞膜到達膜外的物質數量和種類增加，導致植物體粉碎液電解質電導性提高，電導率升高，因此，植物體粉碎液電解質的電導率或相對電導率升高，預示著植物體受到的寒冷傷害越嚴重，植物體本身的抗寒能力越低。所以，在植物體抗寒能力評價中，MDA 與電導率或相對電導率指標具有負效應。

為了消除不同指標數值數量級的差異，保證不同正負效應指標的數值同向變化對評價對象的一致性意義，需要對各指標數據做歸一化處理。

本研究中采用極差歸一化法對各指標數據做歸一化處理。

正效應指標的歸一化：

逆效應指標歸一化：

其中，Xi,j：指標歸一化后的數值；Xi,j：指標歸一化前的數值；i：竹子品種排列序號，數值為1～10；j：4個抗寒性評價指標SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、電解質導電率的排列序號，數值為1～4，；Xmax、Xmin分別是各指標歸一化前10個竹子品種測定值的最大值和最小值。

用Excel 進行試驗數據的一般性處理，用SPSS 19.0 進行因子方差分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片SOD 活性差異

2.1.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片SOD活性的差異性表

10個竹子品種葉片SOD 活性測定結果顯示（圖1），10 個品種間SOD 活性由高到低的排列順序為：黃條金剛竹＞福建茶竿竹＞早園竹＞長葉苦竹＞白夾竹＞鵝毛竹＞黃槽竹＞黃桿烏哺雞竹＞菲白竹＞矢竹。

2.1.2 SOD 活性反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子SOD 含量測定結果按公式（1）做歸一化處理（見圖2），由圖2 可以看出，由SOD 活性指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：黃條金剛竹>福建茶竿竹>早園竹>長葉苦竹>白夾竹>鵝毛竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>菲白竹>矢竹，其中黃條金剛竹的SOD 活性最高，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10個品種中最強，與之相反，矢竹的抗寒性則是最低。

2.2 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片POD 活性的差異性表現

2.2.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片POD活性的差異性表

對10個竹子品種葉片內POD 活性的測定結果（圖3）顯示，10 個品種間POD 活性由高到低的排列順序為：早園竹>白夾竹>鵝毛竹>菲白竹>黃桿烏哺雞竹>福建茶竿竹>黃槽竹>黃條金剛竹>矢竹>長葉苦竹，早園竹的POD 活性最高，長葉苦竹的POD 活性最低。

2.2.2 POD 活性反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子POD 活性測定結果按公式（1）做歸一化處理（見圖4），由圖4 可以看出，由POD 活性指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：早園竹>白夾竹>鵝毛竹>菲白竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>福建茶竿竹>黃條金剛竹>矢竹>長葉苦竹，其中早園竹的POD 活性最高，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10 個品種中最強，其次是白夾竹，與之相反，長葉苦竹的抗寒性則是最低，其次是矢竹。

2.3 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片MDA含量的差異性表現

2.3.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片MDA 含量的差異性

對10個竹子品種葉片內MDA 含量測定結果（圖5）顯示，10 個品種間，葉片內MDA 含量由高到低的排列順序為：福建茶竿竹>白夾竹>黃桿烏哺雞竹>黃槽竹>早園竹>鵝毛竹>矢竹>菲白竹>黃條金剛竹>長葉苦竹，福建茶桿竹的MDA 含量最高，長葉苦竹的MDA 含量最低。

2.3.2 MDA 含量反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子MDA 含量測定結果按公式（1）做歸一化處理（見圖6），由圖6 可以看出，由MDA 含量指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：長葉苦竹>黃條金剛竹>菲白竹>矢竹>鵝毛竹>早園竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>白夾竹>福建茶竿竹，其中長葉苦竹的MDA 含量最低，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10個品種中最強，其次是黃條金剛竹，與之相反，福建茶竿竹的抗寒能力則是最低，其次是白夾竹。

2.4 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片電導率的差異性表現

2.4.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片粉碎液相對電導率的差異性

對10個竹子品種葉片電導率測定結果（圖7）顯示，10 個品種間，黃條金剛竹的葉片電導率最高，其次是福建茶竿竹的葉片電導率，鵝毛竹的葉片電導率最低。

2.4.2 相對電導率反映的不同竹子品種抗寒性差異把10 種竹子相對電導率測定結果按公式（1）做歸一化處理（見圖8），由圖8 可以看出，由相對電導率指標歸一化處理后的結果反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：鵝毛竹＞白夾竹＞黃槽竹＞長葉苦竹＞矢竹＞黃桿烏哺雞竹＞菲白竹＞早園竹＞福建茶竿竹＞黃條金剛竹，其中鵝毛竹的相對電導率最低，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10 個品種中最強，其次是白夾竹，與之相反，黃條金剛竹的抗寒能力則是最低，其次是福建茶竿竹。

2.5 10個竹子品種抗寒性綜合評價

2.5.1 10 個竹子品種的抗寒性因子分析

表2 主成分解釋的總方差

對10個竹子品種的4 個抗寒性指標POD 活性、SOD 活性、MDA 含量、相對電導率的歸一化處理值做主成分分析，以主成分累積方差貢獻率（表）大于90%為依據，選取第一、二、三成分為解釋主成分，根據各主成分因子貢獻率大小，計算出各主成分權重：0.431、0.411、0.158，計算10個竹子品種的綜合得分，并對10 個品種的綜合得分按由大到小的順序排序（結果見表7）。綜合得分排序結果顯示，鵝毛竹＞白夾竹＞菲白竹＞矢竹＞黃槽竹＞早園竹＞長葉苦竹＞黃桿烏哺雞竹＞黃條金剛竹＞福建茶竿竹，由此可知，10 個品種中，鵝毛竹抗寒性最強，其次是白夾竹、菲白竹，最不抗寒的是福建茶桿竹，其次是黃條金剛竹、黃桿烏哺雞竹和長葉苦竹。

表3 10個竹子品種抗寒性因子分析綜合得分排序表

2.5.2 10個竹子品種的抗寒性類型劃分

表4 10個竹子品種抗寒性類型劃分

10個竹子品種抗寒性因子分析綜合評價得分的平均值為0.000，方差為0.616，采用均值-方差法[3]把竹子抗寒性品種分成4 類，并根據10個竹子品種的抗寒性綜合得分分成相應類型，類型劃分依據及分類結果見表8。表8 顯示，強抗寒性類型有1 個品種：鵝毛竹，一般抗寒性類型有7 個品種：白夾竹、菲白竹、矢竹、黃槽竹、早園竹、長葉苦竹、黃桿烏哺雞竹，弱抗寒類型沒有劃分進品種，寒冷敏感性類型有2 個品種：黃條金剛竹和福建茶桿竹。

2.6 10個竹子品種抗寒性聚類分析

對10 個品種的SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、相對電導率4 個指標的歸一化結果為聚類變量值，結合10 個品種的田間越冬的實際抗寒性表現，在SPSS 中做組間聯接的系統聚類（圖9）。聚類圖顯示，以20.0 為聚類參考線，10 個品種可分為抗寒性品種和寒冷敏感性品種兩類，其中寒冷敏感性品種包括黃條金剛竹和福建茶桿竹，其他品種為抗寒性品種類型；以16.0 為聚類參考線，把抗寒性品種類型進一步分成2 個小類，第1 小類為較強抗寒性品種類型，包括早園竹、白夾竹、黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹。第2 小類為弱抗寒性品種類，包括長葉苦竹和矢竹。以10.5 為聚類參考線，把較強抗寒性品種類型進一步分為2 類，即強抗寒性品種類型和較強抗寒性品種類型，其中強抗寒性品種類型包括早園竹和白夾竹，較強抗寒性品種類型包括黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹等4 個品種。

3 結論與討論

不同的竹子品種對不同抗寒性生理指標的反應各不相同，說明不同的竹子品種各有不同的抗寒性特點，分屬不同的抗寒性類型。采用聚類分析法把10個竹子品種的抗寒性分成4 類，第1 類為強抗寒性品種類型，包括早園竹和白夾竹，第2 類為較強抗寒性品種類型，包括黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹，第3 類為弱抗寒性品種類型，包括長葉苦竹和矢竹，第4 類為寒冷敏感性品種類型，包括黃條金剛竹和福建茶桿竹。在本次試驗條件下，相對電導率指標要優于其他3 個指標。

竹子抗寒性評價結果受多種因素影響，一是竹子本身抗寒性潛力的影響，竹子“南竹北移”一方面可以考察引種竹子在當地的生態適應性，另一方面通過多地逐漸引種，可以逐步誘導激發竹子的耐旱抗寒性潛力，再結合適當的人工馴化手段，最終選擇和培育出適應引種目的地的竹子品種。本試驗在個別品種抗寒性評價上與本地類似研究結論略有不同[4-5]，其原因除了不同試驗中的立地條件、局地小氣候和人工抗寒措施的差異以外，還在于不同的引種試驗中同一品種引種的源產地及其生活史不同。由于同一品種在較寒地區引種馴化后其抗寒性要高于相對較暖地區的引種馴化，因此竹子引種前的源產地和栽培生活史對竹子的抗寒性的影響不可忽視。植物引種馴化的“生態歷史分析法”和達爾文的關于“植物史”與“植物生物學特性形成史”對植物引種馴化影響的觀點均是強調了長期的生態環境影響、不同的地理生態適應對物種馴化和物種進化的意義[6-7]。因此，在做“南竹北引”品種耐旱抗寒性評價時，要調查好每一個竹子品種引種的一系列源產地或栽培生活史，分析該竹子品種的引種歷史與生物學特性形成的歷史，再把試驗結果和同類研究結果做比較，才能分析得出比較恰當的結論。影響抗寒性評價的另一因素是評價的指標體系和評價方法，因此必須選擇恰當的評價指標體系，并做好竹子在當地的實際越冬抗寒田間調查與評價，才能作出抗寒性評價的正確結果。