山西引種雪松抗寒性綜合評價

張幸幸，張 娜，張蕓香

（1.山西農業大學林學院，山西太谷030801；2.山西省林業科學研究院，山西太原030012）

雪松（Cedrus deodara Loud）為松科（Pinaceae）雪松屬（Cedrus）常綠喬木[1]。其主干聳直，側枝平展，樹冠塔形，姿態雄偉優美，被譽為世界五大庭園名木之一[2]。喜馬拉雅雪松目前天然分布于喜馬拉雅山—地中海一線，分布區大約在西經15°至東經80°和北緯 30°～40°，限于山區海拔 1 200～3 300 m的地帶[3]。目前，我國僅在喜馬拉雅山西部尚有少量喜馬拉雅雪松（Cedrus deodara（Roxb.）Loud.）的天然分布[4]。

山西冬季寒冷干燥，園林綠色樹種缺乏，雪松耐寒性是引種的重要選擇因素。驟然降溫和極端大雪低溫是雪松受凍害的主要原因[5]。低溫鍛煉提高植物抗寒性，實質是化學模擬植物脅迫，有著深刻的生理生化學與分子生物學原因[6]。目前，雪松的研究主要集中在育苗、引種、無性繁殖等方面[6]。左寶峰等[7]研究了雪松在自然降溫過程中葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量的變化。吳志萍[8]對雪松引種、繁殖技術與抗寒性研究表明，模擬冬季低溫環境，雪松半致死臨界溫度（LT50）為-12.8～-25.4 ℃。

為測定山西引種的雪松對低溫的馴化情況，本試驗以南京和山西運城、太原3 個地區的雪松作為試驗材料，設置低溫梯度處理，測定3 個地區雪松的生理指標，比較山西引種雪松與南京種源雪松的抗寒性，并運用隸屬函數法[9]進行綜合評價，以期為雪松引種、馴化、栽培提供數據支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

2018 年9 月18 日分別于南京市（南京雪松基地）和山西省運城市（聞喜縣興聞街）、太原市（迎澤公園）采集1 年生、生長狀況良好的生長20 a 以上的喜馬拉雅雪松（Cedrus deodara Loud）枝條作為材料。采集地區的環境因子如表1 所示。

表1 雪松采集地區的環境因子

1.2 試驗方法

本試驗分別從南京市、運城市、太原市3 個地區選取生長狀況良好的1 年生喜馬拉雅雪松枝條。采摘后選取約15 cm 枝條，并將截斷處用石蠟封口，立即裝入袋密封，保存于低溫保鮮箱帶回。每份材料均分3 組，用蒸餾水將枝條清洗干凈，吸水紙吸干表面水分。試驗設6 個溫度梯度：-5、-10、-15、-20、-25、-30 ℃，以 4 ℃作為對照，每個溫度分成3 份，每份約200 g，置于密封袋中，最后放在低溫恒溫培養箱中進行低溫脅迫處理。雪松處理24 h 后，放置4 ℃冰箱解凍12 h，取出后進行生理指標的測定。每個處理重復3 次，取平均值。

1.3 測定項目及方法

參照李合生[10]中的抽氣法測定相對電導率；采用硫代巴比妥酸法[10]測定丙二醛含量；采用考馬斯亮藍G-250 染色法[10]測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮乙酸乙酯法[10]測定可溶性糖含量；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性測定參照李合生[10]的方法。

1.4 隸屬函數綜合評價

為綜合評價各地區雪松的抗寒性強弱，使用模糊數學的隸屬函數對所有生理指標進行定量轉換，計算隸屬函數值。

當生理指標與抗寒性呈正相關時，Zij＝（Xij－Ximin）/（Ximax－Ximin）；若生理指標與抗寒性呈負相關時，Zij（反）＝1－（Xij－Ximin）/（Ximax－Ximin）。

式中，Zij表示i 地區j 指標的抗寒性隸屬函數值；Xij表示 i 地區 j 指標的測定值；Ximax、Ximin分別表示各指標的最大測定值和最小測定值；Xi表示Xij的平均值。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2010 進行數據整理，試驗數據均為3 個重復的平均值。采用SPSS 20.0 分析數據，并運用隸屬函數法對3 個地區雪松的抗寒性強弱進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對3 個地區雪松生理生化指標的影響

2.1.1 低溫脅迫對相對電導率的影響 由圖1 可知，人工低溫處理對3 個地區雪松的相對電導率有顯著影響（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，相對電導率總體顯著上升。太原、運城、南京雪松的相對電導率分別在 -30、-30、-25 ℃達到最大，分別為56.70%、45.89%、50.35%。3 個地區雪松相對電導率峰值與對照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對相對電導率產生影響。由于相對電導率值越大受脅迫程度越大，南京雪松的相對電導率總體高于太原、運城雪松，表明南京雪松受低溫傷害最大。太原、運城雪松的相對電導率之間差異不明顯，但運城大于太原。綜合表明，3 個地區雪松的抗寒性從強到弱排序為太原＞運城＞南京。

2.1.2 低溫脅迫對POD 活性的影響 由圖2 可知，POD 活性與雪松的抗寒性有顯著相關性。隨溫度降低，3 個地區的POD 活性呈上升—下降—上升—下降趨勢。在POD 活性上升中，太原、運城、南京雪松分別在 -15、-15、-20 ℃達到最大值，分別為507.78、492.22、481.11 U（/g·min），與對照相比POD活性分別增加了381.00、345.56、263.33 U（/g·min）。根據POD 活性越強植物的抗寒能力越強，3 個地區雪松的抗寒性由強到弱排序為太原＞運城＞南京。各地區POD 活性峰值與對照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對POD 活性產生影響。隨后POD活性呈下降—上升，是植物體內岐化物H2O2變化所致，最后POD 活性下降，表明溫度過低對酶的活性造成影響。綜合表明，3 個地區雪松抗寒性強弱依次為太原＞運城＞南京。

2.1.3 低溫脅迫對SOD 活性的影響 從圖3 可以看出，SOD 活性與雪松的抗寒性有顯著相關性。隨溫度的降低，3 個地區的SOD 活性呈上升—下降—上升—下降趨勢。隨著溫度的降低，SOD 活性增加，清除活性氧。SOD 活性先上升，太原、運城、南京雪松的 SOD 活性分別在 -10、-5、-10 ℃達到第 1 個峰值，分別為402.70、448.75、345.5 U/（g·min）。SOD活性越強植物的抗寒能力越強，3 個地區雪松的抗寒性由強到弱排序為運城＞太原＞南京。最后SOD活性下降，表明溫度過低對酶的活性造成影響。3 個地區SOD 活性峰值與對照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對SOD 活性產生影響。綜合表明，3 個地區雪松的抗寒性由強到弱排序為：太原＞運城＞南京。

2.1.4 低溫脅迫對丙二醛（MDA）含量的影響 從圖4 可以看出，人工低溫處理對3 個地區雪松MDA含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，MDA 含量總體呈顯著上升—下降的趨勢。太原、運城、南京雪松的 MDA 含量分別在 -10、-15、-10 ℃達到峰值，分別為 5.17、7.31、7.88 μmol/g。MDA 含量越大有害物質越多抗寒性越弱，根據MDA 含量峰值，表明3 個地區雪松的抗寒性由強到弱排序為太原＞運城＞南京。

2.1.5 低溫脅迫對可溶性糖含量的影響 從圖5可以看出，人工低溫處理對3 個地區雪松的可溶性糖含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，可溶性糖含量總體呈顯著上升—下降的趨勢。隨著溫度降低，植物對低溫脅迫做出反應，植物細胞含糖量增加。隨后由于溫度過低導致部分植物細胞死亡，代謝受阻，可溶性糖含量下降。太原、運城、南京雪松的可溶性糖含量分別在-10、-10、-15 ℃表現出明顯差異，與對照相比可溶性糖含量分別增加13.6%、10.5%、7.4%。3 個地區雪松的抗寒性由強到弱依次為太原＞運城＞南京。

2.1.6 低溫脅迫對可溶性蛋白含量的影響 由圖6可知，人工低溫處理對3 個地區雪松可溶性蛋白含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，可溶性蛋白含量總體呈先上升后下降趨勢。溫度降低，植物為增強抗寒能力，體內復合蛋白分解的膜蛋白游離下來，則蛋白質含量升高。隨著溫度降低，植物體部分細胞壞死，生理功能及代謝均受到影響，可溶性蛋白含量下降。太原、運城、南京的雪松分別在-15、-15、-15 ℃與對照表現出顯著差異，并與對照相比可溶性蛋白含量分別增加0.794、0.011、0.759 mg/g。可溶性蛋白含量太原與運城、南京雪松的差異顯著，運城、南京的雪松差異不顯著。3 個地區雪松的抗寒性由強到弱排序為：太原＞運城＞南京。

2.2 3 個地區雪松抗寒性綜合評價分析

2.2.1 隸屬函數法 根據隸屬函數計算公式對3 個地區雪松的相對電導率、丙二醛、SOD、POD、可溶性糖、可溶性蛋白6 個生理指標計算出各指標的隸屬度，然后取各指標隸屬度的算數平均數作為平均隸屬度，并對3 個地區抗寒性進行綜合評價。平均隸屬度越大抗寒性越強。結果表明，太原、運城、南京的雪松平均隸屬度分別為 0.517、0.495、0.482（表 2）。根據綜合評價結果對太原、運城、南京地區的雪松抗寒性進行綜合排序為太原＞運城＞南京。

表2 3 個地區雪松抗寒性綜合評價

2.2.2 抗寒性生理指標與抗寒性相關分析 從表3 可以看出，丙二醛與隸屬函數值呈極顯著負相關（P＜0.01）；可溶性蛋白、可溶性糖與隸屬函數值呈極顯著正相關（P＜0.01）；POD 與隸屬函數值呈顯著正相關（P＜0.05）。

表3 雪松隸屬函數均值與抗寒性生理指標的相關性分析

3 結論與討論

山西冬季寒冷干燥屬于典型的北方氣候，綠色植物選擇是限制北方園林綠化的重要因素之一。研究植物抗寒有重要的應用價值[6]，植物對溫度脅迫的抗性是自然選擇的結果，在形態結構方面發生的適應性變化是一種相對穩定的遺傳特性[11]。本研究對雪松種源地南京與引種地山西太原、運城的雪松抗寒性差異進行評價，并結合隸屬函數分析法[12]綜合評價雪松種源地南京與引種地山西太原、運城抗寒性差異。結果表明，結合生理指標計算出太原、運城和南京的隸屬函數值分別為0.517、0.495、0.482。研究表明，山西引種雪松經過冬季低溫鍛煉表現出適應性。

細胞膜透性是植物抗寒性重要因素。膜系統是植物遇冷害后首先受到傷害的部位，由于凍害引發的細胞脫水會對膜系統造成多方面的傷害[13]。本研究結果顯示，3 個地區雪松的相對電導率隨溫度降低呈現“S”型上升趨勢，與孫宜等[14]以電導法配合Logistic 方程測定6 個紫薇新品種的抗寒性結果一致。其中，南京地區的雪松相對電導率最大，表明細胞受損最深；太原、運城受迫害程度較小。丙二醛（MDA）是一種具有細胞毒性的有害物質，在生理過程中會產生氧自由基O2-、H2O2，破壞細胞正常的代謝運行[15]。本研究結果表明，3 個地區雪松的MDA含量均呈先增大后減小的變化趨勢，這與左寶峰等[7]的研究結果一致。

POD 活性與植物的抗寒性有顯著相關性[16]。本試驗表明，3 個地區的雪松SOD、POD 活性均呈上升—下降—上升—下降的變化趨勢。抗寒性強的植物POD 活性越高。在逆境條件下，活性氧可以誘導產生SOD，從而減輕逆境條件對細胞膜的傷害[17]。本試驗與劉杜玲等[18]的研究結果一致。抗氧化酶活性使幼苗在干旱、低溫或干旱加低溫交叉脅迫下有較強的抗旱和抗寒性，抗氧化系統在這個過程中發揮了重要的作用[19]。3 個地區雪松的保護酶活性從強到弱為太原＞運城＞南京。結果表明，雪松對環境出現適應性，氣溫低的地區雪松抗寒能力強。

可溶性糖是植物細胞內重要的滲透調節物質，它能夠增加胞內溶質濃度，降低細胞的冰點，還可緩沖細胞質過度脫水，保護細胞質膠體不致遇冷凝固，從而減少低溫對細胞的傷害[20]。植物在低溫下糖量增加是一個普遍現象[17]。本研究3 個地區雪松的可溶性糖含量均隨溫度降低先升高后降低，與任靜等[21]的研究結果一致。植物細胞可溶性蛋白具有保水、降低冰點的作用，是重要滲透調節物質之一[20]。在低溫脅迫條件下，植物體內可溶性蛋白含量增加，抗寒能力增強。本研究可溶性蛋白含量呈先上升后下降，與裴文等[22]的研究結果一致。人工低溫脅迫排除其他環境影響因子，對比3 個地區雪松越冬氣溫，山西太原、運城冬季溫度低于南京，雪松受低溫訓練的影響自我調節能力更強。太原地區種植的雪松受到低溫訓練，抗寒能力表現更強。表明，山西引種雪松對低溫鍛煉表現出適應性。