不同低溫脅迫對南京10種道路綠化樹木形態(tài)及電導率的影響1)

張家洋 郭 暉

(新鄉(xiāng)學院，新鄉(xiāng)，453003)

張 莉

(天津市環(huán)境影響評價中心)

張金池

(南京林業(yè)大學)

低溫傷害是一種全球性的自然災(zāi)害，涉及面很廣，并使農(nóng)林生產(chǎn)遭受巨大經(jīng)濟損失。長期以來，很多學者從形態(tài)、生態(tài)、生理生化、低溫時間及光周期等角度進行了廣泛而深入的研究，如邵文鵬［1］、Levitt J［2］、謝曉金［3］、徐燕等［4］從形態(tài)、生理生態(tài)角度分析常綠樹種凍害狀況并進行評價;許多學者從生理生化等方面研究自然溫度降低及回升對植物抗寒性影響［5－16］;Volk S［17］、高福元等［18］從持續(xù)低溫脅迫對植物抗寒性的生理影響進行研究;田如男［19］、王愛芳［20］、李剛［21］從光周期、光脅迫和溫度方面分析植物抗寒性;任萌［22］、成明昊［23］、張啟翔［24］、馬燕等［25］、郝日明等［26］提出了一些有關(guān)植物抗寒性的鑒定方法及其指標，其多是在人工冷凍條件下測定的各種指標。前人曾做的這些研究為揭示植物潛在的抗寒能力提供了理論基礎(chǔ)。然而，同時利用形態(tài)觀察法和相對電導法對常見道路綠化樹種在自然和人工控制低溫條件下進行綜合分析比較的文獻并不多見，文中采用2種方法對南京常見的部分道路綠化樹種的抗寒性進行了深入分析，以期為揭示常見道路綠化樹種的環(huán)境功能及抗寒性評價提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樹種選擇與采樣時間

依據(jù)對南京常見道路綠化樹種的統(tǒng)計資料和野外調(diào)查結(jié)果，本研究選取試驗樹種10個，其中常綠喬木3種，灌木7種(表1)。樹種抗寒性的測定采樣時間為2006年12月份和2007年3月份。

表1 試驗所選樹種和生長狀況

1.2 形態(tài)觀察方法與凍害評價標準

1.2.1 形態(tài)觀察方法

在收集前人資料的基礎(chǔ)上，對南京10種常綠闊葉樹種在越冬期間葉片、冬芽等的受凍情況進行重點觀察并記錄，總共觀察6次，時間分別為2006年12月23日、25日、28日、30日及2007年3月4日、7日，這些時間的氣侯有劇烈降溫或持續(xù)低溫，凍害明顯，氣溫隨時間變化狀況見圖1，圖中A、B、C、D、E、F依次與以上觀察時間相對應(yīng)。

圖1 氣溫隨時間變化狀況

1.2.2 凍害評價標準

根據(jù)前人研究基礎(chǔ)，文中把常綠樹種葉片受凍害程度分為5級:嚴重凍害，葉片呈深褐色或大面積煮熟狀，汁液外滲，水漬嚴重;中度凍害，葉背有大面積浸潤斑，葉片卷縮，葉面呈棕褐色，有半數(shù)以下嫩葉整個葉片開始大面積地失綠發(fā)白;輕度凍害，葉背有較大的褐斑，葉面色澤深暗，或20%左右嫩葉葉片邊緣、葉尖小面積開始失綠;輕微凍害，葉背有少量細小的褐色斑點，葉面稍微變深;無凍害，葉背、葉面無變化，顏色亮綠，正常生長。

1.3 相對電導率法測定樹木抗寒性的方法

試驗選擇在生長健康植株東南方向生長的1年生枝條上進行，采取1年生枝條上葉位置處于倒2和倒3的葉片，除去中脈后，先用自來水洗干凈，再用去離子水漂洗3次，在濾紙上吸干。用打孔器在葉片上打取圓片，每種葉片取10片置于試管中，加20 mL去離子水，然后，用紗布包好置于振動器上20 min，接著在室溫下用電導儀測其電導率，最后置于沸水浴中20 min，冷卻后測其煮沸電導率，按下列公式計算其相對電導率。相對電導率=振蕩電導率/煮沸電導率×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季低溫引起的常綠樹種外部形態(tài)凍害觀察

低溫不僅影響了植物的生長發(fā)育，其外部形態(tài)也會隨之發(fā)生一系列的變化，在2006—2007年越冬期間，筆者對南京10種常綠樹種凍害情況進行了形態(tài)觀察，其各自的抗凍害能力相差明顯。從圖1和表2可知，2006年12月23日，第1次觀察時，白天、夜里最低氣溫分別為4.00℃和－0.80℃，白天最高氣溫14.70℃，氣溫日變化劇烈，小于5.00℃的低溫持續(xù)時間為9 h，香樟、桂花出現(xiàn)輕微的凍害癥狀，葉片的邊緣失綠卷縮(凍害面積小于該葉面積的4%)，小葉黃楊的葉色變深，而法國冬青出現(xiàn)少量細小的褐色斑塊，其他樹種葉色仍然正常。桂花、法國冬青和小葉黃楊表現(xiàn)不同程度的凍害，除了受低溫持續(xù)時間、結(jié)構(gòu)遺傳特征及自然分布等影響外，還可能與處于風口位置有關(guān)。

表2 每次觀察時常綠樹種野外凍傷級別

2006年12月28日，第3次觀察，最低氣溫為－2.80 ℃，最高氣溫4.90 ℃，小于5.00 ℃的低溫持續(xù)時間為24 h，女貞的葉面或葉背也出現(xiàn)少量的褐色斑塊，法國冬青的葉面受凍褐色斑塊面積增大，有的葉片甚至出現(xiàn)白色斑塊。小葉黃楊的葉尖和枝梢頂端變褐，變褐數(shù)占32%左右。2007年3月7日進行第6次觀察，最低、最高氣溫分別為－1.90、9.80℃，小于5.00℃的低溫持續(xù)時間為12.5 h，與12月底的觀察相比較，香樟嫩葉焦枯現(xiàn)象更為嚴重;撒金珊瑚、小葉黃楊葉面褐斑面積在增大;女貞、法國冬青落葉的癥狀增加，嫩葉枯死。第3、第6次觀察發(fā)現(xiàn)5種樹種出現(xiàn)了輕度至中度凍害，很可能由于低溫持續(xù)時間過長(大于12 h)，持續(xù)時間內(nèi)溫度過低(分別為2.00、0.64 ℃)，2006 年 12 月 25 日、30 日和2007年3月4日，進行第2、第4和第5次觀察發(fā)現(xiàn)，小于5.00℃的低溫持續(xù)時間分別為12、11、0 h，最低溫度都大于0℃，最高和最低溫差分別為7.10、5.20、10.50 ℃，氣溫日變化較平緩，多數(shù)樹種保持以前的狀態(tài)，只有法國冬青、小葉黃楊表現(xiàn)為輕度或中度凍害。

2.2 樹種不同溫度處理下的相對電導率變化

在低溫脅迫下，植物細胞膜脂組成和透性開始發(fā)生變化，這會導致植物質(zhì)膜選擇透性的改變，而膜透性的增加與外滲電導率呈正相關(guān)，膜透性的測定可作為植物抗寒性研究中的一個生理指標。對10種樹種，設(shè)置不同處理低溫梯度，進行相對電導率的測定，結(jié)果見圖2。在所測試的樹種中，經(jīng)過－25.00、－20.00、－15.00、－10.00、－5.00 ℃處理，每處理溫度上保持時間為1.5 h，且相鄰溫度的降溫時間為1 h，當處理溫度為－10.00℃時，只有法國冬青和女貞種的相對電導率數(shù)值較大，分別為70%和75%，而當處理溫度為－20.00℃時，9種樹種的相對電導率數(shù)值都較大，幾乎都達85%以上，只有海桐達到77%。從圖2中還可以看出，隨處理溫度的降低，不同樹種在不同溫度梯度下相對電導率之間的增加幅度差異明顯。例如，廣玉蘭在－25.00℃和－5.00℃處理溫度條件下，相對電導率增幅達7倍。多數(shù)樹種相對電導率在－15.00～－10.00℃的變化幅度最大，如廣玉蘭和八角金盤都超過3倍，只有法國冬青、女貞分別為1.28和1.26倍。而在－10.00℃與－5.00℃處理溫度條件下，相對電導率變化不明顯，僅有女貞例外，增幅達2.7倍。

圖2 不同樹種在不同低溫下相對電導率的變化

將低溫處理溫度和相對電導率用統(tǒng)計軟件按Logistic曲線方程Y=K/(1+Ae－Bt)進行擬合。設(shè)女貞、香樟、廣玉蘭、海桐、桂花、法國冬青、紅花檵木、八角金盤、小葉黃楊及撒金珊瑚的Logistic方程分別為 Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9及 Y10，求出曲線出現(xiàn)拐點時的溫度(t=lnA/B)，以此作為其樹種葉片的低溫半致死溫度(LT50)。同一低溫下相對電導率越大，其樹種抗寒性越差。同時，求出Logistic方程的各參數(shù)(K，A，B)、擬合度(R2)及半致死溫度。10種樹種葉片的半致死溫度最低的為海桐，最高的為女貞，是海桐3.5倍。一般以LT50高低作為抗寒能力的強弱，以各樹種的LT50為聚類因子，采用系統(tǒng)聚類法的離差平方和法，利用SAS軟件對10種綠化樹種的LT50進行聚類分析。當樣本數(shù)分為4類時，R2=0.96，F(xiàn)=60，當合并為 3 類時，R2變?yōu)?0.87，F(xiàn)變?yōu)?6.14，都變化較大。因此，根據(jù) LT50將10種樹種分為以下4類:海桐、廣玉蘭、撒金珊瑚及香樟的 LT50為－19.60～15.40℃，為第1類;第2類是八角金盤、桂花、紅花檵木;法國冬青和小葉黃楊的 LT50分別是－8.78、－7.88 ℃，為第 3 類;第 4 類為女貞，LT50最高(－5.62 ℃)。

表3 不同樹種葉片電導率的Logistic方程參數(shù)及半致死溫度(LT50)

3 結(jié)論與討論

通過對10種常綠樹種在越冬期間進行野外形態(tài)觀察及各個樹種LT50的實測數(shù)據(jù)綜合分析，可以將其分為以下4類:第1類是海桐、廣玉蘭和撒金珊瑚，它們的葉片多數(shù)表現(xiàn)為無凍傷或輕微凍傷，且半致死溫度最低，抗寒性最強;第2類是八角金盤、桂花、紅花檵木，它們的葉片表現(xiàn)為輕微凍害或無凍傷，半致死溫度較低，抗寒性強;第3類是香樟和小葉黃楊，其葉片多為輕微或輕度凍傷，半致死溫度分別為－15.40℃和－7.88℃，它們的抗寒性中等;法國冬青的葉片多為中度、輕度凍害，女貞為輕度或輕微凍傷，但女貞的半致死溫度最高，它們的抗寒性弱，歸為第4類。

樹木的抗寒性不僅受到低溫程度和持續(xù)時間的影響，還受葉片的結(jié)構(gòu)特征及植物分布區(qū)等因素影響，葉片厚、葉面具有角質(zhì)層、葉肉柵欄組織厚并且排列緊密以及柵欄組織與海綿組織比值大等特點是海桐、廣玉蘭等植物抗寒性強的重要因素，而法國冬青、香樟則屬于抗寒性弱的樹種類型。從植物分類和分布學方面來看，抗凍性強的廣玉蘭、海桐、撒金珊瑚、紅花檵木、八角金盤分別屬于木蘭、海桐、山茱萸、金縷梅科和五加科，與其他常綠樹種相比，它們自然分布于長江中下游地區(qū);抗凍性弱的法國冬青屬于忍冬科，自然分布于南亞熱帶地區(qū)，如福建、廣東等地;抗凍性較弱的小葉黃楊、香樟分屬于黃楊科、樟科，它自然分布于亞熱帶中、南部地區(qū)?？箖鲂灾械鹊墓鸹ā⑴憣儆谀鞠浦参?，前者分布于我國西南地區(qū)，如四川、云南等地，后者從溫帶到亞熱帶都有分布。

觀察植物在冬季抗寒鍛煉下外部形態(tài)變化來確定它們抗寒能力是一種簡單、直接的方法，這和前人的研究方法與研究結(jié)果存在一致性，如邵文鵬［1］根據(jù)枸骨、常春藤等幾種常綠植物在越冬期間受凍狀況分為幾個等級來表示抗寒能力差異;據(jù)郝日明等［26］報道，具有鱗芽或冬芽、苞片的植物，越冬期間表現(xiàn)出較強的抗寒能力;此外，程翔［27］、徐天明［28］直接通過觀察紫楠與桃樹越冬期間的樹體與花芽凍害后的形態(tài)特征來分析它們抗寒能力的強弱。

電導率法成為目前公認的研究植物抗寒性非常有效的手段，郭金銓［29］采用咖啡為試驗材料測定抗寒性時，認為電導率法比較理想，楊家骃等［30］、周碧英等［31］先后采用電導率法來測定柑橘品種抗寒性，發(fā)現(xiàn)柑橘的葉片與枝條的相對電導率隨著處理溫度的降低而增加，并發(fā)現(xiàn)電導率法具有相當程度的靈敏度和精確度。還有人曾應(yīng)用電導率法測定葡萄、常綠闊葉樹種、黑云杉及黃扁柏抗寒性，結(jié)果都認為電導率法比較適合［32－34］。徐曉薇等［35］采用電導率法測定蝴蝶蘭的抗寒性表明，在同樣低溫處理條件下，電解質(zhì)滲出的多少與蝴蝶蘭品種抗寒性強弱具有一定相關(guān)性，抗寒性強的品種，電解質(zhì)滲出相對少一些。

樹木的抗寒性是長期適應(yīng)和自然選擇獲得的一種抵御寒冷的能力，其抗寒性受到低溫程度和持續(xù)時間、樹種類型、風口、光照等多重自然條件的影響。測定樹木自然條件下抗凍能力，與人為單一低溫脅迫測定的樹木抗寒性有較大差異。相對電導率是評價樹種抗寒性的重要指標，同時，評價樹種抗寒性還有一些重要生理指標，如丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、多胺及超氧化物歧化酶、脯氨酸含量等，所以，在評價綠化樹種抗寒性時應(yīng)結(jié)合一些生理指標進一步深入研究。

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