10個白楊派無性系抗寒性的比較與評價1)

藕丹 樊軍鋒 周永學 高建社

(西北農(nóng)林科技大學，楊凌，712100)

10個白楊派無性系抗寒性的比較與評價1)

藕丹 樊軍鋒 周永學 高建社

(西北農(nóng)林科技大學，楊凌，712100)

以西北農(nóng)林科技大學選育的6個I-101(Populusalba)×84K(P.alba×P.glandulosa)優(yōu)良雜種無性系(‘02-3-32’‘02-8-21’‘02-21-13’、秦白楊1號、秦白楊2號、秦白楊3號)、4個I-101×毛白楊優(yōu)良雜種無性系(‘04-16-10’‘04-14-15’‘04-17-12’‘04-19-14’)，以及I-101、84K、毛白楊30號3個對照無性系的1年生休眠枝條為試驗材料，在一系列低溫脅迫(-15、-20、-25、-30、-35 ℃)處理24 h后，測定他們的電導率、丙二醛(MDA)質量摩爾濃度、可溶性蛋白質量分數(shù)、超氧化物歧化酶(SOD)活性等4個不同的生理生化指標變化，并通過隸屬函數(shù)法對各無性系的抗寒性的結果進行比較與評價。結果表明:各無性系間抗寒性差異明顯，抗寒性由強到弱表現(xiàn)為秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-14-15’‘02-21-13’、秦白楊3號、84K、I-101、秦白楊1號、毛白楊30號、‘04-17-12’‘04-19-14’‘02-3-32’‘02-8-21’。研究表明，在4個抗寒指標綜合評價中，秦白楊2號抗寒性表現(xiàn)最好；‘04-16-10’與‘04-14-15’抗寒性也明顯強于其他無性系，可為抗寒性優(yōu)良新品種選擇及推廣提供參考。

白楊派；電導率；半致死溫度；抗寒能力

Taking annual dormancy branches of six hybrids of I-101 (Populusalba)×84K (P.alba×P.glandulosa), four hybrids of I-101×P.tomentosaselected and bred by Northwest A&F University and three control clones (84K, I-101,P.tomentosaNO.30) as experimental materials, we studied the changes of conductivity, the molality of MDA, the contents of soluble protein and SOD activities after the plants were treated under a series of low temperature (-15 ℃, -20 ℃, -25 ℃, -30 ℃, and -35 ℃) for 24 h, and evaluated the differences of the clones in cold resistance by using membership function method. There were obvious differences among the clones of the ability of cold resistance. The descending order was Qin Bai yang NO.2, ‘04-16-10’, ‘04-14-15’, ‘02-21-13’, Qin Baiyang NO.3, 84K, I-101, Qin Baiyang NO.1,P.tomentosaNO.30, ‘04-17-12’, ‘04-19-14’, ‘02-3-32’, and ‘02-8-21’. NO.2 Qin Baiyang was the best in all the test results. ‘04-16-10’ and ‘04-14-15’ clone materials had better cold resistance than others, which can provide reference for the popularization of new varieties with excellent cold resistance.

白楊派楊樹是西北地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹種，因其生長迅速、材質優(yōu)良、樹型優(yōu)美，所以成為北方地區(qū)造林綠化的重要樹種之一。但其栽培區(qū)域受寒冷、干旱等氣候條件的限制[1]，因此，選育抗寒性強的白楊派樹種具有重要意義。在低溫脅迫下，植物體內(nèi)的細胞酶活性，可溶性蛋白質、糖類質量分數(shù)等會隨之發(fā)生改變，直接或間接影響到植物體內(nèi)的正常代謝。為適應逆境，植物體內(nèi)會發(fā)生一系列復雜的生理生化反應來抵抗惡劣環(huán)境。近年來，在鑒定和評價植物的抗寒性研究中，多利用相對電導率擬合Logistic方程回歸[2]來計算植物半致死溫度(LT50)，同時測定若干個生理指標值，最后利用隸屬函數(shù)法對各指標進行綜合評價來判斷植物的抗寒性強弱，具有一定的科學意義[3-5]。

本研究選用西北農(nóng)林科技大學林學院楊樹課題組經(jīng)十年多時間篩選的10個白楊派優(yōu)良雜種無性系為供試材料，人工低溫脅迫處理后，測定與抗寒有關的生理指標并進行分析，綜合評價它們的抗寒性強弱，篩選出抗寒力較強的無性系，為白楊派抗寒性優(yōu)良新品種的選育與推廣提供借鑒。

1 材料與方法

親本84K、I-101和毛白楊30號為對照種，6個I-101(P.alba)×84K(P.alba×P.glandulosa)的優(yōu)良雜種無性系(‘02-3-32’‘02-8-21’‘02-21-13’、秦白楊1號、秦白楊2號、秦白楊3號)和4個I-101×毛白楊的優(yōu)良雜種無性系(‘04-16-10’‘04-14-15’‘04-17-12’‘04-19-14’)為供試樹種。13個樣本于2016年1月下旬取自西北農(nóng)林科技大學渭河試驗站苗圃。各無性系選擇無病蟲害、生長狀況一致、具有代表性1年生休眠苗5株，取地徑約2 cm以上枝條。

用自來水將枝條沖洗干凈后剪成約20 cm的枝段，再用去離子水漂洗3～5次，用濾紙將表面的水分吸干，分6組用密封袋分裝好，放置于超低溫冰箱中進行低溫脅迫處理。設定5個溫度梯度，即-15、-20、-25、-30、-35 ℃，并以常溫為對照。以4 ℃·h-1降溫[6]，在既定溫度下處理24 h。

相對電導率的測定：用去離子水將低溫處理好的各無性系枝條沖洗3次，濾紙吸干枝條表面的水分，避開芽眼，切成0.5 cm左右的小段再稱取約1 g，分別置于三角瓶中，各加入去離子水25 mL，用封口膜密封，放置于搖床上25 ℃振蕩浸提24 h后，用雷磁DDS-307A型電導率儀測定其浸提液初始電導值；之后將樣品浸提液在沸水浴中加熱35 min，冷卻后搖勻測定其電導率作為終電導率值。三角瓶用封口膜密封以確保整個處理過程中水量不變[7]。計算公式為相對電導率=(C1/C2)×100%(其中，C1為煮前電導率；C2為煮后電導率)，各無性系重復3次。

生理生化指標的測定：采用巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)的質量摩爾濃度，采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白質量分數(shù)，采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[8-9]，各無性系重復3次。

數(shù)據(jù)處理：試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003軟件進行處理，并依據(jù)隸屬函數(shù)法綜合各項指標進行抗寒性評價；用IBM SPSS Statistics19.0擬合不同溫度處理下的相對電導率的Logistic方程，確定低溫半致死溫度；采用DPS 7.05完成數(shù)據(jù)的差異顯著性測驗。其中，

隸屬函數(shù)：

反隸屬函數(shù)：

式中：U(xi)為隸屬函數(shù)值；Xi為無性系某項指標的測定值；Xmin和Xmax分別為所有參試無性系中某一指標的最小值和最大值。如果某一指標與綜合評判結果為負相關，則用反隸屬函數(shù)進行轉換。

2 結果與分析

2.1 低溫處理下各無性系的半致死溫度(LT50)

利用Logistic求得各無性系的半致死溫度(表1)。13個白楊派無性系的半致死溫度差異顯著，LT50在-40～-20 ℃。據(jù)此得出的半致死溫度可將13個無性系抗寒性大致分為3種不同的類型，第I類抗寒性最強(LT50<-34 ℃)(包括秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-14-15’‘02-21-13’)；第II類抗寒性較強(-34 ℃≤LT50<-29 ℃)(包括秦白楊3號、84K、秦白楊1號、I-101、毛白楊30號)；第III類抗寒性較弱(LT50≥-29 ℃)(包括‘04-17-12’‘02-3-32’‘04-19-14’‘02-8-21’)。各無性系按LT50從低到高的順序依次為秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-14-15’‘02-21-13’、秦白楊3號、84K、秦白楊1號、I-101、毛白楊30號、‘04-17-12’‘02-3-32’‘04-19-14’‘02-8-21’。

表1 低溫處理下各無性系的Logistic方程及其半致死溫度

注：** 表示擬合度達到極顯著水平；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 低溫處理下各無性系的MDA質量摩爾濃度、可溶性蛋白質量分數(shù)和SOD活性變化

丙二醛(MDA)質量摩爾濃度的高低可以反映植物膜系統(tǒng)的受傷程度，與植物抗寒性呈負相關[10-11]。隨著溫度的降低，13個白楊派樹種的MDA質量摩爾濃度出現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢，但是達到最大值時所對應的溫度不同(表2)，例如，秦白楊2號，‘04-14-15’和‘04-16-10’在-30 ℃下達到最大值；I-101、84K和秦白楊3號在-25 ℃處理下達到最大值；而‘02-3-32’和‘02-8-21’在-20 ℃時就達到最大值。

可溶性蛋白質量分數(shù)越大，植物體的抗寒性也就越高[12]。在整個低溫處理過程中，秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-14-15’‘02-21-13’可溶性蛋白質量分數(shù)均達到23.00 mg·g-1(表2)，增幅均達到19.40%；而‘2-8-21’在整個處理過程中，可溶性蛋白質量分數(shù)最小，幅度僅為11.43%，說明低溫脅迫下，其無法通過迅速增加體內(nèi)可溶性蛋白質量分數(shù)來應對惡劣環(huán)境，抗寒性很差。

SOD是植物體內(nèi)的內(nèi)源保護酶系統(tǒng)，研究表明，樹種抗寒能力越強，SOD活性越高[13]。在低溫脅迫下，各枝條中SOD的活性發(fā)生明顯變化，但是變化規(guī)律相似，為先升高后降低(表2)。其中秦白楊2號SOD活性在-30 ℃時達到最大值(400 U·g-1)，增幅達到42.02%，說明其抗寒性最強；‘02-8-21’增加幅度最小，為17.29%，整個過程中增加緩慢，說明其相對于其他無性系抗寒性弱。

表2 低溫處理下各無性系的生理生化指標變化

無性系可溶性蛋白質量分數(shù)/mg·g-1CK-15℃-20℃-25℃-30℃-35℃I-101(15．45±0．70)c(17．45±0．81)c(18．68±0．55)d(19．30±0．73)bc(18．78±0．65)d(17．22±0．29)c84K(15．70±0．11)c(17．76±0．57)c(19．02±0．47)c(19．63±0．52)bc(18．37±0．74)c(18．02±0．80)c毛白楊30號(14．68±0．74)d(15．22±0．36)d(16．64±0．42)e(17．61±0．37)c(16．68±0．85)d(15．97±0．55)d‘02-3-32’(14．06±0．32)d(14．64±0．34)e(16．71±0．48)e(16．14±0．45)d(14．73±0．38)e(14．41±0．72)e‘02-8-21’(12．79±0．20)f(13．31±0．40)f(14．44±0．35)f(13．88±0．36)f(13．22±0．84)f(13．00±0．69)f秦白楊1號(13．60±0．44)e(14．40±0．74)e(14．73±0．76)f(15．74±0．51)e(15．36±0．66)d(14．89±0．61)e秦白楊2號(19．15±0．48)a(22．22±0．25)a(23．44±0．88)a(23．63±0．52)a(24．08±0．72)a(23．08±0．35)a秦白楊3號(16．73±0．81)bc(18．92±0．42)b(20．23±0．48)bc(20．76±0．63)b(19．50±0．49)b(19．00±0．47)b‘02-21-13’(18．48±0．28)b(20．65±0．18)ab(21．24±0．57)b(21．97±0．36)b(23．04±0．90)ab(22．54±0．56)ab‘04-14-15’(18．33±0．57)b(20．94±0．57)ab(21．12±0．62)b(22．42±0．48)ab(23．00±0．39)ab(22．40±0．59)ab‘04-16-10’(18．79±0．66)ab(21．78±0．78)ab(22．．0±0．41)ab(22．77±0．80)ab(23．32±0．40)a(22．10±0．20)ab‘04-17-12’(14．17±0．71)d(15．00±0．51)d(16．06±0．24)e(15．07±0．20)e(14．76±0．62)e(14．55±0．60)e‘04-19-14’(15．30±0．46)c(15．65±0．49)d(17．09±0．65)d(16．72±0．84)d(15．93±0．51)d(15．44±0．82)d

無性系SOD活性/U·g-1CK-15℃-20℃-25℃-30℃-35℃I-101(228±3．9)c(263±5．3)b(298±6．9)ab(318±5．5)c(277±5．5)d(259±6．5)b84K(218±7．1)e(258±8．0)bc(290±9．1)b(327±4．3)bc(291±5．2)c(252±6．6)d毛白楊30號(251±7．4)a(275±7．2)a(293±11．4)b(310±5．7)d(289±7．9)c(260±3．8)c‘02-3-32’(237±6．7)b(250±5．9)d(272±7．6)e(282±4．9)e(260±7．3)e(238±7．7)e‘02-8-21’(220±5．8)d(246±6．2)e(266±9．8)f(254±5．2)f(231±6．0)f(226±4．5)f秦白楊1號(238±4．5)b(264±4．4)b(299±8．5)ab(328±5．3)bc(294±7．3)c(263±7．3)c秦白楊2號(216±2．9)e(274±8．1)a(321±7．2)a(374±8．1)a(400±5．1)a(335±3．4)a秦白楊3號(220±5．2)d(252±5．5)d(291±7．9)b(355±4．5)ab(314±6．6)bc(292±6．0)b‘02-21-13’(241±8．0)a(266±6．2)ab(285±4．7)c(331±3．9)b(336±4．2)b(297±4．1)b‘04-14-15’(210±3．7)f(254±7．5)c(269±7．7)f(316±6．4)c(339±3．9)b(290±5．2)b‘04-16-10’(222±5．0)d(245±3．7)f(279±5．3)d(308±7．5)d(344±5．2)ab(331±6．7)a‘04-17-12’(211±3．3)f(248±5．1)e(270±8．1)e(309±9．0)d(262±6．5)e(248±5．9)e‘04-19-14’(239±4．2)b(268±4．6)ab(287±5．6)c(312±6．6)c(284±8．0)c(246±6．2)e

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 各無性系的抗寒性綜合評價

利用隸屬函數(shù)法對13個白楊派無性系的相對導電率、MDA質量摩爾濃度、可溶性蛋白質量分數(shù)及SOD活性4項指標綜合分析發(fā)現(xiàn)，枝條的可溶性蛋白質量分數(shù)、SOD活性與各無性系的抗寒性呈正相關，而丙二醛質量摩爾濃度和電解質滲出率與其呈負相關[14-15]；同時，隸屬函數(shù)值(表3)以秦白楊2號最大(0.577 2)，其次是‘04-16-10’(0.556 8)，‘04-14-15’(0.550 4)，‘02-8-21’的隸屬函數(shù)值最小(0.422 9)。13個白楊無性系的抗寒性由強到弱的順序為秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-16-15’‘02-21-13’、秦白楊3號、84K、I-101、秦白楊1號、毛白楊30號、‘04-17-12’‘04-19-14’‘02-3-32’‘02-8-21’，該結果與通過建立Logistic方程而推算出的抗寒性強弱順序基本吻合。

表3 無性系各指標隸屬函數(shù)值

3 結論與討論

相對電導率與植物組織在低溫脅迫后細胞原生質膜受害程度呈正相關[16]，根據(jù)相對電導率與溫度的關系擬合出的Logistic方程，推算出植物的半致死溫度(LT50)。本試驗計算出I-101、84K、毛白楊30號、‘02-3-32’‘02-8-21’、秦白楊1號、秦白楊2號、秦白楊3號、‘02-21-13’‘04-14-15’‘04-16-10’‘04-17-12’和‘04-19-14’的LT50分別為-30.85、-31.57、-29.24、-26.61、-20.04、-31.32、-38.97、-32.52、-34.63、-34.88、-36.10、-28.96和-24.67 ℃。由此得到，白楊派無性系的抗寒性由強到弱的順序為秦白楊2號、‘04-16-10’‘04-14-15’‘02-21-13’、秦白楊3號、84K、秦白楊1號、I-101、毛白楊30號、‘04-17-12’‘04-19-14’‘02-3-32’‘02-8-21’，這與采用隸屬函數(shù)分析法綜合評價結果基本一致，只有秦白楊1號與I-101順序略有差異。說明通過電導率的測定計算的LT50就能判斷植物的抗寒性強弱，這與之前的研究一致[17]。同時，各無性系的半致死溫度也為以后的引種提供借鑒。

MDA質量摩爾濃度、可溶性蛋白質量分數(shù)以及SOD活性這三個指標在整個低溫處理過程中，均在不斷變化，且達到最大值的溫度有所不同，說明各個無性系對低溫調(diào)節(jié)的敏感度有一定的差異。這三個指標都可以在一定程度上反映出植物的抗寒性大小，但是與綜合分析得到的結果差異較大，如僅根據(jù)SOD活性隸屬函數(shù)值得到的抗寒性由大到小的排序是秦白楊2號、‘04-16-10’‘02-21-13’‘04-14-15’、秦白楊1號、I-101、84K、秦白楊3號、毛白楊30號、‘04-17-12’‘04-19-14’‘02-3-32’，所以不能單獨依據(jù)某一生理生化指標判斷植物的抗寒性大小，但這些指標可以粗略判斷植物抗寒性強弱，如‘02-21-13’和‘04-14-15’、‘04-19-14’和‘02-3-32’雖然排序中位置都顛倒，但是前者都屬于抗寒性強的，后者都屬于抗寒性弱的。

自然環(huán)境復雜多變，人工低溫脅迫不可能完全反映出自然條件的凍害情況，所以本試驗在模擬低溫環(huán)境下測定的結果，可能與各無性系實際抗寒性不完全一致。但本試驗所有材料均經(jīng)過相同的處理且在同一條件下測定，因此，測定結果具有可對比性，可以反映出各無性系之間的抗寒性強弱。并且利用隸屬函數(shù)法對其抗寒性進行了綜合評價，篩選出抗寒性強的優(yōu)良無性系，即秦白楊2號、‘04-16-10’和‘04-14-15’，它們可作為白楊派抗寒性樹種的重要補充，也為后續(xù)抗寒性樹種的培育與推廣提供參考。

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Comparison and Evaluation on Cold-tolerance of Ten Varieties in Sect.Leuce//

Ou Dan, Fan Junfeng, Zhou Yongxue, Gao Jianshe

(Northwest A & F University, Yangling 712100, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(1)：16-19，54.

Sect.Leuce; Conductivity; Semi-lethal temperature (LT50); Cold resistance

藕丹,女,1991年12月生，西北農(nóng)林科技大學林學院，碩士研究生。E-mail:18829784191@163.com。

樊軍鋒,西北農(nóng)林科技大學林學院，教授。E-mail：fanjf28@163.com。

2016年7月4日。

S722.5;S792.12

1)“十三五”國家重點研發(fā)計劃林業(yè)資源培育及高效技術創(chuàng)新專項(SQ2016YFNC030041)。

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