安徽省不同毛竹種源抗寒性生長生理指標(biāo)的綜合評價

曹志華，吳中能，蔡如勝，劉俊龍，高 健

（1.安徽省林業(yè)科學(xué)研究院，安徽 合肥230031；2.霍山縣林業(yè)局，安徽 霍山237200；3.國際竹藤中心，北京100000）

國外對竹子抗性選育和綜合評價的研究鮮見報(bào)道，國內(nèi)對竹子抗性報(bào)道不少，但對抗寒性竹種的篩選上主要集中在叢生竹和觀賞地被竹上，如張瑋［1］對耐寒叢生竹種、滕召勇［2］對湖南叢生觀賞竹、黃程前等［3］對20種觀賞竹的抗寒性進(jìn)行測定；有關(guān)竹種抗寒性測定的研究主要集中于與抗性有關(guān)的形態(tài)及單個理化指標(biāo)的分析［4－6］，如林樹燕等［4］、田海濤等［5］和黃程前等［3］對觀賞竹和箬竹均采用電導(dǎo)率法進(jìn)行竹種抗寒評價，趙康等［6］對引種竹種抗寒性測定主要依靠葉片等外部形態(tài)來判定。該研究將安徽省7個毛竹種源移栽在竹子北緣分布帶霍山縣，采用自然低溫脅迫法對不同種源的毛竹進(jìn)行抗寒性相關(guān)的生理生化指標(biāo)測定，同時利用主成分分析法在不損失或很少損失原有信息的前提下，將眾多的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成少數(shù)且彼此獨(dú)立的因子［7－9］。結(jié)合隸屬函數(shù)法，可得到各種源耐寒的綜合評價值，從而能比較科學(xué)地對竹種的抗寒性進(jìn)行評價。因此，在對多項(xiàng)生理指標(biāo)測定的基礎(chǔ)上，利用主成分分析法和隸屬函數(shù)法對7個毛竹種源的抗寒性進(jìn)行綜合評價，以期為耐寒竹種的選擇提供1種可行的方法，同時為耐寒竹種的引種、栽培、推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)選擇安徽具有代表性的北緣竹產(chǎn)區(qū)－霍山縣，試驗(yàn)地選擇在霍山縣茅山林場海拔650 m左右地區(qū)，面積為2 hm2。該地區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫15.3℃，年均降水量1 366 mm，無霜期220 d，日照時數(shù)1 712.2 h［10］。試驗(yàn)林的土壤為黃棕壤，pH值5.0～5.5，土層厚80 cm以上。2012年10月，在霍山縣茅山林場場部落設(shè)2 hm2耐寒毛竹種源試驗(yàn)示范基地。竹母移植按照安徽主要用材樹種造林與經(jīng)營標(biāo)準(zhǔn)［11］，于2013年3月上旬完成試驗(yàn)林建設(shè)。

1.2 材料

2012年10－12月，分別對安徽省金寨縣張沖；霍山縣大化坪、磨子潭、茅山林場；岳西縣來榜；潛山縣天柱山和廣德縣林科所等7個毛竹種源的樣地（抗寒種源選擇海拔750～850 m，對照種源為霍山縣低海拔450 m種源）采用樣圓法對竹高、胸徑、枝下高、立竹度和竹齡結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，選取2年生，胸徑為4 cm左右的竹株作為次年試驗(yàn)地所需竹母。

1.3 方法

1.3.1 耐寒試驗(yàn)林營建方法 2013年3月將已選的不同抗寒性毛竹種源以及對照種源采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行移植，栽植密度為450株·hm－2，每個種源小區(qū)栽植面積為0.067 hm2，重復(fù)3次。每個小區(qū)之間建設(shè)隔離帶，隔離距離10 m，試驗(yàn)林共計(jì)2 hm2。

1.3.2 生長生理指標(biāo)測定 采樣于2014－2017年的12月－次年1月進(jìn)行，所采竹葉的位置來自于第3分枝和第4分枝，各種源葉片存放于密封袋中，密封袋放置于有冰袋環(huán)繞的泡沫箱中，當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

竹保存率是耐寒試驗(yàn)林造林后前3 a單位面積成活竹數(shù)與造林栽植竹數(shù)之比的平均值；成竹率是試驗(yàn)林2014－2017年每年新成竹數(shù)與新出筍數(shù)之比的平均值；葉綠素測定用95%的無水乙醇丙酮混合提取比色法［12］；細(xì)胞質(zhì)膜透性采用電導(dǎo)法測定［12］；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定［13］；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［12］；根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各耐寒處理組和對照組各性狀的平均值。參考劉冰［14］等方法，首先將原始數(shù)據(jù)以相對指標(biāo)為單位進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，求得各理化指標(biāo)性狀的耐寒系數(shù)，并進(jìn)行簡單相關(guān)分析［15］，得出各理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣，耐寒系數(shù)計(jì)算公式如下：

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 運(yùn)用DPSV7.05專業(yè)版軟件完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的單因素Duncan新復(fù)極差法方差分析和主成分分析。并利用隸屬函數(shù)值對幾種種源的抗寒性進(jìn)行綜合評價。運(yùn)用的主要公式如下：

（1）隸屬函數(shù)值

式中：Xj表示第j個因子的得分值，Xmin表示第j個因子得分的最小值，Xmax表示第j個因子得分的最大值。

（2）權(quán)重

式中：Wj表示第j個公因子在所有公因子中的重要程度，Pj為各品種第j個公因子的貢獻(xiàn)率。

（3）綜合評價

式中：D為材料在自然低溫脅迫條件下用綜合指標(biāo)評價所得的抗寒性綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同毛竹種源對生長狀況的影響

對安徽省不同毛竹種源的保存率和新竹成竹率進(jìn)行調(diào)查，從下表可知，不同種源之間的毛竹保存率和新竹成竹率差異均達(dá)到極顯著水平（P＝0.000 1＜0.01）。

表1 不同毛竹種源對生長狀況的影響Tab.1 Growth of different Ph．edulis provenance

不同毛竹種源的保存率均比對照高，其中大化坪種源和茅山的保存率最高，比CK高出17.1%，其次是磨子潭種源；金寨種源的保存率最低，僅比CK高出1.08%。多重比較表明：大化坪種源、磨子潭和茅山種源之間無顯著差異，與其他種源差異顯著；岳西和廣德種源之間有差異但不顯著，與其他種源之間差異顯著。

金寨、岳西、大化坪、磨子潭、茅山和廣德種源的成竹率分別比CK高出2.38%、23.20%、12.80%、14.29%、18.75%和13.10%，潛山種源的成竹率比對照低8.39%。多重比較說明：大化坪種源、磨子潭種源和廣德種源成竹率之間無顯著差異，與其他種源之間差異顯著；金寨種源和對照之間無差異，與其他種源之間差異極顯著。

2.2 不同毛竹種源抗寒生理指標(biāo)的分析

對安徽省不同毛竹種源的葉綠素含量、脯氨酸含量、電導(dǎo)率以及丙二醛含量進(jìn)行連續(xù)4 a測定分析，對不同種源的理化指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明：不同種源的葉綠素含量、脯氨酸和電導(dǎo)率差異均達(dá)到極顯著水平（P＝0.000 1＜0.01），不同種源的丙二醛含量差異達(dá)到極顯著水平（P＝0.000 3＜0.01）。

不同毛竹種源的葉綠素含量分別比CK低17.5%、18.4%、7.1%、40.4%、14.4%、7.3%和17.6%。多重比較表明：金寨、岳西和廣德種源的葉綠素含量無顯著差異，與其他種源之間差異極顯著；大化坪和茅山種源的葉綠素含量無顯著差異，與其他種源之間差異極顯著。

金寨、大化坪、磨子潭和廣德種源的相對電導(dǎo)率比CK高15.1%、36.5%、24.4%和4.7%，岳西、潛山和茅山種源的相對電導(dǎo)率分別比CK低20.2%、1.3%和4.3%。多重比較說明：金寨和對照種源的相對電導(dǎo)率差異未達(dá)到顯著水平，其他種源之間的差異均達(dá)到極顯著水平。

表2 不同毛竹種源抗寒生理指標(biāo)的分析Tab.2 Physiological indices of cold resistance of different Ph．edulis provenance

不同毛竹種源的丙二醛含量分別比CK低0.9%、15.8%、25.3%、16.3%、14.6%、15.5%和0.5%。多重比較表明：金寨、廣德和對照之間的丙二醛含量差異未達(dá)到顯著水平，岳西、大化坪、潛山、磨子潭和茅山種源的丙二醛含量無顯著差異，與其他種源之間差異極顯著。

金寨、岳西、大化坪、潛山、茅山和廣德種源的脯氨酸含量分別比CK高出81.3%、126.7%、91.0%、154.4%、33.1%和53.3%，磨子潭種源的脯氨酸含量比CK低11.8%。多重比較說明：金寨和大化坪種源的脯氨酸含量差異達(dá)到顯著水平，未達(dá)到極顯著水平，其他種源之間的差異均達(dá)到極顯著水平。

2.3 6個生長生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

2013年底試驗(yàn)林遭遇冰凍雪災(zāi)，極端最低溫達(dá)－16°，從2014－2017年每年的12－次年1月在自然低溫脅迫后即采樣測定7種毛竹種源處理與對照的相應(yīng)理化指標(biāo)。根據(jù)公式（1）得到各耐寒系數(shù)（表3），再進(jìn)行相關(guān)分析（表4）。

表3 7個毛竹種源各單項(xiàng)生長生理指標(biāo)的抗寒系數(shù)Tab.3 Cold resistance coefficients of seven Ph．edulis provenance

從表3可知，所有竹種各單項(xiàng)指標(biāo)的變化幅度不同，因而用不同單項(xiàng)指標(biāo)的耐寒系數(shù)來評價竹種抗寒性，結(jié)果均不相同。說明竹種抗寒性是一個復(fù)雜的綜合性狀，用任何的單項(xiàng)指標(biāo)評價竹種抗寒性都有片面性。從表3可以看出，7個毛竹種源的6個生理生化指標(biāo)之間都存在著一定的相關(guān)性，使得它們所提供的信息發(fā)生重疊，同時各指標(biāo)在抗寒性中所起的作用也不盡相同，因此若直接利用這些指標(biāo)對竹種的抗寒性進(jìn)行評價，則不能準(zhǔn)確評價各竹種的抗寒性。

2.4 主成分分析

利用DPS軟件對6個單項(xiàng)指標(biāo)的耐寒系數(shù)進(jìn)行主成分分析（表5），提取3個綜合指標(biāo)，其貢獻(xiàn)率分別為49.3%、30.6%和11.9%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)91.8%，其余可忽略不計(jì)。第1主成份主要包括脯氨酸含量；第2主成分主要包括葉綠素含量；第3主成分主要包括相對電導(dǎo)率。這樣就把原來6個單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為3個新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，這3個綜合指標(biāo)代表了原來6個單項(xiàng)指標(biāo)91.8%的信息，同時根據(jù)貢獻(xiàn)率的大小可知各綜合指標(biāo)的相對重要性。根據(jù)各綜合指標(biāo)的指標(biāo)系數(shù)（表5）及單項(xiàng)指標(biāo)的耐寒系數(shù)（表3）求出每個種源3個綜合指標(biāo)（即公因子）C（χ）的得分值（表6）。

表4 6個理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.4 Correlation coefficient matrix of six physiological indicators

表5 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Tab.5 Coefficient and contribution rate of each composite indicator

表6 7個毛竹種源綜合指標(biāo)值C（χ）、權(quán)重、隸數(shù)函數(shù)值U（χ）、D值及綜合評價毛竹種源Tab.6 Comprehensive index value C（χ），weight，subordinate value U（χ），value D and ranking of seven P．edulis provenance

2.5 綜合評價

2.5.1 隸屬函數(shù)分析和權(quán)重的確定 根據(jù)因子得分值，由公式（1）分別求出7個毛竹種源所有因子的隸屬函數(shù)值U（χ）（表6）。再根據(jù)3個綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大?。ǚ謩e為49.3%、30.6%和11.9%），由公式（2）求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重，分別為0.537、0.333和0.130（表6）。

2.5.2 綜合評價值的確定 竹種抗寒性綜合評價值反映了各竹種的綜合耐寒能力的大小，其中茅山種源D值最大為0.869，表明該種源最耐寒；磨子潭種源、金寨種源的耐寒D值分別為0.785和0.771，耐寒能力僅次于茅山種源；廣德種源、大化坪種源、岳西種源、潛山種源，D值分別為0.556、0.509、0.368、0.278，耐寒能力也依次減弱。這與不同種源在經(jīng)歷極端低溫后的形態(tài)變化一致，潛山種源的葉片由綠變?yōu)辄S色或黃綠色，小枝發(fā)黑，而耐寒能力較強(qiáng)的茅山種源和磨子潭種源葉片形態(tài)基本上無變化。

3 結(jié)論與討論

該研究中對照種源雖為霍山本地種源，自然生長海拔高度為450 m，試驗(yàn)地建立在海拔650 m，與其他毛竹種源一樣存在移栽和適應(yīng)性問題，在2014－2017年對試驗(yàn)林精心管護(hù)，并每年進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明不同毛竹種源的保存率均比對照高，除潛山種源外，其他種源的成竹率也比對照高。

不同毛竹種源的葉綠素含量與對照相比較低，尤其是潛山種源的葉綠素含量比對照低40.4%，說明此種源的光合生理反應(yīng)較弱，抗寒性較低；相對電導(dǎo)率和丙二醛在低溫脅迫下變化的研究已有諸多報(bào)道，植物受到低溫逆境脅迫后，胞內(nèi)離子外滲［16］，引起相對電導(dǎo)率升高。丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物［17］，為此，相對電導(dǎo)率和丙二醛質(zhì)量摩爾濃度常作為反映生物膜受傷害程度的指標(biāo)［18］。該研究表明，岳西、潛山和茅山種源的相對電導(dǎo)率較低；岳西、大化坪、潛山、磨子潭和茅山種源的丙二醛含量經(jīng)自然低溫脅迫后，與對照相比未有上升趨勢，說明在一定低溫下，這幾個種源的細(xì)胞膜透性并未被損壞，這與核桃、藜麥、瓊花等植物［19－21］低溫脅迫下的測定結(jié)果一致。

低溫脅迫下植物通過積累脯氨酸等物質(zhì)降低細(xì)胞滲透勢，保護(hù)生物膜，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)提高植物自身對低溫的適應(yīng)性。多數(shù)研究認(rèn)為低溫脅迫下，脯氨酸等物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與植物抗寒性正相關(guān)［22］，但何開躍等［23］認(rèn)為：脯氨酸的積累可能是植物對低溫的一種適應(yīng)或者細(xì)胞受損的一種表現(xiàn)，與植物的耐寒能力無明確相關(guān)關(guān)系。研究表明：低溫脅迫下，除磨子潭種源的脯氨酸含量下降之外其余種源的含量均呈上升趨勢，且潛山和岳西種源的含量分別比對照高126.7%和154.4%。結(jié)果顯示此單一指標(biāo)并未能說明不同種源的脯氨酸含量與抗寒性呈正負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此尋求多指標(biāo)的綜合評價方法。

該試驗(yàn)中的7個毛竹種源的抗寒性由3個綜合指標(biāo)C（1）、C（2）和C（3）共同決定，某一綜合指標(biāo)值的高低并不能完全決定某一品種抗寒性的強(qiáng)弱。7個毛竹種源中，茅山種源的綜合評價值（D值）最大，抗寒性最強(qiáng)。但在茅山種源的3個綜合指標(biāo)中，綜合指標(biāo)C（1）的U（1）值為0．886，綜合指標(biāo)C（2）的U（2）值最大，為1．000，綜合指標(biāo)C（3）的U（3）值卻較小，為0．463；而金寨種源的U（3）值最大（為1.000），說明種源不同其耐寒機(jī)制也不盡相同［9，16］。

植物的抗寒性不僅是一個受多種因素影響的復(fù)雜的數(shù)量性狀，且不同竹種的抗逆機(jī)制也不盡相同，從而使得不同竹種在逆境條件下對某一具體指標(biāo)的反應(yīng)也不盡相同。因而用單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映竹種抗逆性的強(qiáng)弱［24－25］。研究運(yùn)用主成分分析法、隸屬函數(shù)法對多指標(biāo)的交互作用進(jìn)行深入綜合分析，提高了抗寒性鑒定的準(zhǔn)確性，使抗寒性竹種的篩選更具科學(xué)性和可靠性。研究只初步在安徽省內(nèi)對不同毛竹種源進(jìn)行收集、抗寒性鑒定及綜合評價，具有一定的局限性，計(jì)劃進(jìn)一步在全國范圍內(nèi)運(yùn)用科學(xué)的綜合評價方法篩選出不同的抗性毛竹種源。