牛角瓜的半致死溫度和耐寒性研究

曾祥艷等

摘要 ?{目的]探明牛角瓜的抗寒力和所能忍耐的低溫極限。{方法]利用電導(dǎo)率法測(cè)定牛角瓜根、莖、葉在不同低溫下細(xì)胞膜透性的變化，并結(jié)合Logistic方程計(jì)算半致死溫度。{結(jié)果]牛角瓜根、莖、葉的細(xì)胞傷害率與處理溫度均呈負(fù)相關(guān)，隨著溫度的降低，細(xì)胞傷害率呈“S”型曲線變化，Logistic曲線模型的擬合度r2值在0.96以上，達(dá)極顯著水平，三者耐寒性強(qiáng)弱依次為葉、莖、根，且對(duì)應(yīng)的低溫半致死溫度分別為-1.03、-1.00、1.85℃，與正常低溫年度廣西各地的平均極端低溫接近。{結(jié)論]牛角瓜抗寒性較差，正常低溫年度下，除了在桂西南的左右江干熱河谷外，在溫度偏低的桂北、桂中地區(qū)難以越冬，但若遇極端天氣，在廣西大部分地區(qū)均可因寒致死。因此，目前不建議在廣西快速大規(guī)模、大面積發(fā)展種植牛角瓜。

關(guān)鍵詞 ??牛角瓜;Logistic方程;半致死溫度;耐寒性

中圖分類號(hào)S??718.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2018）36-0105-02

牛角瓜（CalotropisgiganteaL.）屬蘿藦科牛角瓜屬直立灌木，主要分布在亞洲和非洲的熱帶亞熱帶地區(qū)。牛角瓜耐干旱、耐鹽堿，在我國(guó)云南、四川、廣東、廣西、海南等地的干熱河谷、鹽堿地、沿海沙灘等生態(tài)脆弱環(huán)境下能生長(zhǎng)良好，可起到防止水土流失或防風(fēng)固沙作用{1-2]。牛角瓜整株均具較高商品開發(fā)價(jià)值，從牛角瓜中分離鑒定出的多種苷類已進(jìn)行過廣泛藥用機(jī)理研究，用牛角瓜提取物對(duì)南方根結(jié)線蟲、非洲瓜瓢蟲、釘螺進(jìn)行藥理試驗(yàn)亦達(dá)到較好的效果{3-5]，牛角瓜的綜纖維素還被認(rèn)為是目前發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量較好的野生纖維，利用其可織成具有滑爽質(zhì)感、透氣舒適的面料{6]。

近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)牛角瓜有關(guān)藥物提取和開發(fā)的報(bào)道很多，能源利用以及種毛紡織技術(shù)方面的研究亦逐漸深入，但目前牛角瓜資源基本仍處于野生狀態(tài)，引種馴化栽培相關(guān)技術(shù)方面的研究鮮有報(bào)道。2016年，在廣西桂南、桂中、桂北3個(gè)不同氣候帶，選擇13個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)牛角瓜進(jìn)行引種栽培試驗(yàn)，通過近年的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，牛角瓜在廣西范圍內(nèi)均能生長(zhǎng)，但易受低溫寒災(zāi)的影響，植株葉片枯落，枝梢枯死，致使多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的保存率逐年降低，有些植株在來年雖能重新抽萌，但多半長(zhǎng)勢(shì)弱，產(chǎn)量和質(zhì)量無法提升。為了探明牛角瓜的抗寒力和所能忍耐的低溫極限，筆者借鑒其他植物的耐寒性研究方法，通過電導(dǎo)率法結(jié)合Logistic方程計(jì)算出半致死溫度（LT50），對(duì)牛角瓜的耐寒性進(jìn)行分析，以期為科學(xué)合理布置種植區(qū)劃以及下一步的引種栽培提供理論參考。

1材料與方法

1.1材料供試牛角瓜植株于2016年6月定植于廣西林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃，生長(zhǎng)健壯，定植地點(diǎn)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫21.6℃左右。2018年4月采集健康成熟葉片以及粗度為0.5cm左右的主干枝，挖取近地面的根系，立即用潮濕紗布包裹，裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室，分別用自來水、去離子水沖洗，用吸水紙吸干水分后備用。

1.2方法

1.2.1樣品處理。避開主脈和邊緣將葉片剪成0.5cm×0.5cm規(guī)格的小葉片，枝條去掉頂端10cm，向下截取枝段，避開芽眼切成5mm厚的小段，根系截取根尖往上10～20cm部分，剪成0.5cm長(zhǎng)小段，分別稱取0.5、1.0、1.0g放入試管中。

1.2.2試驗(yàn)方法。將樣品置于8、5、3、0、-3、-5、-8℃（記為處理T1～T7）下的人工低溫恒溫槽（BILON-W-803S）處理12h后，加入25mL去離子水并置于室溫下冷卻2h，期間不斷晃動(dòng)試管，用HI-9033型電導(dǎo)率儀測(cè)定低溫處理后的葉片初電導(dǎo)值（R0）。然后在100℃沸水浴中放置20min，取出冷卻后在室溫下測(cè)定終電導(dǎo)率值（R1），每組試驗(yàn)重復(fù)3次。相對(duì)電解質(zhì)滲出率即細(xì)胞傷害率=R0/R1×100%。

將處理溫度和細(xì)胞傷害率用統(tǒng)計(jì)軟件按Logistic方程擬合，擬合方程為y=A/（1+Be-kx），其中，y為細(xì)胞傷害率，x為處理溫度，A、B為方程參數(shù)，k為細(xì)胞傷害率的最大飽和容量，因試驗(yàn)中消除了底的干擾，此次方程回歸分析時(shí)k取值100%。經(jīng)回歸分析后求得方程的拐點(diǎn)溫度即為低溫半致死溫度。

1.3統(tǒng)計(jì)分析采用Excel及SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表處理及方程擬合。

2結(jié)果與分析

2.1低溫對(duì)牛角瓜細(xì)胞傷害率的影響不同低溫處理對(duì)牛角瓜根、莖、葉3個(gè)植株部位的細(xì)胞傷害率如圖1所示，細(xì)胞傷害率與處理溫度呈負(fù)相關(guān)，這與很多研究結(jié)果相一致。隨著處理溫度的降低，根、莖、葉的細(xì)胞傷害率均呈平緩、急劇、再平緩的“S”型趨勢(shì)不斷上升，其中上升急劇的溫度為3～-3℃，說明在此溫度范圍內(nèi)，牛角瓜受低溫傷害最敏感，該溫度亦是膜系統(tǒng)不可逆破壞的臨界溫度。當(dāng)溫度低于-3℃時(shí)，細(xì)胞傷害率的增速較慢，但逐漸接近100%，細(xì)胞膜透性被完全破壞，此時(shí)牛角瓜受到的低溫破壞亦達(dá)到不可逆的程度。從細(xì)胞傷害率的變化曲線看，在8～-5℃，牛角瓜根的細(xì)胞傷害率均大于莖葉，說明牛角瓜的根對(duì)低溫反應(yīng)更強(qiáng)烈，受低溫寒害的影響大于莖葉;而莖葉兩者對(duì)低溫的反應(yīng)不同臨界溫度在0℃，高于0℃，莖的細(xì)胞傷害率明顯大于葉，低于0℃，莖葉兩者的細(xì)胞傷害率變化曲線基本重疊。由此可推斷牛角瓜根、莖、葉3個(gè)部位對(duì)低溫的耐受能力大小依次為葉、莖、根。

2.2牛角瓜Logistic方程參數(shù)及低溫半致死溫度（LT50）的確定由圖1可知，細(xì)胞傷害率與處理溫度間為明顯的“S”型關(guān)系，對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸分析，并將結(jié)果用Logistic方程擬合，得出各方程的參數(shù)值，令其二級(jí)導(dǎo)數(shù)為0時(shí)，得到的曲線拐點(diǎn)t=（lnB）/k，即為半致死溫度LT50，此時(shí)低溫對(duì)電解質(zhì)透出率的遞增效應(yīng)最大{7]。

從牛角瓜根、莖、葉3個(gè)部位的Logistic方程參數(shù)（表1）可知，三者Logistic曲線模型的擬合度r2值均在0.96以上，達(dá)極顯著水平。牛角瓜根、莖、葉的低溫半致死溫度分別為1.85、-1.00、-1.03℃，與正常低溫年度廣西各地的平均極端低溫接近，牛角瓜在廣西范圍內(nèi)極易受到低溫的影響，因寒致死的可能性很大。相關(guān)研究表明致死溫度越高，耐凍性越差{8]，從研究結(jié)果看，牛角瓜根對(duì)低溫的反應(yīng)較莖、葉敏感，半致死溫度高于0℃，耐凍性相對(duì)較差。

3結(jié)論與討論

電導(dǎo)率法測(cè)定細(xì)胞電解質(zhì)的外滲率?？梢苑从吵鲋参锸芾浜Τ潭燃捌淇购裕Y(jié)合Logistic方程計(jì)算出的半致死溫度常用作植物抗寒力大小評(píng)價(jià){9-10]，在紅豆杉、李、蘋果、柑橘、楊桃、觀賞草、桉樹等樹種中已廣泛應(yīng)用{11-12]。

該研究中，計(jì)算出牛角瓜的半致死溫度在-1.03～1.85℃，與正常低溫年度廣西各地的平均極端低溫接近。牛角瓜植株抗寒性較差，在廣西桂中、桂北等溫度偏低的地區(qū)難以露地越冬，在桂南、桂西等海拔較高的山區(qū)林地因容易出現(xiàn)霜凍，對(duì)其生長(zhǎng)也會(huì)影響較大，但可在桂西南的左右江干熱河谷越冬，若遇極端天氣，干熱河谷地區(qū)亦需要進(jìn)行抗寒保溫處理，即使露地存活，其生長(zhǎng)勢(shì)也普遍較差，需要在第2年開春時(shí)及時(shí)修剪受凍枝條，并灌以水肥進(jìn)行抗凍保墑，這與區(qū)域性引種試驗(yàn)的大田表現(xiàn)基本相佐，同時(shí)亦表明了室內(nèi)模擬野外低溫環(huán)境，雖不能真實(shí)、全面地反映自然條件下的凍害情況，但在一定程度上亦能反映植株抗低溫的能力。從研究結(jié)果看，牛角瓜根更易受低溫的影響，耐凍性比莖、葉差，這不難解釋有些植株在低溫環(huán)境下，莖葉看起來受寒害影響不是很大，但避免不了最后因寒致死的結(jié)果。因此，在判斷牛角瓜植株是否受寒害時(shí)，不僅要觀察莖、葉的表現(xiàn)，還應(yīng)重點(diǎn)考慮地下部分的根系。

決定某種植物引種栽培是否成功，關(guān)鍵因素之一是其對(duì)不良環(huán)境的耐受性{13]，鑒于牛角瓜對(duì)低溫的抗性表現(xiàn)，目前并不建議在廣西快速大規(guī)模、大面積發(fā)展種植，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，科學(xué)劃分牛角瓜種植的適宜區(qū)與非適宜區(qū)，同時(shí)加強(qiáng)選育出一批抗寒性強(qiáng)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)良品種，并優(yōu)化栽培技術(shù)，循序漸進(jìn)地推進(jìn)牛角瓜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

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