南京地區(qū)7個(gè)常綠闊葉喬木樹種的耐寒性評(píng)價(jià)

周冬琴， 蘆治國， 吳 斌， 殷云龍， 于金平

[1.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)，江蘇南京 210014； 2.南京天禾園林建設(shè)有限公司，江蘇南京 210019]

常綠闊葉樹種四季常青、樹形葉形多變，比針葉樹種更能體現(xiàn)生機(jī)和活力，能夠改變冬季景觀單一、蕭條的局面，并且在改善氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)滯塵、增強(qiáng)景觀生態(tài)效應(yīng)方面有著不可替代的作用。我國的常綠闊葉樹種資源極為豐富，但主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，大多數(shù)種類抗寒性較差[1]。近年來很多城市通過引種原產(chǎn)于亞熱帶地區(qū)的常綠闊葉樹種用于城市園林綠化和環(huán)境建設(shè)，但由于受冬季低溫和立地條件限制，引種的成功率并不是很高[2-3]。溫度常常是影響這些樹種引種是否成功的一個(gè)重要生態(tài)因子[4-6]，因此加強(qiáng)常綠闊葉樹種的抗寒馴化和評(píng)價(jià)研究，可為進(jìn)一步向更高維度引種抗寒常綠闊葉樹種提供重要的科學(xué)參考。

江蘇省南京市(地理位置：31°14′～32°36′N、118°22′～119°14′E)地處亞熱帶北部，處于南北分界點(diǎn)，是常綠闊葉樹種自然分布的北緣地帶，因此對(duì)南京地區(qū)引種成功的常綠闊葉樹種進(jìn)行耐寒性評(píng)價(jià)具有重要意義。

植物耐寒性評(píng)價(jià)方法有很多，其中越冬適應(yīng)性觀察方法簡(jiǎn)單、直觀，但是不能定量評(píng)價(jià)[7]；電導(dǎo)法簡(jiǎn)單、快速，配合Logistic方程能推導(dǎo)出品種的半致死溫度，可定量反映植物所耐受的低溫極限，對(duì)植物的抗寒性作出定量評(píng)價(jià)[8-9]。目前電導(dǎo)法配合Logistic方程測(cè)定植物的耐寒性的方法已被廣泛用于林木的耐寒性鑒定[10-13]。本研究將以上2種評(píng)價(jià)方法結(jié)合，對(duì)南京地區(qū)引種馴化的7個(gè)常綠闊葉樹種在連續(xù)2個(gè)越冬期的耐寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為常綠闊葉樹種進(jìn)一步向北引種栽培提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料是從南京中山植物園100多種已露地引種且正常越冬的常綠闊葉樹種中選取的觀賞價(jià)值高、長勢(shì)好、應(yīng)用潛力大的7個(gè)樹種，分別為樟科的香樟(Cinnamomumcamphora)、天竺桂(Cinnamomumjaponicum)，木蘭科的臺(tái)灣含笑(Micheliacompressa)，木樨科女貞屬的女貞(Ligustrumlucidum)、木犀屬的桂花(Osmanthusfragrans)，杜英科杜英屬的杜英(Elaeocarpusdecipiens)，冬青科冬青屬的大別山冬青(Ilexdabieshanensis)，其中香樟和女貞在園林中引種廣泛，可作為其他樹種的對(duì)照。各個(gè)樹種引種年限為15～50年不等。南京中山植物園的地理位置為32°02′N、118°28′E，年平均氣溫為15.4 ℃，1、7月平均氣溫分別為2.3、27.7 ℃，1月極端最低氣溫為-14.0 ℃，7月極端最高氣溫為43.0 ℃，年平均降水量為1 013 mm。

1.2 方法

1.2.1 越冬適應(yīng)性觀察 在參照前人研究[14]的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的觀察和經(jīng)驗(yàn)的累積，根據(jù)樹種在自然界越冬的表現(xiàn)來進(jìn)行分析，在每次寒害天氣過程結(jié)束后3～4 d，對(duì)各樹種葉片的凍害情況進(jìn)行觀察，凍害評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級(jí)，分別給予0、1、2、3、4觀察值：0級(jí)——葉片無凍害；1級(jí)——10%以內(nèi)葉片葉面稍微變深，葉背有少量細(xì)小的褐色斑點(diǎn)；2級(jí)——10%～30%葉片邊緣、葉尖小面積開始失綠，老葉葉片色澤深暗，葉背有較大褐斑；3級(jí)——30%～50%嫩葉整個(gè)葉片開始大面積的失綠發(fā)白，卷縮，老葉葉面呈棕褐色，葉背有大面積浸潤斑；4級(jí)——50%以上嫩葉葉片受凍呈枯萎狀，老葉葉片呈深褐色或大面積煮熟狀，嚴(yán)重水漬，汁液外滲。以葉片達(dá)到4級(jí)時(shí)的溫度表示該葉片的致死溫度。

1.2.2 電導(dǎo)法測(cè)試方法 觀察越冬適應(yīng)性同時(shí)取葉樣回實(shí)驗(yàn)室模擬低溫過程測(cè)定各樹種的電導(dǎo)率。電導(dǎo)法主要分以下5個(gè)步驟：(1)每次采樣時(shí)間在09：00左右，選擇生長健康植株的東南方向的1年生長枝條進(jìn)行，參照朱根海等的方法[3]，取1年生枝條上葉位處于倒2、倒3的葉片，取回的葉片先用自來水沖洗干凈，再用去離子水漂洗3次，在濾紙上吸干。(2)將葉片平均分成5份，用紗布包好放于試管中，置于Polyscience公司生產(chǎn)的9610型低溫循環(huán)儀中進(jìn)行低溫處理。設(shè)定的溫度梯度分別為-5、-10、-15、-20、-25 ℃，每2個(gè)溫度間降溫過程設(shè)為1 h，并在處理溫度處保持1.5 h。(3)將處理后的材料取出置于4 ℃冰箱24 h。(4)解凍后的葉片每個(gè)溫度設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)約2 g，去掉葉脈剪成 1 cm×1 cm的小葉塊，置于25 mL刻度試管中，每個(gè)試管加入20 mL去離子水，振蕩2 h，在室溫下浸提12 h。(5)由DDS-11A型直讀電導(dǎo)儀測(cè)定冷凍電導(dǎo)率，再置于沸水浴中20 min，冷卻到室溫后測(cè)其煮沸電導(dǎo)率，計(jì)算出相對(duì)電導(dǎo)率[相對(duì)電導(dǎo)率=(冷凍電導(dǎo)率/煮沸電導(dǎo)率)×100%]。

低溫脅迫下細(xì)胞電解質(zhì)滲透率與溫度之間的關(guān)系呈“S”形曲線，與Logistic方程Y=k/(1+ae-bx)具有較好的擬合度。式中：y代表細(xì)胞傷害率，%；t代表處理溫度，℃；k為細(xì)胞傷害率的飽和容量(此處為100)；a、b為方程參數(shù)。計(jì)算該方程的二階導(dǎo)數(shù)，并令其等于0，則可獲得曲線的拐點(diǎn)，X=ln(1/a)/b，即為半致死溫度LT50(℃)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007和DPS 3.01軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬適應(yīng)性觀察

南京地區(qū)2010—2011、2011—2012年冬季逐日最低氣溫變化情況分別見圖1、圖2。可以看出，2個(gè)冬季逐日最低氣溫的數(shù)值和變化趨勢(shì)基本相同，2個(gè)冬季溫度變化趨勢(shì)基本表現(xiàn)如下：自11月下旬開始?xì)鉁卮蠓认陆?，進(jìn)入12月首次出現(xiàn)0 ℃以下低溫，且出現(xiàn)10 d以上，到1月中旬左右氣溫下降到最低值，此后一直在0 ℃左右徘徊，當(dāng)進(jìn)入2月下旬時(shí)，氣溫開始出現(xiàn)回升趨勢(shì)。其中，2010年12月至2011年3月出現(xiàn)的0 ℃以下天氣：12月有14 d，1月有28 d，2月有 12 d，3月有1 d，最低溫度出現(xiàn)在1月16日，為-9.4 ℃。2011年10月至2012年3月出現(xiàn)的0 ℃以下天氣：12月有 15 d，1月有17 d，2月有15 d，3月有 2 d，最低溫出現(xiàn)在1月23日，為-6.9 ℃。

將各樹種的野外凍害調(diào)查結(jié)果列于表1，10月份觀測(cè)的7個(gè)喬木葉片均未發(fā)生凍害，同一樹種從11月開始到3月底凍害均逐步加深。不同樹種之間比較可知，越冬適應(yīng)性觀察結(jié)果未出現(xiàn)凍害的為大別山冬青，出現(xiàn)過4級(jí)凍害的有香樟和杜英，出現(xiàn)過3級(jí)凍害的有香樟和女貞。根據(jù)冬季越冬適應(yīng)性觀察值的總和對(duì)各樹種的耐寒性進(jìn)行排序，耐寒性由強(qiáng)到弱依次為大別山冬青、臺(tái)灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英(表1)，2年的耐寒性排序基本一致，表明該方法具有較好的可重復(fù)性。

表1 7種常綠闊葉樹種越冬適應(yīng)性調(diào)查結(jié)果

注：2011年觀察值總和時(shí)間范圍為2010年12月20日至2011年3月24日，2012年觀察值總和時(shí)間范圍為2011年10月24日至2012年3月26日。

2.2 對(duì)細(xì)胞膜透性的影響

從圖3可以看出，隨處理溫度的降低，7個(gè)常綠闊葉樹種的葉片組織經(jīng)一系列零下低溫處理后相對(duì)電導(dǎo)率都呈相應(yīng)的增加趨勢(shì)。7個(gè)樹種的葉片在低溫處理初期相對(duì)電導(dǎo)率上升緩慢，然后在達(dá)到某一處理低溫時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率急劇上升，隨后又趨于緩慢。但不同樹種葉片相對(duì)電導(dǎo)率急劇上升時(shí)的處理低溫各不相同，如女貞、杜英、香樟和桂花都于-10 ℃時(shí)葉片相對(duì)電導(dǎo)率開始急速上升，到-20 ℃時(shí)于趨于平穩(wěn)；大別山冬青、臺(tái)灣含笑和天竺桂于-15 ℃左右時(shí)葉片相對(duì)電導(dǎo)率開始快速上升，到-25 ℃時(shí)趨于平緩。

由圖4可知，從10月開始隨著冬季溫度的降低，相對(duì)電導(dǎo)率先降低，12月后快速升高，2月后緩慢升高或略有降低，其中杜英的相對(duì)電導(dǎo)率變化最為劇烈。

2.3 入冬期間各樹種LT50的動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)7個(gè)常綠闊葉樹種在低溫處理下的相對(duì)電導(dǎo)率，結(jié)合Logistic方程計(jì)算出各樹種葉片的半致死溫度(lethal temperature 50，LT50)，結(jié)果見表2。同一樹種進(jìn)入冬季不同月份的半致死溫度LT50均隨著溫度的降低而降低，到1月份左右達(dá)到最低值，之后隨著溫度的升高又略有上升，不同月份之間變化幅度以大別山冬青最高，最高達(dá)118.45%，香樟最低，為30.19%；同一時(shí)期不同樹種的LT50差異明顯，且不同時(shí)期各樹種的LT50排序略有差異，但基本上都與最冷月的耐寒性排序相同，因此以各樹種在最冷月的LT50為依據(jù)進(jìn)行耐寒性比較，由強(qiáng)到弱依次為大別山冬青、臺(tái)灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英，2年的耐寒性排序一致。

表2 7個(gè)常綠闊葉樹種半致死溫度LT50的動(dòng)態(tài)變化

注：變化幅度=[(最大值-最小值)/最小值]×100%(同一個(gè)越冬期不同月份)?！啊北硎緵]有數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論與討論

隨外界環(huán)境溫度條件的變化，樹種的抗寒能力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，特別是隨季節(jié)變化的外界低溫的誘導(dǎo)可不同程度地提高樹種的抗寒性，如果抗寒試驗(yàn)的測(cè)定時(shí)間選在非冬季，僅僅依靠在冰箱內(nèi)誘導(dǎo)數(shù)小時(shí)測(cè)得的結(jié)果是不可靠的[6]，因此筆者選擇10月至次年3月的越冬期進(jìn)行連續(xù)2年的觀測(cè)。

越冬適應(yīng)性觀察的結(jié)果直觀、快速，能定性反映植物的凍害情況，觀測(cè)的7個(gè)常綠闊葉樹種在南京露地條件下均能越冬，且生長正常。大別山冬青連續(xù)2個(gè)冬季葉片都沒有任何凍害現(xiàn)象，臺(tái)灣含笑進(jìn)入12月葉片邊緣有少量斑點(diǎn)，天竺桂從11月開始葉片邊緣略有發(fā)紅，經(jīng)歷最寒冷的1月以及春天3月的溫度驟降，凍害均沒有加重，表明以上3種闊葉喬木在南京地區(qū)具有很強(qiáng)的耐寒性，可以適當(dāng)考慮往北引種。桂花葉片在整個(gè)越冬期凍害基本在2級(jí)，具有一定的耐寒性。女貞進(jìn)入最冷月的凍害達(dá)到3級(jí)，表明其葉片在南京已臨近極限溫度，耐寒性表現(xiàn)不佳，可能因?yàn)楸狙芯康呐懛N源與蘇北地區(qū)應(yīng)用的種源存在差異。香樟在最冷月凍害為3級(jí)，進(jìn)入3月溫度開始上升后急劇降溫，凍害加重，50%以上嫩葉葉片受凍呈枯萎狀，這可能與香樟葉片薄、革質(zhì)不明顯有關(guān)。杜英的葉片進(jìn)入0 ℃低溫即開始發(fā)黃發(fā)紅，到2月左右葉片大量枯黃凋落，可見香樟和杜英若繼續(xù)北移，雖然可能存活，但冬季將會(huì)落葉。本研究的耐寒性主要針對(duì)葉片進(jìn)行研究，反映的是各樹種越冬期間葉片的常綠狀況。

取葉樣回實(shí)驗(yàn)室模擬低溫過程測(cè)定各樹種的電導(dǎo)率，進(jìn)而計(jì)算半致死溫度(LT50)能定量反映各樹種的耐寒潛力[10]。本研究結(jié)果顯示，隨著自然溫度的降低，不同樹種的LT50均降低，反映了低溫對(duì)樹種的誘導(dǎo)效應(yīng)。但是不同樹種對(duì)低溫的響應(yīng)和增加幅度均不同，比如大別山冬青在10月份的LT50為-10.57 ℃，高于天竺桂、香樟、桂花和臺(tái)灣含笑，但是經(jīng)過低溫的馴化，大別山冬青的耐寒能力被大大激發(fā)，到最冷月時(shí)LT50達(dá)-23.09 ℃，比另外6個(gè)樹種的LT50均低；香樟的LT50在整個(gè)越冬期雖有變化，但均在-16 ℃左右徘徊；杜英的LT50則始終不低于-15 ℃。依據(jù)7個(gè)常綠闊葉樹種在最冷月前后的半致死溫度LT50進(jìn)行耐寒性排序，由強(qiáng)到弱依次為大別山冬青、臺(tái)灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英。2年的排序結(jié)果一致。

采用越冬適應(yīng)性觀察的耐寒比較結(jié)果與電導(dǎo)法計(jì)算的半致死溫度評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。但是越冬適應(yīng)性觀察結(jié)果不能定量各樹種葉片具體的耐低溫溫度，而電導(dǎo)法不能形象直觀地反映各樹種在低溫下的凍害程度，因此這2種方法可以互為補(bǔ)充，相互驗(yàn)證，保證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性。

針對(duì)本研究的不足，下一步可以對(duì)各樹種的枝條和活體進(jìn)行耐寒性觀測(cè)，深入對(duì)某一樹種的不同年齡進(jìn)行耐寒性分析，并且依據(jù)觀測(cè)的各樹種LT50，將樹種引種到最低溫度不低于半致死溫度的地區(qū)，進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)研究，以進(jìn)一步完善常綠闊葉樹種的耐寒性系統(tǒng)研究，為常綠樹種的引種及推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。