基于Logistic方程分析方法的木瓜屬觀賞植物耐寒性研究

唐雯 陳健妙 左金富

摘要：為了對(duì)木瓜屬（Chaenomeles）觀賞植物耐寒性進(jìn)行研究，選擇3種不同的木瓜樹種為研究對(duì)象，研究其在9月至次年1月的含水量、淀粉含量、可溶性糖、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和相對(duì)導(dǎo)電率等生理生化指標(biāo)。利用Logistic方程擬合求解半致死溫度，并通過隸屬函數(shù)法計(jì)算隸屬均值，綜合評(píng)價(jià)其耐寒性。結(jié)果表明，隨著抗寒性的提高，3種木瓜樹種可溶性糖含量、POD活性和SOD活性均提高，與抗寒性的變化趨勢(shì)相同;3種木瓜樹種莖的抗寒能力強(qiáng)弱順序?yàn)槿毡灸竟?皺皮木瓜<光皮木瓜。

關(guān)鍵詞：木瓜屬（Chaenomeles）;觀賞植物;耐寒性;Logistic方程

中圖分類號(hào)：S661.6 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）06-0108-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.022 ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on cold resistance of Chaenomeles ornamental plants

based on Logistic equation analysis

TANG Wen1，2a，CHEN Jian-miao2b，ZUO Jin-fu1，WANG Yang1，WANG Chao-yang1，HUANG Fang-wei1

（1.Hainan College of Vocation and Technique，Haikou 570216，China;

2a.School of Life and Pharmaceutical Sciences;2b.College of Tropical Crops，Hainan University，Haikou 570228，China）

Abstract： In order to study the cold tolerance of ornamental plants of the genus Chaenomeles， three different types of Chaenomeles trees were selected as research objects， and their water content， starch content， soluble sugar， and peroxidase（POD）， superoxide dismutase（SOD） and relative conductivity and other physiological and biochemical indicators from September to January of next year. Then the Logistic equation was used to solve the semi-lethal temperature， and the membership mean was calculated by the subordination function method to comprehensively evaluate its cold resistance. The results showed that with the increase of cold resistance， the soluble sugar content， POD activity and SOD activity all increased， and the change trend was the same as that of cold resistance. The cold resistance of the stems of the three tree species was Chaenomeles japonica （Thunb.） Lindl. ex Spach

Key words： Chaenomeles; ornamental plant; cold tolerance; Logistic equation

木瓜屬（Chaenomeles）植物為落葉的灌木或小喬木，其憑借花色鮮艷美麗、花形優(yōu)美多姿，一直為園林綠化中非常重要的觀賞植物[1，2]。但是當(dāng)溫度過低時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響其生長速度、花色和花形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹚劳鯷3，4]。為了對(duì)其選育和養(yǎng)護(hù)管理的耐寒性提供理論指導(dǎo)和依據(jù)，本試驗(yàn)選擇日本木瓜、皺皮木瓜和光皮木瓜8年生植株作為樣本進(jìn)行研究，選擇冬季9月至次年1月作為研究時(shí)段，測(cè)定莖的含水量、淀粉含量、可溶性糖、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和相對(duì)導(dǎo)電率等生理生化指標(biāo)。將得到的生理生化指標(biāo)基于Logistic方程[5-7]擬合半致死溫度，然后對(duì)其耐寒性進(jìn)行分析，通過隸屬函數(shù)法求解隸屬均值[8]，然后綜合評(píng)價(jià)其耐寒性。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)田位于河北省邯鄲市紅旗苗圃基地，其屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為12.6 ℃，年平均降水量為499.65 mm，一年四季氣候變化較為明顯，冬季干燥寒冷，夏季高濕高溫。試驗(yàn)材料選擇長勢(shì)良好，位于紅旗苗圃基地的日本木瓜[Chaenomeles japonica（Thunb.） Lindl. ex Spach]、皺皮木瓜[Chaenomeles speciosa （Sweet） Nakai]和光皮木瓜[Chaenomeles sinensis（Thouin） Koehne]8年生植株。選擇上述3種樹種無病害、生長良好、健壯的植株各10株，掛牌和編號(hào)，在取樣時(shí)，試驗(yàn)材料選取每棵樹10 cm以上的一年生枝條，枝條最好選取粗細(xì)和長勢(shì)一致的。

2018年9月至2019年1月，每月15號(hào)進(jìn)行一次取樣，共取樣5次，將取下后的枝條立即裝入自封袋中，放入冰盒，然后盡快帶回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)莖的含水量、淀粉含量、可溶性糖含量、POD活性、SOD活性和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定，為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。

1.2 ?測(cè)定低溫半致死溫度

參照文獻(xiàn)[9]的方法，分別用清水和去離子水充分清洗試驗(yàn)材料，然后將樣品放置于封口袋中，按照每個(gè)封口袋放置8個(gè)莖段，每個(gè)木瓜品種需要6個(gè)袋子，然后將處理溫度標(biāo)記在封口袋上，處理溫度共設(shè)置6個(gè)（表1）。為了防止溫度過低導(dǎo)致樣品被凍死，需向袋子內(nèi)噴灑少許去離子水，低溫處理選擇變溫冰箱，降溫的速率大小為6 ℃/h，到達(dá)試驗(yàn)需要的溫度后保持4 h，然后將樣品取出放置于4 ℃的冰箱24 h，對(duì)其相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定。

參照文獻(xiàn)[10]的方法，采用愈創(chuàng)木酚法對(duì)過氧化物酶活性進(jìn)行測(cè)定，采用氮藍(lán)四唑法對(duì)超氧化物歧化酶活性進(jìn)行測(cè)定，采用茚三酮法對(duì)脯氨酸含量進(jìn)行測(cè)定，采用蒽酮比色法對(duì)可溶性糖與淀粉含量進(jìn)行測(cè)定。參照文獻(xiàn)[11]的方法，采用考馬斯亮藍(lán)法對(duì)可溶性蛋白含量進(jìn)行測(cè)定。

對(duì)樣本的含水量進(jìn)行測(cè)定，選用的方法為：將待測(cè)樣本清洗，將表面污物取出，然后再用去離子水徹底沖洗，將表面離子去掉，將其擦干后稱重，可得到其鮮重，然后將其放置在80 ℃烤箱中進(jìn)行48 h的烘干，取出后再在干燥皿上干燥24 h，對(duì)其稱重可得到其干重，然后對(duì)樣本含水量進(jìn)行計(jì)算。

1.3 ?統(tǒng)計(jì)和分析

基于Logistic方程，采用SPSS 19.0軟件對(duì)其半致死溫度（LT50）進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)抗寒性在95%置信區(qū)間內(nèi)沒有出現(xiàn)重合，這表示半致死溫度差異顯著。當(dāng)完成生理指標(biāo)含量計(jì)算后，對(duì)重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差和均值進(jìn)行計(jì)算，然后分析抗寒性及生理指標(biāo)的相關(guān)性，利用隸屬函數(shù)法對(duì)各個(gè)樹種的抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為式（1）、（2）。假如抗寒性與生理指標(biāo)呈正相關(guān)，則：

式中，X、Xmax和Xmin分別為各項(xiàng)生理指標(biāo)的平均值、最大值和最小值。將3個(gè)樹種在抗寒性研究期間的各項(xiàng)生理指標(biāo)隸屬函數(shù)相加并求其平均值，隸屬函數(shù)的平均值越大，其抗寒性就越強(qiáng)。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?抗寒性變化

在抗寒性測(cè)試期間，3個(gè)試驗(yàn)樹種溫度處理與電導(dǎo)率變化趨勢(shì)的關(guān)系為溫度越低，3個(gè)試驗(yàn)樹種的電導(dǎo)率均不斷增大?；陔妼?dǎo)率擬合方程對(duì)3個(gè)樹種的半致死溫度進(jìn)行計(jì)算。由表2可知，在9月和10月，3種樹種受環(huán)境溫度的影響較小，抗寒性相差不大。在11月，由于外界溫度的迅速降低，其抗寒性明顯變強(qiáng)。在12月時(shí)，日本木瓜莖和皺皮木瓜莖的抗寒性達(dá)到最大值，半致死溫度分別為-29.312、

-32.213 ℃，其中抗寒性最強(qiáng)的為皺皮木瓜，光皮木瓜與皺皮木瓜的抗寒性相近，到1月光皮木瓜莖的抗寒性達(dá)到最大。在測(cè)試末期，光皮木瓜的抗寒性最強(qiáng)，其次為日本木瓜，皺皮木瓜的抗寒性較差。

2.2 ?淀粉含量變化

由圖1可知，在試驗(yàn)期間3種樹種的莖淀粉含量的變化隨著溫度的降低而降低。其中，在10月和11月，光皮木瓜的莖淀粉含量低于日本木瓜和皺皮木瓜。光皮木瓜隨著時(shí)間的推移其淀粉含量穩(wěn)定降低。而皺皮木瓜和日本木瓜在前期莖的淀粉含量較為穩(wěn)定，后期減少的速率較快。在1月時(shí)，3種樹種的莖淀粉含量均達(dá)到最低值，分別為日本木瓜2.382%、皺皮木瓜2.467%和光皮木瓜1.981%。

2.3 ?可溶性糖含量變化

圖2為3種木瓜樹種可溶性糖含量隨時(shí)間的變化。3種木瓜樹種在9至12月之間，可溶性糖含量均隨著溫度的降低而增加，在12月達(dá)到最大值，而后隨著溫度的降低可溶性糖含量減小。

2.4 ?POD活性變化

圖3為3種木瓜樹種POD活性隨著時(shí)間的變化。與可溶性糖變化規(guī)律相似，均為9—12月隨著溫度的降低POD活性不斷增大，在12月達(dá)到最大值，而后隨著溫度的降低POD活性降低。在9月3種樹種的POD活性均為最小，其中日本木瓜的POD活性為59.80，明顯高于皺皮木瓜和光皮木瓜;在12月時(shí)，3種樹種的POD活性均達(dá)到最大值，其中皺皮木瓜最大，其次為光皮木瓜，日本木瓜最小。

2.5 ?SOD活性變化

圖4為3種木瓜樹種SOD活性隨時(shí)間的變化?？傮w上來說，與可溶性糖和POD變化規(guī)律相似，均為9—12月隨著溫度的降低SOD活性不斷升高，在12月達(dá)到最大值，而后隨著溫度的降低SOD活性降低。在9月，光皮木瓜的SOD活性為131.10，明顯低于其他2個(gè)樹種;12月光皮木瓜的SOD活性最高。

2.6 ?含水量變化

圖5為3種木瓜樹種含水量隨時(shí)間的變化。3種樹種均隨著溫度的降低，其含水量不斷減小。在9月，3種木瓜樹種的含水量基本相同，其中光皮木瓜隨著溫度的降低，其含水量急劇減小。而日本木瓜和皺皮木瓜的變化規(guī)律為9—10月隨著溫度的降低，含水量減小較快，但10月至次年1月則趨于穩(wěn)定，變化較小。在1月，3種樹種的含水量均達(dá)到最小值，其中光皮木瓜的含水量最小，其次為日本木瓜，皺皮木瓜最大。

2.7 ?抗寒性綜合評(píng)價(jià)

利用SPSS 19.0軟件分別對(duì)3種木瓜樹種的生理指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析，可得抗寒性與生理指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)和相關(guān)性。由表3可知，3種木瓜樹種的淀粉含量與抗寒性均呈負(fù)相關(guān)，其中對(duì)于皺皮木瓜來說，其淀粉含量與抗寒性之間呈顯著負(fù)相關(guān)。3種木瓜樹的含水量與抗寒性均呈負(fù)相關(guān)，其中光皮木瓜的含水量與抗寒性呈顯著負(fù)相關(guān)。3種木瓜樹的可溶性糖含量與抗寒性均呈正相關(guān)，其中皺皮木瓜為顯著正相關(guān)。3種木瓜樹的POD活性與抗寒性均呈正相關(guān)，其中日本木瓜和皺皮木瓜為顯著正相關(guān)。SOD活性也與抗寒性呈正相關(guān)，其中皺皮木瓜和光皮木瓜為顯著正相關(guān)，而日本木瓜為極顯著正相關(guān)。

為了進(jìn)一步綜合評(píng)價(jià)不同木瓜樹種的抗寒性，可以基于各項(xiàng)生理指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)不同指標(biāo)與抗寒性之間的相關(guān)性關(guān)系，采用隸屬函數(shù)公式對(duì)不同樹種的隸屬函數(shù)均值進(jìn)行求解，其均值越大表明抗寒性越好，具體結(jié)果如表4所示。由表4可知，抗寒性最好的為光皮木瓜，其次為皺皮木瓜，最差的為日本木瓜。

3 ?小結(jié)

3種木瓜均隨著溫度的降低其抗寒性逐漸增強(qiáng)，其中日本木瓜和皺皮木瓜于12月達(dá)到最強(qiáng)的抗寒性能，半致死溫度分別為-29.312、-32.213 ℃，日本木瓜的抗寒性弱于皺皮木瓜，兩者半致死溫度相差2.901 ℃。而光皮木瓜莖在1月的抗寒性達(dá)到最強(qiáng)，半致死溫度為-32.663 ℃。在試驗(yàn)期間，隨著抗寒性的提高，各木瓜樹可溶性糖含量、POD活性和SOD活性均升高，與抗寒性的變化趨勢(shì)相同。基于隸屬函數(shù)法對(duì)不同樹種的抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)可知，3種樹種莖的抗寒能力強(qiáng)弱順序?yàn)槿毡灸竟?皺皮木瓜<光皮木瓜。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜培兵，張永福，白小東，等.主成分分析和隸屬函數(shù)法對(duì)馬鈴薯品種抗旱性的評(píng)價(jià)[J].種子，2019，38（8）：120-126.

[2] 劉國宇，王 ?慶，毛祝新，等.自然低溫對(duì)3種亞熱帶觀賞植物耐寒生理指標(biāo)的影響[J].分子植物育種，2019，17（15）：5136-5143.

[3] 路夷坦，范永明，趙東武，等.中國木瓜屬植物資源的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（33）：37-40，60.

[4] 夏 ?冰，司志國，周垂帆.基于層次分析法的木瓜屬海棠植物景觀價(jià)值評(píng)價(jià)[J].北方園藝，2017（17）：115-119.

[5] 張鵬翀，王 ?挺，劉 ?錦，等.電導(dǎo)法配合Logistic方程測(cè)定5種高架綠化植物的抗寒性[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（19）：49-50，54.

[6] 張文娟，李連國，田東方，等.應(yīng)用Logistic方程測(cè)定景天植物的耐熱性[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（3）：46-48.

[7] 時(shí) ?朝，王亞芝，劉國杰.應(yīng)用Logistic方程確定五種蘋果枝條的半致死溫度的研究[J].北方園藝，2013（2）：36-38.

[8] 金孝芳，賈尚智，石亞亞，等.以電導(dǎo)法配合Logistic方程鑒定茶樹品種（系）的抗寒性[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（20）：4538-4539，4548.

[9] 袁小環(huán)，滕文軍，楊學(xué)軍，等.基質(zhì)和覆蓋對(duì)觀賞草容器苗越冬的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2011，26（1）：172-176.

[10] 張 ?鋼.國外木本植物抗寒性測(cè)定方法綜述[J].世界林業(yè)研究，2005（5）：16-22.

[11] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.