尹 杰 ，彭儒勝，蔄勝軍，李曉宇，紀純陽，彭建東，任曉旭，趙洪波

（1.遼寧省楊樹研究所，遼寧 營口 115213；2.杭州市林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310000；3.國有喀左縣桃花池林場，遼寧 朝陽 122300）

低溫是限制植物分布和地域生長重要的非生物脅迫因素[1]，許多植物生產(chǎn)常常因遭受低溫傷害而造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，世界每年因此造成的損失達2 000 億美元[2]。盡管優(yōu)化栽培措施、改善栽培條件可提高植物的抗寒性，但抗寒遺傳特性才是植物抗寒性中內(nèi)在的、相對穩(wěn)定地起決定作用的因素[3]。選用多抗的植物品種才是減少低溫傷害的最根本措施[4]。因此，研究植物抗寒性，不僅在理論上具有重要意義，而且在實際生產(chǎn)過程中也具有廣泛的應用價值，抗寒性研究已成為抗逆研究中的一個重要組成部分。關于植物的抗寒性評價，國內(nèi)外學者已經(jīng)提出了一些與抗寒性有關的生理生化指標，如：可溶性糖、脯氨酸、相對電導率等。在研究植物抗寒性時，需要考慮多種因素的影響，各種因素并不是孤立的，而是錯綜復雜地相互作用[5]。實際研究發(fā)現(xiàn)，影響植物抗寒性的各種因素之間存在交叉作用，單獨使用某一個指標來評價植物的抗寒性常存在缺陷[6]。利用多指標綜合評價能夠獲得更為準確的抗寒性評價結(jié)果。

楊樹為楊柳科Salicaceae 楊屬Populus 落葉喬木，是世界上重要的綠化和用材樹種，中國楊樹資源豐富，我國楊樹人工林栽培面積達到700 多萬hm2，居世界首位[7]。楊樹是中國“三北”（東北、華北和西北）防護林體系、速生豐產(chǎn)林基地建設最主要的造林樹種。近年來楊樹產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，楊樹雜交育種成果喜人，但在雜交育種碩果累累的同時，一些問題卻不容忽視，楊樹品種繁雜，品種的抗逆性不盡相同，部分生產(chǎn)者為了追求效益存在盲目引種及推廣，從而導致一些楊樹品種在遭遇極端天氣時出現(xiàn)大規(guī)模災害現(xiàn)象，其中尤以低溫引起的凍害、病害最為突出，究其原因是對品種特性不了解，因此，對楊樹的抗寒評價尤為重要，其對不同區(qū)域的楊樹品種選擇栽植有著重要的指導作用。

本試驗研究了8個品種（系）楊樹苗期枝條在變溫處理過程中可溶性糖、丙二醛、脯氨酸、相對含水率、水分飽和虧缺、相對電導率等抗寒性相關指標的變化，通過分析和比較，研究各品種（系）間的差異性，并通過主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法對8個品種（系）抗寒性進行了綜合評價，篩選出抗寒性較強的品種（系），為其在不同區(qū)域的生產(chǎn)推廣提供理論依據(jù)?

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以生長速度較快的黑楊派Section Aigeiros 樹種和抗性較強的青楊派Section Tacamahaca 樹種以及二者雜交種的一年生扦插苗枝條為試驗材料，于2016年3 月和2017年3 月分兩次取材于遼寧省凌海市的苗圃基地，分別用于各品種（系）變溫處理后的生長恢復試驗和生理生化指標測定。文中品種指已經(jīng)審認定的無性系，品系指未經(jīng)審認定的無性系(文中以數(shù)字加-連接的為品系，其他的為品種)，‘遼育3 號楊’P.×deltoides ‘Liaoyu 3’，K99，10-02-23 為黑楊派雜交種，遼河×中綏12 號，09-02-31，10-01-02，09-01-20 為黑楊派與青楊派雜交樹種，‘小青楊’P.pseudo-simonii 為青楊派樹種。

1.2 試驗方法

1.2.1 生長恢復試驗 每個品種（系）選取長勢一致的一年生扦插苗整株枝條，將其分為4 組，每組3 株，進行變溫處理，變溫幅度40℃至室溫（20℃），處理4 次。具體做法是將枝條置于40℃冰箱中24 h，然后移至室溫（20℃）放置24 h，每次處理后取出1 組材料進行生長恢復試驗直至完成4 次處理。將每次試驗處理后的整株枝條，剪成18 cm 長的枝段放入光照培養(yǎng)箱進行水培養(yǎng)，每3 d 換1 次水，溫度（25±2）℃，光照14 h，黑暗10 h，28 d 后統(tǒng)計萌芽情況并對各品種（系）不同處理后的萌芽率進行差異性分析。

萌芽率（%）=（發(fā)芽枝段數(shù)/供試枝段數(shù)）×100

1.2.2 生理生化指標測定 根據(jù)生長恢復試驗萌芽率差異性分析結(jié)果，選擇變溫4 次的處理方式，對各品種（系）進行變溫處理，并對處理后各品種（系）進行生理生化指標測定。相對電導率采用DDS-ⅡC 型數(shù)顯電導率儀進行測定[8]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[9]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸顯色法測定[10]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法測定[11]；相對含水率采用常壓加熱干燥法測定[12]；水分飽和虧缺采用水分飽和法測定?

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft excel 2003 進行數(shù)據(jù)計算，采用SPSS 19.0 進行主成分、聚類等相關分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對各品種（系）萌芽率的影響及處理選擇

各品種（系）平均萌芽率如表1。從表中可以看出，第1 次處理對各品種（系）的影響不大，有6個品種（系）萌芽率仍大于或接近90%，其中10-01-02 平均萌芽率最高為98%，10-02-23 平均萌芽率最低為75%，只有10-02-23 萌芽率與其它品種（系）的萌芽率差異達到顯著水平（P<0.05），說明1 次低溫處理對其它7個品種（系）的影響不大，7個品種（系）之間差異不顯著。第2、第3 次處理后，個別品種（系）萌芽率明顯下降，但仍有部分品種（系）萌芽率大于90%，‘小青楊’、10-01-02 的萌芽率在第2 次處理后仍高于94%；第4 次處理后部分品種（系）萌芽率出現(xiàn)明顯下降，大部分品種（系）之間差異較大，經(jīng)Duncan 多重比較得出第4次處理后各品種之間存在最大差異個數(shù)，差異顯著（P<0.05）。為了使抗寒性評價更加準確及考慮試驗的目的與要求，使各品種（系）之間在不同的處理后存在一定的傷害與差異，因此選擇4 次處理作為8個品種（系）抗寒性評價的處理的條件。

表1 8個楊樹品種（系）變溫處理后的萌芽率Table 1 The germination rate after the poikilothermic treatments of 8 Populusstrains

2.2 各指標相關性分析及抗寒指標選取

對各品種（系）進行4 次變溫處理，抗寒指標數(shù)據(jù)如表2。

表2 8個楊樹品種（系）4 次變溫處理后的生理生化指標平均值Table 2 Average indexes of physiological and biochemical deal with 4 times poikilothermic treatment of 8 Populus strains

從表2 中可以發(fā)現(xiàn)，以單一指標對各品種（系）抗寒性進行排序，結(jié)果不盡相同，故采用相關分析法計算各指標（可溶性糖、脯氨酸、丙二醛、相對電導率、水分飽和虧缺、相對含水率）與萌芽率的相關性，結(jié)果如表3。

表3 8個楊樹品種（系）4 次變溫處理后各項指標與萌芽率相關性Table 3 Correlation between germination rate and index of 8 Populus strains after 4 times of poikilothermic treatment

從表3 可以看出，可溶性糖、相對含水率、水分飽和虧缺與萌芽率間均顯著相關（P<0.05），脯氨酸、相對電導率和萌芽率有一定的相關性但未達到顯著水平，而丙二醛與萌芽率的相關性不大。根據(jù)相關分析結(jié)果，選取與萌芽率顯著相關的可溶性糖、相對含水率、水分飽和虧缺作為8個楊樹品種（系）苗期抗寒性綜合評價的指標。在這3個指標中，可溶性糖隨著溫度降低含量逐漸積累，可以提高植物細胞的滲透濃度，緩沖細胞質(zhì)過度脫水，保護細胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固，減少細胞內(nèi)失水和結(jié)冰；相對含水率反映了植物在低溫脅迫下的保水能力，同種處理條件下，植物抗寒性越好其相對含水率越高；水分飽和虧缺是表示植物體內(nèi)含水率的一個指標，其數(shù)值越低，體內(nèi)水分越穩(wěn)定，水分逆境的影響較小，抗寒性較強[13]。

2.3 抗寒指標權重確定

植物的抗寒性是多指標綜合作用的結(jié)果，許多理化指標間存在一定的相關性，其代表信息發(fā)生重疊，使評價結(jié)果不準確[14]。由于不同指標之間的關系復雜，對抗寒性狀的重要性不同，因此本研究采用主成分分析法。基于方差貢獻率考慮進行主成分分析時，將特征根設定大于0.75 進行因子篩選，結(jié)果見表4。由表4 可以看出，第1 主成分和第2 主成分特征根大于0.75，累計貢獻率達97.768%，因此提取第1 和第2 主成分，并通過第1與第2 主成分中各指標負荷量與貢獻值計算各指標對一年生楊樹各品種（系）抗寒性的作用大小，從而確定權重Wi。從表5 可以看出，相對含水率權重為0.7481 90，水分飽和虧缺權重為0.745 929，可溶性糖權重為0.631 657，對一年生楊樹品種（系）抗寒性影響最大的指標是相對含水率，然后依次為水分飽和虧缺和可溶性糖。

表4 8個楊樹品種（系）抗寒性指標特征根及貢獻率Table 4 The eigenvalue and contribution rate of cold resistance indicators of 8 Populus strains

表5 8個品種（系）抗寒性指標負荷量及權重Table 5 The capacity and weight of cold resistance indicator of 8 Populus strains

2.4 抗寒指標的隸屬度

由于各指標的單位、性質(zhì)和數(shù)量不同，需要進行標準數(shù)量化。各指標的變化具有連續(xù)性，采用隸屬度函數(shù)進行標準數(shù)量化，并根據(jù)主成分因子負荷量的正負確定隸屬度函數(shù)的升降順序?？扇苄蕴恰⑾鄬什捎蒙头植己瘮?shù)，即：

水分飽和虧缺采用降型分布函數(shù)，即：

式中，f（xi）為各指標隸屬度，xij表示第i個處理關于第j 項評價因素的指標值，ximax和ximin分別表示第i 項指標的最大值與最小值。8個一年生楊樹品種（系）抗寒性隸屬度值見表6。

表6 各品種（系）抗寒指標的隸屬度值Table 6 Subordination value of cold resistance indicator of Populus strains

2.5 抗寒性綜合評價

根據(jù)各指標隸屬度值與各指標權重，通過加乘法則計算各品種（系）抗寒性綜合指數(shù)（I）：

式中，Wi為抗寒指標的權重；f（xi）為各指標的隸屬度值。

從表7 可以得出，一年生楊樹不同品種（系）抗寒性強弱排序：‘小青楊’>09-02-31>10-01-02>09-01-20>遼河×中綏12 號>K99 >‘遼育3 號楊’>10-02-23。

表7 各品種（系）抗寒性綜合指數(shù)Table 7 Integrated index of cold resistance indicator of Populus strains

2.6 抗寒性聚類分析

對各品種（系）的抗寒綜合指數(shù)進行聚類分析，結(jié)果如圖1。

從圖1 中可以看出，將一年生不同楊樹品種（系）抗寒性分為3 類：‘小青楊’、09-02-31 為一類，其抗寒性最強；10-01-02、09-01-20、遼河×中綏12 號、K99、‘遼育3 號楊’為一類，其抗寒性較強；10-02-23 單獨為一類，其抗寒性最弱。

圖1 不同抗寒性的楊樹品種（系）聚類Figure 1 Cluster of Populus strains with different cold resistance

3 結(jié)論與討論

植物抗性是由多因素控制的綜合性狀，對植物進行抗性評價應從結(jié)構(gòu)形態(tài)、生理生化等指標中篩選出具有顯著影響的若干主要指標[15]。通過對變溫條件下不同楊樹品種（系）抗寒生理指標測試研究發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）楊樹枝條可溶性糖、相對含水率、水分飽和虧缺等指標都有不同程度的變化，單一指標對各品種（系）的抗寒性進行排序，得出的評價結(jié)果不一致，驗證說明單一指標很難反映和揭示植物的抗寒性，必須對各指標進行綜合考慮才能得出相對準確的評價；本試驗中變溫處理4 次時，各品種（系）萌芽率差異最大，此結(jié)論與李曉宇[16]的觀點一致，再次印證單獨的一次變溫不足以對楊樹一年生枝條造成嚴重傷害，傷害往往是多次變溫，反復累加的結(jié)果；通過相關性分析表明變溫條件下，8個品種（系）一年生枝條的可溶性糖含量、相對含水率與抗寒性成顯著正相關，水分飽和虧缺與抗寒性呈顯著負相關，此結(jié)論與王情世[17]、張潔[18]觀點相同，而游離脯氨酸含量、相對電導率與抗寒性有一定相關但未達到顯著水平，有待進一步探究其原因；本試驗利用綜合評價法對8個品種（系）的一年生苗木進行了抗寒性排序：‘小青楊’>09-02-31>10-01-02>09-01-20>遼河×中綏12號>K99>‘遼育3 號楊’>10-02-23。從抗寒性排序及聚類分析可得出09-02-31、10-01-02、09-01-20、遼河×中綏12 號繼承了父本特性，具有較好的抗寒性。

植物的抗寒性是選擇抗逆性品種（系）的重要指標之一，當植物受到低溫脅迫時，因受多種因素的綜合影響其生理機理變得十分復雜，因此正確的抗寒性評價至關重要。本試驗對多個楊樹品種（系）抗寒性進行了綜合評價，為楊樹抗寒優(yōu)良新品種的選育、推廣以及確定適生栽培區(qū)域提供技術支撐與理論依據(jù)；初步探討了人工變溫對楊樹一年生枝條的影響，得出了一些相關規(guī)律，但試驗中還存在需要完善的地方，如變溫設置幅度較大，下步會逐漸完善變溫模擬，更加準確的模擬環(huán)境條件，進一步探究不同品種楊樹受凍害的臨界溫度和變溫幅度。