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白蜡新品种抗寒生理指标变化及综合评价*

更新时间:2009-03-28

白蜡(Fraxinus spp.)系木犀科(Oleaceae)白蜡属树种的总称,由于抗逆性强、耐盐碱、绿化效果好而被广泛栽植,具有较高的生态经济价值[1-3]。随着林业生态的发展和社会需求的提高,研究抗寒性强、适应性广的白蜡品种显得尤为重要。而目前随着白蜡新选育品种的利用与推广,在我国东北、西北等高寒地区的种植面积也日益扩大,但因品种选择利用不当,时常发生冻害现象。

2013年,中国主席习近平在哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学演讲时提出同亚洲国家共建“丝绸之路经济带”,随后又提出“21世纪海上丝绸之路”。自此中国在“一带一路”倡议中不断摸索前进。2017年,“一带一路”国际合作高峰论坛在北京举行,推动了中国与多个国家的合作和交流。目前,“一带一路”已经进入实施阶段,带动了沿线国家的经济发展。

低温是最主要的非生物胁迫因子之一,它限制了许多野生植物和作物的地理分布,降低了生产率,甚至导致植物死亡[4]。而在低温胁迫下,植物的组织形态和生理过程会发生一系列变化,细胞膜透性增大[5]、保护酶活性升高[6-7]、渗透调节物质积累[8-9]、膜脂过氧化产物丙二醛含量升高[10],以提高对寒害的耐受能力。目前有关白蜡品种(系)抗逆性和繁殖技术方面的研究较多[11-13],抗寒性研究相对较少。刘晓芳等[14]以新疆地区种植的紫叶白蜡(Fraxinus autumn)为研究对象,通过低温处理测定电导率,并拟合Logistic曲线方程求出该树种的半致死温度为-38.9℃。常越霞等[8]以金叶白蜡(Fraxinus chinensis 'Jinguan')的1 a生休眠枝条为试材,对其低温胁迫下的5个生理生化指标进行了测定。而本研究以自主选育的6个白蜡新品种为试材,对人工模拟低温胁迫条件下各品种的抗寒性理化指标进行了测定,同时结合主成分分析法和隶属函数法,对6个白蜡品种抗寒性进行了综合评价,以期为不同白蜡品种在生产中的推广和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择山东省林业科学研究院选育的6个白蜡新品种,分别为鲁蜡1号(Fraxinus velutina 'Lula Yihao')、 鲁 蜡 2 号(F. velutina 'Lula Erhao')、 鲁蜡3号(F. velutina 'Lula Sanhao')、鲁蜡4号(F.

velutina 'Lula Sihao')、 鲁 蜡 5号(F. pennsylvanica 'Lula Wuhao')、 鲁 蜡 6 号( F. pennsylvanica'Lula Liuhao'),供试材料的3 a嫁接苗均保存于山东省林业科学研究院国家白蜡良种基地内,该基地位于渤海湾西南岸、寿光市北部(37°9′N,118°40′E),属暖温带大陆性季风气候。年平均气温为12.2 ℃,极端最低气温平均为-21.4 ℃,无霜期211 d。年平均降水量601 mm,其中降水主要集中在7—8月份,占全年降水的60%左右,年蒸发量1 900 mm,是降水量的3.2倍。该地为典型的滨海盐碱地,试验地土壤盐分以氯化钠为主,土壤类型为盐化潮土。

杂散电流腐蚀防护工程中有很多隐蔽工程,特别是土建施工,如:回流走行钢轨下方杂散电流排流网的敷设,车站、区间隧道主体结构防水层的设置,以及地下车站每个结构段内纵向结构钢筋的电气连通。这些隐蔽工程的施工对整个杂散电流腐蚀防护工程起着重要作用。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集 2016年12月20日取样,每个品种按照对角线取样法[15],选择5个样点,各品种每个样点选取生长健壮,长势均一的苗木单株3株,每株选择长势良好、木质化程度一致的1 a生休眠枝条10条,剪成15~20 cm 左右的小段,将采集的枝条剪口蜡封,置于0 ℃条件下储存备用。

1.2.2 低温胁迫处理 将供试材料用自来水和蒸馏水多次冲洗后,用滤纸吸干,分6组置于超低温冰箱中低温胁迫处理。降温梯度分别设为-10,-20,-25,-30,-35 ℃共5个处理,3次重复,以0 ℃为对照。降温速度为4 ℃·h-1,冷冻处理24 h,然后以同样的速度升温至0 ℃后进行相关指标测定,每个指标平行测定3次。

1.2.3 测定方法 相对电导率采用电导法测定;超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用氮蓝四唑光化还原法[16];过氧化物酶(POD) 活性的测定采用愈创木酚法[16];可溶性糖含量的测定采用蒽酮乙酸乙酯法[16];可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[16];脯氨酸的测定采用茚三酮比色法[15];丙二醛( MDA) 含量的测定采用硫代巴比妥酸法测定[16]。physiological indices showed different trends, the activity of SOD, soluble protein, proline and MDA showed a low-high-low single-peak curve, but the activity of POD and content of soluble sugar showed a trend of rising as a whole. According to the cold hardiness (D), the comprehensive sequence of cold resistance of six new variety of Fraxinus was: Lula Erhao>Lula Yihao>Lula Wuhao>Lula Sihao>Lula Sanhao>Lula Liuhao.

Key words low temperature stress;new variety of Fraxinus;cold resistance;comprehensive evaluation

权重:

利用相对电导率拟合logistic方程计算半致死温度[17],同时计算各综合指标的隶属函数值[18]、权重及综合抗寒能力[19]。计算公式如下:

Logistic方程:

 

隶属函数值:

 

在常规的后期剪辑工作中,大多数客户使用单机位的素材进行剪辑,其流程是在大洋非编资源管理器中选择所需的素材,然后通过预览窗口确定入出点,拖拽添加到故事版时间线上,多个单机位素材通过一系列添加插入等操作,完成基本的故事版结构,每段片段素材均带有前期摄影机或收录设备的现场声音,这种单机位素材的剪辑方法,仅需反复调整素材的入出点和故事前后关系即可。如果拍摄场景为复杂场景,前期使用多台摄录设备同步记录,那么针对这种不同机位的后期剪辑,传统的方法需要反复根据画面动作、场景、任务口型等校正时间码,实现故事版所有素材的同步播放,保证音频的一致性,然后分别对每路轨道开关进行画面选择。

 

综合抗寒能力:

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经低温胁迫后,白蜡各新品种枝条各生理指标间表现出不同的变化趋势(表2)。其中SOD活性、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA均呈现低-高-低的单峰曲线,而POD活性和可溶性糖含量总体上呈上升趋势。

1.3 数据处理

2.4.1 隶属函数值和权重的确定 根据公式(2),采用隶属度函数综合各项指标求出隶属度值 (表4)。同时,根据3个主成分贡献率的大小(62.537%、17.644%、9.803%),利用公式(3)求得3个综合指标的权重分别为0.695、0.196和0.109 (表 5)。

2 结果与分析

2.1 白蜡新品种相对电导率及半致死温度的确定

2.4.2 综合评价 根据公式(4)计算白蜡各品种的综合抗寒能力D值,从表5中可以看出,鲁蜡2号最高(0.934),鲁蜡6号最低(0.013),这表明鲁蜡2号的综合抗寒性最强,鲁蜡6号相对较弱。根据抗寒能力(D值)大小对6个白蜡新品种的抗寒性进行综合排序为:鲁蜡2号、鲁蜡1号、鲁蜡5号、鲁蜡4号、鲁蜡3号和鲁蜡6号。采用最大距离法对6个白蜡品种抗寒能力(D值)进行聚类分析(图1),将6个白蜡新品种划分为3类,其中鲁蜡2号、鲁蜡1号聚为一类,抗寒性相对最强;鲁蜡5号单独为一类,抗寒性中等;鲁蜡4 号、鲁蜡3号、鲁蜡6号聚为一类抗寒性相对较弱。

2.2 低温胁迫下白蜡新品种生理生化指标的变化

其中公式(1)中Y代表相对电导率;x代表处理温度,K为相对电导率饱和值(令K=1),ab为方程参数;公式(2)中xj表示第j个综合指标;xmin表示第j个综合指标的最小值;xmax表示第j个综合指标的最大值;公式(3)中j = 1,2·····nwj表示第 j个综合指标在所有综合指标中的权重,pj为各品种第j个综合指标的贡献率;公式(4)中D值为各品种在低温胁迫条件下用综合指标计算所得的抗寒性综合评价值。

从各个指标看,低温胁迫下SOD活性的变化幅度较大,并在-30°C时达到最大值,其中鲁蜡3号变化幅度最大,为对照的10.46倍,鲁蜡2号变化幅度最小,为对照的3.51倍。此后,随温度的持续降低,酶活性开始降低;POD活性与可溶性糖含量的变化趋势一致,均在-25℃或-30℃左右迅速积累,在-35℃时达到最大值,其中POD活性最大的为鲁蜡5号,为69.08 min-1·g-1,最小的为鲁蜡3号,为35.75 min-1·g-1;可溶性蛋白含量在-25或-30 ℃左右达到最大值,此后随着温度降低,可溶性蛋白含量开始快速下降,而当胁迫温度在-35 ℃时,除鲁蜡6号外,其它白蜡品种可溶性蛋白含量均略低于0 ℃对照;脯氨酸与MDA含量均呈先升高后降低的规律性变化,且均在-30 ℃左右达到最大值,而在-35 ℃时略有降低。低温胁迫下,白蜡各新品种的6个生理指标均出现不同程度的提高或降低,说明不同白蜡品种对低温的抵抗能力存在差异。

 

表1 白蜡各新品种的半致死温度(LT50)Tab.1 The semilethal temperatures (LT50) of different new variety of Fraxinus

  

注:表中数据为均值±标准误; * 和**分别表示拟合度达显著和极显著水平。Note: The data were mean±SE;* and** indicate the signi fi cant difference of R2 at 0.05 and 0.01 level.

 

品种Variety LT50/℃电解质渗出率Electrolyte leakage/% 回归方程Logistic equation拟合度Fitness(R2)鲁蜡1号Lula Yihao 21.28±1.84 29.69±2.37 38.61±2.01 40.59±1.47 47.50±3.32 49.64±2.97 Y=1/(1+3.549e-0.037x) 0.988** -34.00鲁蜡2号Lula Erhao 25.91±2.03 32.08±2.06 34.80±2.77 36.79±2.84 44.74±2.70 49.53±3.45 Y=1/(1+2.957e-0.028x) 0.928** -39.36鲁蜡3号Lula Sanhao 29.04±1.56 34.09±2.75 39.00±1.09 41.71±2.90 45.74±2.91 49.76±3.98 Y=1/(1+2.489e-0.025x) 0.991** -37.02鲁蜡4号Lula Sihao 26.07±2.18 26.68±1.08 38.96±1.33 43.56±3.03 49.44±3.17 51.83±4.02 Y=1/(1+3.223e-0.036x) 0.958** -32.58鲁蜡5号Lula Wuhao 27.16±2.30 29.43±2.52 39.14±0.97 42.47±3.27 47.30±2.46 50.39±2.82 Y=1/(1+2.489e-0.025x) 0.979** -34.64鲁蜡6号Lula Liuhao 25.23±1.17 32.03±2.46 34.14±2.05 46.44±2.81 50.17±3.72 51.19±3.14 Y=1/(1+3.067e-0.035x) 0.927** -32.49

 

表2 低温胁迫下白蜡新品种的生理指标影响Tab.2 Effect of low temperature stress on physiological and biochemical indexes on new variety of Fraxinus

  

注:表中数据为均值±标准误。Note:The data were mean±SE.

 

品种Variety处理Treatment/℃SOD/(U ·g-1)POD/(△OD470 min-1·g-1)可溶性糖Soluble sugar/%可溶性蛋白Soluble protein/(mg·g-1)脯氨酸Proline/(μg ·g-1)MDA/(μmol·g-1)鲁蜡1号Lula Yihao 0(CK1) 251.06±12.17 16.42±1.03 9.05±0.87 5.30±0.49 18.94±2.27 1.31±0.17-10 495.72±18.04 17.58±1.94 10.41±1.02 8.09±0.97 24.35±2.39 1.47±0.29-20 898.10±25.55 31.08±3.02 12.58±1.21 23.55±1.72 30.27±2.08 1.96±0.18-25 1271.01±42.39 34.75±2.87 14.96±0.98 13.79±1.13 35.43±3.40 2.13±0.74-30 1527.86±37.09 40.25±4.04 20.16±2.04 6.37±0.94 46.31±3.92 2.43±0.41-35 908.71±30.13 44.58±4.88 22.16±2.12 4.63±0.77 38.79±3.11 1.90±0.20鲁蜡2号Lula Erhao 0(CK2) 425.50±20.01 16.58±1.49 10.79±099 9.42±1.14 7.18±0.87 2.10±0.49-10 572.60±19.56 17.42±2.02 13.36±1.44 9.85±0.91 28.49±2.02 2.47±0.35-20 1098.28±37.09 23.08±1.75 14.06±2.03 13.00±1.83 35.34±2.11 3.08±0.74-25 1298.78±40.22 29.75±2.10 16.13±1.96 14.89±1.47 42.11±3.24 3.43±0.46-30 1494.07±48.54 52.42±5.17 17.25±2.07 10.00±1.06 49.73±3.03 3.44±0.31-35 540.57±20.07 56.42±5.04 23.49±2.93 6.15±0.77 34.57±2.77 1.99±0.29鲁蜡3号Lula Sanhao 0(CK3) 138.84±9.44 9.08±0.83 5.80±0.47 9.42±1.02 8.90±1.06 0.63±0.03-10 276.10±8.71 18.68±1.59 8.74±1.05 8.85±1.09 21.54±2.26 0.85±0.06-20 819.85±22.83 25.92±2.04 10.97±0.92 10.00±1.33 25.65±2.19 0.86±0.03-25 1057.31±43.92 29.75±1.88 12.00±1.38 10.28±0.96 31.33±3.03 0.97±0.09-30 1452.94±45.09 30.42±2.39 14.59±1.77 10.26±1.44 34.07±3.00 1.84±0.33-35 801.97±28.77 35.75±3.44 16.30±2.11 6.37±0.73 30.36±2.89 1.80±0.21鲁蜡4号Lula Sihao 0(CK4) 202.83±11.03 8.52±0.77 7.21±0.83 7.44±0.91 16.86±1.44 0.67±0.06-10 400.16±15.14 9.25±1.01 10.73±1.30 8.92±0.87 19.50±1.72 1.04±0.08-20 812.92±27.39 19.75±1.74 11.72±2.01 10.93±1.14 34.17±3.05 1.30±0.10-25 951.87±38.07 22.08±2.20 13.28±1.84 15.08±1.30 39.25±2.97 1.54±0.21-30 1305.57±42.28 42.92±4.03 13.49±1.41 8.06±0.88 46.55±3.45 1.91±0.19-35 938.74±36.73 43.15±3.85 18.11±1.75 6.63±0.90 31.27±2.08 1.19±0.17鲁蜡5号Lula Wuhao 0(CK5) 227.95±10.30 15.42±1.57 8.62±1.04 5.08±0.90 17.06±1.55 1.06±0.09-10 473.93±12.63 23.41±2.08 10.36±097 8.95±0.71 18.94±2.02 1.09±0.11-20 876.10±21.07 42.75±4.11 13.55±1.71 12.45±1.22 35.01±3.11 1.19±0.20-25 1199.90±33.05 52.42±3.92 14.23±2.14 19.16±1.49 38.83±3.80 1.43±0.24-30 1288.75±30.59 68.58±5.44 14.93±1.08 6.63±0.89 44.93±2.91 1.67±0.37-35 1090.36±37.20 69.08±6.29 15.26±1.40 4.99±0.70 38.81±2.49 1.76±0.29 0(CK6) 220.48±10.02 13.58±1.72 8.29±0.88 5.08±0.47 10.18±1.07 0.70±0.05-10 332.50±14.39 17.92±1.32 9.01±0.93 5.25±0.93 13.16±1.18 0.77±0.08-20 480.27±18.07 19.75±2.08 9.88±1.17 9.19±1.07 22.88±1.76 1.08±0.13-25 1013.65±31.10 24.25±2.67 11.04±1.37 9.71±0.86 30.48±2.13 1.11±0.12-30 1453.56±40.27 40.92±4.73 14.41±1.22 14.77±1.21 37.07±3.20 1.33±0.15-35 498.82±14.55 43.90±6.11 14.52±1.50 5.96±0.73 29.24±2.87 1.19±0.17鲁蜡6号Lula Liuhao

2.3 白蜡新品种抗寒生理指标的主成分分析

对白蜡6个新品种枝条的相对电导率(X1)、SOD 活 性(X2)、POD 活 性(X3)、 可 溶 性 糖(X4)、可溶性蛋白(X5)、脯氨酸(X6)和MDA(X7)含量7项抗寒生理指标进行主成分分析(表3),前3项综合指标的贡献率分别为62.537%、17.644%、9.803%,累积贡献率为89.984 %。理论上,当各主成分累积贡献率>85%时,即可反映系统的变异信息的条件。由表4可以看出,对第一主成分影响较大的有相对电导率、SOD、POD、可溶性糖、脯氨酸和MDA,在评价抗寒特性中占

有主要地位。第二主成分中,占有较大载荷指标的为可溶性蛋白。在第三主成分上具有较高的载荷指标的为MDA,这说明3个综合指标基本上涵盖了7项抗寒生理指标的全部信息,因此可选取这3个综合指标对白蜡新品种的抗寒性进行综合分析。

2.4 白蜡新品种抗寒性综合评价

运用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理,数据用均值±标准误( Mean±Se)表示。采用DPS15.0软件进行主成分分析和聚类分析。

低温胁迫下,白蜡不同新品种相对电导率的变化趋势基本相同,均随温度的降低而逐步升高(表1)。当胁迫温度在-20 ℃前,相对电导率增加缓慢,而胁迫温度在- 20~-30℃时,各品种相对电导率增加明显。以相对电导率和温度拟合Logistic方程,得出白蜡各新品种的半致死温度(表1),半致死温度拟合曲线方程的相关系数均在0.900以上,且拟合度都呈极显著水平,各白蜡新品种半致死温度在-30~-40℃之间,6个供试品种相对抗寒性的排序为鲁蜡2号>鲁蜡3号>鲁蜡5号>鲁蜡1号>鲁蜡4号>鲁蜡6号。

 

表3 白蜡新品种抗寒性指标的主成分特征值Tab.3 Principal component eigenvalues of new variety of Fraxinus

  

Component特征根Eigenvalue贡献率Variance /%累积贡献率Cumulative rate /%1 4.378 62.537 62.537 2 1.235 17.644 80.181 3 0.686 9.803 89.984

 

表4 白蜡新品种抗寒性指标的标准化特征向量值Tab.4 Characteristic vector of cold resistance physiological indexes on new variety of Fraxinus

  

项目Item载荷Loading X1 0.409 0.855 -0.286 -0.318 0.342 0.283 X2 0.426 0.892 0.219 0.244 0.141 0.117 X3 0.402 0.842 -0.281 -0.312 0.213 0.177 X4 0.416 0.870 -0.209 -0.233 -0.258 -0.213 X5 0.107 0.224 0.797 0.886 0.400 0.331 X6 0.451 0.944 0.077 0.085 0.051 0.042 X7 0.319 0.667 0.325 0.362 -0.767 -0.636第一主成分Prin1载荷Loading第二主成分Prin2载荷Loading第三主成分Prin3

 

表5 白腊各品种的权重、uxj)、D值及综合评价Tab. 5 The value of each variety index weight, u(xj),value D, and comprehensive valuation

  

Varietyux1ux2ux3D排序Sequence品种鲁蜡1号Lula Yihao 0.776 0.946 0.309 0.759 2鲁蜡2号Lula Erhao 1.000 1.000 0.397 0.934 1鲁蜡3号Lula Sanhao 0.010 0.383 0.031 0.085 5鲁蜡4号Lula Sihao 0.183 0.428 0.000 0.211 4鲁蜡5号Lula Wuhao 0.223 0.809 1.000 0.422 3鲁蜡6号Lula Liuhao 0.000 0.000 0.116 0.013 6权重Index weight 0.695 0.196 0.109

  

图1 白蜡各新品种D 值聚类分析图Fig. 1 Clustering chart on value D of new Fraxinus varieties

3 结论与讨论

半致死温度是目前广泛用于植物抗寒性强弱评价的一个重要指标[20]。本研究表明,经低温胁迫后,白蜡各新品种相对电导率均呈逐渐升高的趋势,但变化幅度各有不同。配合logistic方程得到各新品种半致死温度在-30~-40 ℃之间,表明半致死温度下细胞膜系统破坏,电导率增加,各品种间抗寒性存在一定差异,这与常越霞等[8]、刘晓芳等[14]人的研究结果相一致。

近年来,人行昆明中支持续运用政策工具积极支持小微企业破解“融资难”问题。截至6月末,云南省小微型企业贷款余额达5034.39亿元,比年初新增135.27亿元,同比增长14.27%,快于同期大中型企业贷款增速8.84个百分点,超过同期各项贷款增速5.58个百分点,困扰小微企业最关键、最核心问题的“融资难”问题得到缓解。

抗寒性被认为是植物自身生理生化综合作用的遗传表现,植物对于低温综合适应能力的判断往往需要多种指标的结合[21]。本研究表明,低温胁迫下各新品种SOD活性、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA均表现出先升高后降低的趋势。这与李萍萍等[6]、李艰等[22]人在海棠(Malus spectabilis)、竹柳(Salix sp.)树上的研究结果相似。当低温胁迫温度在0~-30℃时,4个指标持续升高,-30℃以后开始下降。这表明,在低温胁迫下白蜡各新品种可通过增加体内的酶活性和渗透物质含量来提高其抗寒适应性,而当胁迫温度超出其所能承受的范围,酶活性和部分渗透物质开始快速降低,体内细胞组织受到破坏[23]。同时,本研究中POD活性和可溶性糖含量总体上呈上升趋势。这表明0~-35℃的低温胁迫环境未对白蜡细胞组织造成伤害,并对逆境胁迫具有一定的防御作用,说明白蜡各新品种对低温胁迫产生了一定的抗性。这与王娜等[24]人在4种阔叶树种上研究结果较为一致。

抗寒性是多基因控制或多因素相互作用的结果,采用多指标综合评价才较为可靠[25]

经过t检验,两组治疗前单项症状评分比较无显著性差异(P>0.05),具有可比性,治疗后单项症状评分比较,P<0.05,说明中药治疗组疗效优于西药治疗组(见表2)。

而本研究选择低温胁迫条件下与抗寒性密切相关的7项指标,利用主成分分析和聚类分析对其抗寒性进行了综合评价得出,鲁蜡2号和鲁蜡1号抗寒能力最强,鲁蜡5号抗寒性中等,鲁蜡4号、鲁蜡3号、鲁蜡6号抗寒性相对较弱。同时本研究发现,通过主成分分析和隶属函数法综合评价白蜡新品种抗寒性的结果与低温半致死温度反映的结果并不完全一致。说明仅采用电导率拟合Logistic方程这单一指标来评价抗寒性具有一定的片面性,需采用多个指标并同时根据各自贡献率的大小进行综合评价才能准确反映其抗逆性。

由于条件和时间的限制,本研究仅对6个白蜡品种3 a生幼苗进行了人工低温模拟下的抗寒性初步研究,未必能够全面反映出个别品种在自然生长环境下的抗寒性,尚需以后在引种区结合田间观察,为全面评价其抗寒能力提供可靠的依据。

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周健,王霞,李伟波,杨庆山,魏海霞,王莉莉,王建利,李永涛
《林业与环境科学》 2018年第02期
《林业与环境科学》2018年第02期文献

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