观赏类乔木树种脱锻炼期间生理指标与抗寒性的相关性分析——以衡水湖湿地公园主要观赏类乔木树种为例
时间：2023-02-25 14:30:06 来源：千叶帆 本文已影响人
谢李晏 冯 蕾
（衡水学院，河北 衡水 053000）
衡水湖坐落于河北省衡水市，是国家4A级旅游景区。衡水湖湿地公园内栽培的植物种类比较丰富，其中部分乔木树种在春季观赏性较高，很多游客会选择来此地观赏。我国北方地区春季早晚温差较大，而且经常出现倒春寒现象，因此，研究春季观赏类乔木树种的抗寒性非常必要。笔者在脱锻炼期间测定衡水湖湿地公园主要观赏类乔木树种的抗寒性和生理指标变化，并以此为基础提出该湿地公园观赏类乔木树种抗寒栽培管理措施，以保证其观赏性良好，促进湿地公园的可持续发展。
1.1 衡水湖湿地公园主要观赏类乔木树种
紫叶李［Prunus CerasiferaEhrhar f. atropurpurea（Jacq.）Rehd.］，又被称为红叶李，是蔷薇科李属落叶小乔木，喜光，适应性强，耐寒性较强，是城市园林绿化中常用的彩色树种之一。李树（Prunus salicinaLindl.）是蔷薇科李属落叶乔木，喜温暖气候，耐寒性较强。垂丝海棠（Malus hallianaKoehne）是蔷薇科苹果属落叶小乔木，喜光，喜温暖湿润环境，在阳光充足的背风地栽种比较合适。紫荆（Cercis chinensisBunge）是豆科紫荆属落叶灌木，喜光，能耐酷暑，有一定耐寒、抗旱能力，怕积水。
1.2 植物抗寒性和生理指标
植物的抗寒性是植物体的一种遗传性特征，是植物体在低温环境下长时间适应生长而形成的［1］。植物抗寒性包括抗冷性和抗冻性。0 ℃以上低温对植物的伤害称为冷害，植物对0 ℃以上低温的适应叫抗冷性。0 ℃以下低温对植物的伤害称为冻害，植物对0 ℃以下低温的适应叫抗冻性。在低温胁迫环境下，植物体需要抵御寒冷才能保证正常生长，期间主要经历2个过程：抗寒锻炼和脱锻炼。植物体内发生一系列适应低温的生理生化变化，抗寒力逐渐加强，这种提高抗寒力的过程称为抗寒锻炼。当春季气温回暖，植物不再休眠，抗寒能力会逐渐减弱，其减弱比植物适应低温完成抗寒锻炼时更加迅速，这个过程即为脱锻炼［2-3］。
植物在低温胁迫条件下，其体内的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、游离脯氨酸和含水量等生理指标会发生变化来适应环境的改变，更好地发挥保护植物体的作用。
2.1 试验材料
用枝剪剪取生长环境一致的紫叶李、李、垂丝海棠和紫荆枝条，每个树种选择4株生长状况基本相同的树木。每次取样均要在相同方向随机剪取枝条，枝条长度要大于15 cm，并剪取中部健壮、长势一致的一年生枝条段若干。将枝条段上的茎装入自封袋，放入装有冰袋的保温箱，带回实验室。从2021年3月20日开始采样，每隔10 d采样1次，共采样5次。
2.2 抗寒性测定方法
2.2.1 样本冷冻处理。设置7个冷冻温度梯度，用可调温冰箱操作，以4 ℃为对照。降温速率为4 ℃/h，达到指定温度并保持4 h后，将材料放入4 ℃冷藏室完全解冻24 h。以第一次采样测定的抗寒性结果为依据，设定下一次采样回来需要冷冻处理的温度（见表1）。
表1 茎冷冻处理设置的温度
2.2.2 电解质渗出率法。电解质渗出率法是生产中广泛应用的植物抗寒性测定方法。用枝剪剪取1 cm枝段，劈成4瓣放入装有去离子水的试管中，放入摇床24 h。每个树种样本需要重复4次，使用电导仪测定茎电导值，同时设置4个空白对照。记录初电导值（E1）和空白电导值（E空白1），沸水浴30 min。再次放入摇床，测定终电导值（E2）和空白电导值（E空白2）。相对电导率（REL）计算公式为
应用电导法结合Logistic方程使计算结果更准确，Logistic方程为
式（2）中：自变量是温度，因变量是相对电导率，A值是所有数据形成曲线上相对电导率最高值与最低值的差值，B值是-1，C值是参数估计半致死温度，D值是所有数据形成曲线上相对电导率最低值。
2.3 树种生理指标测定
SOD活性和POD活性的测定均参考李合生［4］的测定方法。脯氨酸含量的测定方法为酸性茚三酮显色法，将溶液于520 nm波长下比色。含水量测定方式为取每个树种茎段1 cm，用吸水纸吸干水分，称量鲜质量（m1）；
然后在烘箱内烘干，105 ℃杀青30 min，再调温到80 ℃，烘干48 h后将其放于干燥皿中24 h，最后称干质量（m2）。含水量计算公式为
2.4 统计分析
用公式（1）计算相对电导率，将数据输入SPSS Statistics17.0软件中，以温度为自变量、相对电导率为因变量进行非线性回归数据分析。参照Logistic方程得出参数估计值的C值，即为半致死温度值（LT50）。
计算4个树种不同时期生理指标的平均值，将数据输入SPSS Statistics17.0软件中，以树种的生理指标数据为自变量、对应时期的半致死温度为因变量进行相关性分析。
3.1 脱锻炼期间4个树种茎的抗寒性变化
在脱锻炼期间，4个观赏类乔木树种的茎的半致死温度整体提升，即每个树种的抗寒性整体呈下降趋势，每个树种的变化情况不一样（见表2）。
表2 脱锻炼期间茎的半致死温度 ℃
4个乔木树种的茎在3月20日均表现抗寒性最强，垂丝海棠、紫荆和紫叶李在4月29日抗寒性最弱，李在4月9日表现为抗寒性最弱。采样初期茎的抗寒性强弱为垂丝海棠＞李＞紫叶李＞紫荆，采样末期茎的抗寒性强弱为李＞紫荆＞紫叶李＞垂丝海棠（见表2）。
3.2 脱锻炼期间不同树种生理指标的变化
3.2.1 4个树种茎POD活性的变化。如图1所示，4个乔木树种的茎的POD活性变化整体呈下降趋势，这与茎抗寒能力整体的变化趋势是一致的。垂丝海棠的POD活性相较于其他3个树种来说最大，而李的POD活性是4个树种中最低的。3月20日，茎的POD活性大小为垂丝海棠＞紫叶李＞紫荆＞李；
4月29日，茎的POD的活性大小为垂丝海棠＞紫叶李＞紫荆＞李，此时POD活性大小与抗寒性强弱表现一致。
3.2.2 4个树种茎SOD活性的变化。如图2所示，4个乔木树种茎的SOD活性变化不同。垂丝海棠和紫叶李的SOD活性变化呈先上升后下降，紫荆SOD活性变化为先下降后上升，李的SOD活性变化是逐渐上升。在3月20日和4月29日，4个树种茎的SOD活性大小一致，均为垂丝海棠＞李＞紫荆＞紫叶李。
3.2.3 4个树种茎脯氨酸含量的变化。如图3所示，李茎和紫叶李茎的脯氨酸含量在逐渐上升，垂丝海棠茎和紫荆茎的脯氨酸含量在逐渐下降。3月20日，4个乔木树种茎的脯氨酸含量大小为紫荆＞紫叶李＞垂丝海棠＞李；
4月29日，4个乔木树种茎的脯氨酸含量大小为紫叶李＞李＞紫荆＞垂丝海棠。
3.2.4 4个树种茎含水量的变化。如图4所示，4个乔木树种茎的含水量整体呈上升趋势，含水量最高值均在4月29日，含水量大小为紫荆＞紫叶李＞李＞垂丝海棠。
3.2.5 4个树种生理指标与半致死温度的相关性。将4个主要观赏类乔木树种茎的POD活性、SOD活性、脯氨酸和含水量等生理指标数据与其半致死温度数据进行相关性分析，结果显示：茎的POD活性、SOD活性与茎的半致死温度均呈负相关，相关系数分别是-0.440、-0.266，均未达到显著相关水平；
茎的脯氨酸含量与半致死温度呈正相关，相关系数是0.212，未达到显著相关水平；
茎的含水量与半致死温度呈显著正相关，相关系数是0.544，达到显著相关水平（见表3）。
表3 脱锻炼期间茎的生理指标与半致死温度的相关性
该试验采用电解质渗出率法，测定脱衡水湖湿地公园4个主要观赏类乔木树种锻炼期间茎的电导率，以此估测出其抗寒能力。研究发现，脱锻炼期间，4个树种茎的半致死温度整体变化趋势是升高，即抗寒性均下降。由此可以推断出，茎的细胞结构和生理均发生变化，从而打破休眠进入生长发育阶段。4个树种的茎在脱锻炼初期和脱锻炼末期的抗寒性强弱是不一致的，林树燕等［5-6］的抗寒性研究可以解释这一现象。
3月20日，4个观赏类乔木树种茎的抗寒性强弱为垂丝海棠＞李＞紫叶李＞紫荆；
4月29日，4个观赏类乔木树种茎的抗寒性强弱为李＞紫荆＞紫叶李＞垂丝海棠。由此可以得出，李茎和紫叶李茎在脱锻炼整个期间的抗寒性相对较强。垂丝海棠茎在脱锻炼初期抗寒性最强，末期却表现为最弱，可能是春季环境温度升高，垂丝海棠茎的生长环境发生改变，植物本身不适应改变导致的。对于垂丝海棠，需要在脱锻炼期间改善栽培管理措施，提高对树种抗寒性的重视度，避免其受害，保证其观赏价值。
由于半致死温度越高，抗寒能力越弱，再结合4个树种茎生理指标与半致死温度的相关性，可以得出4个观赏类乔木树种茎的POD和SOD均与抗寒能力呈正相关，脯氨酸与抗寒性呈负相关，含水量与抗寒能力呈显著负相关。含水量可以作为评价衡水湖湿地公园内垂丝海棠、李、紫叶李和紫荆的茎抗寒性的参考指标。POD活性、SOD活性和脯氨酸含量与4个观赏类乔木树种的抗寒性均未达到显著相关水平，因此，仅通过这三个生理指标变化评价树种的抗寒性，则其可信度不高。
目前，针对衡水湖湿地公园中其他树种的抗寒性研究还未开展，不同树种在相同环境下的表现可能也不一致。因此，仍需要进一步深入研究其他树种的抗寒性。
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