葛忠強，吳德軍，2*，李春明，任 飛，李慶華，王因花，2，劉翠蘭，2，燕麗萍，2

（1.山東省林業(yè)科學研究院，山東 濟南 250014；2.山東省林木遺傳改良重點實驗室，山東 濟南 250014；3.海陽市林業(yè)工作站，山東 煙臺 265100）

竹子是禾本科多年生常綠植物，大多喜溫暖濕潤氣候，在地理分布上以南方為主[1]。通過“南竹北移”，不斷馴化，一些抗逆性強的竹子品種在我國北方地區(qū)栽植數(shù)量也越來越多，種植范圍越來越廣。

“寒冷”和“干旱”是“南竹北引”所面臨的主要問題。目前“南竹北引”的抗寒性問題研究主要集中在竹子品種的抗寒性評價、抗寒性品種篩選、抗寒性栽培技術(shù)等。在竹子品種的抗寒性比較和評價方面，采用植物抗寒性指標如酶活性（如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、膜質(zhì)通透性等[2]，對竹子品種的抗寒性做出比較和評價，篩選出適合當?shù)貧夂虻目购灾褡悠贩N。本試驗對所引種的10個竹子品種，采用測定葉片細胞液的SOD 活性、POD活性、MDA 含量、電解質(zhì)導電率等四個指標分析評價引種竹子的抗寒性，比較篩選抗寒性竹子品種，為本地區(qū)的園林綠化、抗寒性竹子的良種選育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在山東淄博市沂源縣國有毫山林場，位于山東省中部，土壤屬褐土類型，氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L區(qū)大陸性氣候，四季分明，常年平均氣溫11.9℃，一年中，最熱月為7月，月均溫為25.2℃，最冷月為1月，月均溫-3.7℃，極端最低氣溫為-21.4℃。

1.2 試驗材料

本試驗選用的竹子品種是在2019年4月從南京林業(yè)大學引進的10 個觀賞性比較強的竹子品種，分別是：長葉苦竹Pleioblastus simonii(Carr.)Nakai、矢竹Pseudosasa japonica(Sieb.et Zucc.)Makino、黃條金剛竹 Pleioblastus kongosanensis f.aureostriaus、菲白竹Sasa fortunei(Van Houtte)Fiori、鵝毛竹Shibataea chinensis Nakai、早園竹Phyllostachys propinqua McClure、黃槽竹 Phyllostachys aureosulcata McClure、福建茶竿竹Pseudosasa amabilis var.convexa、白夾竹 Phyllostachys bissetii（McClure）、黃桿烏哺雞竹Phyllostachys vivax Mc-Clure f.aureocaulis N.X.Ma（見表1）。試驗材料在2019年4月栽植在山東淄博的沂源林場，正常的施肥灌溉和田間管理，冬季在自然條件下越冬，于2020年1月15日取樣測定各指標，同步觀測記錄各品種的越冬抗寒生長狀況和當天的氣溫。

本研究中氣溫資料來自當?shù)貧庀蟛块T的氣象觀測，取樣當天的日平均氣溫：-4.7℃，日最低氣溫：-10.3℃，日最高氣溫：2.4℃。10個竹子品種的屬性及抗寒性表現(xiàn)觀測結(jié)果見表1。

表1 引種的10個竹子品種材料

1.3 測定方法

取新鮮葉片，用自來水沖洗凈表面污物，再用蒸餾水沖洗4-5 次，去掉中脈，用打孔器取葉圓片，混勻，稱取0.5g 鮮樣，加1mL 磷酸緩沖液（0.05 moL/L PH=7.8），冰浴研磨，研磨后再加入1 ml 緩沖液倒入離心管，再用2 mL 緩沖液沖洗研缽，倒入離心管中，平衡后低溫（0-4℃）10000 rpm 離心后10 min 冷藏保存。分別取上清液20 uL 用淡藍四唑唑（NBT）光還原法測定SOD 活性，取上清液20 uL 用愈創(chuàng)木酚法測定POD 活性，取上清液1 mL 用硫代巴比妥酸法測定MDA 含量，取上清液1 mL 采用電導法測定電解質(zhì)導電率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

植物細胞內(nèi)的SOD 和POD 是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的組成部分，高的SOD、POD 活性可以有效清除寒冷造成的活性氧自由基，削弱寒冷引起的膜蛋白聚合和膜脂過氧化對細胞膜的傷害，其活性的高低標志著植物體抗寒性的強弱，在植物抗寒性評價中屬正效應(yīng)指標。而寒冷傷害下MDA 和相對電導率的增加則是植物體在受到過度的寒冷傷害時植物體產(chǎn)生的反應(yīng)。其中MDA 是在過度寒冷傷害下產(chǎn)生的活性氧自由基超過植物體耐受閾值，造成細胞膜的不飽和脂肪酸形成脂氫過氧化物，再經(jīng)進一步分解產(chǎn)生MDA，MDA 可以與蛋白質(zhì)結(jié)合，并能引起蛋白質(zhì)交聯(lián)，進一步破壞膜結(jié)構(gòu)。因此MDA 是植物體寒冷逆境傷害的產(chǎn)物，并能進一步加劇植物體傷害，MDA 含量越高，標志著植物體受到的寒冷傷害越嚴重，預(yù)示著植物體的抗寒能力越低。當植物體細胞膜由于寒冷傷害造成結(jié)構(gòu)受損后，細胞膜的通透性增加，膜內(nèi)物質(zhì)滲透甚至穿透過細胞膜到達膜外的物質(zhì)數(shù)量和種類增加，導致植物體粉碎液電解質(zhì)電導性提高，電導率升高，因此，植物體粉碎液電解質(zhì)的電導率或相對電導率升高，預(yù)示著植物體受到的寒冷傷害越嚴重，植物體本身的抗寒能力越低。所以，在植物體抗寒能力評價中，MDA 與電導率或相對電導率指標具有負效應(yīng)。

為了消除不同指標數(shù)值數(shù)量級的差異，保證不同正負效應(yīng)指標的數(shù)值同向變化對評價對象的一致性意義，需要對各指標數(shù)據(jù)做歸一化處理。

本研究中采用極差歸一化法對各指標數(shù)據(jù)做歸一化處理。

正效應(yīng)指標的歸一化：

逆效應(yīng)指標歸一化：

其中，Xi,j：指標歸一化后的數(shù)值；Xi,j：指標歸一化前的數(shù)值；i：竹子品種排列序號，數(shù)值為1～10；j：4個抗寒性評價指標SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、電解質(zhì)導電率的排列序號，數(shù)值為1～4，；Xmax、Xmin分別是各指標歸一化前10個竹子品種測定值的最大值和最小值。

用Excel 進行試驗數(shù)據(jù)的一般性處理，用SPSS 19.0 進行因子方差分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片SOD 活性差異

2.1.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片SOD活性的差異性表

10個竹子品種葉片SOD 活性測定結(jié)果顯示（圖1），10 個品種間SOD 活性由高到低的排列順序為：黃條金剛竹＞福建茶竿竹＞早園竹＞長葉苦竹＞白夾竹＞鵝毛竹＞黃槽竹＞黃桿烏哺雞竹＞菲白竹＞矢竹。

2.1.2 SOD 活性反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子SOD 含量測定結(jié)果按公式（1）做歸一化處理（見圖2），由圖2 可以看出，由SOD 活性指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：黃條金剛竹>福建茶竿竹>早園竹>長葉苦竹>白夾竹>鵝毛竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>菲白竹>矢竹，其中黃條金剛竹的SOD 活性最高，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10個品種中最強，與之相反，矢竹的抗寒性則是最低。

2.2 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片POD 活性的差異性表現(xiàn)

2.2.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片POD活性的差異性表

對10個竹子品種葉片內(nèi)POD 活性的測定結(jié)果（圖3）顯示，10 個品種間POD 活性由高到低的排列順序為：早園竹>白夾竹>鵝毛竹>菲白竹>黃桿烏哺雞竹>福建茶竿竹>黃槽竹>黃條金剛竹>矢竹>長葉苦竹，早園竹的POD 活性最高，長葉苦竹的POD 活性最低。

2.2.2 POD 活性反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子POD 活性測定結(jié)果按公式（1）做歸一化處理（見圖4），由圖4 可以看出，由POD 活性指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：早園竹>白夾竹>鵝毛竹>菲白竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>福建茶竿竹>黃條金剛竹>矢竹>長葉苦竹，其中早園竹的POD 活性最高，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10 個品種中最強，其次是白夾竹，與之相反，長葉苦竹的抗寒性則是最低，其次是矢竹。

2.3 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片MDA含量的差異性表現(xiàn)

2.3.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片MDA 含量的差異性

對10個竹子品種葉片內(nèi)MDA 含量測定結(jié)果（圖5）顯示，10 個品種間，葉片內(nèi)MDA 含量由高到低的排列順序為：福建茶竿竹>白夾竹>黃桿烏哺雞竹>黃槽竹>早園竹>鵝毛竹>矢竹>菲白竹>黃條金剛竹>長葉苦竹，福建茶桿竹的MDA 含量最高，長葉苦竹的MDA 含量最低。

2.3.2 MDA 含量反映的不同竹子品種抗寒性差異

把10 種竹子MDA 含量測定結(jié)果按公式（1）做歸一化處理（見圖6），由圖6 可以看出，由MDA 含量指標反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：長葉苦竹>黃條金剛竹>菲白竹>矢竹>鵝毛竹>早園竹>黃槽竹>黃桿烏哺雞竹>白夾竹>福建茶竿竹，其中長葉苦竹的MDA 含量最低，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10個品種中最強，其次是黃條金剛竹，與之相反，福建茶竿竹的抗寒能力則是最低，其次是白夾竹。

2.4 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片電導率的差異性表現(xiàn)

2.4.1 不同品種的竹子自然寒冷條件下葉片粉碎液相對電導率的差異性

對10個竹子品種葉片電導率測定結(jié)果（圖7）顯示，10 個品種間，黃條金剛竹的葉片電導率最高，其次是福建茶竿竹的葉片電導率，鵝毛竹的葉片電導率最低。

2.4.2 相對電導率反映的不同竹子品種抗寒性差異把10 種竹子相對電導率測定結(jié)果按公式（1）做歸一化處理（見圖8），由圖8 可以看出，由相對電導率指標歸一化處理后的結(jié)果反映出的10個竹子品種抗寒性由高到低的排列順序是：鵝毛竹＞白夾竹＞黃槽竹＞長葉苦竹＞矢竹＞黃桿烏哺雞竹＞菲白竹＞早園竹＞福建茶竿竹＞黃條金剛竹，其中鵝毛竹的相對電導率最低，其歸一化處理值最高，該指標反映出的竹子抗寒性在10 個品種中最強，其次是白夾竹，與之相反，黃條金剛竹的抗寒能力則是最低，其次是福建茶竿竹。

2.5 10個竹子品種抗寒性綜合評價

2.5.1 10 個竹子品種的抗寒性因子分析

表2 主成分解釋的總方差

對10個竹子品種的4 個抗寒性指標POD 活性、SOD 活性、MDA 含量、相對電導率的歸一化處理值做主成分分析，以主成分累積方差貢獻率（表）大于90%為依據(jù)，選取第一、二、三成分為解釋主成分，根據(jù)各主成分因子貢獻率大小，計算出各主成分權(quán)重：0.431、0.411、0.158，計算10個竹子品種的綜合得分，并對10 個品種的綜合得分按由大到小的順序排序（結(jié)果見表7）。綜合得分排序結(jié)果顯示，鵝毛竹＞白夾竹＞菲白竹＞矢竹＞黃槽竹＞早園竹＞長葉苦竹＞黃桿烏哺雞竹＞黃條金剛竹＞福建茶竿竹，由此可知，10 個品種中，鵝毛竹抗寒性最強，其次是白夾竹、菲白竹，最不抗寒的是福建茶桿竹，其次是黃條金剛竹、黃桿烏哺雞竹和長葉苦竹。

表3 10個竹子品種抗寒性因子分析綜合得分排序表

2.5.2 10個竹子品種的抗寒性類型劃分

表4 10個竹子品種抗寒性類型劃分

10個竹子品種抗寒性因子分析綜合評價得分的平均值為0.000，方差為0.616，采用均值-方差法[3]把竹子抗寒性品種分成4 類，并根據(jù)10個竹子品種的抗寒性綜合得分分成相應(yīng)類型，類型劃分依據(jù)及分類結(jié)果見表8。表8 顯示，強抗寒性類型有1 個品種：鵝毛竹，一般抗寒性類型有7 個品種：白夾竹、菲白竹、矢竹、黃槽竹、早園竹、長葉苦竹、黃桿烏哺雞竹，弱抗寒類型沒有劃分進品種，寒冷敏感性類型有2 個品種：黃條金剛竹和福建茶桿竹。

2.6 10個竹子品種抗寒性聚類分析

對10 個品種的SOD 活性、POD 活性、MDA 含量、相對電導率4 個指標的歸一化結(jié)果為聚類變量值，結(jié)合10 個品種的田間越冬的實際抗寒性表現(xiàn)，在SPSS 中做組間聯(lián)接的系統(tǒng)聚類（圖9）。聚類圖顯示，以20.0 為聚類參考線，10 個品種可分為抗寒性品種和寒冷敏感性品種兩類，其中寒冷敏感性品種包括黃條金剛竹和福建茶桿竹，其他品種為抗寒性品種類型；以16.0 為聚類參考線，把抗寒性品種類型進一步分成2 個小類，第1 小類為較強抗寒性品種類型，包括早園竹、白夾竹、黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹。第2 小類為弱抗寒性品種類，包括長葉苦竹和矢竹。以10.5 為聚類參考線，把較強抗寒性品種類型進一步分為2 類，即強抗寒性品種類型和較強抗寒性品種類型，其中強抗寒性品種類型包括早園竹和白夾竹，較強抗寒性品種類型包括黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹等4 個品種。

3 結(jié)論與討論

不同的竹子品種對不同抗寒性生理指標的反應(yīng)各不相同，說明不同的竹子品種各有不同的抗寒性特點，分屬不同的抗寒性類型。采用聚類分析法把10個竹子品種的抗寒性分成4 類，第1 類為強抗寒性品種類型，包括早園竹和白夾竹，第2 類為較強抗寒性品種類型，包括黃槽竹、黃桿烏哺雞竹、菲白竹和鵝毛竹，第3 類為弱抗寒性品種類型，包括長葉苦竹和矢竹，第4 類為寒冷敏感性品種類型，包括黃條金剛竹和福建茶桿竹。在本次試驗條件下，相對電導率指標要優(yōu)于其他3 個指標。

竹子抗寒性評價結(jié)果受多種因素影響，一是竹子本身抗寒性潛力的影響，竹子“南竹北移”一方面可以考察引種竹子在當?shù)氐纳鷳B(tài)適應(yīng)性，另一方面通過多地逐漸引種，可以逐步誘導激發(fā)竹子的耐旱抗寒性潛力，再結(jié)合適當?shù)娜斯ゑZ化手段，最終選擇和培育出適應(yīng)引種目的地的竹子品種。本試驗在個別品種抗寒性評價上與本地類似研究結(jié)論略有不同[4-5]，其原因除了不同試驗中的立地條件、局地小氣候和人工抗寒措施的差異以外，還在于不同的引種試驗中同一品種引種的源產(chǎn)地及其生活史不同。由于同一品種在較寒地區(qū)引種馴化后其抗寒性要高于相對較暖地區(qū)的引種馴化，因此竹子引種前的源產(chǎn)地和栽培生活史對竹子的抗寒性的影響不可忽視。植物引種馴化的“生態(tài)歷史分析法”和達爾文的關(guān)于“植物史”與“植物生物學特性形成史”對植物引種馴化影響的觀點均是強調(diào)了長期的生態(tài)環(huán)境影響、不同的地理生態(tài)適應(yīng)對物種馴化和物種進化的意義[6-7]。因此，在做“南竹北引”品種耐旱抗寒性評價時，要調(diào)查好每一個竹子品種引種的一系列源產(chǎn)地或栽培生活史，分析該竹子品種的引種歷史與生物學特性形成的歷史，再把試驗結(jié)果和同類研究結(jié)果做比較，才能分析得出比較恰當?shù)慕Y(jié)論。影響抗寒性評價的另一因素是評價的指標體系和評價方法，因此必須選擇恰當?shù)脑u價指標體系，并做好竹子在當?shù)氐膶嶋H越冬抗寒田間調(diào)查與評價，才能作出抗寒性評價的正確結(jié)果。