張幸幸，張 娜，張蕓香

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西太原030012）

雪松（Cedrus deodara Loud）為松科（Pinaceae）雪松屬（Cedrus）常綠喬木[1]。其主干聳直，側(cè)枝平展，樹冠塔形，姿態(tài)雄偉優(yōu)美，被譽(yù)為世界五大庭園名木之一[2]。喜馬拉雅雪松目前天然分布于喜馬拉雅山—地中海一線，分布區(qū)大約在西經(jīng)15°至東經(jīng)80°和北緯 30°～40°，限于山區(qū)海拔 1 200～3 300 m的地帶[3]。目前，我國僅在喜馬拉雅山西部尚有少量喜馬拉雅雪松（Cedrus deodara（Roxb.）Loud.）的天然分布[4]。

山西冬季寒冷干燥，園林綠色樹種缺乏，雪松耐寒性是引種的重要選擇因素。驟然降溫和極端大雪低溫是雪松受凍害的主要原因[5]。低溫鍛煉提高植物抗寒性，實(shí)質(zhì)是化學(xué)模擬植物脅迫，有著深刻的生理生化學(xué)與分子生物學(xué)原因[6]。目前，雪松的研究主要集中在育苗、引種、無性繁殖等方面[6]。左寶峰等[7]研究了雪松在自然降溫過程中葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量的變化。吳志萍[8]對(duì)雪松引種、繁殖技術(shù)與抗寒性研究表明，模擬冬季低溫環(huán)境，雪松半致死臨界溫度（LT50）為-12.8～-25.4 ℃。

為測(cè)定山西引種的雪松對(duì)低溫的馴化情況，本試驗(yàn)以南京和山西運(yùn)城、太原3 個(gè)地區(qū)的雪松作為試驗(yàn)材料，設(shè)置低溫梯度處理，測(cè)定3 個(gè)地區(qū)雪松的生理指標(biāo)，比較山西引種雪松與南京種源雪松的抗寒性，并運(yùn)用隸屬函數(shù)法[9]進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為雪松引種、馴化、栽培提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018 年9 月18 日分別于南京市（南京雪松基地）和山西省運(yùn)城市（聞喜縣興聞街）、太原市（迎澤公園）采集1 年生、生長(zhǎng)狀況良好的生長(zhǎng)20 a 以上的喜馬拉雅雪松（Cedrus deodara Loud）枝條作為材料。采集地區(qū)的環(huán)境因子如表1 所示。

表1 雪松采集地區(qū)的環(huán)境因子

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)分別從南京市、運(yùn)城市、太原市3 個(gè)地區(qū)選取生長(zhǎng)狀況良好的1 年生喜馬拉雅雪松枝條。采摘后選取約15 cm 枝條，并將截?cái)嗵幱檬灧饪冢⒓囱b入袋密封，保存于低溫保鮮箱帶回。每份材料均分3 組，用蒸餾水將枝條清洗干凈，吸水紙吸干表面水分。試驗(yàn)設(shè)6 個(gè)溫度梯度：-5、-10、-15、-20、-25、-30 ℃，以 4 ℃作為對(duì)照，每個(gè)溫度分成3 份，每份約200 g，置于密封袋中，最后放在低溫恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫脅迫處理。雪松處理24 h 后，放置4 ℃冰箱解凍12 h，取出后進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)3 次，取平均值。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

參照李合生[10]中的抽氣法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率；采用硫代巴比妥酸法[10]測(cè)定丙二醛含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法[10]測(cè)定可溶性蛋白含量；采用蒽酮乙酸乙酯法[10]測(cè)定可溶性糖含量；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性測(cè)定參照李合生[10]的方法。

1.4 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)

為綜合評(píng)價(jià)各地區(qū)雪松的抗寒性強(qiáng)弱，使用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)對(duì)所有生理指標(biāo)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，計(jì)算隸屬函數(shù)值。

當(dāng)生理指標(biāo)與抗寒性呈正相關(guān)時(shí)，Zij＝（Xij－Ximin）/（Ximax－Ximin）；若生理指標(biāo)與抗寒性呈負(fù)相關(guān)時(shí)，Zij（反）＝1－（Xij－Ximin）/（Ximax－Ximin）。

式中，Zij表示i 地區(qū)j 指標(biāo)的抗寒性隸屬函數(shù)值；Xij表示 i 地區(qū) j 指標(biāo)的測(cè)定值；Ximax、Ximin分別表示各指標(biāo)的最大測(cè)定值和最小測(cè)定值；Xi表示Xij的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3 個(gè)重復(fù)的平均值。采用SPSS 20.0 分析數(shù)據(jù)，并運(yùn)用隸屬函數(shù)法對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性強(qiáng)弱進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松生理生化指標(biāo)的影響

2.1.1 低溫脅迫對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率的影響 由圖1 可知，人工低溫處理對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松的相對(duì)電導(dǎo)率有顯著影響（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，相對(duì)電導(dǎo)率總體顯著上升。太原、運(yùn)城、南京雪松的相對(duì)電導(dǎo)率分別在 -30、-30、-25 ℃達(dá)到最大，分別為56.70%、45.89%、50.35%。3 個(gè)地區(qū)雪松相對(duì)電導(dǎo)率峰值與對(duì)照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率產(chǎn)生影響。由于相對(duì)電導(dǎo)率值越大受脅迫程度越大，南京雪松的相對(duì)電導(dǎo)率總體高于太原、運(yùn)城雪松，表明南京雪松受低溫傷害最大。太原、運(yùn)城雪松的相對(duì)電導(dǎo)率之間差異不明顯，但運(yùn)城大于太原。綜合表明，3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性從強(qiáng)到弱排序?yàn)樘具\(yùn)城＞南京。

2.1.2 低溫脅迫對(duì)POD 活性的影響 由圖2 可知，POD 活性與雪松的抗寒性有顯著相關(guān)性。隨溫度降低，3 個(gè)地區(qū)的POD 活性呈上升—下降—上升—下降趨勢(shì)。在POD 活性上升中，太原、運(yùn)城、南京雪松分別在 -15、-15、-20 ℃達(dá)到最大值，分別為507.78、492.22、481.11 U（/g·min），與對(duì)照相比POD活性分別增加了381.00、345.56、263.33 U（/g·min）。根據(jù)POD 活性越強(qiáng)植物的抗寒能力越強(qiáng)，3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱排序?yàn)樘具\(yùn)城＞南京。各地區(qū)POD 活性峰值與對(duì)照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對(duì)POD 活性產(chǎn)生影響。隨后POD活性呈下降—上升，是植物體內(nèi)岐化物H2O2變化所致，最后POD 活性下降，表明溫度過低對(duì)酶的活性造成影響。綜合表明，3 個(gè)地區(qū)雪松抗寒性強(qiáng)弱依次為太原＞運(yùn)城＞南京。

2.1.3 低溫脅迫對(duì)SOD 活性的影響 從圖3 可以看出，SOD 活性與雪松的抗寒性有顯著相關(guān)性。隨溫度的降低，3 個(gè)地區(qū)的SOD 活性呈上升—下降—上升—下降趨勢(shì)。隨著溫度的降低，SOD 活性增加，清除活性氧。SOD 活性先上升，太原、運(yùn)城、南京雪松的 SOD 活性分別在 -10、-5、-10 ℃達(dá)到第 1 個(gè)峰值，分別為402.70、448.75、345.5 U/（g·min）。SOD活性越強(qiáng)植物的抗寒能力越強(qiáng)，3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱排序?yàn)檫\(yùn)城＞太原＞南京。最后SOD活性下降，表明溫度過低對(duì)酶的活性造成影響。3 個(gè)地區(qū)SOD 活性峰值與對(duì)照相比均存在明顯差異，說明低溫脅迫對(duì)SOD 活性產(chǎn)生影響。綜合表明，3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋禾具\(yùn)城＞南京。

2.1.4 低溫脅迫對(duì)丙二醛（MDA）含量的影響 從圖4 可以看出，人工低溫處理對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松MDA含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，MDA 含量總體呈顯著上升—下降的趨勢(shì)。太原、運(yùn)城、南京雪松的 MDA 含量分別在 -10、-15、-10 ℃達(dá)到峰值，分別為 5.17、7.31、7.88 μmol/g。MDA 含量越大有害物質(zhì)越多抗寒性越弱，根據(jù)MDA 含量峰值，表明3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱排序?yàn)樘具\(yùn)城＞南京。

2.1.5 低溫脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響 從圖5可以看出，人工低溫處理對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松的可溶性糖含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，可溶性糖含量總體呈顯著上升—下降的趨勢(shì)。隨著溫度降低，植物對(duì)低溫脅迫做出反應(yīng)，植物細(xì)胞含糖量增加。隨后由于溫度過低導(dǎo)致部分植物細(xì)胞死亡，代謝受阻，可溶性糖含量下降。太原、運(yùn)城、南京雪松的可溶性糖含量分別在-10、-10、-15 ℃表現(xiàn)出明顯差異，與對(duì)照相比可溶性糖含量分別增加13.6%、10.5%、7.4%。3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱依次為太原＞運(yùn)城＞南京。

2.1.6 低溫脅迫對(duì)可溶性蛋白含量的影響 由圖6可知，人工低溫處理對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松可溶性蛋白含量有顯著差異（P＜0.05）。隨著脅迫溫度降低，可溶性蛋白含量總體呈先上升后下降趨勢(shì)。溫度降低，植物為增強(qiáng)抗寒能力，體內(nèi)復(fù)合蛋白分解的膜蛋白游離下來，則蛋白質(zhì)含量升高。隨著溫度降低，植物體部分細(xì)胞壞死，生理功能及代謝均受到影響，可溶性蛋白含量下降。太原、運(yùn)城、南京的雪松分別在-15、-15、-15 ℃與對(duì)照表現(xiàn)出顯著差異，并與對(duì)照相比可溶性蛋白含量分別增加0.794、0.011、0.759 mg/g?？扇苄缘鞍缀刻c運(yùn)城、南京雪松的差異顯著，運(yùn)城、南京的雪松差異不顯著。3 個(gè)地區(qū)雪松的抗寒性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋禾具\(yùn)城＞南京。

2.2 3 個(gè)地區(qū)雪松抗寒性綜合評(píng)價(jià)分析

2.2.1 隸屬函數(shù)法 根據(jù)隸屬函數(shù)計(jì)算公式對(duì)3 個(gè)地區(qū)雪松的相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、SOD、POD、可溶性糖、可溶性蛋白6 個(gè)生理指標(biāo)計(jì)算出各指標(biāo)的隸屬度，然后取各指標(biāo)隸屬度的算數(shù)平均數(shù)作為平均隸屬度，并對(duì)3 個(gè)地區(qū)抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。平均隸屬度越大抗寒性越強(qiáng)。結(jié)果表明，太原、運(yùn)城、南京的雪松平均隸屬度分別為 0.517、0.495、0.482（表 2）。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)太原、運(yùn)城、南京地區(qū)的雪松抗寒性進(jìn)行綜合排序?yàn)樘具\(yùn)城＞南京。

表2 3 個(gè)地區(qū)雪松抗寒性綜合評(píng)價(jià)

2.2.2 抗寒性生理指標(biāo)與抗寒性相關(guān)分析 從表3 可以看出，丙二醛與隸屬函數(shù)值呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；可溶性蛋白、可溶性糖與隸屬函數(shù)值呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；POD 與隸屬函數(shù)值呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

表3 雪松隸屬函數(shù)均值與抗寒性生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

山西冬季寒冷干燥屬于典型的北方氣候，綠色植物選擇是限制北方園林綠化的重要因素之一。研究植物抗寒有重要的應(yīng)用價(jià)值[6]，植物對(duì)溫度脅迫的抗性是自然選擇的結(jié)果，在形態(tài)結(jié)構(gòu)方面發(fā)生的適應(yīng)性變化是一種相對(duì)穩(wěn)定的遺傳特性[11]。本研究對(duì)雪松種源地南京與引種地山西太原、運(yùn)城的雪松抗寒性差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合隸屬函數(shù)分析法[12]綜合評(píng)價(jià)雪松種源地南京與引種地山西太原、運(yùn)城抗寒性差異。結(jié)果表明，結(jié)合生理指標(biāo)計(jì)算出太原、運(yùn)城和南京的隸屬函數(shù)值分別為0.517、0.495、0.482。研究表明，山西引種雪松經(jīng)過冬季低溫鍛煉表現(xiàn)出適應(yīng)性。

細(xì)胞膜透性是植物抗寒性重要因素。膜系統(tǒng)是植物遇冷害后首先受到傷害的部位，由于凍害引發(fā)的細(xì)胞脫水會(huì)對(duì)膜系統(tǒng)造成多方面的傷害[13]。本研究結(jié)果顯示，3 個(gè)地區(qū)雪松的相對(duì)電導(dǎo)率隨溫度降低呈現(xiàn)“S”型上升趨勢(shì)，與孫宜等[14]以電導(dǎo)法配合Logistic 方程測(cè)定6 個(gè)紫薇新品種的抗寒性結(jié)果一致。其中，南京地區(qū)的雪松相對(duì)電導(dǎo)率最大，表明細(xì)胞受損最深；太原、運(yùn)城受迫害程度較小。丙二醛（MDA）是一種具有細(xì)胞毒性的有害物質(zhì)，在生理過程中會(huì)產(chǎn)生氧自由基O2-、H2O2，破壞細(xì)胞正常的代謝運(yùn)行[15]。本研究結(jié)果表明，3 個(gè)地區(qū)雪松的MDA含量均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，這與左寶峰等[7]的研究結(jié)果一致。

POD 活性與植物的抗寒性有顯著相關(guān)性[16]。本試驗(yàn)表明，3 個(gè)地區(qū)的雪松SOD、POD 活性均呈上升—下降—上升—下降的變化趨勢(shì)?？购詮?qiáng)的植物POD 活性越高。在逆境條件下，活性氧可以誘導(dǎo)產(chǎn)生SOD，從而減輕逆境條件對(duì)細(xì)胞膜的傷害[17]。本試驗(yàn)與劉杜玲等[18]的研究結(jié)果一致?？寡趸富钚允褂酌缭诟珊?、低溫或干旱加低溫交叉脅迫下有較強(qiáng)的抗旱和抗寒性，抗氧化系統(tǒng)在這個(gè)過程中發(fā)揮了重要的作用[19]。3 個(gè)地區(qū)雪松的保護(hù)酶活性從強(qiáng)到弱為太原＞運(yùn)城＞南京。結(jié)果表明，雪松對(duì)環(huán)境出現(xiàn)適應(yīng)性，氣溫低的地區(qū)雪松抗寒能力強(qiáng)。

可溶性糖是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它能夠增加胞內(nèi)溶質(zhì)濃度，降低細(xì)胞的冰點(diǎn)，還可緩沖細(xì)胞質(zhì)過度脫水，保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固，從而減少低溫對(duì)細(xì)胞的傷害[20]。植物在低溫下糖量增加是一個(gè)普遍現(xiàn)象[17]。本研究3 個(gè)地區(qū)雪松的可溶性糖含量均隨溫度降低先升高后降低，與任靜等[21]的研究結(jié)果一致。植物細(xì)胞可溶性蛋白具有保水、降低冰點(diǎn)的作用，是重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[20]。在低溫脅迫條件下，植物體內(nèi)可溶性蛋白含量增加，抗寒能力增強(qiáng)。本研究可溶性蛋白含量呈先上升后下降，與裴文等[22]的研究結(jié)果一致。人工低溫脅迫排除其他環(huán)境影響因子，對(duì)比3 個(gè)地區(qū)雪松越冬氣溫，山西太原、運(yùn)城冬季溫度低于南京，雪松受低溫訓(xùn)練的影響自我調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。太原地區(qū)種植的雪松受到低溫訓(xùn)練，抗寒能力表現(xiàn)更強(qiáng)。表明，山西引種雪松對(duì)低溫鍛煉表現(xiàn)出適應(yīng)性。