河北省主栽海棠品种抗寒性研究

    王惠芝 李敬川 宫英振

    

    

    

    摘要? ? 本文选取河北省主栽的14个海棠品种（系）一年生休眠枝条为试验材料，测定其人工低温胁迫下的细胞膜相对透性，结合Logistic方程计算半致死温度（LT50），测定不同低温处理下的枝条发芽率。结果表明，一年生海棠休眠枝条在低温处理下细胞膜相对透性变化呈“S”形曲线。随着温度的降低，枝条萌芽率降低。半致死温度能准确反映海棠品种的抗寒性，河北省主栽海棠品种抗寒性由强到弱的顺序为八棱海棠>雪球>紫色经典>红珠宝>当娜>汤美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>绚丽>皇家雨点>亚当>钻石>丰盛。

    关键词? ? 海棠;低温胁迫;细胞膜相对透性;半致死温度;河北省

    中图分类号? ? S685.99? ? ? ? 文献标识码? ? A

    文章编号? ?1007-5739（2020）21-0156-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 开放科学（资源服务）标识码（OSID）

    Research? on? Cold? Resistance? of? Dominant? Malus? spp.? Cultivars? in? Hebei? Province

    WANG Huizhi 1，2? ? LI Jingchuan 1，2 *? ? GONG Yingzhen 1，2

    （1 Hebei Academy of Forestry and Grassland Science， Shijiazhuang Hebei 050061; 2 Hebei Technical Innovation Center for Improved Forest Variety， Shijiazhuang Hebei 050061）

    Abstract? ? In this paper， the annual dormant branches of 14 kinds of Malus spp. cultivars （lines） mainly planted in Hebei Province were selected as experimental materials to determine the cell membrane relative permeability under artificial low temperature stress， calculate the semi-lethal temperature （LT50） by Logistic equation， determine the germination rate of the branches under different low temperature treatments. The results showed that the cell membrane relative permeability of the dormant branches showed an S-shaped curve at low temperature. With the decrease of temperature， the germination rate of branches decreased. LT50 could be used as a reliable indicator to evaluate the cold resistance of Malus spp. The cold resistance of 14 kinds of Malus spp. cultivars （lines） in Hebei Province from strong to weak was follows： Micromalus>Snowdrift>Purple Classic>Jewelcole>Donald Wyman>Tamlin>Indian Magic>Purple Prince>Plateau Fire>Radiant>Royal Raindrops>Adams>Sparkler>Profusion.

    Keywords? ? Malus spp.; low temperature stress; cell membrane relative permeability; semi-lethal temperature; Hebei Province

    海棠（Malus spp.）為蔷薇科（Rosaceae）苹果属（Malus Mill.）落叶乔木或小乔木[1-3]，果实直径一般较小（≤5 cm）。我国是海棠的资源分布中心[4]，有23个品种，许多品种是重要的园林树种，比如垂丝海棠、山荆子、湖北海棠、西府海棠等[5]。河北省海棠种植历史悠久，种质资源十分丰富，有记载的海棠野生品种27个。较为著名的八棱海棠是山定子和海棠果的杂交种，不仅观赏价值高，还具有极大的经济价值，广泛应用于园林绿化、果树生产和科研领域[2-6]，是北方广泛使用的苹果优良砧木之一[7]。

    近十几年，许多科研单位、企业引进了一批北美海棠，主要用于观赏，在园林绿化中进行应用，品种多达几十个，这些品种集中分布于冀中南地区。河北的北部地区自然条件恶劣，可选择的观花、观叶、观果树种很少。海棠有一定抗性，观赏价值较高，本文拟通过主要海棠品种的抗寒性研究，为河北北部地市提供可选择的海棠树种。

    1? ? 材料和方法

    1.1? ?试验材料

    供试材料：河北省林业和草原科学研究院引进的14个海棠品种，分别是八棱海棠、印第安魔力、丰盛、红珠宝、亚当、王族、当娜、高原之火、钻石、皇家雨点、绚丽、紫王子、汤美林和紫色经典，均栽植于石家庄市学府路的河北省林业和草原科学研究院海棠种质资源圃，树龄4年，土质砂壤，管理水平较好，无明显病虫害。

    供试设备：冷冻处理采用中科美菱DW-FL270、捷盛超低温保存箱，控温精度为±1 ℃。

    1.2? ? 试验方法

    1.2.1? ? 低温胁迫处理。于2019年2月5日取样，每个品种选取生长健壮、长势一致的植株9株，取外围一年生枝条，从东、南、西、北各取2根，长度、粗度、成熟度相对一致，共计72根。剪成40 cm小段，用自来水冲洗干净，然后用去离子水冲洗2遍，晾干备用。将处理好的枝条每个品种平均分成9份，每份8根，分别装入保鲜袋中，其中1份放在-5 ℃条件下作为对照（CK），其余8份分批放入低温冰箱（误差为±1 ℃）进行低温处理。各处理温度分别为-10、-15、-20、-25、-30、-35、-45 ℃。设-5 ℃为起点，以4 ℃/h的速率降温，到达设定温度后保持12 h，之后逐步升温至4 ℃保持4 h，取出后在室温下放置2 h，剪成厚度0.3～0.5 cm薄片，去掉芽眼部分进行电导率测定。剪成10 cm小段进行发芽率的测定，每个品种均重复 3 次。

    1.2.2? ? 恢复生长试验。不同低温胁迫处理后，每个供试品种选取16根，每根10 cm，枝段基部5 cm左右插入盛水的烧杯中，放置到25 ℃的人工智能培养箱中，光照时间12 h，每2 d换1次水，观察发芽情况，15 d后统计萌芽率。计算公式如下：

    萌芽率/%=（萌芽数/16）×100

    1.3? ? 测定内容与方法

    细胞膜相对透性测定：将混合均匀的海棠薄片称取5 g放入50 mL三角瓶中，加50 mL去离子水，用封口膜封口，每个处理重复3次。在25 ℃恒温培养箱中放置20 h，用DDS-307A 型电导率仪测定浸提液的电导值，即初电导值（S1），同时做空白电导值（S0）。再置于100 ℃的水浴锅中水浴 30 min，冷却至室温，静置6 h，测定浸提液电导值，即终电导值（S2）[3，7]。细胞膜相对透性计算公式如下：

    细胞膜相对透性=（S1-S0）/（S2-S0）

    1.4? ? 數据处理

    将各处理温度下的细胞膜相对透性用DPS 18.1软件拟合Logistic方程进行回归分析，求拐点温度，即为低温半致死温度（LT50），利用Microsoft Excel 2010进行数据处理[8]。

    2? ? 结果与分析

    2.1? ? 各品种（系）不同低温处理细胞膜相对透性变化

    由表1可知，14个海棠品种的细胞膜相对透性随着处理温度的降低而呈现明显的“S”形曲线，不同品种细胞膜相对透性的“S”曲线变化有一定差异。当温度为-20～-5 ℃时，多数北美海棠品种的细胞膜相对透性变化缓慢，基本上维持在0.46以下;在-35～-20 ℃时，各品种（系）的细胞膜相对透性变化较快，为0.46～0.70;当温度为-45～-35 ℃时，北美海棠细胞膜基本被破坏，细胞膜相对透性变化缓慢。

    2.2? ? 各海棠品种的细胞膜相对透性Logistic 拟合方程和低温半致死温度

    河北省14个主栽海棠品种的Logistic方程拟合度及半致死温度（LT50）见表2。从表2可以看出，所有供试品种（系）的Logistic方程拟合度R2绝大多数大于0.900 0，均达极显著水平。在主栽海棠品种中，以本地的八棱海棠半致死温度最低，为-35.462 1 ℃，较抗性最好的北美海棠雪球低5 ℃。北美海棠品种间的差异也较大，雪球海棠低温半致死温度为-30.450 5 ℃，最高的丰盛海棠低温半致死温度为-22.969 4 ℃，二者相差7.481 1 ℃。从抗寒能力来看，其也反映出了海棠生长速度与枝条致密程度有关，丰盛在同等管理条件下，生长速度很快。根据半致死温度可知，海棠的抗寒性由强到弱的顺序为八棱海棠>雪球>紫色经典>红珠宝>当娜>汤美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>绚丽>皇家雨点>亚当>钻石>丰盛。

    2.3? ? 不同低温处理海棠各品种（系）枝条的萌芽率

    随着处理温度的降低，海棠枝条的萌芽率及存活率均呈下降趋势。从表3可以看出，处理温度为-15 ℃时，除紫色经典、钻石外，枝条萌芽率达100%;-25 ℃处理后，印第安魔力、钻石、皇家雨点、紫王子、汤美林、八棱海棠等萌芽率达100%，其他品种均呈下降趋势;-35 ℃处理后，亚当、钻石、绚丽、紫王子、紫色经典等萌芽率为0;-40 ℃处理后，只有八棱海棠还有萌芽，说明八棱海棠抗寒能力最强。

    3? ? 结论与讨论

    低温胁迫下，植物细胞的膜系统首先受到伤害，细胞膜透性增加，内容物外渗，且细胞膜渗透性大小直接体现植物的损伤程度和抗寒性[9-10]。逆境条件下植物细胞的膜系统首先受到伤害，细胞膜透性增加，内容物外渗[3]。海棠遇低温冷害，膜系统受损，细胞膜相对透性大小反映细胞受害程度，数值大小是评价植物抗寒性强弱的一个可靠指标。海棠低温胁迫研究表明，海棠品种的细胞膜相对透性随着处理温度的降低而呈现明显的“S”形曲线。通过Logistic方程拟合度及半致死温度可以看出，14个海棠品种中，以本地的八棱海棠半致死温度最低，为-35.462 1 ℃;丰盛海棠最高，为-22.969 4 ℃，相差12 ℃以上。根据半致死温度对海棠的抗寒性进行排序，抗寒性由强到弱的顺序为八棱海棠>雪球>紫色经典>红珠宝>当娜>汤美林>印第安魔力>紫王子>高原之火>绚丽>皇家雨点>亚当>钻石>丰盛。冷冻处理恢复枝条的萌芽率情况与通过Logistic方程拟合度及半致死温度基本相一致，紫色经典海棠开始处理萌芽率未达100%，但大致呈逐渐降低趋势，可能与品种特性有关;印第安魔力、雪球、钻石在-5 ℃处理时萌芽率均未达100%，应该是由误差引起的。在-40 ℃处理时，只有八棱海棠还有枝条萌发，说明八棱海棠抗寒能力最强。

    由于植株的抗寒性受多种因素的影响，主要受到基因和外界环境的影响[11]。扩大观赏海棠的应用范围，应解决海棠抗寒适应性問题。一是进行抗性育种，选取抗寒能力强的品种进行杂交，选育抗性好、综合性状优的品种;二是把海棠移栽到其生长范围的北界进行抗寒锻炼，在该种情况下ABA/GA值高，海棠抗寒力增加[12]。刘祖祺等[13]在柑橘抗寒性研究中指出，低温及ABA首先诱导ABA/GAs的积累，再由ABA/GAs启动特异性扳机，最终合成抗寒特异蛋白质，进而提高柑橘的抗寒力。三是在植物生长的中后期喷施抗寒诱导激素（ABA）能增加植物抗寒能力，促进休眠、降低冬芽和枝条含水量[14]。脱落酸（ABA）是一种信号因子，会对逆境产生响应。果树在低温锻炼过程中积累的 ABA 对提高抗寒性效果明显[15]。四是采取物理方法，进行冬季防护。

    4? ? 参考文献

    [1] 陈有民.园林树木学[M].北京：中国林业出版社，1988：422-426.

    [2] 束怀瑞，王琦瑢.苹果学[M].北京：中国农业出版社，1999：51-52.

    [3] 高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2008：208-210.

    [4] 林娜，姜卫兵，翁玲.海棠树种资源的园林特性及其开发利用[J].中国农学通报，2006，20（10）：72-73.

    [5] 钱关泽，汤庚国.苹果属植物分类学研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2005，29（3）：94-98.

    [6] 胡继斌，张守江.苹果砧木八棱海棠小拱棚育苗技术[J].农业科技通讯，2012（3）：186-187.

    [7] 王骞，蔡华成，弓桂花，等.八棱海棠自然实生后代人工种群表型性状的变异研究[J].中国农学通报，2017，33（4）：66-73.

    [8] 高爱农，姜淑荣，赵锡温，等.苹果品种抗寒性测定方法的研究[J].果树学报，2000，17（1）：17-21.

    [9] 李荣富，王丽雪，梁艳荣，等.葡萄抗寒性研究进展[J].内蒙古农业科技，1997（6）：24-26.

    [10] 李玉梅，陈艳秋，李莉.梨品种枝条膜透性和水分状态与抗寒性的关系[J].北方果树，2005（1）：3-5.

    [11] 刘荣，刘清国，范建新，等.果树抗寒性生理生化及分子机理研究进展[J]，2017，15（5）：2028-2834.

    [12] 罗正荣.植物激素与抗寒力的关系[J].植物生理学通讯，1989（3）：1-5.

    [13] 刘祖祺，林定波.ABA/GAs调控特异蛋白质与柑橘的抗寒性[J].园艺学报，1993，20（4）：335-340.

    [14] 王菲，尹燕雷，冯立娟，等.果树抗寒性研究进展[J].山东农业科学，2014，46（9）：141-145.

    [15] 沈漫.常春藤质膜透性和内源激素与抗寒性关系初探[J].园艺学报，2005，32（1）：141-144.

    基金项目? ?河北省重点研发计划项目“景观林木、乡土树种种质资源筛选与创新”子课题（17226320D-3）;河北省现代农业产业技术体系水果创新团队项目（HBCT2018100202）;河北省林业科技支撑项目（1601476）。

    作者简介? ?王惠芝（1971—），女，河北晋州人，高级农艺师。研究方向：果树栽培。

    通信作者

    收稿日期? ?2020-06-17