電導(dǎo)率法結(jié)合Logistic方程對冬小麥抗寒性的研究

崔紅

摘 要：“以東農(nóng)冬麥1號和濟麥22的不同部位為試驗材料，于不同溫度下取樣，測定電導(dǎo)率，擬合Logistic方程計算兩種小麥的半致死溫度，判斷其抗寒性。研究結(jié)果表明：兩種小麥的根、葉片、分蘗節(jié)的電導(dǎo)率隨溫度的降低均呈現(xiàn)上升的趨勢，且根和葉片的電導(dǎo)率均高于分蘗節(jié)；從品種上看，東農(nóng)冬麥1號各器官的相對電導(dǎo)率明顯低于濟麥22，通過擬合兩種小麥的Logistic方程計算得到東農(nóng)冬麥1號和濟麥22的半致死溫度分別為-20.67℃和-13.04℃，說明東農(nóng)冬麥1號的抗寒性更強。

關(guān)鍵詞：冬小麥；電導(dǎo)率；Logistic方程；抗寒性；半致死溫度

東北地區(qū)位于北溫帶寒冷地區(qū)，屬我國北方春麥區(qū)，倒春寒、春旱、產(chǎn)量不穩(wěn)等因素嚴重影響該區(qū)春小麥的產(chǎn)量，成為限制該區(qū)春小麥種植發(fā)展的瓶頸問題，導(dǎo)致春小麥種植面積連年遞減。因此，小麥的抗寒性一直是學(xué)者們研究的熱門領(lǐng)域。培育抗寒小麥新品種，不僅可以減輕寒害損失，而且可以擴大小麥的種植面積，提高土地復(fù)種指數(shù)，從而滿足我國日益增長的糧食需求。本試驗通過對東農(nóng)冬麥1號和濟麥22低溫脅迫下的電導(dǎo)率進行測定，并擬合Logistic方程計算半致死溫度，旨在確定該品種小麥的抗寒性，為該品種的選育栽培和推廣提供理論依據(jù)。

1. 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

兩個冬小麥品種，即強抗寒品種東農(nóng)冬麥1號（DM）和相對弱抗寒品種濟麥22（JM）（對照）均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥?zhǔn)姨峁?/p>

1.2 試驗方法

待小麥苗在大田中長到三葉期時參考自然溫度變化，分別于5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃（分蘗節(jié)）取樣。取樣后，剪取分蘗節(jié)，然后將葉片和根剪成1cm的段，混勻，分別稱取0.5g分裝，用電導(dǎo)儀測定電導(dǎo)率。

2. 結(jié)果與分析

2.1 相對電導(dǎo)率的變化

從圖1可見，在越冬期間濟麥22葉片、根和分蘗節(jié)的相對電導(dǎo)率變化趨勢基本一致，均隨溫度的降低呈現(xiàn)上升趨勢。在-5℃～-15℃時，濟麥22葉片的電導(dǎo)率處于一個較平穩(wěn)的趨勢；當(dāng)溫度降至-20℃以下時，由于濟麥22的抗寒性較差，葉片受傷害的程度大，故相對電導(dǎo)率大幅度上升。圖2所示的東農(nóng)冬麥1號相對電導(dǎo)率中可以看出，在5℃～-15℃之間，小麥葉片、根的相對電導(dǎo)率變化趨勢緩慢，當(dāng)溫度降至-20℃時，葉片與根的相對電導(dǎo)率突然變大，說明在-20℃時，東農(nóng)冬麥1號葉片和根的傷害較大；東農(nóng)冬麥1號的分蘗節(jié)受到的傷害最小，這是由于在小麥越冬期間，分蘗節(jié)中積累了大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可大大提高分蘗節(jié)的抗寒性。從整體來看，東農(nóng)冬麥1號各器官的相對電導(dǎo)率明顯低于濟麥22，說明東農(nóng)冬麥1號在越冬期間膜的傷害性遠遠小于濟麥22，其抗寒性更強。

2.2 半致死溫度的計算

利用相對電導(dǎo)率，擬合Logistic方程，能夠確定植物的半致死溫度（LT50）[1]。早在1986年，朱根海等人就對小麥、柑桔、蔬萊等多種植物進行試驗，應(yīng)用電導(dǎo)法配以Logistic方程求拐點溫度，準(zhǔn)確地確定了這些植物組織的低溫半致死溫度，并且認為半致死溫度（LT50）可作為植物抗寒性的重要指標(biāo)之一[2]。

本研究采用東農(nóng)冬麥1號的主要越冬器官分蘗節(jié)和濟麥22的分蘗節(jié)進行試驗。對分蘗節(jié)組織在不同低溫處理下相對電導(dǎo)率隨溫度變化配以Logistic方程計算其半致死溫度：

（2）濟麥22半致死溫度

同理，計算濟麥22分蘗節(jié)半致死溫度。經(jīng)轉(zhuǎn)化相對電導(dǎo)率 與處理溫度x之間呈線性關(guān)系，按照最小二重法求的參數(shù)lna和b。b=-0.1019，lna=1.3285，所以a=3.7752。因此可以求得Logistic方程：

方程中，Y為低溫處理下的相對電導(dǎo)率；x為處理溫度；K、a、b為參數(shù)，K為y的最大極限值；b反映了x與y 之間的對應(yīng)關(guān)系；a表示曲線對原點的相對位置。東農(nóng)冬麥1號的半致死溫度為LT50=-20.67（R=0.97）；濟麥22的半致死溫度為LT50=-13.04（R=0.95）。

半致死溫度（LT50）是指一半的試驗材料臨界死亡的溫度。分蘗節(jié)是東農(nóng)冬麥1號越冬的主要重要器官。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降至0℃以下時，東農(nóng)冬麥1號的分蘗節(jié)積累大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，為越冬做好充分的準(zhǔn)備。理論計算得到東農(nóng)冬麥1號半致死溫度為-20.67℃，濟麥22半致死溫度為-13.04℃。這從另一個角度證明東農(nóng)冬麥1號的抗寒性強于濟麥22，并且在實際生產(chǎn)過程中，由于土層厚度、種植方法及雪層厚度對小麥的保護，其能抵抗的溫度會更低。

3 結(jié)論與討論

當(dāng)植物處于低溫脅迫下，最先受到傷害的是膜系統(tǒng)，細胞膜半透性喪失，細胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，細胞膜損傷越重，電解質(zhì)滲出率越高，因此，通過測定相對電導(dǎo)率來確定植物的凍害程度[3]。近年來，利用相對電導(dǎo)率研究葡萄、蓮霧、楊桃抗寒性的報道很多[4]。這些相關(guān)研究表明生物膜與植物抗寒性關(guān)系密切，電解質(zhì)滲透率可以反映細胞膜受傷害的程度。許多實驗證明，相對電導(dǎo)率與處理溫度之間呈“S”形變化，當(dāng)電導(dǎo)率超過50%時的處理溫度就是用Logistic方程計算得到的半致死溫度[5]。本研究中，越冬期間東農(nóng)冬麥1號的細胞膜透性傷害結(jié)果與上述研究相同。在自然降溫期間電導(dǎo)率與處理溫度呈明顯的“S”曲線變化。當(dāng)電解質(zhì)滲出率在25%以下時，葉片受凍程度較小，當(dāng)溫度降至-25℃時，兩個品種小麥電解質(zhì)滲出率達50%以上，葉片發(fā)生不可逆凍害，2～3天地上部分干枯、死亡，與受凍形態(tài)觀察結(jié)果一致。濟麥22葉片、根、分蘗節(jié)的的電解質(zhì)滲出率均高于東農(nóng)冬麥1號，表明越冬期間濟麥22的細胞膜傷害率大于東農(nóng)冬麥1號，并利用Logistic方程計算得到東農(nóng)冬麥1號的半致死溫度為-20.67℃，濟麥22的半之死溫度為-13.04℃，說明東農(nóng)冬麥1號的抗寒性更強，這與實際觀測結(jié)果吻合，為冬小麥抗寒性研究提供了理論基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 趙明明，彭方仁，魯?shù)?，?以電導(dǎo)法配合Logistic方程確定不同冬青抗寒性[J]. 林業(yè)科技開發(fā)，2012，26（3）：68-70.

[2] 朱根海.應(yīng)用Logistic方程確定植物組織半致死溫度的研究[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，l986（3）：11-16.

[3] 張鵬翀，王挺，劉錦，等.電導(dǎo)法配合Logistic方程測定5種高架綠化植物的抗寒性[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，（19）：49-54.

[4] 任惠，王小媚，劉業(yè)強，等.應(yīng)用電導(dǎo)率法和Logistic方程測定楊桃枝條抗寒性的研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，29（3）：662-667.

[5] 令凡，李朝周，回振龍，等.應(yīng)用電導(dǎo)率法及Logistic方程測定油橄欖品種的抗寒性[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，（1）：13-17.