南京地區7個常綠闊葉喬木樹種的耐寒性評價

周冬琴， 蘆治國， 吳 斌， 殷云龍， 于金平

[1.江蘇省中國科學院植物研究所(南京中山植物園)，江蘇南京 210014； 2.南京天禾園林建設有限公司，江蘇南京 210019]

常綠闊葉樹種四季常青、樹形葉形多變，比針葉樹種更能體現生機和活力，能夠改變冬季景觀單一、蕭條的局面，并且在改善氣候、涵養水源、保持水土、防風滯塵、增強景觀生態效應方面有著不可替代的作用。我國的常綠闊葉樹種資源極為豐富，但主要分布于熱帶和亞熱帶地區，大多數種類抗寒性較差[1]。近年來很多城市通過引種原產于亞熱帶地區的常綠闊葉樹種用于城市園林綠化和環境建設，但由于受冬季低溫和立地條件限制，引種的成功率并不是很高[2-3]。溫度常常是影響這些樹種引種是否成功的一個重要生態因子[4-6]，因此加強常綠闊葉樹種的抗寒馴化和評價研究，可為進一步向更高維度引種抗寒常綠闊葉樹種提供重要的科學參考。

江蘇省南京市(地理位置：31°14′～32°36′N、118°22′～119°14′E)地處亞熱帶北部，處于南北分界點，是常綠闊葉樹種自然分布的北緣地帶，因此對南京地區引種成功的常綠闊葉樹種進行耐寒性評價具有重要意義。

植物耐寒性評價方法有很多，其中越冬適應性觀察方法簡單、直觀，但是不能定量評價[7]；電導法簡單、快速，配合Logistic方程能推導出品種的半致死溫度，可定量反映植物所耐受的低溫極限，對植物的抗寒性作出定量評價[8-9]。目前電導法配合Logistic方程測定植物的耐寒性的方法已被廣泛用于林木的耐寒性鑒定[10-13]。本研究將以上2種評價方法結合，對南京地區引種馴化的7個常綠闊葉樹種在連續2個越冬期的耐寒性進行綜合評價，以期為常綠闊葉樹種進一步向北引種栽培提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料是從南京中山植物園100多種已露地引種且正常越冬的常綠闊葉樹種中選取的觀賞價值高、長勢好、應用潛力大的7個樹種，分別為樟科的香樟(Cinnamomumcamphora)、天竺桂(Cinnamomumjaponicum)，木蘭科的臺灣含笑(Micheliacompressa)，木樨科女貞屬的女貞(Ligustrumlucidum)、木犀屬的桂花(Osmanthusfragrans)，杜英科杜英屬的杜英(Elaeocarpusdecipiens)，冬青科冬青屬的大別山冬青(Ilexdabieshanensis)，其中香樟和女貞在園林中引種廣泛，可作為其他樹種的對照。各個樹種引種年限為15～50年不等。南京中山植物園的地理位置為32°02′N、118°28′E，年平均氣溫為15.4 ℃，1、7月平均氣溫分別為2.3、27.7 ℃，1月極端最低氣溫為-14.0 ℃，7月極端最高氣溫為43.0 ℃，年平均降水量為1 013 mm。

1.2 方法

1.2.1 越冬適應性觀察 在參照前人研究[14]的基礎上，結合多年的觀察和經驗的累積，根據樹種在自然界越冬的表現來進行分析，在每次寒害天氣過程結束后3～4 d，對各樹種葉片的凍害情況進行觀察，凍害評價標準分為5個等級，分別給予0、1、2、3、4觀察值：0級——葉片無凍害；1級——10%以內葉片葉面稍微變深，葉背有少量細小的褐色斑點；2級——10%～30%葉片邊緣、葉尖小面積開始失綠，老葉葉片色澤深暗，葉背有較大褐斑；3級——30%～50%嫩葉整個葉片開始大面積的失綠發白，卷縮，老葉葉面呈棕褐色，葉背有大面積浸潤斑；4級——50%以上嫩葉葉片受凍呈枯萎狀，老葉葉片呈深褐色或大面積煮熟狀，嚴重水漬，汁液外滲。以葉片達到4級時的溫度表示該葉片的致死溫度。

1.2.2 電導法測試方法 觀察越冬適應性同時取葉樣回實驗室模擬低溫過程測定各樹種的電導率。電導法主要分以下5個步驟：(1)每次采樣時間在09：00左右，選擇生長健康植株的東南方向的1年生長枝條進行，參照朱根海等的方法[3]，取1年生枝條上葉位處于倒2、倒3的葉片，取回的葉片先用自來水沖洗干凈，再用去離子水漂洗3次，在濾紙上吸干。(2)將葉片平均分成5份，用紗布包好放于試管中，置于Polyscience公司生產的9610型低溫循環儀中進行低溫處理。設定的溫度梯度分別為-5、-10、-15、-20、-25 ℃，每2個溫度間降溫過程設為1 h，并在處理溫度處保持1.5 h。(3)將處理后的材料取出置于4 ℃冰箱24 h。(4)解凍后的葉片每個溫度設3個重復，每個重復約2 g，去掉葉脈剪成 1 cm×1 cm的小葉塊，置于25 mL刻度試管中，每個試管加入20 mL去離子水，振蕩2 h，在室溫下浸提12 h。(5)由DDS-11A型直讀電導儀測定冷凍電導率，再置于沸水浴中20 min，冷卻到室溫后測其煮沸電導率，計算出相對電導率[相對電導率=(冷凍電導率/煮沸電導率)×100%]。

低溫脅迫下細胞電解質滲透率與溫度之間的關系呈“S”形曲線，與Logistic方程Y=k/(1+ae-bx)具有較好的擬合度。式中：y代表細胞傷害率，%；t代表處理溫度，℃；k為細胞傷害率的飽和容量(此處為100)；a、b為方程參數。計算該方程的二階導數，并令其等于0，則可獲得曲線的拐點，X=ln(1/a)/b，即為半致死溫度LT50(℃)。

1.3 數據處理

用Microsoft Excel 2007和DPS 3.01軟件對數據進行計算和方差分析。

2 結果與分析

2.1 越冬適應性觀察

南京地區2010—2011、2011—2012年冬季逐日最低氣溫變化情況分別見圖1、圖2。可以看出，2個冬季逐日最低氣溫的數值和變化趨勢基本相同，2個冬季溫度變化趨勢基本表現如下：自11月下旬開始氣溫大幅度下降，進入12月首次出現0 ℃以下低溫，且出現10 d以上，到1月中旬左右氣溫下降到最低值，此后一直在0 ℃左右徘徊，當進入2月下旬時，氣溫開始出現回升趨勢。其中，2010年12月至2011年3月出現的0 ℃以下天氣：12月有14 d，1月有28 d，2月有 12 d，3月有1 d，最低溫度出現在1月16日，為-9.4 ℃。2011年10月至2012年3月出現的0 ℃以下天氣：12月有 15 d，1月有17 d，2月有15 d，3月有 2 d，最低溫出現在1月23日，為-6.9 ℃。

將各樹種的野外凍害調查結果列于表1，10月份觀測的7個喬木葉片均未發生凍害，同一樹種從11月開始到3月底凍害均逐步加深。不同樹種之間比較可知，越冬適應性觀察結果未出現凍害的為大別山冬青，出現過4級凍害的有香樟和杜英，出現過3級凍害的有香樟和女貞。根據冬季越冬適應性觀察值的總和對各樹種的耐寒性進行排序，耐寒性由強到弱依次為大別山冬青、臺灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英(表1)，2年的耐寒性排序基本一致，表明該方法具有較好的可重復性。

表1 7種常綠闊葉樹種越冬適應性調查結果

注：2011年觀察值總和時間范圍為2010年12月20日至2011年3月24日，2012年觀察值總和時間范圍為2011年10月24日至2012年3月26日。

2.2 對細胞膜透性的影響

從圖3可以看出，隨處理溫度的降低，7個常綠闊葉樹種的葉片組織經一系列零下低溫處理后相對電導率都呈相應的增加趨勢。7個樹種的葉片在低溫處理初期相對電導率上升緩慢，然后在達到某一處理低溫時相對電導率急劇上升，隨后又趨于緩慢。但不同樹種葉片相對電導率急劇上升時的處理低溫各不相同，如女貞、杜英、香樟和桂花都于-10 ℃時葉片相對電導率開始急速上升，到-20 ℃時于趨于平穩；大別山冬青、臺灣含笑和天竺桂于-15 ℃左右時葉片相對電導率開始快速上升，到-25 ℃時趨于平緩。

由圖4可知，從10月開始隨著冬季溫度的降低，相對電導率先降低，12月后快速升高，2月后緩慢升高或略有降低，其中杜英的相對電導率變化最為劇烈。

2.3 入冬期間各樹種LT50的動態變化

根據7個常綠闊葉樹種在低溫處理下的相對電導率，結合Logistic方程計算出各樹種葉片的半致死溫度(lethal temperature 50，LT50)，結果見表2。同一樹種進入冬季不同月份的半致死溫度LT50均隨著溫度的降低而降低，到1月份左右達到最低值，之后隨著溫度的升高又略有上升，不同月份之間變化幅度以大別山冬青最高，最高達118.45%，香樟最低，為30.19%；同一時期不同樹種的LT50差異明顯，且不同時期各樹種的LT50排序略有差異，但基本上都與最冷月的耐寒性排序相同，因此以各樹種在最冷月的LT50為依據進行耐寒性比較，由強到弱依次為大別山冬青、臺灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英，2年的耐寒性排序一致。

表2 7個常綠闊葉樹種半致死溫度LT50的動態變化

注：變化幅度=[(最大值-最小值)/最小值]×100%(同一個越冬期不同月份)?！啊北硎緵]有數據。

3 結論與討論

隨外界環境溫度條件的變化，樹種的抗寒能力會產生相應的變化，特別是隨季節變化的外界低溫的誘導可不同程度地提高樹種的抗寒性，如果抗寒試驗的測定時間選在非冬季，僅僅依靠在冰箱內誘導數小時測得的結果是不可靠的[6]，因此筆者選擇10月至次年3月的越冬期進行連續2年的觀測。

越冬適應性觀察的結果直觀、快速，能定性反映植物的凍害情況，觀測的7個常綠闊葉樹種在南京露地條件下均能越冬，且生長正常。大別山冬青連續2個冬季葉片都沒有任何凍害現象，臺灣含笑進入12月葉片邊緣有少量斑點，天竺桂從11月開始葉片邊緣略有發紅，經歷最寒冷的1月以及春天3月的溫度驟降，凍害均沒有加重，表明以上3種闊葉喬木在南京地區具有很強的耐寒性，可以適當考慮往北引種。桂花葉片在整個越冬期凍害基本在2級，具有一定的耐寒性。女貞進入最冷月的凍害達到3級，表明其葉片在南京已臨近極限溫度，耐寒性表現不佳，可能因為本研究的女貞種源與蘇北地區應用的種源存在差異。香樟在最冷月凍害為3級，進入3月溫度開始上升后急劇降溫，凍害加重，50%以上嫩葉葉片受凍呈枯萎狀，這可能與香樟葉片薄、革質不明顯有關。杜英的葉片進入0 ℃低溫即開始發黃發紅，到2月左右葉片大量枯黃凋落，可見香樟和杜英若繼續北移，雖然可能存活，但冬季將會落葉。本研究的耐寒性主要針對葉片進行研究，反映的是各樹種越冬期間葉片的常綠狀況。

取葉樣回實驗室模擬低溫過程測定各樹種的電導率，進而計算半致死溫度(LT50)能定量反映各樹種的耐寒潛力[10]。本研究結果顯示，隨著自然溫度的降低，不同樹種的LT50均降低，反映了低溫對樹種的誘導效應。但是不同樹種對低溫的響應和增加幅度均不同，比如大別山冬青在10月份的LT50為-10.57 ℃，高于天竺桂、香樟、桂花和臺灣含笑，但是經過低溫的馴化，大別山冬青的耐寒能力被大大激發，到最冷月時LT50達-23.09 ℃，比另外6個樹種的LT50均低；香樟的LT50在整個越冬期雖有變化，但均在-16 ℃左右徘徊；杜英的LT50則始終不低于-15 ℃。依據7個常綠闊葉樹種在最冷月前后的半致死溫度LT50進行耐寒性排序，由強到弱依次為大別山冬青、臺灣含笑、天竺桂、桂花、女貞、香樟、杜英。2年的排序結果一致。

采用越冬適應性觀察的耐寒比較結果與電導法計算的半致死溫度評價結果基本一致。但是越冬適應性觀察結果不能定量各樹種葉片具體的耐低溫溫度，而電導法不能形象直觀地反映各樹種在低溫下的凍害程度，因此這2種方法可以互為補充，相互驗證，保證了試驗結果的可靠性和科學性。

針對本研究的不足，下一步可以對各樹種的枝條和活體進行耐寒性觀測，深入對某一樹種的不同年齡進行耐寒性分析，并且依據觀測的各樹種LT50，將樹種引種到最低溫度不低于半致死溫度的地區，進行實地觀測研究，以進一步完善常綠闊葉樹種的耐寒性系統研究，為常綠樹種的引種及推廣應用提供科學依據。