取樣部位、時間對植物高溫半致死溫度的影響

王國霞，王會魚，李春閣，盧 超，楊玉珍，牛琳媛

(鄭州師范學院生命科學學院，河南 鄭州 450044)

在植物的生長發育過程中，會受到諸多因素的影響，但溫度則是影響其生長發育的主要環境因子。隨著全球氣溫的不斷上升，高溫脅迫對植物的影響日趨顯著[1]。氣候預測表明，我國種植業將在未來20 a內面臨高溫挑戰，全球變暖對植物的耐高溫能力提出了越來越高的要求[2]。因此，從取樣部位和時間對常綠植物高溫半致死溫度測定的影響進行分析，不僅對其適地適栽具有十分重要的意義[3]，而且也為人們研究常綠植物高溫半致死溫度時是否要考慮取樣部位和時間提供參考。

Martireau等[4]指出，葉片被高溫傷害后，膜的通透性會增加，電解質將擴散出細胞，因此認為可以通過測定葉片外滲電導率來確定高溫的傷害。Sukumaran等[5]通過對馬鈴薯研究后認為，使電解質滲出率達到50%的溫度與組織半致死溫度相一致，提出以電解質滲出率達到50%時的溫度為半致死溫度。Rajashekar C等[6]利用Logistic方程描述高溫對植物細胞膜的傷害過程，提出方程拐點為LT50的觀點，并采用電導率結合Logistic方程來計算半致死溫度。此后，Logistic 方程配合電導率法測定植物組織的半致死溫度(LT50)已成為一種常用的測定植物耐熱性方法并得到了廣泛地應用[7-10]；還可以用來比較不同植物的耐熱性差異，如馬進等[11]用電導率法結合 Logistic方程確定高溫半致死溫度來分析比較5種景天科植物的耐熱性強弱，湯聰等[12]用電導率法并結合Logistic方程確定高溫半致死溫度用以分析幾種鴨跖草科植物的耐熱性強弱，趙亞洲等[13]同樣采用該方法來分析2種紅楓的耐熱性強弱。但取樣部位和取樣時間對常綠植物高溫半致死溫度的測定是否有影響卻未見相關報道，本研究以桂樹、松樹、柏樹、冬青4種常綠植物的成熟葉片、1年生枝條、2年生枝條作為試驗材料，分別于不同月份采集試驗材料運用電導率法結合Logistic方程測定不同材料的高溫半致死溫度，研究取樣部位和取樣時間對高溫半致死溫度的影響，為進行植物抗熱性的客觀評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與材料

于2017年8月20日、10月20日、12月15日以及2018年2月8日4個時間，分別采集鄭州師范學院校園內的桂樹(金桂Osmanthusfragransvar.thunbergii.)、松樹(雪松Cedrusdeodara(Roxb.)G.Don)、柏樹(龍柏Sabinachinensis(L.)Ant.cv.Kaizuca)、冬青(法國冬青Viburnumodoratissimumvar.awabuki)4種常綠木本植物的成熟葉片、1年生以及2年生枝條作為試驗材料。

1.2 試驗方法

選取4種常綠植物的1年生、2年生新鮮枝條及枝條中部、長勢基本上一致的健康、無病蟲害的新鮮成熟葉片若干，分別用去離子水清洗干凈后，用紗布擦干。葉片去除其主脈和邊緣，用打孔器剪取大小相等的小圓片，枝條切成片。葉片準確稱量0.2 g、枝條準確稱量0.5 g后分別放入體積為10 mL的帶塞試管中，加入10 mL去離子水，用真空泵抽氣10 min后，分別在30、35、40、45、50、55、60、65 ℃的水浴中放置20 min，每種材料不同處理溫度設置3次重復試驗；取出之后靜止冷卻至室溫，采用雷磁電導儀測定初始電導率R1；再將試管置于100 ℃的水浴鍋中靜置15 min，取出冷卻至室溫，測出最終電導率R2，計算出細胞傷害率Y，以室溫下植物葉片的電導率作為對照(CK)。

1.3 數據處理與分析

細胞傷害率Y=[(R1-CK)/(R2-CK)]×100%，利用Logistic方程：Y=k/(1+ae-bt)對處理溫度與細胞傷害率進行擬合。式中：Y為細胞傷害率；t為處理溫度；k為細胞傷害率的飽和容量[4]，由于細胞傷害率去除了本底干擾，因此在本試驗中k值為100%；a、b為方程參數。為了確定a，b的值，將方程進行線性化處理，Ln[(k-Y)/Y]=Lna-bt，令y=Ln[(k-Y)/Y]，則轉化為轉化細胞傷害率(y)與處理溫度(t)的直線方程[15]。通過直線回歸的方法求得參數a、b的值以及相關系數r[16]。為確定半致死溫度，求Logistic方程的二階導數，并令其等于0，獲得曲線的拐點t=Lna/b，此時的t值即為半致死溫度(LT50)[14]。運用Microsoft Excel 2010進行試驗數據的整理與分析。

2 結果與分析

2.1 2017年8月高溫半致死溫度

2017年8月試驗結果表明，隨著處理溫度的升高，4種常綠木本植物的葉片、1年生枝條、2年生枝條細胞傷害率的變化趨勢比較一致(圖1～圖3)，均成“S”型曲線。表明不同高溫處理均可以運用Logistic方程計算其高溫半致死溫度。

圖1 8月不同高溫處理下葉片細胞傷害率圖2 8月不同高溫處理下1年生枝條細胞傷害率

圖3 8月不同高溫處理下2年生枝條細胞傷害率

2017年8月，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的高溫半致死溫度LT50見表1。由表1可知，不同取材部位、不同溫度下細胞傷害率經Logistic方程擬合后，擬合度R2均在0.97以上，均達到極顯著水平。4種常綠喬木葉片的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹48.66 ℃、松樹57.96 ℃、柏樹57.13 ℃、冬青56.04 ℃；1年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.03 ℃、松樹58.61 ℃、柏樹57.65 ℃、冬青56.58 ℃；2年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.27 ℃、松樹59.03 ℃、柏樹58.05 ℃、冬青56.86 ℃。依據高溫半致死溫度高低進行耐熱性強弱排列，4種喬木按不同采樣部位的高溫半致死溫度排序一致，耐熱性強弱順序均為松樹>柏樹>冬青>桂樹。

表1 8月4種常綠喬木不同取材部位的Logistic方程參數及半致死溫度

*：**為擬合度達極顯著水平(P<0.01)，下同。

2.2 2017年10月高溫半致死溫度

2017年10月的試驗結果表明，隨著處理溫度的逐漸升高，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的細胞傷害率的變化趨勢較為一致，均呈現出“S”型曲線(圖4～圖6)，均可以運用Logistic方程計算其高溫半致死溫度。

圖4 10月不同高溫處理下葉片細胞傷害率圖5 10月不同高溫處理下1年生枝條細胞傷害率

表2 10月4種常綠喬木不同取材部位Logistic方程參數及半致死溫度

圖6 10月不同高溫處理下2年生枝條細胞傷害率

2017年10月，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的Logistic方程參數及高溫半致死溫度LT50見表2。由表2可知，不同取材部位、不同溫度下細胞傷害率經Logistic方程擬合后，擬合度R2均在0.98以上，均達到極顯著水平。4種常綠喬木葉片的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹53.83 ℃、松樹57.92 ℃、柏樹57.19 ℃、冬青55.84 ℃；1年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.06 ℃、松樹58.70 ℃、柏樹57.60 ℃、冬青56.61 ℃；4種常綠喬木2年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.46 ℃、松樹59.19 ℃、柏樹57.98 ℃、冬青56.83 ℃。依據高溫半致死溫度高低進行耐熱性強弱排列，耐熱性強弱順序仍然均為松樹>柏樹>冬青>桂樹。

2.3 2017年12月高溫半致死溫度

2017年12月，隨著處理溫度的逐漸升高，4種常綠喬木的葉片、1年生枝條、2年生枝條的細胞傷害率的變化趨勢比較一致(圖7～圖9)，均呈現出“S”型曲線，均可以運用Logistic方程計算其高溫半致死溫度。

圖7 12月不同高溫處理下葉片細胞傷害率圖8 12月不同高溫處理下1年生枝條細胞傷害率

圖9 12月不同高溫處理下2年生枝條細胞傷害率

2017年12月，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的Logistic方程參數及高溫半致死溫度LT50見表3。由表3可知，不同取材部位、不同溫度下細胞傷害率經Logistic方程擬合后，擬合度R2均在0.98以上，均達到極顯著水平。4種常綠喬木葉片的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹53.84 ℃、松樹57.99 ℃、柏樹57.11 ℃、冬青56.10 ℃；4種常綠喬木1年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.08 ℃，松樹58.69 ℃，柏樹57.66 ℃，冬青56.13 ℃；4種常綠喬木2年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.42 ℃、松樹58.93 ℃、柏樹57.86 ℃、冬青56.39 ℃。依據高溫半致死溫度高低進行耐熱性強弱排列，耐熱性強弱順序依次為松樹>柏樹>冬青>桂樹。

2.4 2018年2月高溫半致死溫度

2018年2月，隨著處理溫度的逐漸升高，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的細胞傷害率的變化趨勢比較一致(圖10～圖12)，均呈現出“S”型曲線，均可以運用Logistic方程計算其高溫半致死溫度。

表3 12月4種常綠喬木不同取材部位Logistic方程參數及半致死溫度

圖10 2月不同高溫處理下葉片細胞傷害率圖11 2月不同高溫處理下1年生枝條細胞傷害率

圖12 2月不同高溫處理下2年生枝條細胞傷害率

2018年2月，4種常綠喬木葉片、1年生枝條、2年生枝條的Logistic方程參數及高溫半致死溫度LT50見表4。由表4可知，不同取材部位不同溫度下細胞傷害率經Logistic方程擬合后，擬合度R2均在0.97以上，均達到極顯著水平。4種常綠喬木葉片的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹53.89 ℃、松樹58.06 ℃、柏樹57.12 ℃、冬青56.09 ℃；4種常綠喬木1年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.04 ℃、松樹58.72 ℃、柏樹57.63 ℃、冬青56.10 ℃；4種常綠喬木2年生枝條的高溫半致死溫度LT50分別為：桂樹54.41 ℃、松樹58.90 ℃、柏樹57.86 ℃、冬青56.41 ℃。依據高溫半致死溫度高低進行耐熱性強弱排列，耐熱性強弱順序依次均為松樹>柏樹>冬青>桂樹。

表4 2月4種常綠喬木不同取材部位Logistic方程參數及半致死溫度

2.5 不同取樣部位、時間下常綠喬木半致死溫度的比較

對比2017年8月、10月、12月以及2018年2月4種常綠植物不同取樣部位的半致死溫度(表5)發現，桂樹、松樹、柏樹、冬青不同取樣部位的耐熱性強弱順序依次均為2年生枝條>1年生枝條>葉片，即植物組織的成熟度越高，抗熱性越強。除了桂樹葉片的半致死溫度8月與其他月份相比有明顯差異外，對于相同取樣部位來說，不同取樣時間對半致死溫度的測定影響不大。

表5 不同取樣部位和時間下4種常綠喬木半致死溫度的比較

3 結論

細胞膜透性的穩定性(CMT)是測定離體葉片的滲透情況在一定溫度范圍內的特性，是一種靈敏、快捷的估測植物耐熱性的方法[14-18]。本試驗運用此方法對4種常綠植物的成熟葉片、1年生枝條、2年生枝條進行梯度高溫處理，處理溫度與細胞傷害率之間呈現“S”型曲線，經過顯著性檢驗，符合Logistic方程。試驗結果表明，4種常綠植物的耐熱性強弱順序依次為松樹>柏樹>冬青>桂樹。對于同一常綠植物的不同取樣部位來說，其耐熱性強弱順序依次為2年生枝條>1年生枝條>葉片，即不同采樣部位對其耐熱性的強弱有一定影響，相對來說，枝條的半致死溫度大于葉片的半致死溫度。對于同一常綠植物的相同取樣部位來說，不同取樣時間對其耐熱性的強弱影響不大，也就是說，進行抗熱性評價基本不會受到取樣時間的影響。