云南不同種源北美紅豆杉抗寒性研究

云南不同種源北美紅豆杉抗寒性研究

北美紅杉是世界著名的速生樹種。這是加州非常古老、寶貴的樹種。北美紅杉最初在亞洲和歐洲均有分布,但由于全球氣候變化,導(dǎo)致其分布范圍縮小,現(xiàn)在只有在美國加州西海岸至俄勒岡州西南部有自然分布。1972年美國前總統(tǒng)尼克松訪華時(shí)贈(zèng)與北美紅杉樹苗,通過多年來中國林業(yè)科技工作者努力,迄今為止在云南、貴州、四川、浙江、福建、江蘇等地均有種植,且大都生長良好,其中尤以云南生長為最好。但是在引進(jìn)北美紅杉優(yōu)良種源進(jìn)行擴(kuò)大栽植的過程中,北美紅杉在云南不同地域均有不同的表現(xiàn)。云南自1975年開始從杭州引種北美紅杉種植于云南省林業(yè)科學(xué)院昆明樹木園,又先后于1980年和1984年從美國引進(jìn)北美紅杉種子在昆明開展育苗工作,并分別定植于昆明樹木園和麗江市林科所。1990年,云南省林業(yè)科學(xué)院采用1975年引種種植于該院的母樹扦插育苗并定植在昌寧和新平等引種點(diǎn)。現(xiàn)在各引種點(diǎn)北美紅杉生長正常,無明顯病蟲害。引種點(diǎn)北美紅杉樹高生長量年平均達(dá)到0.53~1.17m,直徑生長量年平均達(dá)到0.75~3.01cm,大部分引種單株生長發(fā)育正常,長勢(shì)良好。引種后的北美紅杉單株大多10年左右開花結(jié)果,種子具發(fā)芽能力。但在緯度較高和海拔較高的麗江林科所,其開花結(jié)果的年齡有所延遲,單株至18年生時(shí)始開花結(jié)果。在引種過程中北美紅杉基本無嚴(yán)重病蟲害,引種效果良好本研究以生長于滇西北德欽、麗江,滇中昆明、滇西南昌寧4個(gè)不同地區(qū)的北美紅杉種源枝條為試材,通過測(cè)定不同種源北美紅杉枝條在不同低溫條件下的電導(dǎo)率及其相關(guān)生理生化指標(biāo),探討不同生長環(huán)境與北美紅杉不同種源抗寒性的相關(guān)性,從而探討北美紅杉抗寒機(jī)制,最終評(píng)定北美紅杉不同種源引種后的抗寒能力,為下一步研究北美紅杉的抗寒能力及為北美紅杉抗寒選育提供參考。1材料和方法1.1枝條生長特性分析試驗(yàn)材料于2014年3月采自德欽、麗江、昆明、昌寧4個(gè)地方,從樹體上選取生長狀況基本相同的1年生健壯枝條,要求無花芽分化,盡可能保證枝條生長周期及外形相對(duì)一致,采集樣品后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析(表1)。1.2美杉木枝條電導(dǎo)率的變化采用植物生理學(xué)研究技術(shù)本試驗(yàn)采用經(jīng)典電導(dǎo)儀法測(cè)定不同種源北美紅杉枝條相對(duì)電導(dǎo)率的變化。相對(duì)電導(dǎo)率=(初電導(dǎo)率/終電導(dǎo)率)×100%。超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性采用植物生理學(xué)研究技術(shù)2結(jié)果與分析2.1低溫梯度對(duì)低溫下火炬枝條相對(duì)電導(dǎo)率的影響不同地區(qū)北美紅杉種源枝條在進(jìn)行低溫處理后,其相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的不斷變化,出現(xiàn)先慢后快變化,總體上呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)(圖1)。當(dāng)溫度從4℃逐漸降低至-15℃時(shí),不同種源北美紅杉枝條的相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的降低,其相對(duì)電導(dǎo)率變化較為緩慢。但當(dāng)溫度逐漸下降至-20℃以下時(shí),其相對(duì)電導(dǎo)率增加迅速,至-30℃時(shí)德欽、麗江、昆明、昌寧等不同種源的北美紅杉相對(duì)電導(dǎo)率分別為56.37%、58.25%、71.28%、72.76%;此時(shí)其相對(duì)電導(dǎo)率與CK的相對(duì)電導(dǎo)率相比增幅分別為59.15%、67.48%、102.96%、108.42%。這一結(jié)果與郭改改不同種源北美紅杉枝條在不同低溫梯度處理下,相對(duì)電導(dǎo)率由大到小依次表現(xiàn)為:昌寧>昆明>麗江>德欽。定植于德欽的北美紅杉枝條相對(duì)電導(dǎo)率最小,說明其枝條細(xì)胞膜被冷凍破壞的程度最低,其適應(yīng)低溫的能力最強(qiáng),這也說明了經(jīng)過長時(shí)間的低溫引種馴化后其適應(yīng)低溫的能力增強(qiáng);而采自昌寧的北美紅杉枝條的相對(duì)電導(dǎo)率最大,細(xì)胞膜被破壞程度最高,其適應(yīng)低溫的能力最弱,說明了該種源長期生長于溫暖濕潤的環(huán)境中,對(duì)低溫的抵抗力相對(duì)較弱。2.2不同種源對(duì)紅樹莓條幼苗sod活性的影響北美紅杉枝條的SOD活性在低溫達(dá)到-35℃時(shí)均達(dá)到最大值,然后迅速下降,不同北美紅杉種源均隨溫度的降低而出現(xiàn)先上升后下降變化(圖2)。不同種源北美紅杉枝條中,SOD活性峰值最高的為德欽148.23U/g·min,最低值是昌寧84.54U/g·min。不同種源北美紅杉SOD活性變化值與其相對(duì)電導(dǎo)率變化值趨勢(shì)相似(圖1),SOD活性值從高到低依次是德欽,麗江,昆明和昌寧。2.3低溫超過溫度對(duì)火炬pod活性的影響不同種源北美紅杉枝條內(nèi)POD酶活性在不同低溫處理下有變化(圖3),在-15℃~-20℃區(qū)間時(shí)其POD活性迅速上升,隨著逆境溫度的不斷降低POD酶活性上升緩慢,直到-35℃時(shí)POD酶活性達(dá)到最大值,而后在低溫超過-35℃時(shí)其POD值開始降低。與試驗(yàn)對(duì)照相比,低溫處理達(dá)到-35℃時(shí),不同種源北美紅杉POD活性分別是對(duì)照的2~4倍。不同北美紅杉種源中POD酶活性排序?yàn)?德欽>麗江>昆明>昌寧。2.4低溫脅迫對(duì)多枝支部mda含量的影響不同種源北美紅杉枝條在不同低溫脅迫下MDA含量有顯著變化見圖4。由圖4可知,在4℃時(shí)不同種源北美紅杉枝條MDA含量無顯著差異,但隨著試驗(yàn)溫度的下降其MDA含量增加,在溫度達(dá)到-20℃時(shí),其MDA含量達(dá)到最大值,與對(duì)照4℃下所測(cè)定的MDA含量相比,昌寧北美紅杉枝條的MDA含量是德欽的1.91倍。德欽、麗江北美紅杉種源枝條MDA含量較低,在低溫逆境脅迫下變化幅度不大,其低溫逆境耐受能力強(qiáng);昌寧、昆明北美紅杉種源枝條MDA含量相對(duì)較高,其試驗(yàn)過程中數(shù)值變化較大,表現(xiàn)出其對(duì)低溫耐受力較弱。在這些不同種源北美紅杉枝條中,昌寧、昆明的MDA極大值出現(xiàn)得最早且含量變化幅度較大,表明其抗寒能力較差。不同區(qū)域北美紅杉枝條MDA含量排序?yàn)?昌寧>昆明>麗江>德欽。3不同種源美紅外生物對(duì)低溫寒害的影響北美紅杉分布于北半球,其低溫適應(yīng)能力強(qiáng)。通過引種到中國后在不同區(qū)域種植,其抗寒性也不盡一致。不同種源北美紅杉抗寒性差異較大,因此在引種過程中需對(duì)其抗寒性進(jìn)行鑒定,以確定不同種源在中國的適生區(qū)。李彥慧本試驗(yàn)中,不同種源北美紅杉隨著處理溫度的降低,其相對(duì)應(yīng)的SOD和POD酶均呈現(xiàn)先上升后下降的變化,說明在特定的低溫條件下,不同種源北美紅杉枝條組織內(nèi)細(xì)胞膜將會(huì)受到不同程度的損害,因而使其酶促保護(hù)系統(tǒng)和非酶促保護(hù)系統(tǒng)的能力直接降低,最終導(dǎo)致低溫寒害的發(fā)生。不同種源北美紅杉枝條隨著處理溫度的不斷下降,其相對(duì)電導(dǎo)率上升,說明不同種源北美紅杉枝條在受到低溫寒害時(shí),其相對(duì)電導(dǎo)率值會(huì)逐漸增加。當(dāng)溫度逐漸下降至-20℃以下時(shí),其相對(duì)電導(dǎo)率迅速增加,這也與本試驗(yàn)中通過低溫試驗(yàn)測(cè)定其POD、SOD、MDA等得到的結(jié)果較為一致。同時(shí)也與郭改改通過人工模擬低溫條件下測(cè)定不同種源北美紅杉枝條的相對(duì)電導(dǎo)率,保護(hù)酶系統(tǒng)POD和SOD的酶活性、MDA含量等進(jìn)行相關(guān)分析,并結(jié)合不同種源北美紅杉種植區(qū)小氣候及環(huán)境、地理位置等諸因子的影響,不同種源北美紅杉枝條抗寒性最強(qiáng)的