皂荚枝条对低温胁迫的生理响应及抗寒性评价

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0267

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (8): 12-20.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0267

皂荚枝条对低温胁迫的生理响应及抗寒性评价

陈思¹(), 韩丽君¹, 郝向春¹, 周帅¹^,²(), 张峻尘²

¹ 山西省林业和草原科学研究院，太原 030012
² 山西农业大学林学院，山西太谷 030800

收稿日期:2023-04-11 修回日期:2023-06-13 出版日期:2024-03-15 发布日期:2024-03-10
通讯作者:
周帅，男，1987年出生，山西太原人，工程师，博士研究生，研究方向：林木良种选育与森林培育。通信地址：030012 山西省太原市新建南路105号山西省林业和草原科学研究院，Tel：0351-7224376，E-mail：505239941@qq.com。
作者简介:
陈思，女，1989年出生，山西交城人，工程师，硕士研究生，研究方向：林木良种选育与森林培育。通信地址：030012 山西省太原市新建南路105号山西省林业和草原科学研究院，Tel：0351-7224376，E-mail：254224820@qq.com。
基金资助:
山西省科技成果转化引导专项“皂荚良种培育及野皂荚改造技术成果推广”(202204021301069); 山西省林业重点研发计划专项“皂荚无性系抗寒性研究及评价”(2022LYCX03); 中央财政林业科技推广示范项目“皂荚良种‘帅荚1号’繁育与栽培技术示范”(晋〔2022〕TG13号)

Physiological Response and Cold Resistance Evaluation of the Shoots of Gleditsia sinensis under Low Temperature Stress

CHEN Si¹(), HAN Lijun¹, HAO Xiangchun¹, ZHOU Shuai¹^,²(), ZHANG Junchen²

¹ Shanxi Academy of Forestry and Grassland Sciences, Taiyuan 030012
² College of Forestry, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi 030800

Received:2023-04-11 Revised:2023-06-13 Published-:2024-03-15 Online:2024-03-10

摘要/Abstract

摘要：

通过对皂荚不同无性系枝条抗寒能力差异进行分析，为皂荚抗寒品种的选育及栽培提供理论依据。以11个皂荚无性系1年生枝条为试验材料，测定分析其在不同低温条件下（5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃ ）的相对电导率，并以此为基础进行主成分分析及聚类分析，测定不同抗寒能力的皂荚无性系枝条组织解剖结构、反射光谱及MDA、SOD含量，并探讨无性系间抗寒性差异的原因。皂荚枝条相对电导率对低温的响应随着温度的降低呈现上升趋势，但部分无性系呈“升－降－升”的趋势；抗寒性较强的无性系特点是枝条的木质部在枝横截面积中所占比例较大，皮层和韧皮部所占比例较小，NDVI、ARI2、SIPI、CRI2参数较高，MDA含量低而SOD酶活性高。11个供试皂荚无性系枝条抗寒性由高到低排序为：‘羊角皂’>‘LKHD5’>‘北山底’>‘帅荚三号’>‘牛家峪’>‘302’>‘河林一号’>‘涧头村’>‘西贾二号’>‘LKHD4’>‘LKSD’。

关键词: 皂荚, 无性系, 低温, 相对电导率, 反射光谱, 保护酶

Abstract:

This study aims to assess the cold resistance of the shoots of G. sinensis by analyzing the difference of cold resistance among its different clones, providing theoretical basis for the cultivation and breeding of cold resistant varieties of G. sinensis. One-year-old shoots of 11 clones of G. sinensis were selected as experimental materials, the relative electrical conductivity (REC) of them under different low temperature conditions (5 ℃, 0 ℃, -5 ℃, -10 ℃, -15 ℃, -20 ℃, -25 ℃) was measured and analyzed, respectively. Principal component analysis and cluster analysis were used based on the results of REC. The anatomical structure of shoots, reflection spectrum, contents of malondialdehyde (MDA) and activities of super oxide dismutase (SOD) were studied under low temperature stress to analyze the difference of cold resistance among the clones. The results showed that there were some differences in the variations of REC in the shoots of all clones under the low temperature stress. There were some characteristics in clones with a stronger cold resistance, including a larger ratio of xylem, a smaller ratio of cortex and phloem in the cross-sectional area of branches, and higher values of NDVI, ARI2, SIPI and CRI2 parameters. At the same time, these clones presented the characteristics of low MDA contents and high SOD activities. The cold resistance of the 11 shoots of G. sinensis was in order of ‘Yangjiaozao’>‘LKHD5’>‘Beishandi’>‘Shuaijia 3 hao’>‘Niujiayu’>‘302’>‘Helin 1 hao’>‘Jiantoucun’>‘Xijia 2 hao’>‘LKHD4’>‘LKSD’.

Key words: Gleditsia sinensis, clones, low temperature, relative electrical conductivity, reflection spectrum, protective enzyme

陈思, 韩丽君, 郝向春, 周帅, 张峻尘. 皂荚枝条对低温胁迫的生理响应及抗寒性评价[J]. 中国农学通报, 2024, 40(8): 12-20.

CHEN Si, HAN Lijun, HAO Xiangchun, ZHOU Shuai, ZHANG Junchen. Physiological Response and Cold Resistance Evaluation of the Shoots of Gleditsia sinensis under Low Temperature Stress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(8): 12-20.

图/表 7

无性系	来源地点	编号	经度/°E	纬度/°N	海拔/m	母树龄/a	母树胸径/cm
帅荚三号	山西省临汾市洪洞县柴家垣村	Z₁	111.525	36.487	934	150	69.5
西贾二号	山西省临汾市襄汾县西贾村	Z₂	111.328	35.835	474	60	33.5
羊角皂	山西省临汾市洪洞县龙马乡长命村	Z₃	111.595	36.271	628	-	90
LKHD5	山西省运城市平陆县张店镇安沟村	Z₄	111.230	34.991	855	600	87.3
牛家峪	山西省阳泉市城区义井镇牛家峪村	Z₅	113.543	37.845	761	433	119.5
LKHD4	山西省运城市盐湖区北陈村	Z₆	110.918	35.237	476	200	78
河林一号	山西省运城市盐湖区西姚村	Z₇	111.021	35.956	372	12	15
302	北京市门头沟城庄村	Z₈	116.101	39.940	570	200	70
涧头村	山西省临汾市洪洞县兴唐寺乡涧头村	Z₉	111.753	36.414	702	8	15
LKSD	山西省运城市平陆县张店镇	Z₁₀	111.295	40.627	771	120	80
北山底	山西省运城市夏县北山底村	Z₁₁	111.244	35.126	448	400	98.7

表1. 皂荚无性系材料及来源

反射光谱参数	定义		文献来源
归一化植被指数	$N D V I = R 800 - R 680 R 800 + R 680$	……(1)	[15]
归一化叶绿素指数	$N P C I = R 680 - R 430 R 680 + R 430$	……(2)	[16]
结构不敏感色素指数	$S I P I = R 800 - R 445 R 800 - R 680$	……(3)	[16]
类胡萝卜素指数 2	$C R I 2 = I R 510 - I R 700$	……(4)	[17]
花青素指数 2	$A R I 2 = R 800 × (I R 550 - I R 700)$	……(5)	[18]
Carter指数2	$C T R 2 = R 695 R 760$	……(6)	[19]
简单比值色素指数	$S R P I = R 430 R 680$	……(7)	[20]

反射光谱参数	定义		文献来源
归一化植被指数	$N D V I = R 800 - R 680 R 800 + R 680$	……(1)	[15]
归一化叶绿素指数	$N P C I = R 680 - R 430 R 680 + R 430$	……(2)	[16]
结构不敏感色素指数	$S I P I = R 800 - R 445 R 800 - R 680$	……(3)	[16]
类胡萝卜素指数 2	$C R I 2 = I R 510 - I R 700$	……(4)	[17]
花青素指数 2	$A R I 2 = R 800 × (I R 550 - I R 700)$	……(5)	[18]
Carter指数2	$C T R 2 = R 695 R 760$	……(6)	[19]
简单比值色素指数	$S R P I = R 430 R 680$	……(7)	[20]

表2. 反射光谱参数

无性系编号	温度																平均低温
无性系编号	CK		5			0	-5		-10		-15		-20		-25		平均低温
Z₁	0.29±0.02d		0.36±0.12bcdAB			0.35±0.07bcdA	0.31±0.06cdC		0.41±0.1abcBCD		0.47±0.06aBC		0.44±0.07abABC		0.51±0.06aAB		0.41±0.07
Z₂	0.32±0.04d		0.40±0.06bcdAB			0.33±0.02cdA	0.45±0.06abA		0.43±0.03bcABC		0.41±0.07bcC		0.43±0.07bcABCD		0.54±0.15aA		0.43±0.06
Z₃	0.29±0.02d		0.36±0.04bcAB			0.34±0.03cA	0.32±0.03cBC		0.34±0.04cCD		0.43±0.1bBC		0.37±0.06bcCD		0.50±0.09aAB		0.38±0.06
Z₄	0.35±0.04b		0.43±0.12abA			0.41±0.07abA	0.41±0.05abABC		0.43±0.08abABC		0.50±0.03aABC		0.35±0.03bD		0.42±0.09abB		0.42±0.04
Z₅	0.30±0.1b		0.31±0.02bB			0.34±0.09bA	0.36±0.07bABC		0.33±0.08bD		0.50±0.06aABC		0.37±0.09bCD		0.52±0.04aAB		0.39±0.08
Z₆	0.33±0.07b		0.32±0.09bB			0.36±0.03bA	0.37±0.07bABC		0.51±0.07aA		0.55±0.06aAB		0.52±0.1aA		0.51±0.09aAB		0.45±0.10
Z₇	0.31±0.02c		0.35±0.08bcAB			0.36±0.05bcA	0.41±0.03bABC		0.38±0.07bcBCD		0.49±0.12aABC		0.38±0.04bcCD		0.54±0.03aA		0.42±0.07
Z₈	0.33±0.04c		0.41±0.04abcAB			0.37±0.13bcA	0.36±0.05bcABC		0.41±0.03abcBCD		0.48±0.14aBC		0.44±0.05abABCD		0.53±0.03aAB		0.43±0.06
Z₉	0.34±0.1c		0.39±0.03bcAB			0.39±0.06bcA	0.44±0.09abA		0.37±0.04bcCD		0.44±0.05abBC		0.46±0.04abABC		0.52±0.09aAB		0.43±0.05
Z₁₀	0.31±0.07d		0.36±0.06cdAB			0.40±0.09bcdA	0.41±0.06bcAB		0.48±0.07bAB		0.60±0.09aA		0.47±0.01bAB		0.57±0.07aA		0.47±0.09
Z₁₁		0.28±0.07c		0.45±0.05abA	0.39±0.09abA		0.44±0.11abA	0.38±0.08bCD		0.49±0.04aABC		0.38±0.06bBCD		0.50±0.02abAB		0.43±0.05
总体均值		0.31±0.02		0.38±0.04	0.37±0.03		0.39±0.05	0.41±0.06		0.49±0.05		0.42±0.05		0.51±0.04		0.42±0.04

表3. 皂荚各无性系枝条在室温及不同低温条件下REC均值

图1. 旋转后的公因子载荷散点图

无性系编号	各公因子得分				总得分	抗寒性排名
无性系编号	PC1	PC2	PC3	PC4	总得分	抗寒性排名
Z₃	-1.50	0.17	-1.17	-0.61	-68.38	1
Z₄	0.13	-2.25	0.48	0.66	-50.46	2
Z₁₁	-1.18	-0.64	1.06	0.58	-39.22	3
Z₁	0.20	-0.46	-1.54	-0.39	-31.94	4
Z₅	-1.00	0.66	-0.76	-0.02	-24.90	5
Z₈	0.60	-0.78	-0.24	-0.34	-9.74	6
Z₇	-0.63	0.85	0.44	0.08	11.07	7
Z₉	0.52	-0.02	1.18	-0.69	26.17	8
Z₂	0.62	0.81	1.15	-1.84	42.70	9
Z₆	1.94	0.34	-1.07	0.45	66.59	10
Z₁₀	0.30	1.31	0.49	2.12	78.13	11

表4. 各公因子得分表

图2. 不同温度处理下参数的Heatmap分析图

图3. 不同低温条件下皂荚无性系枝条主要参数对比 *表示Z10与CK差异显著，^表示Z2与CK差异显著，#表示Z10与Z2差异显著。

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皂荚枝条对低温胁迫的生理响应及抗寒性评价

Physiological Response and Cold Resistance Evaluation of the Shoots of Gleditsia sinensis under Low Temperature Stress

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