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

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

Abstract

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

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.

Figures/Tables 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

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]

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

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

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