寒地杏种质自然越冬条件下枝条抗寒性鉴定方法优化及评价

崔龙王雪松谭瑞张艳波陈蕾

(1.吉林省农业科学院/中国农业科技东北创新中心，吉林 长春 130000；2.吉林省智威苗木有限公司，吉林 公主岭 136100)

杏为蔷薇科(Rosaceae)李亚科杏属(Armeniaca Mill.)植物，原产于我国，有3500余年的栽培历史。杏果实成熟期早，风味浓郁、酸甜适口，且富含胡萝卜素及矿质元素，具有防癌、抗癌功效，是重要的经济树种。杏树耐贫瘠、耐干旱，亦是我国三北防护林常用树种。在我国北方地区，冬季寒冷，由于杏树品种抗寒性的差异，树体及枝条容易受到不同程度的冻害，成为杏产业发展的主要限制因子。

果树的抗寒性是描述果树适应或抵御寒冷气候条件的能力，鉴定方法主要有电导法[1-4]、田间鉴定法[5]、恢复生长法[6]等。另外，抗寒性与渗透调节物质、保护酶活性、组织含水量、膜脂相变和细胞膜透性之间存在相关性，通过对上述指标的测定，可以评价比较性品种的抗寒性。电导率法是低温胁迫下植物的膜脂从流动液态镶嵌相转变成晶体固态相，使膜发生收缩，使镶嵌于膜上的膜蛋白(酶)被固定，酶系统受到破坏，出现孔道或龟裂，丧失细胞膜的主动运输和选择通透的特性，膜内可溶性物质、电解质大量向膜外渗透，破坏了细胞内外的离子平衡。对龙眼、荔枝、梨和葡萄等抗寒性的研究表明，低温胁迫下细胞膜渗透性随温度的降低而增加，且细胞膜渗透性与植物的损伤程度呈正相关，而与抗寒性呈负相关[7-10]。一般情况下，抗寒性强的植物组织在低温胁迫下电解质外渗较少，电导率变化较小，而抗寒性弱的植物组织在低温胁迫下电解质外渗较多，电导率变化较大。田间鉴定法是树体自然越冬条件下，萌芽期在田间观察树体一年生枝条横截面的木质部、韧皮部及髓部的冻害程度。

研究杏种质资源抗寒性的评价方法，对于筛选抗寒资源及育种具有重要意义。本研究通过对电导率法的测定条件进行优化，测定杏种质一年生枝条的电解质渗出率，并与田间鉴定结果进行相关性分析，旨在摸索简便、准确性较高的抗寒性鉴定方法。同时，对供试的杏资源进行抗寒性鉴定及分级，以期为促进杏种植结构优化和选育抗寒优良品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在吉林省农业科学院果树研究所内的国家果树种质(公主岭)寒地果树资源圃(N43°11′，E124°02′)。该园地处于中温带半湿润地区大陆性季风气候，年均气温5.6℃，无霜期145d左右，年降水量780mm，年日照时数2556h。

1.2 试验材料与方法

1.2.1 杏枝条电导率测定

试验于2021年2月底进行。供试品种为乾安大杏和桦甸杏。在树冠四周外围采取3～5个粗细均匀、生长健壮的一年生枝条作为试材，采后带回实验室，在自来水流下冲洗3～5min去除枝条表面灰尘，再用去离子水冲洗2～3遍，用吸水纸吸干水分。将枝条剪成3～5mm厚的薄片，注意要避开芽眼部位，混合均匀后称取2g放入50mL刻度试管中，加20mL去离子水，置于22℃的恒温震荡培养箱中浸提3h、6h、9h、12h、15h、18h、21h和24h，测定待测液的初电导值C1(μS·cm-1)，筛选电解质渗出相对稳定的浸提时间。用筛选出的最佳浸提时间对供试品种进行煮沸1h使组织失活(封口水浴)，冷却至室温后测定其终电导值C2(μS·cm-1)。采用DDSJ-308A型电导仪测定电导值。试验中用到的实验仪器：XOYS-6050程序控温低温恒温槽，南京先欧仪器制造有限公司；DDBJ-350电导率仪，上海精密科学仪器有限公司；HZ-9211KB恒温振荡器，太仓市科教器材厂；电子天平，美国双杰兄弟有限公司；HH-数显恒温水浴锅，江苏金坛晶玻仪器厂。

1.2.2 杏抗寒性级别、冻害指数和电导率的相关性分析

供试品种分别为荷包杏、通榆大杏、油杏、麦黄杏、九台晚杏、大黄杏、四条腿、丹麦黄杏和红梅杏。测定9个品种一年生枝条的相对电导率、田间抗寒性指数和冻害级别，分析三者的相关性。

1.2.3 杏资源抗寒性的田间鉴定

2021年3月2日，田间调查杏一年生枝条抗寒性。供试材料为41份杏资源，辽杏、鸡西早熟甜仁、白玉扁、鸡西粉红杏、龙垦15号、辽杏3号、优一、龙王帽、小杏梅、苹果杏、桦甸1、荷包杏、辽杏5号、桦甸2、辽杏8号、垂枝杏、龙垦14号、李子杏、大白杏1、红梅杏、北镇白、李光杏、桦甸杏、大黄杏、通榆大杏、油杏、眉杏、双山杏、九台晚杏、金黄杏、同发杏、湾沟2号、乾安大杏、伊通红杏、大白杏2、湾沟3号、麦黄杏、丹麦黄杏、四条腿、国仁。选取3株树龄相同、长势较一致的树作为供试树，在树冠外围采取10个粗细均匀、生长健壮的一年生枝条作为试材，将每条等分成3段，在每段上部1/3处田间肉眼观察木质部、韧皮部及髓部的冻害程度，根据冻害程度参照《杏种质资源描述规范和数据标准》将冻害症状进行分级鉴定。

1.3 数据处理及分析

测定和田间观察到的数据采用Excel软件数据处理，DPS软件进行统计分析。具体分级标准参照《杏种质资源描述规范和数据标准》，相对电导率及冻害指数计算公式：

相对电导率=(初电导-蒸馏水电导)/(终电导-蒸馏水电导)×100%

冻害指数(%)=∑(冻害级株数×冻害级值)/(调查总株数×冻害最高级值)×100%

2 结果与分析

2.1 抗寒性鉴定期间温度监测情况

2020年12月初—2021年2月末，持续监测试验园的温度，以期掌握温度变化及最低温出现的时间。由图1可知，低于-25℃气温在12月中旬出现，监测期间3个最低气温出现在1月7日、1月18日和2月1日，温度分别为-28℃、-27℃和-26℃。1—2月，全天气温低于-20℃有1d，低于-15℃共有4d。东北地区低温主要集中在1月和2月上旬，经过此段时间的低温，杏一年生枝条进入深度休眠，获得了最大抗寒力，此时其抗寒力差异主要由遗传差异引起，此时鉴定可以较精确地确定不同品种资源由遗传引起的抗寒力差异。通过对温度监测的结果，得出采样时间为2月末枝条已经获得最大抗寒力。

图1 抗寒性鉴定期间最高温和最低温

2.2 浸提时间对杏一年生枝条初电导值的影响

在电导率测定中，枝条浸提的时间直接影响电导值。通过对2个杏品种一年生枝条不同浸提时间的初电导值测定，得出初电导值呈现出随摇动浸提时间增加而先升高后降低的趋势，见图2。乾安大杏在浸提摇动15h时出现初电导值高峰324μS·cm-1，与3～12h处理差异显著，但随着浸提时间的增加，初电导值增幅减小，与15～24h处理差异不显著。桦甸杏表现为摇动浸提18h时初电导值高峰274μS·cm-1，初电导值变化趋势与乾安大杏相似。通过2个杏品种一年生枝条初电导值的测定得出，摇动浸提18～24h测定值表现较为稳定，且摇动时间与初电导值皮尔逊相关系数为0.9056，表明二者呈正相关。因此，结合试验时间和成本，选择摇动浸提时间以18h为宜。

图2 浸提时间对杏一年生枝条初电导值的影响

2.3 杏一年生枝条田间抗寒性级别、冻害指数和电导率的相关性

对9个杏品种进行田间冻害等级调查，品种间抗寒性存在差异。发生1级冻害的有3个品种，发生2级冻害的品种有2个，发生3级冻害的品种有2个；对9个杏品种相对电导率测定表明，不同品种田间受冻害程度及一年生枝相对电导率存在差异，但变化趋势与田间冻害平均等级一致，皮尔森相关系数为0.713，二者呈正相关；各品种一年生枝相对电导率与田间冻害指数趋势一致，皮尔森相关系数为0.715，二者呈正相关，见图3。

图3 杏一年生枝条田间抗寒性、电导率和冻害指数

2.4 杏种质田间冻害等级划分

通过对41份杏种质进行田间冻害指数调查发现，抗寒性较强的种质有11份，分别为辽杏、鸡西早熟甜仁、白玉扁、鸡西粉红杏、龙垦15号、辽杏3号、优一、龙王帽、小杏梅、苹果杏和桦甸1，冻害指数<30，枝条表现为无冻害、髓或木质部有冻害，其他组织无冻害；抗寒性中等的有22份种质，冻害指数为30～60，表现为髓或髓周围有冻害，呈黄色，后生木质部局部冻害；抗寒性弱的杏种质有8份，冻害指数>60，表现为髓褐色，次生木质部、髓射线与皮层交界处的初生木质部冻害较重，具体品种见表1。

3 讨论与结论

果树抗寒性鉴定是一个复杂的过程，需要综合考虑多个方面的因素。在众多抗寒性的测试方法中，最为传统、应用广泛的是田间抗寒性鉴定法。生长状况测试法和冻害指数调查法主要应用于适应种植区域判定、极端气候造成的重大冷冻灾害调查时的测试评价方法[11]。人工模拟寒冻天气鉴定果树抗寒冷性的应用越来越多[12-14]，应用较多的是离体枝条、花器官冷冻法，但由于果树树体高大，对全株冷冻法的应用较少。电解质渗出率法和生物电阻抗图谱法[15]的应用范围均较宽广，无论是在全株冷冻法或离体器官冷冻法研究植物抗寒性时都可使用，可用于不同的植物组织或器官，如芽、叶、茎和根。在实际操作过程中，可以结合田间鉴定法和室内鉴定法，通过观察和检测果树的外部性状、细胞形态结构、生理代谢指标以及基因表达等多方面的信息来综合评估其抗寒性。这些方法不仅为果树抗寒生理的深入研究提供了依据，也为抗寒品种的选育和鉴定提供了实用的手段。

本文通过对杏一年生枝条相对电导率测定条件进行优化，得出浸提18h初电导值趋于稳定。对田间抗寒性鉴定等级、冻害指数和相对电导率进行比较分析，同一品种3个指标趋势较一致，皮尔斯相关系数都在0.7以上，呈正相关。因此，本文认为，田间抗寒性鉴定方法适用于快速评价杏种质在田间自然越冬条件下抗寒力的强弱。同时，通过对资源圃保存的41份杏种质进行田间抗寒性鉴定，筛选出抗寒性较强的杏种质11份，分别为辽杏、鸡西早熟甜仁、白玉扁、鸡西粉红杏、龙垦15号、辽杏3号、优一、龙王帽、小杏梅、苹果杏和桦甸1，为抗寒杏品种培育、亲本选择提供理论支持，进而优化寒冷地区杏品种的种植结构，提高杏树的种植效益。