全 文 ：书不同种源非洲桃花心木对寒害的生理响应
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郭文冰1 赵奋成1 蔡 坚1 李义良1 朱细俭2
高 月3 吴惠姗1 张应中1 刘有成2 罗伟文3
(1． 广东省林业科学研究院，广东 广州 510520;2． 广东省龙眼洞林场，广东 广州 510520;
3． 广东省肇庆市国有林业总场大南山林场，广东 肇庆 526021)
摘要 2012 年 1 月，广东省经历了 2 次低温天气。本研究分别于 2 次降温后( 3 ～ 10 ℃ ) 和正常温度下
( ＞ 10 ℃ ) 采集广州和肇庆 2 片试验林的非洲桃花心木叶片，测定相对电导率( ＲEC) 、丙二醛( MDA) 含量、
脯氨酸( Pro) 含量、超氧化物歧化酶( SOD) 活性和过氧化物酶( POD) 活性 5 个指标，分析了 27 个种源对寒害
的生理响应模式。结果表明，2 次降温均显著提高了非洲桃花心木的 ＲEC、Pro 含量、SOD 和 POD 活性。相
比首次降温，第 2 次降温后，Pro含量、SOD和 POD活性进一步提高，而 ＲEC则有所降低，表明植株在 2 次降
温后进一步启动了自身的保护系统。该研究应用耐寒隶属函数值对 27 个种源进行综合评价，初步选出来自
马里( 种源 10#，20#，22#) 和布基纳法索( 种源 30#，31#，32#) 的 6 个耐寒表现优异的种源。
关键词 非洲桃花心木;生理指标;低温胁迫;种源试验
中图分类号:S761． 3 文献标识码:A 文章编号:1006 － 4427(2013)06 － 0007 － 07
Physiological Ｒesponses to Cold Stress in Different Provenances
of Khaya senegalensis
GUO Wenbing1 ZHAO Fencheng1 CAI Jian1 LI Yiliang1 ZHU Xijian2
GAO Yue3 WU Huishan1 ZHANG Yingzhong1 LIU Youcheng2 LUO Weiwen3
(1． Guangdong Academy of Forestry，Guangzhou，Guangdong 510520，China;
2． Longyandong Forest Farm of Guangdong Province，Guangzhou，Guangdong 510520，China;
3． Dananshan Forest Farm of Zhaoqing State-owned Forest Farm，Zhaoqing，Guangdong 526021，China)
Abstract In January 2012，the temperature dropped strongly for two times in Guangdong province． To e-
valuate the variation of cold tolerance among provenances of Khaya senegalensis，the leaf samples were collected
from the test stand in Guangzhou and Zhaoqing under the cold conditions (3—10 ℃)and normal condition
(＞ 10 ℃)． The relative electrical conductivity (ＲEC)，the malondialdehyde (MDA)contents，the proline con-
tents and the activities of superoxide dismutases (SOD)and peroxidases (POD)were measured in 27 provenances．
The results showed that the ＲEC，the proline contents，the SOD and POD activities were increased under cold
stress． Furthermore，the SOD activity，the POD activity and the proline content of the samples at second cold time
were much higher compared to the ones at the first cold time，while the MDA content were similar and the ＲEC
were lower． Its implied that the protecting system was further activated to stabilize the membranes when the plants
were exposed to the second cold stress． Six cold-resistant provenances from Burkina Faso (the provenance No． 30#，
31# and 32#)and Mali (the provenance No． 10#，20#，22#)of the 27 provenances were selected according to the
subordinate function values of the cold resistance．
Key words Khaya senegalensis;physiological index;cold stress;provenance test
7广 东 林 业 科 技 2013 年第 29 卷第 6 期
* 基金项目:国家林业局“948”引进项目(2005-4-36) ;广东省农业攻关项目(2008802030007);广东省林业局林业科技计划项目“非洲桃花
心木良种选育和栽培技术研究”。
第一作者:郭文冰(1981-) ，女，副研究员，主要从事林木遗传育种与培育研究，E-mail:wbguo@ sinogaf． cn。
非洲桃花心木(Khaya senegalensis)为楝科(Meliaceae)常绿乔木，是世界上重要的珍贵用材树种，也是主
要的行道树种、饲料来源、以及某些国家的药用树种［1-2］。由于过度开采利用，非洲桃花心木已被国际自然保
护联盟列入《2010 年濒危物种红色名录》中。因此，在我国开展非洲桃花心木种质资源的保存和推广工作具
有重大而深远的意义。
非洲桃花心木原产于非洲热带地区，其天然分布区从非洲西部的塞内加尔、马里、尼日尔往东延伸到东
部的乍得、苏丹、乌干达等国。国际上多个热带地区或国家均有引种非洲桃花心木［3］;我国于 20 世纪 60 年
代初期，先后从马里、越南引进该树种，在海南、广东、广西及福建南部种植，取得良好的成效［4-5］。
在华南地区，0 ℃以上的寒害是危害非洲桃花心木生长和存活的逆境胁迫之一［6-8］。林地表型筛选的初
步结果显示，非洲桃花心木对寒害的敏感度可能存在种源间的差异。筛选耐寒性优良的非洲桃花心木种源
是我国进一步发展该树种的重要途径之一。筛选耐寒性植株的材料分别来自野外和实验室，后者通常在实
验室设置低温模拟，在一定程度上可实现耐寒性植株的高效筛选，然而在林木上，实验室模拟只适用于苗期
的筛选，难以应用于成林植株。因此，在野外进行耐寒性检测对于林木抗逆性育种具有重要意义。生理生化
实验是快速准确进行耐寒性检测的主要方法，目前已在多个树种上进行了报道，相对电导率、丙二醛含量、超
氧化物歧化酶、脯氨酸等在低温胁迫下有明显反应，可在一定程度上反映植株的耐寒性［8-14］。何跃君等［8］在
人工气候箱内模拟 0 ～ 10 ℃的低温环境，研究包括非洲桃花心木在内的 6 种幼苗在低温胁迫下的生理特征，
结果表明，非洲桃花心木叶片相对电导率、脯氨酸、丙二醛含量在低温下比正常温度有所增加，6 种苗木中，
非洲桃花心木耐寒性中等。本研究通过测定广东省广州市和肇庆市 2 个试验地非洲桃花心木叶片寒害生理
指标，并采用耐寒隶属函数值对参试种源进行综合评价，为综合筛选耐寒优良种源提供参考依据。
1 材料与方法
1． 1 试验地概况
广州试验地设在广州市龙眼洞林场，该地位于广州市东北郊，地理坐标为东经 113°24、北纬 23°15。属
南亚热带季风气候，年均温 21． 8 ℃，绝对最高温 38． 1 ℃，绝对最低温 0 ℃;年降水量 1 694 mm。林地土壤为
山地赤红壤。
肇庆试验地位于肇庆市大南山林场，地理坐标为东经 112°45、北纬 23°20。气候地理条件与龙眼洞林
场基本一致。
1． 2 试验材料
广州试验地包括了 9 个非洲桃花心木种源，肇庆试验地包括 24 个种源，种源的基本情况见表 1。
2012 年 1 月 7 日为 2 个试验地入冬后的首次降温，温度介于 5 ～ 10 ℃之间，此时采集广州试验地的非洲
桃花心木叶片，测定生理生化指标;而后气温回升至 10 ～ 20 ℃，在 2012 年 1 月 31 日左右出现第 2 次降温，
温度介于 3 ～ 10 ℃之间，此时采集肇庆试验地的非洲桃花心木叶片测定生理生化指标。2012 年 12 月初，两
地气温回暖，温度介于 10 ～ 20 ℃之间，采集广州试验地的非洲桃花心木叶片作为正常温度下的生理生化指
标测定材料。
每个种源选取 5 株生长一致的非洲桃花心木。采样部位为树冠上部新生枝条上完全展开的叶片。
1． 3 生理生化指标测定
采用电导法测定叶片相对电导率，用打孔器打孔取样。采用酸性茚三酮显色法测定脯氨酸含量。丙二
醛含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的测定方法参照文献［15］。
1． 4 数据分析
采用 SPSS 13． 0 软件系统对不同试验地各种源 5 个生理生化指标进行方差分析。对各试验地种源间差
异做 Duncan检验，对 2 个试验地 6 个相同种源降温后与正常温度下的差异性做独立样品 T 性检测。应用
fuzzy隶属函数法对测定的各项生理指标进行综合评价。
耐寒性隶属函数值计算公式为:
Fij =(Xij － Xmin)/(Xmax － Xmin) (1)……………………………………………………………………………
Fij = 1 －(Xij － Xmin)/(Xmax － Xmin) (2)………………………………………………………………………
公式中，Fij为样本 i指标 j的隶属函数值，为样本 i指标 j的测定值，Xmax和 Xmin分别是指标 j在各样本中
的最大值和最小值。当各指标与耐寒性呈正相关时，采用公式(1) ;当各指标与耐寒性呈负相关时，采用公
式(2)。
8 郭文冰等: 不同种源非洲桃花心木对寒害的生理响应
表 1 27 个非洲桃花心木参试种源来源情况
试验地 种源编号
来源
国家 小地名
地理坐标
纬度 经度
肇庆 1# 贝宁 park of niger 1 12°24N 2°50W
肇庆 9# 马里 kolokani 13°35N 8°01W
肇庆 10# 马里 kita 13°04N 9°28W
肇庆 11# 马里 koulikoro 15°22N 6°33W
肇庆 12# 马里 sagabari 12°35N 9°48W
肇庆 13# 塞内加尔 sokone 13°43N 15°45W
肇庆 14# 塞内加尔 tobor 12°31N 16°27W
肇庆 15# 塞内加尔 tambacounda 14°19N 13°66W
肇庆 16# 尼日尔 tamou 1 12°46N 2°11W
肇庆 17# 马里 toukoto 12°37N 9°45W
肇庆 18# 马里 faya 13°07N 7°59W
肇庆 19# 马里 farako 10°50N 6°51W
肇庆 20# 马里 fangalakouta 13°06N 10°02W
肇庆 21# 马里 filanila 13°07 N 9°54W
肇庆 22# 马里 nantela 13°20N 10°47W
肇庆 23# 马里 banamba 13°33N 7°27W
肇庆 24# 塞内加尔 bambey 14°42N 16°28W
肇庆 25# 塞内加尔 dianamalazy 13°25N 15°23W
肇庆、广州 26# 中国 Haikou 20°02N 110°21E
肇庆、广州 28# 越南 Hanoi 21°03N 105°49E
肇庆、广州 29# 布基纳法索 Guenon 10°58N 0°54W
广州 30# 布基纳法索 Tiébélé 11°07N 0°58W
肇庆、广州 31# 布基纳法索 Kokologho 12°12N 1°51W
肇庆、广州 32# 布基纳法索 Arbolé 12°50N 2°01W
肇庆、广州 33# 布基纳法索 Koyinga 12°10N 1°52E
广州 34# 加纳 bolga 10°47N 0°51W
广州 35# 加纳 winneba 5°20N 0°37W
2 结果与分析
2． 1 广州试验地 9 个种源的耐寒性生理表现
本研究在广州试验地进行了 2 次取样分析。如图 1 所示，广州试验地 9 个种源在正常温度条件下，
ＲEC、MDA含量、SOD和 POD活性均差异不显著;种源 34#的 Pro 含量相对较高，种源 26#和 35#的 Pro 含量
相对较低。首次降温后，除 MDA含量外，其它指标均发生了明显变化。
首次降温后，反应细胞膜破坏程度的 ＲEC与 MDA含量 2 个指标中，ＲEC 水平总体提高，并且种源间存
在显著性差异，MDA含量与正常温度下无明显差异，种源间也无显著差异。其中，种源 29#的 ＲEC 均值最
高，达到 60%;种源 28#、31#、32#、34#、35#的 ＲEC 较低，均在 40%以下。反映耐寒性的 Pro 含量、SOD 活性
和 POD活性 3 个指标值比正常温度下有大幅度提高，并且种源间有显著差异。Pro含量在种源 30#和 33#中
较高，平均达到 0． 05%以上;在种源 35#中最低，在 0． 03%以下。SOD 活性在种源 30#中平均达到 4． 410
U·mg －1，显著高于其它种源。种源 30#的 POD活性也是 9 个种源中最高的，其次为种源 31#、32#。
低温下 MDA含量无显著性提高，种源间也不存在显著性差异，因此，进行广州试验地耐寒性评价时选
择了 4 个指标计算耐寒隶属函数值。其中，ＲEC 与耐寒性负相关，其它三者与耐寒性呈正相关。总耐寒性
隶属函数值为 4 个指标耐寒性隶属函数值 Fij的平均值。结果如图 1 所示，9 个种源间的耐寒性隶属函数值
平均在 0． 34 ～ 0． 54 之间，其中种源 30#和 31#的耐寒性最高，其次为种源 32#和 28#，种源 29#的耐寒性最差。
9广 东 林 业 科 技 2013 年第 29 卷第 6 期
图中 5 个生理指标数据为平均值 ±标准误。种源间差异性做 Duncan检验，不同字母代表同一指标在降温后与
正常温度下的差异达到显著水平(P ＜ 0． 05)。
图 1 广州试验地 9 个非洲桃花心木种源在正常温度和低温下的生理表现
2． 2 肇庆试验地 24 个种源的耐寒性生理表现
本研究在第 2 次降温后，分析了肇庆试验地 24 个种源的耐寒性生理表现(图 2)。
01 郭文冰等: 不同种源非洲桃花心木对寒害的生理响应
图中 5 个生理指标数据为平均值 ±标准误。种源间差异性做 Duncan检验，不同字母代表同一指标在降温
后与正常温度下的差异达到显著水平(P ＜ 0． 05)。
图 2 肇庆试验地 24 个非洲桃花心木种源在低温下的生理表现
11广 东 林 业 科 技 2013 年第 29 卷第 6 期
肇庆试验地的供试材料生理指标与广州试验地的升降趋势相似:MDA 含量总体上无明显提高(P ＞
0． 05) ，其它指标与正常温度下广州试验地的材料相比，均值皆大幅度升高。不同的是，肇庆试验地 ＲEC、
MDA含量和 POD活性 3 个生理指标在种源间均无显著差异。
Pro含量在 24 个种源中的均值达到 0． 06%，其中，种源 20#的 Pro 平均含量为 0． 15%，在总体和单株水
平上都高于其它种源。种源 20#的 SOD活性也是 24 个种源中最高的，平均达到 11． 369 U·mg －1;种源 10#的
SOD活性也相对较高，平均达到 10． 155 U·mg －1。
以 ＲEC、Pro含量、SOD和 POD活性 4 个有显著变化的指标计算耐寒隶属函数值，24 个种源的耐寒性隶
属函数值在 0． 27 ～ 0． 45 之间。其中，种源 20#的耐寒性最高，其次为种源 22#，32#和 10#，种源 9#的耐寒性
最差。
2． 3 2 个试验地 6 个共同种源的生理表现差异
广州与肇庆 2 个试验地中来源相同的种源有 6 个，分别为来自布基纳法索的种源 29#、31#、32#、33#，来
自中国的 26#，以及来自越南的 28#。总体上，6 个种源除了MDA含量外，其余 4 个指标在第 2 次降温后均比
正常温度下有显著提高(表 2)。与首次降温相比，第 2 次降温后，肇庆试验地 6 个种源的 Pro 含量、SOD 和
POD活性大幅度提高。其中，Pro含量的均值由 0． 03%提高到 0． 06%，SOD 和 POD 活性分别是首次降温的
2 倍以上。相反，ＲEC均值则由 43． 7%下降到 34． 8%(P ＜ 0． 05)，表明第 2 次降温后植株体内的保护系统进
一步启动，有效地保护了叶片的细胞膜。
首次降温后，6 个种源的耐寒性隶属函数值存在显著性差异(图 1) ，相对而言，种源 31#、28#和 32#的耐
寒表现较好，种源 29#的表现较差。第 2 次降温后，种源间的差异减小，种源 32#的耐寒表现相对较好，其余
种源耐寒隶属函数值差别不大。
表 2 2 个试验地 6 个共同种源的耐寒性表现差异
气温 试验地 ＲEC /% MDA/(nmol·g －1) Pro /%
SOD活性
/(U·mg －1)
POD活性
/(△A470·min －1·mg －1)
正常 广州 28． 7 ± 0． 8 27． 0 ± 1． 6 0． 01 ± 0． 00 1． 400 ± 0． 047 0． 051 ± 0． 005
首次降温 广州 43． 7 ± 2． 9* 25． 4 ± 1． 3 0． 03 ± 0． 00* 2． 432 ± 0． 143* 0． 221 ± 0． 013*
第 2 次降温 肇庆 34． 8 ± 1． 3* 27． 0 ± 2． 4 0． 06 ± 0． 01* 5． 736 ± 0． 602* 0． 648 ± 0． 114*
注:表中所有数据均为平均值 ±标准误。“* ”代表同一指标在降温后与正常温度下的差异达到显著水平(P ＜ 0． 05)。
2． 4 生理指标及地理来源的相关性分析
对 5 个生理指标进行相关性分析，结果表明，指标间不存在显著的相关性，可见植株对冷害的反应是各
项指标协同作用的结果。将 5 个指标、耐寒性隶属函数与种源的地理纬度和经度进行相关性分析，也未发现
显著的相关性，可见非洲桃花心木对冷害的生理生化反应不受地理来源的影响。
3 结论与讨论
本研究利用生理生化指标分析非洲桃花心木对寒害的反应，结果表明，非洲桃花心木对 0 ℃以上的寒害
有明显的反应。有研究指出 ＲEC的大小反映了细胞膜的受伤害程度［9］，本研究的结果表明，2 次低温条件
下 ＲEC均显著性增加，表明其叶片受到了寒害的胁迫。Pro 是逆境下植物细胞内的渗透调节物质［16］，SOD
和 POD是清除体内活性氧自由基的保护酶［17］。本研究第 2 次低温条件下的 Pro 含量、SOD 和 POD 活性均
显著性增加，表明植株启动了自身的保护系统以抵抗寒害胁迫。
在广州和肇庆 2 个试验地，2 次低温条件的环境和气温基本相似，不同的是，肇庆试验地的材料为当月
第 2 次降温后采集的，所有材料均经历了降温—升温—降温的气温变化过程。与首次降温相比，第 2 次降温
后，与耐寒性正相关的 Pro含量、SOD和 POD活性大幅度提高，而与耐寒性负相关的 ＲEC则显著性减小。可
见，非洲桃花心木在第 2 次降温后进一步启动了自身的保护体系，降低了低温伤害。因此，利用生理生化指
21 郭文冰等: 不同种源非洲桃花心木对寒害的生理响应
标筛选耐寒性材料的最佳时间为入冬的首次低温天气。
本研究包含了 8 个国家的非洲桃花心木种源，两地评价结果表明，来自布基纳法索的 5 个种源中，种源
29#耐寒性最差，种源 30#、31#、32#耐寒性强，种源 33#耐寒性中下。来自马里的 11 个种源中，种源 10#、20#
及 22#耐寒性强，而种源 9#的耐寒性较差。其余种源耐寒性表现中等。
本研究以入冬降温后的种源试验林为材料，从生理生化指标评价非洲桃花心木的耐寒性，其结果与表观
直接评价的结论相近，表明评价方法具有可靠性和推广价值。然而，部分种源的个体间存在较大差异，进行
耐寒材料筛选时应考虑单株水平的筛选。另外，全面评价种源的耐寒性还应与生长表现相联系，下一步宜结
合生长量等调查数据，建立非洲桃花心木耐寒性的综合评价体系。
参考文献
［1］ Hung C D，Trueman S J． In vitro propagation of the African mahogany Khaya senegalensis［J］． New Forests，2011，42(1):117-
130．
［2］ Lompo M，Guissou I P，Dubois J，et al． Mechanism of the Anti-inflammatory Activity of Khaya senegalensis A． Juss． (Meliace-
ae) ［J］． International Journal of Pharmacology，2007，3(2) :137-142．
［3］ Nikles D G，Bevege D I，Dickinson G Ｒ，et al． Developing African mahogany (Khaya senegalensis)germplasm and its manage-
ment for a sustainable forest plantation industry in northern Australia:progress and needs［J］． Australian Forestry，2008，71
(1) :33-47．
［4］ 潘志刚，游应天． 中国主要外来树种引种栽培［M］． 北京:北京科学技术出版社，1994:472-476．
［5］ 蔡坚，赵奋成，张应中，等 非洲桃花心木国内外研究现状与发展建议［J］． 广东林业科技，2008，24(5) :74-80．
［6］ 吴惠姗，赵奋成，蔡坚，等． 不同种源非洲桃花心木苗期抗寒能力和生长节律研究［J］． 广东林业科技，2011，27(2) :1-6．
［7］ 赵奋成，蔡坚，李义良，等． 非洲桃花心木种源试验及优良个体选择研究［J］． 广东林业科技，2012，28 (6) :1-7．
［8］ 何跃君，薛立，任向荣，等． 低温胁迫对六种苗木生理特性的影响［J］． 生态学杂志，2008，27(4) :524-531．
［9］ Hodge G Ｒ，Dvorak W S，Tighe M E． Comparisons between laboratory and field results of frost tolerance of pines from the
southern USA and Mesoamerica planted as exotics［J］． Southern Forests，2012，74(1) :7-17．
［10］ Buchner O，Neuner G． Winter frost resistance of Pinus cembra measured in situ at the alpine timberline as affected by tempera-
ture conditions［J］． Tree Physiology，2011，32(11) :1217-1227．
［11］ Schreiber S G，Hamann A，Hacke U G，et al． Sixteen years of winter stress:an assessment of cold hardiness，growth perform-
ance and survival of hybrid poplar clones at a boreal planting site［J］． Plant，Cell and Environment，2013，36(2) :419-428．
［12］ Gimeno T E，Pías B，Lemos-Filho J P，et al． Plasticity and stress tolerance override local adaptation in the responses of Medi-
terranean holm oak seedlings to drought and cold［J］． Tree Physiology，2009，29(1) :87-98．
［13］ 靖长柏，张利阳，童再康，等． 自然低温胁迫对 3 种桉树生理生化特性的影响［J］． 防护林科技，2010(6) :18-19．
［14］ 何贵平，卓仁英，陈雨春，等． 低温处理对耐寒粗枝木麻黄无性系生理指标的影响［J］． 林业科学研究，2011，24(4) :
523-526．
［15］ 陈建勋，王晓峰． 植物生理学实验指导［M］． 广州:华南理工大学出版社，2002．
［16］ Szabados L，Savouré A． Proline:a multifunctional amino acid［J］． Trends in plant science，2010，15(2) :89-97．
［17］ 何学利． 植物体内的保护酶系统［J］． 现代农业科技，2010(10) :37-38．
31广 东 林 业 科 技 2013 年第 29 卷第 6 期