核桃(Juglans regia)是一种重要的油料树种，经济价值很高(吴国良等，2009)。适应于深厚、疏松的土壤，湿润、温暖的生态环境。核桃属于抗冻性较强的树种，但霜冻害时有发生，对核桃等经济林严重的造成大幅度减产甚至绝收(Currero et al.，1991； Imani，1997； 相昆等，2011)。2013年河北省中南部4月18—20日普遍出现降雪天气，降雪及低温造成核桃严重受害，减产60%～99%，其中涉县几乎绝收。本试验采用人工霜箱进行低温胁迫，研究核桃有关生理指标与抗霜冻能力的关系，如过冷却点、结冰点、电解质渗出率和低温半致死温度。此方法目前已成功运用在杏(Prunus armeniaca)(杨建民等，2000； 彭伟秀等，2004)，西洋梨(Pyrus communis)(李俊才等，2007)和玉兰(Magnolia denudata)(张超等，2011)的抗霜冻研究，但对不同核桃品种叶片和子房的抗霜冻研究尚未见报道。本试验研究不同核桃品种晚霜冻害的临界温度及低温半致死温度变化规律，为深入研究核桃霜冻机理提供依据。

试验地位于临城县城北6 km处，114°31′38.13″ E，37°31′49.79″ N，海拔96 m；河北绿岭果业有限公司示范园基地进行，土壤母质主要是洪积冲积物，局部有冰积碛物，土壤类别为褐土。年均日照2 653 h，年均气温13.0 ℃，极端最高气温41.8 ℃，最低气温-21.3 ℃，无霜期202天，年均降水量521 mm。

试材为2013年4月19日受晚霜冻害后河北绿岭果业有限公司示范园基地的‘绿岭’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘香玲’和‘清香’ 6个核桃品种，树龄为12～13年生。选取生长势一致的上述品种，采用随机区组排列，单株小区，6次重复。调查时间为4月20—21日。

试材为2013年受晚霜危害前4月15日河北绿岭果业有限公司示范园基地‘绿岭’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘香玲’和‘清香’ 6个核桃品种，树龄同上。分别取各品种东、西、南、北 4 个方向树冠中部的1年生带雌花枝条组成混合样。试验采用随机区组排列，3株小区，3次重复。

调查方法采用受冻指数法，根据受冻情况将受害新梢分为5级，分别为： 0级，生长正常，无霜冻害； 1级，受霜冻叶数占新梢总叶数的1/4 以下； 2级，受霜冻叶数占新梢总叶数的1/4～1/2； 3级，受霜冻叶数占新梢总叶数的1/2～3/4； 4级，受霜冻叶数占新梢总叶数的3/4以上。受冻指数根据下面公式进行计算，参照孟庆瑞等(2007)的方法并稍加改动：

参照孟庆瑞等(2008)的方法，试验选取核桃叶片的第2个复叶、子房中部为测定部位。取核桃枝条置人工霜箱内(孙福在等，2000)，将PT-100型热电偶温度传感器探头安置在待测部位上，既要保证探头接触到，又要确保不损伤测定部位。温度传感器与FrosTem40 数据采集系统和微机连接，计算机每10 s扫描1次，自动连续记录数据、分析组织表面温度变化，绘制温度变化曲线，精度±0.3 ℃。曲线“跃升”处的温度即为过冷却点温度，温度回升到一定程度后会导致冰晶核形成，温度停止上升，此时的温度即为结冰点。

利用人工霜箱对试材进行低温处理，处理前霜箱先预冷，模拟自然界霜夜降温过程，先将试材预冷至10 ℃左右，以10 ℃/0.5 h 速度降温至2 ℃左右，再用1 ℃/0.5 h 速度降至所需温度。试验设0 ℃～－5 ℃ 6个温度梯度，以18 ℃未受低温处理的各品种核桃叶片和子房作为对照。

参考缴丽莉等(2006)的方法，略有调整，用DDS-303A电导仪测定。

通过Logistic方程y=k/(1+ae^-bx)对电解质渗出率进行拟合(李俊才等，2007)，为求k，a，b值，可将方程进行线性化处理，即为ln[(k-y)/y]=lna-bx，此时可令y₀=k[(k-y)/y]，则转化为细胞伤害率y₀与处理温度x的线性方程。进而计算出低温半致死温度：LT₅₀=lna/b。

数据分析采用邓肯氏新复极差测验。

不同品种的受冻情况如表 1。霜冻害程度与品种有很大关系，在示范园基地4月20—21日调查结果表明，除‘绿岭’受冻指数为41.97%外，其他品种受冻指数均达到50%以上。其中‘绿岭’的受冻指数显著或极显著低于其他品种，即较其他品种抗霜冻能力强； 晚实核桃‘清香’正处于雌花盛开期，受冻指数为99.67%，与其他品种的受冻指数均存在极显著差异，较‘绿岭’高57.70%，基本绝收。在此次晚霜冻害中，各个品种的抗霜冻能力由大到小依次为‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。

表 1 同一地点不同品种的受冻指数^① Tab. 1 The freezing indexes of different cultivars in the same place

表 1 同一地点不同品种的受冻指数① Tab. 1 The freezing indexes of different cultivars in the same place 品种 Cultivars 绿岭 Lvling 香玲 Xiangling 辽宁1号 Liaoning No.1 上宋6号 Shangsong No.6 中林1号 Zhonglin No.1 清香 Qingxiang ①不同大、小写字母分别表示差异达 0.01 和 0.05 显著水平。Different capital and small letters with the same line means on the level of 0.01 and 0.05 having significant difference.下同。The same below.

4月15日取样后经测定，不同核桃品种叶片和子房的过冷却点及结冰点如表 2、3，不同核桃品种叶片和子房的过冷却点及结冰点均存在一定差异。6个品种的过冷却点及结冰点由低到高分别为‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。6个品种核桃叶片的过冷却点及结冰点温度均低于子房，即叶片较子房耐低温能力强。

表 2 不同核桃品种叶片的过冷却点及结冰点^① Tab. 2 Supercooling point and freezing point in leaves of different walnut cultivars

表 2 不同核桃品种叶片的过冷却点及结冰点① Tab. 2 Supercooling point and freezing point in leaves of different walnut cultivars 过冷却点 Supercooling point/℃ 结冰点 Freezing point/℃ 绿岭Lüling -4.40±0.06dC -3.83±0.12cC 香玲Xiangling -4.27±0.23dC -3.27±0.31bB 辽宁1号Liaoning No.1 -3.87±0.06cB -3.10±0.10bB 上宋6号Shangsong No.6 -3.73±0.06bcB -3.30±0.26bB 中林1号Zhonglin No.1 -3.53±0.35bAB -2.47±0.12aA 清香Qingxiang -3.23±0.06aA -2.43±0.06aA

表 3 不同核桃品种子房的过冷却点及结冰点 Tab. 3 Supercooling point and freezing point in ovaries of different walnut cultivars

表 3 不同核桃品种子房的过冷却点及结冰点 Tab. 3 Supercooling point and freezing point in ovaries of different walnut cultivars 过冷却点 Supercooling point/℃ 结冰点 Freezing point/℃ 绿岭Lüling -3.71±0.01eE -3.12±0.03eD 香玲Xiangling -3.68±0.02eE -2.83±0.11dC 辽宁1号Liaoning No.1 -3.53±0.06dD -2.61±0.05cB 上宋6号Shangsong No.6 -3.24±0.06cC -2.53±0.02cB 中林1号Zhonglin No.1 -2.72±0.06bB -1.87±0.08bA 清香Qingxiang -2.31±0.02aA -1.73±0.02aA

由表 2可知:‘绿岭’叶片过冷却点及结冰点分别为-4.40，-3.83 ℃，与‘香玲’无显著差异，但显著低于其他品种，而‘中林1号’和‘清香’叶片的过冷却点及结冰点分别为-3.53，-2.47和-3.23，-2.43 ℃，极显著高于‘绿岭’及‘香玲’，‘绿岭’较‘清香’叶片的过冷却点高1.15 ℃。6个品种叶片的抗霜冻能力由强到弱依次为： ‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。

由表 3可知：‘绿岭’子房的过冷却点及结冰点分别为-3.71，-3.12 ℃，与‘香玲’无显著差异，但极显著低于‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’。‘清香’在6个品种中过冷却点及结冰点均为最高，分别为-2.31，-1.73 ℃，较‘绿岭’高1.40，1.39 ℃，其中过冷却点极显著高于其他品种，结冰点显著高于‘中林1号’，极显著高于‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’和‘上宋6号’，即‘绿岭’子房抗霜冻能力高于其他品种，‘清香’子房抗霜冻能力最差。6个品种子房抗霜冻能力由强到弱依次为： ‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。

不同核桃品种叶片在不同温度下的电解质渗出率如图 1所示，‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’6个核桃品种的叶片电解质渗出率随温度下降均呈现不断上升的趋势，低温处理初期电解质渗出率上升相对缓慢，随温度的降低，电解质渗出率迅速上升，随后又趋于平缓。电解质外渗率在过冷却点前后出现一个快速增加的过程，但增加幅度在不同处理温度下品种间有一定差异，其中‘绿岭’和‘香玲’均在-3 ℃开始迅速上升阶段，电解质渗出率分别为45.05%，50.67%，在-3 ℃到-4 ℃时增加幅度较大，-4 ℃时电解质渗出率分别为-3 ℃的1.38，1.39倍，而‘清香’在-2 ℃增加幅度较大，-3 ℃电解质渗出率为-2 ℃的1.46倍，高于其他品种。在-4 ℃时，‘绿岭’和‘清香’叶片的电解质渗出率为18 ℃的2.98，3.64倍，而‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’和‘中林1号’4个品种叶片的电解质渗出率分别为18 ℃的3.27，3.49，3.52，3.62 倍。

	图 1 低温处理后不同核桃品种叶片的电解质渗出率变化 Fig.1 Changes of electrolyte leakage rate in leaves of different walnut cultivars after low temperature treated 下同。The same below.

电解质外渗率是间接评价植物应对低温胁迫能力的一种有效的途径，也是评价植物抗寒性极为有效的指标。细胞膜是植物受低温胁迫伤害的原初部位之一，低温胁迫可导致细胞膜透性增大，使其主动运输机制受到损害，并最终导致电解质的外渗。在-3～-5 ℃时，一些品种叶片电解质渗透率的变化趋于平缓，如‘清香’在-3～-5 ℃时电解质渗出率变化甚微，说明此时细胞膜透性已经遭到破坏，运输功能丧失，膜透性呈不可逆的状态。而‘绿岭’在-4 ℃为-3 ℃的1.38倍，-5 ℃为-4 ℃的1.18倍，电解质渗出率虽然表现为继续增加，但增加幅度较-3～-4 ℃增加幅度减小。在各个温度下，‘绿岭’叶片的电解质渗出率均明显低于其他品种，综合研究结果认为，‘绿岭’品种叶片抗霜冻性最强，其次为‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’，与田间调查结果相吻合。

不同核桃品种叶片的Logistic方程及低温半致死温度如表 4，不同核桃品种之间叶片低温半致死温度均存在差异，‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’6个品种叶片低温半致死温度逐渐升高，其中‘绿岭’叶片低温半致死温度为-3.33 ℃，极显著低于其他品种，而‘中林1号’和‘清香’叶片低温半致死温度分别为-2.31，-2.25 ℃，极显著高于其他品种，即6个品种中‘绿岭’叶片的低温适应能力最强，而‘清香’ 叶片的低温适应能力最差。叶片低温半致死温度Logistic方程的决定系数介于0.913～0.972之间，均达到极显著水平，表明所配方程的拟合度是极显著的。

表 4 不同核桃品种叶片的Logistic方程及低温半致死温度^① Tab. 4 The Logistic equations and semi-lethal temperatures in leaves of different walnut cultivars

表 4 不同核桃品种叶片的Logistic方程及低温半致死温度① Tab. 4 The Logistic equations and semi-lethal temperatures in leaves of different walnut cultivars 品种 Cultivars Logistic方程 Logistic equation LT50(℃) 决定系数R2 Coefficient of determination ①**: α=0. 01．下同。 The same below． 绿岭Lüling y=108.40/(1+e0.39x+1.30) -3.33±0.01eE 0.972** 香玲Xiangling y=114.42/(1+e0.40x+1.17) -2.96±0.04dD 0.952** 辽宁1号Liaoning No.1 y=118.43/(1+e0.43x+1.21) -2.81±0.05cC 0.913** 上宋6号Shangsong No.6 y=119.34/(1+e0.43x+1.12) -2.63±0.05bB 0.941** 中林1号Zhonglin No.1 y=117.78/(1+e0.42x+0.98) -2.31±0.03aA 0.968** 清香Qingxiang y=128.40/(1+e0.35x+0.78) -2.25±0.01aA 0.932**

不同核桃品种子房的电解质渗出率变化情况如图 2所示，6个核桃品种子房的电解质渗出率随温度下降呈现不断上升趋势，所有品种均在某个温度前后电解质渗出率快速增加，且增加幅度不同。‘清香’子房在-2 ℃开始迅速增加，在-4 ℃时电解质渗出率为18 ℃的2.75倍； ‘绿岭’子房则在-3 ℃开始迅速上升，-4 ℃时电解质渗出率为18 ℃的2.35倍，低于‘清香’子房电解质渗出率。‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’和‘中林1号’4个品种在-4 ℃时子房的电解质渗出率为18 ℃的2.42，2.67，2.69，2.73倍，电解质渗出率迅速增加的转折点均处于-2～-3 ℃之间。在各个温度下，‘绿岭’子房的电解质渗出率均明显低于其他品种，结果表明这6个品种中‘绿岭’子房在低温胁迫下细胞膜受伤害的程度最小，抗霜冻性最强，最差的为‘清香’，与田间调查情况一致。

	图 2 低温处理后不同核桃品种子房的电解质渗出率变化 Fig.2 Changes of electrolyte leakage rate in ovaries of different walnut cultivars after low temperature treated

不同核桃品种子房的Logistic方程及低温半致死温度如表 5，不同核桃品种之间子房低温半致死温度均存在差异，‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’和‘清香’6个品种子房低温半致死温度逐渐升高，‘绿岭’子房低温半致死温度为-2.62 ℃，在6个品种中为最低，与‘香玲’无显著差异，但极显著低于其他品种，较‘清香’子房低温半致死温度低1.55 ℃。‘清香’子房低温半致死温度为-1.07 ℃，极显著高于其他品种，表明所有品种中‘绿岭’子房适应低温能力最强，‘清香’最差。同时各品种子房低温半致死温度均高于叶片，即子房适应低温能力低于叶片。子房低温半致死温度Logistic方程的决定系数介于0.939～0.982之间，且均达到极显著水平，表明所配方程的拟合度同样是极显著的。

表 5 不同核桃品种子房的Logistic方程及低温半致死温度 Tab. 5 The Logistic equations and semi-lethal temperature in ovaries of different walnut cultivars

表 5 不同核桃品种子房的Logistic方程及低温半致死温度 Tab. 5 The Logistic equations and semi-lethal temperature in ovaries of different walnut cultivars 品种 Cultivars Logistic方程 Logistic equation 低温半致死温度 LT50(℃) 决定系数R2 Coefficient of determination 绿岭Lüling y=104.47/(1+e0.41x+1.07) -2.62±0.03eE 0.939** 香玲Xiangling y=109.39/(1+e0.37x+0.96) -2.58±0.02eE 0.948** 辽宁1号Liaoning No.1 y=111.31/(1+e0.37x+0.75) -2.39±0.03dD 0.982** 上宋6号Shangsong No.6 y=109.40/(1+e0.37x+0.75) -2.05±0.01cC 0.954** 中林1号Zhonglin No.1 y=114.98/(1+e0.30x+0.55) -1.80±0.01bB 0.951** 清香Qingxiang y=109.75/(1+e0.37x+0.40) -1.07±0.03aA 0.959**

霜冻害发生后对受害的植株实地调查研究，但往往由于不同气候条件的限制及霜冻发生的不稳定性、持续时间等因素，使田间调查结果缺乏比较性(李盼华等，2011)。本试验利用人工霜箱控制其他条件，对试材在同一条件下进行低温处理，研究不同核桃品种叶片和子房的过冷却点、结冰点、电解质渗出率及低温半致死温度，同时对受害后的不同核桃品种的受冻指数进行田间受害调查，从两方面分析研究不同核桃品种的抗霜冻情况，得出核桃的抗霜冻情况由高到低为‘绿岭’、‘香玲’、‘辽宁1号’、‘上宋6号’、‘中林1号’、‘清香’。

从4月20—21日田间调查可知，霜冻发生时‘清香’核桃受冻指数最大，受害最为严重，而‘绿岭’和‘香玲’受冻指数小，受害较轻，即‘绿岭’抗霜冻能力高于其他品种。霜冻发生前4月15日取样，对不同核桃品种进行的过冷却点、结冰点、电解质渗出率和低温半致死温度的研究验证了田间的调查结果。过冷却作用是植物抗冻途径的一种，植物过冷组织在结冰之前所达到的最低温度称为植物过冷却点。当温度下降到0 ℃ 以下时，组织内水分并不马上结冰而仍然保持液态，即过冷却状态，过冷却点表明植物不同组织抵抗胞内结冰的能力，抗寒性越强，则过冷却点越低(孟庆瑞等，2006)。树种枝条过冷却点的研究结果均表明通过过冷却点的测定可以较精确地判断品种、器官间的抗寒性强弱(Gu et al.，2002； 张超，2012)。本研究结果表明，不同核桃品种过冷却点及结冰点存在差异，6个核桃品种中，‘绿岭’和‘香玲’叶片和子房的过冷却点及结冰点最低，抗霜冻能力优于其他品种，而‘清香’的过冷却点及结冰点最高，抗霜冻能力较差，其他品种处于二者之间，与田间调查基本吻合。

当植物受到低温胁迫时，细胞的质膜透性会发生不同程度的增大，电解质外渗，以致电导率增大。抗寒性强的品种，细胞透性增大程度较小，且透性的变化可以逆转，容易恢复正常，说明受到低温胁迫时，细胞原生质受到的伤害小，电导率值增加少，所以抗性较强(张捷等，2013)。电解质渗出率是评价植物抗寒性极为有效的指标，可以用于植物抗寒性评价中，且结果可靠(田丹青等，2011； 何小勇等，2007)。低温半致死温度是指电解质渗出率达到50%时的温度(Sukumaran et al.，1972)，可利用低温半致死温度来评价一个物种抗寒性强弱(郭卫东等，2009； 魏鑫等，2013)，达到植物低温半致死温度后，如果温度继续降低，植物组织所受的伤害将不能恢复。本研究表明，仅有‘绿岭’叶片的低温半致死温度在-3 ℃以上，其余品种叶片的低温半致死温度均处于-2.96～-2.25 ℃之间，而所有品种子房的低温半致死温度处于-2.62～-1.07 ℃之间，即所有品种叶片低温半致死温度均低于其子房，半致死温度越低，抗霜冻能力越强，这与张绿萍等(2012)对莲雾(Syzygium samarangense)不同种的低温半致死温度、杨宁宁等(2014)对北方冬油菜(Brassica napus)抗寒性的研究结果相同。本研究结果表明，抗霜冻能力叶片＞子房，即生殖器官更易遭受霜冻害，与Stepulaitien等(2013)对酸樱桃(Prunus cerasus)的研究结果一致。

植物的抗性本身受多种因素的影响，单独地用某一指标很难反映所要测定植物抗寒性的实质，也不利于揭示植物抗寒性的本质(杨凤翔等，2010)，本试验主要研究霜冻害危害程度与品种的过冷却点和结冰点、电解质渗出率及低温半致死温度的关系，其中过冷却点和低温半致死温度能更精确的代表品种的抗霜冻能力强弱，其越低表明其抗霜冻能力越强，可以作为抗霜冻能力的评价指标。目前关于低温危害的具体生理机制研究较多，结果也较为复杂，但较为统一的看法是低温必须低于最低临界温度以下，才会产生霜冻危害，而首先受害的当属细胞膜系统，进而引起内部器官的变化。通过本研究确立了不同核桃品种叶片和子房的过冷却点及低温半致死温度，可以用以准确的评价其抗霜冻能力，从而在河北省选择适宜的栽培品种，确定有效控制温度的栽培技术措施，如指导农民在生产中在外界温度达到各品种临界温度之前及时进行预防，采取有效措施减轻霜冻对核桃植株造成的伤害。