交流阻抗谱方法作为一种电测量方法在医学病理领域的科学研究中占据重要的地位^[1]。目前，阻抗谱方法在植物学上的研究主要是用胞内电阻、胞外电阻、驰豫时间以及驰豫时间的分布系数来研究苗木的抗逆性^{[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]}，改变的只是材料。本课题组开创性地利用阻抗谱参数中的损耗系数来探究树木种间与种内的遗传变异现象与规律，在植物学研究领域尚未见到报道。

当物质被引入电场时，它们将和电场产生相互作用而改变其状态。从宏观效应看，物质对电场的响应可以分为极化、传导特性^[20]。不同物质，其带电粒子间相互作用力差异往往很大。极化及传导可导致物质的电导损耗和松弛极化损耗，其表现的损耗系数与物质的微观结构有关，随着微观结构的差异而有不同的特征形式^[21]。在相同试验环境条件下，对油松(Pinus tabuliformis Carrière)、云南松(P. yunnanensis Faranch)、高山松(P. densata Masters)以及油松与云南松的种间杂种苗木给予一定的交变电场处理，检测其损耗系数谱的变化与差异，测定种质间的损耗系数谱,通过探讨损耗系数谱与生长适应指标间的相关分析，得出损耗系数能够间接反映苗木物质的组成及组织结构，例如苗木中水分的含量，各种矿物质带电粒子总体数目的多少，但是具体到带电粒子如Cl^-、Na⁺、K⁺等的含量，还需要进一步的手段和途径。通过对损耗系数谱与种质间遗传变异及物种亲缘间的关系进行研究，为利用损耗系数谱研究苗木变异及与其植物组织结构特征提供参考。

油松×云南松的种间人工杂交工作在内蒙古宁城黑里河油松种子园进行，母本为6个油松无性系，父本云南松的花粉采自云南昆明的5棵云南松植株，遗传设计为测交系设计，共获得30个杂交组合种子，其中有12个杂交组合的种子数量能够满足田间实验的基本要求。

为便于杂种与母本种的对比，采用油松的种群样本为6个人工杂交母本无性系自由授粉种子的混合样本。为对比杂种与亲本种关系，云南松的种群样本为5株采集花粉的云南松植株自由授粉种子混合样本。高山松种群样本采集自西藏林芝天然林分的30株高山松种子的混合样本。

各采样树种均位于其天然分布区内，周围没有其他同属针叶树种分布，因此采集的自由授粉种子不会发生种间杂交。

试验地位于西藏林芝地区八一镇西藏大学农牧学院资源与环境学院的试验苗圃内，北纬29°50′，东经93°25′，海拔2 900 m，属高原半湿润季风气候区，最低气温-5.3 ℃，最高气温22.1 ℃，年平均降水量654.1 mm，主要集中在4-10月份；年平均气温8.5 ℃，年平均日照时间2 022.2 h，全年无霜期180 d以上。

苗圃地为河滩地改造而成，土壤为砂壤，pH值6-7，土壤厚度>60 cm，肥力中下等。圃地原有的高山松植株生长正常。

育苗采用高床整地。苗床5 m×1.1 m×10 cm。

苗期试验设计为完全随机区组，每区组包括13个人工杂种组合小区和高山松、油松和云南松3个树种小区，重复4次。人工杂种小区株数为10株，油松、云南松和高山松对照小区株数为20株。田间植株行距与管理条件一致。

将特制电极与阻抗分析仪(型号TH2828S)相连，对阻抗分析仪进行开路和短路校正。校正后，分别选取油松、高山松、云南松和杂种苗中不同针叶各2个，输入电压10 mV，频率1 Hz-100 MHz范围内的53个频率下的损耗值进行预试验，绘制损耗谱曲线，发现在频段1-120 Hz，曲线波动较其它频段明显。考虑到本试验的主要目的是考察损耗参数是否可以作为一种衡量物种生长或遗传性状的指标，而不是考察针叶受到电响应时所产生的生理变化，所以选取的测量频段为1-120 Hz。随机取样油松、高山松、云南松和杂种苗中长势较好的针叶作为最终样品,测定针叶的损耗值。在测定过程中尽量保持样品的原初状态不变以保证测定结果的稳定性。同时作为无损测量，测量样品不从植株上取下，即样品没有脱离母体。为了消除大气温度和光照随时间的变化影响，每颗植株的针叶分别进行早、中、晚3次测量，取3次测量的平均值作为最终的测量值。

对油松与云南松杂交获得的各杂种组合苗木进行损耗系数谱分析结果显示(图1)，人工杂种组合损耗系数随电压频率的增加没有呈现统一的变化趋势。因组合不同而出现的损耗系数谱值的多样性变化，是否与其遗传基础的多样性关联，或与针叶的组成结构、苗木的生态适应性或生理特性等有关，有待进一步研究证明，但是这种多样性变异现象本质的揭示，对于利用该参数服务树木遗传变异与生态适应性可以提供新的技术途径。

	图 1 人工杂种组合损耗系数谱对比 Figure 1 Comparison of loss coefficient spectroscopy among artificial hybrid combinations
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图1可见，人工杂种组合间损耗系数分化明显，每个组合都有自己独特的系数谱线，不同组合间差异明显，其中401-413为人工杂种组合的编号，共13个杂种组合。

为了直观显示损耗系数在组合间的分化与变异以及种(杂种)间的差异，不计频率，将所有频率点下的损耗值叠加取平均值对比显示损耗在组合间、种间的差异(图2、图3)。

	图 2 人工杂种组合损耗系数对比 Figure 2 Comparison of loss coefficients among artificial hybrid combinations
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	图 3 高山松云南松油松杂种损耗系数对比 Figure 3 Comparison of loss coefficients among varieties (artificial hybrid)
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从图4可以看出，种(杂种)间的损耗系数在5-10 Hz差异不大。大于10 Hz后，人工杂种损耗曲线几乎呈水平状态，显示杂种在10 Hz后，损耗稳定。杂种曲线与油松曲线几近重合，显示出极强的母本效应，在15-45 Hz，油松大于杂种，在45-55 Hz油松小于杂种，在55-100 Hz油松又微高于杂种，油松出现了2个高点，3个低点的波动走势，显示出油松极化损耗的不稳定性。云南松的损耗曲线在10 Hz后，走出一条近似凸弧的形状，在65-70 Hz出现高点，显示出云南松极化损耗的规律性。高山松的损耗曲线在大于15 Hz后位于最底部，损耗最小，在5-10 Hz呈现上升走势，在10-60 Hz呈现下降走势，在60-120 Hz呈现上升走势，60 Hz处出现极小点(60 Hz，0)，即没有损耗。杂种在5-10 Hz呈下行，在10-15 Hz呈上行，大于15 Hz后损耗趋于稳定。高山松与人工杂种相比，除10 Hz高山松的损耗系数均小于杂种，说明高山松(除10 Hz)在消耗能量方面小于杂种。

	图 4 人工杂种、高山松、云南松、油松耗谱系数谱对比图 Figure 4 Comparison of loss coefficient spectroscopy among artificial hybrid, P. densata, P. yunnanensis and P. tabuliformis
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人工杂种与油松损耗曲线走势分化不大，显示出杂种与油松的亲近。在5-10 Hz频段，高山松与云南松接近，大于10 Hz后高山松和云南松走向相反，高山松为凹形，极小点位于60 Hz处；云南松为凸形，极大点位于65-70 Hz处，显示出二者损耗机理上的不一致，或相反(图4)。

利用损耗系数对油松、云南松、高山松和13个人工杂种组合进行聚类分析(图5)，研究的种质在损耗系数水平上以0.4为分组值，可以聚为3类。其中有12个人工杂交组合与高山松和油松聚为一组，有1个人工杂交组合(402)独立成一组，而云南松独立成组且与其他2组有很大尺度的差异。该结果突出显示了杂种组合在损耗系数上的亲母特点，同时也突现了父母本间的差异，而结果也意味着较早有学者研究认为的高山松种群很可能由油松作为母本而起源^{[22, 23, 24]}，这样本次聚类分析高山松与油松聚为一类就较好理解。

	图 5 杂种组合与高山松及亲本种损耗(1-120 Hz)聚类树图 Figure 5 Clustering tree diagram on the loss(1-120 Hz)in hybrid combination with P. densata and parent varieties
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生命力旺盛，生长势好的植物个体，体内水分含量比起生长势差者要多，且体内带电离子等带电的粒子团较生长势差者要活跃，外电场作用下，不同生长势的材料其阻抗谱参数表达应该不同，也就是说，阻抗谱参数与植物的生长状况有关，为此，做生长适应性与损耗关系分析进行验证。子代家系、油松、云南松及高山松生长适应性指标数据^[25]，与它们相应的损耗数据为同时段测量。Pearson相关分析表明(表1)，损耗与越冬死亡率，2年生苗高、苗冠高、死亡率呈显著正相关，与2年生存活率、封顶率呈显著负相关。

对于生长指标，它们与损耗参数间的关系，归根结底为生物组织的物质结构和成分组成，即生物组织的基本遗传特性与损耗的关系。生长越快损耗能量越大，苗高，苗冠高越大，说明苗木长势好，耗能多，可以解释发芽率、苗高、苗冠高与损耗谱参数正相关；生长旺盛的苗木，本不该死亡，但本试验的数据处理结果显示，损耗谱参数与越冬死亡率，2年生死亡率正相关，可能是因为当时测量时间为10月份，由于气候条件和光周期等影响，生长势旺盛的苗木木质化程度较差，越冬易受冻害而死亡。另外，理论上已经证明，外电场作用下，影响物质介电特性的因素还有温度^[21]，并且温度对于物质的介电特性影响较大，在利用阻抗谱法研究苗木对于低温的抗性时，就是以此为依据。为了探究损耗谱参数与环境温度的关系，做环境温度与损耗Pearson相关分析，结果显示在0.01水平(双侧)上温度与损耗谱参数显著相关，相关系数等于0.848(温度数据利用试验地国家气象数据作为参考，非具体测试地点小气候数据)。

种(杂种)的损耗谱显示，高山松、杂种与油松接近，说明母本影响大。聚类分析得出同样的结论。当频率大于15 Hz，高山松损耗在4个种中损耗最小，说明高山松损耗能量最小的超亲性状。损耗谱参数杂种组合个体间有差异，差异不显著；种间有差异，差异显著水平与频率有关，在5-10 Hz时高山松、杂种、油松差异不显著，大于10 Hz种(杂种)间差异显著。

组织生长势状况好坏，直接影响组织内部物质营养的输运，营养物质中含有带电的各种粒子，例如组成蛋白质的氨基酸中的脯氨酸，Cl^-、Na⁺、K⁺等以及组织中的水分含量，这些都会影响苗木的生长状况，同时这些指标又会影响组织的导电性^[26]，也就影响到损耗谱参数，所以损耗谱参数与2年生苗存活率、苗高、苗冠高、封顶率、发芽率、越冬死亡率和总死亡率相关且均达到极显著水平。温度是组成物质的分子热运动剧烈程度的量度^{[21, 27]}，植物组织所处的环境温度越高，其体内的带电粒子活动越活跃，植物组织的导电性越好^[26]，也就影响到损耗系数的大小，所以损耗参数与实验地环境因子温度的相关分析表明，损耗参数与试验地温度达到了极显著水平。

损耗系数可能反映出植物生长状态，生长越慢损耗能量越低，损耗小的苗木，说明它耗能少，存活率应该高，因为它可以节约能量，本次试验损耗与2年生存活率负相关正好说明了这点。苗木封顶是植物对于冬季低温和光周期的适应性调节，封顶率高的说明苗木要存储能量，降低损耗^[28]，本次试验损耗与封顶率显著负相关验证了这点。

电容和损耗是样品被施加电场后，测试样品储存电场能和损耗电场能的2项指标。频率大于15 Hz后，种(杂种)中高山松损耗系数最小，说明高山松损损耗能量最小。在同期的测量数据电容分析中，种(杂种)中高山松的电容最大，说明高山松又具备最大的储存电荷或电场能量的能力。可见光是一种电磁波，它的频段范围是480-680 MHz可以说光能就是一种广义上的电场能^[29]，15 Hz远远小于480 MHz。所以，可以推出高山松储备光能的能力远大于油松、云南松和杂种；而消耗光能的能力又是最小。显示出经过长期的进化和自然选择，高山松之所以能够适应在西藏地区恶劣的自然环境下建种成林，并长期生存，与其拥有低耗能的超亲性状本领是分不开的。研究结果显示损耗谱系数可以作为反映种间遗传变异的物理电学指标，且为高山松是油松与云南松的杂交起源提供了积极的物理电学性状证据。