苦水玫瑰和冷香玫瑰抗寒性

劉曉東 任偉嘉 何 淼

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

玫瑰(Rosa rugosa Thumb.)是薔薇科(Rosaceae)薔薇屬直立叢生落葉灌木，其品種繁多，花色豐富，香氣濃郁，不僅是很好的觀賞花卉和庭院綠化植物，也是珍貴的中藥材和香料工業、食品工業的重要原料。玫瑰的抗逆性很強，耐干旱瘠薄、寒冷、鹽堿，是薔薇屬觀賞植物育種的重要資源［1－2］。在寒冷的黑龍江地區，由于溫度極低，適于園林綠化及生產的樹種較少。研究以哈爾濱地區引種的苦水玫瑰(Rosa rugosa‘kushui’)、冷香玫瑰(Rosa rugosa‘lengxiang’)為試材，通過不同低溫脅迫處理研究分析2個品種的低溫脅迫的半致死溫度、低溫脅迫與生理指標的相關性，為黑龍江地區觀花灌木的引種和園林應用提供理論依據。

1 材料與方法

2011年3月份分別從遼寧、甘肅引進冷香玫瑰(Rosa rugosa‘lengxiang’)、苦水玫瑰(Rosa rugosa‘kushui’)苗木，并種植于東北林業大學園林學院苗圃。試驗于2011年11月下旬在東北林業大學園林學院實驗室進行，以田間1年生離體休眠枝條為試驗材料進行各生理指標的測定。

低溫脅迫處理與恢復試驗方法:選取長勢一致、整齊均勻、粗度相近的成熟枝條，剪留約20 cm，蒸餾水清洗干凈后用石蠟封口，并裝入聚乙烯袋中貼好標簽，全部置于超低溫冰箱中。處理溫度為－25、－30、－35、－38(哈爾濱地區極限溫度)、－40℃，以2011年哈爾濱室外田間溫度(－15℃)為對照，參考李合生［3］的研究方法。低溫處理以3℃·h－1的溫差遞降，每個溫度梯度處理6 h。將低溫處理的枝條置于冰箱內0～4℃解凍9 h，室溫恢復后，進行相關生理指標的測定。每個處理設3次重復，以不做人工低溫處理材料(室溫)為對照。

從不同溫度梯度處理的枝條中各取5個用于恢復生長試驗。在25℃室溫條件下進行水中培養，每天換1次水，20 d后統計發芽枝數和累計發芽數。待發芽數穩定之后，計算存活枝條的萌發率。

相對電導率的測定:將處理后的枝條用蒸餾水沖洗干凈，并用潔凈的濾紙吸干。然后，剪成2 mm大小(避開芽眼)混均，用分析天平稱0.2 g后置于小燒杯中，加入20 mL去離子水，每個品種3次重復。真空抽氣5 min后，室溫下靜止30 min，用電導儀測定處理溶液電導率。然后再將小燒杯用保鮮膜封口，置于100℃沸水浴中20 min后去除封口，室溫下靜止30 min后測定煮沸電導率，計算相對電導率:相對電導率=(處理電導率(B)/煮沸電導率(C))×100%。并利用電導率logistic方程擬合法，計算低溫半致死溫度。

不同生理指標的測定:可溶性蛋白、游離脯氨酸質量分數，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性等均參照李合生的方法［3］測定。其中，可溶性蛋白質量分數的測定采用考馬斯亮藍法;超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍四唑(NBT)法;游離脯氨酸質量分數的測定采用茚三酮法;過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創木酚法。

試驗數據均在SPSS17.0和EXCEL2007軟件中進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同低溫脅迫對相對電導率的影響

細胞膜是低溫作用于細胞的原初部位，植物在受低溫傷害后膜系統最先受害，細胞膜透性會發生改變，因此與植物抗寒性有密切關系。早在20世紀70年代，Lyons就提出細胞膜是低溫冷害的首要部位，在低溫下植物細胞膜由液晶態轉變成凝膠狀態，膜收縮，以致電導率增大［4－5］。

本試驗測定了低溫脅迫下，2個品種玫瑰1年生休眠枝條的相對電導率與溫度的關系，如表1所示。2個品種相對電導率變化趨勢基本一致，均隨著溫度的降低呈上升趨勢。在CK(－15℃)到－25℃的低溫脅迫下，2個品種玫瑰相對電導率的變化趨勢相對較平緩，到－40℃時均達最高值，即42.62%和42.86%。各品種相對電導率迅速增大，表明2個品種膜系統受到的傷害加劇。相同溫度條件下，苦水玫瑰的相對電導率基本高于冷香玫瑰，可見苦水玫瑰對低溫脅迫敏感度高，說明冷香玫瑰對低溫的適應性強于苦水玫瑰。

2.2 不同低溫脅迫下2種玫瑰半致死溫度LT50

低溫脅迫下相對電導率與溫度之間關系呈S形曲線，符合logistic方程，故對其進行回歸分析得到方程y=k/(1+ae－bx)，并具有較好的擬合度。根據朱根海等［6］的方法，可知求 logistic方程的二階導數，并令y=0，曲線的拐點x=(lna)/b所得的值即為半致死溫度(LT50)(表2)。

表1 不同低溫脅迫對不同品種玫瑰相對電導率的影響

表2 不同低溫脅迫對2種玫瑰相對電導率影響的Logistic方程

通過回歸分析得出，苦水玫瑰的半致死溫度為－43.3℃，冷香玫瑰的半致死溫度為－44.9℃?；貧w方程相關系數分別為0.934、0.949，呈極顯著水平，表明這2種玫瑰的相對電導率值與溫度呈線性相關，符合logistic方程條件，結果精確。并客觀地反映了2種玫瑰的抗寒力的大小。

2.3 不同低溫脅迫對可溶性蛋白質量分數的影響

目前在許多植物抗性研究中發現，可溶性蛋白質量分數與植物抗寒性之間存在著密切關系，低溫脅迫引起細胞內可溶性蛋白的質量分數增加。而可溶性蛋白質量分數的增加，有助于提高細胞內的束縛水質量分數，降低冰點，可以說是防止細胞內結冰、避免細胞冰凍死亡的原因之一［7］?？扇苄缘鞍椎挠H水膠體性強，能明顯增強細胞的持水力，從而提高植物的抗冷性。如表3所示，2個不同品種玫瑰的可溶性蛋白質量分數隨溫度的變化呈逐漸上升趨勢。在－38℃時達最高峰，此時，冷香玫瑰的可溶性蛋白質量分數大于苦水玫瑰的，之后呈下降趨勢。在相同低溫脅迫過程中，冷香玫瑰的可溶性蛋白質量分數基本略高于苦水玫瑰。

2.4 不同低溫脅迫對保護酶活性的影響

植物在低溫脅迫時，體內產生的活性氧會造成膜脂的過氧化作用及膜蛋白的破壞，而一些保護酶類，如SOD、POD則可以迅速清除活性氧等毒害物質，保護植物細胞少受或免受傷害［8］。大量研究表明，低溫脅迫下保護酶活性與溫度呈正相關。

表3 不同低溫脅迫對2種玫瑰各生理生化指標的影響

2.4.1 不同低溫脅迫對超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是植物體中最重要的清除自由基的酶之一，其主要功能，即清除超氧陰離子自由基使其發生歧化反應［9］。其活性大小可以反映細胞對逆境的適應能力，間接地說明了植物耐寒性的強弱，SOD活性增大說明在低溫脅迫下其清除自由基的能力增強［10］。如表3所示，2種玫瑰的超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先上升后下降趨勢，在－30℃時，2種玫瑰SOD活性達最高值，比對照值分別增加了70%和87%;在－35℃時，2種玫瑰SOD活性急劇下降;當溫度為－35～－40℃時，2種玫瑰SOD活性緩慢下降。總體上看，相同低溫脅迫處理下冷香玫瑰的SOD活性大于苦水玫瑰的。

2.4.2 不同低溫脅迫對過氧化物酶(POD)活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物膜脂過氧化的酶促防御系統中重要的保護酶，主要起到酶促降解H2O2的作用，防止膜傷害從而提高植物的抗逆性。POD活性與植物的抗寒力有著密切的關系，其活性高低可以反映植物抗寒能力的大?。?1］。如表3所示，2種玫瑰過氧化物酶(POD)活性總體來看呈先上升后下降再上升再下降的趨勢。在－30℃時，2種玫瑰的POD活性達第一個高峰，然后緩慢下降;在－38℃時，2種玫瑰的POD活性達最高峰，苦水玫瑰POD活性達375 U·g－1·min－1，冷香玫瑰 POD 活性達425 U·g－1·min－1。并且在相同低溫脅迫下，冷香玫瑰的POD酶活性基本大于苦水玫瑰的POD活性。

2.5 不同低溫脅迫對游離脯氨酸質量分數的影響

游離脯氨酸在植物對抗低溫脅迫時可平衡細胞代謝，保持細胞內環境相對穩定性。脯氨酸在冰凍期間防止細胞由于脫水而引起的傷害，低溫脅迫下脯氨酸質量分數迅速增加，可以降低細胞水勢，以此來避免凍害的發生［12－13］。游離脯氨酸作為滲透調節物質，其質量分數在低溫脅迫下呈現上升趨勢。由表3所示，2種玫瑰游離脯氨酸質量分數總體呈“上升－下降－再上升－再下降”趨勢。其中，在－25℃和－35℃時出現2個高峰期，－25℃時達最高峰。當溫度為－15～－25℃時，游離脯氨酸質量分數不斷上升，當溫度為－35～－40℃時，游離脯氨酸質量分數緩慢下降。總體上看，相同低溫脅迫條件下，冷香玫瑰的游離脯氨酸質量分數大于苦水玫瑰的游離脯氨酸質量分數。

2.6 不同低溫脅迫后水培恢復生長的差異

生長恢復法是最直觀的判斷樹木受凍害或是否存活的方法。在樹木遭受凍害后，用枝條是否存活及其萌芽情況確定2種玫瑰的抗寒性。采用人工低溫脅迫處理，對枝條進行水培法恢復生長試驗，15 d后待發芽情況穩定，調查統計萌發情況，如表3所示，2種玫瑰成活率呈下降趨勢，總體上看，在相同低溫脅迫下，冷香玫瑰成活率高于苦水玫瑰。當溫度為－15～－25℃時，2種玫瑰成活率均在90%以上;當溫度為－30～－40℃時，苦水玫瑰成活率迅速下降，而冷香玫瑰成活率呈緩慢下降趨勢;當溫度為－40℃時，苦水玫瑰成活率降至30%，冷香玫瑰成活率降至67%，說明此時2種玫瑰仍可存活，并且冷香玫瑰的抗寒能力強于苦水玫瑰。

3 結論與討論

通過對苦水玫瑰和冷香玫瑰2品種的相對電導率、可溶性蛋白質量分數、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、游離脯氨酸質量分數生理指標的測定與分析，可知這些生理指標同植物抗寒力有一定相關性，得出苦水玫瑰和冷香玫瑰均較耐寒，苦水玫瑰低溫脅迫半致死溫度為－43.3℃，冷香玫瑰低溫脅迫半致死溫度為－44.9℃，冷香玫瑰的抗寒性略強于苦水玫瑰。對2種玫瑰進行水培恢復生長試驗，結果可知，2種玫瑰在－40℃低溫下仍可存活，并且冷香玫瑰枝條存活率明顯大于苦水玫瑰，是較抗寒品種。

黑龍江地區屬寒溫帶—溫帶濕潤—半濕潤季風氣候，冬季寒冷且長，極端最低氣溫達－52.3℃(漠河地區)。由于冬季溫度過低使得引種樹木大多受到寒害，不利存活，以致黑龍江地區的園林綠化樹種過于單調。通過本試驗的研究表明，苦水玫瑰和冷香玫瑰均具有較強的抗寒性，適宜在黑龍江地區推廣綠化應用，因此，極大地豐富了黑龍江地區的觀干觀花樹種，且進一步促進了香料工業、食品工業等的發展。

本試驗結果是在人工低溫脅迫處理下得出的，在自然界中仍有許多因子影響其抗寒性，室內人工低溫脅迫并不能完全反應植物的抗寒性，需要進行應用的深入研究，尤其是抗寒相關基因方面。目前，許多學者已經開始著手研究植物中不同的抗寒基因，如CBF家族基因、COR基因等。因此，對植物抗寒性的研究，應該綜合考慮，并進一步研究抗寒玫瑰品種中含有的不同抗寒基因，為研究新的抗寒品種提供理論依據。

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