寒旱地區屋頂綠化植物抗寒性測定方法比較研究

王 賓， 溫永宏，2

(1.銀川能源學院，寧夏銀川 750105； 2.寧夏第二建筑有限公司，寧夏銀川 750021)

隨著城市化進程的加快、排放物的增多和城市綠化面積的大量減少，導致PM2.5逐漸增加[1]。屋頂綠化能有效地利用屋面裸露的空間進行綠化，在城市綠化用地日益緊張的今天，屋頂綠化在越來越多的城市中被采用和推廣。在寒冷干旱地區屋頂綠化實施的關鍵在于植物能否安全越冬。屋頂的生態環境決定了屋頂綠化植被的選擇應重點考慮植物的抗寒性。

國內學者在植物抗寒性鑒定方法和生理指標測定方面開展了一些研究。裴文等對9種不同的木蘭科植物進行試驗，主要研究植物相對電導率、可溶性糖含量的變化對抗寒性的影響，結果表明木蘭科植物的抗寒性強弱可以通過可溶性蛋白質含量和游離脯氨酸含量的變化進行測定[2]。婁曉鳴等對10種景天植物的抗寒性進行研究，主要測定相對電導率和水分含量2個抗寒性指標，并研究所測指標與景天植物抗寒性的關系[3]。李秋娜等為研究佛甲草地上部分冬季溫度變化對生理指標的影響，采用測定電解質滲透率、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的方法進行研究，并分析了佛甲草的抗寒性影響指標[4]。林艷等主要利用電導率試驗測定方法，在冬季低溫條件下，對平枝拘子等5種冬季宿果植物進行抗寒性測定，以此判斷抗寒性的差異[5]。張杰等對六角、夏輝等景天植物的抗寒性進行研究，其測定指標主要是電導率、葉片孔隙率[6]。宋麗華等為研究銀杏等喬木的抗寒性，采用低溫處理試驗，對MDA含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、電導率指標進行測定，分析低溫脅迫對抗寒性的影響[7]。周偉偉為研究不同屋頂綠化植物對干旱、高溫、低溫的適應性，對10余種植物進行試驗，主要測定葉片相對含水量、細胞質膜透性(RP)、MDA含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性等指標[8]。綜上所述，在植物抗寒性的測定方法方面，主要測定相對電導率、可溶性糖含量、水分含量、MDA含量、脯氨酸含量、SOD活性等指標。但針對寒冷干旱地區屋頂綠化植物抗寒性測定方法的研究未見報道。

本研究對適宜寒冷地區屋頂綠化的低矮植物進行初步篩選，確定8種不同的植物，通過測定并對比RP、組織含水量(RWC)、MDA含量、SOD活性4個指標，初步確定屋頂綠化植物的抗寒性強弱，為寒冷干旱地區實施屋頂綠化提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為八寶景天、反曲景天、胭脂紅景天、佛甲草、草地早熟禾、垂盆草、三葉草、尖葉石竹，這8種綠化植物均具有一定的抗寒性。8種植物設3個重復，盆栽于寧夏銀川市園林場內某二層倉庫屋頂(106.049°E，38.491°N)，生長期間進行常規施肥和養護。

1.2 方法

1.2.1 低溫脅迫處理 銀川地區冬季寒冷干旱，多數植被莖葉干枯，本次試驗主要針對植物根系進行數據測定。考慮到根系的特殊性，其組織含水量的測定采用室外植株根系直接取樣，根據天氣預報及室外氣溫的變化，于2017年1月19日凌晨8點(當天氣溫最高-3 ℃，最低-16 ℃)在試驗地點挖出待測植物的根系若干，去掉雜質用自來水沖洗干凈。參考相關文獻的做法[9]，將沖洗干凈的根系用去離子水沖洗3次，再將根系包裹在用去離子水浸泡過的紗布內，用聚乙烯薄膜包好放在-15 ℃冰箱內處理12 h，然后將根系置于0 ℃的冰箱中放置24 h，讓根系充分解凍。對根系進行處理，選取生理功能無損傷的根系樣品進行相關指標測定。

1.2.2 指標測定 樣品在經過低溫脅迫、解凍處理后，分別測定RP、RWC、MDA含量、SOD活性。4個指標測定方法：RP采用雷磁DDS-11D型電導儀進行電導率的測定；RWC的測定：選取解凍后的處理根系，稱取鮮質量(WF)后，放入烘箱內，80 ℃烘至恒干，冷卻后稱取干質量(WD)，RWC=(WF-WD)/WF×100%；MDA含量測定采用硫代巴比妥(TBA)顯色法；SOD活性測定采用氮藍四唑(NBT)顯色法。每個樣品測定3次，根據所測得的數據，分別計算各低溫處理及對照4個指標的平均值，并進行方差分析。

1.2.3 數據處理 用Excel 2010軟件對原始數據進行處理，并作圖；采用SPSS 18.0統計分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 RP測定結果與分析

植物受到低溫脅迫后，細胞膜會不同程度地受到破壞，進而導致膜透性增大，使細胞內物質(尤其是電解質)大量滲出，引起植物細胞浸提液電導率的變化。抗逆性較強的植物，其細胞質膜透性增幅較小，并且會在逆境脅迫消失后，趨于正常。反之，抗逆性較弱的植物，細胞質膜透性增幅較大，而且在逆境脅迫消失后，不能恢復，造成植物逆境傷害，甚至死亡。植物的抗寒性強弱可以采用電導法測定細胞質膜透性來判斷。本試驗在不同低溫脅迫條件下測得8種不同植物根系相對電導率，結果見圖1。為分析8種植物相對電導率的差異，對試驗數據進行方差分析。由表1可知，P=6.79×10-12，遠遠小于0.01，可以判定8種植物間的相對電導率達極顯著差異。相對電導率越大，表示該植物抗寒性越弱，反之越強。由圖1可以看出，8種植物抗寒性由弱到強依次為佛甲草、八寶景天、反曲景天、草地早熟禾、垂盆草、三葉草、胭脂紅景天、尖葉石竹。

表1 RP方差分析

2.2 RWC測定結果與分析

RWC的大小直接影響植物的生理代謝。寒冷干旱地區，低溫脅迫下植物通過降低根系內水分含量、增加細胞液濃度來降低結冰的可能性。根系含水量大的植物，在極度寒冷的條件下，會出現根系凍傷甚至死亡。根系含水量少的植物，出現凍傷的概率會少很多。植物抗寒性的大小可以用RWC來判斷，本試驗在低溫脅迫條件下，測得8種不同植物根系RWC的變化，結果見圖2。為分析8種植物RWC差異，對試驗數據進行方差分析。由表2可知，P=1.15×10-16，遠遠小于0.01，可以判定8種植物間的RWC均達極顯著差異。葉片含水量越大，表示該植物抗寒性越弱，反之越強。由圖2可以看出，8種植物抗寒性由弱到強依次為佛甲草、八寶景天、反曲景天、草地早熟禾、垂盆草、三葉草、尖葉石竹、胭脂紅景天。

表2 RWC方差分析

2.3 MDA含量測定結果與分析

植物在逆境條件下，會產生膜脂過氧化，植物細胞膜脂過氧化程度的體現之一為MDA含量的變化，MDA含量越高，說明膜脂過氧化程度高，植物細胞膜受損嚴重。因此，可以通過MDA含量的多少來判定植物抗寒性的強弱。本試驗在不同低溫脅迫條件下測得8種不同植物根系MDA含量的變化結果，見圖3。為分析8種植物MDA含量的差異，對試驗數據進行方差分析。由表3可知，P=2.97×10-6，遠遠小于0.01，可以判定8種植物間的MDA含量均達極顯著差異。MDA含量越大，表示該植物抗寒性越弱，反之越強。由圖3可以看出，8種植物抗寒性由弱到強依次為佛甲草、八寶景天、反曲景天、草地早熟禾、尖葉石竹、垂盆草、三葉草、胭脂紅景天。

2.4 SOD活性測定結果與分析

植物受到低溫脅迫時，體內活性氧失去平衡，導致超氧離子含量增加。植物體內SOD在植物細胞受到逆境脅迫時，能有效降低超氧離子，防止細胞膜受到損壞，同時能降低MDA含量。因此，在低溫脅迫下SOD活性的高低，可以反映植物抗寒性的強弱，SOD活性越大，植物抗寒性越強。本試驗在低溫脅迫條件下測得8種不同植物根系SOD活性的變化，結果見圖4。為分析8種植物SOD活性的差異，對試驗數據進行方差分析。由表4可知，P=3.62×10-9，遠遠小于0.01，可以判定8種植物間的SOD活性均達極顯著差異。SOD活性越大表示該植物抗寒性越強，反之越弱。由圖4可以看出，8種植物抗寒性由弱到強依次為佛甲草、反曲景天、八寶景天、草地早熟禾、三葉草、垂盆草、尖葉石竹、胭脂紅景天。

表3 MDA含量方差分析

表4 SOD活性方差分析

2.5 8種植物抗寒性綜合分析

對8種植物的4個抗寒性指標進行測定，結果發現每個抗寒性指標強弱存在一定差異，但對每個指標進行方差分析，各種植物間均表現出極顯著差異，說明選取的指標均能影響植物的抗寒性。對比4個測定指標數值的差異性發現，RWC測定結果差異性最顯著。綜合8種植物4個指標的抗寒性表現可知，胭脂紅景天、尖葉石竹、三葉草、垂盆草的抗寒性優于其他4種，其中胭脂紅景天在3種測定指標下抗寒性最強(表5)。尖葉石竹、三葉草、垂盆草則表現出不一致性。無論何種測定方法，8種植物中草地早熟禾、反曲景天、八寶景天、佛甲草4種植物抗寒性表現一致，其中佛甲草的抗寒性最弱。

3 結論與討論

本研究選取RP、RWC、MDA含量、SOD活性共4個抗寒性指標進行測定，通過分析可知，4個指標均可以判斷8種試驗植物的抗寒性大小。試驗選取低溫氣溫條件下的植物根系組織，測定具有一定的可行性。從測定方法看，RP、RWC的測定方法較為簡單，MDA含量、SOD活性的測定方法較為繁瑣，但是相關研究表明MDA含量、SOD活性更能從生理上反映植物的抗寒性強弱。從各指標的靈敏性看，依次對比分析4個指標測定方法的差異性，RWC測定結果差異性最顯著。這說明在寒冷干旱地區低溫脅迫下，8種植物中植物RWC的大小對抗寒性有重要的影響，本研究中8種植物抗寒性強弱次序為胭脂紅景天>尖葉石竹>三葉草>垂盆草>草地早熟禾>反曲景天>八寶景天>佛甲草。從整個試驗結果來看，4個指標測定方法在抗寒性的強弱方面沒有表現出完全的一致性，但總體可以分為2類：抗寒性強的為胭脂紅景天、尖葉石竹、三葉草、垂盆草，抗寒性弱的為草地早熟禾、反曲景天、八寶景天、佛甲草，其中胭脂紅景天在3種測定指標中均表現出較強的抗寒性。

表5 不同測定指標下8種植物抗寒性分析

通過4個指標測定方法的對比分析，如果試驗條件有限，只是想初步測定植物抗寒性的強弱可以采用RWC測定進行分析。植物抗寒性的影響因素較多，且各影響因素之間存在相互影響，在試驗條件允許的情況下，應盡可能地測定多個指標，通過科學合理的分析方法分析每一個測定指標的影響差異。本研究選取的根系組織是在低溫條件下取樣，有一定的合理性，各測定指標的變化可以反映出植物在低溫脅迫下的適應能力。在今后的研究過程中應側重不同低溫脅迫條件下，分析不同植物各抗寒指標的變化情況，分析其抗寒性的強弱將更為科學合理。