4種常綠闊葉植物葉片抗寒性研究

曹 陽(yáng)，張旭艷

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030800）

由于受到低溫的制約，常綠闊葉植物多集中在我國(guó)的南方地區(qū)，在我國(guó)高緯度地區(qū)的城市園林綠化中，常綠闊葉植物的應(yīng)用種類比較少，而且應(yīng)用的常綠闊葉樹(shù)種多用作綠籬，加之我國(guó)北方城市冬季漫長(zhǎng)、干燥多風(fēng)，能夠適應(yīng)生長(zhǎng)的常綠樹(shù)種很少，使本身缺少色彩的冬季景觀更加單調(diào)，造成冬季景觀“枯黃和灰暗”的感覺(jué)，降低了城市環(huán)境的觀賞性和宜居性[1]。然而近年來(lái)，抗寒性研究主要集中在蔬菜和果樹(shù)等園藝作物上[2]，對(duì)綠化植物的抗冷凍傷害能力的研究還不夠深入。對(duì)公園里優(yōu)秀的常綠植物引入當(dāng)?shù)胤敝惩茝V所涉及的范圍和研究領(lǐng)域都非常有限，目前僅在北京[3-4]、南京[5]、山東[6-7]、河南[8]和河北[9]等地有報(bào)道。因此，研究植物的抗寒性不僅有理論上的意義，而且在現(xiàn)實(shí)生活中也非常的重要。

基于上述研究背景，本試驗(yàn)以箬竹、女貞、龜甲冬青、大葉黃楊作為試驗(yàn)材料，對(duì)山西忻州地區(qū)引種的這4種植物進(jìn)行了觀察和比較，分析了4種植物的耐寒性，旨在為該地區(qū)常綠闊葉植物的引種選育提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為箬竹、女貞、龜甲冬青、大葉黃楊4種常綠闊葉植物。選取生長(zhǎng)健康植株的位于樹(shù)木中上部側(cè)枝自基部向上的第6～10片完好的葉片進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西省繁峙縣樹(shù)木培養(yǎng)基地進(jìn)行，屬于北溫帶大陸性氣候，四季分明。年平均氣溫6.3℃，年降水量400 mm左右，但地域性和年際差較大。全年無(wú)霜期130 d左右。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4個(gè)低溫處理，分別為：（1）2017年11月4—11日的平均氣溫在0℃左右；（2）2017年12月5—12日的平均氣溫約為-5℃；（3）2018年1月4—11日的平均氣溫約為-15℃；（4）2018年2月1—8日的平均氣溫約為-10℃。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

細(xì)胞膜電導(dǎo)值測(cè)定采用電導(dǎo)儀法[10]；葉綠素含量測(cè)定采用丙酮法[10]；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[11]；POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)植物葉片電導(dǎo)率的影響

由表1可知，隨著溫度降低，相對(duì)電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)，4種植物在-15℃時(shí)的相對(duì)電導(dǎo)率均達(dá)到最高。在0℃時(shí)，箬竹的相對(duì)電導(dǎo)率高于其他3種植物。在-10℃時(shí)，箬竹和女貞的相對(duì)電導(dǎo)率明顯增大，而龜甲冬青在達(dá)到-15℃時(shí)才有明顯增加，大葉黃楊在整個(gè)低溫期的相對(duì)電導(dǎo)率變化緩慢，且增值幅度較小，僅增大了0.12。然而女貞的相對(duì)電導(dǎo)率在整個(gè)降溫期間增幅最大，達(dá)到了0.38。

表1 低溫脅迫對(duì)常綠闊葉植物葉片電導(dǎo)率的影響

2.2 低溫脅迫對(duì)植物葉片可溶性糖含量的影響

由表2可知，隨著溫度的不斷降低，箬竹和女貞的可溶性糖含量表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，龜甲冬青和大葉黃楊的可溶性糖含量隨著溫度的降低而逐漸上升，但它們之間的變化有差異。箬竹、女貞在-5℃時(shí)出現(xiàn)峰值，且均高于40 mg/g。大葉黃楊在-5～-15℃變化較大，可溶性糖含量增加了14.02 mg/g；在整個(gè)的降溫過(guò)程中，龜甲冬青中可溶性糖含量逐漸增加且幅度較小，與0℃相比增加了8.16 mg/g。

表2 低溫脅迫對(duì)植物葉片可溶性糖含量的影響 mg/g

2.3 低溫脅迫對(duì)植物葉片葉綠素含量的影響

從表3可以看出，在低溫下4種植物的葉綠素含量是隨著溫度的降低而不斷降低的。在0℃時(shí)，女貞葉綠素含量較低，其他3種植物差別不大，其平均值大約為15 mg/g。當(dāng)溫度下降至-10℃時(shí)，4種植物葉綠素含量顯著降低，其中尤以女貞變化最明顯，為9.90 mg/g，降幅也最大，為3.49 mg/g。當(dāng)溫度降低到-15℃時(shí)，變化幅度比之前降低，其中，大葉黃楊的降幅最小，僅為0.36 mg/g。

表3 低溫脅迫對(duì)植物葉片葉綠素含量的影響 mg/g

2.4 低溫脅迫對(duì)植物葉片POD活性的影響

由表4可知，4種植物的POD活性差異較大，但是都隨著溫度的降低呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中，大葉黃楊的POD活性最大，女貞的最低。女貞葉片POD活性在-5℃時(shí)最高，箬竹、龜甲冬青、大葉黃楊的POD活性均在-10℃時(shí)達(dá)到最高。龜甲冬青、大葉黃楊在-5～-10℃之間POD活性呈迅速上升趨勢(shì)，分別上升了3 350.34，3 620.12 μg/（g·min）。在降溫期間箬竹和女貞的POD活性變化較為平緩。

表4 低溫脅迫對(duì)植物葉片POD活性影響μg/（g·min）

3 結(jié)論與討論

隨著溫度的逐漸降低，植物外部形態(tài)和內(nèi)部生理狀態(tài)也在不斷進(jìn)行一系列的低溫適應(yīng)性變化[12]。但低溫脅迫下，對(duì)植物細(xì)胞的影響首先作用于生物膜，導(dǎo)致生物膜結(jié)構(gòu)和功能改變，進(jìn)而使細(xì)胞膜透性增大，電解質(zhì)外滲，電導(dǎo)率增大是植物遭受凍害的重要原因，同時(shí)能夠比較客觀地反映植物在低溫逆境中受傷害的狀況。王小麗等[13]研究結(jié)果表明，處理溫度從4～-33℃，大多數(shù)桃種質(zhì)電解質(zhì)外滲率變化趨勢(shì)一致且逐漸增加，并在-21℃時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。本試驗(yàn)中隨著溫度持續(xù)下降，植物葉片的電導(dǎo)率也呈持續(xù)升高的趨勢(shì)，4種植物的電導(dǎo)率在-15℃時(shí)均達(dá)到最高，表明此時(shí)4種植物細(xì)胞膜都受到了不同程度的低溫傷害，女貞受害程度比其他3種植物嚴(yán)重。

糖是植物在寒冷時(shí)期抵御外界環(huán)境的關(guān)鍵保障材料，可溶性糖的積累是植物耐冷程度的體現(xiàn)[14]。前人對(duì)白玉蘭和紫葉李抗寒性研究表明，當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，葉片可溶性糖含量有所下降，其中，白玉蘭的葉綠素含量、可溶性糖含量都比紫葉李高，因此，白玉蘭抗寒性高于紫葉李[15]。在本試驗(yàn)中，隨著溫度的不斷降低，箬竹、女貞的可溶性糖含量呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，而龜甲冬青和大葉黃楊則持續(xù)升高，后2種植物的抗寒性高于前2種。

有人認(rèn)為，低溫誘導(dǎo)會(huì)降低葉綠素含量以及植物的光合能力，增加植物的吸熱量，從而減輕逆境對(duì)其造成的損害[16]。本試驗(yàn)中，箬竹、女貞、龜甲冬青和大葉黃楊植物葉綠素含量總的來(lái)說(shuō)是呈下降的趨勢(shì)，在-15℃時(shí)女貞葉綠素含量下降最多，由此可知，隨著溫度的降低，女貞葉片較其他3種植物葉片失綠嚴(yán)重。

植物體在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，自由基的產(chǎn)生就會(huì)明顯增加，而清除量下降，導(dǎo)致了自由基的積累，造成膜脂過(guò)氧化，破壞膜結(jié)構(gòu)，從而使植物受到低溫傷害。而POD是一種催化H2O2參加各類還原劑氧化反應(yīng)的酶[17]，作為清除活體氧和自由基的保護(hù)酶，其活性大小可反映細(xì)胞對(duì)逆境的適應(yīng)能力。范月仙等[18]研究發(fā)現(xiàn)，POD的活性越高，保護(hù)生物膜的作用就越強(qiáng)，抵御寒冷損害的能力也就越強(qiáng)。除此之外，石如意等[19]對(duì)耐寒能力強(qiáng)的青農(nóng)105玉米進(jìn)行低溫脅迫研究表明，該品種的POD活性增幅較大。本試驗(yàn)中，4種植物體內(nèi)的POD活性存在很大差異，龜甲冬青和大葉黃楊POD活性明顯高于箬竹和女貞，其中，女貞POD活性最低；就POD活性變化趨勢(shì)而言，基本都呈先上升后降低的變化趨勢(shì)。

由于不同的因素在植物抗寒性中起不同的主導(dǎo)作用。因此，只通過(guò)一個(gè)生理指標(biāo)來(lái)確定植物的抗寒性是不太準(zhǔn)確的，需要進(jìn)行多方面的分析比較。就本試驗(yàn)而言，綜合以上指標(biāo)可得出，4種植物的抗寒性順序由強(qiáng)到弱為大葉黃楊＞龜甲冬青＞箬竹＞女貞。