遵義師范學院校園冬季綠色植物非結構性碳水化合物及生理特性的研究

王連華,李德輝,黎芝秀,張寶成*

(1.遵義師范學院生物與農業科技學院,貴州遵義563006；2.貴州師范大學,貴州貴陽550000；3.山地生態研究所,貴州遵義563000)

非結構性碳水化合物（NSC）主要包括可溶性糖和淀粉[1-2]，它是植物中重要的能量來源[3]，也能反映植物的適應能力[4]。前人對于NSC的研究有：對溫帶森林12個樹種新老枝條[5]、溫帶三種用材樹種[4]、東北典型森林生態系統植物葉片[2]和厚壁毛竹[6]的NSC進行了研究。這些研究集中在自然生態系統中NSC的研究，缺乏對人工生態系統中NSC的研究。對園林綠化植物NSC研究較少，尤其是新建的綠化地。因此，選擇校園冬季綠色植物為研究對象，可了解植物體內的NSC含量，分析植物的生長狀況，為合理種植校園冬季植物提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料來源

該區年均溫度13-18℃[7]，年降水859mm[8]，2018年12月在遵義師范學院采集試驗材料，其中草本11種，分別為：金雞菊（Coreopsis drummondii Torr.et Gray）、飛蓬（Erigeron acer Linn.）、千里光（Senecio scandens Buch.-Ham.ex D.Don）、野豌豆（Vicia sepium Linn.）、蒲公英（Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.）、豬殃殃（GaliumspuriumL.）、麥冬（Ophiopogon japonicus(Linn.f.)Ker-Gawl.）、接骨草（Sambucus javanica Reinw.ex Blume）、羊蹄（Rumex japonicus Houtt.）、白花車軸草（Trifolium repens L.）、水花生（Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.）。

灌木4種，分別為：海桐（Pittosporum tobira(Thunb.)Ait.）、金森女貞（Ligustrum japonicum'Howardii'）、紅葉石楠（Photinia×fraseriDress）、杜鵑（Rhododendron simsii Planch.）；喬木 2 種：香樟（Cinnamomum camphora(L.)J.Presl）、柚子（Citrus paradisi Macfad.）。

1.2 材料采集與方法

在校園里采集17種冬季綠色植物的葉子，再把表面的污垢擦拭干凈，然后測定其葡萄糖、淀粉、葉綠素和丙二醛含量。植物的每一個生理指標做3個重復。測定葡萄糖和淀粉的含量用苯酚濃硫酸法；測定葉綠素的含量用浸提法[9]；丙二醛含量用硫代巴比妥酸(TBA)的顯色反應進行測定。

NSC含量=可溶性糖含量+淀粉含量[6]。

變異系數=（標準差/平均值）×100%。

表1 試驗植物葡萄糖和淀粉含量分析（mg/g）

1.3 數據分析

采用EXECL2010和SPSS17.0軟件對實驗數據進行處理和分析，對數據的標準差、平均值和變異系數進行描述性統計。

2 結果與分析

2.1 植物體內葡萄糖、淀粉和NSC的含量

在草本組中，葡萄糖含量最低的是千里光，平均值為6.03mg/g，含量最高的是麥冬，為34.59mg/g，其余植物都在6.50mg/g以上，飛蓬的變異系數最小。在喬木組中，葡萄糖含量最高的是柚子，最低的是香樟，平均值分別為35.32mg/g，15.19mg/g，柚子的變異系數最小。在灌木組中，葡萄糖含量最高的是海桐，平均值為65.51mg/g，最低的是紅葉石楠，為異系數最小。

在草本組中，淀粉含量最高的是麥冬，平均值為43.75mg/g，含量最低的是飛蓬，為10.62mg/g，其余植物在13.00mg/g以上，麥冬的變異系數最小。在喬木組中，淀粉含量最高的是香樟，為68.93mg/g，最低的是柚子，為64.69mg/g，變異系數也最小。在灌木組中，淀粉含量最高的是海桐，平均值為59.61mg/g，最低的是金森女貞，為45.34mg/g，其余植物在46.00mg/g以上，海桐的變異系數最小。

在草本組中，NSC含量最高的是麥冬，平均值為78.34mg/g，最低的是飛蓬，為19.42mg/g，其余植物在21.00mg/g以上，接骨草和野豌豆的變異系數最小。在喬木組中，NSC含量最高的是柚子，平均值為100.00mg/g，最低的是香樟，為84.12mg/g，柚子的變異系數最小。在灌木組中，NSC含量最高的是海桐，平均值為 125.12mg/g，最低的是紅葉石楠，為72.10mg/g，其余植物在86.00mg/g以上，海桐的變異系數最小（表1）。

2.2 植物體內的葉綠素含量

在草本組中，葉綠素a含量最高的是水花生，平均值為0.84mg/g，最低的是接骨草，為0.26mg/g，其余植物大于等于0.30mg/g，野豌豆變異系數最小。葉綠素b含量最高的是白花車軸草，平均值為1.12mg/g，最低的是蒲公英，為0.32 mg/g，其余植物大于等于0.35mg/g，麥冬的變異系數最小。總葉綠素含量最高的是白花車軸草，平均值為1.67mg/g，最低的是金雞菊和飛蓬，為0.70mg/g，其余植物大于等于0.90mg/g，野豌豆的變異系數最小。

在灌木組中，葉綠素a含量最高的是杜鵑，平均值為0.85mg/g，最低的是海桐，為0.28mg/g，變異系數也最小，其余植物在0.30mg/g以上。葉綠素b含量最高的是杜鵑，平均值為0.71mg/g，最低的是金森女貞，為0.49mg/g，其余植物大于等于0.53mg/g，杜鵑的變異系數最小。總葉綠素含量最高的是杜鵑，平均值為 1.56mg/g，含量最低的是海桐，為0.82mg/g，其余植物大于等于0.85mg/g，紅葉石楠和杜鵑的變異系數最小。

在喬木組中，葉綠素a含量最高的是香樟，平均值為0.28mg/g，最低的是柚子，為0.17mg/g，變異系數也最小。葉綠素b含量最高的是柚子，平均值為0.65mg/g，最低的是香樟，為0.38mg/g，變異系數也最小。總葉綠素含量最高的是柚子，平均值為0.82mg/g，最低的是香樟，為0.67mg/g，變異系數也最小（表 2）。

表2 試驗植物葉綠素a、b含量分析（mg/g）

表3 試驗植物丙二醛含量分析（nmol/g）

2.3 植物體內的丙二醛含量

在草本組中，丙二醛含量最高的是白花車軸草，平均值為9.84nmol/g，最低的是豬殃殃，為1.66nmol/g，其余植物都在2.00nmol/g以上，金雞菊、飛蓬、白花車軸草的變異系數最小。在灌木組中，丙二醛含量最高的是紅葉石楠，平均值為12.96nmol/g，最低的是金森女貞，為 1.61nmol/g，其余植物都在6.30nmol/g以上，海桐的變異系數最小。在喬木組中，丙二醛含量最高的是香樟，平均值為14.58nmol/g，最低的是柚子，為10.12nmol/g，變異系數也最小(表 3)。

2.4 試驗植物體內各物質平均值含量

按平均值排列，各種物質含量順序如下：葡萄糖：草本〈喬木〈灌木，分別為17.14mg/g、25.30mg/g、42.61mg/g；淀粉：草本〈灌木〈喬木，分別為24.74mg/g、51.24mg/g、66.81mg/g；NSC：草本〈喬木〈灌木，分別為 41.88mg/g、92.11mg/g、93.85mg/g；葉綠素 a：喬木〈灌木〈草本，分別為 0.23mg/g、0.53mg/g、0.54mg/g；葉綠素b：喬木〈灌木〈草本，分別為0.52mg/g、0.57mg/g、0.67mg/g；總葉綠素：喬木〈灌木〈草本，分別為 0.75mg/g、1.10mg/g、1.21mg/g；丙二醛：草本〈灌木〈喬木，分別為 6.89nmol/g、7.84nmol/g、12.35nmol/g（表 4）。

表4 試驗植物體內各物質平均值含量

3 結論與討論

3.1 討論

一般認為，糖類作為植物抗逆條件下重要的滲透調節因子，其積累可提高細胞的滲透濃度，提供碳源和代謝廢物，誘導與抗寒相關的生理生化過程的發生[10]，提高植物抗低溫的能力。相關研究發現，隨著低溫脅迫的持續，可溶性糖含量持續增加[11]。植物體內可溶性糖的積累程度與植物抗低溫能力呈正相關，即可溶性糖含量越多，抗低溫能力越大，反之，越小。

植物在越冬前的可塑性物質是體內的淀粉，它是植物越冬的能量和物質來源，其積累在夏季便已開始，在植物的根、干、枝等部位均有積累[12]，隨溫度的降低，淀粉一部分會水解成糖類，提高抗寒能力；一部分合成纖維素，促進木栓層的形成，加大對氧氣的阻隔，降低呼吸速率，減少營養物質的消耗，也提高抗低溫能力[13]。王麗雪[14]等發現，淀粉含量和葡萄的抗低溫能力密切相關，抗低溫能力高的葡萄品種的淀粉含量積累較早且積累量較大，水解相對較晚但水解速度快且徹底，淀粉可轉化為可溶性糖和脂肪。在低溫時，植物抗低溫能力的大小很大程度上由淀粉水解的葡萄糖含量所決定，即水解越多，NSC含量越高，抗低溫能力越大。植物體內NSC的含量可提高植物在逆境環境下的生存能力

丙二醛是植物膜質過氧化的最終產物，其含量越高，膜質過氧化程度越高，細胞膜受到的損傷也越大。在逆境條件下，丙二醛含量的高低反映了該植物受到逆境傷害的程度[15]。即植物體內的丙二醛含量越高，受到的損傷越大，抗低溫能力越弱，植物含有的丙二醛與抗低溫能力大小呈負相關。

NSC是植物光合作用的主要產物，施政等[16]對祁連圓柏NSC含量的研究結果大約為40-50mg/g，而本文所測植物葉片的NSC含量在19-126mg/g之間，可能是所處的自然環境條件的差異性導致；可能由物種之間的差異性所致[2]。

植物體內的NSC含量與葉綠素含量有密切關系，植物所含的葉綠素越多，光合作用就越強，所產生的NSC就越多。本實驗葉綠素含量喬木〈灌本〈草本，但NSC含量草本〈喬木〈灌木，與理論不符。造成兩者不符合的原因可能是由于不同試驗植物的呼吸速率不同，植物的呼吸速率越快，消耗的葡萄糖越多，植物體內的葡萄糖含量越少，葡萄糖和淀粉含量之和就小，即NSC含量越少；可能是由于植物體內所含的丙二醛對植物NSC含量有影響。

3.2 結論

遵義師院新蒲校區17種校園冬季綠色試驗植物體內各種物質含量范圍大小依次為，葡萄糖：6-66mg/g；淀粉：10-69mg/g；NSC：19-126mg/g；葉綠素a：0.17-0.85mg/g；葉綠素b：0.32-1.12mg/g；總葉綠素：0.67-1.67mg/g；丙二醛：1.66-14.58nmol/g。綜合考慮各種因素，在種植冬季校園植物時，為使人工系統引種恰當，應選擇NSC和總葉綠素含量高，而丙二醛含量低的植物，即優先選擇灌木，同時引種也要考慮種植植物的平均值和變異系數，應選擇平均值大，而變異系數小的植物。