自然寒凍條件下3種苔草的抗性評價

賈民隆，張 雨，宋卓琴，梁 崢，曹冬梅

（山西農業大學園藝學院，山西太原030031）

受地域氣候的影響，北方城市園林綠化植物在選種與資源配置方面受到較大限制，尤其是冬季，氣候寒冷干燥，園林景觀點綠色植物配置有限[1-2]，缺乏美感，因此，評價與篩選耐寒植物在園林植物及景觀配置應用方面有重大研究和現實意義。

苔草屬（Carex）植物在全球范圍內均有分布，種類較多，全球約有2 000種，其中，我國苔草屬植物占全球種類的1/4，約500種[3-5]。苔草屬植物既有利于生態保護和生態修復，又可作為重要的牧草資源，同時也是園林景觀和城市綠化中不可替代的配置資源，其中有一部分苔草由于葉色鮮綠、返青時間早、綠葉期長、耐踐踏而作為優異的草坪草資源[6]。目前，針對苔草屬植物的研究主要集中在種質資源的調查與收集、生物性狀的初步評價、逆境生理生化、馴化栽培技術等方面[7]。滕中華等[8]在對青藏高原黑褐苔草（Carex atrofusca）耐寒性研究中發現，苔草的可溶性糖、脯氨酸和抗氧化酶活性物質會隨著溫度的降低含量逐漸升高；蕭運峰等[9]在針對青綠苔草耐寒性研究中發現，在-26℃的低溫下，青綠苔草地下芽次年仍可保持正常生長。但在諸多研究中苔草品種內的耐寒性評價和篩選卻少見報道。

本研究以嶗峪苔草、青綠苔草以及青綠苔草變種3種苔草屬植物為試驗材料，經過自然低溫處理，進行耐寒觀察并對相關指標進行測定，采用模糊隸屬函數法對其耐寒性進行綜合評價，旨在為苔草耐寒品種創制、園林景觀配置及草坪草育種資源提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為嶗峪苔草（Carex giraldiana）、青綠苔草（Carex breviculmis）以及青綠苔草變種（Carex glauca var.）3個苔草品系。嶗峪苔草、青綠苔草來自山西省農業科學院園藝研究所，青綠苔草變種由北京林業大學提供。

1.2 試驗方法

2018年5月將3種苔草栽植于山西省農業科學院園藝研究所園藝科技示范基地，株行距為30 cm×30 cm，每株叢5～8株小株，進行常規栽培管理。試驗于2018年11—12月進行，每個處理100叢，共3個重復。試驗期間，根據氣溫變化每隔一定時間取樣一次，每個處理取生長一致、無病蟲害的植株10株，混合取樣后進行生理指標的測定。

根據試驗和氣候情況，將2018年11—12月設定為試驗觀測期，最低氣溫-11℃。試驗期間氣溫變化如圖1所示。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 光合指標的測定 每次試驗均選在天氣晴朗的10：00左右，采用Li6400便攜式光合測定儀進行苔草光合速率的測定。每次測定重復3次，選取生長狀況、生長部位一致，展開程度相似的成熟葉片5片做好標簽標記。處理時CO2濃度為（360±10）μmol/mol，光照強度為（800±10）μmol/（m2·s）。

1.3.2 PSⅡ最大光能轉化效率（Fv/Fm）測定 采用Imaging熒光儀（WALZ，德國）于9：00開始測定苔草葉綠素熒光參數。測量光強度為0.1μmol/（m2·s），脈沖頻率為1 Hz，光化光強度為55μmol/（m2·s），強飽和脈沖光強度為2 800μmol/（m2·s），脈沖光時間為0.8 s。將葉片置于測定室內，黑暗處理0.5 h后，進行最大光能傳化效率（Fv/Fm）的測定。2018年11月16日開始第一次采樣測定。

1.3.3 葉綠素、相對電導率的測定 其參照李合生[10]的方法進行。每次采樣時間均為晴天9：00左右。

1.4 數據處理

數據和圖表用Excel 2010軟件進行處理，利用SPSS 24.0對所測結果進行均值±標準差計算；采用模糊數學隸屬函數法對3種苔草的耐寒性進行綜合評價。

與耐寒性呈正相關的數據應用隸屬函數公式（1）計算。

與耐寒性呈負相關的數據運用反隸屬函數公式（2）計算。

式中，U（Xij）為i種類j指標的隸屬函數值；Xij為i種類j指標的測定值；Xjmin為所有種類j指標的最小值；Xjmax為所有種類j指標的最大值；i為某個品種；j為某指標。

2 結果與分析

2.1 3種苔草相對電導率的變化分析

植物受到逆境脅迫后，細胞膜會受到一定損傷，這就會導致細胞質中的電解液滲入到膜外，導致植物浸提液的電導率提高。由圖2可知，3種苔草隨著氣溫逐漸降低，受到冷脅迫也越來越強，相對電導率整體呈上升趨勢，嶗峪苔草在12月8日之前上升最為緩慢，僅比11月16日提高了2.6%，而其他2種萱草較11月16日均提高11%左右；表明這段時間嶗峪苔草的膜損傷程度要低于其他2個苔草品種。

2.2 3種苔草葉綠素含量的變化分析

由圖3可知，隨著時間變化，青綠變種苔草和嶗峪苔草的葉綠素含量不斷降低，但嶗峪苔草的變化率最大，達到37%，說明在11月16日以后，2種苔草由于低溫脅迫，其葉綠體受到破壞，影響到葉綠素的合成，從而降低了葉綠素合成量，從結果看青綠苔草變種下降速率明顯要高于嶗峪苔草，表明青綠苔草變種比嶗峪苔草對低溫更敏感。而青綠苔草葉綠素呈先上升后下降趨勢，說明前期的低溫并沒有影響其葉綠體的正常結構以及葉綠素的合成。

2.3 3種苔草光合速率的變化分析

由圖4可知，3種苔草的光合速率隨著時間的變化均呈下降趨勢，嶗峪苔草在11月24日下降了40%，青綠苔草下降了23%，青綠苔草變種幾乎沒有變化。但隨著溫度進一步降低，到12月8日，嶗峪苔草的光合速率變化微小，差異不顯著，而青綠苔草變種下降幅度最大，超過了50%，說明這段時間嶗峪苔草的光合機能保持在了一個穩定水平。

2.4 3種苔草PSⅡ系統中Fv/Fm的變化分析

PSⅡ原初光能轉化效率Fv/Fm可以直觀地反應出中心光能轉化效率的高低，同時說明PSⅡ受傷害的程度，是逆境脅迫的敏感指標之一，Fv/Fm值降速越快，幅度越大，證明PSⅡ受到的傷害越大。在本試驗中，Fv/Fm的變化可反映冷脅迫下PSⅡ受損傷的程度。

由圖5可知，低溫脅迫下，3種苔草葉片的Fv/Fm均呈下降趨勢，隨著冷脅迫程度的加強和時間的增加，Fv/Fm下降幅度呈增大趨勢。在11月24日到12月8日之間，嶗峪苔草的Fv/Fm基本沒變，而青綠苔草變種已經下降了22.8%。由圖6可知，3種苔草在12月份的Fv/Fm表現情況為：嶗峪苔草在冷脅迫下葉綠素熒光變化幅度要低于其他2種苔草，而在12月8日到12月26日之間，3種苔草的Fv/Fm下降幅度均達到25%，表明該時間段內3種苔草受到的冷脅迫程度強。

2.5 3種苔草的耐旱性綜合分析

通過模糊隸屬函數分析法分別計算各指標的隸屬函數值。由表1可知，3種苔草隨著氣溫不斷降低表現出不同的隸屬函數值，其中，嶗峪苔草相對電導率的隸屬函數值最大，為0.561，與其他2種苔草相比差異顯著，表明冷脅迫條件下，嶗峪苔草膜損傷程度要輕于青綠苔草和青綠苔草變種。最后綜合各指標計算出平均隸屬函數值，嶗峪苔草最高（0.551），為3個品種中最耐寒品種，青綠苔草變種最小，為最不耐寒品種。

表1 3種苔草各指標的隸屬函數值分析

3 結論與討論

當植物受到低溫脅迫時，其體內會發生不同程度的生理和生化變化。葉綠素作為光合作用中的重要色素，在受到低溫脅迫時，其合成途徑受阻、含量減少，進而影響光合機能，對植物造成傷害[11]。青綠苔草變種在12月26日葉綠素含量最低，僅為0.793 mg/L，與其他2種差異顯著，其耐寒性綜合表現也最差。這與劉育梅等[12]在山欖科果樹的耐寒性研究結果相似，相對電導率與質膜透性具有相關性，是植物受傷害程度的指標之一。一般相對電導率越高，植物受傷害程度越嚴重。本研究表明，相對電導率均呈現上升趨勢，這與前人在假儉草[13]、紅掌[14]等的研究結果一致。

植物的耐寒性是一個由多種因素相互作用而形成的復雜綜合性狀，其中每個因素與耐寒性本質之間都存在著一定的聯系[15-16]。植物的基因、生物學性狀、生理生化指標以及生存環境均會影響植物的抗性[17]，因此，評價植物的抗寒性不能僅靠單一指標，要通過測定和分析植物逆境脅迫下的生理生化指標來鑒定和分析，并通過模糊隸屬函數的方法對植物抗寒性進行綜合評價，避免了田間直接鑒定法的不足，使分析結果更具可靠性和科學性。目前該方法已廣泛應用于甜椒、核桃、蘋果、板栗、雪松等植物上[18-21]。而本試驗針對苔草的耐寒性測定了4個不同指標，包括相對電導率、葉綠素含量、光合速率以及葉綠素熒光，但每個指標只能反映苔草在試驗階段的生理狀況，僅憑一種指標去評價苔草的耐寒性有失偏頗，因此，筆者利用模糊隸屬函數的數理統計方法，綜合考慮各個指標的影響程度，避免了單一指標的片面性。