北京引種7種常綠闊葉植物的抗寒適應性研究

金 花，王 斌，戴思蘭，楊秀珍

（北京林業(yè)大學園林學院，國家花卉工程技術研究中心，北京 100083）

低溫是常綠闊葉植物自然分布的主要限制因子[1]。在亞熱帶北緣地區(qū)進行常綠闊葉植物越冬適應性觀察，并開展抗寒機理方面的研究，對于其在高緯度城市園林中的引種與應用具有實際意義[2]。低溫誘導生成的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等抗氧化酶構成了植物的酶促保護系統(tǒng)，保護植物免受活性氧的傷害。許多研究證明，冷馴化能夠提高膜保護酶的抗氧化能力，從而減輕低溫脅迫引起的膜蛋白聚合和膜脂過氧化，提高了植物的抗寒力[3－5]。近年來，盡管國內(nèi)外研究者們已經(jīng)開始重視常綠闊葉植物的抗寒性研究，但與其它園藝作物和農(nóng)作物非常成熟的抗寒性研究相比，在此方面的深入研究工作目前還有所欠缺[6]。在我國高緯度地區(qū)的城市園林中常綠闊葉植物的種類甚少，而且新品種很難得到推廣。主要原因是對常綠闊葉植物在較高緯度地區(qū)的越冬適應能力以及抗寒機理方面缺乏全面系統(tǒng)的研究與評價，育種工作尚待開展。筆者對7種引種的到北京地區(qū)的常綠闊葉植物主要抗寒生理指標進行分析，評價各種引種材料的抗寒性，同時分析各種生理指標與抗寒性相關程度，以期為今后常綠闊葉植物在較高緯度地區(qū)的引種預測、篩選和育種以及栽培和應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及工作背景

2005年4月從美國茶花林苗圃（Camellia Forest Nursery，Chapel Hill，NC，USA）引入北京的 7 種常綠闊葉植物：金邊扶芳藤（Euonymus fortunei‘E－merald’n‘Gold’）、銀邊扶芳藤（Euonymus fortunei‘Emerald Gaiety’）、藍冬青 （Ilex×meserveae‘Blue Princess’）、栒子（Cotoneaster×suecicus‘Coral Beauty’）、雜交山茶 （Camellia japonica）、雜交油茶（Camellia oleifera）和 April Rose（Camellia japonica‘April Rose’）。每種植物種植100株，進行保護地栽培。從2007年11月至2008年3月，每月分別對7種植物進行1次葉片采集。每種植物隨機挑選3株，選擇一年生健壯枝條上的3個生長良好的葉片進行采集。越冬期間各月平均溫度分別為5.6、0.5、－3、0.6、9.1℃。

1.2 引種植物抗寒性形態(tài)學觀測

2007～2009年對引種的7種常綠闊葉植物進行物候期的觀測記錄，包括春梢期、開花期、果熟期、秋梢期和霜凍變色期。2008年春季3～5月，用直尺、游標卡尺對經(jīng)過越冬后引種植物的春季生長量進行測定，包括地徑粗、新梢長、新梢粗、植物平均高度。

1.3 引種植物越冬期間生理生化指標分析

葉組織水分飽和虧缺值、電解質(zhì)外滲率和SOD活性，采用鄭彩霞[7]的方法測定；束縛水和自由水含量、葉綠素含量、POD活性、MDA含量、APX活性和可溶性糖含量的測定采用李合生[8]的方法。

2 結果與分析

2.1 引種植物形態(tài)觀測

對引種常綠闊葉植物的越冬形態(tài)學觀測發(fā)現(xiàn)：溫室中盆栽的植物表現(xiàn)良好，部分植物有褐化現(xiàn)象，露地越冬植物均出現(xiàn)葉片褐化現(xiàn)象，且干枯現(xiàn)象嚴重，葉片灰綠、發(fā)脆，葉片失水較嚴重（表1）。在小氣候保護好的條件下生長的植物都已存活，而缺少小氣候保護的植物由于冬季受北京冬季旱風影響，地上部分旱死，來年春天又從根部發(fā)出新芽。從引種常綠闊葉植物的物候期觀測結果（表2）中可見，山茶冬季有花可觀，栒子可觀其春花，藍冬青秋季有紅果經(jīng)冬不凋。對引種常綠闊葉植物經(jīng)過越冬后的春季生長量進行測定發(fā)現(xiàn)，扶芳藤的新梢較長，其越冬后生長較快，藍冬青地徑較粗（表3）。綜合植物越冬期間形態(tài)觀測結果，7種常綠闊葉植物抗寒性強弱排序依次為：栒子>藍冬青、雜交油茶>金邊扶芳藤、銀邊扶芳藤>雜交山茶、April Rose。

表1 引種常綠闊葉植物的越冬表現(xiàn)

表2 引種常綠闊葉植物的物候期觀測 （月）

表3 幾種常綠闊葉植物的春季生長量測定

2.2 越冬期間葉片生理生化指標動態(tài)變化

2.2.1 葉組織水分飽和虧缺值動態(tài)變化 越冬期間7種植物葉組織水分飽和虧缺值總的表現(xiàn)是：11月至翌年2月隨著氣溫降低表現(xiàn)出下降趨勢，而2月后氣溫回暖則表現(xiàn)為上升趨勢。

2.2.2 束縛水/自由水比值動態(tài)變化 植物細胞中自由水與束縛水比值反映著植物代謝程度。比值大時，植物細胞代謝旺盛；比值小時，植物生長代謝緩慢，抗逆性強。11月至12月，藍冬青、雜交山茶和雜交油茶的自由水/束縛水比值呈現(xiàn)下降趨勢；12月至翌年1月，僅銀邊扶芳藤的比值下降，其余均上升；1月以后，銀邊扶芳藤、藍冬青的比值上升，其余均下降；2月份后氣溫回暖，僅April Rose的比值下降，其余均升高（圖2）。

圖1 越冬過程中葉片飽和虧缺變化

圖2 葉片束縛水/自由水含量變化

2.2.3 電解質(zhì)外滲率動態(tài)變化 11月至12月，7種引種植物的電解質(zhì)外滲率均呈現(xiàn)下降趨勢，從12月份開始到翌年3月，除了雜交油茶出現(xiàn)下降幅度較大外，其他植物均呈現(xiàn)上升趨勢，且幅度較為緩和（圖3）。總的來說，越冬過程中電解質(zhì)的外滲率比較有規(guī)律。由于冬季低溫，植物葉片受損傷比較嚴重，細胞質(zhì)質(zhì)膜受到了一定的損傷，表現(xiàn)為膜透性增大，電解質(zhì)外滲率增大。

圖3 越冬期間電解質(zhì)外滲率變化

2.2.4 葉綠素含量變化 葉綠素含量動態(tài)變化如圖4～圖6，從3個圖中看出：引種的常綠闊葉植物的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量，11月至翌年1月隨著氣溫降低表現(xiàn)下降趨勢。1月后隨著氣溫的上升，其又呈一定規(guī)律性緩和上升。其中栒子的變化幅度在3個圖表中均為最顯著。

圖4 越冬期間葉綠素a含量變化

圖5 越冬期間葉綠素b含量變化

圖6 越冬期間類胡蘿卜素含量變化

2.2.5 超氧化物歧化酶（SOD）活性變化 11月至12月，除雜交油茶和雜交山茶的酶活性下降外，其它引種植物SOD活性均表現(xiàn)為上升。12月到翌年1月，藍冬青和雜交山茶的酶活性有所下降，其余5種的酶活性上升。1月至2月，April Rose、金邊扶芳藤和栒子的酶活性下降，藍冬青、銀邊扶芳藤、雜交油茶和雜交山茶的酶活性上升。2月至3月，雜交山茶的酶活性升高，其他6種植物均呈下降趨勢（圖7）。總體來說，在越冬過程中，1月至2月氣溫最低，除了雜交山茶呈下降趨勢外，其他植物均表現(xiàn)為先上升后下降。這說明SOD活性和氣溫變化密切相關，低溫導致了SOD酶活性的增加。

2.2.6 過氧化物酶（POD）活性動態(tài)變化 11月至翌年2月，金邊扶芳藤和銀邊扶芳藤的POD活性變化較明顯，表現(xiàn)為上升趨勢，2月至3月表現(xiàn)為大幅度下降，而其余幾種植物的POD活性變化并不明顯（圖8）。這說明，除金邊扶芳藤和銀邊扶芳藤外，POD活性不是這幾種植物抗寒生理的重要指標。

圖7 超氧化物歧化酶活性變化

圖8 過氧化物酶活性變化

2.2.7 植物丙二醛（MDA）含量變化 11月至12月，栒子、April Rose、銀邊扶芳藤和雜交油茶的MDA含量上升，其他植物表現(xiàn)為下降。12月至1月，栒子、藍冬青、銀邊扶芳藤和雜交油茶的MDA含量上升，其他植物表現(xiàn)為下降。1月至2月，引種植物MDA含量表現(xiàn)為上升。2月至3月，引種植物MDA含量下降（圖9）。總的來說，除栒子MDA含量變化最明顯外，其他幾種植物變化并不明顯。

圖9 丙二醛含量變化

2.2.8 抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性變化 11月至12月，除金邊扶芳藤和雜交山茶APX活性下降外，其余5種植物則表現(xiàn)為上升。12月至1月，April Rose、藍冬青、銀邊扶芳藤、雜交油茶的APX活性下降，金邊扶芳藤、栒子、雜交山茶的APX活性上升。1月至2月，April Rose、金邊扶芳藤、雜交油茶和雜交山茶的APX活性下降，藍冬青、銀邊扶芳藤和栒子的APX活性上升。2月至3月，除雜交山茶的APX活性上升外，其他6種的APX活性下降（圖10）。總的來說，這7種植物在越冬的過程中，APX活性總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且隨著溫度的降低其含量逐漸升高。

圖10 抗壞血酸過氧化物酶活性變化

2.2.9 可溶性糖含量變化 11月至12月，藍冬青、銀邊扶芳藤、栒子和雜交油茶的可溶性糖含量下降，April rose、金邊扶芳藤和雜交山茶的可溶性糖含量上升。12月至1月，藍冬青、雜交油茶和雜交山茶的可溶性糖含量下降，金邊扶芳藤、銀邊扶芳藤和栒子的可溶性糖含量上升。1月至2月，金邊扶芳藤和雜交山茶的可溶性糖含量下降，其他5種的可溶性糖含量上升。2月至3月，引種植物可溶性糖含量下降。總的來說，藍冬青、雜交油茶、栒子的可溶性糖含量變化較為平緩，其他幾種植物變化較明顯。

圖11 可溶性糖含量變化圖

3 結論和討論

3.1 常綠闊葉植物抗寒性評價結果

從物候期觀測、越冬表現(xiàn)和春季生長測定看出，栒子最早出現(xiàn)霜凍變色，春季生長量最大，而在生理指標的測定中則表現(xiàn)葉片自由含水量變化、SOD活性變化的幅度最大，因此對抗寒適應性最強，藍冬青、雜交油茶次之，雜交山茶、April Rose耐寒性相對較差。總的來看，抗寒性大小依次為：栒子>藍冬青、雜交油茶>金邊扶芳藤、銀邊扶芳藤>雜交山茶、April Rose。

3.2 常綠闊葉植物抗寒性生理生化指標與抗寒性綜合分析

對引種的7種常綠闊葉植物越冬期間葉片生理生化指標進行測定的研究發(fā)現(xiàn)：7種常綠闊葉植物的水分飽和虧缺值、電解質(zhì)外滲率、束縛水和自由水比值、SOD活性、APX活性以及可溶性糖含量從2007年11月份到2008年2月份呈現(xiàn)隨溫度下降而上升的趨勢，2008年2月到3月隨氣溫回升又表現(xiàn)為下降的趨勢。這與物候期觀測中11月至翌年2月的霜凍變色及越冬期間葉片褐化現(xiàn)象，3月氣溫回升這些生理指標出現(xiàn)下降趨勢，進入春梢期表現(xiàn)相一致。葉綠素含量先下降后上升的變化同樣也是其解釋。所以，這幾種生理指標可以作為評價幾種引種的常綠闊葉植物的抗寒生理指標。He Yong-ming等[5]也認為，這些可以去除寒冷產(chǎn)生的活性氧（ROS）的物質(zhì)指標具有重要意義。糖是植物抗寒性的主要保護物質(zhì)，可溶性糖含量的積累是植物進行抗寒反應的表現(xiàn)[9]。總含水量減少與束縛水含量相對增多，即束縛水和自由水比值增高，有利于植物抗寒性的加強。電解質(zhì)外滲率[10]、水分飽和虧缺值、SOD活性、APX活性的提高也有助于提高常綠闊葉植物的抗寒性[11]。而POD活性[12]和MDA含量[13]變化規(guī)律性不強，因此其與抗寒性關系不大，不能作為引種常綠闊葉植物的耐寒性鑒定指標。所以，在評價引種常綠闊葉植物的抗寒性時，不能以單一指標來衡量，應該綜合其他指標、多種方法來分析引種植物的抗寒性。

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