幾種宿根花卉抗寒性研究

李瑞，季曉慧，趙凌全，肖杰

(1.牡丹江師范學院生命科學學院，黑龍江 牡丹江 157011;2.黑龍江省森林與環境科學研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161005)

幾種宿根花卉抗寒性研究

李瑞1，季曉慧2，趙凌全2，肖杰1

(1.牡丹江師范學院生命科學學院，黑龍江 牡丹江 157011;2.黑龍江省森林與環境科學研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161005)

以重瓣金雞菊、黑心菊等8種宿根花卉為試驗對象，利用電導率法測定抗寒性，同時以可溶性蛋白質和脯氨酸含量的變化為輔助依據，從生理方面解釋8種宿根花卉抗寒性的強弱。結果表明，隨著低溫脅迫溫度逐漸降低，各品種花卉的細胞膜透性均逐漸升高，而不同品種之間增加的幅度有明顯差異。通過運用隸屬函數法結合植物體內可溶性蛋白質和脯氨酸含量的變化算出8種宿根花卉抗寒性順序為：重瓣金雞菊>黑心菊>飛燕草>宿根福祿考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

宿根花卉;抗寒性；隸屬函數值法

Abstract Eight kinds of perennial flowers, such asCoreopsislanceolata‘Double Sunburst’ andRudbeckiahirta, were used as test subjects. The cold resistance was determined by conductivity method. At the same time, the changes of soluble protein and proline content were taken as the auxiliary basis. From the physiological aspects of 8 kinds of perennial flowers to explain the strength of cold resistance. Result shows that the temperature decrease with the low-temperature stress; the cell membrane permeability of each cultivar increase gradually;the increase range among different cultivars is significantly different. Applying membership function method,combined with the changes of soluble protein and proline content in the plant, the descending order of the cold resistance of eight kinds of perennial flowers isCoreopsislanceolata‘Double Sunburst’>Rudbeckiahirta>Consolidaajacis>Phloxpaniculata>Belamcandachinensis>Saponariaofficinals>Heleniunbigelovii>Chrysanthemummorifolium.

Key words perennial flowers; cold resistance; membership function method

近年來，全國各地在園林景觀配置方面已開始重視宿根花卉的應用，并已取得一定的研究成果。宿根花卉作為多年生花卉，具有一年栽植多年觀賞的特點，同時種類豐富，可作為花叢、花群、花帶等各種各樣的景觀在園林中應用。宿根花卉對環境的適應性強，常常采用簡單、粗放的管理形式。目前東北地區由于氣候條件相對惡劣，極端低溫甚至達到-40 ℃，導致園林植物結構簡單，種類匱乏，園林景觀觀賞性不強，這就需要引入一些宿根花卉品種來豐富本地區的園林植物資源，使得在東北地區園林綠化中有更多的花卉種類可供選擇。許多花卉在生長地生長良好，具有很好的觀賞性，但是引種到東北地區卻生長不好，不具有觀賞性，甚至死亡，這就需要對它的抗性進行測定，了解是否適合在東北地區推廣應用。

該試驗對8種宿根花卉進行了抗寒性測定：通過測定低溫脅迫下植物根系細胞膜透性的改變、植物體內可溶性蛋白質含量和脯氨酸含量的變化來確定8種宿根花卉的耐寒能力，以期為東北黑土區引種宿根花卉提供參考。

1 試驗材料

試驗用8種宿根花卉取自于黑龍江省克山農場林業公司苗圃。種類分別為重瓣金雞菊(Coreopsislanceolata‘Double Sunburst’)、地被菊(ChrysanthemummorifoliumRamat.)、宿根福祿考(Phloxpaniculata)、黑心菊(RudbeckiahirtaL.)、飛燕草〔Consolidaajacis(L.) Schur〕、射干(Belamcandachinensis)、肥皂草(SaponariaofficinalsLinn)、堆心菊(Heleniunbigelovii)。

2 試驗方法

2016年10月下旬挖出8種宿根花卉的根系若干，先用自來水洗凈，把附著的泥土去掉，然后再用去離子水沖洗根系3遍，確保試驗對象干凈無異物。然后用去離子水把紗布浸濕，再用濕紗布把根系包好，放在做好標記的聚乙烯袋子里，最后放入到可以調節到-40 ℃的超低溫冰箱中進行冷凍處理。第一個處理在0 ℃保持24 h取出，第二個處理降溫到-10 ℃保持24 h后取出，第三個處理降溫到-20 ℃保持24 h后取出，第四個處理降溫到-30 ℃保持24 h后取出，第五個處理降溫到-40 ℃保持24 h后取出，取出的冷凍材料放在0～4 ℃的冰箱中緩慢解凍24 h后，取出樣品進行實驗測定,每組處理均設3次重復。

3 測定指標及方法

3.1 細胞膜透性的測定

宿根花卉根系細胞膜透性采用電導率法測定，首先把解凍后的根用剪刀剪成2～3 mm左右的小段，每品種用電子天平稱取0.1 g，放入加有10 mL蒸餾水的具塞試管中，靜置到樣品沉入試管底部后，用電導率儀測定電導率，然后放入水浴鍋沸水浴20 min，冷卻后再靜置2 h測定電導率，重復3次，最后算出相對電導率。

3.2 可溶性蛋白質含量的測定

采用考馬斯亮藍G-250法測定[1]

3.3 脯氨酸含量的測定

葉片游離脯氨酸含量采用茚三酮法測定[2]

3.4 隸屬函數值法評價品種抗寒性

抗寒性評價用模糊數學中的隸屬函數值法[3]，依據細胞膜的透性、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白質含量進行評價。

隸屬函數值計算公式：R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

公式中，xi是測定的指標，xmin、xmax為所有相關材料的某一種指標的最小值和最大值，如果為負相關，則用反隸屬函數進行計算,公式:R(xi)=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

4 結果與分析

4.1 低溫脅迫對根系細胞膜透性的影響

植物在逆境下細胞膜透性會發生改變，可用來作為重要的抗逆性指標。正常情況下，植物細胞膜具有選擇透過性，當受脅迫時，植物細胞膜會受到傷害，膜透性會增大，就會使得細胞內電解質外滲，從而表現為電導率增大。抗寒性強的植物細胞膜透性改變小，且易于恢復，抗寒性弱的植物細胞膜透性變化大，不易恢復，最終造成傷害直至死亡。這種變化明顯出現在外部形態變化之前，因而可作為判斷抗寒性的生理指標[4]。

在圖1中我們可以看到隨著低溫脅迫溫度的降低，各個品種的相對電導率都呈現上升趨勢，其中上升最為明顯的是重瓣金雞菊，在0 ℃時相對電導率在12%左右，當溫度降到-40 ℃時達到了70%以上，黑心菊在-10 ℃時相對電導率在15%左右，當到了-20 ℃時突然升高到50%以上，然后又降到40%左右,這說明重瓣金雞菊的耐寒性較強，黑心菊可能是在受到寒冷脅迫時，體內產生抗寒機制，細胞膜結構發生改變，導致相對電導率又出現下降的趨勢。堆心菊從0～10 ℃相對電導率基本沒有變化，當到達-20 ℃時突然升高到43%，說明在-20 ℃時細胞膜受到傷害很大，其他品種電導率變化基本一致。

圖1 低溫脅迫對根系細胞膜透性的影響

4.2 低溫脅迫對植物體內可溶性蛋白質含量的影響

關于可溶性蛋白質與植物抗寒性的關系已經有了很多的研究，研究發現植物體內可溶性蛋白質含量的變化和抗寒性基本保持平行的關系，一方面表現在蛋白質的含量隨著抗寒能力提高而增加，另一方面表現在抗寒性強的品種可溶性蛋白質含量較高，姚元干等在研究辣椒葉片抗性中發現抗性高的品種能積累更多的蛋白質，可作為抗逆性的一個指標，這在大白菜上也得到證實[3,4],從圖2中我們看到植物體內可溶性蛋白質變化的趨勢大致有兩種：一種呈現先升高后降低的趨勢，如地被菊、飛燕草、射干和重瓣金雞菊。另一種呈現先下降后升高的趨勢，如肥皂草、宿根福祿考、堆心菊和黑心菊。在0 ℃時植物體內可溶性蛋白質含量最低的是飛燕草和重瓣金雞菊，分別為1.06 mgg-1和1.33 mgg-1，最高的是堆心菊，可溶性蛋白含量為6.01 mgg-1。在整個低溫脅迫過程中，體內可溶性蛋白質含量變化幅度最小的是重瓣金雞菊和宿根福祿考，分別為0和33%，這說明這兩種花卉在低溫脅迫過程中變化不大，耐寒性比較強，另外在0 ℃時堆心菊、黑心菊和肥皂草的可溶性蛋白質含量較高，但是在-40 ℃時堆心菊和黑心菊可溶性蛋白質含量均低于0 ℃時的含量，說明耐寒性不強。

圖2 低溫脅迫對植物體內可溶性蛋白質含量的影響

4.3 低溫脅迫對植物體內游離脯氨酸含量的影響

當植物受到脅迫時，植物體內的游離脯氨酸會積累，它在維持細胞膨壓、保持細胞生長和保護酶的活性方面有重要作用，徐基艷研究表明，地被菊的游離脯氨酸含量隨著溫度降低而顯著增加，周蘊薇也發現低溫脅迫明顯增加游離脯氨酸的含量，并且隨著脅迫程度加強脯氨酸含量也增加。因此游離脯氨酸含量的變化也能在一定程度上說明植物在低溫脅迫下的耐寒能力，從圖3中我們看到大部分品種在開始脅迫后脯氨酸含量都是在0～-10 ℃下降，在-10～-30 ℃脯氨酸含量基本不變，在-30～-40 ℃呈現上升的趨勢，而黑心菊和肥皂草的脯氨酸含量在整個脅迫過程中變化不明顯。從0～-40 ℃的脅迫過程中，宿根福祿考、堆心菊、肥皂草和黑心菊的脯氨酸含量有明顯上升趨勢，分別上升了31%、66%、60%和37%，說明這幾個品種耐寒性比較強。

圖3 低溫脅迫對植物體內游離脯氨酸含量的影響

4.4 8種宿根花卉耐寒性綜合評價

通過相對電導率、游離脯氨酸含量和可溶性蛋白質含量為指標計算各指標的隸屬函數值，然后歸納總結，綜合評價結果見表1。

品種相對電導率脯氨酸含量可溶性蛋白質含量平均抗寒性排序重瓣金雞菊0.530.540.550.541地被菊0.430.440.250.378宿根福祿考0.550.360.490.474黑心菊0.470.790.280.512飛燕草0.460.530.490.493射干0.510.450.430.465肥皂草0.410.560.370.446堆心菊0.440.340.400.397

5 結論

通過對8種宿根花卉進行5個處理的低溫脅迫，發現受低溫脅迫的影響8種宿根花卉的細胞膜透性都發生了改變，并隨著脅迫程度的加強，細胞膜的透性逐漸升高，但不同品種之間增加的幅度不同。細胞膜透性的變化可反映植物受到傷害程度的大小，可以作為衡量植物抗寒性的指標之一。同時，該試驗測定了在低溫脅迫下植物體內可溶性蛋白質的含量和游離脯氨酸含量的變化，試圖從植物生理的方面來解釋植物抗寒性的差異，從結果看，該方法可以在一定程度上解釋8種宿根花卉抗寒性的強弱，并且能夠真實反映植物抗寒性的情況。本試驗中, 受低溫脅迫影響 8種宿根花卉的各生理指標變化不僅相同, 其綜合抗寒能力也存在顯著差異性，這可能也和植物自身的生理結構有關系。研究結果表明，8種宿根花卉的葉片相對電導率、可溶性蛋白質含量、脯氨酸含量三個生理指標之間相關性強，分析每個指標后，結合隸屬函數值法對8種宿根花卉進行綜合評價，得到抗寒性能力由強至弱依次為：重瓣金雞菊>黑心菊>飛燕草>宿根福祿考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

植物的抗寒性是有多種原因決定的，不能完全用幾種植物體內生理指標來說明 , 本實驗低溫脅迫試驗是在低溫冰箱中進行的, 與自然條件有明顯差別。在以后的試驗中，還應該結合其他環境因素綜合考慮來開展植物抗寒性研究，為園林綠化植物材料選擇提供更準確的數據。

[1] 鄒琦.植物生理生化實驗指導[M].北京:中國農業出版社,1999:22

[2] 孔祥生，易現峰.植物生理學實驗技術[M].北京：中國農業出版社，2008

[3] 王榮富.植物抗寒指標的種類及其應用[J].植物生理學通訊,1987,6(3):49-55.

[4] 葉陳亮,柯玉陳,陳偉.大白菜耐熱性的生理研究[J].福建農業大學學報,1996,25(S):490-493

Cold Resistance of Several Perennial Flowers

Li Rui1, Ji Xiaohui2, Zhao Lingquan2, Xiao Jie1

(1.College of Life Science,Mudanjiang Normal University, Mudanjiang 157011, China;2. Academy of Forest and Environment of Heilongjiang Province, Qiqihar 161005, China)

1005-5215(2017)02-0051-03

2017-01-10

國家林業局公益性項目(東北黑土區林業生態工程構建技術集成與示范)

李瑞(1991-)，男，山西長治人，在讀碩士，現從事園林植物應用研究.

肖杰，Email：swxxj1126@.com

S682.1

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.018