4種常綠闊葉植物葉片抗寒性研究

曹 陽，張旭艷

（山西農業大學信息學院，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的南方地區，在我國高緯度地區的城市園林綠化中，常綠闊葉植物的應用種類比較少，而且應用的常綠闊葉樹種多用作綠籬，加之我國北方城市冬季漫長、干燥多風，能夠適應生長的常綠樹種很少，使本身缺少色彩的冬季景觀更加單調，造成冬季景觀“枯黃和灰暗”的感覺，降低了城市環境的觀賞性和宜居性[1]。然而近年來，抗寒性研究主要集中在蔬菜和果樹等園藝作物上[2]，對綠化植物的抗冷凍傷害能力的研究還不夠深入。對公園里優秀的常綠植物引入當地繁殖推廣所涉及的范圍和研究領域都非常有限，目前僅在北京[3-4]、南京[5]、山東[6-7]、河南[8]和河北[9]等地有報道。因此，研究植物的抗寒性不僅有理論上的意義，而且在現實生活中也非常的重要。

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

1 材料和方法

1.1 試驗材料

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。選取生長健康植株的位于樹木中上部側枝自基部向上的第6～10片完好的葉片進行試驗。

1.2 試驗地概況

試驗在山西省繁峙縣樹木培養基地進行，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。全年無霜期130 d左右。

1.3 試驗設計

設4個低溫處理，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 測定指標及方法

細胞膜電導值測定采用電導儀法[10]；葉綠素含量測定采用丙酮法[10]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[11]；POD活性測定采用愈創木酚比色法[11]。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對植物葉片電導率的影響

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

表1 低溫脅迫對常綠闊葉植物葉片電導率的影響

2.2 低溫脅迫對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出先上升后下降的變化趨勢，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℃時出現峰值，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；在整個的降溫過程中，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 低溫脅迫對植物葉片可溶性糖含量的影響 mg/g

2.3 低溫脅迫對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，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。當溫度下降至-10℃時，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。當溫度降低到-15℃時，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 低溫脅迫對植物葉片葉綠素含量的影響 mg/g

2.4 低溫脅迫對植物葉片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先增加后降低的趨勢，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℃時最高，箬竹、龜甲冬青、大葉黃楊的POD活性均在-10℃時達到最高。龜甲冬青、大葉黃楊在-5～-10℃之間POD活性呈迅速上升趨勢，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 低溫脅迫對植物葉片POD活性影響μg/（g·min）

3 結論與討論

隨著溫度的逐漸降低，植物外部形態和內部生理狀態也在不斷進行一系列的低溫適應性變化[12]。但低溫脅迫下，對植物細胞的影響首先作用于生物膜，導致生物膜結構和功能改變，進而使細胞膜透性增大，電解質外滲，電導率增大是植物遭受凍害的重要原因，同時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]研究結果表明，處理溫度從4～-33℃，大多數桃種質電解質外滲率變化趨勢一致且逐漸增加，并在-21℃時出現拐點。本試驗中隨著溫度持續下降，植物葉片的電導率也呈持續升高的趨勢，4種植物的電導率在-15℃時均達到最高，表明此時4種植物細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種植物嚴重。

糖是植物在寒冷時期抵御外界環境的關鍵保障材料，可溶性糖的積累是植物耐冷程度的體現[14]。前人對白玉蘭和紫葉李抗寒性研究表明，當溫度降低到0℃時，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，而龜甲冬青和大葉黃楊則持續升高，后2種植物的抗寒性高于前2種。

有人認為，低溫誘導會降低葉綠素含量以及植物的光合能力，增加植物的吸熱量，從而減輕逆境對其造成的損害[16]。本試驗中，箬竹、女貞、龜甲冬青和大葉黃楊植物葉綠素含量總的來說是呈下降的趨勢，在-15℃時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種植物葉片失綠嚴重。

植物體在正常情況下，細胞內自由基的產生和清除處于動態平衡狀態，但當溫度繼續下降時，自由基的產生就會明顯增加，而清除量下降，導致了自由基的積累，造成膜脂過氧化，破壞膜結構，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的酶[17]，作為清除活體氧和自由基的保護酶，其活性大小可反映細胞對逆境的適應能力。范月仙等[18]研究發現，POD的活性越高，保護生物膜的作用就越強，抵御寒冷損害的能力也就越強。除此之外，石如意等[19]對耐寒能力強的青農105玉米進行低溫脅迫研究表明，該品種的POD活性增幅較大。本試驗中，4種植物體內的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活性變化趨勢而言，基本都呈先上升后降低的變化趨勢。

由于不同的因素在植物抗寒性中起不同的主導作用。因此，只通過一個生理指標來確定植物的抗寒性是不太準確的，需要進行多方面的分析比較。就本試驗而言，綜合以上指標可得出，4種植物的抗寒性順序由強到弱為大葉黃楊＞龜甲冬青＞箬竹＞女貞。