觀賞植物抗寒性改良技術探討

葛慧蓮

(科爾沁右翼前旗園林管理所，內蒙古 興安盟 137400)

在目前植物培養的過程中，低溫環境是影響植物正常生長的關鍵性因素之一，對植物的地理分布特點以及繁衍生長都產生了非常不良的影響。在目前的城市綠化工作中，露地栽培的觀賞性植物有著較高的觀賞價值，但是其抗寒性卻普遍不強[1]，在具體的推廣與栽培過程中存在著不小的阻力，尤其是對于我國一些寒冷地區來說，提高觀賞性植物的抗寒性能是當前城市綠化工作中的重要工作內容。近些年來，我國的生物工程技術發展迅速，已經基本上完成了全基因組測序和植物轉錄組的工作，科學家也基本上掌握了大量與抗寒有關的基因[2]，在基因工程技術不斷完善的技術背景下，已經可以有針對性地從遺傳角度對對觀賞植物的抗寒性能進行調控與改良，且取得了非常不錯的效果，本文也將從生物工程這個角度探討與分析觀賞性植物的抗寒改良技術。

1 影響植物抗寒能力的主要因素分析

1.1 外部影響因素分析

外部影響因素會對植物的抗寒能力產生極大影響，影響觀賞植物抗寒性的因素主要包括低溫、光照和光周期、水分等外部環境條件[1]，而且土壤的水分含量也是影響植物抗寒能力的關鍵因素。

1.2 植物自身的因素分析

除了外部的影響因素之外，觀賞植物自身的遺傳基因，生長速率和發育水平等內部因素也會對抗寒性產生極大影響，尤其是植物存在著生殖隔離的情況，所以自身遺傳基因的不同會導致每一類植物對于外界溫度的敏感性不同。根據目前行業內的研究成果來看，植物的生長速率與抗寒性強弱之間存在著負相關的關系，如果觀賞性植物處于較低的發育水平，就可以通過影響其遺傳性狀來改變該植物的抗寒性能。如，在當前的生物工程研究領域中，可以在窄葉羽扇豆的種子時期通過對其種子大量的加水促進其萌發進而緩解低溫因素對其生長發育和產量的影響。在隨后的研究中，學者們也發現，植物的生殖過程中親代環境的條件也會對后代的表現產生較大的影響，具體來說就是將親本在不同溫度下培養的后代暴露在外界冷凍以及低溫的條件下，那么在寒冷環境中生長的親本光和產量相對會恢復更快。

2 觀賞性植物抗寒性響應機制分析

低溫環境對于觀賞性植物的基因表達有著很強的抑制作用，在低溫的環境下，植物的生物膜會受到低溫的脅迫，而且植物的生物膜系統在低溫脅迫的情況下可以改變膜質脂肪酸不飽和度。通過對葡萄植株的試驗可以看出，在低溫條件的脅迫下，葡萄幼株的光合參數、碳水化合物的濃度以及相關酶的活性均表現出了非常顯著的變化。這也從另外一個角度說明了植物的光合作用的特征、碳水化合物的代謝過程與植物的抗寒性有著非常緊密的關聯性[4]。而且在外界低溫的脅迫之下，觀賞性植物的體內會產生大量的活性氧，而大量活性氧的存在會在植物的體內形成抗氧化的物質，進而在植物的體內形成氧化應激反應，這樣可以刺激植物體內合成抗氧化類物質、滲透性物質等，從而對植物的抗寒性能產生較大影響。

二價鈣離子、植物激素以及蛋白質磷酸化等也能夠調控植物體內低溫誘導基因的表達，在植物體中，二價鈣離子是具有感受器功效的，植物在受到外界低溫的脅迫之后，就會誘導細胞釋放出大量的二價鈣離子，進一步激活蛋白酶參與到蛋白質的磷酸化過程中，從而誘導靶基因的表達。而且蛋白激酶中的絲裂原活化蛋白激酶可以在低溫的條件下在植物的體內產生一系列的改變與反應，尤其是會在植物體內形成級聯反應，而該反應則是將外界的環境刺激轉化為細胞反應的重要信號模塊。除此之外，植物激素對植物正常的生長和發育起到了非常重要的調節作用，而且對植物的抗寒性能也有著非常巨大的影響作用。在目前的研究中，水楊酸、褪黑素、茉莉酸、多胺等植物激素都可以使用CBF的依賴性和非依賴性從而對觀賞性植物的抗寒性功能進行有效地調節。從整體上來說，在低溫的脅迫下，植物的某些正常功能會受到抑制，這對于觀賞性植物的生長以及環境的適應起到了非常不好的影響，所以在目前的研究領域中，為了使得觀賞性植物能夠具有更好的抗寒性能力，越來越多的學者開始從植物體內基因表達以及抗寒性響應機制等內容來深入研究。

3 觀賞植物抗寒性改良技術的分析

3.1 傳統農作物培育技術的抗寒性改良技術分析

在我國傳統農作物培育技術中，為了進一步提升農作物的抗寒性能，往往會采用耐寒品種的篩選、育種、栽培等傳統方式進行。其中最重要的就是選種育種工作，但是這個過程往往要經歷較長的時間，在我國農作物培育的領域中，該方法在擴大觀賞性植物栽培范圍、提高觀賞性植物的經濟價值作出了巨大的貢獻。如，我國在農業領域中已經進行了長達半個多世紀的“南梅北移”工作，對于竹子、梅花、菊花、杜鵑等植物進行了抗寒性性能的培育，取得了非常不錯的成果。

在傳統的培育手段中還可以對觀賞性植物進行抗寒性鍛煉，尤其是在觀賞植物移植之前需要對其進行抗寒性鍛煉，該工作能夠有效地改變觀賞性植物細胞膜脂肪酸的不飽和度，從而進一步增強植物細胞的穩定性結果，進而提升其抗寒性能[5]。如，在對咖啡樹進行抗寒性鍛煉的過程中，可以明顯地檢測到咖啡樹的總葉綠體膜磷脂和總脂肪酸含量明顯提升。

利用抗寒性砧木嫁接來提升觀賞性植物的抗寒性能也是一種比較常用的方法。如，在提升柑橘的抗寒性能過程中，可以使用砧木、接穗聯合使用的方法來提高柑橘的抗寒性能，并且能夠提升果實的產量與質量，同時在嫁接的過程中還進一步增強了柑橘對于生物或者非生物脅迫的耐受性。

3.2 外部施加植物激素與外源物質調控技術分析

對于觀賞性植物施加外部植物激素可以有效地提高其抗寒能力。如，在培育的過程中使用ABA來處理百慕大草和葡萄能夠有效地緩解植株所受到的冷脅迫，有效提高其抗寒性能。同時可以使用外源褪黑素對茶樹的葉片進行預處理，有效增強觀賞性植物的抗氧化能力的同時還能夠對該植物現有的氧化還原穩態進行穩定，從而減少氧化應激的情況。還可以使用外源物質調控技術來進行抗寒性能的提升，在該過程中，最常用到的就是二價鈣離子，通過對植物的外源施加二價鈣離子來進一步緩解植物膜質的過氧化程度，從而全面提高植物的抗寒性能。此外，在葡萄植株抗寒性能的培育過程中，可以外部施加鉀離子來進一步提升其抗寒性能；大量的研究實踐結果表明，鉀離子是一種誘導觀賞植物冷馴化的有效營養物質，所以在目前葡萄的培育過程中，工作人員往往會在其表面噴灑一定濃度的硫酸鉀來提高葡萄植株的抗寒能力。

3.3 利用當前生物基因工程來提升抗寒性能力分析

進入21世紀以來，我國的生物工程技術得到了飛速發展，尤其是以基因工程為代表的生物技術在生物實踐過程中得到了良好的應用，在優良品種的培育過程中，運用基因工程可以有效地縮短育種周期，而且將植物的優良性狀保留下來。在目前的研究領域中，可以分為生物基因氛圍調控性基因和功能性基因2種類型，其中，調控性基因可以通過對生物體內冷信號調節過程傳導機制以及基因的表達過程進行調控，從而間接實現提升觀賞性植物的抗寒性能。而功能性基因與觀賞性植物的抗寒性有著直接的聯系，所以可以直接改變植物的功能性基因組，從而實現抗寒性能的提升。

可以在植物內部導入調控基因，根據目前行業的研究成果來看，CBF轉錄因子是改變植物抗寒性能的關鍵性表達基因，而且CBF基因在低溫的環境下，在植物內部的含量會進一步增加，如，在白毛楊的體內導入胡楊PeCBF4a基因，在煙草中導入菊花DmDREBa基因都可以顯著地提升該植物的抗寒性能，這些試驗的最終結果也表明了植物的CBF轉錄因子對于植物本身的抗寒能力提升有著非常良好的效果。可以在植物體內導入功能性基因來提升該植物的抗寒性能，通過以上的分析可以知道，功能性基因與觀賞性植物的抗寒性有直接的聯系，所以可以直接改變植物的功能性基因組，從而實現抗寒性能的提升。如，在觀賞性植物中，利用過表達脂肪酸去飽和代謝路徑中關鍵酶基因，能夠通過增加這種膜質脂肪酸不飽和度來有效地調控與改良植物的抗寒性能；歐洲油菜植物體內往往會含有含量較多的表達烏桕的SsSAD基因，將該基因導入到其它類型物質中可以使得轉基因植物表現出較高的C18∶2、C18∶3含量，從而使得抗寒性能得到了顯著地提升。同時，為了更加有效地增加植物的抗寒性能，還可以在植物的內部導入一些能夠催化飽和脂肪酸順式雙鍵形成的酶。但是需要注意的是，抗氧化酶應當與抗氧化劑結合使用，從而表現出良好的協同作用，從而保持細胞氧化還原狀態的穩態。近些年的生物工程研究發現，植物體內的編碼抗氧化酶的基因轉錄水平的增加和編碼的合成抗氧化劑的基因增加對于植物的抗寒性能提升有著良好的效果，而且該基因的增加對于植物中各種非生物脅迫的植物中ROS過度積累也起到了非常重要的保護作用。

除此之外，還可以在觀賞性植物體中過表達滲透調節物質合成相關生物代謝路徑中關鍵酶基因，通過這種方法來提高滲透物質的積累數量，從而來調控和改良植物的抗寒能力。如，在煙草的體中存在著超量表達的PtrA/NINV基因，在假儉草中超量表達的百慕大CdSAMDC1基因，將兩者基因組合之后所得到的轉基因植株具有更高的抗寒性能，該試驗結果也再次表明了，若在觀賞性植物中具有超量表達棉子糖合成酶、參與多胺生物合成酶以及不可逆的水解蔗糖酶等物質都能夠有效地提升觀賞性植物的抗寒能力。該研究結果也為觀賞植物抗寒性能的提升與改良提供了技術方面的支持。

4 結語

由于我國生物基因工程的發展與進步，通過基因工程的相關技術手段來改良觀賞性植物的抗寒性能已經具備了現實可能性。在目前的實踐領域中，通常還是采用傳統的農作物培育手段、外源性物質調節手段以及基因組的改良手段，但是隨著科學技術的不斷進步，轉錄組、代謝組等表達分析技術已經相對比較完善，在這樣的技術背景下，科學研究人員已經從現有的植物體內獲得了大量的抗寒性基因，這為提升觀賞性植物抗寒性能提供了技術方面的可能性，但是從整體應用效果來看，基因工程的應用還存在著一定的不足之處，在未來的研究過程中仍然需要不斷地探索與實踐，從而研究出更好的觀賞性植物抗寒性改良技術。