低溫對兩種彩葉玉簪抗寒生理指標的影響

趙歡蕊，王愛文，劉 娟，羅彩云，王曉榮

（榆林學院生命科學學院，陜西 榆林 719000）

玉簪（Hosta）為百合科（Liliaceae）多年生宿根草本植物，葉色和葉形多變，花葉共賞，觀賞價值優良，性耐寒、喜陰、忌強光，抗逆性強，是極具發展前景的園林地被植物［1，2］。適應性極強，全國各地均可栽培，以吉林、遼寧、陜西、江蘇和湖北等地資源最豐富［3］。據不完全統計，目前國際登錄的玉簪品種已超6 000 個，種質資源極多。榆林地處陜西北部，冬季嚴寒，園林地被植物資源相對匱乏，草坪需水量大，管護成本高，近年來利用抗性優良的地被植物替代部分草坪草覆蓋地面成為一種趨勢，玉簪就是其中一種重要的植物。但是經過數年的發展，榆林市園林綠化中使用的玉簪品種仍然只有傳統的紫萼玉簪（Hosta ventricosa）和白玉簪（Hosta plantaginea），品種稀少，無法滿足園林景觀多樣化需求，所以引種馴化并研究彩葉玉簪新品種對豐富陜北地區及至北方其他地區的園林植物資源具有重要意義。

近年來，中國多地相繼從生物學特性、抗寒性及推廣應用等方面開展了相關研究。劉東煥等［4］選取了50 個玉簪代表品種，建立評價標準并打分評價，優選出26 個品種，在北京植物園示范應用。瞿小杰等［5］對長春地區7 種玉簪進行物候期觀測，掌握了生長發育規律。張瑞麟等［6］報道了玉簪、紫萼玉簪、東北玉簪和白粉玉簪在烏魯木齊地區的生長狀況和適應性。高志慧等［7，8］對金標、金冠、山中脊、白花和東北玉簪5 個品種進行了多方面研究，結果表明5 種玉簪在哈爾濱當地可正常生長發育，但需采取防寒措施越冬，以金標表現最好，通過生理指標測定，認為東北玉簪最耐寒，半致死溫度達-27.71 ℃。許怡玲等［9］以根系為材料，對11 種玉簪進行低溫脅迫處理，測定了SS、MDA、Pro 等生理指標，最終確定了3種抗寒性最強的品種。莊倩倩等［10］采用人工低溫及自然降溫2 種方法對紫萼玉簪根系進行抗寒對比試驗，研究認為SS 含量變化相同，但MDA 和SOD 變化有所不同，地溫2～3 ℃紫萼玉簪根系基本進入休眠。低溫一直是北方園林植物引種及推廣的主要限制因素，上述研究結果表明玉簪耐寒性極強，可在北方嚴寒地區進一步推廣，因此陜北地區引種玉簪具有可靠的科學依據，但截至目前陜北地區在玉簪方面的研究尚屬空白。為此，本研究以2 種彩葉玉簪為供試材料，為了研究其抗寒性，在人工模擬低溫條件下分析了5 個抗寒生理指標的變化規律，以期為玉簪新品種的進一步研究和推廣應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為2016 年5 月引自北京植物園的黃邊高叢（Hosta‘aureomarginata’和白波美邊（Hosta‘al+bomarginata’）2 個彩葉玉簪品種，均定植于國家林業局榆林荒漠生態站，經過4 年的大田觀測，可在榆林地區安全越冬。

1.2 材料處理

試驗開始于2018 年10 月下旬，從試驗大田隨機挖取若干2 種玉簪的植株，只留根系，用自來水沖洗3～4 遍，處理干凈的玉簪根系用潮濕的紗布包好后放在密封袋內，存于4 ℃冰箱。隨后對試驗材料分別進行 0、-5、-10、-15、-20、-25、-30、-35 ℃ 8 個不同梯度的人工低溫脅迫處理。降溫速度為2.5 ℃/h，每個梯度持續處理12 h 后，再以2.5 ℃/h 的速度升溫至0 ℃，然后進行抗寒生理指標測定，重復3 次，以0 ℃值為參考。

1.3 指標測定

參考文獻［11］進行可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量以及POD、SOD 活性的測定。

2 結果與分析

2.1 不同低溫脅迫對丙二醛含量的影響

圖1 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的MDA 含量均呈“升—降”的變化規律。2 個品種的MDA 含量在0～-25 ℃逐漸增大，在-25～-35 ℃下降，0～-10 ℃上升略快，-10～-25 ℃上升平緩。至-25 ℃時2 個品種的MDA 含量均達最高值，黃邊高叢和白波美邊的峰值分別為7.915、8.037 μmol/g，與對照相比增幅不大。溫度降至-35 ℃，2 個品種的MDA 含量略高于0 ℃對照值。MDA 含量總體為黃邊高叢低于白波美邊。

圖1 不同低溫脅迫對丙二醛含量的影響

2.2 不同低溫脅迫對POD 活性的影響

圖2 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的POD 活性均呈“升—降”的變化規律。2 個品種的POD 活性在 0～-20 ℃一直為上升趨勢，在 0～-10 ℃上升很緩，在-10～-20 ℃急速升高。至-20 ℃黃邊高叢和白波美邊的POD 活性均達最高值，對應的峰值分別為15.745、13.786 U/gFW，較對照增加了200%以上，增幅較大。以-20 ℃為分界點，溫度低于-20 ℃后 2 種玉簪的 POD 活性急速降低，至-35 ℃時，2 個品種的 POD 活性接近 0 ℃水平。POD 活性總體為黃邊高叢高于白波美邊。

2.3 不同低溫脅迫對SOD 活性的影響

圖3 表明，隨著處理溫度的逐漸降低，2 種玉簪的SOD 活性均呈“升—降”的變化規律。2 個品種的SOD 活性在0～-5 ℃略有上升。黃邊高叢在-5 ℃至-20 ℃時SOD 活性增加明顯，至-20 ℃時達到峰值1.114 U/gFW，以-20 ℃為分界點，之后的 SOD 活性下降較快。白波美邊的SOD 活性在-5～-10 ℃上升較快，在-10～-15 ℃趨于平穩，至-15 ℃活性最強，為1.031 U/gFW，在-15～-35 ℃下降較快。二者的峰值較對照增加了 1.0～1.5 倍，至-35 ℃時 2 個品種的SOD 活性均低于0℃對照水平。SOD 活性總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖3 不同低溫脅迫對SOD 活性的影響

2.4 不同低溫脅迫對可溶性糖含量的影響

圖4 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的SS 含量均呈“升—降”的總體變化規律。在0～-20 ℃2 個品種的SS 含量均逐漸上升，差異不明顯，從-20～-35 ℃，2 個品種的 SS 含量變化有所差異。白波美邊的 SS 含量在-20 ℃達最高值 2.631 μg/g，以-20 ℃為分界點，之后SS 含量開始逐漸下降；黃邊高叢的 SS 含量在-30 ℃達最高值 2.934 μg/g，-30 ℃之后開始下降；二者的峰值較對照增加了60%以上，增幅明顯。至-35 ℃時，黃邊高叢的SS 含量明顯高于0 ℃對照，白波美邊略高于0 ℃對照。SS 含量總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖4 不同低溫脅迫對可溶性糖含量的影響

2.5 不同低溫脅迫對脯氨酸含量的影響

圖5 表明，隨著處理溫度的逐漸降低，2 種玉簪品種Pro 含量均呈“升—降”的變化規律。2 個品種的Pro 含量在0～-15 ℃緩慢上升，在-15～-25 ℃上升略快，至-25 ℃均達最高值，黃邊高叢為70.834 μg/g，白波美邊為70.382 μg/g，與0 ℃對照相比有所增加。以-25 ℃為分界點，2 種玉簪之后的Pro 含量下降較快，至-35 ℃黃邊高叢的Pro 含量略高于0 ℃對照值，白波美邊略低于0 ℃對照值。Pro 含量總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖5 不同低溫脅迫對脯氨酸含量的影響

3 小結與討論

低溫脅迫導致植物發生一系列生理生化反應，膜質過氧化物、抗氧化酶活性和滲透調節物質含量都有所變化，因此 MDA、SS 和 Pro 含量及 SOD、POD活性是植物抗寒性分析的幾項重要指標［12］。

正常條件下，植物的MDA 含量很低，在寒冷等逆境條件下，活性氧類物質大量積累，導致膜脂過氧化，使植物產生有害產物MDA，抑制保護酶活性，導致膜脂過氧化加劇，破壞細胞膜結構，因此MDA 含量越高，植物抗寒性越弱［12，13］。本研究表明，隨著溫度下降，2 種玉簪的MDA 含量先緩慢上升再逐漸下降，其結果與高志慧［8］報道的5 種玉簪一致。在低溫脅迫初期，玉簪根系活性氧代謝的平衡被破壞，生成了一定量的MDA，因此MDA 含量有所上升，但峰值的增幅在35%左右，幅度不大，尤其在-20～-25 ℃時，MDA 含量平穩，顯示出了較強的抗寒性。-25 ℃后MDA 含量持續降低，結合其他4 項指標的變化，綜合分析認為可能是因為膜脂過氧化程度加深，根系有一定程度凍害導致的。雖然2 個品種MDA 含量差異不大，但黃邊高叢總體的MDA 含量均小于白波美邊，為相對耐寒品種。

低溫脅迫時，植物體內的滲透調節物質含量隨之提高，以維持細胞膜正常的滲透調節功能，增強植物體緩解和抵御寒害的能力［14］。SS 和 Pro 是 2 種主要的滲透調節物質，與植物的抗寒性密切相關，其含量越高，抗寒性越強［15］。本試驗中，2 個玉簪品種的SS 和Pro 含量隨著溫度的逐漸降低均呈現先升后降的總體變化規律，與賈祥［16］的抗寒性研究結果一致。降溫初期SS 和Pro 含量逐漸增加，增加了玉簪體內的原生質濃度，細胞內含物冰點降低，維持了根系內較強的滲透能力，提高了植物適應低溫的能力，這是玉簪根系為了適應低溫脅迫做出的正常御寒反應。但隨著處理溫度持續降低，細胞結構會有一定程度損傷，酶的活性逐步喪失，導致SS 和Pro 被大量消耗，積累逐漸減少，因而降溫后期呈下降趨勢。

低溫脅迫下，SOD 和POD 是植物酶促防御體系中2 種重要的保護酶，可以消除過剩的活性氧自由基對生物體的毒害，防止膜脂過氧化，在提高植物的抗性方面發揮著關鍵作用［17，18］。本試驗中，2 個玉簪品種的SOD 和POD 活性均呈“升—降”的變化規律，與楊克彬等［14］對切花紅掌抗寒性的研究結果一致。低溫脅迫初期，植物遇到逆境時，SOD 和POD 活性增強開始發揮清除活性氧自由基的作用，抵抗有害物質，提高了植物的抗寒性。但隨著玉簪根系繼續受到低溫脅迫，氧化脅迫進一步加劇，抗氧化酶與活性氧自由基的動態平衡被打破，因此降溫后期SOD和POD 活性開始逐漸下降。馬娟娟等［19］研究認為氧化酶對活性氧的清除有溫度效應，溫度稍高時SOD 和POD 活性較高，溫度較低時CAT 活性較強，因而不能以SOD 和POD 活性下降完全判斷該植物抗寒性是否變弱。由此可見，植物御寒的保護酶變化是一個較為復雜的過程。

本研究在人工低溫脅迫條件下，對黃邊高叢和白波美邊2 個彩葉玉簪品種的根系進行了從0～-35 ℃的抗寒試驗，采用了5 個抗寒生理指標進行對比分析，旨在更加準確地分析這2 個品種的抗寒性差異。結果表明，黃邊高叢較白波美邊的SS、Pro 含量及 SOD、POD 活性高，而MDA 含量低，說明二者的抗寒性存在一定差異，黃邊高叢為相對耐寒品種。另外，2 個品種5 項指標峰值到達的溫度不同，MDA 和 Pro 含量的峰值均出現在-25 ℃，POD 活性的峰值均出現在-20 ℃，2 個品種在這3 項指標上的總體差異不是特別大。SS 含量和SOD 活性有所差異，黃邊高叢的峰值分別出現在-30、-20 ℃，白波美邊的峰值分別出現在-20、-15 ℃，在這2 項指標上黃邊高叢顯示出了較高的抗寒性。因此，植物的抗寒性鑒定一定要結合多項指標綜合判定。

據榆林氣象局官方公布數字顯示，榆林市近3年在2018 年曾出現過最低氣溫-23 ℃，而2 個品種在2019 年越冬后的田間生長仍然較好。綜合上述結果，本研究認為2 種供試玉簪至少可耐受-20 ℃的低溫，甚至短暫的極限低溫，均具有較好的抗寒性，相較而言，黃邊高叢玉簪的抗寒性更強。因此這2個玉簪品種均適合在榆林市乃至北方大多數地區的園林綠化中推廣應用，本研究為玉簪的進一步研究和實際應用提供了參考。