自然低溫下7 種熱帶睡蓮的耐寒性評價

程 哲，王彥杰，呂存紅，金奇江，楊梅花，王雪蓮，葉春秀，徐迎春*

（1.南京農業大學 園藝學院/農業農村部景觀農業重點實驗室/農業農村部花卉生物學與種質創制重點實驗室/國家林業與草原局華東地區花卉生物學重點實驗室，江蘇 南京 210095；2.三亞南京農業大學研究院，海南 三亞 572025；3.浙江偉達園林工程有限公司，浙江 杭州 311201；4.石河子大學 農學院，新疆 石河子 832099；5.新疆農業大學 林學院，新疆 烏魯木齊 830052）

睡蓮屬植物按生態類型可分為耐寒睡蓮和熱帶睡蓮，其中熱帶睡蓮是廣泛分布于熱帶地區的睡蓮屬植物類群的統稱。熱帶睡蓮的花期較長，只要溫度合適可一直開花，無明顯的休眠特性；其花朵碩大，花梗可挺出水面，適合用作切花；花色艷麗、豐富，具有耐寒睡蓮所不具備的藍與藍紫色系［1-2］，觀賞價值極高。不少熱帶睡蓮品種的花具有香味，沁人心脾，深受大眾喜愛；同時，熱帶睡蓮的花還可用于提取精油、泡茶飲用，其葉片提取的類黃酮具有抑菌功效［3］。但熱帶睡蓮在我國南嶺以北地區自然越冬較為困難，需要在溫室內加以保護越冬，這大大限制了其推廣應用。

隨著近年來園林綠化產業對耐寒觀賞植物的需求日益增長，耐寒性強弱成為園林植物配置中重要的指標。但關于熱帶睡蓮的耐寒性研究僅有少量報道［4-6］，缺乏系統評價，尤其未見自然低溫下熱帶睡蓮品種間耐寒性的研究。

因此，本研究以杭州蕭山地區種植的7種熱帶睡蓮為試材，通過觀測自然低溫下不同品種植株的冷脅迫指數、落葉率、落花率及葉色變化等指標，對品種間的耐寒性進行比較，以期篩選出耐寒性強的熱帶睡蓮品種作為優良親本用于耐寒性育種，同時指導企業按照熱帶睡蓮的不同耐寒等級有依據地規劃出引種范圍，降低生產試錯投入成本，擴大熱帶睡蓮種植區域。此外，也為進一步解析高耐寒型熱帶睡蓮的耐寒機理奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗地點位于浙江杭州蕭山區義橋鎮浙江偉達園林工程公司的水生植物基地，地處亞熱帶季風氣候區，全年平均氣溫為16.1 ℃，平均相對濕度為70.3%［7］，冬季平均氣溫3.8 ℃。

1.2 試驗材料

供試材料為7種熱帶睡蓮的成品開花苗（表1），分別為：埃及白、伊斯蘭達、甘娜、蒂娜、藍女神、黑美人、魯比，盆栽種植，并沉盆于露天池塘中。每個品種觀測3盆。觀測時間從2019年10月底至12月初。

表1 供試熱帶睡蓮品種

1.3 觀測內容與方法

記錄觀測地每日最高以及最低溫度，直至觀測結束，將氣溫數據繪制成圖并定期記錄各品種的熱帶睡蓮葉片冷害脅迫指數、落葉率、落花率及葉片中綠黃紅面積比。

1.3.1 冷害脅迫指數的計算 植株的葉片冷害指數＝∑（級數×葉片數）/（最高級數×總葉片數）。每個品種3個重復，取均值。

冷害脅迫分級依據李心［8］、張瑋［9］等在紅掌、木薯耐寒性研究中使用的分級標準，并結合實際觀測進行了改良（表2）。相對凍傷面積的計算采用崔華威等［10］的方法。

表2 熱帶睡蓮葉片冷害分級

1.3.2 葉片綠黃紅占比的計算 使用PS CC2016魔棒工具對觀測期間照片進行處理，選取肉眼觀測黃色、綠色及紅色區域（包含紫紅），直方圖計算像素點，用各顏色像素點之比代表各區域顏色占比。每個品種取其3次重復的平均值。

1.3.3 葉色色卡的制作 打開PS工具按照照片顏色表普及排序，挑選出排名靠前的3種色塊代表該時期熱帶睡蓮葉色的顏色，繪制成色卡。

1.4 數據處理

用Excel 2016軟件對試驗數據進行處理，并用SPSS 19.0、Origin 2016軟件對試驗數據進行分析及繪制圖表，使用PS CC 2016軟件計算熱帶睡蓮葉片凍傷相對面積比、紅綠黃占比以及色卡制作。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化

由圖1可以看出，在觀測期間，氣溫不同程度地下降了6次，其中12月3日下降的溫度達到最低，為3.2 ℃；11月7日至11月9日氣溫下降幅度最大，達到了57.23%。考慮到觀測期間有溫度持續回升時期，所以選取4個特殊階段：11月4～9日（初次大幅度降溫的時期）、11月14～19日、11月19～21日（時間持續最久，為3 d）及12月3日（溫度降至最低時）重點分析不同睡蓮品種的耐寒反應。

圖1 2019年10月30日至12月3日杭州市氣溫的日變化趨勢

2.2 自然低溫下熱帶睡蓮葉片形態的變化

在觀測的1個月時間內，7種熱帶睡蓮的冷害指數（圖2）、落葉率（圖3）均有所升高。觀測結束時，冷害指數超0.2的品種已過半數，與其他品種存在顯著性差異，耐寒性能較差；落葉率大于40%的有2種，受低溫脅迫嚴重。

從冷害脅迫指數來看（圖2），觀測初始，除藍女神外，其余品種的冷害指數均在0～0.1范圍內，起始水平相對一致。埃及白在觀測期間一直保持著低水平，截至結束，與冷害脅迫指數高水平品種存在顯著性差異，推測其耐寒性較佳。伊斯蘭達與甘娜在經歷了2次降溫的觀測前期與推測耐寒性較好的埃及白在冷害指數的數值上不存在明顯區別，觀測后期的數值激增并一直保持高水平，對于低溫有一定的耐受性，葉片對環境變化反應存在滯后。蒂娜初降溫結束時增長幅度達到了105.49%，脅迫損傷急速惡化，推測面對低溫的應變能力較差，如圖2所示，后續冷害指數持續走低應該是以落葉的形式減緩低溫傷害。黑美人冷害指數總體水平不高，在達到最大值（0.145）后，降溫冷害數值偏低，推測是經歷了幾次降溫后得到一定程度的抗凍鍛煉，對低溫的適應性有所提升。藍女神冷害指數持續增長，與當時冷害指數最小即受冷害程度最輕的埃及白存在顯著性差異，低溫影響加深，推測其對低溫的抵抗力較弱，達到最高值（0.215）后也維持著高水平。魯比與黑美人葉片形態變化類似，在觀測截止時冷害指數攀升，上漲152%，可能是遭遇了超越抗寒能力的脅迫，耐寒耐受溫度可能在此范圍內。

圖2 不同時期各品種熱帶睡蓮冷害指數的變化（均值±SEM）

從落葉率來看（圖3），埃及白連續幾次不同程度的降溫依然能維持葉片的正常生長，幾乎未受到影響，表現為耐寒性較強。而伊斯蘭達的落葉率在觀測期間一直保持著較高水平，觀測中期數值趨于平緩，可能是由于抗凍鍛煉，但在持續降溫后平衡被打破，落葉率飆升與其他品種差異顯著，耐寒性較差。甘娜在初次降溫時落葉率上升幅度超過250%，后期變化幅度平穩且數值水平也基本穩定，表明該品種對低溫的響應快，能迅速地維持環境脅迫下的機體平衡，保證植物正常生理活動，耐寒性較好。蒂娜在觀測期間落葉率持續增長，至12月3日落葉率已達41.50%，與埃及白差異明顯，推測耐寒性較差。黑美人落葉率在觀測期間呈現出先上升后下降的趨勢，落葉數的下降表明該品種應對環境脅迫的損傷恢復能力強，能保證葉片正常生長，耐寒性較強。藍女神與之類似，但是恢復程度不及黑美人，耐寒性也遜于該品種。魯比的落葉率隨著降溫進程的推移而逐步平穩上升，截至觀測結束，數值保持較低水平，與最低值（0.91%）無顯著差異，推測耐寒性能尚可。

圖3 不同時期各品種熱帶睡蓮落葉率的變化（均值±SEM）

從葉片形態指標的綜合分析來看，埃及白的耐寒性最好，在經歷幾次降溫后，冷害脅迫指數（0.125）與落葉率（0.91%）均為末位，且觀測期間2類數值變化小，受低溫損傷較小，葉片狀態較為穩定。低溫下黑美人相關測定指標數值雖高于埃及白，但是冷害脅迫指數與除埃及白、蒂娜以外的品種存在顯著性差異，落葉率（27.78%）也為7個品種中的較低值，此外，冷害脅迫指數、落葉率從觀測開始至結束時的變化幅度分別為112%、162%，與其他品種相比較，變化不明顯，故黑美人耐寒性次之。甘娜、魯比、藍女神3個品種冷害脅迫指數及落葉率數值接近無顯著差異，大于埃及白、黑美人數值，推測三者耐寒性應低于上述2個品種。而甘娜面對降溫損傷恢復能力較強，耐寒性應強于其他2個品種。蒂娜冷害脅迫指數雖然較低，但是落葉率（41.50%）居于前列，且與推測耐寒性最強的埃及白存在顯著性差異，至觀測結束，數值變化近5倍，耐寒性次于上述品種。最后，伊斯蘭達2種形態指標的數值均為7個品種中的最大值，耐寒性較差。基于葉片相關形態指標，得出初步耐寒性排序：埃及白＞黑美人＞甘娜＞魯比、藍女神＞蒂娜＞伊斯蘭達。

2.3 自然低溫下熱帶睡蓮葉色的變化

低溫下葉色發生變化是植物抵御低溫的應激反應，一定程度上能反映葉片的冷害程度。在觀測期間，7種熱帶睡蓮葉片變化程度各異（表3、圖4）。幾次降溫后除甘娜以外的6種熱帶睡蓮葉片的主體色系仍能保持綠色，其中埃及白綠色占比最大，變黃或者變紅的比例最低，葉片受低溫影響小，耐寒性強。伊斯蘭達在觀測期間葉片變黃的程度較淺，與觀測初始相比無明顯變化，有略微變紅現象，葉色較為穩定，推測其耐受低溫強度尚可。甘娜在7個品種中的葉色變化最大，葉表面的顏色大面積變紅，如圖5所示，變紅的區域隨著降溫進程的推移而逐漸擴展，葉片受低溫影響嚴重。蒂娜葉色變化明顯，特別是綠色區域，與初始相差1倍，觀測期間有變紅現象，推測有花色素苷參與其中，耐寒性較差。黑美人葉色變化大，變紅區域逐漸擴展，受低溫影響較大。藍女神觀測期間葉色的變化小，但變紅、變黃現象均有發生。魯比黃色占比上漲，略有變紅，低溫對其葉色有一定的影響。

圖4 杭州熱帶睡蓮受冷害情況

圖5 不同時期下各品種熱帶睡蓮的葉色變化

表3 不同時期各品種熱帶睡蓮葉片綠、黃、紅顏色占比

2.4 自然低溫下熱帶睡蓮開花的變化

從7種熱帶睡蓮的落花率調查結果可以看出（圖6），除埃及白外，其余6個品種落花率均有大幅度上升，最大值超50%。伊斯蘭達的落花率先升后降，這表明在降溫條件下仍有花朵生成，耐寒性較強。甘娜的落花率數值較為平穩，變化幅度小，受溫度影響小，耐寒性較佳。蒂娜的落花率在觀測期間一直處于高水平，且觀測截止時落花率數值最高，耐寒性較差。黑美人的初始值較高，但在接連幾次降溫時數值穩定，上升幅度1倍左右，耐寒性較強。藍女神雖在降溫期間也有花苞生成，但總體數值偏高，耐寒性較差。魯比的落花率整體數值偏高，但低于藍女神，耐寒性則要高于該品種。基于落花率數據，推測耐寒性強弱，其大小依次為埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯蘭達＞魯比＞蒂娜、藍女神。埃及白在觀測期間沒有開花而未在表格中標注。

圖6 不同時期各品種熱帶睡蓮落花率的變化（均值±SEM）

3 討論

3.1 自然低溫下熱帶睡蓮表型變化

由野外實際觀測可以發現，在低溫環境下熱帶睡蓮的形態及葉色均發生了變化。首先，在形態方面，葉片直接表現為變薄、萎蔫彎曲、出現斑點、局部壞死、脫落。葉片變薄是由于低溫可促使植物表皮角質層變薄，同時表皮附近細胞的細胞壁分離導致其趨于扁平［11］。而葉彎曲則是低溫對細胞膜的損傷而造成吸水困難的主動適應［12］。不僅如此，低溫也會損壞葉片的表皮細胞，使植物組織下陷形成斑點，降低對病菌的抵抗力，易被感染，導致葉片局部壞死［13］。葉片脫落是植物采取的最后的自保措施，通過減少養分的流失，將營養物質鎖定在地下組織以增強耐寒性［14］。另外，由于熱帶睡蓮的花梗較長，可以伸出水面，和其葉片一樣與外界環境直接接觸，對氣溫的變化敏感，可以靈敏地反映其健康狀態。在低溫條件下會出現僵花僵蕾現象。

其次，低溫環境下其葉色也會發生變化。植物的葉色會受到遺傳、體內色素占比以及外界環境的干預［15］。在低溫脅迫條件下，熱帶睡蓮體內色素之一的葉綠素含量下降，其葉綠素合成酶活性降低，葉綠素產出受阻，導致葉綠素整體含量下降，在植物體內占比減小，呈現出葉片發黃的癥狀。值得一提的是熱帶睡蓮受到冷害時不僅僅會出現黃化的癥狀，有些品種的葉片還會變為紫紅色，如甘娜和黑美人。多項研究表明，該現象的產生可能有花青素苷參與其中［16-17］。推測低溫環境中熱帶睡蓮水解反應加劇，更多的淀粉分解為可溶性糖，作為花青素苷合成信號的可溶性糖啟動了該反應［18］，積累的可溶性糖被轉化為花青素苷，加之葉綠素被降解，花青素苷占比增加，使葉片由綠變紅，且低溫對花青素的留存有增益作用［19］，所以在該條件下能維持葉色的穩定。有研究表明：葉色之所以變紅一方面是由于花青素苷能在低溫環境中將光能轉化為熱能提升葉溫，促進新陳代謝［20］；還能遮擋部分強光，減輕光合作用附帶的氧化傷害，加強營養回流［21］的作用；另一方面是利用警戒色以防蚜蟲產卵取食［22］。總的來說，葉片變紅可能是熱帶睡蓮在不利環境下的一種求生策略。此外，該現象不排除有礦質元素氮、磷［23］等參與的可能性。

3.2 7種熱帶睡蓮耐寒性排序

綜合葉花以及葉色數據來看，耐寒性最強的為埃及白，各項數值均為低水平，各器官受環境脅迫影響小，抵抗低溫能力強。其次為黑美人，雖各項數值高于埃及白，但是與其他品種相比還屬于低水平，低溫下葉色變化明顯，花朵對于低溫敏感性要高于葉片，耐寒性次于埃及白。甘娜葉片在脅迫條件下恢復迅速，且落花率在觀測期間較為平穩，數值偏低，但觀測起始至結束時葉色差異過大，耐寒性要遜色于上述2個品種。魯比與伊斯蘭達耐寒性較為接近，伊斯蘭達雖然冷害指數以及落葉率均處于前列，但是落花率較為穩定，在降溫時還能進行正常生理活動；而魯比的落葉率、冷害指數優于伊斯蘭達，但落花率數值偏高，難以判斷2個品種耐寒性強弱。藍女神不耐寒，低溫下花、葉相關數值高水平，且恢復能力差，受到傷害幾乎不可逆。蒂娜與上述品種情況類似，但是各項數值水平要高于藍女神。故得出耐寒性最終排序:埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯蘭達、魯比＞藍女神＞蒂娜。值得一提的是，試驗結果表明：伊斯蘭達的耐寒性并不理想，這與吉琴［6］在熱帶睡蓮耐寒性分析中的試驗結果相悖，推斷可能是由于選取的伊斯蘭達此時正處于生長期，幼嫩葉片較多，而對溫度的抵抗力比成熟葉片要弱一點，對低溫極度敏感，所以在遭遇低溫時便會大量脫落，而藍女神均為成熟葉片，相較伊斯蘭達而言具有更強的抵抗力，所以葉片脫落較少［24-30］。有關伊斯蘭達的耐寒性問題可能還要進行后續試驗來具體分析。此外，伊斯蘭達的落花率是所有觀測品種中最低的，這可能是因為低溫環境下，花梗生長緩慢，花苞處在比熱容小的水中，溫度變化小，所以得以正常存活。該品種具有很好的豐花性，適合應用于北方地區的水體造景。

4 結論

本研究按照野外低溫觀測實際情況將熱帶睡蓮冷害癥狀進行分級，規范化了評判標準，并計算其葉片冷害指數，加上落葉率，葉色變化以及落花率等作為評價耐寒性的代表指標，并從葉、花2種器官狀態綜合分析，得出耐寒性由大到小排序為：埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯蘭達、魯比＞藍女神＞蒂娜。此外，采用量化指標來描述熱帶睡蓮的葉色變化，準確規范，減少了調查誤差。但試驗還未涉及熱帶睡蓮葉片變紅的內在機理，有待后續試驗再進行研究和分析。