16個地被菊品種的苗期抗寒性評價

韋淋馨，何立飛，張鈺晗，李慶衛

（1.北京林業大學 園林學院，北京 100083；2.北京市花木有限公司，北京 101309）

地被菊（Chrysanthemummorifolium）為菊科菊屬多年生宿根草本花卉，是已故陳俊愉院士及其課題組利用原產我國的優良野生菊花資源反復雜交選育而誕生的具有園林應用價值的菊花新品種[1]，適于各類綠地，是優良的地被植物。

地被菊具有較強的抗寒能力，至少可耐約-15℃的低溫，一般品種可耐-20~-30℃的低溫，少數品種可耐-35~-40℃的低溫。地被菊在三北地區進行推廣使用時，抗寒性是最為關鍵的因素。近年來，有學者在地被菊抗寒性方面進行了一定的研究，徐基艷等[2]在沈陽地區通過測定5個地被菊品系在自然低溫條件下的各項生理指標，結果發現地被菊SOD酶活性隨著溫度的降低呈先升后降的趨勢，可溶性蛋白含量、MDA含量和游離脯氨酸含量隨著溫度的降低呈總體增加的趨勢；白永霞等[3]通過對‘紫勛章’在北京冬季自然低溫條件下的觀測，結果發現地被菊葉片和腳芽的SOD和CAT酶活性呈先升后降的趨勢，POD活性呈先降后升的狀態，葉片的可溶性糖隨著溫度的降低而顯著增加，脯氨酸含量和可溶性蛋白總體呈下降趨勢，可溶性糖含量顯著增加，腳芽和根的膜透性則呈現先升后降的趨勢；李曉偉等[4]對地被菊‘晚粉’腳芽在不同的冷藏溫度和冷藏時間進行處理，結果表明冷藏溫度為4℃時的腳芽生根率、平均生根數、平均最長根長最優，冷藏最長時間為4周。目前對于地被菊苗期抗寒性研究較少，本研究以16個地被菊良種為研究對象，于苗期對其進行低溫脅迫后測定葉片相對電導率、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量，計算苗期半致死溫度，并對地被菊的抗寒指標進行綜合評價，得到16個品種的抗寒性排序，從而給地被菊的推廣應用提供品種選擇的依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料于北京林業大學梅菊圃與大興地被菊資源基地采集。選取16個生長良好、往年記錄抗寒性優良的地被菊品種（表1）于2020年8月初扦插，進行日常田間管理。

表1 參試地被菊品種田間性狀觀察統計

1.2 材料采集及處理

材料于11月13日采集進行低溫脅迫梯度處理。參照陳煜[5]的方法，對葉片處理方式和提浸時間稍加修改。2020年11月13日采集參試的16個供試品種的植株中上部健康葉片約12 g，使用自來水沖洗干凈，再用去離子水漂洗至少2次，在濾紙上吸干。將葉片分為6份，每份約2 g，為防止葉片失水，用濕紗布包好置于試管中，放置于4℃冰箱中過夜。次日在附有自動溫控儀的臥式透明冰柜中進行低溫處理。處理溫度梯度設置為0、-4、-8、-12、-16、-20℃。供試材料在各溫度下處理2 h，再勻速降溫1 h，直到所有葉片處理完成。

1.3 生理指標測定

本試驗采用電導儀測定葉片相對電導率；參照李合生[6]試驗指導，采用氮藍四唑（NBT）比色法測定SOD活性；使用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定MDA含量。

2 結果與分析

2.1 不同時間低溫處理下葉片相對電導率的變化

根據16個地被菊品種葉片在不同溫度處理下測得的相對電導率，使用Logistic方程進行擬合，求得各地被菊品種半致死溫度（LT50）（表2）。對16個品種進行Logistic方程計算，并繪制4個品種的擬合曲線（圖1）。試驗結果表明，參試品種的相對電導率隨溫度的下降而上升，呈現明顯的S型曲線，圖中5個點對應的處理溫度分別為0、-4、-8、-12、-16、-20℃。電解質滲出速率由慢到快，之后趨于穩定。S型曲線的拐點處理溫度即為地被菊各品種的半致死溫度。

圖1 4個地被菊地被菊品種相對電導率隨溫度變化的Logitic曲線

表2 16個地被菊品種相對電導率回歸方程及半致死溫度（LT50）

2.2 不同時間低溫處理下葉片SOD活性的變化

不同低溫處理后，各地被菊品種葉片SOD活性的影響見圖2。大部分地被菊品種在0℃的條件下SOD含量相差不大，但是經過低溫脅迫處理后，SOD活性出現了3種不同的變化情況。品種‘1902’、‘1903’、‘橙黃金’、‘毛香玉’、‘中秋白’、‘重陽紅’和‘醉繡球’的SOD活性隨著溫度的降低呈降低狀態；品種‘繁白露’、‘金乳荷’、‘金銀菊’、‘美矮粉’、‘灑金紅’和‘中秋紅’的SOD活性隨著溫度的降低呈先升后降的趨勢；品種‘成雙’、‘新玉’和‘紫堇早’的SOD活性隨著溫度的降低呈現“升—降—升”的變化情況。

圖2 16個地被菊地被菊品種葉片SOD活性隨溫度變化的曲線

將各溫度梯度下測得的SOD活性變化率與抗寒性進行相關性分析，可得結果見表3。相關分析表明，6個溫度處理下SOD活性的變化率與抗寒性指標的相關程度在-16~-20℃之間SOD活性相關系數較大，相關系數為0.209，但未達到顯著水平，而-8~-12℃和-12~-16℃之間兩者相關性呈顯著水平。這說明地被菊SOD活性與抗寒性的關系在溫度更低的情況下表現更為明顯。抗寒性較好的品種在降溫中期SOD活性下降較快，當溫度繼續降低時，抗寒性強的品種又展現出較強的抵抗能力。

表3 SOD活性變化率與抗寒性的相關分析

2.3 不同時間低溫處理下葉片MDA含量的變化

不同低溫脅迫處理后各品種葉片MDA含量的測定結果見圖3。16個地被菊品種在低溫脅迫下MDA含量的變化規律基本一致，呈現先降低后升高的趨勢。8個品種在-12℃時MDA濃度最低，8個品種在-16℃時MDA濃度最低。

圖3 16個地被菊地被菊品種葉片MDA活性隨溫度變化的曲線

將各溫度梯度下測得的地被菊葉片MDA含量的變化率與抗寒性進行相關性分析，可得結果見表4。相關分析表明，在6個低溫脅迫處理中，-16~-20℃之間的MDA變化率與抗寒性指標相關系數為最高，達到0.410。其余低溫脅迫條件下測定的MDA含量變化率與抗寒性指標相關系數均比較低。由此初步推斷，地被菊MDA含量與抗寒性的關系在溫度更低的時候表現更為顯著。原因可能是在-16~-20℃處理下已經對植物造成較大傷害，使得MDA含量上升。

表4 MDA含量變化率與抗寒性的相關分析

將16個品種的MDA含量變化率與抗寒指標進行聚類分析，當閾值取聚類距離2.418~6.369之間，可計算出各品種間的聚類距離（表5）。由表6可知，將16個品種分為4個抗寒類型：抗寒性極強，抗寒性較強，抗寒性較差和抗寒性差。‘毛香玉’為抗寒性極強的品種，‘重陽紅’、‘金銀菊’、‘成雙’、‘金乳荷’、‘新玉’、‘1902’、‘1903’、‘紫堇早’和‘橙黃金’為抗寒性較強的品種，‘灑金紅’、‘醉繡球’、‘中秋紅’、‘美矮粉’和‘繁白露’為抗寒性較差的品種，‘中秋白’為抗寒性差的品種。

表5 地被菊葉片MDA含量變化率與抗寒性聯合聚類分析

將聚類分析所得的抗寒類型與以-8~-12℃測定的MDA含量變化率的平均指標值進行比較，抗寒性強的品種在-8~-12℃的MDA含量降幅較小，抗寒性較差的品種在降溫前期降幅較大，達到更低溫度時，降幅已基本穩定。

2.4 地被菊苗期抗寒性評價

使用隸屬函數分析法[7]對地被菊苗期抗寒性進行綜合評價（表7）。通過隸屬函數分析，結果表明，16個地被菊品種中，苗期抗寒性順序為：‘毛香玉’＞‘重陽紅’＞‘成雙’＞‘中秋紅’＞‘金乳荷’＞‘新玉’＞‘金銀菊’＞‘橙黃金’＞‘1903’＞‘醉繡球’＞‘紫堇早’＞‘美矮粉’＞‘1902’＞‘繁白露’＞‘灑金紅’＞‘中秋白’。結合植物形態方面的觀測，‘毛香玉’與其他品種相比葉片正反面均勻密布了一層柔毛，且葉片較厚；‘重陽紅’和‘成雙’葉片相比其他品種厚度較厚。植物低溫下的指標與葉片的結構有著密切的聯系，葉肉發達程度越高，柵欄組織與海綿組織的比值越高，品種的耐寒能力越高[8]。

表7 16個地被菊品種抗寒性綜合評定指數與排序

3 討論與結論

3.1 不同地被菊品種的苗期半致死溫度

本研究在對地被菊葉片的相對電導率測定方法上進行Logistic方程擬合，通過求出S形曲線的拐點溫度能夠較為準確地估算出植物的半致死溫度[9]，初步評價了16個地被菊品種苗期的抗寒性，可初步推斷為‘毛香玉’抗寒能力最強。

由于材料營養生長時間較短，且植株未經歷低溫鍛煉，展現出的抗寒能力與前人對地被菊抗寒能力的研究存在差別。由于不同年齡階段耐寒性差異不同，地被菊苗期抗寒性較弱，正常越冬的扦插苗與春季繁殖的扦插苗抗寒表現要強于夏季的扦插苗。因此，在寒冷地區進行地被菊栽培時需要選擇合適的扦插時間，本研究中地被菊扦插時間較晚，但進入短日照環境后依然可以正常開花，開花并不整齊，所以扦插時間要早于8月份，以提高植株的抗寒性。在觀測時，筆者發現夏季扦插的地被菊扦插苗根系幼嫩且數量少，由此可知地被菊夏季扦插苗抗逆性較差。經過與王曉倩[10]的研究的對比和大田記錄的數據對比，筆者發現晚花品種抗寒性一般要強于早花品種，例如‘毛香玉’花期最晚，抗寒性最強。

3.2 不同時間低溫處理對葉片SOD活性的影響

低溫脅迫導致植物體內活性氧增加，分解消耗活性氧的能力下降，導致活性氧含量增高，當活性氧含量增多突破閾值時，膜系統將受到活性氧的攻擊而產生的損害，SOD是第一種清除活性氧的酶，通過SOD的參與以減緩低溫脅迫對生物膜的傷害。

本研究發現，隨著脅迫溫度的持續降低，SOD活性在不同品種間的變化差異較大，在0~8℃條件下，大部分品種SOD活性呈下降狀態，但在溫度繼續降低時SOD活性的總體趨勢為下降，但是抗寒性強的品種在低溫脅迫后期SOD活性下降趨勢要顯著低于抗寒性差的品種，這與全英杰等[11]的研究結果一致。

3.3 不同時間低溫處理對葉片MDA含量的影響

研究表明，植物在脅迫環境或衰老時，細胞內自由基代謝失衡，自由基數量增加，引發質膜過氧化作用產生MDA，進而破壞植物體內多種正常活動[12]。結果表明，地被菊葉MDA含量與低溫脅迫呈顯著正相關，但與品種間相關性不強，不宜單獨用來評價地被菊葉的抗寒性，應結合其他指標進行綜合評價。

3.4 地被菊苗期抗寒性評價

在大多數的植物抗寒研究當中，對于指標的記錄不僅限于采用形態、生理生化、代謝等單一的指標來測定植物的抗寒能力，應當克服單一指標測定植株抗寒能力的局限性，利用多個指標綜合評價植物的抗寒能力，測定更多指標如：葉寬、葉厚、葉面積、植株株高冠幅比、組織含水量、滲透調節物質和代謝活動等。在田間觀測后記錄表型形狀，并采用主成分分析法、隸屬函數法、分級比較法、回歸分析和聚類分析等分析方法。結合前人制定的抗寒評價體系，可以更加全面地對菊花抗寒機理進行分析。

3.5 結論

本研究通過在不同低溫脅迫下進行葉片的相對電導率測定，使用Logistic方程擬合計算地被菊苗期半致死溫度LT50，得知‘毛香玉’半致死溫度為最低，為-10.66℃，與前人對地被菊的抗寒性差距較大，由此可知地被菊苗期抗寒性弱，且地被菊不同年齡階段的抗寒性差異較大。通過在不同低溫脅迫下的測定葉片SOD酶活性和MDA含量，SOD活性在不同品種間的變化差異較大，大部分品種SOD活性總體趨勢為下降，但是抗寒性強的地被菊品種在低溫脅迫后期SOD活性下降趨勢要明顯低于抗寒性差的品種。地被菊葉片隨著的MDA含量與低溫脅迫基本呈正相關，MDA的含量與地被菊品種相關性不大，因而MDA含量不適合單獨用于評價地被菊的抗寒性，應該與其他指標進行綜合評價。綜合前人的研究方法，本研究采用隸屬函數法對地被菊的抗寒指標進行綜合評價，對參試品種進行了抗寒性排序。

本研究所得結論可為之后地被菊抗寒試驗提供一定的借鑒意義，尤其是苗期展現出較強抗寒能力的品種可以繼續深入研究，為區域試驗和市場化推廣做出一定的基礎貢獻。