李瑞，季曉慧，趙凌全，肖杰

(1.牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011;2.黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161005)

幾種宿根花卉抗寒性研究

李瑞1，季曉慧2，趙凌全2，肖杰1

(1.牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011;2.黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161005)

以重瓣金雞菊、黑心菊等8種宿根花卉為試驗(yàn)對象，利用電導(dǎo)率法測定抗寒性，同時以可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量的變化為輔助依據(jù)，從生理方面解釋8種宿根花卉抗寒性的強(qiáng)弱。結(jié)果表明，隨著低溫脅迫溫度逐漸降低，各品種花卉的細(xì)胞膜透性均逐漸升高，而不同品種之間增加的幅度有明顯差異。通過運(yùn)用隸屬函數(shù)法結(jié)合植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量的變化算出8種宿根花卉抗寒性順序?yàn)椋褐匕杲痣u菊>黑心菊>飛燕草>宿根福祿考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

宿根花卉;抗寒性；隸屬函數(shù)值法

Abstract Eight kinds of perennial flowers, such asCoreopsislanceolata‘Double Sunburst’ andRudbeckiahirta, were used as test subjects. The cold resistance was determined by conductivity method. At the same time, the changes of soluble protein and proline content were taken as the auxiliary basis. From the physiological aspects of 8 kinds of perennial flowers to explain the strength of cold resistance. Result shows that the temperature decrease with the low-temperature stress; the cell membrane permeability of each cultivar increase gradually;the increase range among different cultivars is significantly different. Applying membership function method,combined with the changes of soluble protein and proline content in the plant, the descending order of the cold resistance of eight kinds of perennial flowers isCoreopsislanceolata‘Double Sunburst’>Rudbeckiahirta>Consolidaajacis>Phloxpaniculata>Belamcandachinensis>Saponariaofficinals>Heleniunbigelovii>Chrysanthemummorifolium.

Key words perennial flowers; cold resistance; membership function method

近年來，全國各地在園林景觀配置方面已開始重視宿根花卉的應(yīng)用，并已取得一定的研究成果。宿根花卉作為多年生花卉，具有一年栽植多年觀賞的特點(diǎn)，同時種類豐富，可作為花叢、花群、花帶等各種各樣的景觀在園林中應(yīng)用。宿根花卉對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，常常采用簡單、粗放的管理形式。目前東北地區(qū)由于氣候條件相對惡劣，極端低溫甚至達(dá)到-40 ℃，導(dǎo)致園林植物結(jié)構(gòu)簡單，種類匱乏，園林景觀觀賞性不強(qiáng)，這就需要引入一些宿根花卉品種來豐富本地區(qū)的園林植物資源，使得在東北地區(qū)園林綠化中有更多的花卉種類可供選擇。許多花卉在生長地生長良好，具有很好的觀賞性，但是引種到東北地區(qū)卻生長不好，不具有觀賞性，甚至死亡，這就需要對它的抗性進(jìn)行測定，了解是否適合在東北地區(qū)推廣應(yīng)用。

該試驗(yàn)對8種宿根花卉進(jìn)行了抗寒性測定：通過測定低溫脅迫下植物根系細(xì)胞膜透性的改變、植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量和脯氨酸含量的變化來確定8種宿根花卉的耐寒能力，以期為東北黑土區(qū)引種宿根花卉提供參考。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用8種宿根花卉取自于黑龍江省克山農(nóng)場林業(yè)公司苗圃。種類分別為重瓣金雞菊(Coreopsislanceolata‘Double Sunburst’)、地被菊(ChrysanthemummorifoliumRamat.)、宿根福祿考(Phloxpaniculata)、黑心菊(RudbeckiahirtaL.)、飛燕草〔Consolidaajacis(L.) Schur〕、射干(Belamcandachinensis)、肥皂草(SaponariaofficinalsLinn)、堆心菊(Heleniunbigelovii)。

2 試驗(yàn)方法

2016年10月下旬挖出8種宿根花卉的根系若干，先用自來水洗凈，把附著的泥土去掉，然后再用去離子水沖洗根系3遍，確保試驗(yàn)對象干凈無異物。然后用去離子水把紗布浸濕，再用濕紗布把根系包好，放在做好標(biāo)記的聚乙烯袋子里，最后放入到可以調(diào)節(jié)到-40 ℃的超低溫冰箱中進(jìn)行冷凍處理。第一個處理在0 ℃保持24 h取出，第二個處理降溫到-10 ℃保持24 h后取出，第三個處理降溫到-20 ℃保持24 h后取出，第四個處理降溫到-30 ℃保持24 h后取出，第五個處理降溫到-40 ℃保持24 h后取出，取出的冷凍材料放在0～4 ℃的冰箱中緩慢解凍24 h后，取出樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定,每組處理均設(shè)3次重復(fù)。

3 測定指標(biāo)及方法

3.1 細(xì)胞膜透性的測定

宿根花卉根系細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)率法測定，首先把解凍后的根用剪刀剪成2～3 mm左右的小段，每品種用電子天平稱取0.1 g，放入加有10 mL蒸餾水的具塞試管中，靜置到樣品沉入試管底部后，用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率，然后放入水浴鍋沸水浴20 min，冷卻后再靜置2 h測定電導(dǎo)率，重復(fù)3次，最后算出相對電導(dǎo)率。

3.2 可溶性蛋白質(zhì)含量的測定

采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定[1]

3.3 脯氨酸含量的測定

葉片游離脯氨酸含量采用茚三酮法測定[2]

3.4 隸屬函數(shù)值法評價品種抗寒性

抗寒性評價用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法[3]，依據(jù)細(xì)胞膜的透性、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行評價。

隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

公式中，xi是測定的指標(biāo)，xmin、xmax為所有相關(guān)材料的某一種指標(biāo)的最小值和最大值，如果為負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,公式:R(xi)=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

4 結(jié)果與分析

4.1 低溫脅迫對根系細(xì)胞膜透性的影響

植物在逆境下細(xì)胞膜透性會發(fā)生改變，可用來作為重要的抗逆性指標(biāo)。正常情況下，植物細(xì)胞膜具有選擇透過性，當(dāng)受脅迫時，植物細(xì)胞膜會受到傷害，膜透性會增大，就會使得細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，從而表現(xiàn)為電導(dǎo)率增大。抗寒性強(qiáng)的植物細(xì)胞膜透性改變小，且易于恢復(fù)，抗寒性弱的植物細(xì)胞膜透性變化大，不易恢復(fù)，最終造成傷害直至死亡。這種變化明顯出現(xiàn)在外部形態(tài)變化之前，因而可作為判斷抗寒性的生理指標(biāo)[4]。

在圖1中我們可以看到隨著低溫脅迫溫度的降低，各個品種的相對電導(dǎo)率都呈現(xiàn)上升趨勢，其中上升最為明顯的是重瓣金雞菊，在0 ℃時相對電導(dǎo)率在12%左右，當(dāng)溫度降到-40 ℃時達(dá)到了70%以上，黑心菊在-10 ℃時相對電導(dǎo)率在15%左右，當(dāng)?shù)搅?20 ℃時突然升高到50%以上，然后又降到40%左右,這說明重瓣金雞菊的耐寒性較強(qiáng)，黑心菊可能是在受到寒冷脅迫時，體內(nèi)產(chǎn)生抗寒機(jī)制，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致相對電導(dǎo)率又出現(xiàn)下降的趨勢。堆心菊從0～10 ℃相對電導(dǎo)率基本沒有變化，當(dāng)?shù)竭_(dá)-20 ℃時突然升高到43%，說明在-20 ℃時細(xì)胞膜受到傷害很大，其他品種電導(dǎo)率變化基本一致。

圖1 低溫脅迫對根系細(xì)胞膜透性的影響

4.2 低溫脅迫對植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

關(guān)于可溶性蛋白質(zhì)與植物抗寒性的關(guān)系已經(jīng)有了很多的研究，研究發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的變化和抗寒性基本保持平行的關(guān)系，一方面表現(xiàn)在蛋白質(zhì)的含量隨著抗寒能力提高而增加，另一方面表現(xiàn)在抗寒性強(qiáng)的品種可溶性蛋白質(zhì)含量較高，姚元干等在研究辣椒葉片抗性中發(fā)現(xiàn)抗性高的品種能積累更多的蛋白質(zhì)，可作為抗逆性的一個指標(biāo)，這在大白菜上也得到證實(shí)[3,4],從圖2中我們看到植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)變化的趨勢大致有兩種：一種呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，如地被菊、飛燕草、射干和重瓣金雞菊。另一種呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，如肥皂草、宿根福祿考、堆心菊和黑心菊。在0 ℃時植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量最低的是飛燕草和重瓣金雞菊，分別為1.06 mgg-1和1.33 mgg-1，最高的是堆心菊，可溶性蛋白含量為6.01 mgg-1。在整個低溫脅迫過程中，體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量變化幅度最小的是重瓣金雞菊和宿根福祿考，分別為0和33%，這說明這兩種花卉在低溫脅迫過程中變化不大，耐寒性比較強(qiáng)，另外在0 ℃時堆心菊、黑心菊和肥皂草的可溶性蛋白質(zhì)含量較高，但是在-40 ℃時堆心菊和黑心菊可溶性蛋白質(zhì)含量均低于0 ℃時的含量，說明耐寒性不強(qiáng)。

圖2 低溫脅迫對植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

4.3 低溫脅迫對植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的影響

當(dāng)植物受到脅迫時，植物體內(nèi)的游離脯氨酸會積累，它在維持細(xì)胞膨壓、保持細(xì)胞生長和保護(hù)酶的活性方面有重要作用，徐基艷研究表明，地被菊的游離脯氨酸含量隨著溫度降低而顯著增加，周蘊(yùn)薇也發(fā)現(xiàn)低溫脅迫明顯增加游離脯氨酸的含量，并且隨著脅迫程度加強(qiáng)脯氨酸含量也增加。因此游離脯氨酸含量的變化也能在一定程度上說明植物在低溫脅迫下的耐寒能力，從圖3中我們看到大部分品種在開始脅迫后脯氨酸含量都是在0～-10 ℃下降，在-10～-30 ℃脯氨酸含量基本不變，在-30～-40 ℃呈現(xiàn)上升的趨勢，而黑心菊和肥皂草的脯氨酸含量在整個脅迫過程中變化不明顯。從0～-40 ℃的脅迫過程中，宿根福祿考、堆心菊、肥皂草和黑心菊的脯氨酸含量有明顯上升趨勢，分別上升了31%、66%、60%和37%，說明這幾個品種耐寒性比較強(qiáng)。

圖3 低溫脅迫對植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的影響

4.4 8種宿根花卉耐寒性綜合評價

通過相對電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量和可溶性蛋白質(zhì)含量為指標(biāo)計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，然后歸納總結(jié)，綜合評價結(jié)果見表1。

品種相對電導(dǎo)率脯氨酸含量可溶性蛋白質(zhì)含量平均抗寒性排序重瓣金雞菊0.530.540.550.541地被菊0.430.440.250.378宿根福祿考0.550.360.490.474黑心菊0.470.790.280.512飛燕草0.460.530.490.493射干0.510.450.430.465肥皂草0.410.560.370.446堆心菊0.440.340.400.397

5 結(jié)論

通過對8種宿根花卉進(jìn)行5個處理的低溫脅迫，發(fā)現(xiàn)受低溫脅迫的影響8種宿根花卉的細(xì)胞膜透性都發(fā)生了改變，并隨著脅迫程度的加強(qiáng)，細(xì)胞膜的透性逐漸升高，但不同品種之間增加的幅度不同。細(xì)胞膜透性的變化可反映植物受到傷害程度的大小，可以作為衡量植物抗寒性的指標(biāo)之一。同時，該試驗(yàn)測定了在低溫脅迫下植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的含量和游離脯氨酸含量的變化，試圖從植物生理的方面來解釋植物抗寒性的差異，從結(jié)果看，該方法可以在一定程度上解釋8種宿根花卉抗寒性的強(qiáng)弱，并且能夠真實(shí)反映植物抗寒性的情況。本試驗(yàn)中, 受低溫脅迫影響 8種宿根花卉的各生理指標(biāo)變化不僅相同, 其綜合抗寒能力也存在顯著差異性，這可能也和植物自身的生理結(jié)構(gòu)有關(guān)系。研究結(jié)果表明，8種宿根花卉的葉片相對電導(dǎo)率、可溶性蛋白質(zhì)含量、脯氨酸含量三個生理指標(biāo)之間相關(guān)性強(qiáng)，分析每個指標(biāo)后，結(jié)合隸屬函數(shù)值法對8種宿根花卉進(jìn)行綜合評價，得到抗寒性能力由強(qiáng)至弱依次為：重瓣金雞菊>黑心菊>飛燕草>宿根福祿考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

植物的抗寒性是有多種原因決定的，不能完全用幾種植物體內(nèi)生理指標(biāo)來說明 , 本實(shí)驗(yàn)低溫脅迫試驗(yàn)是在低溫冰箱中進(jìn)行的, 與自然條件有明顯差別。在以后的試驗(yàn)中，還應(yīng)該結(jié)合其他環(huán)境因素綜合考慮來開展植物抗寒性研究，為園林綠化植物材料選擇提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

[1] 鄒琦.植物生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1999:22

[2] 孔祥生，易現(xiàn)峰.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008

[3] 王榮富.植物抗寒指標(biāo)的種類及其應(yīng)用[J].植物生理學(xué)通訊,1987,6(3):49-55.

[4] 葉陳亮,柯玉陳,陳偉.大白菜耐熱性的生理研究[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,25(S):490-493

Cold Resistance of Several Perennial Flowers

Li Rui1, Ji Xiaohui2, Zhao Lingquan2, Xiao Jie1

(1.College of Life Science,Mudanjiang Normal University, Mudanjiang 157011, China;2. Academy of Forest and Environment of Heilongjiang Province, Qiqihar 161005, China)

1005-5215(2017)02-0051-03

2017-01-10

國家林業(yè)局公益性項(xiàng)目(東北黑土區(qū)林業(yè)生態(tài)工程構(gòu)建技術(shù)集成與示范)

李瑞(1991-)，男，山西長治人，在讀碩士，現(xiàn)從事園林植物應(yīng)用研究.

肖杰，Email：swxxj1126@.com

S682.1

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.018