李曉靖，賈彥龍

(1.河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)，河北圍場(chǎng) 068466；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北保定 071000)

我國(guó)北方干旱地區(qū)早春開花植物的研究一直是城市園林綠化工作者及相關(guān)人士關(guān)注的問題，但我國(guó)對(duì)早春開花植物的抗寒性研究仍處于起步階段。近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)野生早春開花植物的研究和報(bào)道較少，主要集中在對(duì)早春開花植物種類簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，生物多樣性調(diào)查，森林生態(tài)功能，花粉形態(tài)及其生態(tài)因子研究[1-2]，并提出一些觀點(diǎn)和意見，這些研究的進(jìn)行促進(jìn)了早春開花植物在園林建設(shè)中的應(yīng)用。白玉蘭(Magnolia.denudata)，俗稱“望春花”，隸屬木蘭科(Magnoliaceae)，木蘭屬(Magnolia)，是我國(guó)的著名觀賞植物，性喜光，較耐寒，可露地越冬，它對(duì)有害氣體的抗性較強(qiáng)，是大氣污染地區(qū)很好的防污染綠化樹種。紫葉李(Prunus cerasifera)，又稱紅葉李，葉常年紫紅色，著名觀葉樹種，是常用的庭院觀賞樹種，其生長(zhǎng)期非常干凈，不產(chǎn)生生長(zhǎng)垃圾，綠化效果當(dāng)年看的見，見效快，成景周期短，它具有耐污染、適應(yīng)力強(qiáng)的特性。白玉蘭和紫葉李兩個(gè)品種是我國(guó)北方地區(qū)典型的早春開花植物，對(duì)研究植物葉片抗寒原理并選育抗寒性較強(qiáng)的品種具有重要意義。

1 研究地概況

試驗(yàn)地位于河北省保定市(115°48′E， 38°87′N)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)的實(shí)驗(yàn)苗圃中。保定市屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫12.1℃，大于10℃積溫4100.5℃，無霜期191 d，年日照時(shí)數(shù)2678.1 h，日照率63%，年輻射量548.1 kJ·cm-2，平均年降水量538.0mm，年蒸發(fā)量1903.8mm。

2 研究材料和方法

2.1 研究材料

供試材料為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)苗圃中選取的地徑 2.5～3 cm，苗高 0.5～1 m白玉蘭(M.denudata)、紫葉李(P.cerasifera)幼苗，選取形態(tài)長(zhǎng)勢(shì)基本一致的12株幼苗移入RXZ智能型人工箱中，以25℃(CK)為對(duì)照，設(shè)(10±0.5)℃ (T1)、(5±0.5)℃ (T2)、(0±0.5)℃(T3)3種溫度梯度，每種溫度處理3株苗，8:00放入氣候箱。當(dāng)溫度降至某一設(shè)定溫度時(shí)，保持12 h。光照設(shè)置為白天 12 h，光照強(qiáng)度為 109 μmoL·m-2·s-1，夜間12 h，相對(duì)濕度保持在75%～85%。低溫脅迫處理1d，選擇生長(zhǎng)良好，大小均一的葉片為供試葉片，對(duì)白玉蘭和紫葉李葉片進(jìn)行光合生理指標(biāo)的原位測(cè)定，并取每棵植株的功能葉，混合采集葉片后進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測(cè)定。

2.2 光合日變化的測(cè)定

選擇晴朗無云的天氣，對(duì)低溫處理后的白玉蘭和紫葉李葉片進(jìn)行光合生理指標(biāo)的原位測(cè)定，選擇長(zhǎng)勢(shì)良好的枝干，對(duì)大小一致的功能葉進(jìn)行測(cè)定。采用Li-6400型便攜式光合測(cè)定儀，于8:00-18:00，每隔2h測(cè)定一次，每次測(cè)3葉片，每一葉片讀數(shù)5次重復(fù)，結(jié)果取算數(shù)平均值，測(cè)定指標(biāo)包括:凈光合速率(Pn/μmoL·m-2·s-1)、蒸騰速率(Tr/μmoL·m-2·s-1)。計(jì)算日同化量 TA/Total assimilation(μmolCO2·m-2·s-1)=3600×[8:00 Pn+18:00 Pn+2(10:00 Pn+12:00 Pn+14:00 Pn+16:00 Pn)]，日蒸騰量 TT/Total transpiration(mmoL·m-2·s-1)=3600×[8:00 Tr+18:00 Tr+2(10:00 Tr+12:00 Tr+14:00 Tr+16:00 Tr)][3]。

2.3 生理指標(biāo)測(cè)定方法

光合色素含量測(cè)定采用Johnston[4]方法。比葉重(LMA)=葉片干重/葉面積(g·m-2)。全氮含量采取凱氏法測(cè)定，全磷含量采取鉬銻抗比色法測(cè)定。可溶性糖、淀粉的含量測(cè)定采用蒽酮法，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel和SPSS 16.0軟件結(jié)合進(jìn)行，并用LSD法進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 日同化量和日蒸騰量

由圖1可知，白玉蘭的日同化量比紫葉李高12.02%，而日蒸騰量比紫葉李低11.95%，但未達(dá)到顯著水平(p＞0.05)。隨著脅迫溫度的降低，白玉蘭和紫葉李的日同化量和日蒸騰量逐步降低。白玉蘭CK處理?xiàng)l件下葉片的日同化量是對(duì)照T3的1.32倍，且CK和T1顯著高于 T2和 T3(p＜0.05)，但不同處理間日蒸騰量無顯著差異(p＞0.05)。紫葉李CK處理葉片的日同化量和日蒸騰量分別是T3處理的1.23倍和1.18倍，且CK顯著高于T3(p＜0.05)。

圖1 低溫脅迫條件下白玉蘭和紫葉李葉片日同化量和日蒸騰量Figure 1 Total assimilation and total transpiration of M.denudata and P.cerasifera

3.2 光合色素、比葉重、全氮、全磷含量

由表1可知，隨著脅迫溫度的降低，白玉蘭葉片的總?cè)~綠素含量呈逐漸降低趨勢(shì)，且CK處理顯著高于T3處理(p＜0.05)；紫葉李葉片總?cè)~綠素含量由大到小依次為 T1、CK、T2、T3，但不同溫度脅迫間差異不顯著(p＞0.05)。白玉蘭和紫葉李都表現(xiàn)為T3處理的總?cè)~綠素含量為最低值。白玉蘭總?cè)~綠素含量比紫葉李高，但無顯著差異(p＞0.05)。

不同脅迫溫度處理下，白玉蘭和紫葉李葉片的葉綠素a/b值表現(xiàn)為T2處理最高，且顯著高于其它處理，隨著溫度的下降，葉綠素a/b值有升高趨勢(shì)，之后又呈下降趨勢(shì)；其中，白玉蘭的葉綠素a/b值由大到小依次為T2、CK、T1、T3，而紫葉李的葉綠素a/b值由大到小依次為T2、T3、CK、T1；白玉蘭葉綠素a/b比紫葉李高，但無顯著差異(p＞0.05)。

不同脅迫溫度下，白玉蘭的Car含量由大到小依次為 T2、CK、T1、T3，紫葉李的 Car含量由大到小依次為CK、T1、T2、T3。不同樹種相比，白玉蘭Car含量的均值比紫葉李低40.70%，且達(dá)到顯著水平(p＜0.05)。類胡蘿卜素含量與葉片所處環(huán)境的光照強(qiáng)度有較大關(guān)系，在強(qiáng)光下，Car主要作用于消耗葉片內(nèi)多余的光能，進(jìn)一步保護(hù)植物葉片免受強(qiáng)烈光照的傷害，從而有效抑制光合作用進(jìn)行。

表1 不同溫度條件下白玉蘭和紫葉李葉綠素、類胡蘿卜素、全氮、全磷含量和比葉重Tab.1 Chlorophyll,carotenoid,total N,P content and LMA of different temperatures for M.denudata and P.cerasifera

隨著脅迫溫度的降低，白玉蘭和紫葉李的LMA值呈下降趨勢(shì)，CK處理為最高值 (白玉蘭為95.97g·m-2；紫葉李為88.36 g·m-2)，白玉蘭和紫葉李CK處理LMA值分別比T3處理高34.11%和33.01%。白玉蘭葉片的LMA均值比紫葉李均值高12.5%。不同脅迫溫度下，白玉蘭葉片的全氮和全磷含量，都表現(xiàn)為先升高后降低。而紫葉李葉片的全氮含量呈逐步下降，全磷含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。白玉蘭的全氮和全磷含量分別比紫葉李低14.98%和3.19%，沒有達(dá)到顯著水平(p＞0.05)。

3.3 可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量

如表2所示，脅迫溫度逐漸降低時(shí)，白玉蘭和紫葉李葉片的可溶性糖含量，表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)；其中，白玉蘭葉片T1、T2和T3處理分別比CK處理高9.66%、5.67%和1.47%；紫葉李葉片T1處理比CK處理高7.66%，T2和T3處理比CK處理分別低8.53%和20.35%；白玉蘭可溶性糖含量均值比紫葉李高14.62%。白玉蘭葉片的淀粉含量T1、T2和 T3處理比 CK處理分別高 35.26%、24.26%和14.59%，紫葉李葉片T1、T2和T3處理比CK處理分別高47.81%、26.95%和10.55%，說明葉片糖類代謝和淀粉含量有密切聯(lián)系，但T3處理淀粉含量增幅較為穩(wěn)定，可能是因?yàn)榈矸酆铣上鄬?duì)于糖類代謝來說復(fù)雜且慢一些。白玉蘭可溶性蛋白含量由大到小依次為 T2、T1、T3、CK， 隨著脅迫溫度的降低，可溶性蛋白含量先升高后降低。紫葉李葉片的可溶性蛋白含量由大到小依次為 T2、T1、CK、T3，隨著脅迫溫度的降低，可溶性蛋白含量也表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。

表2 不同脅迫溫度條件下白玉蘭和紫葉李葉片可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量Tab.2 Soluble sugar,starch and soluble protein content of different temperatures for M.denudata and P.cerasifera

4 結(jié)論

光合作用是植物物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的多少反應(yīng)出光能轉(zhuǎn)化率的大小，通過光合作用的日變化體現(xiàn)出光合同化多少能量的計(jì)算。白玉蘭的日同化量比紫葉李高12.02%，說明白玉蘭通過光合作用同化的能量高于紫葉李，其光合能力較強(qiáng)。比葉重間接反應(yīng)了植物葉片的光合碳同化能力，一般認(rèn)為比葉重和光照強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系[5]。在弱光下，葉片會(huì)降低其比葉重值，使葉片變得大且薄，從而增強(qiáng)葉片的捕光能力，進(jìn)一步促進(jìn)光合作用以及植物體內(nèi)碳的凈積累，葉片通過改變比葉重，來適應(yīng)光環(huán)境，是葉片對(duì)不同光環(huán)境做出的典型植物形態(tài)學(xué)響應(yīng)[6]。不同處理?xiàng)l件下，白玉蘭葉片的比葉重比紫葉李葉片高，說明白玉蘭葉片的光合能力比紫葉李葉片強(qiáng)，其抗寒性較強(qiáng)。

植物葉片全氮和全磷含量與葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)系[7]，有研究發(fā)現(xiàn)，葉片全氮和全磷含量與溫度有密切聯(lián)系，呈“升高-降低-升高”趨勢(shì)[8]。本研究中，隨著脅迫溫度的降低，白玉蘭和紫葉李葉片的全氮和全磷含量變化呈先升高后降低趨勢(shì)。

通過對(duì)植物各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，篩選出可以鑒定植物抗寒性的指標(biāo)具有重要意義。一般認(rèn)為，評(píng)價(jià)植物抗寒性的最常用指標(biāo)是可溶性糖含量，隨著環(huán)境溫度的下降，可溶性糖的含量會(huì)逐漸增加。本研究中，隨著脅迫溫度的降低可溶性糖含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。蛋白質(zhì)是生物膜的主要成分之一，萬琳琛等[9]研究表明，植物可溶性蛋白含量與其自身抗寒性有密切聯(lián)系，低溫可誘并提升可溶性蛋白質(zhì)含量，從而提高植物的抗寒性。這是因?yàn)榭扇苄缘鞍踪|(zhì)可以束縛水分，減少原生質(zhì)內(nèi)結(jié)冰，從而減少植物失水，進(jìn)一步降低植物受害程度[10]。本研究中，白玉蘭葉片的可溶性蛋白含量比紫葉李葉片高，因此白玉蘭抗寒性較強(qiáng)。