李鑫慧，竇 宵，管振波，鄭彥民，張忠軍，邢世巖，孫立民*

（1.黃河下游森林培育國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東 泰安 271018；2.山東省林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250014；3.肥城市農(nóng)村經(jīng)營(yíng)服務(wù)中心，山東 泰安 271600；4.鄆城縣林業(yè)服務(wù)中心，山東 菏澤 274700；5.肥城市牛山林場(chǎng)，山東 泰安 271600）

莢蒾屬（Viburnum L.）隸屬于五?；疲ˋdoxaceae），多為叢生灌木，少數(shù)為小喬木，落葉或常綠[1]。莢蒾屬植物花多為白色，果實(shí)顏色多變，因其花與果的獨(dú)特性，多應(yīng)用于城市園林綠化，在園藝界享有“萬能綠化灌木”的美稱[2-3]。目前，在世界范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)的莢蒾屬原生資源大約200 種，我國(guó)的莢蒾屬種質(zhì)資源豐富，約有74種[4]，在園林應(yīng)用方面發(fā)展?jié)摿^大，但是相關(guān)的品種選育工作進(jìn)展十分緩慢，并未受到廣泛的重視。

目前關(guān)于莢蒾抗性的研究已陸續(xù)開展。Hosam 等通過在莢蒾（V.nadum）葉面噴施三氯乙烯（TE）從而增強(qiáng)了莢蒾對(duì)于干旱脅迫的耐受性[5]。María 等通過對(duì)地中海莢蒾（V.tinus L.）接種細(xì)菌改變了植物體內(nèi)的水分狀況、礦物含量和光合參數(shù)等生理行為減緩了鹽度對(duì)植物的脅迫[6]。國(guó)內(nèi)有關(guān)莢蒾屬抗性的研究，則包括抗寒[7-8]、抗旱[9]、耐陰[10]、耐熱[11]、鹽脅迫[12-13]等，但因莢蒾屬植物種類眾多，不同品種間生物學(xué)特性的差異性研究亟待開展。

近年來，山東省廣泛開展不同花卉和樹種的南種北繁工作，致力于重要觀賞花卉的引種和適應(yīng)性評(píng)價(jià)，以滿足園林綠化對(duì)良種和新品種的需求，實(shí)現(xiàn)本省園林綠化植物產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和提升。本研究依托于山東省農(nóng)業(yè)良種工程課題，以引進(jìn)的‘布克’等6 種莢蒾屬植物為研究對(duì)象，開展不同品種的抗寒性評(píng)價(jià)，探究其對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)，比較不同品種抗寒能力強(qiáng)弱，最終選擇適宜山東地區(qū)氣候特點(diǎn)的優(yōu)良品種，為莢蒾屬品種在北方的推廣和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所需材料來源于山東省林木種苗和花卉站引進(jìn)的莢蒾品種，供試品種名稱及編號(hào)如表1所示。

表1 供試品種名稱及編號(hào)Table 1 Information of tested varieties

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)布設(shè)

于2020年12月份，收集長(zhǎng)勢(shì)相近的待測(cè)莢蒾屬品種1年生休眠枝條若干，低溫保存，用自來水沖洗數(shù)次，并用去離子水沖洗3 遍以上，然后用吸水紙擦干表面。試驗(yàn)設(shè)置0℃（CK）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃等6個(gè)溫度梯度，將每一品種枝條分為6個(gè)試驗(yàn)組分別進(jìn)行不同溫度的處理，每處理重復(fù)3 次，處理時(shí)間24h。用高低溫濕熱試驗(yàn)箱以5℃/h 逐漸降溫到設(shè)置溫度，處理完畢后，以5℃/h逐漸升溫至0℃，然后在0℃冰箱內(nèi)保存待測(cè)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

相對(duì)電導(dǎo)率采用EL3 便攜式電導(dǎo)儀測(cè)定[14]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法（TBA）測(cè)定[15]，脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法測(cè)定[16]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[17]，過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[18]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SAS 8.2 軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較及聚類分析，運(yùn)用SPSS 22 軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同莢蒾屬植物的抗寒性分析

2.1.1 溫度脅迫對(duì)不同品種莢蒾屬相對(duì)電導(dǎo)率的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種相對(duì)電導(dǎo)率逐漸升高，在0℃時(shí)，6 個(gè)莢蒾屬品種相對(duì)電導(dǎo)率變幅在0.28～0.37 范圍內(nèi)，隨著溫度的逐漸降低，相對(duì)電導(dǎo)率逐漸升高，在溫度達(dá)到-10℃后，各品種相對(duì)電導(dǎo)率變幅逐漸增大，至溫度降到最低時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最高值（圖1）。

圖1 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種相對(duì)電導(dǎo)率變化變化Figure 1 Changes of relative electrical conductivity of V.L.species under different temperature stresses

2.1.2 溫度脅迫對(duì)不同品種莢蒾屬M(fèi)DA 含量的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種MDA 含量均逐漸升高，在0℃時(shí)，6 個(gè)莢蒾屬品種MDA含量變幅在4.19～5.78 μmol·g-1范圍內(nèi)，后隨溫度的降低而逐漸升高，在溫度達(dá)到-10 ℃后，大多數(shù)品種感受低溫脅迫后，MDA 含量變幅升高，至溫度降到最低時(shí)MDA 含量達(dá)到最高值（圖2）。

圖2 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種MDA 含量變化Figure 2 Changes of MDA content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.3 溫度脅迫對(duì)不同品種莢蒾屬脯氨酸含量的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種脯氨酸含量均呈現(xiàn)先逐漸升高后降低的趨勢(shì)，在0℃時(shí)，6 個(gè)莢蒾屬品種脯氨酸含量變幅在92.00～105.33 μg·g-1范圍內(nèi)，后隨溫度的降低而逐漸升高，-20℃時(shí)達(dá)到最高值，后略有降低（圖3）。

圖3 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種脯氨酸含量變化Figure 3 Changes of proline content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.4 溫度脅迫對(duì)不同品種莢蒾屬SOD 活性的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種SOD 活性均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，在0℃時(shí)，6 個(gè)莢蒾屬品種SOD活性變幅在12.96～14.47 U·g-1FW 范圍內(nèi)，后隨溫度的降低而逐漸升高，至溫度為-10℃～-15℃時(shí)，各品種SOD活性達(dá)到最高值，后SOD 活性迅速降低，至溫度降到最低時(shí)SOD 活性達(dá)到最低值（圖4）。

圖4 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種SOD 活性變化Figure 4 Changes of SOD activity in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.5 溫度脅迫對(duì)不同品種莢蒾屬POD 活性的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種POD 活性均大體呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，在0℃時(shí)，6 個(gè)莢蒾屬品種POD 活性變幅在0.36～0.42 U/min·g FW 范圍內(nèi)，后隨溫度脅迫降低而逐漸升高，至-15℃時(shí)，‘ZH’‘XQ’等品種POD 活性達(dá)到最高值，隨后‘HD’品種POD 活性在溫度為-20℃時(shí)達(dá)到最高值，后各品種POD 活性迅速降低，至溫度降到最低時(shí)POD 活性達(dá)到較低值（圖5）。

圖5 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種POD 活性變化Figure 5 Changes of POD activities of V.L.varieties under different temperature stresses

2.2 低溫脅迫下不同品種莢蒾屬抗寒性評(píng)價(jià)

2.2.1 不同莢蒾屬品種生理生化特性F 檢驗(yàn)

取在溫度脅迫最大時(shí)各莢蒾屬品種生理生化指標(biāo)進(jìn)行抗寒性評(píng)價(jià)，F(xiàn) 檢驗(yàn)結(jié)果表明，各品種生理生化指標(biāo)均達(dá)到顯著水平，其中相對(duì)電導(dǎo)率差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），MDA 含量、脯氨酸含量、SOD 活性及POD 活性等指標(biāo)差異顯著（P＜0.05），各品種在低溫脅迫下顯著的差異性為其抗寒性評(píng)價(jià)提供了較大的可行性（表2）。

表2 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種生理生化特性的F 檢驗(yàn)Table 2 F-test of physiological and biochemical characteristics of V.L.varieties under different temperature stress

2.2.2 不同莢蒾屬品種生理生化特性DUNCAN檢驗(yàn)

通過DUNCAN 多重比較結(jié)果表明，在極端溫度脅迫下6 個(gè)莢蒾屬品種MDA 含量變幅在12.73～18.36 μmol·g-1之間，最大值出現(xiàn)在‘HD’品種，為18.36 μmol·g-1，最低值出現(xiàn)在‘XQ’品種為12.73 μmol·g-1；脯氨酸含量變幅在293.97～326.48 μg·g-1之間，最高值出現(xiàn)在‘ZH’品種，為326.48 μg·g-1，最低值出現(xiàn)在‘HD’品種，為293.97 μg·g-1；SOD 活性變幅在9.07～13.44 U·g-1FW 之間，最高值出現(xiàn)在‘HD’品種，為13.44 U·g-1FW，最低值出現(xiàn)在‘DZH’品種，為9.07 U·g-1FW；POD 活性變幅在0.35～0.56 U/min·gFW 之間，最高值出現(xiàn)在‘ZH’品種，為0.56 U/min·gFW，最低值出現(xiàn)在‘LS’品種，為0.35 U/min·gFW；相對(duì)電導(dǎo)率變幅在0.65～0.91之間，最高值出現(xiàn)在‘DZH’品種，為0.91，最低值出現(xiàn)在‘ZH’品種，為0.65（表3）。

表3 極端溫度脅迫下個(gè)各莢蒾屬品種生理生化特性的DUNCAN 檢驗(yàn)Table 3 DUNCAN test of physiological and biochemical characteristics of V.L.varieties under extreme temperature stress

2.3 基于主成分分析的不同莢蒾屬品種抗寒性評(píng)價(jià)

2.3.1 各成分貢獻(xiàn)率分析

選擇MDA 含量-1、脯氨酸含量、相對(duì)電導(dǎo)率-1、SOD 活性、POD 活性等5 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明，PCA1 和PCA2 貢獻(xiàn)率分別為70.130%、20.324%，前兩個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.454%，可以用PCA1、PCA2 代表樣本的整體情況（表4）。

表4 各主成分特征值與貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of eigenvalues and contribution rates of each principal component

2.3.2 不同莢蒾屬品種主成分得分

選擇PCA1 和PCA2 計(jì)算6 個(gè)莢蒾屬品種因子得分及主成分得分，結(jié)果表明排名第1 位的為‘ZH’品種，得分為1.97，其次為‘XQ’品種，主成分得分為1.60，得分最低的品種為‘DZH’，主成分得分為-1.77，排名越高的抗寒性越強(qiáng)（表5）。

表5 基于PCA1 和PCA2 的不同莢蒾屬品種主成分得分Table 5 Principal component scores of different V.L.varieties based on PCA1 and PCA2

2.4 不同莢蒾屬品種生理生化的聚類分析

選擇MDA 含量-1、脯氨酸含量、相對(duì)電導(dǎo)率-1、SOD 活性、POD 活性等5 個(gè)指標(biāo)對(duì)6 個(gè)莢蒾屬品種進(jìn)行聚類分析，在遺傳距離為0.6 時(shí)將6 個(gè)莢蒾屬品種分為4 類，第Ⅰ類包含‘ZH’、‘XQ’等2 個(gè)品種，第Ⅱ類包含‘BK’、‘LS’等兩個(gè)品種，第Ⅲ類和第Ⅳ類均僅包含1 個(gè)品種，分別為‘HD’、‘DZH’品種。第Ⅰ類的2 個(gè)品種生理生化指標(biāo)總體表現(xiàn)優(yōu)異，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗寒性，第Ⅳ類的‘DZH’品種生理生化總體表現(xiàn)較差，抗寒性較差，劃為同一類的品種具有相似的抗寒能力（表6，圖6）。

圖6 6 個(gè)莢蒾屬品種聚類分析圖Figure 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

表6 6 個(gè)莢蒾屬品種聚類分析表Table 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

3 討論與結(jié)論

3.1 莢蒾屬品種對(duì)低溫等脅迫的響應(yīng)

溫度作為一種非生物因素，其高低會(huì)嚴(yán)重影響植物的地理分布、生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)產(chǎn)量，溫度過高或過低時(shí)都會(huì)導(dǎo)致植物死亡[19]。當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，體內(nèi)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)會(huì)發(fā)生變化，包括MDA 含量、脯氨酸含量、保護(hù)酶活性等，這些指標(biāo)的變化和植物抗寒性都有一定的相關(guān)性[20]。低溫會(huì)導(dǎo)致的植物細(xì)胞膜透性改變，相對(duì)電導(dǎo)率的大小和MDA 的含量可以反映出細(xì)胞膜透性和破損程度[21-22]，本研究中隨著溫度的不斷降低，各品種相對(duì)電導(dǎo)率和MDA 含量均呈現(xiàn)不同程度的增加，表明隨著低溫脅迫的不斷增大，莢蒾屬植物細(xì)胞膜受到了不同程度的損害，細(xì)胞滲透壓發(fā)生變化。為維持細(xì)胞正常代謝，各莢蒾屬品種在感受到低溫脅迫后，脯氨酸含量會(huì)不斷上升，通過大分子物質(zhì)的積累，從而維持細(xì)胞滲透壓的平衡[23]，但在極端低溫脅迫下，細(xì)胞膜遭受較大程度損害，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)外流，造成脯氨酸含量下降。當(dāng)植物遭受低溫脅迫體內(nèi)的代謝失衡后，細(xì)胞內(nèi)的活性氧產(chǎn)量會(huì)增加，所以在植物遭受脅迫初期，植物會(huì)通過提高自身的抗氧化酶活性，從而清除植物細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基，這是植物的保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)[24]。所以在此次研究中，隨著溫度的降低，脯氨酸含量、SOD、POD 活性都逐漸呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在溫度降低至-10℃后，脯氨酸含量變化加劇，至-20℃時(shí)達(dá)到最高值后略降低；在溫度為-15℃～-10℃時(shí)SOD 活性達(dá)到最高值，后又迅速降低，至溫度降到最低時(shí)SOD 活性達(dá)到最低值；POD 活性在溫度為-20℃～15℃時(shí)達(dá)到最高值，后各品種POD 活性均降低。

3.2 抗寒莢蒾屬品種選擇

張林通過調(diào)查山東泰安地區(qū)的木本植物，發(fā)現(xiàn)本地莢蒾屬只有6 個(gè)品種，包括天目瓊花、瓊花、宜昌莢蒾、木繡球、繡球莢蒾、雪球莢蒾、蝴蝶莢蒾，其中種植數(shù)量較多的只有天目瓊花，主要分布于泰山北天門附近，目前已形成了片狀景觀，但其它幾個(gè)種栽培較少[25]。而近年來吳其超等人通過調(diào)查整個(gè)山東地區(qū)的莢蒾資源發(fā)現(xiàn)在山東共有莢蒾屬植物9 種3 變種2 變型2 品種，其中野生種類4 種2 變種[26]。同時(shí)就山東半島而言，莢蒾屬也多分布在沿海地帶，而這一現(xiàn)象也和應(yīng)佳莉通過Max Ent 模型預(yù)測(cè)的未來山東地區(qū)香莢蒾的分布多靠近渤海這一結(jié)論相符合[27]。種種研究表明，莢蒾屬植物在山東地區(qū)栽植種類與數(shù)量都相對(duì)較少，范圍也十分局限。此次試驗(yàn)對(duì)引種的6 種莢蒾屬植物進(jìn)行抗寒性評(píng)價(jià)，在極端溫度脅迫下相對(duì)電導(dǎo)率最低的出現(xiàn)在‘ZH’品種中，其次為‘XQ’品種；MDA 含量最小值也為‘ZH’品種；脯氨酸含量最高的是‘ZH’品種，XQ’品種次之；SOD 活性和POD 活性最高值出現(xiàn)分別出現(xiàn)在‘HD’和‘ZH’品種中，含量較多2 個(gè)品種為‘ZH’和‘XQ’品種。最后計(jì)算試驗(yàn)的6 個(gè)品種因子得分和主成分得分得出排名最高的2 個(gè)品種‘ZH’和‘XQ’，從而綜合選出了抗寒性較強(qiáng)的2 個(gè)莢蒾屬，分別為中華木繡球‘ZH’和雪球莢蒾‘XQ’。這2 個(gè)抗寒性較強(qiáng)的莢蒾屬品種，均可以在山東地區(qū)的園林景觀應(yīng)用中進(jìn)行推廣使用，從而豐富山東的園林景觀。同時(shí)，因?yàn)樯綎|地區(qū)莢蒾屬植物種質(zhì)資源匱乏，所以此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于莢蒾屬植物在山東地區(qū)未來的選育引種、各類資源開發(fā)和應(yīng)用也提供了一定的參考價(jià)值。