苦水玫瑰和冷香玫瑰抗寒性

刘晓东 任伟嘉 何 淼

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

玫瑰(Rosa rugosa Thumb.)是蔷薇科(Rosaceae)蔷薇属直立丛生落叶灌木，其品种繁多，花色丰富，香气浓郁，不仅是很好的观赏花卉和庭院绿化植物，也是珍贵的中药材和香料工业、食品工业的重要原料。玫瑰的抗逆性很强，耐干旱瘠薄、寒冷、盐碱，是蔷薇属观赏植物育种的重要资源［1－2］。在寒冷的黑龙江地区，由于温度极低，适于园林绿化及生产的树种较少。研究以哈尔滨地区引种的苦水玫瑰(Rosa rugosa‘kushui’)、冷香玫瑰(Rosa rugosa‘lengxiang’)为试材，通过不同低温胁迫处理研究分析2个品种的低温胁迫的半致死温度、低温胁迫与生理指标的相关性，为黑龙江地区观花灌木的引种和园林应用提供理论依据。

1 材料与方法

2011年3月份分别从辽宁、甘肃引进冷香玫瑰(Rosa rugosa‘lengxiang’)、苦水玫瑰(Rosa rugosa‘kushui’)苗木，并种植于东北林业大学园林学院苗圃。试验于2011年11月下旬在东北林业大学园林学院实验室进行，以田间1年生离体休眠枝条为试验材料进行各生理指标的测定。

低温胁迫处理与恢复试验方法:选取长势一致、整齐均匀、粗度相近的成熟枝条，剪留约20 cm，蒸馏水清洗干净后用石蜡封口，并装入聚乙烯袋中贴好标签，全部置于超低温冰箱中。处理温度为－25、－30、－35、－38(哈尔滨地区极限温度)、－40℃，以2011年哈尔滨室外田间温度(－15℃)为对照，参考李合生［3］的研究方法。低温处理以3℃·h－1的温差递降，每个温度梯度处理6 h。将低温处理的枝条置于冰箱内0～4℃解冻9 h，室温恢复后，进行相关生理指标的测定。每个处理设3次重复，以不做人工低温处理材料(室温)为对照。

从不同温度梯度处理的枝条中各取5个用于恢复生长试验。在25℃室温条件下进行水中培养，每天换1次水，20 d后统计发芽枝数和累计发芽数。待发芽数稳定之后，计算存活枝条的萌发率。

相对电导率的测定:将处理后的枝条用蒸馏水冲洗干净，并用洁净的滤纸吸干。然后，剪成2 mm大小(避开芽眼)混均，用分析天平称0.2 g后置于小烧杯中，加入20 mL去离子水，每个品种3次重复。真空抽气5 min后，室温下静止30 min，用电导仪测定处理溶液电导率。然后再将小烧杯用保鲜膜封口，置于100℃沸水浴中20 min后去除封口，室温下静止30 min后测定煮沸电导率，计算相对电导率:相对电导率=(处理电导率(B)/煮沸电导率(C))×100%。并利用电导率logistic方程拟合法，计算低温半致死温度。

不同生理指标的测定:可溶性蛋白、游离脯氨酸质量分数，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性等均参照李合生的方法［3］测定。其中，可溶性蛋白质量分数的测定采用考马斯亮蓝法;超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)法;游离脯氨酸质量分数的测定采用茚三酮法;过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法。

试验数据均在SPSS17.0和EXCEL2007软件中进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同低温胁迫对相对电导率的影响

细胞膜是低温作用于细胞的原初部位，植物在受低温伤害后膜系统最先受害，细胞膜透性会发生改变，因此与植物抗寒性有密切关系。早在20世纪70年代，Lyons就提出细胞膜是低温冷害的首要部位，在低温下植物细胞膜由液晶态转变成凝胶状态，膜收缩，以致电导率增大［4－5］。

本试验测定了低温胁迫下，2个品种玫瑰1年生休眠枝条的相对电导率与温度的关系，如表1所示。2个品种相对电导率变化趋势基本一致，均随着温度的降低呈上升趋势。在CK(－15℃)到－25℃的低温胁迫下，2个品种玫瑰相对电导率的变化趋势相对较平缓，到－40℃时均达最高值，即42.62%和42.86%。各品种相对电导率迅速增大，表明2个品种膜系统受到的伤害加剧。相同温度条件下，苦水玫瑰的相对电导率基本高于冷香玫瑰，可见苦水玫瑰对低温胁迫敏感度高，说明冷香玫瑰对低温的适应性强于苦水玫瑰。

2.2 不同低温胁迫下2种玫瑰半致死温度LT50

低温胁迫下相对电导率与温度之间关系呈S形曲线，符合logistic方程，故对其进行回归分析得到方程y=k/(1+ae－bx)，并具有较好的拟合度。根据朱根海等［6］的方法，可知求 logistic方程的二阶导数，并令y=0，曲线的拐点x=(lna)/b所得的值即为半致死温度(LT50)(表2)。

表1 不同低温胁迫对不同品种玫瑰相对电导率的影响

表2 不同低温胁迫对2种玫瑰相对电导率影响的Logistic方程

通过回归分析得出，苦水玫瑰的半致死温度为－43.3℃，冷香玫瑰的半致死温度为－44.9℃。回归方程相关系数分别为0.934、0.949，呈极显著水平，表明这2种玫瑰的相对电导率值与温度呈线性相关，符合logistic方程条件，结果精确。并客观地反映了2种玫瑰的抗寒力的大小。

2.3 不同低温胁迫对可溶性蛋白质量分数的影响

目前在许多植物抗性研究中发现，可溶性蛋白质量分数与植物抗寒性之间存在着密切关系，低温胁迫引起细胞内可溶性蛋白的质量分数增加。而可溶性蛋白质量分数的增加，有助于提高细胞内的束缚水质量分数，降低冰点，可以说是防止细胞内结冰、避免细胞冰冻死亡的原因之一［7］。可溶性蛋白的亲水胶体性强，能明显增强细胞的持水力，从而提高植物的抗冷性。如表3所示，2个不同品种玫瑰的可溶性蛋白质量分数随温度的变化呈逐渐上升趋势。在－38℃时达最高峰，此时，冷香玫瑰的可溶性蛋白质量分数大于苦水玫瑰的，之后呈下降趋势。在相同低温胁迫过程中，冷香玫瑰的可溶性蛋白质量分数基本略高于苦水玫瑰。

2.4 不同低温胁迫对保护酶活性的影响

植物在低温胁迫时，体内产生的活性氧会造成膜脂的过氧化作用及膜蛋白的破坏，而一些保护酶类，如SOD、POD则可以迅速清除活性氧等毒害物质，保护植物细胞少受或免受伤害［8］。大量研究表明，低温胁迫下保护酶活性与温度呈正相关。

表3 不同低温胁迫对2种玫瑰各生理生化指标的影响

2.4.1 不同低温胁迫对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)是植物体中最重要的清除自由基的酶之一，其主要功能，即清除超氧阴离子自由基使其发生歧化反应［9］。其活性大小可以反映细胞对逆境的适应能力，间接地说明了植物耐寒性的强弱，SOD活性增大说明在低温胁迫下其清除自由基的能力增强［10］。如表3所示，2种玫瑰的超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先上升后下降趋势，在－30℃时，2种玫瑰SOD活性达最高值，比对照值分别增加了70%和87%;在－35℃时，2种玫瑰SOD活性急剧下降;当温度为－35～－40℃时，2种玫瑰SOD活性缓慢下降。总体上看，相同低温胁迫处理下冷香玫瑰的SOD活性大于苦水玫瑰的。

2.4.2 不同低温胁迫对过氧化物酶(POD)活性的影响

过氧化物酶(POD)是植物膜脂过氧化的酶促防御系统中重要的保护酶，主要起到酶促降解H2O2的作用，防止膜伤害从而提高植物的抗逆性。POD活性与植物的抗寒力有着密切的关系，其活性高低可以反映植物抗寒能力的大小［11］。如表3所示，2种玫瑰过氧化物酶(POD)活性总体来看呈先上升后下降再上升再下降的趋势。在－30℃时，2种玫瑰的POD活性达第一个高峰，然后缓慢下降;在－38℃时，2种玫瑰的POD活性达最高峰，苦水玫瑰POD活性达375 U·g－1·min－1，冷香玫瑰 POD 活性达425 U·g－1·min－1。并且在相同低温胁迫下，冷香玫瑰的POD酶活性基本大于苦水玫瑰的POD活性。

2.5 不同低温胁迫对游离脯氨酸质量分数的影响

游离脯氨酸在植物对抗低温胁迫时可平衡细胞代谢，保持细胞内环境相对稳定性。脯氨酸在冰冻期间防止细胞由于脱水而引起的伤害，低温胁迫下脯氨酸质量分数迅速增加，可以降低细胞水势，以此来避免冻害的发生［12－13］。游离脯氨酸作为渗透调节物质，其质量分数在低温胁迫下呈现上升趋势。由表3所示，2种玫瑰游离脯氨酸质量分数总体呈“上升－下降－再上升－再下降”趋势。其中，在－25℃和－35℃时出现2个高峰期，－25℃时达最高峰。当温度为－15～－25℃时，游离脯氨酸质量分数不断上升，当温度为－35～－40℃时，游离脯氨酸质量分数缓慢下降。总体上看，相同低温胁迫条件下，冷香玫瑰的游离脯氨酸质量分数大于苦水玫瑰的游离脯氨酸质量分数。

2.6 不同低温胁迫后水培恢复生长的差异

生长恢复法是最直观的判断树木受冻害或是否存活的方法。在树木遭受冻害后，用枝条是否存活及其萌芽情况确定2种玫瑰的抗寒性。采用人工低温胁迫处理，对枝条进行水培法恢复生长试验，15 d后待发芽情况稳定，调查统计萌发情况，如表3所示，2种玫瑰成活率呈下降趋势，总体上看，在相同低温胁迫下，冷香玫瑰成活率高于苦水玫瑰。当温度为－15～－25℃时，2种玫瑰成活率均在90%以上;当温度为－30～－40℃时，苦水玫瑰成活率迅速下降，而冷香玫瑰成活率呈缓慢下降趋势;当温度为－40℃时，苦水玫瑰成活率降至30%，冷香玫瑰成活率降至67%，说明此时2种玫瑰仍可存活，并且冷香玫瑰的抗寒能力强于苦水玫瑰。

3 结论与讨论

通过对苦水玫瑰和冷香玫瑰2品种的相对电导率、可溶性蛋白质量分数、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、游离脯氨酸质量分数生理指标的测定与分析，可知这些生理指标同植物抗寒力有一定相关性，得出苦水玫瑰和冷香玫瑰均较耐寒，苦水玫瑰低温胁迫半致死温度为－43.3℃，冷香玫瑰低温胁迫半致死温度为－44.9℃，冷香玫瑰的抗寒性略强于苦水玫瑰。对2种玫瑰进行水培恢复生长试验，结果可知，2种玫瑰在－40℃低温下仍可存活，并且冷香玫瑰枝条存活率明显大于苦水玫瑰，是较抗寒品种。

黑龙江地区属寒温带—温带湿润—半湿润季风气候，冬季寒冷且长，极端最低气温达－52.3℃(漠河地区)。由于冬季温度过低使得引种树木大多受到寒害，不利存活，以致黑龙江地区的园林绿化树种过于单调。通过本试验的研究表明，苦水玫瑰和冷香玫瑰均具有较强的抗寒性，适宜在黑龙江地区推广绿化应用，因此，极大地丰富了黑龙江地区的观干观花树种，且进一步促进了香料工业、食品工业等的发展。

本试验结果是在人工低温胁迫处理下得出的，在自然界中仍有许多因子影响其抗寒性，室内人工低温胁迫并不能完全反应植物的抗寒性，需要进行应用的深入研究，尤其是抗寒相关基因方面。目前，许多学者已经开始着手研究植物中不同的抗寒基因，如CBF家族基因、COR基因等。因此，对植物抗寒性的研究，应该综合考虑，并进一步研究抗寒玫瑰品种中含有的不同抗寒基因，为研究新的抗寒品种提供理论依据。

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