几种宿根花卉抗寒性研究

李瑞，季晓慧，赵凌全，肖杰

(1.牡丹江师范学院生命科学学院，黑龙江 牡丹江 157011;2.黑龙江省森林与环境科学研究院,黑龙江 齐齐哈尔 161005)

几种宿根花卉抗寒性研究

李瑞1，季晓慧2，赵凌全2，肖杰1

(1.牡丹江师范学院生命科学学院，黑龙江 牡丹江 157011;2.黑龙江省森林与环境科学研究院,黑龙江 齐齐哈尔 161005)

以重瓣金鸡菊、黑心菊等8种宿根花卉为试验对象，利用电导率法测定抗寒性，同时以可溶性蛋白质和脯氨酸含量的变化为辅助依据，从生理方面解释8种宿根花卉抗寒性的强弱。结果表明，随着低温胁迫温度逐渐降低，各品种花卉的细胞膜透性均逐渐升高，而不同品种之间增加的幅度有明显差异。通过运用隶属函数法结合植物体内可溶性蛋白质和脯氨酸含量的变化算出8种宿根花卉抗寒性顺序为：重瓣金鸡菊>黑心菊>飞燕草>宿根福禄考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

宿根花卉;抗寒性；隶属函数值法

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

近年来，全国各地在园林景观配置方面已开始重视宿根花卉的应用，并已取得一定的研究成果。宿根花卉作为多年生花卉，具有一年栽植多年观赏的特点，同时种类丰富，可作为花丛、花群、花带等各种各样的景观在园林中应用。宿根花卉对环境的适应性强，常常采用简单、粗放的管理形式。目前东北地区由于气候条件相对恶劣，极端低温甚至达到-40 ℃，导致园林植物结构简单，种类匮乏，园林景观观赏性不强，这就需要引入一些宿根花卉品种来丰富本地区的园林植物资源，使得在东北地区园林绿化中有更多的花卉种类可供选择。许多花卉在生长地生长良好，具有很好的观赏性，但是引种到东北地区却生长不好，不具有观赏性，甚至死亡，这就需要对它的抗性进行测定，了解是否适合在东北地区推广应用。

该试验对8种宿根花卉进行了抗寒性测定：通过测定低温胁迫下植物根系细胞膜透性的改变、植物体内可溶性蛋白质含量和脯氨酸含量的变化来确定8种宿根花卉的耐寒能力，以期为东北黑土区引种宿根花卉提供参考。

1 试验材料

试验用8种宿根花卉取自于黑龙江省克山农场林业公司苗圃。种类分别为重瓣金鸡菊(Coreopsislanceolata‘Double Sunburst’)、地被菊(ChrysanthemummorifoliumRamat.)、宿根福禄考(Phloxpaniculata)、黑心菊(RudbeckiahirtaL.)、飞燕草〔Consolidaajacis(L.) Schur〕、射干(Belamcandachinensis)、肥皂草(SaponariaofficinalsLinn)、堆心菊(Heleniunbigelovii)。

2 试验方法

2016年10月下旬挖出8种宿根花卉的根系若干，先用自来水洗净，把附着的泥土去掉，然后再用去离子水冲洗根系3遍，确保试验对象干净无异物。然后用去离子水把纱布浸湿，再用湿纱布把根系包好，放在做好标记的聚乙烯袋子里，最后放入到可以调节到-40 ℃的超低温冰箱中进行冷冻处理。第一个处理在0 ℃保持24 h取出，第二个处理降温到-10 ℃保持24 h后取出，第三个处理降温到-20 ℃保持24 h后取出，第四个处理降温到-30 ℃保持24 h后取出，第五个处理降温到-40 ℃保持24 h后取出，取出的冷冻材料放在0～4 ℃的冰箱中缓慢解冻24 h后，取出样品进行实验测定,每组处理均设3次重复。

3 测定指标及方法

3.1 细胞膜透性的测定

宿根花卉根系细胞膜透性采用电导率法测定，首先把解冻后的根用剪刀剪成2～3 mm左右的小段，每品种用电子天平称取0.1 g，放入加有10 mL蒸馏水的具塞试管中，静置到样品沉入试管底部后，用电导率仪测定电导率，然后放入水浴锅沸水浴20 min，冷却后再静置2 h测定电导率，重复3次，最后算出相对电导率。

3.2 可溶性蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝G-250法测定[1]

3.3 脯氨酸含量的测定

叶片游离脯氨酸含量采用茚三酮法测定[2]

3.4 隶属函数值法评价品种抗寒性

抗寒性评价用模糊数学中的隶属函数值法[3]，依据细胞膜的透性、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白质含量进行评价。

隶属函数值计算公式：R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

公式中，xi是测定的指标，xmin、xmax为所有相关材料的某一种指标的最小值和最大值，如果为负相关，则用反隶属函数进行计算,公式:R(xi)=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

4 结果与分析

4.1 低温胁迫对根系细胞膜透性的影响

植物在逆境下细胞膜透性会发生改变，可用来作为重要的抗逆性指标。正常情况下，植物细胞膜具有选择透过性，当受胁迫时，植物细胞膜会受到伤害，膜透性会增大，就会使得细胞内电解质外渗，从而表现为电导率增大。抗寒性强的植物细胞膜透性改变小，且易于恢复，抗寒性弱的植物细胞膜透性变化大，不易恢复，最终造成伤害直至死亡。这种变化明显出现在外部形态变化之前，因而可作为判断抗寒性的生理指标[4]。

在图1中我们可以看到随着低温胁迫温度的降低，各个品种的相对电导率都呈现上升趋势，其中上升最为明显的是重瓣金鸡菊，在0 ℃时相对电导率在12%左右，当温度降到-40 ℃时达到了70%以上，黑心菊在-10 ℃时相对电导率在15%左右，当到了-20 ℃时突然升高到50%以上，然后又降到40%左右,这说明重瓣金鸡菊的耐寒性较强，黑心菊可能是在受到寒冷胁迫时，体内产生抗寒机制，细胞膜结构发生改变，导致相对电导率又出现下降的趋势。堆心菊从0～10 ℃相对电导率基本没有变化，当到达-20 ℃时突然升高到43%，说明在-20 ℃时细胞膜受到伤害很大，其他品种电导率变化基本一致。

图1 低温胁迫对根系细胞膜透性的影响

4.2 低温胁迫对植物体内可溶性蛋白质含量的影响

关于可溶性蛋白质与植物抗寒性的关系已经有了很多的研究，研究发现植物体内可溶性蛋白质含量的变化和抗寒性基本保持平行的关系，一方面表现在蛋白质的含量随着抗寒能力提高而增加，另一方面表现在抗寒性强的品种可溶性蛋白质含量较高，姚元干等在研究辣椒叶片抗性中发现抗性高的品种能积累更多的蛋白质，可作为抗逆性的一个指标，这在大白菜上也得到证实[3,4],从图2中我们看到植物体内可溶性蛋白质变化的趋势大致有两种：一种呈现先升高后降低的趋势，如地被菊、飞燕草、射干和重瓣金鸡菊。另一种呈现先下降后升高的趋势，如肥皂草、宿根福禄考、堆心菊和黑心菊。在0 ℃时植物体内可溶性蛋白质含量最低的是飞燕草和重瓣金鸡菊，分别为1.06 mgg-1和1.33 mgg-1，最高的是堆心菊，可溶性蛋白含量为6.01 mgg-1。在整个低温胁迫过程中，体内可溶性蛋白质含量变化幅度最小的是重瓣金鸡菊和宿根福禄考，分别为0和33%，这说明这两种花卉在低温胁迫过程中变化不大，耐寒性比较强，另外在0 ℃时堆心菊、黑心菊和肥皂草的可溶性蛋白质含量较高，但是在-40 ℃时堆心菊和黑心菊可溶性蛋白质含量均低于0 ℃时的含量，说明耐寒性不强。

图2 低温胁迫对植物体内可溶性蛋白质含量的影响

4.3 低温胁迫对植物体内游离脯氨酸含量的影响

当植物受到胁迫时，植物体内的游离脯氨酸会积累，它在维持细胞膨压、保持细胞生长和保护酶的活性方面有重要作用，徐基艳研究表明，地被菊的游离脯氨酸含量随着温度降低而显著增加，周蕴薇也发现低温胁迫明显增加游离脯氨酸的含量，并且随着胁迫程度加强脯氨酸含量也增加。因此游离脯氨酸含量的变化也能在一定程度上说明植物在低温胁迫下的耐寒能力，从图3中我们看到大部分品种在开始胁迫后脯氨酸含量都是在0～-10 ℃下降，在-10～-30 ℃脯氨酸含量基本不变，在-30～-40 ℃呈现上升的趋势，而黑心菊和肥皂草的脯氨酸含量在整个胁迫过程中变化不明显。从0～-40 ℃的胁迫过程中，宿根福禄考、堆心菊、肥皂草和黑心菊的脯氨酸含量有明显上升趋势，分别上升了31%、66%、60%和37%，说明这几个品种耐寒性比较强。

图3 低温胁迫对植物体内游离脯氨酸含量的影响

4.4 8种宿根花卉耐寒性综合评价

通过相对电导率、游离脯氨酸含量和可溶性蛋白质含量为指标计算各指标的隶属函数值，然后归纳总结，综合评价结果见表1。

品种相对电导率脯氨酸含量可溶性蛋白质含量平均抗寒性排序重瓣金鸡菊0.530.540.550.541地被菊0.430.440.250.378宿根福禄考0.550.360.490.474黑心菊0.470.790.280.512飞燕草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 结论

通过对8种宿根花卉进行5个处理的低温胁迫，发现受低温胁迫的影响8种宿根花卉的细胞膜透性都发生了改变，并随着胁迫程度的加强，细胞膜的透性逐渐升高，但不同品种之间增加的幅度不同。细胞膜透性的变化可反映植物受到伤害程度的大小，可以作为衡量植物抗寒性的指标之一。同时，该试验测定了在低温胁迫下植物体内可溶性蛋白质的含量和游离脯氨酸含量的变化，试图从植物生理的方面来解释植物抗寒性的差异，从结果看，该方法可以在一定程度上解释8种宿根花卉抗寒性的强弱，并且能够真实反映植物抗寒性的情况。本试验中, 受低温胁迫影响 8种宿根花卉的各生理指标变化不仅相同, 其综合抗寒能力也存在显著差异性，这可能也和植物自身的生理结构有关系。研究结果表明，8种宿根花卉的叶片相对电导率、可溶性蛋白质含量、脯氨酸含量三个生理指标之间相关性强，分析每个指标后，结合隶属函数值法对8种宿根花卉进行综合评价，得到抗寒性能力由强至弱依次为：重瓣金鸡菊>黑心菊>飞燕草>宿根福禄考>射干>肥皂草>堆心菊>地被菊。

植物的抗寒性是有多种原因决定的，不能完全用几种植物体内生理指标来说明 , 本实验低温胁迫试验是在低温冰箱中进行的, 与自然条件有明显差别。在以后的试验中，还应该结合其他环境因素综合考虑来开展植物抗寒性研究，为园林绿化植物材料选择提供更准确的数据。

[1] 邹琦.植物生理生化实验指导[M].北京:中国农业出版社,1999:22

[2] 孔祥生，易现峰.植物生理学实验技术[M].北京：中国农业出版社，2008

[3] 王荣富.植物抗寒指标的种类及其应用[J].植物生理学通讯,1987,6(3):49-55.

[4] 叶陈亮,柯玉陈,陈伟.大白菜耐热性的生理研究[J].福建农业大学学报,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

国家林业局公益性项目(东北黑土区林业生态工程构建技术集成与示范)

李瑞(1991-)，男，山西长治人，在读硕士，现从事园林植物应用研究.

肖杰，Email：swxxj1126@.com

S682.1

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.018