4种常绿阔叶植物叶片抗寒性研究

曹 阳，张旭艳

（山西农业大学信息学院，山西太谷030800）

由于受到低温的制约，常绿阔叶植物多集中在我国的南方地区，在我国高纬度地区的城市园林绿化中，常绿阔叶植物的应用种类比较少，而且应用的常绿阔叶树种多用作绿篱，加之我国北方城市冬季漫长、干燥多风，能够适应生长的常绿树种很少，使本身缺少色彩的冬季景观更加单调，造成冬季景观“枯黄和灰暗”的感觉，降低了城市环境的观赏性和宜居性[1]。然而近年来，抗寒性研究主要集中在蔬菜和果树等园艺作物上[2]，对绿化植物的抗冷冻伤害能力的研究还不够深入。对公园里优秀的常绿植物引入当地繁殖推广所涉及的范围和研究领域都非常有限，目前仅在北京[3-4]、南京[5]、山东[6-7]、河南[8]和河北[9]等地有报道。因此，研究植物的抗寒性不仅有理论上的意义，而且在现实生活中也非常的重要。

基于上述研究背景，本试验以箬竹、女贞、龟甲冬青、大叶黄杨作为试验材料，对山西忻州地区引种的这4种植物进行了观察和比较，分析了4种植物的耐寒性，旨在为该地区常绿阔叶植物的引种选育提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为箬竹、女贞、龟甲冬青、大叶黄杨4种常绿阔叶植物。选取生长健康植株的位于树木中上部侧枝自基部向上的第6～10片完好的叶片进行试验。

1.2 试验地概况

试验在山西省繁峙县树木培养基地进行，属于北温带大陆性气候，四季分明。年平均气温6.3℃，年降水量400 mm左右，但地域性和年际差较大。全年无霜期130 d左右。

1.3 试验设计

设4个低温处理，分别为：（1）2017年11月4—11日的平均气温在0℃左右；（2）2017年12月5—12日的平均气温约为-5℃；（3）2018年1月4—11日的平均气温约为-15℃；（4）2018年2月1—8日的平均气温约为-10℃。

1.4 测定指标及方法

细胞膜电导值测定采用电导仪法[10]；叶绿素含量测定采用丙酮法[10]；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[11]；POD活性测定采用愈创木酚比色法[11]。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对植物叶片电导率的影响

由表1可知，随着温度降低，相对电导率呈上升趋势，4种植物在-15℃时的相对电导率均达到最高。在0℃时，箬竹的相对电导率高于其他3种植物。在-10℃时，箬竹和女贞的相对电导率明显增大，而龟甲冬青在达到-15℃时才有明显增加，大叶黄杨在整个低温期的相对电导率变化缓慢，且增值幅度较小，仅增大了0.12。然而女贞的相对电导率在整个降温期间增幅最大，达到了0.38。

表1 低温胁迫对常绿阔叶植物叶片电导率的影响

2.2 低温胁迫对植物叶片可溶性糖含量的影响

由表2可知，随着温度的不断降低，箬竹和女贞的可溶性糖含量表现出先上升后下降的变化趋势，龟甲冬青和大叶黄杨的可溶性糖含量随着温度的降低而逐渐上升，但它们之间的变化有差异。箬竹、女贞在-5℃时出现峰值，且均高于40 mg/g。大叶黄杨在-5～-15℃变化较大，可溶性糖含量增加了14.02 mg/g；在整个的降温过程中，龟甲冬青中可溶性糖含量逐渐增加且幅度较小，与0℃相比增加了8.16 mg/g。

表2 低温胁迫对植物叶片可溶性糖含量的影响 mg/g

2.3 低温胁迫对植物叶片叶绿素含量的影响

从表3可以看出，在低温下4种植物的叶绿素含量是随着温度的降低而不断降低的。在0℃时，女贞叶绿素含量较低，其他3种植物差别不大，其平均值大约为15 mg/g。当温度下降至-10℃时，4种植物叶绿素含量显著降低，其中尤以女贞变化最明显，为9.90 mg/g，降幅也最大，为3.49 mg/g。当温度降低到-15℃时，变化幅度比之前降低，其中，大叶黄杨的降幅最小，仅为0.36 mg/g。

表3 低温胁迫对植物叶片叶绿素含量的影响 mg/g

2.4 低温胁迫对植物叶片POD活性的影响

由表4可知，4种植物的POD活性差异较大，但是都随着温度的降低呈现先增加后降低的趋势，其中，大叶黄杨的POD活性最大，女贞的最低。女贞叶片POD活性在-5℃时最高，箬竹、龟甲冬青、大叶黄杨的POD活性均在-10℃时达到最高。龟甲冬青、大叶黄杨在-5～-10℃之间POD活性呈迅速上升趋势，分别上升了3 350.34，3 620.12 μg/（g·min）。在降温期间箬竹和女贞的POD活性变化较为平缓。

表4 低温胁迫对植物叶片POD活性影响μg/（g·min）

3 结论与讨论

随着温度的逐渐降低，植物外部形态和内部生理状态也在不断进行一系列的低温适应性变化[12]。但低温胁迫下，对植物细胞的影响首先作用于生物膜，导致生物膜结构和功能改变，进而使细胞膜透性增大，电解质外渗，电导率增大是植物遭受冻害的重要原因，同时能够比较客观地反映植物在低温逆境中受伤害的状况。王小丽等[13]研究结果表明，处理温度从4～-33℃，大多数桃种质电解质外渗率变化趋势一致且逐渐增加，并在-21℃时出现拐点。本试验中随着温度持续下降，植物叶片的电导率也呈持续升高的趋势，4种植物的电导率在-15℃时均达到最高，表明此时4种植物细胞膜都受到了不同程度的低温伤害，女贞受害程度比其他3种植物严重。

糖是植物在寒冷时期抵御外界环境的关键保障材料，可溶性糖的积累是植物耐冷程度的体现[14]。前人对白玉兰和紫叶李抗寒性研究表明，当温度降低到0℃时，叶片可溶性糖含量有所下降，其中，白玉兰的叶绿素含量、可溶性糖含量都比紫叶李高，因此，白玉兰抗寒性高于紫叶李[15]。在本试验中，随着温度的不断降低，箬竹、女贞的可溶性糖含量呈先上升后下降的变化趋势，而龟甲冬青和大叶黄杨则持续升高，后2种植物的抗寒性高于前2种。

有人认为，低温诱导会降低叶绿素含量以及植物的光合能力，增加植物的吸热量，从而减轻逆境对其造成的损害[16]。本试验中，箬竹、女贞、龟甲冬青和大叶黄杨植物叶绿素含量总的来说是呈下降的趋势，在-15℃时女贞叶绿素含量下降最多，由此可知，随着温度的降低，女贞叶片较其他3种植物叶片失绿严重。

植物体在正常情况下，细胞内自由基的产生和清除处于动态平衡状态，但当温度继续下降时，自由基的产生就会明显增加，而清除量下降，导致了自由基的积累，造成膜脂过氧化，破坏膜结构，从而使植物受到低温伤害。而POD是一种催化H2O2参加各类还原剂氧化反应的酶[17]，作为清除活体氧和自由基的保护酶，其活性大小可反映细胞对逆境的适应能力。范月仙等[18]研究发现，POD的活性越高，保护生物膜的作用就越强，抵御寒冷损害的能力也就越强。除此之外，石如意等[19]对耐寒能力强的青农105玉米进行低温胁迫研究表明，该品种的POD活性增幅较大。本试验中，4种植物体内的POD活性存在很大差异，龟甲冬青和大叶黄杨POD活性明显高于箬竹和女贞，其中，女贞POD活性最低；就POD活性变化趋势而言，基本都呈先上升后降低的变化趋势。

由于不同的因素在植物抗寒性中起不同的主导作用。因此，只通过一个生理指标来确定植物的抗寒性是不太准确的，需要进行多方面的分析比较。就本试验而言，综合以上指标可得出，4种植物的抗寒性顺序由强到弱为大叶黄杨＞龟甲冬青＞箬竹＞女贞。