观赏植物抗寒性改良技术探讨

葛慧莲

(科尔沁右翼前旗园林管理所，内蒙古 兴安盟 137400)

在目前植物培养的过程中，低温环境是影响植物正常生长的关键性因素之一，对植物的地理分布特点以及繁衍生长都产生了非常不良的影响。在目前的城市绿化工作中，露地栽培的观赏性植物有着较高的观赏价值，但是其抗寒性却普遍不强[1]，在具体的推广与栽培过程中存在着不小的阻力，尤其是对于我国一些寒冷地区来说，提高观赏性植物的抗寒性能是当前城市绿化工作中的重要工作内容。近些年来，我国的生物工程技术发展迅速，已经基本上完成了全基因组测序和植物转录组的工作，科学家也基本上掌握了大量与抗寒有关的基因[2]，在基因工程技术不断完善的技术背景下，已经可以有针对性地从遗传角度对对观赏植物的抗寒性能进行调控与改良，且取得了非常不错的效果，本文也将从生物工程这个角度探讨与分析观赏性植物的抗寒改良技术。

1 影响植物抗寒能力的主要因素分析

1.1 外部影响因素分析

外部影响因素会对植物的抗寒能力产生极大影响，影响观赏植物抗寒性的因素主要包括低温、光照和光周期、水分等外部环境条件[1]，而且土壤的水分含量也是影响植物抗寒能力的关键因素。

1.2 植物自身的因素分析

除了外部的影响因素之外，观赏植物自身的遗传基因，生长速率和发育水平等内部因素也会对抗寒性产生极大影响，尤其是植物存在着生殖隔离的情况，所以自身遗传基因的不同会导致每一类植物对于外界温度的敏感性不同。根据目前行业内的研究成果来看，植物的生长速率与抗寒性强弱之间存在着负相关的关系，如果观赏性植物处于较低的发育水平，就可以通过影响其遗传性状来改变该植物的抗寒性能。如，在当前的生物工程研究领域中，可以在窄叶羽扇豆的种子时期通过对其种子大量的加水促进其萌发进而缓解低温因素对其生长发育和产量的影响。在随后的研究中，学者们也发现，植物的生殖过程中亲代环境的条件也会对后代的表现产生较大的影响，具体来说就是将亲本在不同温度下培养的后代暴露在外界冷冻以及低温的条件下，那么在寒冷环境中生长的亲本光和产量相对会恢复更快。

2 观赏性植物抗寒性响应机制分析

低温环境对于观赏性植物的基因表达有着很强的抑制作用，在低温的环境下，植物的生物膜会受到低温的胁迫，而且植物的生物膜系统在低温胁迫的情况下可以改变膜质脂肪酸不饱和度。通过对葡萄植株的试验可以看出，在低温条件的胁迫下，葡萄幼株的光合参数、碳水化合物的浓度以及相关酶的活性均表现出了非常显著的变化。这也从另外一个角度说明了植物的光合作用的特征、碳水化合物的代谢过程与植物的抗寒性有着非常紧密的关联性[4]。而且在外界低温的胁迫之下，观赏性植物的体内会产生大量的活性氧，而大量活性氧的存在会在植物的体内形成抗氧化的物质，进而在植物的体内形成氧化应激反应，这样可以刺激植物体内合成抗氧化类物质、渗透性物质等，从而对植物的抗寒性能产生较大影响。

二价钙离子、植物激素以及蛋白质磷酸化等也能够调控植物体内低温诱导基因的表达，在植物体中，二价钙离子是具有感受器功效的，植物在受到外界低温的胁迫之后，就会诱导细胞释放出大量的二价钙离子，进一步激活蛋白酶参与到蛋白质的磷酸化过程中，从而诱导靶基因的表达。而且蛋白激酶中的丝裂原活化蛋白激酶可以在低温的条件下在植物的体内产生一系列的改变与反应，尤其是会在植物体内形成级联反应，而该反应则是将外界的环境刺激转化为细胞反应的重要信号模块。除此之外，植物激素对植物正常的生长和发育起到了非常重要的调节作用，而且对植物的抗寒性能也有着非常巨大的影响作用。在目前的研究中，水杨酸、褪黑素、茉莉酸、多胺等植物激素都可以使用CBF的依赖性和非依赖性从而对观赏性植物的抗寒性功能进行有效地调节。从整体上来说，在低温的胁迫下，植物的某些正常功能会受到抑制，这对于观赏性植物的生长以及环境的适应起到了非常不好的影响，所以在目前的研究领域中，为了使得观赏性植物能够具有更好的抗寒性能力，越来越多的学者开始从植物体内基因表达以及抗寒性响应机制等内容来深入研究。

3 观赏植物抗寒性改良技术的分析

3.1 传统农作物培育技术的抗寒性改良技术分析

在我国传统农作物培育技术中，为了进一步提升农作物的抗寒性能，往往会采用耐寒品种的筛选、育种、栽培等传统方式进行。其中最重要的就是选种育种工作，但是这个过程往往要经历较长的时间，在我国农作物培育的领域中，该方法在扩大观赏性植物栽培范围、提高观赏性植物的经济价值作出了巨大的贡献。如，我国在农业领域中已经进行了长达半个多世纪的“南梅北移”工作，对于竹子、梅花、菊花、杜鹃等植物进行了抗寒性性能的培育，取得了非常不错的成果。

在传统的培育手段中还可以对观赏性植物进行抗寒性锻炼，尤其是在观赏植物移植之前需要对其进行抗寒性锻炼，该工作能够有效地改变观赏性植物细胞膜脂肪酸的不饱和度，从而进一步增强植物细胞的稳定性结果，进而提升其抗寒性能[5]。如，在对咖啡树进行抗寒性锻炼的过程中，可以明显地检测到咖啡树的总叶绿体膜磷脂和总脂肪酸含量明显提升。

利用抗寒性砧木嫁接来提升观赏性植物的抗寒性能也是一种比较常用的方法。如，在提升柑橘的抗寒性能过程中，可以使用砧木、接穗联合使用的方法来提高柑橘的抗寒性能，并且能够提升果实的产量与质量，同时在嫁接的过程中还进一步增强了柑橘对于生物或者非生物胁迫的耐受性。

3.2 外部施加植物激素与外源物质调控技术分析

对于观赏性植物施加外部植物激素可以有效地提高其抗寒能力。如，在培育的过程中使用ABA来处理百慕大草和葡萄能够有效地缓解植株所受到的冷胁迫，有效提高其抗寒性能。同时可以使用外源褪黑素对茶树的叶片进行预处理，有效增强观赏性植物的抗氧化能力的同时还能够对该植物现有的氧化还原稳态进行稳定，从而减少氧化应激的情况。还可以使用外源物质调控技术来进行抗寒性能的提升，在该过程中，最常用到的就是二价钙离子，通过对植物的外源施加二价钙离子来进一步缓解植物膜质的过氧化程度，从而全面提高植物的抗寒性能。此外，在葡萄植株抗寒性能的培育过程中，可以外部施加钾离子来进一步提升其抗寒性能；大量的研究实践结果表明，钾离子是一种诱导观赏植物冷驯化的有效营养物质，所以在目前葡萄的培育过程中，工作人员往往会在其表面喷洒一定浓度的硫酸钾来提高葡萄植株的抗寒能力。

3.3 利用当前生物基因工程来提升抗寒性能力分析

进入21世纪以来，我国的生物工程技术得到了飞速发展，尤其是以基因工程为代表的生物技术在生物实践过程中得到了良好的应用，在优良品种的培育过程中，运用基因工程可以有效地缩短育种周期，而且将植物的优良性状保留下来。在目前的研究领域中，可以分为生物基因氛围调控性基因和功能性基因2种类型，其中，调控性基因可以通过对生物体内冷信号调节过程传导机制以及基因的表达过程进行调控，从而间接实现提升观赏性植物的抗寒性能。而功能性基因与观赏性植物的抗寒性有着直接的联系，所以可以直接改变植物的功能性基因组，从而实现抗寒性能的提升。

可以在植物内部导入调控基因，根据目前行业的研究成果来看，CBF转录因子是改变植物抗寒性能的关键性表达基因，而且CBF基因在低温的环境下，在植物内部的含量会进一步增加，如，在白毛杨的体内导入胡杨PeCBF4a基因，在烟草中导入菊花DmDREBa基因都可以显著地提升该植物的抗寒性能，这些试验的最终结果也表明了植物的CBF转录因子对于植物本身的抗寒能力提升有着非常良好的效果。可以在植物体内导入功能性基因来提升该植物的抗寒性能，通过以上的分析可以知道，功能性基因与观赏性植物的抗寒性有直接的联系，所以可以直接改变植物的功能性基因组，从而实现抗寒性能的提升。如，在观赏性植物中，利用过表达脂肪酸去饱和代谢路径中关键酶基因，能够通过增加这种膜质脂肪酸不饱和度来有效地调控与改良植物的抗寒性能；欧洲油菜植物体内往往会含有含量较多的表达乌桕的SsSAD基因，将该基因导入到其它类型物质中可以使得转基因植物表现出较高的C18∶2、C18∶3含量，从而使得抗寒性能得到了显著地提升。同时，为了更加有效地增加植物的抗寒性能，还可以在植物的内部导入一些能够催化饱和脂肪酸顺式双键形成的酶。但是需要注意的是，抗氧化酶应当与抗氧化剂结合使用，从而表现出良好的协同作用，从而保持细胞氧化还原状态的稳态。近些年的生物工程研究发现，植物体内的编码抗氧化酶的基因转录水平的增加和编码的合成抗氧化剂的基因增加对于植物的抗寒性能提升有着良好的效果，而且该基因的增加对于植物中各种非生物胁迫的植物中ROS过度积累也起到了非常重要的保护作用。

除此之外，还可以在观赏性植物体中过表达渗透调节物质合成相关生物代谢路径中关键酶基因，通过这种方法来提高渗透物质的积累数量，从而来调控和改良植物的抗寒能力。如，在烟草的体中存在着超量表达的PtrA/NINV基因，在假俭草中超量表达的百慕大CdSAMDC1基因，将两者基因组合之后所得到的转基因植株具有更高的抗寒性能，该试验结果也再次表明了，若在观赏性植物中具有超量表达棉子糖合成酶、参与多胺生物合成酶以及不可逆的水解蔗糖酶等物质都能够有效地提升观赏性植物的抗寒能力。该研究结果也为观赏植物抗寒性能的提升与改良提供了技术方面的支持。

4 结语

由于我国生物基因工程的发展与进步，通过基因工程的相关技术手段来改良观赏性植物的抗寒性能已经具备了现实可能性。在目前的实践领域中，通常还是采用传统的农作物培育手段、外源性物质调节手段以及基因组的改良手段，但是随着科学技术的不断进步，转录组、代谢组等表达分析技术已经相对比较完善，在这样的技术背景下，科学研究人员已经从现有的植物体内获得了大量的抗寒性基因，这为提升观赏性植物抗寒性能提供了技术方面的可能性，但是从整体应用效果来看，基因工程的应用还存在着一定的不足之处，在未来的研究过程中仍然需要不断地探索与实践，从而研究出更好的观赏性植物抗寒性改良技术。