自然低温下7 种热带睡莲的耐寒性评价

程 哲，王彦杰，吕存红，金奇江，杨梅花，王雪莲，叶春秀，徐迎春*

（1.南京农业大学 园艺学院/农业农村部景观农业重点实验室/农业农村部花卉生物学与种质创制重点实验室/国家林业与草原局华东地区花卉生物学重点实验室，江苏 南京 210095；2.三亚南京农业大学研究院，海南 三亚 572025；3.浙江伟达园林工程有限公司，浙江 杭州 311201；4.石河子大学 农学院，新疆 石河子 832099；5.新疆农业大学 林学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

睡莲属植物按生态类型可分为耐寒睡莲和热带睡莲，其中热带睡莲是广泛分布于热带地区的睡莲属植物类群的统称。热带睡莲的花期较长，只要温度合适可一直开花，无明显的休眠特性；其花朵硕大，花梗可挺出水面，适合用作切花；花色艳丽、丰富，具有耐寒睡莲所不具备的蓝与蓝紫色系［1-2］，观赏价值极高。不少热带睡莲品种的花具有香味，沁人心脾，深受大众喜爱；同时，热带睡莲的花还可用于提取精油、泡茶饮用，其叶片提取的类黄酮具有抑菌功效［3］。但热带睡莲在我国南岭以北地区自然越冬较为困难，需要在温室内加以保护越冬，这大大限制了其推广应用。

随着近年来园林绿化产业对耐寒观赏植物的需求日益增长，耐寒性强弱成为园林植物配置中重要的指标。但关于热带睡莲的耐寒性研究仅有少量报道［4-6］，缺乏系统评价，尤其未见自然低温下热带睡莲品种间耐寒性的研究。

因此，本研究以杭州萧山地区种植的7种热带睡莲为试材，通过观测自然低温下不同品种植株的冷胁迫指数、落叶率、落花率及叶色变化等指标，对品种间的耐寒性进行比较，以期筛选出耐寒性强的热带睡莲品种作为优良亲本用于耐寒性育种，同时指导企业按照热带睡莲的不同耐寒等级有依据地规划出引种范围，降低生产试错投入成本，扩大热带睡莲种植区域。此外，也为进一步解析高耐寒型热带睡莲的耐寒机理奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验地点位于浙江杭州萧山区义桥镇浙江伟达园林工程公司的水生植物基地，地处亚热带季风气候区，全年平均气温为16.1 ℃，平均相对湿度为70.3%［7］，冬季平均气温3.8 ℃。

1.2 试验材料

供试材料为7种热带睡莲的成品开花苗（表1），分别为：埃及白、伊斯兰达、甘娜、蒂娜、蓝女神、黑美人、鲁比，盆栽种植，并沉盆于露天池塘中。每个品种观测3盆。观测时间从2019年10月底至12月初。

表1 供试热带睡莲品种

1.3 观测内容与方法

记录观测地每日最高以及最低温度，直至观测结束，将气温数据绘制成图并定期记录各品种的热带睡莲叶片冷害胁迫指数、落叶率、落花率及叶片中绿黄红面积比。

1.3.1 冷害胁迫指数的计算 植株的叶片冷害指数＝∑（级数×叶片数）/（最高级数×总叶片数）。每个品种3个重复，取均值。

冷害胁迫分级依据李心［8］、张玮［9］等在红掌、木薯耐寒性研究中使用的分级标准，并结合实际观测进行了改良（表2）。相对冻伤面积的计算采用崔华威等［10］的方法。

表2 热带睡莲叶片冷害分级

1.3.2 叶片绿黄红占比的计算 使用PS CC2016魔棒工具对观测期间照片进行处理，选取肉眼观测黄色、绿色及红色区域（包含紫红），直方图计算像素点，用各颜色像素点之比代表各区域颜色占比。每个品种取其3次重复的平均值。

1.3.3 叶色色卡的制作 打开PS工具按照照片颜色表普及排序，挑选出排名靠前的3种色块代表该时期热带睡莲叶色的颜色，绘制成色卡。

1.4 数据处理

用Excel 2016软件对试验数据进行处理，并用SPSS 19.0、Origin 2016软件对试验数据进行分析及绘制图表，使用PS CC 2016软件计算热带睡莲叶片冻伤相对面积比、红绿黄占比以及色卡制作。

2 结果与分析

2.1 气温变化

由图1可以看出，在观测期间，气温不同程度地下降了6次，其中12月3日下降的温度达到最低，为3.2 ℃；11月7日至11月9日气温下降幅度最大，达到了57.23%。考虑到观测期间有温度持续回升时期，所以选取4个特殊阶段：11月4～9日（初次大幅度降温的时期）、11月14～19日、11月19～21日（时间持续最久，为3 d）及12月3日（温度降至最低时）重点分析不同睡莲品种的耐寒反应。

图1 2019年10月30日至12月3日杭州市气温的日变化趋势

2.2 自然低温下热带睡莲叶片形态的变化

在观测的1个月时间内，7种热带睡莲的冷害指数（图2）、落叶率（图3）均有所升高。观测结束时，冷害指数超0.2的品种已过半数，与其他品种存在显著性差异，耐寒性能较差；落叶率大于40%的有2种，受低温胁迫严重。

从冷害胁迫指数来看（图2），观测初始，除蓝女神外，其余品种的冷害指数均在0～0.1范围内，起始水平相对一致。埃及白在观测期间一直保持着低水平，截至结束，与冷害胁迫指数高水平品种存在显著性差异，推测其耐寒性较佳。伊斯兰达与甘娜在经历了2次降温的观测前期与推测耐寒性较好的埃及白在冷害指数的数值上不存在明显区别，观测后期的数值激增并一直保持高水平，对于低温有一定的耐受性，叶片对环境变化反应存在滞后。蒂娜初降温结束时增长幅度达到了105.49%，胁迫损伤急速恶化，推测面对低温的应变能力较差，如图2所示，后续冷害指数持续走低应该是以落叶的形式减缓低温伤害。黑美人冷害指数总体水平不高，在达到最大值（0.145）后，降温冷害数值偏低，推测是经历了几次降温后得到一定程度的抗冻锻炼，对低温的适应性有所提升。蓝女神冷害指数持续增长，与当时冷害指数最小即受冷害程度最轻的埃及白存在显著性差异，低温影响加深，推测其对低温的抵抗力较弱，达到最高值（0.215）后也维持着高水平。鲁比与黑美人叶片形态变化类似，在观测截止时冷害指数攀升，上涨152%，可能是遭遇了超越抗寒能力的胁迫，耐寒耐受温度可能在此范围内。

图2 不同时期各品种热带睡莲冷害指数的变化（均值±SEM）

从落叶率来看（图3），埃及白连续几次不同程度的降温依然能维持叶片的正常生长，几乎未受到影响，表现为耐寒性较强。而伊斯兰达的落叶率在观测期间一直保持着较高水平，观测中期数值趋于平缓，可能是由于抗冻锻炼，但在持续降温后平衡被打破，落叶率飙升与其他品种差异显著，耐寒性较差。甘娜在初次降温时落叶率上升幅度超过250%，后期变化幅度平稳且数值水平也基本稳定，表明该品种对低温的响应快，能迅速地维持环境胁迫下的机体平衡，保证植物正常生理活动，耐寒性较好。蒂娜在观测期间落叶率持续增长，至12月3日落叶率已达41.50%，与埃及白差异明显，推测耐寒性较差。黑美人落叶率在观测期间呈现出先上升后下降的趋势，落叶数的下降表明该品种应对环境胁迫的损伤恢复能力强，能保证叶片正常生长，耐寒性较强。蓝女神与之类似，但是恢复程度不及黑美人，耐寒性也逊于该品种。鲁比的落叶率随着降温进程的推移而逐步平稳上升，截至观测结束，数值保持较低水平，与最低值（0.91%）无显著差异，推测耐寒性能尚可。

图3 不同时期各品种热带睡莲落叶率的变化（均值±SEM）

从叶片形态指标的综合分析来看，埃及白的耐寒性最好，在经历几次降温后，冷害胁迫指数（0.125）与落叶率（0.91%）均为末位，且观测期间2类数值变化小，受低温损伤较小，叶片状态较为稳定。低温下黑美人相关测定指标数值虽高于埃及白，但是冷害胁迫指数与除埃及白、蒂娜以外的品种存在显著性差异，落叶率（27.78%）也为7个品种中的较低值，此外，冷害胁迫指数、落叶率从观测开始至结束时的变化幅度分别为112%、162%，与其他品种相比较，变化不明显，故黑美人耐寒性次之。甘娜、鲁比、蓝女神3个品种冷害胁迫指数及落叶率数值接近无显著差异，大于埃及白、黑美人数值，推测三者耐寒性应低于上述2个品种。而甘娜面对降温损伤恢复能力较强，耐寒性应强于其他2个品种。蒂娜冷害胁迫指数虽然较低，但是落叶率（41.50%）居于前列，且与推测耐寒性最强的埃及白存在显著性差异，至观测结束，数值变化近5倍，耐寒性次于上述品种。最后，伊斯兰达2种形态指标的数值均为7个品种中的最大值，耐寒性较差。基于叶片相关形态指标，得出初步耐寒性排序：埃及白＞黑美人＞甘娜＞鲁比、蓝女神＞蒂娜＞伊斯兰达。

2.3 自然低温下热带睡莲叶色的变化

低温下叶色发生变化是植物抵御低温的应激反应，一定程度上能反映叶片的冷害程度。在观测期间，7种热带睡莲叶片变化程度各异（表3、图4）。几次降温后除甘娜以外的6种热带睡莲叶片的主体色系仍能保持绿色，其中埃及白绿色占比最大，变黄或者变红的比例最低，叶片受低温影响小，耐寒性强。伊斯兰达在观测期间叶片变黄的程度较浅，与观测初始相比无明显变化，有略微变红现象，叶色较为稳定，推测其耐受低温强度尚可。甘娜在7个品种中的叶色变化最大，叶表面的颜色大面积变红，如图5所示，变红的区域随着降温进程的推移而逐渐扩展，叶片受低温影响严重。蒂娜叶色变化明显，特别是绿色区域，与初始相差1倍，观测期间有变红现象，推测有花色素苷参与其中，耐寒性较差。黑美人叶色变化大，变红区域逐渐扩展，受低温影响较大。蓝女神观测期间叶色的变化小，但变红、变黄现象均有发生。鲁比黄色占比上涨，略有变红，低温对其叶色有一定的影响。

图4 杭州热带睡莲受冷害情况

图5 不同时期下各品种热带睡莲的叶色变化

表3 不同时期各品种热带睡莲叶片绿、黄、红颜色占比

2.4 自然低温下热带睡莲开花的变化

从7种热带睡莲的落花率调查结果可以看出（图6），除埃及白外，其余6个品种落花率均有大幅度上升，最大值超50%。伊斯兰达的落花率先升后降，这表明在降温条件下仍有花朵生成，耐寒性较强。甘娜的落花率数值较为平稳，变化幅度小，受温度影响小，耐寒性较佳。蒂娜的落花率在观测期间一直处于高水平，且观测截止时落花率数值最高，耐寒性较差。黑美人的初始值较高，但在接连几次降温时数值稳定，上升幅度1倍左右，耐寒性较强。蓝女神虽在降温期间也有花苞生成，但总体数值偏高，耐寒性较差。鲁比的落花率整体数值偏高，但低于蓝女神，耐寒性则要高于该品种。基于落花率数据，推测耐寒性强弱，其大小依次为埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯兰达＞鲁比＞蒂娜、蓝女神。埃及白在观测期间没有开花而未在表格中标注。

图6 不同时期各品种热带睡莲落花率的变化（均值±SEM）

3 讨论

3.1 自然低温下热带睡莲表型变化

由野外实际观测可以发现，在低温环境下热带睡莲的形态及叶色均发生了变化。首先，在形态方面，叶片直接表现为变薄、萎蔫弯曲、出现斑点、局部坏死、脱落。叶片变薄是由于低温可促使植物表皮角质层变薄，同时表皮附近细胞的细胞壁分离导致其趋于扁平［11］。而叶弯曲则是低温对细胞膜的损伤而造成吸水困难的主动适应［12］。不仅如此，低温也会损坏叶片的表皮细胞，使植物组织下陷形成斑点，降低对病菌的抵抗力，易被感染，导致叶片局部坏死［13］。叶片脱落是植物采取的最后的自保措施，通过减少养分的流失，将营养物质锁定在地下组织以增强耐寒性［14］。另外，由于热带睡莲的花梗较长，可以伸出水面，和其叶片一样与外界环境直接接触，对气温的变化敏感，可以灵敏地反映其健康状态。在低温条件下会出现僵花僵蕾现象。

其次，低温环境下其叶色也会发生变化。植物的叶色会受到遗传、体内色素占比以及外界环境的干预［15］。在低温胁迫条件下，热带睡莲体内色素之一的叶绿素含量下降，其叶绿素合成酶活性降低，叶绿素产出受阻，导致叶绿素整体含量下降，在植物体内占比减小，呈现出叶片发黄的症状。值得一提的是热带睡莲受到冷害时不仅仅会出现黄化的症状，有些品种的叶片还会变为紫红色，如甘娜和黑美人。多项研究表明，该现象的产生可能有花青素苷参与其中［16-17］。推测低温环境中热带睡莲水解反应加剧，更多的淀粉分解为可溶性糖，作为花青素苷合成信号的可溶性糖启动了该反应［18］，积累的可溶性糖被转化为花青素苷，加之叶绿素被降解，花青素苷占比增加，使叶片由绿变红，且低温对花青素的留存有增益作用［19］，所以在该条件下能维持叶色的稳定。有研究表明：叶色之所以变红一方面是由于花青素苷能在低温环境中将光能转化为热能提升叶温，促进新陈代谢［20］；还能遮挡部分强光，减轻光合作用附带的氧化伤害，加强营养回流［21］的作用；另一方面是利用警戒色以防蚜虫产卵取食［22］。总的来说，叶片变红可能是热带睡莲在不利环境下的一种求生策略。此外，该现象不排除有矿质元素氮、磷［23］等参与的可能性。

3.2 7种热带睡莲耐寒性排序

综合叶花以及叶色数据来看，耐寒性最强的为埃及白，各项数值均为低水平，各器官受环境胁迫影响小，抵抗低温能力强。其次为黑美人，虽各项数值高于埃及白，但是与其他品种相比还属于低水平，低温下叶色变化明显，花朵对于低温敏感性要高于叶片，耐寒性次于埃及白。甘娜叶片在胁迫条件下恢复迅速，且落花率在观测期间较为平稳，数值偏低，但观测起始至结束时叶色差异过大，耐寒性要逊色于上述2个品种。鲁比与伊斯兰达耐寒性较为接近，伊斯兰达虽然冷害指数以及落叶率均处于前列，但是落花率较为稳定，在降温时还能进行正常生理活动；而鲁比的落叶率、冷害指数优于伊斯兰达，但落花率数值偏高，难以判断2个品种耐寒性强弱。蓝女神不耐寒，低温下花、叶相关数值高水平，且恢复能力差，受到伤害几乎不可逆。蒂娜与上述品种情况类似，但是各项数值水平要高于蓝女神。故得出耐寒性最终排序:埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯兰达、鲁比＞蓝女神＞蒂娜。值得一提的是，试验结果表明：伊斯兰达的耐寒性并不理想，这与吉琴［6］在热带睡莲耐寒性分析中的试验结果相悖，推断可能是由于选取的伊斯兰达此时正处于生长期，幼嫩叶片较多，而对温度的抵抗力比成熟叶片要弱一点，对低温极度敏感，所以在遭遇低温时便会大量脱落，而蓝女神均为成熟叶片，相较伊斯兰达而言具有更强的抵抗力，所以叶片脱落较少［24-30］。有关伊斯兰达的耐寒性问题可能还要进行后续试验来具体分析。此外，伊斯兰达的落花率是所有观测品种中最低的，这可能是因为低温环境下，花梗生长缓慢，花苞处在比热容小的水中，温度变化小，所以得以正常存活。该品种具有很好的丰花性，适合应用于北方地区的水体造景。

4 结论

本研究按照野外低温观测实际情况将热带睡莲冷害症状进行分级，规范化了评判标准，并计算其叶片冷害指数，加上落叶率，叶色变化以及落花率等作为评价耐寒性的代表指标，并从叶、花2种器官状态综合分析，得出耐寒性由大到小排序为：埃及白＞黑美人＞甘娜＞伊斯兰达、鲁比＞蓝女神＞蒂娜。此外，采用量化指标来描述热带睡莲的叶色变化，准确规范，减少了调查误差。但试验还未涉及热带睡莲叶片变红的内在机理，有待后续试验再进行研究和分析。