北京房山4種常綠植物越冬期抗寒性比較

王雅麗，王 倩，張潤(rùn)芳，石俊華，胡增輝*，冷平生*

(1.北京農(nóng)學(xué)院 園林學(xué)院，北京 102206；2.北京大墅綠化有限責(zé)任公司，北京 102206；3.北京現(xiàn)代汽車有限公司，北京 101300；4.國(guó)家林業(yè)和草原局 調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100714)

目前，在北京城市綠化中得到應(yīng)用的常綠闊葉樹種極少，為了篩選抗寒性強(qiáng)的常綠植物，于2002年在房山地區(qū)開始引種南方的枸骨(Ilexcornuta)、枇杷(Eriobotryajaponica)、女貞(Ligustrumcompactum)三種常綠闊葉植物，充分利用局部環(huán)境的小氣候，觀察越冬情況。經(jīng)過近14年的越冬觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分均順利越冬存活，并能正常開花結(jié)實(shí)，表現(xiàn)出良好的開發(fā)應(yīng)用潛力，但對(duì)于其在北京地區(qū)的抗寒適應(yīng)性缺乏系統(tǒng)了解。

在南樹北引時(shí)，冬季低溫是最主要限制因子，并且冬季氣候干燥、多風(fēng)，對(duì)常綠樹種也帶來(lái)極大危害[1,2]。植物葉片的形態(tài)與生理生化特性能反映植物對(duì)低溫的適應(yīng)能力和自我調(diào)控能力，更能反映植物對(duì)低溫的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制[3,4]。大量研究表明，抗寒性強(qiáng)的植物，在低溫下葉片具有低電導(dǎo)率，高脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量等特征[5-7]。在本研究中，以大葉黃楊(Buxusmegistophylla)為參照，觀察女貞、枇杷、枸骨越冬期間表現(xiàn)，并采集葉片，測(cè)定生理指標(biāo)，分析抗寒性，為了解其耐寒能力和機(jī)制，以及在北方地區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)地位于北京市房山區(qū)(北緯N39°43′29.61″，東經(jīng)E116°07′59.28″)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)沙、冬季盛行干冷偏北風(fēng)。

2002年將大葉黃楊，枸骨，枇杷，女貞移栽到試驗(yàn)地。越冬期間，大葉黃楊未采取防寒措施，女貞僅在2007—2009年對(duì)樹干與主枝進(jìn)行包扎防寒，枸骨采用塑料簡(jiǎn)易棚防寒，枇杷采用樹干與主枝包扎方式防寒。

試驗(yàn)使用溫濕度自動(dòng)記錄儀(GGL-20型，深圳宇問加壹傳感系統(tǒng)有限公司)監(jiān)測(cè)氣溫。將儀器安裝在樹干1.5 m高處，自動(dòng)采集每天2:00、8:00、14:00、20:00的溫度，計(jì)算日平均溫度，同時(shí)測(cè)定日最低溫度，以空曠地為對(duì)照。

在2015年11月至2016年3月期間，觀測(cè)4種植物越冬期間的生長(zhǎng)表現(xiàn)，每月中旬拍照觀測(cè)，同時(shí)采集成熟葉片(11月氣溫大幅度下降，因此加測(cè)1次)，女貞和枇杷葉片在2、3月份失水干枯、脫落，未采樣。

參照李合生的方法[8]，采用烘干法稱重法測(cè)定相對(duì)含水量(RWC)，采用電導(dǎo)儀法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率，采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定丙二醛(MDA)含量，采用酸性茚三酮法脯氨酸含量，采用蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量。

利用EXCEL軟件進(jìn)行繪圖，使用SPSS軟件進(jìn)行方差顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)地氣溫變化

由圖1可知，11月下旬氣溫急劇下降，此后逐漸回升，種植地的平均溫度在12月份多在零度以上，最低氣溫多在-5 ℃以上，直至1月下旬，氣溫又急劇下降至全年最低點(diǎn)，此后又快速回升，進(jìn)入2月份后多在零度以上，3月中旬后氣溫上升到10 ℃以上。種植地的平均氣溫與最低溫度均高于空曠地，小氣候特征明顯。

圖1 2015年冬季氣溫變化Fig.1 The air temperature of the winter in 2015

2.2 越冬期間4種植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)

如圖2所示，女貞葉片12月份開始出現(xiàn)凍斑，到1月份失水嚴(yán)重，2月份葉片全部干枯，大量脫落，至3月份僅少量干葉宿存。枇杷在1月份出現(xiàn)凍害癥狀，2月份凍害加重，葉緣失水干枯，到3月份整株葉片嚴(yán)重脫水，僅葉中心尚維持綠色。枸骨葉片基本維持綠色，在后期顏色出現(xiàn)輕微褐變。大葉黃楊在整個(gè)越冬期間生長(zhǎng)基本良好。

2.3 越冬期間4種植物葉片含水量變化

表1顯示了4種植物越冬期間葉片含水量的變化。在前期隨著溫度降低，含水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，后期溫度回升，含水量也相應(yīng)升高。在4種植物中，枸骨在越冬期間的葉片含水量最低，平均為54.95%，女貞的含水量最高，為65.03%。

圖2 4種植物的越冬表現(xiàn)Fig.2 The performance of four plants during the overwintering period

植物Plant含水量Water content/%2015.11.192015.11.282015.12.192016.01.192016.02.192016.03.19大葉黃楊B. megistophylla67.0?0.9aB65.7?2.7cA62.9?2.0bA59.4?3.7bcA56.6?4.2cA61.7?1.1bA枸骨I. cornuta59.4?0.4aD60.8?0.8aB55.1?3.3bB54.3?3.0bcA49.2?2.6dB50.9?0.7cdB枇杷E. japonica64.3?1.9aC53.9?4.6bC55.4?4.8bB56.7?4.0bA__女貞L. compactum69.3?0.3aA65.2?4.5abA64.7?0.6abA60.9?5.0bA__

注：小寫字母表示在P<0.05水平上同一植物不同月份間存在顯著差異；大寫字母表示P<0.05水平上同一月份不同植物之間存在顯著差異。(表2-6同)

Note: Different lowercase lettersindicate significant difference among different months for same plant at the level ofP<0.05. Different capital letters indicate significant differences among different plants for same month. The below is the same at the level ofP<0.05. The same as below.

2.4 越冬期間4種植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化

從表2可以看出，在越冬期4種植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率與氣溫變化趨勢(shì)一致，總體呈現(xiàn)出先降低后升高的規(guī)律。11月28日的突然降溫導(dǎo)致大葉黃楊、枸骨、女貞三種植物葉片電導(dǎo)率均迅速上升，而枇杷葉片電導(dǎo)率變化不大。在整個(gè)越冬期，大葉黃楊葉片電導(dǎo)率顯著低于其他3種植物。枸骨與枇杷在越冬初期，葉片電導(dǎo)率顯著高于女貞，到12月19日后則無(wú)明顯差異。

2.5 越冬期間4種植物葉片MDA含量變化

在越冬期，4種植物葉片MDA含量總體呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)(表3)。從11月19日到12月19日，4種植物MDA含量逐漸升高，且均在12月19日達(dá)到了最大，分別較11月19日增加1.27、1.63、1.41和1.60倍。女貞和枇杷葉片的MDA含量顯著高于大葉黃楊和枸骨。在2月份后，隨著溫度的回升，大葉黃楊和枸骨葉片MDA含量顯著下降。

表2 越冬期4種植物葉片電導(dǎo)率變化Tab.2 Change of leaf electrical conductivities of four plants during the overwintering period

表3 越冬期間4種植物葉片MDA含量變化Tab.3 Change of leaf MDA contents of four plants during the overwintering period

2.6 越冬期間4種植物葉片脯氨酸含量變化

由表4可以看出，4種植物葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，與氣溫的變化趨勢(shì)相似。大葉黃楊和枸骨葉片脯氨酸含量在1月19日達(dá)到最大，分別為11月19日的3.26和1.97倍，在3月19日又分別降低到11月19日的46.47%和100.70%。枇杷和女貞葉片脯氨酸含量在12月19日達(dá)到最大，分別為11月19日的1.52和1.48倍。

表4 越冬期間4種植物葉片脯氨酸含量變化Tab.4 Change of leaf proline contents of four plants during the overwintering period

2.7 越冬期間4種植物葉片可溶性糖含量變化

4種植物葉片可溶性糖含量同樣表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)(表5)。大葉黃楊和女貞葉片可溶性糖含量的最大值出現(xiàn)在12月19日，分別為11月19日的1.77和2.68倍。枇杷和枸骨葉片可溶性糖含量在1月19日達(dá)到了最大，分別為11月19日的1.49和2.23倍。從總體上看，越冬期間大葉黃楊和枸骨葉片可溶性糖平均含量要高于枇杷和女貞。

表5 越冬期間4種植物葉片可溶性糖變化Tab.5 Change of leaf soluble sugar contents of four plants during the overwintering period

2.8 越冬期間4種植物葉片可溶性蛋白含量變化

由表6可以看出，4種植物葉片可溶性蛋白含量在越冬期間的變化規(guī)律性不明顯，其共同的特點(diǎn)是在12月19日和1月19日溫度較低時(shí)，表現(xiàn)出相對(duì)較高水平。

表6 越冬期間4種植物葉片可溶性蛋白含量變化Tab.6 Change of leaf soluble protein contents of four plans during the overwintering period

3 討論與結(jié)論

在本研究中，在越冬期的4種常綠植物的表現(xiàn)存在較大差異。大葉黃楊對(duì)低溫的適應(yīng)性最強(qiáng)，枸骨表現(xiàn)良好，枇杷受凍害較嚴(yán)重，女貞受凍害最嚴(yán)重。為了進(jìn)一步了解其越冬機(jī)制，試驗(yàn)測(cè)定了幾種越冬期間的生理指標(biāo)。

4種植物在2、3月份受害癥狀最嚴(yán)重，特別是枇杷與女貞葉片干枯最明顯。1月下旬氣溫達(dá)最低值，2月份氣溫開始回升，植物生長(zhǎng)的小環(huán)境氣溫多在5 ℃以上，推斷此時(shí)植物葉片干枯脫落可能與生理干旱有關(guān)。在火棘(Pyracanthafortuneana)、桂花(Osmanthusfragrans)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象[9]。

隨著冬季氣溫下降，4種植物的生理指標(biāo)均發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，細(xì)胞膜透性增大，電導(dǎo)率增加[10,11]。在本試驗(yàn)中，4種植物葉片的電導(dǎo)率整體上與溫度呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，數(shù)值大小也與各自的越冬表現(xiàn)吻合。

植物受低溫脅迫后，MDA含量越低，表明植物的抗寒能力越強(qiáng)[12]。在本試驗(yàn)中，女貞葉片MDA含量最高，且變化幅度最大，枇杷次之，但也表現(xiàn)出較高的含量和變化幅度，之后為枸骨，變化幅度最小為大葉黃楊，這與自然越冬表現(xiàn)的觀測(cè)結(jié)果一致。

隨著越冬進(jìn)程，植物體內(nèi)的含水量會(huì)隨著溫度的降低而下降[13,14]。在本試驗(yàn)中，越冬期的植物葉片體內(nèi)含水量下降幅度在7.6%～10.4%之間，直至氣溫回升，仍保持在相對(duì)低的水平。

冬季植物體內(nèi)的脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量隨著溫度的降低而升高，與抗寒性關(guān)系密切。在本試驗(yàn)中，4種植物葉片脯氨酸含量隨著溫度的降低而升高，由大到小排列為：大葉黃楊>枸骨>枇杷>女貞，在一定程度上反映了抗寒性強(qiáng)弱，與湯章誠(chéng)[16]、馮昌君等[17]得到結(jié)果一致。

可溶性糖也能夠通過維持植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)滲透壓，對(duì)植物抵御低溫傷害起到了積極作用[12]。在本試驗(yàn)中，4種植物的可溶性糖含量均與溫度呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，大葉黃楊、枸骨葉片可溶性糖含量高于枇杷和女貞，也在一定程度上反映了抗寒性強(qiáng)弱。

與可溶性糖相同，可溶性蛋白與植物抗寒的關(guān)系也已被證實(shí)[18-21]。在本試驗(yàn)中，4種植物葉片可溶性蛋白含量總體上與溫度變化呈負(fù)相關(guān)，但女貞的含量相對(duì)較高，與自然越冬表現(xiàn)不一致。

綜上所述，根據(jù)自然越冬表現(xiàn)和生理指標(biāo)變化情況，4種植物抗寒性大小為：大葉黃楊>枸骨>枇杷>女貞。本試驗(yàn)說(shuō)明，充分利用城市小氣候條件合理種植應(yīng)用常綠植物是可行的。