7種木蓮屬植物抗寒性評價及其生理機制

黃一波, 汪結明, 李瑞雪, 向言詞, 宋禹, 顏玲玉

7種木蓮屬植物抗寒性評價及其生理機制

黃一波, 汪結明*, 李瑞雪, 向言詞, 宋禹, 顏玲玉

(湖南科技大學建筑與藝術設計學院，湖南 湘潭 411201)

為建立木蓮屬()植物的抗寒性綜合評價體系，對7種木蓮屬植物扦插苗進行低溫脅迫處理，測定葉片的抗寒性關鍵生理指標，擬合Logistic方程計算低溫半致死溫度，隸屬函數法篩選抗寒性關鍵指標并綜合評價。結果表明，7種木蓮屬植物的低溫半致死溫度依次為木蓮<紅花木蓮<荷花木蓮<巴東木蓮<球果木蓮<錐花木蓮<粗枝木蓮，且與相對電導率顯著正相關。7種木蓮屬植物葉片的游離脯氨酸和可溶性蛋白含量及超氧化物酶、過氧化物酶活性均隨溫度降低呈先升后降的趨勢, 而可溶性糖和丙二醛含量則不斷增加、后趨于平穩(wěn)。聚類分析結果表明7種木蓮可分為3類，木蓮和紅花木蓮抗寒性較強；荷花木蓮、巴東木蓮和球果木蓮抗寒性中等；粗枝木蓮和錐花木蓮抗寒性較弱。

木蓮屬；低溫脅迫；生理響應；抗寒性

木蓮屬()是木蘭科(Magnoliaceae)中珍貴的城市園林景觀綠化樹種[1]，樹姿婀娜，花香宜人，極具觀賞性。因其喜溫暖濕潤氣候，主要分布于我國熱帶和亞熱帶地區(qū)[2–3]，北方地區(qū)秋冬季節(jié)寒冷、干燥，落葉樹種居多，景觀蕭瑟，園林綠化效果單一[4]。因此，篩選抗寒性較強的木蓮屬植物，研究耐寒相關生理指標，對提高木蓮屬植物耐寒性、改善我國北方地區(qū)冬季常綠樹種缺乏、園林景觀單調蕭條的現(xiàn)狀等具有重要意義。

由于影響抗寒性的因素較多，單一的生理指標無法全方位反映出植物抗寒性[5–6]，因此評價植物抗寒性不僅需要選擇適宜的指標，更需要科學準確的評價方法。低溫半致死溫度(semi-lethal temperature of low temperature, LT50)和其他相關生理指標常用于抗寒性評價[7–8]。當前研究評價植物抗寒性常用的方法主要有隸屬函數法、電導率法、聚類分析法等。其中隸屬函數法能夠全方位篩選出與抗寒性顯著相關的關鍵指標，揭示不同植物間抗寒性差別，已廣泛運用于木蘭屬()[9–10]、含笑屬()[11–12]和蘋果屬()[13–14]等植物的抗寒性研究中。薛建輝等[15]認為可溶性糖含量、POD活性可以作為評價紅花木蓮抗寒性的重要指標。李剛[16]報道低溫脅迫下紅花木蓮的丙二醛(MDA)和葉綠素含量及POD、SOD活性均發(fā)生顯著變化。雖然已對木蓮屬植物的抗寒性開展了較多研究，但多關注于低溫脅迫下部分生理指標的變化，對抗寒性的評價僅用單項指標來鑒定，因此難以全面、綜合反映出木蓮屬植物的抗寒性[17]。

為解析木蓮屬植物的抗寒性及其生理機制，本研究以7種木蓮屬植物無性系盆栽苗為試驗材料, 在低溫脅迫下測定葉片相對電導率，擬合Logistic方程計算植物的LT50，對相關生理指標和半致死溫度進行相關性分析，運用隸屬函數法進行抗寒性評價, 以期建立科學的木蓮屬植物抗寒性綜合評價體系。

1 材料和方法

1.1 材料和處理

2018年4月從湖南省長沙植物園選取母株樹齡基本相同、長勢相近的木蓮()、紅花木蓮()、荷花木蓮()、巴東木蓮()、球果木蓮()、錐花木蓮()和粗枝木蓮()共7種木蓮屬植物當年生側枝進行扦插繁殖。2019年10月每種植物選取生長基本一致的扦插苗各54株移至花盆, 并置于湖南科技大學生物園溫室中培養(yǎng)2周，溫度26℃, 濕度70%，光強200mol/(m2·s), 光周期: 14 h光照/12 h黑暗。試驗共設6個處理, 在人工低溫氣候箱進行5℃、0℃、–5℃、–10℃、–15℃和–20℃低溫脅迫2 h[7]，以5℃為對照, 每處理3株, 3次重復。選取當年生側枝的成熟葉片，測定電導率和相關生理指標。

1.2 方法

參照陳建勛等[18]方法測定葉片相對電導率(REC)。參照陳剛等[19]的方法測其他生理指標。MDA含量用硫代巴比妥酸法，游離脯氨酸(Pro)含量用酸性茚三酮法，SOD活性用氮藍四唑光化還原法，POD活性用紫外吸收法，可溶性糖(SS)含量用蒽酮比色法，可溶性蛋白質(SP)含量用考馬斯亮藍G-250法, 重復3次, 取平均值。

1.3 數據處理和分析

參照朱海根等[20]的方法計算抗寒隸屬函數值(H)。呈正相關的公式H(X)=(X-max)/(X-min); 呈負相關的公式H(X)=1-(X-max)/(X-min), 式中,X為指標測定值，min、max為指標的最小、最大值。參照王飛雪等[21]的方法, 依據擬合Logistic方程=K/(1+a-b)計算拐點溫度，其中為相對電導率, K為電導率的飽和值(最大值為100),為脅迫溫度, a、b為線性回歸系數, 根據LT50=lna/b計算半致死溫度。采用隸屬函數法[22–23]綜合評價7種木蓮屬植物抗寒性強弱。通過Excel 2019和SPSS 16.0進行方差分析、標準差分析和聚類分析等。

2 結果和分析

2.1 相對電導率和半致死溫度

致死性傷害出現(xiàn)前植物往往會有彈性修復過程，當傷害超出植物忍受閾值時則發(fā)生不可逆變化。通過測量低溫下7種木蓮屬葉片的相對電導率,根據擬合的Logistic方程計算半致死溫度，可直接反映植物耐寒性。從圖1可見，7樹種的相對電導率(REC)總體隨溫度下降呈先下降后上升的“S”形曲線趨勢。當溫度大于LT50時，REC緩慢升高，低于LT50則迅速上升，這表明伴隨溫度的下降，葉片細胞膜受傷害程度加強，膜透性也陸續(xù)加大。低溫脅迫下，錐花木蓮的REC顯著高于其余6樹種。在5℃～–5℃下，除錐花木蓮外，其余6樹種的REC變化不顯著(>0.05)。當溫度低于–5℃時，錐花木蓮、粗枝木蓮的REC迅速上升，–10℃時，荷花木蓮、球果木蓮的REC也迅速升高且變化不顯著(> 0.05)；–15℃時，紅花木蓮、巴東木蓮和木蓮的REC迅速上升，這說明LT50出現(xiàn)越晚其抗寒性越強。

從表1可見，7樹種的擬合Logistic方程相關系數2均在0.8以上。其中木蓮、荷花木蓮、球果木蓮、錐花木蓮、粗枝木蓮的REC與5℃～–20℃處理2 h的LT50間呈極顯著正相關，紅花木蓮與巴東木蓮則呈顯著正相關性。7種木蓮屬植物的LT50為–17.02℃～–5.767℃，其中木蓮和紅花木蓮的LT50低于–15℃，荷花木蓮、巴東木蓮和球果木蓮為–15℃～–10℃，而錐花木蓮和粗枝木蓮分別為–9.242℃和–5.767℃；可見，LT50依次為木蓮<紅花木蓮<荷花木蓮<巴東木蓮<球果木蓮<錐花木蓮<粗枝木蓮。

圖1 低溫下7種木蓮屬植物葉片的相對電導率(REC)。柱上不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下圖同。

表1 7種木蓮屬植物葉片相對電導率的擬合方程和低溫半致死溫度(LT50)

2.2 可溶性蛋白質含量

從圖2可見，5℃時，除粗枝木蓮外其余6種植物葉片可溶性蛋白質(SP)含量變化不顯著，且隨溫度下降呈先升后降的變化趨勢。紅花木蓮與木蓮的SP含量最大值出現(xiàn)在–15℃，荷花木蓮、巴東木蓮、球果木蓮的均為–10℃，而粗枝木蓮、錐花木蓮在–5℃達最大。SP含量最大值依次為木蓮>紅花木蓮>巴東木蓮>荷花木蓮>球果木蓮>錐花木蓮>粗枝木蓮, 分別比5℃時增加76.07%、70.45%、65.36%、60.88%、57.05%、50.91%和45.91%，說明LT50越低SP含量達到峰值的時間越晚，SP含量上升幅度越高。SP含量最大值過后，LT50越低SP含量的降幅越大，到–20℃時，SP含量較最大值下降最多的是木蓮，下降了3.01 mg/g，其次為紅花木蓮，下降了2.73 mg/g, 下降最少的是粗枝木蓮，僅下降0.67 mg/g。

2.3 可溶性糖含量分析

從圖3可見，隨溫度降低7種木蓮屬植物葉片的可溶性糖(SS)含量逐漸上升。5℃時，7種木蓮屬植物葉片的SS含量差異不顯著(>0.05)，小于5℃木蓮葉片的SS含量均最高，紅花木蓮次之，而粗枝木蓮葉片的均最低。–20℃時葉片的SS含量依次為木蓮>紅花木蓮>荷花木蓮>巴東木蓮>球果木蓮>錐花木蓮>粗枝木蓮，分別比5℃時增加了450.87%、332.05%、270.12%、281.61%、235.34%、176.92%和179.15%。可見，低溫下LT50越低葉片的SS含量積累越多。

圖2 低溫下7種木蓮屬植物葉片的可溶性蛋白質含量(SP)

2.4 游離脯氨酸含量

從圖4可見，7種木蓮屬植物葉片游離脯氨酸(Pro)含量隨溫度的降低呈先升后降的變化趨勢。木蓮和紅花木蓮葉片的Pro含量最大值出現(xiàn)在–15℃，荷花木蓮、巴東木蓮、球果木蓮的為–10℃，錐花木蓮和粗枝木蓮的為–5℃。7種木蓮屬植物葉片的Pro含量最大值依次為木蓮>紅花木蓮>荷花木蓮>巴東木蓮>球果木蓮>錐花木蓮>粗枝木蓮，最大值分別比5℃時增加了388.40%、355.39%、295.16%、327.06%、349.03%、174.98%和295.83%。此后，7種木蓮屬植物葉片的Pro含量均下降，但仍高于對照。–20℃時的Pro含量依次為木蓮>紅花木蓮>荷花木蓮>巴東木蓮>球果木蓮>錐花木蓮>粗枝木蓮。

圖3 低溫下7種木蓮屬植物葉片的可溶性糖含量(SS)

圖4 低溫下7種木蓮屬植物葉片的游離脯氨酸含量(Pro)

2.5 丙二醛含量

從圖5可見，7種木蓮屬植物葉片的丙二醛(MDA)含量隨溫度降低總體呈先上升后下降的變化趨勢。低溫下，葉片的MDA含量與LT50呈正相關關系，其中粗枝木蓮葉片的MDA含量與溫度呈負相關關系，在–10℃后趨于穩(wěn)定。5℃時7種木蓮屬植物MDA含量差異不顯著(>0.05)，在5℃～–5℃時，除粗枝木蓮外其余6樹種葉片MDA含量緩慢上升，至–10℃時迅速增加，–15℃后趨于穩(wěn)定。這表明低溫脅迫下，LT50越高的木蓮屬植物細胞膜脂過氧化水平越高，積累更多的MDA。低溫下葉片MDA含量依次為粗枝木蓮>錐花木蓮>球果木蓮>巴東木蓮>荷花木蓮>紅花木蓮>木蓮。

圖5 低溫下7種木蓮屬植物葉片的丙二醛含量(MDA)

2.6 超氧化物酶和過氧化物酶活性分析

從圖6可見，7種木蓮屬植物葉片的過氧化物酶(POD)與超氧化物酶(SOD)活性在低溫脅迫下的變化基本一致，均呈先升后降的趨勢，接近LT50時葉片的POD和SOD活性顯著下降(<0.05)。從5℃降至0℃，木蓮和紅花木蓮葉片的POD和SOD活性顯著降低(<0.05)；–5℃時木蓮和紅花木蓮的顯著上升(<0.05)，而荷花木蓮、巴東木蓮、球果木蓮葉片仍保持較高活性，但錐花木蓮、粗枝木蓮顯著下降(<0.05)；–10℃時，木蓮和紅花木蓮葉片的SOD活性比5℃時分別提高了234.44%和180.02%，POD活性分別提高了722.81%和419.30%；在–20℃時，木蓮葉片中的SOD活性較5℃時差異不顯著(>0.05)，紅花木蓮、荷花木蓮、巴東木蓮、球果木蓮、錐花木蓮和粗枝木蓮葉片中的SOD活性含量分別比5℃時下降了32.97%、72.59%、73.80%、84.31%、96.40%和98.26%；木蓮和紅花木蓮葉片中的POD活性比5℃時增加了166.36%和9.11%, 荷花木蓮、巴東木蓮、球果木蓮、錐花木蓮和粗枝木蓮葉片中的POD活性含量比5℃時顯著降低(< 0.05)。

2.7 抗寒性評價

相關性分析與抗寒關鍵生理指標選擇 相關性分析表明(表2), LT50與REC和MDA呈極顯著正相關(<0.01)，與SP、SS和Pro極顯著負相關(<0.01)，而與SOD和POD的相關性不高，故篩選出REC、SP、SS、Pro和MDA作為評估7種木蓮屬植物抗寒性的關鍵指標。REC的檢測相對其他生理指標更便捷，可以根據LT50直觀反映出抗寒性強弱，在實際應用中更廣泛，SP、SS、PRO、MDA則需要根據低溫脅迫下的含量變化來判斷植物抗寒性強弱。

抗寒性評價和聚類分析 隸屬函數法通常用來評價綜合抗寒性，隸屬函數值與抗寒性成正相關，隸屬函數值越大抗寒性越強，反之抗寒性越弱。從表3可見，用隸屬函數法計算REC、SP、SS、Pro、MDA等5個關鍵指標的隸屬函數值，木蓮的隸屬函數值最大(0.736)，表明抗寒性最強，其次是紅花木蓮(0.621)，是粗枝木蓮的最小(0.335)抗寒性最弱，木蓮的平均隸屬函數值是紅花木蓮的220%。7種木蓮屬植物的抗寒性依次為：木蓮>紅花木蓮>荷花木蓮>巴東木蓮>球果木蓮>錐花木蓮>粗枝木蓮?；谄骄`屬函數值進行聚類法分析(圖7)，結果表明，7 種木蓮屬植物的綜合抗寒性可分為3類，木蓮和紅花木蓮歸為第1類，綜合抗寒性強；荷花木蓮、巴東木蓮和球果木蓮歸為第2類，綜合抗寒性中等；錐花木蓮和粗枝木蓮歸為第3類，綜合抗寒性弱，這和用相對電導率計算出的LT50結果相似。

圖6 低溫下7種木蓮屬植物葉片的超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性

表2 7種木蓮屬植物生理指標相關性矩陣

*:<0.05; **:<0.01. LT50: 低溫半致死溫度; REC: 相對電導率; SP: 可溶性蛋白質; SS: 可溶性糖; Pro: 脯氨酸; MDA: 丙二醛; SOD: 超氧化物歧化酶; POD: 過氧化物酶。下表同。

*:<0.05; **:<0.01. LT50: Semi-lethal temperature of low temperature; REC: Relative electrical conductivity; SP: Soluble protein; SS: Soluble sugar; Pro: Proline; MDA: Malondialdehyde; SOD: Superoxide dismutase; POD: Peroxidase. The same is following Table.

表3 　7種木蓮屬植物抗寒性整體評價

3 結論和討論

細胞膜系統(tǒng)是植物受低溫傷害的原發(fā)部位，植物受到低溫脅迫時，胞內電解質滲出，電導率增大[24]。因此，REC可用于鑒定細胞及膜系統(tǒng)受損傷的程度[25–26]。低溫脅迫下，7樹種的REC總體隨溫度下降呈先下降后上升的“S”形曲線趨勢，說明低溫處理對細胞膜造成傷害，胞內電解質滲出，這與前人[27–29]的研究結果一致。錐花木蓮、粗枝木蓮和荷花木蓮、球果木蓮以及紅花木蓮、巴東木蓮、木蓮分別在–5℃、–10℃、–15℃時電導率迅速上升, 說明膜脂物相已由液晶相變?yōu)槟z相、膜系統(tǒng)被破壞程度嚴重。LT50反映了植物抗寒性強弱和耐低溫極限，LT50越低植物抗寒性越強[30–31]。本研究結果表明，紅花木蓮和木蓮的LT50分別為–15.23℃和–17.02℃, 有研究表明紅花木蓮抗寒性較強，LT50約為–10℃[15–16]。而蘇敬[32]卻認為紅花木蓮的LT50約為–5℃，這可能與試材年齡和區(qū)域有關。

圖7 　7種木蓮屬植物抗寒性的聚類分析。1: 木蓮; 2: 紅花木蓮; 3: 荷花木蓮; 4: 巴東木蓮; 5: 球果木蓮; 6: 錐花木蓮; 7: 粗枝木蓮。

植物通過滲透調節(jié)物質來調節(jié)體內細胞液濃度、降低胞內滲透勢，增加抗寒性能力[33–34]?？扇苄蕴?SS)、脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白(SP)是細胞的主要滲透調節(jié)物質，在低溫脅迫下可通過調節(jié)滲透物質的含量來緩解低溫傷害，滲透物質含量可以反映植物抗寒性[35–36]。低溫處理下, 7種木蓮屬植物的Pro和SP含量呈先升后降的變化趨勢, 而SS含量不斷增加并趨于平穩(wěn)，LT50最低的木蓮在不同低溫下Pro、SP、SS含量均為最高，抗寒性也最強，而LT50最高的粗枝木蓮均為最低，抗寒性最弱，這表明LT50越低的樹種，滲透調節(jié)物質積累的最多，抗寒性越強，這與前人[37–38]對廣玉蘭()的研究結論相似。

低溫脅迫下，植物細胞往往會發(fā)生脂膜過氧化，丙二醛(MDA)作為脂膜過氧化的最終產物之一，其含量可以反映細胞膜系統(tǒng)在低溫脅迫下的受傷害程度[25]。隨溫度下降，7種木蓮屬植物葉片的MDA含量總體上不斷升高，達峰值后，由于細胞凍傷死亡，逐漸平緩。LT50最高的粗枝木蓮葉片的MDA含量始終保持最高水平，抗寒性弱，而LT50最低的木蓮葉片始終保持最低水平，抗寒性強，表明低溫迫脅下木蓮膜脂過氧化，細胞膜系統(tǒng)受傷程度低，這與前人[14,39]的研究結果一致。SOD和POD是植物體內清除H2O2和自由基的重要抗氧化酶[40–41],本研究結果表明，隨溫度的下降，7種木蓮屬植物葉片SOD和POD活性皆呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。在5℃和0℃下，木蓮和紅花木蓮葉片的SOD和POD活性遠低于其余5種木蓮屬植物，說明其具備抵制寒冷傷害的能力。隨溫度的下降，植物體內的脂膜過氧化程度加劇，錐花木蓮、粗枝木蓮和荷花木蓮、球果木蓮、巴東木蓮的SOD和POD活性分別在0℃和-5℃時達最大，而木蓮和紅花木蓮葉片的SOD和POD活性迅速上升，在-10℃達最大, 這表明木蓮和紅花木蓮抗寒性最強。-10℃后木蓮、紅花木蓮的SOD和POD活性皆下降，這可能是保護酶系統(tǒng)遭到破壞, 致使植物體內清除活性氧自由基作用降低，不能緩解低溫脅迫帶來的傷害。

木蓮屬植物種類繁多，種間差異不明顯，導致分類較為困難，因此關于木蓮屬植物的分類研究常成為熱點。本研究從抗寒性進行聚類分析，結果表明，木蓮和紅花木蓮屬于抗寒性較強的一類，而荷花木蓮、巴東木蓮和球果木蓮屬于抗寒性中等的一類，錐花木蓮、粗枝木蓮則屬于抗寒性較弱的一類，這從抗寒性上為木蓮屬植物提供了新的分類依據。孟愛平等[42]對巴東木蓮、紅花木蓮的核型分析結果不支持兩者歸為一類；肖黎等[43]的研究將木蓮、紅花木蓮歸為一類，巴東木蓮分為另一類，這與本研究結果一致。而桑子陽等[44]的研究將木蓮、紅花木蓮和巴東木蓮歸為一類，這與本研究結果不同，可能是由于研究的物種與數量不同所致。

本研究基于隸屬函數法篩選出REC、SP、SS、Pro、MDA等5個木蓮屬植物的抗寒性關鍵評價指標?；陔`屬函數值的聚類分析法能快速區(qū)分抗寒性植物種類，為抗寒性植物的初步篩選提供了有效途徑，同時從抗寒性分類角度為植物的傳統(tǒng)分類方法提供了新的思路。此外，篩選出的抗寒性強的植物對于南樹北移、豐富北方園林植物景觀具有重要實踐價值。

[1] XIONG H Y. Advances in embryology of endangered species of[J]. J Yangtze Univ (Nat Sci), 2017, 14(10): 43–45,55. doi: 10.3969/j.issn.1673-1409.2017.10.012.

熊海燕. 木蓮屬瀕危植物胚胎學研究進展 [J]. 長江大學學報(自然科學版), 2017, 14(10): 43–45,55. doi: 10.3969/j.issn.1673-1409.2017. 10.012.

[2] QI B Y, YIN Y L, YU C G, et al. Relationship between leaf anatomical structure and cold resistance of 8species of Magnoliaceae [J]. Jiangsu Agric Sci, 2013, 41(4): 150–153. doi: 10.3969/j.issn.1002- 1302.2013.04.057.

亓白巖, 殷云龍, 於朝廣, 等. 木蘭科含笑屬8種植物葉片解剖結構性狀與抗寒性的關系 [J]. 江蘇農業(yè)科學, 2013, 41(4): 150–153. doi: 10.3969/j.issn.1002-1302.2013.04.057.

[3] HE Z H. Effects of control measures on cold resistance of[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 201: 5–7.

何著書. 幾種調控措施對紅花玉蘭抗寒性的影響 [D]. 北京: 北京林業(yè)大學, 2017: 5–7.

[4] PAN H L. The construction of plant landscape in northern winter garden [J]. Contemp Hort, 2018(24): 71–72. doi: 10.3969/j.issn.1006- 4958.2018.24.053.

潘紅玲. 北方冬季園林植物景觀的營造 [J]. 現(xiàn)代園藝, 2018(24): 71–72. doi: 10.3969/j.issn.1006-4958.2018.24.053.

[5] ZHANG H Y, FAN J F, ZHOU Y X, et al. Determination and evaluation on cold-resistance of 8 poplar clones [J]. J NW For Univ, 2020, 35(2): 87–93. doi: 10.3969/j.issn.1001-7461.2020.02.12.

張海燕, 樊軍鋒, 周永學, 等. 8個白楊無性系抗寒性測定與評價 [J]. 西北林學院學報, 2020, 35(2): 87–93. doi: 10.3969/j.issn.1001- 7461.2020.02.12.

[6] SU J S, ZHANG F, LI P R, et al. Genetic variation and association mapping of waterlogging tolerance in[J]. Planta, 2016, 244(6): 1241–1252. doi: 10.1007/s00425-016-2583-6.

[7] LI R X, JIN X L, HU X J, et al. Analysis and comprehensive eva- luation on cold resistance of six varieties of[J]. Chin J Appl Ecol, 2017, 28(5): 1464–1472. doi: 10.13287/j.1001-9332.201705.039.

李瑞雪, 金曉玲, 胡希軍, 等. 6種含笑屬植物抗寒性分析與綜合評價 [J]. 應用生態(tài)學報, 2017, 28(5): 1464–1472. doi: 10.13287/j.1001- 9332.201705.039.

[8] SUN Y J, HE Y H, IRFAN A R, et al. Exogenous brassinolide enhances the growth and cold resistance of maize (L.) seedlings under chilling stress [J]. Agronomy, 2020, 10(4): 488. doi: 10.3390/agrono my10040488.

[9] LUO X M, CHENG M W, HAN W Y, et al. 10 species of Magnoliaceae: Seedling growth characteristics and resistance evaluation [J]. J Agric, 2020, 10(11): 72–77. doi: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas20190500024.

駱緒美, 程明偉, 韓文妍, 等. 10種木蘭科植物苗期生長表現(xiàn)與抗性評價 [J]. 農學學報, 2020, 10(11): 72–77. doi: 10.11923/j.issn.2095- 4050.cjas20190500024.

[10] PEI W, LI P, PEI H C, et al. Comparative analysis of physiological index related to cold resistance of nine Magnoliaceae plants under natural and artificial low temperature conditions [J]. J Henan Agric Sci, 2014, 43(4): 101–105. doi: 10.3969/j.issn.1004-3268.2014.04.022.

裴文, 李鵬, 裴海潮, 等. 低溫條件下9種木蘭科植物抗寒性研究 [J]. 河南農業(yè)科學, 2014, 43(4): 101–105. doi: 10.3969/j.issn.1004- 3268.2014.04.022.

[11] TAN Y Y, JIN X X, YU Q Y, et al. Screening of leaf cold-resistant structural indexes and cold-resistance evaluation of fivespecies [J]. Guihaia, 2021, 41(8): 1296–1305. doi: 10.11931/guihaia. gxzw201908001.

譚殷殷, 金曉玲, 余秋岫, 等. 五種含笑屬植物葉片抗寒結構指標的篩選與抗寒性評價 [J]. 廣西植物, 2021, 41(8): 1296–1305. doi: 10. 11931/guihaia.gxzw201908001.

[12] LI R X, JIN X L, HU X J, et al. Physiological responses and differential expression of cold resistance-related genes of six varieties of Magnoliaceae under low temperature stress [J]. Acta Ecol Sin, 2019, 39(8): 2883–2898. doi: 10.5846/stxb201801230185.

李瑞雪, 金曉玲, 胡希軍, 等. 低溫脅迫下6種木蘭科植物的生理響應及抗寒相關基因差異表達 [J]. 生態(tài)學報, 2019, 39(8): 2883– 2898. doi: 10.5846/stxb201801230185.

[13] Adili yikimu, Baharguli ayoupu, Harken yeerjiang, et al. Research on physiological response to low temperature stress of different varieties of North American[J]. SW China J Agric Sci, 2018, 31(4): 687–692. doi: 10.16213/j.cnki.scjas.2018.4.008.

阿地力·衣克木, 巴哈爾古麗·阿尤甫, 哈爾肯·葉爾江, 等. 不同北美海棠品種對低溫脅迫的生理響應 [J]. 西南農業(yè)學報, 2018, 31(4): 687–692. doi: 10.16213/j.cnki.scjas.2018.4.008.

[14] WANG H P, DONG T, LIU X L, et al. A study on the cold resistance and the semi-lethal temperatures for branches of five apple rootstock cultivars [J]. J Fruit Sci, 2020, 37(4): 495–501. doi: 10.13925/j.cnki. gsxb.20190383.

王紅平, 董鐵, 劉興祿, 等. 5個蘋果砧木品種枝條的低溫半致死溫度及耐寒性評價 [J]. 果樹學報, 2020, 37(4): 495–501. doi: 10. 13925/j.cnki.gsxb.20190383.

[15] XUE J H, SU J, LIU J G, et al. Physiological responses of five evergreen broadleaved ornamental tree species to low temperature variations during winter season [J]. J Nanjing For Univ (Nat Sci), 2009, 33(4): 38–42. doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.2009.04.008.

薛建輝, 蘇敬, 劉金根, 等. 5個常綠闊葉園林樹種對低溫變化的生理響應 [J]. 南京林業(yè)大學學報(自然科學版), 2009, 33(4): 38–42. doi: 10.3969/j.issn.1000-2006.2009.04.008.

[16] LI G. Study on Cold hardiness of several magnolia evergreen young seedlings and their photosynthetic characters in winter and spring [D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2006: 16–30.

李剛. 幾種木蘭科常綠樹種幼苗的抗寒性及在冬春季節(jié)光合生理生態(tài)特征的研究 [D]. 南京: 南京農業(yè)大學, 2006: 16–30.

[17] LING R, DAI Z W, DAI X Y, et al. Evaluation of heat tolerance and screening the index for the assessment of heat tolerance in cultivars of[J]. Chin J Trop Crops, 2021, 42(8): 2209–2218. doi: 10. 3969/j.issn.1000-2561.2021.08.012.

凌瑞, 戴中武, 代曉雨, 等. 8個繡球品種耐熱性綜合評價與耐熱指標篩選 [J]. 熱帶作物學報, 2021, 42(8): 2209–2218. doi: 10.3969/j. issn.1000-2561.2021.08.012.

[18] CHEN J X, WANG X F. Experiment Instruction of Plant Physiology [M]. 2nd ed. Guangzhou: South China University of Technology Press, 2006: 64–84.

陳建勛, 王曉峰. 植物生理學實驗指導 [M]. 第2版. 廣州: 華南理工大學出版社, 2006: 64–84.

[19] CHEN G, LI S. Plant Physiology Experiment [M]. Beijing: Higher Education Press, 2016: 59–71.

陳剛, 李勝. 植物生理學實驗 [M]. 北京: 高等教育出版社, 2016: 59–71.

[20] ZHU G H, LIU Z Q, ZHU P R. A study on determination of lethal temperature with logistic function [J]. J Nanjing Agric Univ, 1986, 9(3): 11–16.

朱根海, 劉祖祺, 朱培仁. 應用Logistic方程確定植物組織低溫半致死溫度的研究 [J]. 南京農業(yè)大學學報, 1986, 9(3): 11–16.

[21] WANG F X, WANG X J. Study on natural cold resistance of different apple rootstocks of progenies in winter [J]. N Hort, 2020, 44(4): 20–28. doi: 10.11937/bfyy.20192189.

王飛雪, 王新建. 不同蘋果砧木實生后代自然越冬抗寒性研究 [J]. 北方園藝, 2020, 44(4): 20–28. doi: 10.11937/bfyy.20192189.

[22] GAO F, XIE Z D, Lü J, et al. Comprehensive evaluation of cucumber biomass cultivation substrate based on fuzzy mathematics method [J]. J Gansu Agric Univ, 2019, 54(6): 93–101. doi: 10.13432/j.cnki.jgsau. 2019.06.013.

高峰, 頡振東, 呂劍, 等. 基于模糊數學隸屬函數法綜合評價黃瓜生物質栽培基質 [J]. 甘肅農業(yè)大學學報, 2019, 54(6): 93–101. doi: 10.13432/j.cnki.jgsau.2019.06.013.

[23] DU P B, ZHANG Y F, BAI X D, et al. Evaluation of drought resistance of potato varieties by principal component analysis and membership function method [J]. Seed, 2019, 38(8): 120–126. doi: 10.16590/j.cnki. 1001-4705.2019.08.120.

杜培兵, 張永福, 白小東, 等. 主成分分析和隸屬函數法對馬鈴薯品種抗旱性的評價 [J]. 種子, 2019, 38(8): 120–126. doi: 10.16590/j. cnki.1001-4705.2019.08.120.

[24] GUO X Q, ZHU H Y, HONG W, et al. The quantitative application of cold resistance standard inwith the lowest tempe- rature distribution model [J]. J Trop Subtrop Bot, 2011, 19(1): 51–55. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2011.01.007.

郭祥泉, 朱會蕓, 洪偉, 等. 極端低溫分布模型在鄧恩桉抗寒性標準定量化應用的研究 [J]. 熱帶亞熱帶植物學報, 2011, 19(1): 51–55. doi: 10.3969/j.issn.1005-3395.2011.01.007.

[25] ZHANG X, ZHU Z Z, SUN L L, et al. Effects of different dwarfing interstocks on cold resistance of ‘Changfu 2’ apple in Longdong Area [J]. J Fruit Sci, 2020, 37(7): 985–996. doi: 10.13925/j.cnki.gsxb2019 0565.

張旭, 朱珍珍, 孫魯龍, 等. 隴東地區(qū)不同矮化中間砧對‘長富2號’蘋果抗寒性的影響 [J]. 果樹學報, 2020, 37(7): 985–996. doi: 10. 13925/j.cnki.gsxb.20190565.

[26] LI Q Y, LU B, ZHAO J W, et al. Physiological response and cold resistance evaluation of differentvarieties under low temperature stress [J]. J NW Agric For Univ (Nat Sci), 2020, 48(1): 86–94,110. doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2020.01.011.

李清亞, 路斌, 趙佳偉, 等. 不同豆梨品種對低溫脅迫的生理響應及抗寒性評價 [J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2020, 48(1): 86–94,110. doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2020.01.011.

[27] WANG S S, FAN B G. Cold resistance of ten species of deciduous trees [J]. N Hort, 2016, 40(9): 87–93. doi: 10.11937/bfyy.201609024.

王姍姍, 樊保國. 十個落葉喬木樹種的抗寒性研究 [J]. 北方園藝, 2016, 40(9): 87–93. doi: 10.11937/bfyy.201609024.

[28] ZHANG X X, ZHANG N, ZHANG Y X, et al. Comprehensive evaluation of cold resistance of introducedLoud. in Shanxi [J]. J Shanxi Agri Sci, 2020, 48(11): 1781–1785.

張幸幸, 張娜, 張蕓香. 山西引種雪松抗寒性綜合評價 [J]. 山西農業(yè)科學, 2020, 48(11): 1781–1785.

[29] YANG Y N, XU T T, MA J, et al. Genetic variation and molecular markers for cold tolerance of ray florets by the relative electric conduc- tivity analysis in chrysanthemum cultivars [J]. Plant Physiol J, 2020, 56(2): 275–284. doi:10.13592/j.cnki.ppj.2019.0249.

楊英楠, 徐婷婷, 馬杰, 等. 以相對電導率研究菊花舌狀花抗寒性遺傳變異及其分子標記 [J]. 植物生理學報, 2020, 56(2): 275–284. doi:10.13592/j.cnki.ppj.2019.0249.

[30] HE K Y, LI X C, HUANG L B, et al. A study on variations of physiological indices of cold resistance in Fukiencypress [J]. J Nanjing For Univ (Nat Sci), 2002, 26(5): 10–14. doi: 10.3969/j.issn.1000-2006. 2002.05.003.

何開躍, 李曉儲, 黃利斌, 等. 福建柏抗寒生理指標變化研究 [J]. 南京林業(yè)大學學報(自然科學版), 2002, 26(5): 10–14. doi: 10.3969/ j.issn.1000-2006.2002.05.003.

[31] LIU X M, ZHAO B, SHEN H F, et al. Comprehensive evaluation of cold resistance of twenty rhododendron cultivars under cold stress [J]. N Hort, 2017, 41(5): 60–66. doi: 10.11937/bfyy.201705015.

劉旭梅, 趙冰, 申惠翡, 等. 低溫脅迫下二十個杜鵑花品種的抗寒性評價 [J]. 北方園藝, 2017, 41(5): 60–66. doi: 10.11937/bfyy.201705015.

[32] SU J. A study on the cold-resistance of five evergreen broadleaved tree species in natural decreasing process of air temperature [D]. Nanjing: Nanjing Forestry University, 2007: 30–32.

蘇敬. 自然降溫過程中五個常綠闊葉樹種的抗寒性研究 [D]. 南京: 南京林業(yè)大學, 2007: 30–32.

[33] REN J, HAO Y, BAI Y D, et al. Comprehensive evaluation on cold resistance of seven grape rootstock-scion combinations of Italian Riesling in Hexi Corridor [J]. J Gansu Agric Univ, 2019, 54(4): 60–68. doi: 10.13432/j.cnki.jgsau.2019.04.009.

任靜, 郝燕, 白耀棟, 等. 河西走廊‘貴人香’7個葡萄砧穗組合抗寒性的綜合評價 [J]. 甘肅農業(yè)大學學報, 2019, 54(4): 60–68. doi: 10. 13432/j.cnki.jgsau.2019.04.009.

[34] YU H X, JIANG C Y, WANG C, et al. Physiological response of high quality forageto low temperature stress and rapid identification of its cold tolerance [J]. J Trop Subtrop Bot, 2019, 27(6): 649–658. doi: 10.11926/jtsb.4046.

余涵霞, 姜朝陽, 王純, 等. 優(yōu)質牧草旋扭山綠豆對低溫脅迫的生理響應及其耐寒性快速鑒定 [J]. 熱帶亞熱帶植物學報, 2019, 27(6): 649–658. doi: 10.11926/jtsb.4046.

[35] YANG N, JIANG J L, LI L, et al. Physiological response and eva- luation of cold resistance of threevarieties seedlings under low temperature stress [J]. China Fruits, 2020(5): 32–39. doi: 10.16626/j. cnki.issn1000-8047.2020.05.006.

陽妮, 蔣景龍, 李麗, 等. 3個柑橘品種幼苗對低溫脅迫的生理響應及其抗寒性評價 [J]. 中國果樹, 2020(5): 32–39. doi: 10.16626/j.cnki. issn1000-8047.2020.05.006.

[36] LIU H M, ZHANG Q, SU Q, et al. Studies on evaluation and screening of cold resistance during seedling stage in eighteen species or varieties of[J]. Acta Hort Sin, 2014, 41(12): 2427–2436.

劉慧民, 仉茜, 蘇青, 等. 18種繡線菊苗期抗寒性評價與篩選 [J].園藝學報, 2014, 41(12): 2427–2436.

[37] ZHOU J, YOU Y, YUAN D Y. Effect of low temperature stress on physiological characteristics of[J]. J NW For Univ, 2008, 23(6): 38–42.

周建, 尤揚, 袁德義. 低溫脅迫對廣玉蘭生理特性的影響 [J]. 西北林學院學報, 2008, 23(6): 38–42.

[38] SUN L X, JIN X L, HU X J, et al. Evaluation of cold resistance of new variety ‘Bicui’ ofand its screening of cold resistance index [J]. J Hunan Ecol Sci, 2020, 7(1): 33–39. doi: 10.3969/ j.issn.2095-7300.2020.01.005.

孫凌霄, 金曉玲, 胡希軍, 等. 廣玉蘭新品種‘碧翠’的抗寒性評價及抗寒性指標篩選 [J]. 湖南生態(tài)科學學報, 2020, 7(1): 33–39. doi: 10. 3969/j.issn.2095-7300.2020.01.005.

[39] TIAN A J, WANG Y L, ZHANG R F, et al. The comparison of cold resistance of three species of evergreen broadleaf plants during the winter [J]. J Beijing Agric Univ, 2017, 32(4): 98–102. doi: 10.13473/j. cnki.issn.1002-3186.2017.0419.

田愛菊, 王雅麗, 張潤芳, 等. 三種常綠闊葉植物越冬期間抗寒性的比較 [J]. 北京農學院學報, 2017, 32(4): 98–102. doi: 10.13473/j. cnki.issn.1002-3186.2017.0419.

[40] TIAN D Q, GE Y Y, PAN G M, et al. Morphological and physiological characteristics of different cultivars ofunder chilling stress [J]. Acta Hort Sin, 2011, 38(6): 1173–1179.

田丹青, 葛亞英, 潘剛敏, 等. 低溫脅迫對3個紅掌品種葉片形態(tài)和生理特性的影響 [J]. 園藝學報, 2011, 38(6): 1173–1179.

[41] PEI W. Measurements of physiological indicators of nine evergreen Magnoliaceae plants in low temperature and cold tolerance evaluations [D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2013: 38–40.

裴文. 九種木蘭科常綠植物低溫冷害生理指標的測定及耐寒性評價 [D]. 鄭州: 河南農業(yè)大學, 2013: 38–40.

[42] MENG A P, HE Z C, LI J Q, et al. Karyomorphology of three(Magnoliaceae) species [J]. Acta Bot Yunnan, 2004, 26(3): 317–320. doi: 10.3969/j.issn.2095-0845.2004.03.009.

孟愛平, 何子燦, 李建強, 等. 三種木蓮屬(木蘭科)植物的核型研究 [J]. 云南植物研究, 2004, 26(3): 317–320. doi: 10.3969/j.issn.2095- 0845.2004.03.009.

[43] XIAO L, LI X L, WANG Y B, et al. Analyses of the genetic relation- ships among 22 species ofplants using iSSR markers [J]. Bull Bot Res, 2011, 31(4): 489–494.

肖黎, 李曉玲, 王玉兵, 等. 22種木蓮屬植物親緣關系的ISSR分析 [J]. 植物研究, 2011, 31(4): 489–494.

[44] SANG Z Y, ZHANG D C, WANG Y B, et al. Taxonomy significance based on pollen morphology observation of 19 species of[J]. Bull Bot Res, 2016, 36(1): 43–51. doi: 10.7525/j.issn.1673-5102. 2016.01.006.

桑子陽, 張德春, 王玉兵, 等. 19個木蓮屬樹種的花粉形態(tài)觀察及其分類學意義 [J]. 植物研究, 2016, 36(1): 43–51. doi: 10.7525/j.issn. 1673-5102.2016.01.006.

Evaluation of Cold Resistance and Physiological Mechanism of SevenSpecies

Huang Yibo, Wang Jieming*, Li Ruixue, Xiang Yanci, Song Yu, Yan Lingyu

(School of Architecture and Art Design, Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201, Hunan, China)

In order to establish a comprehensive evaluation system for cold resistance ofspecies, the key physiological indexes of cold tolerance in seven cutting seeding were determined under low temperature. The fitting logistic equation was used to calculate the semi-lethal temperature of low temperature (LT50), and the key indexes of cold resistance were screened and evaluated by membership function method. The results showed that the LT50of sevenspecies were in the order of<<<<<<,which had positively significant correlation with relative conductivity. With the temperature decrease, the contents of free proline and soluble protein, activities of superoxide dismutase and superoxide dismutase in sevenspecies fall after rising, while contents of soluble sugar and malondialdehyde increasing and gradually leveling off. The cluster analysis showed that 7species could be divided into 3 groups, cold resistance ofandstronger,,andwere medium,andwere weak.

; Low temperature stress; Physiological response; Cold resistance

10.11926/jtsb.4349

2020-12-03

2021-03-01

國家自然科學基金項目(31671628)；湖南省自然科學基金項目(2020JJ6025, 2020JJ4294)資助

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31671628); and the Natural Science Foundation of Hunan (Grant No. 2020JJ6025, 2020JJ4294).

黃一波(1994～ )，男，碩士研究生，研究方向為植物景觀。E-mail: 1246282053@qq.com

. E-mail: 364482609@qq.com