低溫對(duì)兩種彩葉玉簪抗寒生理指標(biāo)的影響

趙歡蕊，王愛文，劉 娟，羅彩云，王曉榮

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000）

玉簪（Hosta）為百合科（Liliaceae）多年生宿根草本植物，葉色和葉形多變，花葉共賞，觀賞價(jià)值優(yōu)良，性耐寒、喜陰、忌強(qiáng)光，抗逆性強(qiáng)，是極具發(fā)展前景的園林地被植物［1，2］。適應(yīng)性極強(qiáng)，全國(guó)各地均可栽培，以吉林、遼寧、陜西、江蘇和湖北等地資源最豐富［3］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際登錄的玉簪品種已超6 000 個(gè)，種質(zhì)資源極多。榆林地處陜西北部，冬季嚴(yán)寒，園林地被植物資源相對(duì)匱乏，草坪需水量大，管護(hù)成本高，近年來(lái)利用抗性優(yōu)良的地被植物替代部分草坪草覆蓋地面成為一種趨勢(shì)，玉簪就是其中一種重要的植物。但是經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，榆林市園林綠化中使用的玉簪品種仍然只有傳統(tǒng)的紫萼玉簪（Hosta ventricosa）和白玉簪（Hosta plantaginea），品種稀少，無(wú)法滿足園林景觀多樣化需求，所以引種馴化并研究彩葉玉簪新品種對(duì)豐富陜北地區(qū)及至北方其他地區(qū)的園林植物資源具有重要意義。

近年來(lái)，中國(guó)多地相繼從生物學(xué)特性、抗寒性及推廣應(yīng)用等方面開展了相關(guān)研究。劉東煥等［4］選取了50 個(gè)玉簪代表品種，建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并打分評(píng)價(jià)，優(yōu)選出26 個(gè)品種，在北京植物園示范應(yīng)用。瞿小杰等［5］對(duì)長(zhǎng)春地區(qū)7 種玉簪進(jìn)行物候期觀測(cè)，掌握了生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律。張瑞麟等［6］報(bào)道了玉簪、紫萼玉簪、東北玉簪和白粉玉簪在烏魯木齊地區(qū)的生長(zhǎng)狀況和適應(yīng)性。高志慧等［7，8］對(duì)金標(biāo)、金冠、山中脊、白花和東北玉簪5 個(gè)品種進(jìn)行了多方面研究，結(jié)果表明5 種玉簪在哈爾濱當(dāng)?shù)乜烧ＩL(zhǎng)發(fā)育，但需采取防寒措施越冬，以金標(biāo)表現(xiàn)最好，通過生理指標(biāo)測(cè)定，認(rèn)為東北玉簪最耐寒，半致死溫度達(dá)-27.71 ℃。許怡玲等［9］以根系為材料，對(duì)11 種玉簪進(jìn)行低溫脅迫處理，測(cè)定了SS、MDA、Pro 等生理指標(biāo)，最終確定了3種抗寒性最強(qiáng)的品種。莊倩倩等［10］采用人工低溫及自然降溫2 種方法對(duì)紫萼玉簪根系進(jìn)行抗寒對(duì)比試驗(yàn)，研究認(rèn)為SS 含量變化相同，但MDA 和SOD 變化有所不同，地溫2～3 ℃紫萼玉簪根系基本進(jìn)入休眠。低溫一直是北方園林植物引種及推廣的主要限制因素，上述研究結(jié)果表明玉簪耐寒性極強(qiáng)，可在北方嚴(yán)寒地區(qū)進(jìn)一步推廣，因此陜北地區(qū)引種玉簪具有可靠的科學(xué)依據(jù)，但截至目前陜北地區(qū)在玉簪方面的研究尚屬空白。為此，本研究以2 種彩葉玉簪為供試材料，為了研究其抗寒性，在人工模擬低溫條件下分析了5 個(gè)抗寒生理指標(biāo)的變化規(guī)律，以期為玉簪新品種的進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為2016 年5 月引自北京植物園的黃邊高叢（Hosta‘a(chǎn)ureomarginata’和白波美邊（Hosta‘a(chǎn)l+bomarginata’）2 個(gè)彩葉玉簪品種，均定植于國(guó)家林業(yè)局榆林荒漠生態(tài)站，經(jīng)過4 年的大田觀測(cè)，可在榆林地區(qū)安全越冬。

1.2 材料處理

試驗(yàn)開始于2018 年10 月下旬，從試驗(yàn)大田隨機(jī)挖取若干2 種玉簪的植株，只留根系，用自來(lái)水沖洗3～4 遍，處理干凈的玉簪根系用潮濕的紗布包好后放在密封袋內(nèi)，存于4 ℃冰箱。隨后對(duì)試驗(yàn)材料分別進(jìn)行 0、-5、-10、-15、-20、-25、-30、-35 ℃ 8 個(gè)不同梯度的人工低溫脅迫處理。降溫速度為2.5 ℃/h，每個(gè)梯度持續(xù)處理12 h 后，再以2.5 ℃/h 的速度升溫至0 ℃，然后進(jìn)行抗寒生理指標(biāo)測(cè)定，重復(fù)3 次，以0 ℃值為參考。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

參考文獻(xiàn)［11］進(jìn)行可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量以及POD、SOD 活性的測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫脅迫對(duì)丙二醛含量的影響

圖1 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的MDA 含量均呈“升—降”的變化規(guī)律。2 個(gè)品種的MDA 含量在0～-25 ℃逐漸增大，在-25～-35 ℃下降，0～-10 ℃上升略快，-10～-25 ℃上升平緩。至-25 ℃時(shí)2 個(gè)品種的MDA 含量均達(dá)最高值，黃邊高叢和白波美邊的峰值分別為7.915、8.037 μmol/g，與對(duì)照相比增幅不大。溫度降至-35 ℃，2 個(gè)品種的MDA 含量略高于0 ℃對(duì)照值。MDA 含量總體為黃邊高叢低于白波美邊。

圖1 不同低溫脅迫對(duì)丙二醛含量的影響

2.2 不同低溫脅迫對(duì)POD 活性的影響

圖2 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的POD 活性均呈“升—降”的變化規(guī)律。2 個(gè)品種的POD 活性在 0～-20 ℃一直為上升趨勢(shì)，在 0～-10 ℃上升很緩，在-10～-20 ℃急速升高。至-20 ℃黃邊高叢和白波美邊的POD 活性均達(dá)最高值，對(duì)應(yīng)的峰值分別為15.745、13.786 U/gFW，較對(duì)照增加了200%以上，增幅較大。以-20 ℃為分界點(diǎn)，溫度低于-20 ℃后 2 種玉簪的 POD 活性急速降低，至-35 ℃時(shí)，2 個(gè)品種的 POD 活性接近 0 ℃水平。POD 活性總體為黃邊高叢高于白波美邊。

2.3 不同低溫脅迫對(duì)SOD 活性的影響

圖3 表明，隨著處理溫度的逐漸降低，2 種玉簪的SOD 活性均呈“升—降”的變化規(guī)律。2 個(gè)品種的SOD 活性在0～-5 ℃略有上升。黃邊高叢在-5 ℃至-20 ℃時(shí)SOD 活性增加明顯，至-20 ℃時(shí)達(dá)到峰值1.114 U/gFW，以-20 ℃為分界點(diǎn)，之后的 SOD 活性下降較快。白波美邊的SOD 活性在-5～-10 ℃上升較快，在-10～-15 ℃趨于平穩(wěn)，至-15 ℃活性最強(qiáng)，為1.031 U/gFW，在-15～-35 ℃下降較快。二者的峰值較對(duì)照增加了 1.0～1.5 倍，至-35 ℃時(shí) 2 個(gè)品種的SOD 活性均低于0℃對(duì)照水平。SOD 活性總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖3 不同低溫脅迫對(duì)SOD 活性的影響

2.4 不同低溫脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響

圖4 表明，隨著處理溫度的逐漸下降，2 種玉簪的SS 含量均呈“升—降”的總體變化規(guī)律。在0～-20 ℃2 個(gè)品種的SS 含量均逐漸上升，差異不明顯，從-20～-35 ℃，2 個(gè)品種的 SS 含量變化有所差異。白波美邊的 SS 含量在-20 ℃達(dá)最高值 2.631 μg/g，以-20 ℃為分界點(diǎn)，之后SS 含量開始逐漸下降；黃邊高叢的 SS 含量在-30 ℃達(dá)最高值 2.934 μg/g，-30 ℃之后開始下降；二者的峰值較對(duì)照增加了60%以上，增幅明顯。至-35 ℃時(shí)，黃邊高叢的SS 含量明顯高于0 ℃對(duì)照，白波美邊略高于0 ℃對(duì)照。SS 含量總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖4 不同低溫脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響

2.5 不同低溫脅迫對(duì)脯氨酸含量的影響

圖5 表明，隨著處理溫度的逐漸降低，2 種玉簪品種Pro 含量均呈“升—降”的變化規(guī)律。2 個(gè)品種的Pro 含量在0～-15 ℃緩慢上升，在-15～-25 ℃上升略快，至-25 ℃均達(dá)最高值，黃邊高叢為70.834 μg/g，白波美邊為70.382 μg/g，與0 ℃對(duì)照相比有所增加。以-25 ℃為分界點(diǎn)，2 種玉簪之后的Pro 含量下降較快，至-35 ℃黃邊高叢的Pro 含量略高于0 ℃對(duì)照值，白波美邊略低于0 ℃對(duì)照值。Pro 含量總體為黃邊高叢大于白波美邊。

圖5 不同低溫脅迫對(duì)脯氨酸含量的影響

3 小結(jié)與討論

低溫脅迫導(dǎo)致植物發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)，膜質(zhì)過氧化物、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量都有所變化，因此 MDA、SS 和 Pro 含量及 SOD、POD活性是植物抗寒性分析的幾項(xiàng)重要指標(biāo)［12］。

正常條件下，植物的MDA 含量很低，在寒冷等逆境條件下，活性氧類物質(zhì)大量積累，導(dǎo)致膜脂過氧化，使植物產(chǎn)生有害產(chǎn)物MDA，抑制保護(hù)酶活性，導(dǎo)致膜脂過氧化加劇，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，因此MDA 含量越高，植物抗寒性越弱［12，13］。本研究表明，隨著溫度下降，2 種玉簪的MDA 含量先緩慢上升再逐漸下降，其結(jié)果與高志慧［8］報(bào)道的5 種玉簪一致。在低溫脅迫初期，玉簪根系活性氧代謝的平衡被破壞，生成了一定量的MDA，因此MDA 含量有所上升，但峰值的增幅在35%左右，幅度不大，尤其在-20～-25 ℃時(shí)，MDA 含量平穩(wěn)，顯示出了較強(qiáng)的抗寒性。-25 ℃后MDA 含量持續(xù)降低，結(jié)合其他4 項(xiàng)指標(biāo)的變化，綜合分析認(rèn)為可能是因?yàn)槟ぶ^氧化程度加深，根系有一定程度凍害導(dǎo)致的。雖然2 個(gè)品種MDA 含量差異不大，但黃邊高叢總體的MDA 含量均小于白波美邊，為相對(duì)耐寒品種。

低溫脅迫時(shí)，植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量隨之提高，以維持細(xì)胞膜正常的滲透調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)植物體緩解和抵御寒害的能力［14］。SS 和 Pro 是 2 種主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與植物的抗寒性密切相關(guān)，其含量越高，抗寒性越強(qiáng)［15］。本試驗(yàn)中，2 個(gè)玉簪品種的SS 和Pro 含量隨著溫度的逐漸降低均呈現(xiàn)先升后降的總體變化規(guī)律，與賈祥［16］的抗寒性研究結(jié)果一致。降溫初期SS 和Pro 含量逐漸增加，增加了玉簪體內(nèi)的原生質(zhì)濃度，細(xì)胞內(nèi)含物冰點(diǎn)降低，維持了根系內(nèi)較強(qiáng)的滲透能力，提高了植物適應(yīng)低溫的能力，這是玉簪根系為了適應(yīng)低溫脅迫做出的正常御寒反應(yīng)。但隨著處理溫度持續(xù)降低，細(xì)胞結(jié)構(gòu)會(huì)有一定程度損傷，酶的活性逐步喪失，導(dǎo)致SS 和Pro 被大量消耗，積累逐漸減少，因而降溫后期呈下降趨勢(shì)。

低溫脅迫下，SOD 和POD 是植物酶促防御體系中2 種重要的保護(hù)酶，可以消除過剩的活性氧自由基對(duì)生物體的毒害，防止膜脂過氧化，在提高植物的抗性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用［17，18］。本試驗(yàn)中，2 個(gè)玉簪品種的SOD 和POD 活性均呈“升—降”的變化規(guī)律，與楊克彬等［14］對(duì)切花紅掌抗寒性的研究結(jié)果一致。低溫脅迫初期，植物遇到逆境時(shí)，SOD 和POD 活性增強(qiáng)開始發(fā)揮清除活性氧自由基的作用，抵抗有害物質(zhì)，提高了植物的抗寒性。但隨著玉簪根系繼續(xù)受到低溫脅迫，氧化脅迫進(jìn)一步加劇，抗氧化酶與活性氧自由基的動(dòng)態(tài)平衡被打破，因此降溫后期SOD和POD 活性開始逐漸下降。馬娟娟等［19］研究認(rèn)為氧化酶對(duì)活性氧的清除有溫度效應(yīng)，溫度稍高時(shí)SOD 和POD 活性較高，溫度較低時(shí)CAT 活性較強(qiáng)，因而不能以SOD 和POD 活性下降完全判斷該植物抗寒性是否變?nèi)?。由此可見，植物御寒的保護(hù)酶變化是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。

本研究在人工低溫脅迫條件下，對(duì)黃邊高叢和白波美邊2 個(gè)彩葉玉簪品種的根系進(jìn)行了從0～-35 ℃的抗寒試驗(yàn)，采用了5 個(gè)抗寒生理指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，旨在更加準(zhǔn)確地分析這2 個(gè)品種的抗寒性差異。結(jié)果表明，黃邊高叢較白波美邊的SS、Pro 含量及 SOD、POD 活性高，而MDA 含量低，說(shuō)明二者的抗寒性存在一定差異，黃邊高叢為相對(duì)耐寒品種。另外，2 個(gè)品種5 項(xiàng)指標(biāo)峰值到達(dá)的溫度不同，MDA 和 Pro 含量的峰值均出現(xiàn)在-25 ℃，POD 活性的峰值均出現(xiàn)在-20 ℃，2 個(gè)品種在這3 項(xiàng)指標(biāo)上的總體差異不是特別大。SS 含量和SOD 活性有所差異，黃邊高叢的峰值分別出現(xiàn)在-30、-20 ℃，白波美邊的峰值分別出現(xiàn)在-20、-15 ℃，在這2 項(xiàng)指標(biāo)上黃邊高叢顯示出了較高的抗寒性。因此，植物的抗寒性鑒定一定要結(jié)合多項(xiàng)指標(biāo)綜合判定。

據(jù)榆林氣象局官方公布數(shù)字顯示，榆林市近3年在2018 年曾出現(xiàn)過最低氣溫-23 ℃，而2 個(gè)品種在2019 年越冬后的田間生長(zhǎng)仍然較好。綜合上述結(jié)果，本研究認(rèn)為2 種供試玉簪至少可耐受-20 ℃的低溫，甚至短暫的極限低溫，均具有較好的抗寒性，相較而言，黃邊高叢玉簪的抗寒性更強(qiáng)。因此這2個(gè)玉簪品種均適合在榆林市乃至北方大多數(shù)地區(qū)的園林綠化中推廣應(yīng)用，本研究為玉簪的進(jìn)一步研究和實(shí)際應(yīng)用提供了參考。