冀北地區(qū)月季抗寒性研究綜述

李巖，郅學(xué)超，王平，池海清，張文杰，李營，胡展森*

（1.承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北 承德 067000；2.承德縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 承德 067400）

月季花（Rosa chinensis），又名月季，是薔薇科（Rosaceae）薔薇屬一年四季都開花的灌木[1]。月季花具有顏色豐富、花型優(yōu)美、花色絢麗、花香濃郁、花期悠長等優(yōu)點，深受人們喜愛，在全世界享有盛名，是我國十大傳統(tǒng)名花之一，被譽為“花中皇后”。月季的適應(yīng)能力較強，在園林建設(shè)中有著重要的作用，其品種多樣性已被大家所認可，如常見的藤本月季、微型月季、豐花月季等。月季作為藥材是多種中醫(yī)藥方的組成部分，在商業(yè)生產(chǎn)中具有較高的經(jīng)濟價值，同時也是日常生活中的重要花卉之一，在我國各地均有種植。

月季的種植受到各種因素的影響，其中溫度是重要的影響因素。低溫是作物生長過程中重要的非生物脅迫因子，在一些極端寒冷的天氣條件下，月季的發(fā)展及推廣受到了嚴重制約。因此亟需提高月季的抗寒性并選育出抗寒月季品種，這對于月季在氣溫極低的地區(qū)能夠更好地發(fā)揮其價值意義重大。

1 研究進展

在國外的研究進展中，最早提出的“膜脂相變”學(xué)說，是指經(jīng)過一段時間的低溫，膜脂從液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槟z相的過程，歸結(jié)為冷害的原初反應(yīng)[2]。冷害是指大自然中溫度高于0℃對植物的損害，會對植物的光合作用產(chǎn)生影響，同時會發(fā)生呼吸代謝以及物質(zhì)代謝失調(diào)的生理現(xiàn)象；而凍害則是指大自然溫度低于0℃時對植物產(chǎn)生的不可逆轉(zhuǎn)的變化，包括細胞和組織的損傷。當(dāng)植物受到低溫傷害后，會引起一系列細胞代謝功能的改變。一般可采用可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、脯氨酸含量、含水量、SOD 活性、POD 活性、丙二醛含量、光合作用和呼吸作用等相關(guān)指標(biāo)研究植物的抗寒性[3]。在國外，許多學(xué)者進行了對月季新品種的培育研究，隨著環(huán)境的變化，植物抗低溫基因工程技術(shù)相繼問世。1977年，美國艾奧瓦州立大學(xué)的Griffith J. Buck 培育出了可以耐-38℃低溫的聚花月季新品種。1992年，英國學(xué)者David Austin 培育出紀(jì)念英國女王登基40 周年的月季新品種，同樣表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗寒特性。由此可見，在月季抗寒新品種的培育上，國外學(xué)者作出了巨大貢獻[4]。

在國內(nèi)的一些研究中不難發(fā)現(xiàn)抗寒技術(shù)的逐步深入，也讓月季的抗寒選育研究得到發(fā)展[5]，如通過雜交的方式獲得了許多抗寒月季品種。國內(nèi)學(xué)者試著通過利用彎刺薔薇作為父本與現(xiàn)代月季品種進行遠緣雜交，先后培育了“天山”系列抗寒月季品種。新疆石河子園林科學(xué)研究所利用彎刺薔薇、寬刺薔薇與現(xiàn)代月季品種進行雜交，選育出的月季品種表現(xiàn)出極強的抗寒性，可以在-32℃安全露地過冬[6]。最近有學(xué)者通過對月季的相關(guān)生理特性研究進行了抗寒性的選育，并鑒定評價了一批抗寒能力強的品種。車代弟等[7]通過對豐花月季品種進行相關(guān)生理特性研究，測定了含水量、電導(dǎo)率以及可溶性蛋白含量，最終得到了抗寒性較強的紅眼圈品種。朱曉非等[8]以6 個微型月季品種帶葉枝條為試驗材料，比較篩選出了在上海乃至長三角地區(qū)抗寒性表現(xiàn)較強的微型月季品種‘白珂斯特’。劉璐等[9]通過研究低溫脅迫對地被月季生理特性以及抗氧化酶活性的影響，評價出了3 個品種地被月季的耐寒性依次為‘巴西諾‘＞‘紫微星’＞‘白米農(nóng)’。在基因工程方面，國內(nèi)學(xué)者對與抗寒直接相關(guān)的功能基因，以及調(diào)控抗寒基因表達和信號傳導(dǎo)的調(diào)控基因進行了研究[10]。

2 抗寒月季的分子機制研究

植物抗寒性功能基因包括冷誘導(dǎo)基因、脂肪酸去飽和酶基因和抗氧化酶基因等，這些基因?qū)毎て鸬奖Ｗo作用。然而，學(xué)者們越來越重視對于轉(zhuǎn)錄因子（TF）的介入，通過酵母單雜交技術(shù)或者雙雜交技術(shù)找到互作蛋白。在一系列分離的轉(zhuǎn)錄因子中，如WRKY、CBF、NAC 等，低溫脅迫誘導(dǎo)這些轉(zhuǎn)錄因子大量表達，提高植物的抗寒性。相關(guān)學(xué)者通過對月季CBF 轉(zhuǎn)錄因子基因克隆與表達的研究發(fā)現(xiàn)，低溫可以誘導(dǎo)RhCBF 的表達。Liu 等[11]基于基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)在月季中發(fā)現(xiàn)了56 個WRKY 轉(zhuǎn)錄因子。因此，在以后的研究中，非生物脅迫耐低溫的分子機制研究或許有助于篩選月季中的抗寒蛋白，并解析不同轉(zhuǎn)錄因子之間的互作關(guān)系，這將成為月季抗寒領(lǐng)域的關(guān)鍵[12]。在抗寒性月季選育過程中，由于大部分學(xué)者僅僅在生理生化方向進行研究，而涉及到分子水平的研究較少，因此，在月季抗性研究中應(yīng)用分子技術(shù)手段將成為新品種選育的關(guān)鍵。

3 抗寒月季生理生化機制研究

3.1 月季抗寒性與光合特性的關(guān)系

在植物的光合作用階段，低溫會使凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度都受到影響。有學(xué)者進行研究，在低溫寡照條件下，對設(shè)施內(nèi)番茄進行試驗，發(fā)現(xiàn)葉綠素a 和葉綠素b 含量均有所下降，葉綠素a/b 的含量也有所下降，光合有效輻射也隨之降低[13]。光合有效輻射越低，植物的冷害指數(shù)就越明顯。同樣，在抗寒月季的選育過程中，冬天太陽的有效輻射較少，隨之而來的光合積累量較少，可以以光合特性相關(guān)指標(biāo)作為月季選育的判斷依據(jù)[6]。在對葉綠素?zé)晒猓–F）的測定中，葉綠素?zé)晒鈪?shù)也是植物抗寒性指標(biāo)的判斷依據(jù)之一，代表的意義就是最大光化學(xué)量子產(chǎn)物，并可以通過測定植株不同時期的變化，判斷植株的抗寒性，因此可以通過葉綠素?zé)晒獾姆绞?，判定月季的抗寒特性[14]。

3.2 月季抗寒性與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的關(guān)系

可溶性糖、游離脯氨酸和可溶性蛋白都是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫環(huán)境下，植物體內(nèi)會增加這些物質(zhì)的積累，為植物抵抗低溫提供幫助?？扇苄蕴呛繒S著溫度的下降不斷增加，這樣細胞液的濃度也會增加，加快細胞的流動性，從而增強植物的抗寒能力。可溶性蛋白含量也會在低溫情況下增加，目的就是增加自身的保水能力，以此維持細胞正常的功能，增強抗寒能力[15]。游離脯氨酸含量則會在逆境條件下增加，調(diào)節(jié)植物細胞內(nèi)的滲透勢，還能調(diào)節(jié)一些氧化還原反應(yīng)，維持植物的正常生命活動。有學(xué)者在抗寒月季資源篩選的過程中，應(yīng)用市場上較好的品種‘龍沙寶石’進行試驗，在-23℃～-5℃范圍內(nèi)選取5 個溫度區(qū)間，以4℃冰箱作為對照，冷凍處理24 h 取出樣品，進行生理生化指標(biāo)測定，隨后發(fā)現(xiàn)可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)遞增的趨勢，可溶性糖含量則隨著溫度的降低呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，脯氨酸含量也呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。因此，在月季抗寒性的選育過程中，可以通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測定，來進行月季抗寒性品種的選育工作。

3.3 月季抗寒性與抗氧化酶系統(tǒng)的關(guān)系

低溫脅迫會使植物體內(nèi)的活性氧（AOS）大量增加，酶活性降低，活性氧的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)紊亂，活性氧的增多加劇了膜脂過氧化反應(yīng)，引起膜蛋白的變性，導(dǎo)致植株受到傷害。在抗氧化酶系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等，會通過清除有害的活性氧減輕脅迫危害從而讓植株正常生長。李楠[16]的研究發(fā)現(xiàn)，植物在輕微的低溫情況下，SOD、POD 的活性降低，這可能與植物自身保護功能有關(guān)，隨著時間的推移，通過自身機制調(diào)節(jié)，SOD、POD 的含量上升，從而應(yīng)對低溫脅迫的影響；當(dāng)植物不受低溫脅迫時，體內(nèi)酶活性降低，這可能是植物對于逆境脅迫下的保護性應(yīng)激反應(yīng)。同樣還有學(xué)者對此做了研究，在低溫脅迫的過程中，測定月季體內(nèi)抗氧化酶活性，發(fā)現(xiàn)CAT 活性隨著溫度的降低而升高，溫度達到最低時，活性達到最大值。因此，在選育月季抗寒品種時，抗氧化酶活性也是一個重要的依據(jù)。

3.4 月季抗寒性與生物膜系統(tǒng)的關(guān)系

在低溫脅迫的過程中，植株會進行膜脂過氧化反應(yīng)，此時膜脂開始變化，膜內(nèi)的可溶性物質(zhì)、電解質(zhì)會大量向膜外滲透，破壞離子平衡。丙二醛（MDA）會大量增加，破壞了生物膜系統(tǒng)，導(dǎo)致植物無法正常進行生命活動。馬俊麗等[17]在研究中發(fā)現(xiàn)，不同低溫脅迫的過程中，MDA 的含量呈現(xiàn)出升-降-升的變化趨勢。MDA 作為冷害重要指標(biāo)，其含量變化可以衡量植物受到損傷的程度，低溫前期受到膜脂過氧化作用導(dǎo)致MDA 含量上升，溫度急劇下降，MDA 也會達到峰值，抗寒性較強的品種則會清除MDA，降低MDA 活性，抗寒性較弱的則會增加MDA 的含量，甚至導(dǎo)致植株死亡。因此，月季體內(nèi)MDA 含量可以作為評估月季抗寒能力的重要指標(biāo)。

4 總結(jié)與展望

月季作為廣泛種植的園林植物，在冀北地區(qū)有著重要的意義，冀北地區(qū)氣候特殊，選育抗寒月季是一項重要的任務(wù)。在今后月季的選育工作中，重點在分子機理中進行研究探討，可以通過相關(guān)抗寒轉(zhuǎn)錄因子的篩選，找出相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子互作的關(guān)系，為抗寒月季分子育種提供借鑒。此外，還可以通過低溫條件下，研究月季光合特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶活性以及MDA 含量，篩選抗寒月季新品種。