金叶风箱果和紫叶风箱果的抗寒性

金叶风箱果和紫叶风箱果的抗寒性 第39卷第4期 2011年4月 东北林业大学 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY V01.39No.4 Apr.2011 金叶风箱果和紫叶风箱果的抗寒性 刘晓东翟晓宇施冰 (东北林业大学,哈尔滨,150~0)(哈尔滨园林科学研究所) 摘要以风箱果属的2种彩叶树种金叶风箱果,紫叶风箱果的1年生离体休眠枝条为试材对其抗寒适应性 进行研究.采用人工低温冷冻法,对其1年生休眠枝的电导率,可溶性蛋白,游离脯氨酸,POD酶活性等生理指标 进行测定分析.得出金叶风箱果半致死温度为一42.1?,紫叶风箱果半致死温度为-43.8?,紫叶风箱果的抗寒 性略强于金叶风箱果,与恢复生长试验结果相吻合.2种彩叶树种作为哈尔滨地区的园林是可行的,现出 了较强的抗寒性. 关键词金叶风箱果;紫叶风箱果;抗寒性;低温半致死温度 分类号S687.9 ColdResistancesofPhysocarpusopulifolius’Lutein’andopulifolius’Summer’/HuXiaodong.ZhaiXiaoyu (SchoolofLandscapeArchitecture,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China);ShiBing(HarbinRe- searchInstituteofGardenScience)//JoumalofNortheastForestryUniversity.一2011,39(4).一18,20 AnexperimentwasconductedtostudythecoldresistancesofPhysocarpusoptdifolius’Lutein’andP.opulifolius ‘SummerWine’.byusingone.year.olddetacheddormantbranchesofthetwospeciesasresearehobjects.Relativeelec- triealconductivity,solubleproteincontent,freeprolinecontentandPODenzymeaetivityofone.year—olddormantbranches weremeasuredafterbeingfrozenatlowtemperatures.Thesemilethaltemperatures(LTn)0fP.opulifolius’Lutein’and P.opulifolius’SummerWine’were42.1degreesCbelowzeroand43.8degreesCbelowzero.andthecoldresistanceof P.opul~folius’SummerWine’wasalittlehigherthanthatofPopul~folius’Lut ein’.whichwasconsistentwiththere. suitsofgrowthreeoveryexperiment.ItisfeasibletouseP.opul渤 lius’Lutein’and-.P.opulifolius’SummerWine’as materialsforgardenconstructioninHarbinduetotheirstrongcoldresistances. KeywordsPhysocarpusopullius’Lutein’:Physocarpusopulr0lius’Summer Wine’:Coldresistances:Semile. thaltemperatures 在我国东北部寒冷地区的园林绿化中,由于气候条件酷 寒,彩叶绿化树种的抗寒能力较差,适合于生产应用的彩叶绿 化树种较少,绿化受到了极大的限制.风箱果属的金叶风箱 果(Physocarpusopulifolius’Lutein’)和紫叶风箱果(Physo— carpusopulifolius’SummerWine’)是近年来为丰富园林绿化 层次和色彩而从国外引进的观赏性花灌木品种,其叶,花,果 实都有较高的观赏价值.金叶风箱果(Physocarpusopulifolius ‘Lutein’)叶片生长期金黄色,落前黄绿色,光照充足时叶片 颜色金黄,而弱光或荫蔽环境中则呈绿色.紫叶风箱果(y— socarpusopulifolius’SummerWine’)叶片生长期紫红色,落前 暗红色,光照充足时叶片颜色紫红,而弱光或荫蔽环境中则呈 暗红色.该两种彩叶树种可独植,丛植和带植,适合用作庭院 观赏,镶嵌材料及带状花坛背衬等,既增加了造型的层次和绿 色植物的亮度,又将起到丰富植物群体,增加园林景观的效 果.两种彩叶植物在我国华北地区可以露地越冬,但在哈尔 滨地区还没有得到广泛的推广应用,其抗寒性还需要进一步 的研究.本试验对两种彩叶植物进行了抗寒性研究,为哈尔 滨地区彩叶树木的引种和园林应用提供理论依据. 1材料与方法 1.1材料 试验于2009年11月15日在东北林业大学园林学院植 物生理实验室进行.以金叶风箱果(Physocarpusopulifolius ‘Lutein’),紫叶风箱果(尸ocarpusopulifolius’Summer Wine’)的1年生休眠枝条为试验材料,所需材料采自哈尔滨 第一作者简介:刘晓东,男,1963年1月生,东北林业大学园林学 院,教授. 收稿13期:2010年9月15口. 责任编辑:潘华. 市园林科学研究所苗圃地. 1.2处理方法 选取长势一致,充分成熟的枝条,从基部第3芽开始剪成 20cm长的枝段,洗净擦干后用石蜡封口后,将试材装入聚乙 烯袋中贴上标签,全部置于超低温冰箱中.处理温度为一20, - 25,-30,一35,-40?,以田间温度(一15?)为对照.冷冻处 理时,以3oC/h的速度降温,每个温度梯度处理时间为6h. 将处理完毕的枝条放在冰箱内0—4?解冻6h,室温恢复后, 进行各项生理指标的测定.测定时每个品种均重复3次.以 不做人工低温处理的试材为对照. 将经过不同温度梯度处理的枝段各取5个,在25条件 下水中培养,进行恢复生长试验.每天换水1次,20d后调查 发芽枝数和累计发芽数.待发芽数恒定后,计算存活枝的萌 芽百分率. 1.3测定方法 相对电导率的测定:将处理后的枝条剪成2mill长的小段 (避开芽眼),混合均匀,用电子天平称0.2g放入50mL三角烧瓶 中,加入20mL去离子水,每品种重复3次.真空抽气20min后, 室温下静置20min,用电导仪测定煮前浸提液的电导值,然后再 将三角瓶置沸水中,封口,煮沸20min后开封,在室温下放置20 min,再次测定电导值,计算相对电导率.电解质透出率=(处理 电导率(曰)/煮沸电导率(C))×100%.将各处理温度下的相对 电导率用Logistic方程拟合,求拐点温度,即为低温半致死温度. 生理指标的测定:可溶性蛋白,游离脯氨酸含量,POD活 性试验方法参照李合生等的方法.可溶性蛋白含量的测 定采用考马斯亮蓝法;游离脯氨酸含量的测定采用茚三酮法; 过氧化物酶POD的活性测定应用愈创木酚比色法. 1.4数据处理 试验数据在SPSSI3.0和Excel2003下进行处理. 第4期刘晓东等:金叶风箱果和紫叶风箱果的抗寒性19 2结果与分析 2.1低温胁迫对两种不同彩叶树种的电解质外渗率的影响 生物膜是低温伤害作用于植物细胞的原初部位,在低温 胁迫下,细胞原生质膜的结构和功能首先受到伤害,从而使植 物组织浸泡液的电导率增大.当植物受害严重时,因电 解质的过量外渗导致植物不能恢复生长,以致造成伤害或者 死亡.实验测定了低温胁迫下,两种彩叶植物1年生休眠枝 条的电解质渗出率与温度的关系,如表1所示.低温处理后, 两种彩叶植物的相对电导率的整体变化趋势基本一致,均随 着温度的降低而呈现上升趋势.在CK(一15?)到一20?的 低温胁迫中,2个品种的1年生枝条的相对电导率虽然都有升 高,但趋势较平缓.在一40qC达到最高值,分别为47%,45.6%. 表明低温对细胞膜的伤害加重,膜透性增大从而使相对电导 率迅速增加.在一20(?到一40oC的低温胁迫过程中,金叶风 箱果的相对电导率略高于紫叶风箱果的电导率,说明金叶风 箱果对低温比较敏感,紫叶风箱果对低温的适应能力强于金 叶风箱果.经方差分析不同低温处理相对电导率差异极显着 (P<0.01),不同的品种间相对电导率差异不显着(P>0.05). 表1低温胁迫下2种彩叶树种相对电导率的变化 2.2枝条半致死温度的确定 同一细胞在致死性伤害出现之前往往有一个从可逆到不 可逆伤害的逐渐发展过程,在这一过程中,有的细胞有”修 复”能力,因而整个组织在不同温度下电导率总是呈”s”形曲 线,故用Logistic方程进行拟合,与真实情况较为接近’. 为了更确切地表述植物的抗寒能力,本实验将相对电导 率按Rajashekar的方法拟合成LoNstic方程:Y=k/(1+o× 10),求其拐点温度确定植物组织半致死温度,也就是确定 植物组织生存的温度界限.将相对电导率与处理温度的关系 用]ogistic方程拟合,各品种Logistic方程拟合统计结果见表2. 表2低温胁迫对2种彩叶植物相对电导率影响的Logistic方程 注:}为O.01水平擞显着 回归方程相关系数为0.978,0.961,呈极显着水平,表明 低温处理后风箱果枝条的相对电导率遵循Logistic方程的变 化规律且与半致死温度呈线性关系,其拟合结果十分可靠,精 确度比较高.经过拟合可以看出金叶风箱果半致死温度为一 42.t?,紫叶风箱果的半致死温度为一43.8oC. 2.3低温处理对渗透性物质的影响 2.3.1低温处理对枝条可溶性蛋白质量分数的影响 在逆境条件下,渗透调节的关键是细胞内溶质的主动积 累和由此导致的细胞渗透势的下降.可溶性蛋白质的质 量分数与植物的抗寒性之间存在密切关系,蛋白质质量分数 的增加,有助于提高细胞内的束缚水含量,降低冰点,从而成 为防止细胞内结冰,避免细胞冰冻死亡的原因之一.高质 量分数的可溶性蛋白使细胞维持较低的渗透势,抵抗低温胁 迫带来的伤害.如表3所示,2种彩叶植物在不同的低温胁 迫下,蛋白质的质量分数随着温度的下降整体呈现”上升一下 降一上升”的趋势.在一20qc时,蛋白质质量分数急剧增加,金 叶风箱果与紫叶风箱果的可溶性蛋白质量分数分别比对照温 度增加了88%,160.8%,在一30—一40?时蛋白质质量分数有 小幅度下降,但在-400c时两种彩叶植物的可溶性蛋白质量 分数明显高于对照温度,分别比对照增加了135%,189%. 在相同的低温胁迫过程中,紫叶风箱果的蛋白质质量分数明 显高于金叶风箱果.经方差分析(表4)不同低温处理可溶性 蛋白质量分数差异极显着(P<0.01),不同的品种间可溶性蛋 白质量分数差异不显着(P>0.05). 表3低温胁迫下2种彩叶树种可溶性蛋白质量分数的变化 表4低温胁迫下枝条可溶性蛋白质量分数方差分析 2.3.2低温处理对枝条游离脯氨酸质量分数的影响 游离脯氨酸是渗透胁迫下易积累的一种氨基酸,也是一 种重要的渗透调节物质,具有稳定细胞蛋白质结构,保护细胞 内大生物分子和保持氮含量的作用.游离脯氨酸作为渗 透调节物质,大多数研究其含量和植物抗寒性有很大的 相关性,其含量在植物可忍受的低温胁迫下,呈现出上升的趋 势J.由表5所示,在持续降温的过程中,两种彩叶植物的游 离脯氨酸含量在一25?和一35时出现了两个高峰,并且前 一 个高峰高于后一个.在一15?(CK)—一25?时均呈现上 升趋势,游离脯氨酸质量分数显着增加.在一25?时游离脯 氨酸质量分数达到最大值,比对照温度增加了56.3%,90.1%, 在一40oc时两种彩叶植物的脯氨酸质量分数分别比对照增加 了32.8%,34.7%.在持续降温过程中,相同的低温胁迫,紫 叶风箱果的游离脯氨酸质量分数一直高于金叶风箱果.经方 差分析(表6)不同低温处理游离脯氨酸质量分数差异极显着 (P<0.01),不同的品种间游离脯氨酸质量分数差异显着(P< 0.05). 表5低温胁迫下两种彩叶树种游离脯氨酸质量分数的变化 东北林业大学第39卷 表6低温胁迫下枝条游离脯氨酸质量分数方差分析 2.4低温处理对枝条POD活性的影响 过氧化物酶(POD)是植物细胞内重要的保护酶,它的主 要作用是催化过氧化物分解,能将H:O水解为0和O:, 从而保护植物免受活性氧伤害,降低其对膜的伤害作用,提高 植物的抗逆性io-u].如表7所示,在持续低温的胁迫过程 中.两种彩叶植物枝条的POD酶活性呈现了先升后降又升的 一 个整体变化趋势,在一35?时,POD酶活性均达到最大值, 金叶风箱果与紫叶风箱果分别比对照增加了86.9%,89.4%,在 一 40?时POD酶活性有所下降,但是POD酶活性显着高于对 照温度,比对照温度增加了76.8%,80.7%.这说明POD在 低温胁迫过程中,能增加其数量清除活性氧自由基对膜的伤 害,从而具有抗寒性.在相同的低温胁迫下,紫叶风箱果的 POD酶活性始终高于金叶风箱果.经方差分析(表8)不同低 温处理POD酶活性差异极显着(.P<0.01),不同的品种间 POD酶活性差异极显着(P<O.01). 表7低温胁迫下2种彩叶树种POD活性的变化 表8低温胁迫下枝条POD活性方差分析 2.5恢复生长试验 在遭受冻害后,枝条是否可以发芽是估价树木受冻害或 能否存活的最直观方法.为了更准确的确定两种彩叶植物的 抗寒性,将低温处理的枝条进行水培法恢复生长试验,20d后 调查各品种的萌芽情况(如表9),两种彩叶植物在不同低温 胁迫下均萌芽,结果与电导率测得结果基本吻合. 表9不同低温胁迫水培抨插成活率 在一15(CK)—一25?低温处理的两种品种均萌芽,萌芽 率达到90%以上;在温度降至一3O.—一35时,两种品种萌芽 率降至80%左右;在一40?时,金叶风箱果萌芽率降至50%, 紫叶风箱果萌芽率降至66%,说明在此温度下两种彩叶植物 均能成活,但低温对植物造成了一定的伤害.通过以上可以 看出在相同低温胁迫下紫叶风箱果的萌芽率始终高于金叶风 箱果,说明紫叶风箱果的抗寒性高于金叶风箱果. 3结论与讨论 本研究结果表明,两种彩叶植物1年生休眠枝条的相对 电导率,可溶性蛋白质量分数,游离脯氨酸质量分数和过氧化 物酶(POD)活性可以作为分析两种彩叶植物的抗寒性生理指 标.综合分析2种彩叶树种所测的各项生理指标变化,并进 一 步借助Logistic方程拟合得出的两种彩叶植物的低温半致 死温度分别为一42.1,一43.8?,证明紫叶风箱果的抗寒性略 高于金叶风箱果,这与恢复生长试验结果吻合. 两种彩叶树种的低温半致死温度均低于一40?的低温, 哈尔滨历史最低气温为,38.7?,所以我们初步判断把两种 彩叶树种引种到哈尔滨地区作为园林栽培树种,具有可行性. 本试验是在人为控温的环境下测定的结果,而在自然界 植物的生长是受到多种环境因子和生物因子的综合作用,室 内试验不可能完全反映复杂的自然条件下植物抗寒性机制变 化的情况,需要进行深入研究.因此对植物的抗寒力研究,必 须综合考虑,在加强单一因子研究的基础上,研究双因子或多 因子共同作用,才能达到引种成功和适地适树的目标. 参考文献 [1]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出 版社,20o4. 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