南京冬季室外自然低溫對4種景天屬植物生理的影響

王璐珺+丁彥芬

摘要： 以佛甲草（Sedum lineare）、胭脂紅景天（Sedum spurium ‘Coccineum）、凹葉景天（Sedum emarginatum）和中華景天（Sedum hispanicum）為材料，采用冬季室外自然處理方法，對這4種景天屬植物進行若干生理指標的測定，并綜合運用主成分分析、隸屬函數(shù)分析等方法對它們的抗寒性進行研究。結果顯示，電導率與抗寒性呈負相關關系，葉綠素含量、超氧化物岐化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量、游離脯氨酸（Pro）含量與它們的抗寒性呈正相關關系；主成分分析表明，電導率、葉綠素含量和丙二醛（MDA）含量與4種景天屬植物抗寒性的關系較密切；隸屬函數(shù)分析得出，供試的4種景天屬植物抗寒能力為胭脂紅景天>中華景天>佛甲草>凹葉景天。

關鍵詞： 景天屬植物；抗寒性；自然低溫；生理指標；主成分分析；隸屬函數(shù)分析

中圖分類號： S682.360.1 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）22-0146-03

景天屬植物景觀效果好、抗性強、養(yǎng)護成本低，是我國重要的園林地被植物[1]。鑒于景天屬植物的優(yōu)良特性和我國得天獨厚的資源條件，其在園林中的開發(fā)應用還有很大的空間，而溫度作為非常重要的環(huán)境因子對景天屬植物的引種開發(fā)及應用有非常重要的影響。因此，本試驗對4種景天屬植物在冬季室外自然低溫條件下的生理指標進行測定，并綜合運用主成分分析、隸屬函數(shù)分析等方法對它們的抗寒性進行研究，以期為江蘇省南京市及氣候相似條件的地區(qū)選擇園林地被植物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗選用園林中常用的4種景天屬植物：佛甲草（Sedum lineare）、胭脂紅景天（Sedum spurium ‘Coccineum）、凹葉景天（Sedum emarginatum）、中華景天（Sedum hispanicum）為試驗材料。

1.2 試驗方法

試驗材料植于口徑18 cm×20 cm的花盆中，每種植物種植100盆。從2010年1月21日至2010年2月6日進行室外自然越冬，每隔4 d取樣1次，時間分別為1月21日、1月25日、1月29日、2月2日、2月6日。每次采集4種景天屬植物的成熟葉樣進行抗寒理化指標測定，測定項目有電導率、葉綠素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量，各處理均設3次重復。細胞膜透性測定采用電導法[2]；葉綠素含量測定采用乙醇浸泡法[3]；SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT）法[4]；可溶性蛋白含量的測定采用紫外吸收法[5]；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[6]；脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮比色法[7]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

本試驗采用Excel 2003軟件對原始數(shù)據(jù)進行初步處理，運用SPSS 18.0進行主成分分析和隸屬函數(shù)法分析，對4種景天屬植物的抗寒能力強弱進行綜合評定。

2 結果與分析

2.1 測定期內(nèi)南京地區(qū)氣溫變化情況

測定期內(nèi)南京地區(qū)平均最高氣溫和最低氣溫如圖1所示。

2.2 冬季室外自然低溫對植物生理指標的影響

2.2.1 冬季室外自然低溫對電導率的影響

由圖2可知，隨著溫度的變化，冬季室外低溫過程中4種景天屬植物葉片的電導率均呈先下降再升高再下降的變化趨勢。在2月2日溫度較低時，電導率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，佛甲草為2742%、胭脂紅景天為14.95%、凹葉景天為12.36%、中華景天為11.12%，其中佛甲草的電導率最大，分別是同期胭脂紅景天、凹葉景天、中華景天的1.83、2.22、2.47倍。

2.1.2 冬季室外自然低溫對葉綠素總量的影響

由圖3可知，隨著溫度的變化，4種景天屬植物葉綠素總量呈先上升后下降再上升的趨勢。在2月2日溫度較低時，葉綠素含量明 顯下降，佛甲草為0.230 0 mg/g、胭脂紅景天為 0.698 7 mg/g、凹葉景天為0.349 0 mg/g、中華景天為 0611 2 mg/g， 其中胭脂紅景天的葉綠素總量最大，分別是同期中華景天、凹葉景天、佛甲草的1.14、2.00、3.04倍。整個過程中，胭脂紅景天的葉綠素總量水平最高，且波動幅度較小。佛甲草和凹葉景天的葉綠素總量平均水平較低，且波動較大。

2.1.3 冬季室外自然低溫對SOD活性的影響

由圖4可知，隨著室外溫度的變化，佛甲草、凹葉景天、中華景天的SOD活性呈先下降后上升再下降的趨勢。在2月2日溫度較低時，佛甲草、凹葉景天、中華景天的SOD活性均快速升高，佛甲草為334.597 U/mg、凹葉景天為 317.313 U/mg、中華景天為313.178 U/mg，之后隨著溫度的回升，SOD活性均略有下降。胭脂紅景天的SOD活性則與其他3種植物呈相反的變化趨勢，先上升，后下降，后又上升。

2.1.4 冬季室外自然低溫對可溶性蛋白含量的影響

由圖5可以看出，隨著室外溫度的變化，4種景天屬植物可溶性蛋白含量變化的總體趨勢為先下降后上升。在2月2日溫度較低時可溶性蛋白含量上升，分別為佛甲草6182 mg/g、胭脂紅景天3.967 mg/g、凹葉景天 1.197 mg/g、中華景天 2.851 mg/g，其中佛甲草上升幅度較之同期的其他3種植物最大，但4種植物總體上升幅度不大，2月6日氣溫回升，佛甲草和凹葉景天的可溶性蛋白含量略有下降，而胭脂紅景天和中華景天仍呈上升趨勢。

2.1.5 冬季室外自然低溫對MDA含量的影響

由圖6可知，隨著室外溫度的變化，凹葉景天、中華景天、佛甲草的MDA含量變化幅度較小且水平較低，而胭脂紅景天的MDA含量變化幅度較大且水平較高。endprint

2.1.6 冬季室外自然低溫對脯氨酸含量的影響

由圖7可知，隨著室外溫度的變化，4種景天屬植物脯氨酸含量呈先下降后上升的趨勢，在2月2日溫度較低時脯氨酸含量迅速上升，佛甲草為0.094 6 μg/g、胭脂紅景天為0.142 1 μg/g、凹葉景天為0.105 0 μg/g、中華景天為0.045 4 μg/g，分別是1月29日的2.77倍、1.88倍、1.80倍、4.17倍。

2.2 各生理生化指標的相關性和主成分分析

由表1可知，冬季室外自然低溫過程中各項生理指標有一定的相關性，其中，電導率與脯氨酸呈顯著正相關。其他指標雖然相關性不顯著， 但各個單項指標之間仍然存在一定的

相關性，它們反映的信息在一定程度上存在重疊。

冬季室外自然低溫過程中各項生理指標的主成分分析結果見表2，前3個主成分的累積貢獻率為77.334%，表明前3個主成分具有較強的信息代表性。主成分1的特征值為2212，貢獻率為36.873%，絕對值較大的依次為電導率、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量，說明主成分1主要表示質(zhì)膜透性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量與抗寒性的關系。主成分2的特征值為1.384，貢獻率為23062%，絕對值較大的依次為葉綠素含量、MDA含量，說明主成分2主要表示光合色素、膜脂過氧化與抗寒性的關系。主成分3的特征值為1.044，貢獻率為17.398%，仍然是MDA含量和葉綠素含量的絕對值較大，說明主成分3主要表示膜脂過氧化、光合色素與抗寒性的關系。

2.3 隸屬函數(shù)分析

根據(jù)主成分分析結果計算隸屬函數(shù)值[8]，結果見表3，D值由大到小為胭脂紅景天>中華景天>佛甲草>凹葉景天，其中胭脂紅景天與中華景天D值相近。4種試驗材料抗寒能力由強到弱依次為胭脂紅景天、中華景天、佛甲草、凹葉景天。

3 結論和討論

植物細胞膜起著調(diào)節(jié)控制細胞內(nèi)外物質(zhì)交流的屏障作用，一旦遭到破壞，會影響膜內(nèi)外的水分及其他物質(zhì)的交換，引起離子平衡失調(diào)，生理代謝紊亂，嚴重時導致細胞膜的解體

和細胞死亡，電導率與抗寒性呈負相關關系[9]。本試驗中4種景天屬植物在自然低溫下的電導率變化趨勢與此規(guī)律相符。

有研究表明，低溫會引起葉綠素降解，組成也發(fā)生變化，而葉綠素的降解在某種程度上也可以減少光合速率，提高植物的抗寒性[10]。本試驗中，隨著室外溫度的降低，葉綠素含量減少，這種變化說明低溫確實能引起葉綠素含量的降低。其中，胭脂紅景天的葉綠素總量水平最高，且波動幅度較小，說明它對低溫的適應能力較強，佛甲草和凹葉景天的葉綠素總量平均水平較低，且波動較大，說明它們對低溫的適應能力較弱。

低溫下植物體內(nèi)保護酶活性的強弱與抗寒性密切相關，低溫能增加植物體內(nèi)活性氧的含量，降低SOD活性，加強膜脂氧化作用[11]。本試驗中，佛甲草、凹葉景天和中華景天的SOD活性變化較為一致，都是隨溫度的降低呈上升趨勢，而胭脂紅景天則相反，說明其對低溫影響反應不大或較為遲緩，抗寒能力最強。

低溫下可溶性蛋白含量的增加可能是由于植物體中蛋白質(zhì)的合成加強或降解速率下降，也可能是由于有新的蛋白質(zhì)合成[12]。隨著溫度降低，蛋白質(zhì)含量增加，對于提高植物的抗寒性有積極意義[13]。本試驗中，4種景天屬植物的可溶性蛋白含量都呈先下降再上升的趨勢，在2月2日溫度較低時蛋白質(zhì)含量上升。佛甲草和凹葉景天受低溫影響較為明顯，可溶性蛋白含量變化幅度較大，而胭脂紅景天和中華景天正好相反。

常溫下植物體內(nèi)的MDA含量極少，但遇到逆境傷害時，含量便會升高。因此，MDA含量是植物細胞受傷寒程度的指標之一，與植物的抗寒性呈負相關關系。本試驗中，冬季室外自然低溫條件下4種植物的MDA含量總體呈上升的變化趨勢，說明受到了低溫傷害。MDA含量由大到小依次為胭脂紅景天、凹葉景天、中華景天、佛甲草。

植物在遭受環(huán)境脅迫時，體內(nèi)的游離脯氨酸含量增加，二者具有一定的相關性，另一種觀點則認為，游離脯氨酸的累積與抗寒性無關[14-16]。本試驗中，室外自然低溫處理下脯氨酸變化幅度較大，胭脂紅景天積累的脯氨酸含量較高，說明抗逆性強的植物能積累更多的脯氨酸，脯氨酸積累的多少在一定程度上可以作為植物抗逆性篩選的指標。

為了綜合分析4種景天屬植物的抗寒性，本研究測定了它們在冬季室外自然低溫過程中的生理指標，并應用隸屬函數(shù)評判法進行綜合評價，最后得出它們的抗寒性由強到弱順序為胭脂紅景天>中華景天>佛甲草>凹葉景天。

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