優(yōu)良暖季型觀賞草抗寒性研究

宗俊勤，高 鶴，郭愛桂，劉建秀

(江蘇省中國科學院植物研究所 南京中山植物園，江蘇 南京 210014)

草本植物是植物王國中最大、最重要的類群，是植物多樣性的寶庫[1]。近年來我國隨著園林生態(tài)和環(huán)保水平的日益提升，人們越來越重視對觀賞草這種有著低養(yǎng)護低消耗、觀賞價值優(yōu)良和自然野趣濃烈的新型景觀材料的開發(fā)和研究。觀賞草作為緊密契合此發(fā)展趨勢的優(yōu)良材料目前已在多處得到應用和推廣[2-5]。但在引種和選育暖季型觀賞草的過程中，尤其對冬季溫度相對較低的北方地區(qū)而言，在計劃引種前就必須對材料的抗寒性有初步了解[6]。

柳枝稷(Panicumvirgatum)、芒(Miscanthusspp.)、矮蒲葦(Cortaderiaselloana)、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)等暖季型觀賞草夏季生長旺盛，而冬季除矮蒲葦保持常綠外，枯黃期的到來對其冬季景觀是不小的影響，其抗寒力決定了在南京地區(qū)的冬季存活率和表現。國外有不少對暖季型觀賞草冬季越冬情況的研究[7-8]，但均是進行越冬觀測，鮮見室內抗寒性鑒定的報道。衡量植物抗寒力大小的方法不一，電導率法是常用的鑒定方法之一。自Dexter等[9]使用電導法測定植物抗性以來，這種方法得到了不斷完善和發(fā)展;Sukumaran等[10]提出電解質透出率達50%時為半致死溫度(簡稱LT50)，但半致死溫度并不總是表現為電解質透出率達50%時的溫度。Rajashekar等[11]用Logistic曲線描述低溫對植物細胞膜的傷害過程，提出曲線拐點為LT50的觀點，使電導法應用范圍更加廣泛。張鋼等[12]介紹了一種快速簡便測定抗寒性的方法，即電阻抗圖譜法(EIS法)，并介紹了該法的基本原理，指出胞外電阻率是確定抗寒性最適用的一個參數。利用改良電導法進行材料抗寒性研究是經許多試驗[13-16]證實且簡單、可靠的方法，廣泛應用于不同材料的抗寒性鑒定及評價中。

對于暖季型觀賞草的育種者而言，選育抗寒性強且綠期相對較長的新品系則是理想的選育目標。郭海林等[17-18]對結縷草(Zoysiajaponica)的抗寒性與青綠期進行回歸分析后發(fā)現，青綠期與LT50之間無回歸關系。而Hagenson等[16]認為苜蓿的秋季生長與抗寒性在遺傳上是獨立加以調控的，也就是說青綠期與抗寒性可以同時改良。

本試驗在上述研究的基礎上，采用測定電導率的方法對8種暖季型觀賞草材料的抗寒性進行鑒定，并結合材料在南京地區(qū)的物候期觀測，以期為南京及其以北地區(qū)的引種和選育優(yōu)良觀賞草新品系提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗地位于32°02′ N，118°28′ E，海拔30～40 m，年平均溫度15.4 ℃，1月平均氣溫為2.3 ℃，7月平均氣溫27.7 ℃，1月絕對最低氣溫-13.0 ℃，7月絕對最高氣溫43.0 ℃，年平均降水量1 013 mm。試驗地土壤有機質含量5.098%，全氮0.212%，速效磷(11.2 mg/kg，速效鉀含量(257.4 mg/kg，土壤pH值7.08，土壤肥力中等且分布均勻，試驗地進行統一管理。

1.2試驗材料 擬研究的材料有8份，分別為柳枝稷 (P.virgatum‘Rehbraun’)(美國)、勁芒(M.sinensis‘Strictus’)(美國)、遍生芒(M.sinensis‘Cosmopolitan’)(美國)、歌舞芒 (M.sinensis‘Cabaret’)(美國)、狼尾草(中國上海)、矮蒲葦(C.selloana‘Pumila’)(美國)、甜茅(Saccharumravennae)(中國上海)、紫田根(S.arundinaceum)(中國上海)。材料引種后栽植于江蘇省中科院草業(yè)研究中心苗圃，試驗地進行必要的肥水管理以及雜草和病蟲害的防治，春季返青前將枯草加以清理。

1.3試驗方法 抗寒性鑒定試驗于2007年9月17-20日在江蘇省中國科學院植物研究所觀賞中心實驗室進行，同時對供試材料的當年物候期進行觀察和記錄。

1.3.1物候期觀測 選擇密度適宜的代表性樣地，于2007年1-12月連續(xù)觀察并記錄材料的物候期，并根據返青期和枯黃期推算出青綠期。

返青期：越冬后60%萌發(fā)綠葉旺盛生長；孕穗初期：20%植株的劍葉露出葉鞘，莖稈中上部呈紡錘形；盛花期：80%植株中部小穗開花；枯黃期：60%植株葉片枯黃；青綠期：返青日期與枯黃日期之間的天數。

1.3.2抗寒性鑒定

（1）通風：是豬舍降溫放熱的有效措施，即可排除舍內的熱量，又能改善空氣污濁度，保持舍內空氣新鮮。實際生產中要依據舍內空氣質量和溫濕度的情況，適時通風換氣。

取材：于苗圃地中剪取完全開展的中部健康成葉若干，迅速帶回實驗室，用清水洗去葉片表面的灰塵，去離子水浸洗3～4遍，吸干，剪成2 cm×2 cm大小的葉段4～5 g，置于洗凈并用去離子水浸洗控干的試管中，用保鮮膜封口。

低溫處理：用9610型低溫循環(huán)儀(美國Po1yScience公司出品)進行模擬低溫處理，設10、5、0、-5、-10、-15、-20和-25 ℃ 8個水平，每溫度處理重復3次。將裝有葉片材料的試管放入低溫循環(huán)儀，每溫度處理1.5 h，每2個溫度之間降溫1 h。

電導率測定：將每溫度處理材料分成4等份，即4個重復，每重復0.5 g，置于去離子水浸洗并烘干的試管中，加20 mL去離子水，過夜，次日測沸前電導率(電導率儀：DOS-307型)，然后將試管用沸水煮25 min，待完全冷卻后測沸后電導率。

1.4數據分析 對觀察的數據以3月1日為0，對其他數據進行換算，并以換算后的數據與LT50進行相關性分析。

相對電導率=(冷凍電導率/煮沸電導率)×100%[19]，用Logistic方程y=k/(1+ae-bx)(a為曲線漸進度、b為曲線斜率、k為方程系數，且a、b、k均>0)擬合，求出該方程出現拐點時的溫度值，Logistic曲線的拐點在x=lna/b處，此拐點溫度是細胞膜受害達到總細胞膜傷害率50%的溫度，也稱為半致死溫度(LT50)。

試驗數據用回歸相關通徑分析軟件和SPSS 11.0分析并作圖。

2 結果與分析

表1 供試材料物候期觀測結果

2.2葉片相對電導率隨低溫脅迫的變化規(guī)律 隨著溫度的降低，葉片細胞膜傷害率增大，細胞膜透性增大，類囊體破壞，電解質不斷滲出，電導率增大。8份材料的細胞電解質滲出液相對電導率隨溫度降低，均呈明顯的緩和上升、驟升、平穩(wěn)的變化過程，將相對電導率和溫度配合Logistic方程進行擬合[20]，擬合曲線呈明顯的“S”型，與Logistic方程具有較好擬合度，達到顯著或極顯著差異水平，方程相關參數a、b、k及半致死溫度(LT50)列于表2，阻滯回歸曲線以矮蒲葦為代表(圖1)。由此可以看出，利用電導率法對不同的觀賞草進行抗寒性鑒定是可行的，這為觀賞草材料的抗寒性快速鑒定提供了一套方便、快捷的方法。

圖1 矮蒲葦的阻滯方程擬合曲線

9月測定8種材料的半致死溫度排序從小到大分別為紫田根(-12.8 ℃)<甜茅(-9.9 ℃)<勁芒(-6.5 ℃)<矮蒲葦(-5.0 ℃)<歌舞芒(-3.7 ℃)<遍生芒(-3.2 ℃)<狼尾草(-2.3 ℃)<柳枝稷(2.2 ℃)。紫田根抗寒性最強，而柳枝稷抗寒性最差，材料在抗寒性方面差異較大，最強和最差材料的半致死溫度差別達到了15.0 ℃(表2)。

2.3供試材料物候期與LT50的相關性分析 LT50與物候期之間均未發(fā)現有顯著的相關性，而與青綠期之間也無顯著相關。也就是說，材料的抗寒性與物候期尤其是材料的青綠期之間相關性不顯著，表明觀賞草的抗寒性與青綠期可以同時提高，這樣就有可能選育出抗寒性強且青綠期長的材料。

表2 8份材料的阻滯方程及半致死溫度(LT50)

3 討論與結論

所有材料中，矮蒲葦青綠期最長，而柳枝稷的最短。冬季枯黃的材料中，不同材料其物候期存在差異，盛花期差異最大，最早的材料柳枝稷和最晚的材料紫田根相差109 d，而返青期差異最小，最早的材料歌舞芒與最晚的材料柳枝稷僅相差20 d。

對觀賞草材料進行電導率測定的研究發(fā)現，不同植物材料在選擇測定部位時是不同的[21-23]，觀賞草葉片較大且葉脈明顯，不適合采用其他單子葉植物常用的整張葉片剪碎的方法[18,22]，采用去除葉脈后剪碎的方法，可以獲得較為準確的試驗結果。8份材料葉片的細胞電解質滲出液相對電導率隨溫度降低，均呈明顯的緩和上升、驟升、平穩(wěn)的變化過程，將相對電導率和溫度配合Logistic方程進行擬合，擬合曲線呈明顯的“S”型，與Logistic方程具有較好擬合度，達到顯著或極顯著差異水平[21]，此結果與徐康等[23]對茶梅(Camelliasasanqua)的研究結果類似。利用電導率法可以對觀賞草抗寒性進行初步的鑒定，這為觀賞草的引種、開發(fā)和利用過程中快速了解其抗寒特性提供了一條行之有效的途徑。

雖然矮蒲葦的青綠期最長，全年保持常綠，但是其LT50僅-5 ℃，其他材料青綠期的長短與LT50也不一致，通過對LT50與物候期之間進行相關分析，未發(fā)現兩者有顯著相關性，這與對結縷草屬植物抗寒性和青綠期的研究結論類似[18]。也就是說觀賞草材料的抗寒性與青綠期是可以同時提高，這樣就為選育抗寒性強且青綠期長的材料提供了可能。

供試觀賞草材料的半致死溫度差異較大，8種材料的半致死溫度排序從小到大分別為紫田根(-12.8 ℃)<甜茅(-9.9 ℃)<勁芒(-6.5 ℃)<矮蒲葦(-5.0 ℃)<歌舞芒(-3.7 ℃)<遍生芒(-3.2 ℃)<狼尾草(-2.3 ℃)<柳枝稷(2.2 ℃)。最強和最差材料的半致死溫度差別達到了15.0 ℃，這在一定程度上反映了供試的材料抗寒性的差異，這對于初步確定上述8份材料的推廣范圍提供了試驗依據，為觀賞草的進一步開發(fā)、利用提供了理論保障。

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