16個(gè)地被菊品種的苗期抗寒性評價(jià)

韋淋馨，何立飛，張鈺晗，李慶衛(wèi)

（1.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京 100083；2.北京市花木有限公司，北京 101309）

地被菊（Chrysanthemummorifolium）為菊科菊屬多年生宿根草本花卉，是已故陳俊愉院士及其課題組利用原產(chǎn)我國的優(yōu)良野生菊花資源反復(fù)雜交選育而誕生的具有園林應(yīng)用價(jià)值的菊花新品種[1]，適于各類綠地，是優(yōu)良的地被植物。

地被菊具有較強(qiáng)的抗寒能力，至少可耐約-15℃的低溫，一般品種可耐-20~-30℃的低溫，少數(shù)品種可耐-35~-40℃的低溫。地被菊在三北地區(qū)進(jìn)行推廣使用時(shí)，抗寒性是最為關(guān)鍵的因素。近年來，有學(xué)者在地被菊抗寒性方面進(jìn)行了一定的研究，徐基艷等[2]在沈陽地區(qū)通過測定5個(gè)地被菊品系在自然低溫條件下的各項(xiàng)生理指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)地被菊SOD酶活性隨著溫度的降低呈先升后降的趨勢，可溶性蛋白含量、MDA含量和游離脯氨酸含量隨著溫度的降低呈總體增加的趨勢；白永霞等[3]通過對‘紫勛章’在北京冬季自然低溫條件下的觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)地被菊葉片和腳芽的SOD和CAT酶活性呈先升后降的趨勢，POD活性呈先降后升的狀態(tài)，葉片的可溶性糖隨著溫度的降低而顯著增加，脯氨酸含量和可溶性蛋白總體呈下降趨勢，可溶性糖含量顯著增加，腳芽和根的膜透性則呈現(xiàn)先升后降的趨勢；李曉偉等[4]對地被菊‘晚粉’腳芽在不同的冷藏溫度和冷藏時(shí)間進(jìn)行處理，結(jié)果表明冷藏溫度為4℃時(shí)的腳芽生根率、平均生根數(shù)、平均最長根長最優(yōu)，冷藏最長時(shí)間為4周。目前對于地被菊苗期抗寒性研究較少，本研究以16個(gè)地被菊良種為研究對象，于苗期對其進(jìn)行低溫脅迫后測定葉片相對電導(dǎo)率、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量，計(jì)算苗期半致死溫度，并對地被菊的抗寒指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，得到16個(gè)品種的抗寒性排序，從而給地被菊的推廣應(yīng)用提供品種選擇的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料于北京林業(yè)大學(xué)梅菊圃與大興地被菊資源基地采集。選取16個(gè)生長良好、往年記錄抗寒性優(yōu)良的地被菊品種（表1）于2020年8月初扦插，進(jìn)行日常田間管理。

表1 參試地被菊品種田間性狀觀察統(tǒng)計(jì)

1.2 材料采集及處理

材料于11月13日采集進(jìn)行低溫脅迫梯度處理。參照陳煜[5]的方法，對葉片處理方式和提浸時(shí)間稍加修改。2020年11月13日采集參試的16個(gè)供試品種的植株中上部健康葉片約12 g，使用自來水沖洗干凈，再用去離子水漂洗至少2次，在濾紙上吸干。將葉片分為6份，每份約2 g，為防止葉片失水，用濕紗布包好置于試管中，放置于4℃冰箱中過夜。次日在附有自動(dòng)溫控儀的臥式透明冰柜中進(jìn)行低溫處理。處理溫度梯度設(shè)置為0、-4、-8、-12、-16、-20℃。供試材料在各溫度下處理2 h，再勻速降溫1 h，直到所有葉片處理完成。

1.3 生理指標(biāo)測定

本試驗(yàn)采用電導(dǎo)儀測定葉片相對電導(dǎo)率；參照李合生[6]試驗(yàn)指導(dǎo)，采用氮藍(lán)四唑（NBT）比色法測定SOD活性；使用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定MDA含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)間低溫處理下葉片相對電導(dǎo)率的變化

根據(jù)16個(gè)地被菊品種葉片在不同溫度處理下測得的相對電導(dǎo)率，使用Logistic方程進(jìn)行擬合，求得各地被菊品種半致死溫度（LT50）（表2）。對16個(gè)品種進(jìn)行Logistic方程計(jì)算，并繪制4個(gè)品種的擬合曲線（圖1）。試驗(yàn)結(jié)果表明，參試品種的相對電導(dǎo)率隨溫度的下降而上升，呈現(xiàn)明顯的S型曲線，圖中5個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的處理溫度分別為0、-4、-8、-12、-16、-20℃。電解質(zhì)滲出速率由慢到快，之后趨于穩(wěn)定。S型曲線的拐點(diǎn)處理溫度即為地被菊各品種的半致死溫度。

圖1 4個(gè)地被菊地被菊品種相對電導(dǎo)率隨溫度變化的Logitic曲線

表2 16個(gè)地被菊品種相對電導(dǎo)率回歸方程及半致死溫度（LT50）

2.2 不同時(shí)間低溫處理下葉片SOD活性的變化

不同低溫處理后，各地被菊品種葉片SOD活性的影響見圖2。大部分地被菊品種在0℃的條件下SOD含量相差不大，但是經(jīng)過低溫脅迫處理后，SOD活性出現(xiàn)了3種不同的變化情況。品種‘1902’、‘1903’、‘橙黃金’、‘毛香玉’、‘中秋白’、‘重陽紅’和‘醉繡球’的SOD活性隨著溫度的降低呈降低狀態(tài)；品種‘繁白露’、‘金乳荷’、‘金銀菊’、‘美矮粉’、‘灑金紅’和‘中秋紅’的SOD活性隨著溫度的降低呈先升后降的趨勢；品種‘成雙’、‘新玉’和‘紫堇早’的SOD活性隨著溫度的降低呈現(xiàn)“升—降—升”的變化情況。

圖2 16個(gè)地被菊地被菊品種葉片SOD活性隨溫度變化的曲線

將各溫度梯度下測得的SOD活性變化率與抗寒性進(jìn)行相關(guān)性分析，可得結(jié)果見表3。相關(guān)分析表明，6個(gè)溫度處理下SOD活性的變化率與抗寒性指標(biāo)的相關(guān)程度在-16~-20℃之間SOD活性相關(guān)系數(shù)較大，相關(guān)系數(shù)為0.209，但未達(dá)到顯著水平，而-8~-12℃和-12~-16℃之間兩者相關(guān)性呈顯著水平。這說明地被菊SOD活性與抗寒性的關(guān)系在溫度更低的情況下表現(xiàn)更為明顯。抗寒性較好的品種在降溫中期SOD活性下降較快，當(dāng)溫度繼續(xù)降低時(shí)，抗寒性強(qiáng)的品種又展現(xiàn)出較強(qiáng)的抵抗能力。

表3 SOD活性變化率與抗寒性的相關(guān)分析

2.3 不同時(shí)間低溫處理下葉片MDA含量的變化

不同低溫脅迫處理后各品種葉片MDA含量的測定結(jié)果見圖3。16個(gè)地被菊品種在低溫脅迫下MDA含量的變化規(guī)律基本一致，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。8個(gè)品種在-12℃時(shí)MDA濃度最低，8個(gè)品種在-16℃時(shí)MDA濃度最低。

圖3 16個(gè)地被菊地被菊品種葉片MDA活性隨溫度變化的曲線

將各溫度梯度下測得的地被菊葉片MDA含量的變化率與抗寒性進(jìn)行相關(guān)性分析，可得結(jié)果見表4。相關(guān)分析表明，在6個(gè)低溫脅迫處理中，-16~-20℃之間的MDA變化率與抗寒性指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為最高，達(dá)到0.410。其余低溫脅迫條件下測定的MDA含量變化率與抗寒性指標(biāo)相關(guān)系數(shù)均比較低。由此初步推斷，地被菊MDA含量與抗寒性的關(guān)系在溫度更低的時(shí)候表現(xiàn)更為顯著。原因可能是在-16~-20℃處理下已經(jīng)對植物造成較大傷害，使得MDA含量上升。

表4 MDA含量變化率與抗寒性的相關(guān)分析

將16個(gè)品種的MDA含量變化率與抗寒指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，當(dāng)閾值取聚類距離2.418~6.369之間，可計(jì)算出各品種間的聚類距離（表5）。由表6可知，將16個(gè)品種分為4個(gè)抗寒類型：抗寒性極強(qiáng)，抗寒性較強(qiáng)，抗寒性較差和抗寒性差?！阌瘛癁榭购詷O強(qiáng)的品種，‘重陽紅’、‘金銀菊’、‘成雙’、‘金乳荷’、‘新玉’、‘1902’、‘1903’、‘紫堇早’和‘橙黃金’為抗寒性較強(qiáng)的品種，‘灑金紅’、‘醉繡球’、‘中秋紅’、‘美矮粉’和‘繁白露’為抗寒性較差的品種，‘中秋白’為抗寒性差的品種。

表5 地被菊葉片MDA含量變化率與抗寒性聯(lián)合聚類分析

將聚類分析所得的抗寒類型與以-8~-12℃測定的MDA含量變化率的平均指標(biāo)值進(jìn)行比較，抗寒性強(qiáng)的品種在-8~-12℃的MDA含量降幅較小，抗寒性較差的品種在降溫前期降幅較大，達(dá)到更低溫度時(shí)，降幅已基本穩(wěn)定。

2.4 地被菊苗期抗寒性評價(jià)

使用隸屬函數(shù)分析法[7]對地被菊苗期抗寒性進(jìn)行綜合評價(jià)（表7）。通過隸屬函數(shù)分析，結(jié)果表明，16個(gè)地被菊品種中，苗期抗寒性順序?yàn)椋骸阌瘛尽仃柤t’＞‘成雙’＞‘中秋紅’＞‘金乳荷’＞‘新玉’＞‘金銀菊’＞‘橙黃金’＞‘1903’＞‘醉繡球’＞‘紫堇早’＞‘美矮粉’＞‘1902’＞‘繁白露’＞‘灑金紅’＞‘中秋白’。結(jié)合植物形態(tài)方面的觀測，‘毛香玉’與其他品種相比葉片正反面均勻密布了一層柔毛，且葉片較厚；‘重陽紅’和‘成雙’葉片相比其他品種厚度較厚。植物低溫下的指標(biāo)與葉片的結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，葉肉發(fā)達(dá)程度越高，柵欄組織與海綿組織的比值越高，品種的耐寒能力越高[8]。

表7 16個(gè)地被菊品種抗寒性綜合評定指數(shù)與排序

3 討論與結(jié)論

3.1 不同地被菊品種的苗期半致死溫度

本研究在對地被菊葉片的相對電導(dǎo)率測定方法上進(jìn)行Logistic方程擬合，通過求出S形曲線的拐點(diǎn)溫度能夠較為準(zhǔn)確地估算出植物的半致死溫度[9]，初步評價(jià)了16個(gè)地被菊品種苗期的抗寒性，可初步推斷為‘毛香玉’抗寒能力最強(qiáng)。

由于材料營養(yǎng)生長時(shí)間較短，且植株未經(jīng)歷低溫鍛煉，展現(xiàn)出的抗寒能力與前人對地被菊抗寒能力的研究存在差別。由于不同年齡階段耐寒性差異不同，地被菊苗期抗寒性較弱，正常越冬的扦插苗與春季繁殖的扦插苗抗寒表現(xiàn)要強(qiáng)于夏季的扦插苗。因此，在寒冷地區(qū)進(jìn)行地被菊栽培時(shí)需要選擇合適的扦插時(shí)間，本研究中地被菊扦插時(shí)間較晚，但進(jìn)入短日照環(huán)境后依然可以正常開花，開花并不整齊，所以扦插時(shí)間要早于8月份，以提高植株的抗寒性。在觀測時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)夏季扦插的地被菊扦插苗根系幼嫩且數(shù)量少，由此可知地被菊夏季扦插苗抗逆性較差。經(jīng)過與王曉倩[10]的研究的對比和大田記錄的數(shù)據(jù)對比，筆者發(fā)現(xiàn)晚花品種抗寒性一般要強(qiáng)于早花品種，例如‘毛香玉’花期最晚，抗寒性最強(qiáng)。

3.2 不同時(shí)間低溫處理對葉片SOD活性的影響

低溫脅迫導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧增加，分解消耗活性氧的能力下降，導(dǎo)致活性氧含量增高，當(dāng)活性氧含量增多突破閾值時(shí)，膜系統(tǒng)將受到活性氧的攻擊而產(chǎn)生的損害，SOD是第一種清除活性氧的酶，通過SOD的參與以減緩低溫脅迫對生物膜的傷害。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫溫度的持續(xù)降低，SOD活性在不同品種間的變化差異較大，在0~8℃條件下，大部分品種SOD活性呈下降狀態(tài)，但在溫度繼續(xù)降低時(shí)SOD活性的總體趨勢為下降，但是抗寒性強(qiáng)的品種在低溫脅迫后期SOD活性下降趨勢要顯著低于抗寒性差的品種，這與全英杰等[11]的研究結(jié)果一致。

3.3 不同時(shí)間低溫處理對葉片MDA含量的影響

研究表明，植物在脅迫環(huán)境或衰老時(shí)，細(xì)胞內(nèi)自由基代謝失衡，自由基數(shù)量增加，引發(fā)質(zhì)膜過氧化作用產(chǎn)生MDA，進(jìn)而破壞植物體內(nèi)多種正?；顒?dòng)[12]。結(jié)果表明，地被菊葉MDA含量與低溫脅迫呈顯著正相關(guān)，但與品種間相關(guān)性不強(qiáng)，不宜單獨(dú)用來評價(jià)地被菊葉的抗寒性，應(yīng)結(jié)合其他指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。

3.4 地被菊苗期抗寒性評價(jià)

在大多數(shù)的植物抗寒研究當(dāng)中，對于指標(biāo)的記錄不僅限于采用形態(tài)、生理生化、代謝等單一的指標(biāo)來測定植物的抗寒能力，應(yīng)當(dāng)克服單一指標(biāo)測定植株抗寒能力的局限性，利用多個(gè)指標(biāo)綜合評價(jià)植物的抗寒能力，測定更多指標(biāo)如：葉寬、葉厚、葉面積、植株株高冠幅比、組織含水量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和代謝活動(dòng)等。在田間觀測后記錄表型形狀，并采用主成分分析法、隸屬函數(shù)法、分級比較法、回歸分析和聚類分析等分析方法。結(jié)合前人制定的抗寒評價(jià)體系，可以更加全面地對菊花抗寒機(jī)理進(jìn)行分析。

3.5 結(jié)論

本研究通過在不同低溫脅迫下進(jìn)行葉片的相對電導(dǎo)率測定，使用Logistic方程擬合計(jì)算地被菊苗期半致死溫度LT50，得知‘毛香玉’半致死溫度為最低，為-10.66℃，與前人對地被菊的抗寒性差距較大，由此可知地被菊苗期抗寒性弱，且地被菊不同年齡階段的抗寒性差異較大。通過在不同低溫脅迫下的測定葉片SOD酶活性和MDA含量，SOD活性在不同品種間的變化差異較大，大部分品種SOD活性總體趨勢為下降，但是抗寒性強(qiáng)的地被菊品種在低溫脅迫后期SOD活性下降趨勢要明顯低于抗寒性差的品種。地被菊葉片隨著的MDA含量與低溫脅迫基本呈正相關(guān)，MDA的含量與地被菊品種相關(guān)性不大，因而MDA含量不適合單獨(dú)用于評價(jià)地被菊的抗寒性，應(yīng)該與其他指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。綜合前人的研究方法，本研究采用隸屬函數(shù)法對地被菊的抗寒指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，對參試品種進(jìn)行了抗寒性排序。

本研究所得結(jié)論可為之后地被菊抗寒試驗(yàn)提供一定的借鑒意義，尤其是苗期展現(xiàn)出較強(qiáng)抗寒能力的品種可以繼續(xù)深入研究，為區(qū)域試驗(yàn)和市場化推廣做出一定的基礎(chǔ)貢獻(xiàn)。