全 文 ：第 39 卷 第 4 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 39 No． 4
2011 年 4 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Apr． 2011
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。
收稿日期:2010 年 9 月 15 日。
责任编辑:潘 华。
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，150040) (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 － 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材料是可行的，表现出
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
Cold Resistances of Physocarpus opulifolius‘Lutein’and P． opulifolius‘Summer Wine’/Liu Xiaodong，Zhai Xiaoyu
(School of Landscape Architecture，Northeast Forestry University，Harbin 150040，P． R． China) ;Shi Bing(Harbin Re-
search Institute of Garden Science)/ / Journal of Northeast Forestry University． － 2011，39(4)． － 18 ～ 20
An experiment was conducted to study the cold resistances of Physocarpus opulifolius‘Lutein’and P． opulifolius
‘Summer Wine’，by using one-year-old detached dormant branches of the two species as research objects． Relative elec-
trical conductivity，soluble protein content，free proline content and POD enzyme activity of one-year-old dormant branches
were measured after being frozen at low temperatures． The semilethal temperatures (LT50)of P． opulifolius‘Lutein’and
P． opulifolius‘Summer Wine’were 42． 1 degrees C below zero and 43． 8 degrees C below zero，and the cold resistance of
P． opulifolius‘Summer Wine’was a little higher than that of P． opulifolius‘Lutein’，which was consistent with the re-
sults of growth recovery experiment． It is feasible to use P． opulifolius‘Lutein’and P． opulifolius‘Summer Wine’as
materials for garden construction in Harbin due to their strong cold resistances．
Keywords Physocarpus opulifolius‘Lutein’;Physocarpus opulifolius‘Summer Wine’;Cold resistances;Semile-
thal temperatures
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(Physocarpus opulifolius‘Lutein’)和紫叶风箱果(Physo-
carpus opulifolius‘Summer Wine’)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(Physocarpus opulifolius
‘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(Phy-
socarpus opulifolius‘Summer Wine’)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(Physocarpus opulifolius
‘Lutein’)、紫叶风箱果 (Physocarpus opulifolius ‘Summer
Wine’)的 1 年生休眠枝条为试验材料，所需材料采自哈尔滨
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
20 cm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 － 20、
－ 25、－ 30、－ 35、－ 40 ℃，以田间温度(－ 15 ℃)为对照。冷
冻处理时，以 3 ℃ /h的速度降温，每个温度梯度处理时间为 6
h。将处理完毕的枝条放在冰箱内 0 ～ 4 ℃解冻 6 h，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，20 d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 2 mm长的小段
(避开芽眼)，混合均匀，用电子天平称0． 2 g放入50 mL三角烧瓶
中，加入 20 mL去离子水，每品种重复 3次。真空抽气 20 min后，
室温下静置 20 min，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 20 min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(B)/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［1］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 SPSS13． 0 和 Excel2003 下进行处理。
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［2 － 3］。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(－ 15 ℃)到 － 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 －40 ℃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 － 20 ℃到 － 40 ℃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著
(P ＜ 0． 01) ，不同的品种间相对电导率差异不显著(P ＞ 0．
05)。
表 1 低温胁迫下 2 种彩叶树种相对电导率的变化
温度 /℃ 金叶风箱果电导率 /% 紫叶风箱果电导率 /%
－ 15(CK) 22． 10 20． 10
－ 20 23． 50 25． 00
－ 25 30． 70 26． 00
－ 30 34． 10 31． 10
－ 35 43． 00 41． 50
－ 40 47． 00 45． 60
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［4，16］。
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 Logistic 方程:y = k /(1 + a ×
10 － bt) ，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 logistic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
品 种 a b Logistic方程 半致死温度 /℃ R2
金叶风箱果 7． 870 － 0． 049 Y = 100 /(1 + 7． 870 × 100． 049t) － 42． 1 0． 978＊＊
紫叶风箱果 8． 568 － 0． 049 Y = 100 /(1 + 8． 568 × 100． 049t) － 43． 8 0． 961＊＊
注:＊＊为 0． 01水平极显著。
回归方程相关系数为 0． 978、0． 961，呈极显著水平，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 －
42． 1 ℃，紫叶风箱果的半致死温度为 － 43． 8 ℃。
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［5 － 6］。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［7］。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 －
下降 －上升”的趋势。在 － 20 ℃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 － 30 ～ － 40 ℃时蛋白质质
量分数有小幅度下降，但在 － 40 ℃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著(P ＜ 0． 01) ，不同的品种间
可溶性蛋白质量分数差异不显著(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
温度 /
℃
金叶风箱果可
溶性蛋白 /mg·g － 1
紫叶风箱果可
溶性蛋白 /mg·g － 1
－ 15(CK) 1． 20 1． 02
－ 20 2． 26 2． 66
－ 25 2． 21 2． 61
－ 30 3． 12 3． 28
－ 35 2． 64 3． 35
－ 40 2． 82 2． 95
表 4 低温胁迫下枝条可溶性蛋白质量分数方差分析
差异来源 平方和 df SM F 显著性
温 度 5． 645 5 1． 129 24． 545 0． 002
品 种 0． 220 1 0． 220 4． 784 0． 080
误 差 0． 230 5 0． 046
总变异 81． 659 12
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［8］。游离脯氨酸作为渗
透调节物质，大多数研究证明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［9］。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 － 25 ℃和 － 35 ℃时出现了两个高峰，并且前
一个高峰高于后一个。在 － 15 ℃(CK)～ － 25 ℃时均呈现上
升趋势，游离脯氨酸质量分数显著增加。在 － 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 － 40 ℃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
著(P ＜ 0． 01) ，不同的品种间游离脯氨酸质量分数差异显著
(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
温度 /
℃
金叶风箱果游离脯
氨酸 /μg·g － 1
紫叶风箱果游离脯
氨酸 /μg·g － 1
－ 15(CK) 51． 20 52． 60
－ 20 59． 00 66． 60
－ 25 80． 00 100． 00
－ 30 65． 10 70． 83
－ 35 75． 00 83． 33
－ 40 68． 00 70． 83
91第 4 期 刘晓东等:金叶风箱果和紫叶风箱果的抗寒性
表 6 低温胁迫下枝条游离脯氨酸质量分数方差分析
差异来源 平方和 df SM F 显著性
温 度 1 735． 384 5 347． 077 15． 853 0． 004
品 种 175． 567 1 175． 567 8． 019 0． 037
误 差 109． 464 5 21． 893
总变异 61 170． 937 12
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 H2O2 水解为 H2O 和 O2，
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［10 － 11］。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 － 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
－ 40 ℃时 POD酶活性有所下降，但是 POD 酶活性显著高于
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酶活性差异极显著(P ＜ 0． 01) ，不同的品种间
POD酶活性差异极显著(P ＜ 0． 01)。
表 7 低温胁迫下 2 种彩叶树种 POD活性的变化
温度 /
℃
金叶风箱果 POD活性 /
U·g － 1·min －1
紫叶风箱果 POD活性 /
U·g － 1·min －1
－ 15(CK) 19． 80 20． 70
－ 20 25． 20 27． 30
－ 25 28． 80 33． 20
－ 30 28． 20 32． 00
－ 35 37． 00 39． 20
－ 40 35． 00 37． 40
表 8 低温胁迫下枝条 POD活性方差分析
差异来源 平方和 df SM F 显著性
温 度 427． 167 5 85． 433 106． 614 0
品 种 20． 803 1 20． 803 25． 961 0． 004
误 差 4． 007 5 0． 801
总变异 11 481． 180 12
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，20 d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 不同低温胁迫水培扦插成活率
温度 /℃ 金叶风箱果成活率 /% 紫叶风箱果成活率 /%
－ 15(CK) 100 100
－ 20 97 100
－ 25 92 97
－ 30 80 89
－ 35 76 80
－ 40 50 66
在 － 15(CK)～ － 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 － 30 ～ － 35 ℃时，两种品种
萌芽率降至 80%左右;在 － 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 － 42． 1、－ 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 － 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，2004．
［2］ 张凤琪．零度低温对于温州蜜柑(宫川)抗寒锻炼的作用［J］．园
艺学报，1986，13(3) :209 － 211．
［3］ Lyons J M． Chilling injury in plants［J］． Am Rev Plant Physioll，
1973，24:445 － 446．
［4］ 刘冰，王有科．应用 Logistic方程确定花椒枝条低温半致死温度
［J］．甘肃农业大学学报，2005，8(4) :475 － 479．
［5］ 何若韫．植物低温逆境生理［M］．北京:中国农业出版社，1995．
［6］ 张石城．植物的抗寒生理［M］．北京:农业出版社，1990．
［7］ Foyer C H，Kunert K J． Protection against oxygen radicals an im-
portant defence mechanism studied intransgenic plants［J］． Plant
Cell Environ，1994，17:507 － 523．
［8］ 曹仪植，吕忠恕．水分胁迫下植物体内游离脯氨酸的累积 ABA
在其中的作用［J］．植物生理学报，1985，11(1) :9 － 16．
［9］ 赵福庚，刘友良．胁迫条件下高等植物体内脯氨酸代谢及调节
的研究进展［J］．植物学通报，1999，16(5) :9 － 16．
［10］ Hartung N D． Florafenaabt［J］． Biochemistry，1986，157:603 －
614．
［11］ 肖彩玲，王有科，贺春燕，等．低温胁迫下花椒新梢生理变化与
抗寒性研究［J］．安徽农业科学，2008，36(10) :3975 － 3977．
［12］ Sukumaran N P，Weiser C J． An excised leaflet test for evaluating
Potato frost tolerance［J］． Hort Science，1972，7:467 － 468．
［13］ 杨向娜，魏安智，杨途熙，等．仁用杏 3 个生理指标与抗寒性的
关系研究［J］．西北林学院学报，2006，21(3) :30 － 33．
［14］ Janda T，Kòsa E，Szalai G，et al． Investigation of antioxidant ac-
tivity in maize during low temperature stress［J］． Acta Biologica
Szegediensis，2005，49(1 － 2) :53 － 54．
［15］ 王飞．杏品种抗寒性鉴定指标及抗寒机理研究［D］． 杨凌:西
北农业大学，1995．
［16］ 朱根海，刘祖祺，朱培仁．应用 Logistic方程确定植物组织低温
半致死温度的研究［M］/ /刘祖祺，王洪春．植物抗寒性及防寒
技术．北京:学术书刊出版社，1990:199 － 203．
［17］ 朱立武，李绍稳，刘加法，等．李抗逆性生理生化指标及其相关
性的研究［J］．园艺学报，2001，28(2) :164 － 166．
［18］ Schoner S，Krause G H． Protective systems against active oxygen
species in spinach:Response to cold acclimation in excess light
［J］． Planta，1990(8) :353 － 359．
02 东 北 林 业 大 学 学 报 第 39 卷