全 文 ：收稿日期：2013-09-11
基金项目：辽宁省农业科技攻关项目（2011207003）
作者简介：刘广林（1965-），男，沈阳农业大学教授，硕士，从事园林植物栽培与应用研究。 * 通讯作者 Corresponding Author：陆秀君（1966-），女，
沈阳农业大学教授，博士，从事种子生理生化及苗木栽培研究。
沈阳农业大学学报，2014－12，45(6)：696-700
Journal of Shenyang Agricultural University，2014－12，45(6)：696-700
紫叶稠李在沈阳地区越冬安全性分析
刘广林 1，梅 梅 1，罗东明 2，陆秀君 1*，曹 婷 1
（1.沈阳农业大学 林学院，沈阳 110161；2.沈阳市园林科学研究院，沈阳 110016）
摘要：为确定紫叶稠李引种的低温极限，研究紫叶稠李自然越冬期间生理指标变化与耐寒性的关系，以从加拿大引进的紫叶稠李
5a 生苗木为材料，从入冬到第二年 3 月份每半月采集当年生枝条，测定相对电导率、丙二醛含量、含水量、可溶性糖含量及可溶性
蛋白含量。 同时取离体枝条置于-15，-20，-25，-30，-35，-40℃温度梯度下处理，测定不同低温下枝条相对电导率和 K+相对渗出率
及恢复生长情况，拟合 Logistic 曲线方程计算半致死温度。 结果表明：由相对电导率和 K+相对渗出率拟合 Logistic 方程得到的紫叶
稠李半致死温度分别为-36.1℃和-36.3℃；自然越冬状态下，紫叶稠李相对电导率、相对含水量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量
呈先上升后下降的变化趋势，丙二醛含量呈下降趋势。 紫叶稠李表现出较强的抗寒性，在沈阳地区自然低温下不必施加越冬防寒
措施可安全越冬。
关键词：紫叶稠李；越冬生理；抗寒性；半致死温度
DOI:10.3969/j.issn.1000-1700.2014.06.010
中图分类号：S718.4 文献标识码： A 文章编号：1000-1700（2014）06-0696-05
A Safety Analysis of Prunus Virginiana at the Overwintering
States in Shenyang Area
LIU Guang-lin1, MEI Mei1, LUO Dong-ming2, LU Xiu-jun1*, CAO Ting1
(1.College of Forestry， Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161， China；
2.Academy of Landscape-Gardening, Shenyang 110016, China）
Abstract： To determine cold resistance of Prunus virginiana during the winter introduction, 5 year -old seedlings of Prunus
virginiana from Canada was regarded as the research object in this paper. Current-year branches of each tree species by every
half a month were collected and parameters such as relative electric conductivity, malonaldehyde content, relative water content,
soluble sugar content and soluble protein content and other physiological indices of each species under natural overwintering
conditions were detected to reveal the relationship between physiological indices changes of Prunus virginiana during natural
overwintering states and overwintering-cold tolerance. Meanwhile, temperature gradients, (-15,-20,-25,-30,-35 and -40℃) were
set and semilethal temperature of Prunus virginiana was determined by the means of the branches conductivity changes, K +
relative leakage rate and restore growth experiments under different temperature conditions. The results were as follows: The
semilethal temperatures of Prunus virginiana got by matching the relative electric conductivity and K+ relative leakage rate were -
36.1℃ and -36.3℃ respectively. Under the natural overwintering conditions, relative electric conductivity, relative water content,
soluble protein content and soluble sugar content of Prunus virginiana increased and then decreased on the whole, and
malonaldehyde content showed a downward trend. Prunus virginiana presents a high cold resistance. And these seedlings can
survive under natural overwintering conditions in Shenyang area.
Key words： Prunus virginiana; overwintering physio; cold resistance; semilethal temperature
紫叶稠李（Prunus virginiana）为蔷薇科稠李属高大落叶乔木，原产于北美洲，是一种速生、优良的彩叶观赏
树种。 紫叶稠李初生叶为绿色，进入 5月后随着温度升高，逐渐转为紫红绿色至紫红色，秋后变成红色，是观赏
价值较高的变色树种。近几年，紫叶稠李在沈阳的引种栽培量逐年增加。一些关于紫叶稠李耐寒性的报道多是
通过引种地栽培的紫叶稠李生物学特性及生长表现的观察定性的描述。 杨艳清[1]报道了长春市引种紫叶稠李
的生物学特性、生态学特性、生长节律及繁殖技术等研究；王秀兰 [2]研究了引入沈阳的紫叶稠李小苗生物学特
性、物侯期、繁殖技术等方面的研究试验，认为紫叶稠李在沈阳地区基本没有冻害发生，在特别年份，枝和干有
轻微的冻害，但不影响其生长。 而有关紫叶稠李耐寒性的报道仅见李萍等[3]以栽植在新疆林科院玛纳斯试验站
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内的紫叶稠李 1a 生枝条为试材， 测定其半致死温度为-35.6℃， 在新疆寒冷的冬季不采取任何措施可安全过
冬。 解璐毓等[4]将喷施外源水杨酸后的紫叶稠李幼苗叶片分别放在常温，0，-15，-25，-35℃条件下 24h，通过分
析测定花青素、SOD 酶的活性、游离脯氨酸、MDA 的含量及相对电导率等指标，发现喷施外源水杨酸可减弱低
温对紫叶稠李的伤害，提高紫叶稠李幼苗的抗寒力，但并没有回答紫叶稠李在沈阳所能耐受的低温范围。 近年
国外研究倾向于蔷薇科植物酚类物质提取，对植物耐寒生理研究较少。 因此，有必要掌握紫叶稠李栽培所承受
的低温极限，了解苗木自然越冬过程中生理变化规律，为提高苗木抗寒性研究提供理论依据。 本研究以 5a生的紫
叶稠李 1a生枝条为材料，利用相对电导率和 K+相对渗出率拟合 Logistic方程得到半致死温度[5]，结合恢复生长试
验对紫叶稠李抗寒性进行评价，并结合越冬生理指标的变化探讨其越冬机制，为引种实践提供科学的依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验苗圃位于辽宁省沈阳市东陵区高坎镇兴隆村，与抚顺市接壤。 该地区属于半湿润季风气候，冬季时间
较长，降雪较少；夏季时间较短，多雨。 近 60 年年平均气温 6.2~9.7℃，极端最高气温 38.3℃，极端最低气温-
32.9℃；全年降水量 600~800mm，集中在 6~8 月，年平均相对湿度 61%，年日照时数约为 2516h，全年无霜期为
155~180d。
2011年 12月 01日到 2012 年 3 月 14 日，采样
地每周实测最高、最低温度如图 1。
1.2 试验材料及样品采集
以 2007 年从加拿大引进的紫叶稠李为研究对
象，从 2011 年 11 月起，每隔 15~20d 采样 1 次，采
样时间为 10:00时， 每次采样随机选取 15 株苗木，
选择树冠中上层向阳面、 长势均匀一致的 1a 生休
眠枝条，剪取长 15~20cm 枝段，切口立即蜡封，带回
实验室。
将供试枝条用自来水、 去离子水冲洗干净，再
用滤纸吸干水分。 把供试材料分为两部分：一部分
用于低温胁迫处理测定低温半致死温度，一部分用
于测定常规生理指标。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 半致死温度的测定 冷冻处理 [6]：选取生长一致的 1a 生休眠枝条中上部，洗净擦干，剪成 15~20cm 枝
段，分为 7 组装入聚乙烯袋中，其中 6 组依照下列温度梯度冷冻处理：-15，-20，-25，-30，-35，-40℃，每个温度
处理 24h，另外 1组于 4℃冰箱中保存作为对照，每个处理选用枝条 10段，3次重复。
相对电导率测定[6]：将枝条剪成 1cm长的小段，称取 1.0g放入 50mL三角瓶中，加入 20mL 蒸馏水后将瓶封
口，静置 24h 后用 DDS-11A 型电导仪测定电导值作为初电导率；之后将三角瓶再次封口，放入 98℃的烘箱中
恒温加热 1.5h后取出，静置 24h后测定电导值作为终电导率，3次重复。
相对电导率（%）=[初电导率/终电导率]×100
K+相对渗出率测定 [6]：枝条处理方法同上，得到烘箱加热前和加热后枝条电解质外渗液，用 6400A 型火焰
光度计测定各处理的电解质外渗液，计算 K+相对渗出率。
K+相对渗出率（%）=[加热前 K+浓度/加热后 K+浓度]×100
恢复生长试验：在温度为(23±2)℃的组培室中，分别将各组枝条水培处理 15~20d，每天调查累计发芽数。待
发芽数恒定后，计算芽萌动的百分率。
半致死温度确定：利用相对电导率和 K+相对渗出率与 Logistic曲线方程进行拟合，得到方程 y=k/(1+ae-bt)[7]。
式中：y为相对电导率或 K+相对渗出率；t为温度梯度；k为常数，此处取 100；a、b为待定参数。 求出该方程出现
拐点的温度，即为低温半致死温度。
图 1 采样地每周平均最高最低温度
Figure 1 Weekly average temperature (maximum and
minimum) in sampling area
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第 45卷沈 阳 农 业 大 学 学 报- -
1.3.2 越冬生理指标的测定 将用于测定生理指标的枝条切成 0.2cm 的薄片（不含芽部位），按下列方法测定
各生理指标，每处理重复测定 3次。 相对电导率测定方法与半致死温度中相对电导率的测定相同 [8]；束缚水/自
由水比值测定参照孙群[9]的方法并有所改进；丙二醛（MDA）测定采用 2-硫代巴比妥酸（TBA）显色法 [10]；可溶性
蛋白测定采用考马斯亮蓝-G250 染色法[6]；可溶性糖测定采用蒽酮法[6]。
应用 SPSS软件和 EXCEL软件对数据进行处理分析。
2 结果与分析
2.1 苗木半致死温度（LT50）的确定与枝条恢复生长情况
2.1.1 冷冻处理对相对电导率和 K+渗出率的影响 由图 2 可知，冷冻处理后紫叶稠李的相对电导率随处理温
度的降低呈“S”形上升趋势。 紫叶稠李在-35℃时的相
对电导率为 49.72%，接近 50%，可以认为半致死温度
在-35℃。而 K+渗出率的变化趋势与相对电导率的变化
趋势基本一致， 在-35℃时 K+渗出率为 41.86%， 在-
40℃时 K+渗出率为 55.56%已经超过 50%，可以认为半
致死温度在-35℃与-40℃之间。
2.1.2 半致死温度（LT50）的测定 将电解质渗出率或
K+渗出率与低温一起配以 Logistic 方程拟合，求出拐点
温度， 继而能够较准确地估计出植物组织的低温半致
死温度（LT50）。 由表 1 可知，紫叶稠李的组织损伤起始
温度分别为 2.7℃和-4.8℃，组织细胞膜接近全透性时的温度分别为-74.8℃和-67.8℃，半致死温度分别为-36.1℃
和-36.3℃。 紫叶稠李半致死温度相近，约为-36℃。
图 2 温度对紫叶稠李枝条相对电导率
和 K+渗出率的影响
Figure 2 Impact of temperature on relative
conductivity and K+ leakage rate of Prunus virginiana
表 1 根据相对电导率/K+渗出率拟合的 Logistic 方程
Table 1 Logistic equation fitted by relative conductivity/ K+ leakage rate
相对电导率 Relative conductivity
K+渗出率 Leakage rate of K+
Logistic 方程
y=93.41/(1+3.4083e0.034t)
y=104.5326/(1+4.5576e0.0418t)
第一拐点温度/℃
Temperature aquired from
the first inflection
2.7
-4.8
LT50/℃
-36.1
-36.3
第二拐点温度/℃
Temperature aquired from
the second inflection
-74.8
-67.8
2.1.3 冷冻处理后枝条恢复生长状况 用枝条芽受冻情况评价树木伤害程度是最直接和有效的方法 [11]。 由表2
可知，经过冷冻处理后，紫叶稠李枝条受到不同程度的伤害，枝条发芽率降低。 在-25℃以上并未发生低温伤害现
象，并且保持在 80%以上的存活率；在-35℃时芽存活率快速降至 41.82%，顶芽、当年生枝条顶梢冻死，至-40℃芽
存活率已降至 18.60%，顶芽、当年生枝条顶梢冻死。说明紫叶稠李有较强抗寒性，在-30℃的低温条件下仍可以
正常生存。
表 2 冷冻处理后紫叶稠李枝条恢复生长情况
Table 2 Growth feature of Prunus virginiana branches after subzero treatment
温度梯度/℃
Temperature
treatment
-15
-20
-25
-30
-35
-40
枝条芽数/个
Number of
buds on branch
47
52
55
57
55
43
萌动芽数/个
Counting number of
germinating buds
38
45
44
40
23
8
芽存活率/%
Livability of buds
80.85
86.54
80.00
70.18
41.82
18.60
形态表现
Morphological characteristics
无明显冻害 No significant freezing damage
无明显冻害 No significant freezing damage
无明显冻害 No significant freezing damage
个别当年生顶梢芽死 Individual current year apical bud dead
顶芽、当年生枝顶梢死 Bud dead,current year branch apex dead
顶芽、当年生枝顶梢死 Bud dead,current year branch apex dead
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2.2 自然越冬状态下枝条生理指标的变化
2.2.1 自然越冬状态枝条电导率变化 由表 3可知，自然越冬过程中，紫叶稠李枝条相对电导率为先上升后下
降的的变化趋势。 采样初期，枝条相对电导率维持在较低水平，仅为 13.1%；随着温度的降低，相对电导率逐渐
升高，至 2 月 22 日升至最高点 45.8%；2 月 22 日之后，温度逐渐回升，枝条相对电导率随之下降，在终次取样
测定为 42.1%。 上述结果表明，不同时间采集的紫叶稠李枝条相对电导率有很大变化，说明紫叶稠李在自然降
温过程中忍耐低温的能力会随着环境条件变化而变化。
表 3 紫叶稠李耐寒相关生理指标汇总表结果
Table 3 Summary statement of relative physiological indexes reflecting cold resistance character of Prunus virginiana
取样日期
Sampling day
12-28
01-12
02-01
02-22
03-14
相对电导率/%
Relative
13.14±0.31
23.84±0.39
29.89±1.09
43.92±1.36
42.11±1.10
丙二醛含量/nmol·g-1
Content of MDA
3.19±0.03
3.03±0.06
2.76±0.05
2.57±0.03
2.62±0.02
可溶性蛋白/mg·g-1
Soluble protein
1.56±0.06
1.96±0.01
1.93±0.06
2.86±0.04
1.97±0.02
可溶性糖/%
Soluble sugar
6.99±0.25
5.73±0.29
6.32±0.21
7.76±0.22
5.15±0.48
2.2.2 自然越冬状态枝条丙二醛（MDA）含量变化 质膜透性与膜质过氧化产的终物丙二醛（MDA）含量的高
低与细胞膜受伤害程度在一定程度上呈正相关[12]。 紫叶稠李的 MDA 含量在自然越冬条件下呈下降趋势。 采样
初期，苗木 MDA 含量下降速度较慢，至 2月 22日降至最低点 2.57nmol·g-1，之后随着温度逐渐上升，MDA 含量
变化逐渐减小，并有略微的回升趋势。 上述结果表明，随着环境温度的下降，紫叶稠李枝条在自然越冬降温初
期 MDA 含量变化显著，在最低温时期和温度逐渐回升阶段 MDA 含量变化减缓，说明紫叶稠李膜保护系统通
过调节酶活性，有效控制 MDA 含量，使其保持在较低水平，减轻 MDA 对细胞膜伤害。
表 4 自然越冬过程中枝条含水量变化
Table 4 Variation of moisture content in branches during natural overwintering
含水量 Moisture content
总含水量 Total moisture content/%
自由水 Free moisture content/%
束缚水 Bound water content/%
束缚水/自由水 Ratio of free/%
12-28
51.05±0.39
47.48±0.20
3.56±0.19
0.07±0.00
01-12
50.37±0.13
49.86±0.13
0.51±0.01
0.01±0.00
02-01
49.86±0.50
31.89±0.80
17.96±0.39
0.56±0.02
02-22
47.42±0.32
30.01±0.67
17.40±0.36
0.58±0.02
03-14
49.43±0.53
46.31±0.56
3.11±0.03
0.06±0.00
2.2.3 自然越冬状态枝条可溶性蛋白含量的变化 植物抗寒性越强， 低温胁迫时植物形成的可溶性蛋白质含
量越大。自然越冬期间，紫叶稠李枝条可溶性蛋白含量变化总体呈先上升后下降的趋势。初次采样测得紫叶稠李可
溶性蛋白含量为 1.56mg·g-1；12月 28日至 2月 1日， 随着温度逐渐下降紫叶稠李可溶性蛋白含量呈缓慢上升
趋势，仅上升了 0.4mg·g-1；经过 2月 1日附近的低温诱导，紫叶稠李可溶性蛋白含量加速上升，至 2月 22日达到峰
值，为 2.86mg·g-1，但随着温度持续上升，紫叶稠李可溶性蛋白含量逐渐下降，最终在 3月 14日降至1.97mg·g-1。
2.2.4 自然越冬状态枝条可溶性糖含量的变化 可溶性糖是植物细胞内重要的渗透调节物质。 在自然越冬期
间，紫叶稠李可溶性糖含量变化总体呈先上升后下降的趋势。 采样初期，紫叶稠李枝条组织内可溶性糖含量为
7%，由于 1 月 15 日前后有温度回升的趋势，紫叶稠李看可溶性糖含量也做出了相应反应，呈下降趋势，降至
5.73%；而后随着温度的下降，紫叶稠李可溶性糖含量逐渐升高，2 月 1 日后上升速度明显增加，到 2 月 22 日达
到峰值 7.76%；随着温度的再次回升，紫叶稠李可溶性糖含量开始快速下降至 3月 14日的 5.15%。
2.2.5 自然越冬状态枝条水分含量的变化 植物的抗寒性与其苗木组织中束缚水/自由水比值通常呈正相关[13]。
自然越冬状态下，紫叶稠李枝条总含水量基本相同，维持在 50%，自由水变化趋势总体为先下降后上升的趋势，
束缚水的变化趋势则与之相反，因此，束缚水/自由水比值呈先上升后下降的趋势。 低温来临时，束缚水/自由水比
值迅速升高，在 2月 1日至 2月 22日保持在较高水平，而后随着温度的升高又迅速降回至 0.06的低比值。表明紫
叶稠李组织水分调节在低温情况反应灵敏，在低温诱导下，苗木能够通过增加组织中束缚水的含量，减少自由
水含量，以减弱代谢活动来获得抗寒性。
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3 结论与讨论
在沈阳地区，夏季雨量集中，植物含水量较高，冬季寒冷且漫长，苗木组织渗透调节情况对苗木安全越冬十
分重要。 石进朝等[14]研究中，金银木叶片内可溶性糖和可溶性蛋白含量随着温度降低而逐渐增加。 也有研究证
明，葡萄糖，果糖和蔗糖与幼苗耐寒性密切相关，温度越低，糖含量变化越明显[15]。 在本试验中，可溶性蛋白和可
溶性糖含量的测定结果中可以看出，随着自然温度逐渐降低，两指标均呈现上升趋势，并且保持在较高水平，直
到温度逐渐下降，两指标出现回落趋势。 可以说明越冬期间，紫叶稠李通过提高细胞渗透浓度，降低水势，增加
保水能力使冰点下降，从而对苗木组织起保护作用。
从 MDA含量的测定结果中可以看出，枝条内 MDA 含量随温度降低而下降。 有研究证明[4]，紫叶稠李在室
内常温至 0℃的降温过程中，MDA 含量呈上升趋势，0~-15℃降温过程 MDA 含量呈下降趋势， 超过-15℃MDA
含量持续上升。本试验中，测定初期温度在 0℃以下，因此 MDA在测定初期保持在较高水平，进而持续下降。说
明 MDA 含量一直在安全范围内，并且随着时间的推移，逐渐被植物抗氧化防御系统清除。 在何西凤 [5]的研究
中，随着自然温度降低，花椒组织内 MDA 含量呈下降趋势，与本次试验结果相同。 从而可以看出，在自然越冬
过程中，MDA含量能够在一定程度上反映紫叶稠李的抗寒性。
本试验对紫叶稠李的半致死温度和各项生理生化指标进行测定， 认为紫叶稠李可以在-36℃的低温下存
活，并且各项生理指标正常，理论上紫叶稠李可以在沈阳地区安全越冬。项目组自 2007年从加拿大引进该树种
以来，通过几年的观察，生长表现良好。特别是经历 2012年冷冬的考验，于 2013年 4月下旬苗木越冬后调查发
现，冬季未经任何防护措施保护的紫叶稠李苗木 1a 生枝条上的冬芽全部萌发，且展叶状态良好，无冻死现象，
可见，紫叶稠李表现出较强的抗寒能力，它可以在沈阳安全越冬，自然越冬表现与理论抗寒测试结果相符，可以
推广应用。
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[责任编辑 李 薇]
700