全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2016, 52 (4): 487–496 doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0638 487
收稿 2015-12-04 修定 2016-02-02
资助 黑龙江省科技厅对外合作重点项目(WB10B110)和黑龙江
省院所基本应用技术研究专项(STJB2015-06)。
* 通讯作者(E-mail: zuoyuhu@163.com)。
不同福禄考品种对低温胁迫的生理响应及抗寒性综合评价
曲彦婷1,2, 熊燕2, 韩辉2, 李洋3, 左豫虎1,*
1黑龙江八一农垦大学, 黑龙江大庆163000; 2黑龙江省科学院自然与生态研究所, 哈尔滨150036; 3东北农业大学, 哈尔滨150030
摘要: 通过对14个福禄考品种在低温胁迫下相关生理指标进行分析, 结果表明: 可溶性糖含量随处理温度降低呈“升降升
降”的变化趋势; 可溶性蛋白含量随处理温度降低呈“降升降降”的变化趋势; 不同品种脯氨酸、叶绿素、丙二醛含量和超
氧化物歧化酶活性变化趋势不同, 差异达到显著水平。运用主成分分析法和聚类分析法对14个福禄考品种进行抗寒性排
序, 将其分为3个抗寒等级: 强抗寒品种为‘Sub-05’、‘Sub-Ja-03’和‘Sub-Ja-04’; 中抗寒品种为‘Sub-Ja-01’、‘Sub-Ja-02’、
‘Sub-06’、‘Sub-07’、‘Pan-02’和‘Pan-Ru-07’; 弱抗寒品种为‘Pan-01’、‘Pan-Ru-06’、‘Pan-05’、‘Pan-04’和‘Pan-03’。丛生福
禄考品种抗寒性优于锥花品种, 与露地越冬观察的结果基本一致。
关键词: 福禄考; 低温胁迫; 生理响应; 抗寒综合评价
福禄考属(Phlox Linn.)为花荵科(Polemoniaceae)
中最大的一属, 是进化生物学研究的模式属之一
(李红伟等2005)。福禄考属植物以其花色丰富艳
丽、覆盖度高、花期长等特点, 在园林绿化造景
中应用广泛。北方城市冬季漫长寒冷, 温度成为
制约福禄考属植物在北方园林应用的重要因素,
因此对于福禄考属抗寒性的研究显得尤其重要。
近些年对于福禄考属植物的研究主要集中在组织
培养(张伟2008)和栽培管理(唐焕伟等2014; 陈银
芬等1999)等方面, 为了探索其在北方园林应用的
适应性, 尤其是抗寒性, 本文主要以锥花福禄考和
丛生福禄考2个系列的14个品种作为研究对象, 对
其进行低温处理, 研究渗透物质含量及超氧化物
歧化酶活性等的变化规律, 综合分析评价各品种
的抗寒性, 以期为福禄考属植物抗寒性鉴定、耐
寒品种培育及抗寒基因克隆提供理论参考。
材料与方法
1 供试材料
供试材料为2010~2014年从国内外引进的14
个福禄考品种, 其中锥花福禄考(Phlox paniculata L.)
7个品种分别为来自中国的‘Pan-01’、‘Pan-02’、
‘Pan-03’、‘Pan-04’和‘Pan-05’以及俄罗斯的‘Pan-Ru-
06’和‘Pan-Ru-07’, 丛生福禄考(Phlox subulata L.) 7
个品种分别为来自中国的‘Sub-05’、‘Sub-06’和
‘Sub-07’以及日本的‘Sub-Ja-01’、‘Sub-Ja-02’、
‘Sub-Ja-03’和‘Sub-Ja-04’。
2 试验方法
2.1 露地越冬情况调查
2.1.1 外部形态冻害观测
从2013年10月至2014年4月, 哈尔滨冬季平均气
温−25°C, 最低温度−40°C。配合气温变化不加任何
覆盖在试验地对供试14个品种进行观察与记录。
2.1.2 越冬存活情况调查
2014年春天, 调查统计各品种发芽株数, 计算
存活率, 存活率为芽株株数与总植入株数的比值。
2.2 人工低温处理
2014年7月22日, 在试验地选取二年生无病害
且长势健康的植株地上部分, 齐地面剪下后立即
放入自封袋中带回实验室, 用蒸馏水洗净, 并用吸
水纸吸干表面水分, 用纱布包好, 分别置于20 (室
温, 对照)、10、0、−10和−20°C(后面4个温度梯度
作为低温胁迫温度)恒温箱和冷冻冰柜内(无光
照)。处理24 h后, 取出剪下叶片适量, 用锡纸包好
后立即放入液氮中预冷, 然后置−80°C冰箱保存备
用(用于抗寒指标测定)。试验重复3次。
2.3 各指标测定方法
取福禄考低温处理叶片0.4 g, 采用蒽酮比色
法测得可溶性糖含量(%); 取低温处理叶片1 g, 采
用考马斯亮蓝法测得可溶性蛋白含量(mg·g-1); 取
低温处理叶片0.5 g, 采用酸性茚三酮比色法测得脯
氨酸(Pro)含量(%); 取低温处理叶片0.1 g, 采用丙
酮-乙醇混合液法测得叶绿素总量(mg·g-1); 取低温
处理叶片0.5 g, 采用硫代巴比妥酸反应法测得丙二
醛(MDA)含量[μmol·g-1 (FW)]; 取低温处理叶片0.5
g, 采用氮蓝四唑光化还原法得到超氧化物歧化酶
(SOD)活性(U·g-1) (李合生2000)。
植物生理学报488
2.4 数据处理及分析方法
以室温下的福禄考植株测定值为对照值, 选
择−10°C低温处理后测定值为处理值, 计算变化率
(α), α=(处理值−对照值)/对照值, 然后对α进行主成
分分析。主成分分析和聚类分析均应用SPSS 19.0
软件完成(唐婉2012; 杨凤翔等2010)。
实验结果
1 自然条件下越冬情况
2013~2014年, 已引进的14个福禄考属植物品
种自然越冬生长情况见表1。14个品种的存活率
都高于60%, 均可在哈尔滨自然越冬, 丛生福禄考
品种的抗寒性优于锥花品种。
表1 福禄考各品种哈尔滨自然越冬情况调查
Table 1 Investigation on natural overwintering conditions of Phlox varieties in Harbin
品种 2013年9月 2013年10月 2013年11日 2014年4月存活率/%
(1) ‘Pan-01’ 正常生长 下部叶片脱落 茎秆干枯 90
(2) ‘Pan-02’ 正常生长 下部叶片脱落 茎秆干枯 100
(3) ‘Pan-03’ 正常生长 少数叶干枯 茎秆干枯 90
(4) ‘Pan-04’ 正常生长 少数叶干枯 茎秆干枯 90
(5) ‘Pan-05’ 正常生长 下部叶片脱落 茎秆干枯 80
(6) ‘Pan-Ru-06’ 正常生长 下部叶片脱落 茎秆干枯 90
(7) ‘Pan-Ru-07’ 正常生长 下部叶片脱落 茎秆干枯 90
(8) ‘Sub-Ja-01’ 正常生长 叶片变红褐色 茎秆干枯, 叶红褐 100
(9) ‘Sub-Ja-02’ 正常生长 正常生长 茎秆干枯, 叶褐 90
(10) ‘Sub-Ja-03’ 正常生长 正常生长 茎秆干枯, 叶红 100
(11) ‘Sub-Ja-04’ 正常生长 正常, 叶绿色 茎秆干枯, 叶暗红 100
(12) ‘Sub-05’ 正常生长 叶片变红褐色 茎秆干枯, 叶红褐 100
(13) ‘Sub-06’ 正常生长 叶片变红褐色 茎秆干枯, 叶红褐 90
(14) ‘Sub-07’ 正常生长 叶片绿色 茎秆干枯, 叶红褐 100
2 低温胁迫对不同福禄考品种可溶性糖含量的影响
经过低温处理的14个福禄考品种叶片可溶性
糖含量的变化情况见表2。从整体来看, 各品种可
溶性糖含量随温度变化出现升—降—升—降的波
状变化, −20°C时为最低值, 在10或−10°C处理时达
到最高值。推测植物材料−20°C下组织结构已经
被破坏, 导致植物体内保护性物质含量下降。大
多数福禄考品种在从20°C降至0°C时可溶性糖含
量变化差异不显著。当胁迫温度降至−10°C时, 除
了‘Pan-01’、‘Pan-02’和‘Pan-04’ 3个品种可溶性糖
含量差异不显著, 其他品种可溶性糖含量升高, 差
异达显著水平。与对照比较, ‘Sub-06’升高24.9%,
‘Sub-07’升高20.7%, ‘Sub-05’升高17.2%, 是低温胁
迫下可溶性糖含量升高较多的品种。根据前人研
究结论植物体内糖积累量与植物的抗寒性呈正相
关(简令成等2005; 李轶冰等2009)。从可溶性糖含
量判定这几个品种的抗寒性强于其他品种。
考虑到−20°C低温对离体植物材料组织结构
的破坏性较大, 此时的理化指标不能很准确地描
述植物的抗寒性, 所以低温胁迫下各指标分析中
选择在−10°C时各指标值进行方差分析。
低温胁迫下(−10°C)各福禄考品种可溶性糖含
量采用LSD方差分析(表2), 其中6号以及8~14号各
品种可溶性糖含量差异不显著, 但与其后其他品
种可溶性糖含量差异达极显著水平。
3 低温胁迫对不同品种福禄考可溶性蛋白含量的
影响
由表3可以看出, 整体上, 以20°C为对照, 随温
度的降低, 14种福禄考叶片可溶性蛋白含量变化为
降—升—降—降的趋势, −10°C降至−20°C时变化
不明显; 而‘Pan-Ru-07’、‘Sub-Ja-03’和‘Sub-06’ 3个
品种在低于10°C的低温胁迫下, 随着温度增加可
溶性蛋白含量逐渐上升, 不同品种在不同低温下
变化幅度不同, 0°C至−10°C之间变化比较平缓。
丛生福禄考‘Sub-05’在低温下变化不明显, 其可溶
性蛋白含量较高, 经方差分析可以看出, 大部分品
种在不同温度胁迫下, 其可溶性蛋白含量差异达
显著水平。
曲彦婷等: 不同福禄考品种对低温胁迫的生理响应及抗寒性综合评价 489
对低温胁迫下(−10°C)不同福禄考品种可溶性
蛋白含量进行LSD方差分析(表3), 品种可溶性蛋
白含量差异达显著水平, 大部分品种间差异性达
极显著水平。根据前人研究经验植物低温胁迫下
可溶性蛋白含量高的品种抗性强的结论(林善枝
等2002), 得出1~9、11、12和14号品种的抗寒性
较强。
表2 福禄考品种在不同低温胁迫下可溶性糖含量的变化及品种间差异性分析
Table 2 Changes in soluble sugar content of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
可溶性糖含量/% −10°C各品种间
20°C (对照) 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 0.298±0.001b 0.297±0.009b 0.240±0.004a 0.286±0.010b 0.245±0.030a dD
(2) ‘Pan-02’ 0.281±0.005ab 0.296±0.014b 0.268±0.021a 0.299±0.013b 0.266±0.012a dD
(3) ‘Pan-03’ 0.262±0.007b 0.285±0.006c 0.240±0.006b 0.293±0.006c 0.202±0.006a dD
(4) ‘Pan-04’ 0.304±0.014b 0.322±0.017b 0.299±0.004ab 0.342±0.028b 0.256±0.043a cBC
(5) ‘Pan-05’ 0.317±0.006b 0.314±0.004b 0.280±0.008a 0.353±0.009c 0.285±0.013a abAB
(6) ‘Pan-Ru-06’ 0.332±0.013b 0.349±0.008b 0.298±0.002a 0.378±0.009c 0.295±0.016a abAB
(7) ‘Pan-Ru-07’ 0.254±0.024ab 0.260±0.013ab 0.241±0.008a 0.303±0.016c 0.270±0.014b bcAB
(8) ‘Sub-Ja-01’ 0.323±0.007a 0.317±0.006a 0.290±0.013a 0.368±0.044b 0.320±0.050a abcAB
(9) ‘Sub-Ja-02’ 0.328±0.015ab 0.369±0.025c 0.332±0.013b 0.374±0.025c 0.294±0.016a abAB
(10) ‘Sub-Ja-03’ 0.333±0.027a 0.371±0.016b 0.330±0.007a 0.377±0.010b 0.310±0.011a abAB
(11) ‘Sub-Ja-04’ 0.326±0.027a 0.344±0.013a 0.334±0.034a 0.382±0.017b 0.332±0.014a abAB
(12) ‘Sub-05’ 0.332±0.006a 0.396±0.002b 0.385±0.004b 0.389±0.006b 0.327±0.025a aA
(13) ‘Sub-06’ 0.305±0.007a 0.345±0.029b 0.321±0.016ab 0.381±0.008c 0.298±0.019a abAB
(14) ‘Sub-07’ 0.314±0.014a 0.332±0.010a 0.305±0.007a 0.379±0.022b 0.309±0.016a dCD
表中数据表示为平均值±标准差, 同一品种不同温度下(同一行内第2~6列)数据用不同小写字母标识表示差异显著(P<0.05); −10°C下
(第7列)不同品种数据用不同小写和大写字母标识分别表示差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01); 表3~7同。
表3 福禄考品种在不同低温胁迫下可溶性蛋白含量的变化及品种间差异性分析
Table 3 Changes in protein content of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
可溶性蛋白含量/mg·g-1 −10°C各品种间
20°C 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 0.623±0.127c 0.565±0.016a 0.603±0.010bc 0.561±0.012a 0.584±0.015ab iI
(2) ‘Pan-02’ 0.732±0.035d 0.522±0.122a 0.702±0.007cd 0.670±0.010bc 0.650±0.012b gG
(3) ‘Pan-03’ 0.772±0.013c 0.656±0.011a 0.779±0.013c 0.680±0.010b 0.683±0.011a gG
(4) ‘Pan-04’ 0.786±0.015c 0.638±0.013a 0.757±0.013b 0.617±0.012a 0.749±0.012b hH
(5) ‘Pan-05’ 0.659±0.004b 0.601±0.007a 0.628±0.006ab 0.614±0.012ab 0.710±0.055c hH
(6) ‘Pan-Ru-06’ 1.089±0.014d 0.894±0.018a 0.975±0.014c 0.947±0.012b 0.891±0.009a fF
(7) ‘Pan-Ru-07’ 1.146±0.021cd 1.182±0.010d 1.109±0.010c 1.034±0.012b 0.931±0.041a eE
(8) ‘Sub-Ja-01’ 1.356±0.113d 0.904±0.009a 1.038±0.010bc 0.959±0.026ab 1.081±0.044c fF
(9) ‘Sub-Ja-02’ 1.483±0.046d 1.083±0.021b 1.102±0.021b 1.152±0.004c 0.982±0.010a cC
(10)‘Sub-Ja-03’ 1.233±0.011c 1.421±0.015d 0.990±0.042a 1.120±0.026b 0.956±0.013a dD
(11)‘Sub-Ja-04’ 1.106±0.002a 1.170±0.006b 1.366±0.022d 1.322±0.010d 1.234±0.067c aA
(12) ‘Sub-05’ 1.044±0.014a 1.002±0.005b 1.247±0.065c 1.273±0.044b 1.277±0.059d bB
(13) ‘Sub-06’ 1.109±0.010c 1.379±0.080d 1.068±0.013bc 1.010±0.002b 0.923±0.012a eE
(14) ‘Sub-07’ 1.184±0.016a 1.120±0.096a 1.143±0.020a 1.176±0.032a 1.187±0.038a cdCD
4 低温胁迫对不同品种福禄考Pro含量的的影响
由表4可以看出, 不同品种叶片在20°C时Pro
含量较高, 10°C时1~7号7个锥花福禄考品种及
‘Sub-Ja-02’、‘Sub-Ja-03’和‘Sub-Ja-04’ 3个针叶品
种Pro含量略有升高, 但大部分品种升高值不显著;
其他4个针叶品种Pro含量降低, 且差异显著。当温
度由10°C降至0°C时, 整体上看大部分品种Pro含
植物生理学报490
量均有提升 , 但提升幅度不尽相同 , 只有‘Pan-
01’、‘Pan-02’和‘Pan-05’ 3个品种平缓下降; ‘Sub-
06’和‘Sub-07’ 2个品种的Pro含量增加幅度最大, 分
别为47.0%和38.8%。在0°C至−10°C处理的过程
中, ‘Sub-Ja-03’、‘Sub-Ja-04’和‘Sub-05’ 3个品种的
Pro含量继续增加, 变化幅度明显高于其他品种, 分
别上升45.0%、48.5%和38.6%。当胁迫温度降至
−20°C时 , 所有品种Pro含量都有不同程度的下
降。可见, 福禄考Pro含量可以作为抗寒性的指标
之一, 方差分析表明, 同一品种不同温度处理后,
表4 福禄考品种在不同低温胁迫下Pro的变化及品种间差异性分析
Table 4 Changes in Pro content of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
Pro含量/% −10°C各品种间
20°C 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 0.079±0.001a 0.118±0.002e 0.109±0.002d 0.106±0.003c 0.091±0.002b deD
(2) ‘Pan-02’ 0.090±0.005a 0.105±0.003b 0.104±0.003b 0.114±0.004c 0.096±0.001a deD
(3) ‘Pan-03’ 0.089±0.040b 0.126±0.003ab 0.133±0.002ab 0.126±0.011ab 0.106±0.002a dD
(4) ‘Pan-04’ 0.092±0.013c 0.121±0.002bc 0.162±0.008d 0.112±0.003a 0.122±0.003ab deD
(5) ‘Pan-05’ 0.087±0.003b 0.089±0.004b 0.082±0.008ab 0.076±0.001a 0.109±0.003c fEF
(6) ‘Pan-Ru-06’ 0.083±0.004a 0.121±0.002 c 0.128±0.004d 0.102±0.002b 0.100±0.002b eDE
(7) ‘Pan-Ru-07’ 0.090±0.004b 0.119±0.022b 0.125±0.002c 0.113±0.002d 0.097±0.002a deD
(8) ‘Sub-Ja-01’ 0.072±0.013b 0.062±0.002ab 0.066±0.001ab 0.063±0.001a 0.058±0.001a fF
(9) ‘Sub-Ja-02’ 0.081±0.003c 0.100±0.002d 0.102±0.001d 0.066±0.002b 0.057±0.001a fF
(10) ‘Sub-Ja-03’ 0.052±0.003a 0.106±0.001a 0.131±0.011b 0.190±0.032c 0.080±0.005a bB
(11) ‘Sub-Ja-04’ 0.061±0.002ab 0.088±0.002bc 0.097±0.002c 0.144±0.028d 0.073±0.001b cC
(12) ‘Sub-05’ 0.110±0.010a 0.121±0.001b 0.132±0.006c 0.183±0.014d 0.106±0.003a aA
(13) ‘Sub-06’ 0.074±0.002c 0.066±0.001a 0.097±0.001d 0.070±0.002b 0.068±0.001ab deD
(14) ‘Sub-07’ 0.089±0.002d 0.067±0.004c 0.093±0.004d 0.060±0.004b 0.052±0.004a fF
其Pro含量变化差异显著。
对低温胁迫下(−10°C)不同福禄考品种Pro含
量进行LSD方差分析(表4), 10~12号品种Pro含量差
异达极显著水平, 2、8、9、13和14号品种Pro含量
差异不显著, 说明这几个品种抗寒性较接近, 其他
品种Pro含量差异达极显著水平, 说明各品种的抗
寒性有差异, 10~12号品种抗寒性相对较强。
5 低温胁迫对不同品种叶绿素含量变化的影响
由表5可以看出, 温度处理由20°C降至10°C
时, 不同品种叶绿素含量变化不同, 有的增加, 有
表5 福禄考品种在不同低温胁迫下叶绿素的变化及品种间差异性分析
Table 5 Changes in chlorophyll content of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
叶绿素含量/mg·g-1 −10°C各品种间
20°C 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 0.485±0.020c 0.786±0.023e 0.590±0.026d 0.417±0.033b 0.352±0.019a fDE
(2) ‘Pan-02’ 0.585±0.052c 0.901±0.017d 0.583±0.033c 0.522±0.011b 0.422±0.018a bB
(3) ‘Pan-03’ 0.481±0.008c 0.576±0.019e 0.516±0.002d 0.368±0.010b 0.238±0.027a gFG
(4) ‘Pan-04’ 0.962±0.127d 0.423±0.014b 0.593±0.011c 0.417±0.012b 0.368±0.018a efDE
(5) ‘Pan-05’ 0.640±0.028d 0.538±0.021c 0.423±0.011b 0.405±0.011b 0.315±0.019a fEF
(6) ‘Pan-Ru-06’ 0.662±0.007d 0.711±0.010e 0.623±0.010c 0.456±0.024b 0.350±0.018a dCD
(7) ‘Pan-Ru-07’ 0.666±0.032d 0.637±0.042e 0.591±0.016c 0.432±0.026b 0.327±0.018a defDE
(8) ‘Sub-Ja-01’ 0.394±0.014b 0.649±0.007e 0.485±0.010d 0.438±0.018c 0.225±0.018a deDE
(9) ‘Sub-Ja-02’ 0.472±0.020d 0.354±0.012c 0.321±0.010b 0.308±0.003b 0.265±0.014a hH
(10) ‘Sub-Ja-03’ 0.410±0.016b 0.481±0.010c 0.514±0.013c 0.365±0.027b 0.240±0.044a gG
(11) ‘Sub-Ja-04’ 0.615±0.021d 0.483±0.011b 0.479±0.018b 0.584±0.007c 0.441±0.007a aA
(12) ‘Sub-05’ 0.497±0.032b 0.564±0.018c 0.530±0.007bc 0.489±0.004b 0.335±0.031a cBC
(13) ‘Sub-06’ 0.352±0.025a 0.554±0.025c 0.469±0.016b 0.372±0.008a 0.337±0.012a gFG
(14) ‘Sub-07’ 0.342±0.021b 0.481±0.005e 0.452±0.016d 0.416±0.016c 0.313±0.014a efE
曲彦婷等: 不同福禄考品种对低温胁迫的生理响应及抗寒性综合评价 491
的降低; 随着胁迫温度的下降, 叶绿素含量均呈下
降趋势, 且下幅度有所不同。从数据上看, 锥花福
禄考品种叶绿素含量下降幅度大于丛生福禄考品
种, 说明2个系列品种的抗寒能力存在差异, 叶绿
素含量可作为植物抗寒性评价指示之一。在
−20°C时, 各品种叶绿素含量明显降低, 与20°C对
照时相比‘Pan-04’品种降幅最高, 达61.7%, 说明低
温已经对植物叶片产生了破坏作用。方差分析表
明, 各品种在不同低温胁迫下, 叶绿素含量变化差
异达显著水平。
对低温胁迫下(−10°C)不同福禄考品种叶绿素
含量进行LSD方差分析(表5), 10~13号品种叶绿素
含量差异显著, 2、7~9和14号品种叶绿素含量差
异不显著, 说明这几个品种抗寒性相似。
6 低温胁迫对不同福禄考品种MDA含量的影响
在逆境条件下, 植物常会发生膜质过氧化作
用, MDA是膜脂过氧化主要产物之一, 对生物膜有
毒害作用, 且对某些生物大分子也有破坏作用。
低温胁迫下, 各品种MDA含量变化见表6。由20°C
降至0°C时, 品种‘Pan-05’、‘Pan-Ru-06’、‘Sub-
表6 福禄考品种在不同低温胁迫下MDA的变化及品种间差异性分析
Table 6 Changes in MDA content of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
MDA含量/pmol·L-1 −10°C各品种间
20°C 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 3.771±0.016d 2.434±0.040c 1.596±0.813a 2.696±0.012b 1.455±0.042a bB
(2) ‘Pan-02’ 2.850±0.073c 1.602±0.038a 2.336±0.056b 2.877±0.052e 2.157±0.017d aA
(3) ‘Pan-03’ 2.623±0.041c 3.165±0.029d 2.180±0.015b 2.190±0.055b 1.508±0.040a dD
(4) ‘Pan-04’ 2.471±0.023c 2.653±0.040d 2.122±0.030b 2.464±0.014c 1.768±0.030a cC
(5) ‘Pan-05’ 1.148±0.017a 1.274±0.017b 1.644±0.030d 1.334±0.021c 1.120±0.022a eEF
(6) ‘Pan-Ru-06’ 1.258±0.022b 1.102±0.024a 1.382±0.045c 1.320±0.004bc 1.086±0.074a eEF
(7) ‘Pan-Ru-07’ 2.013±0.014bc 1.630±0.464b 1.865±0.029bc 2.141±0.091c 1.079±0.041a dD
(8) ‘Sub-Ja-01’ 1.152±0.063b 1.397±0.014d 1.264±0.045c 1.074±0.032a 1.010±0.028a hGH
(9) ‘Sub-Ja-02’ 0.998±0.016b 1.090±0.013d 0.973±0.003a 1.209±0.019e 1.024±0.010c iHI
(10) ‘Sub-Ja-03’ 1.164±0.048d 0.933±0.002c 0.819±0.003b 1.179±0.009d 0.705±0.007a fgG
(11) ‘Sub-Ja-04’ 1.439±0.012d 1.549±0.023e 0.577±0.025a 1.081±0.023b 1.293±0.014c ghGH
(12) ‘Sub-05’ 0.855±0.023b 0.828±0.012b 0.772±0.007a 0.959±0.037c 0.734±0.028a fFG
(13) ‘Sub-06’ 0.881±0.004b 0.781±0.005a 1.003±0.037c 1.383±0.022d 0.913±0.031b eE
(14) ‘Sub-07’ 1.252±0.012c 0.831±0.058b 0.590±0.021a 0.873±0.018b 0.604±0.033a 1iI
Ja-01’和‘Sub-06’叶片内MDA含量有不同程度的增
加, 其中‘Pan-05’品种MDA含量增加42.55%, 为最
大增幅; 其他品种都表现出降低趋势, 其中‘Sub-
07’下降52.88%, ‘Sub-Ja-04’下降59.9%, 是MDA含
量降幅较大的品种, 说明其在此阶段表现出较强
的抗性。当胁迫温度降至−10°C时, MDA含量呈逐
渐递增趋势 , 当温度降至−20°C时MDA含量回
落。因此, MDA含量的高低可以反映膜脂过氧化
的水平及植物细胞遭受逆境伤害程度。经过差异
性分析可以看出 , 大部分品种不同低温胁迫下
MDA含量变化差异达显著水平。
对低温胁迫下(−10°C)不同福禄考品种MDA
含量进行LSD方差分析(表6), 8、9、11和12号品
种MDA含量差异显著, 9和14号品种MDA含量差
异不显著, 说明这2个品种抗寒性相似; 6、10和13
号品种MDA含量差异不显著, 说明抗寒性相似, 但
与前5个品种MDA含量差异达极显著水平。按照
前期多数人的研究结果(刘祖祺和张石诚1994), 低
温下MDA含量高的品种抗寒性弱的说法, 1、3、4
和6号品种抗寒性相对较强。
7 低温胁迫对各品种SOD活性的影响
低温胁迫下不同福禄考品种叶片内SOD活性
变化情况见表7。20°C时14个品种的SOD活性有
很大的差异, ‘Sub-06’ SOD值最高, ‘Pan-02’ SOD值
最低, 最高值比最低值高出63.6%。5个低温处理
下, SOD活性的变化趋势基本一致, 20°C至0°C是
先降低再升高的过程, 0°C以下的低温处理过程中,
14个品种的SOD值都是随着温度一同降低, 但各
植物生理学报492
表7 福禄考品种在不同低温胁迫下SOD活性的变化及品种间差异性分析
Table 7 Changes in SOD activity of different Phlox varieties under low temperature and difference analysis of these varieties
品种
SOD活性/U·g-1 −10°C各品种间
20°C 10°C 0°C −10°C −20°C 差异显著性
(1) ‘Pan-01’ 2.488±0.099d 1.931±0.131a 2.377±0.237d 1.447±0.232a 1.039±0.035a fEF
(2) ‘Pan-02’ 2.283±0.038c 2.104±0.070b 2.702±0.117d 1.757±0.107b 1.056±0.023a bcdBCD
(3) ‘Pan-03’ 2.484±0.072c 2.481±0.054c 2.943±0.039d 1.693±0.042b 0.964±0.056a bcdeBCDE
(4) ‘Pan-04’ 2.665±0.102e 1.791±0.288c 2.108±0.035d 1.506±0.135b 0.974±0.012a efDE
(5) ‘Pan-05’ 2.632±0.073e 1.986±0.081c 2.273±0.077d 1.570±0.511b 1.012±0.014a defCDE
(6) ‘Pan-Ru-06’ 3.301±0.066c 2.611±0.345bc 2.940±0.765b 1.606±0.191a 0.981±0.059a cdefBCDE
(7) ‘Pan-Ru-07’ 3.397±0.159e 2.924±0.095c 3.211±0.103d 1.858±0.040b 1.182±0.061a bB
(8) ‘Sub-Ja-01’ 3.366±0.144d 1.856±0.129b 2.390±0.255c 1.811±0.011b 1.135±0.019a bcBC
(9) ‘Sub-Ja-02’ 3.666±0.059c 1.213±0.158a 2.325±0.215d 2.267±0.208b 1.458±0.122a aA
(10) ‘Sub-Ja-03’ 3.507±0.178c 2.591±0.204b 2.566±0.271b 1.199±0.087a 1.176±0.037a gF
(11) ‘Sub-Ja-04’ 2.750±0.051d 1.834±0.213c 1.735±0.036bc 1.559±0.133ab 1.414±0.013a defCDE
(12) ‘Sub-05’ 3.533±0.022e 2.469±0.117c 2.661±0.054d 2.142±0.024b 1.413±0.162a aA
(13) ‘Sub-06’ 3.734±0.050e 1.678±0.043c 1.813±0.498d 1.506±0.102b 0.979±0.061a efDE
(14) ‘Sub-07’ 2.618±0.123e 1.865±0.106c 2.154±0.028d 1.623±0.074b 0.995±0.068a cdefBCDE
自的下降幅度有所不同。10°C时, ‘Pan-03’和‘Sub-
Ja-03’的SOD值下降幅度相对较小, 随着胁迫温度
降低, 各品种SOD值逐渐提高, 0°C时出现峰值, 之
后表现出逐渐下降的趋势, 可见, SOD活性可作为
评价植物抗寒性的重要指标。方差分析表明, 在
不同低温胁迫下, ‘Pan-01’、‘Pan-Ru-06’、‘Sub-
Ja-03’和‘Sub-Ja-04’ 4个品种在−10°C至−20°C区间
SOD值变化差异不显著, 其他所有品种SOD值变
化差异显著。
低温胁迫下(−10°C)各福禄考品种SOD活性采
用LSD方差分析(表7), 可以看出, 9和12号品种
SOD值高, 且差异不显著, 说明这2个品种抗寒性
相似, 但与其他品种SOD值差异达极显著水平。
8、10、11和13号品种SOD值差异不显著, 说明这4
个品种抗寒性相似。9和12号品种抗寒性相对较
强, 这与引种越冬栽培试验及表型研究过程中得
到的结论相同。
8 14个福禄考品种抗寒综合性评价
为了研究影响14个福禄考品种抗寒性的主导
因素, 采用主成分分析方法综合分析抗寒指标, 以
特征值大于1作为为参考值, 确定主成分个数。选
取SOD活性以及MDA、游离Pro、叶绿素、可溶
性蛋白和可溶性糖含量这6个生理指标进行主成
分分析, 并对14个福禄考品种的抗寒能力进行综
合评价。
由特征值(λ)与初始因子载荷(Bi)依据公式Ai=
Bi 转换为主成分系数(Ai), Ai与标准化后的原始
数据可得到各主成分得分和综合评价得分(唐婉
2012)。根据综合评价得分大小对14个品种抗寒性
排序, 如表8所示。
9 福禄考品种抗寒性聚类分析
按杨凤翔等(2010)的方法通过聚类分析, 将福
禄考品种按抗寒性强弱分为3类(图1), 从表7可以
得到: ‘Sub-05’、‘Sub-Ja-03’和‘Sub-Ja-04’属于强
抗寒品种; ‘Sub-Ja-01’、‘Sub-Ja-02’、‘Sub-06’ 、
‘Sub-07’、‘Pan-02’和‘Pan-Ru-07’属于中抗寒品种;
‘Pan-01’、‘Pan-Ru-06’、‘Pan-05’、‘Pan-04’和
‘Pan-03’属于弱抗寒品种。丛生福禄考品种的抗
寒性优于锥花品种, 这与露地种植观察的结果基
本一致。
讨 论
1 低温胁迫对抗寒生理指标的影响
糖是植物抗寒的主要保护物质, 当植物受到
冷胁迫时糖含量会增加以防止植株受到伤害。本
研究中福禄考品种受低温胁迫, 可溶性糖总体趋
势呈升—降—升—降的波状变化。低温胁迫下西
番莲(Passiflora edulis)随着温度的持续降低, 可溶
性糖含量升高(董万鹏等2015), 在草坪草的抗寒性
研究中也得到相同的结果(杜永吉等2008)。本研
曲彦婷等: 不同福禄考品种对低温胁迫的生理响应及抗寒性综合评价 493
表8 各福禄考品种抗寒性排序及分类
Table 8 Cold resistance scheduling and classification in Phlox varieties
品种 第1主成分 第2主成分 第3主成分 综合得分 排序 抗寒性分类
‘Sub-05’ 1.48 2.21 1.21 1.68 1 强抗
‘Sub-Ja-03’ 1.69 1.45 −0.14 1.29 2 强抗
‘Sub-Ja-04’ 1.33 1.32 0.87 1.25 3 强抗
‘Sub-Ja-01’ 0.13 0.86 1.05 0.54 4 中抗
‘Sub-Ja-02’ 0.13 0.68 0.39 0.36 5 中抗
‘Sub-06’ 0.29 0.16 −0.52 0.11 6 中抗
‘Sub-07’ −0.55 0.39 1.28 0.08 7 中抗
‘Pan-02’ 0.22 −0.50 −0.04 −0.07 8 中抗
‘Pan-Ru-07’ −0.17 −1.12 −0.45 −0.54 9 中抗
‘Pan-01’ −1.14 −0.42 0.81 −0.56 10 弱抗
‘Pan-Ru-06’ −0.77 −0.35 −1.87 −0.82 11 弱抗
‘Pan-05’ −0.67 −1.37 −1.22 −1.01 12 弱抗
‘Pan-04’ −0.53 −1.66 −1.23 −1.03 13 弱抗
‘Pan-03’ −1.43 −1.64 −0.14 −1.28 14 弱抗
究中随温度的降低, 14种福禄考叶片可溶性蛋白含
量变化为降—升—降—降的趋势, 并且通过本研
究抗寒性综合分析得到抗寒性强品种Sub-05的可
溶性蛋白含量也是高于其他品种的。植物受到冷
胁迫时, 游离Pro通过对蛋白质的水合作用, 保护了
细胞的空间结构不被低温伤害, 起到了对植物在
寒冷条件下的保护作用(王兆2014)。本研究中福
禄考品种低温胁迫整体上看大部分品种Pro含量均
图1 福禄考品种抗寒性聚类分析
Fig.1 Clustering graph of fourteen Phlox varieties based on the tolerance to coldness
图中横向数字代表类间距, 竖向数字代表聚类步骤。
植物生理学报494
有提升, 但提升幅度不尽相同。喜树(Camptotheca
acuminata)叶片在低温胁迫下, 随着温度的持续降
低, 叶片中的Pro含量也有所改变, 呈上升趋势, 因
此游离Pro含量可以作为抗性研究的衡量指标(冯
建灿等2002)。植物受到低温胁迫时, MDA含量大
量增加, 表明体内细胞受到较严重的破坏, 因此,
植物的抗寒性与MDA含量呈负相关(刘祖祺和张
石诚1994; 邓仁菊等2014)。火龙果(Hylocereus
spp.)在低温胁迫下, MDA含量随着处理时间的延
长, 呈现总体增加的趋势(邓仁菊等2014)。相同的
研究结果也出现在喜树的抗寒研究中(冯建灿等
2002)。本研究中温度由20°C降至0°C时, 品种Pan-
05、Pan-Ru-06、Sub-Ja-01和Sub-06叶片内MDA
含量有不同程度的增加, 而其他品种都表现出降
低趋势。与其他研究的MDA含量持续增加不同,
个别品种出现降低趋势, 证明在此温度范围内个
别品种的抗寒性强, 体内细胞没有受到破坏。而
随着温度的继续降低, 各品种MDA含量均呈现增
加趋势, 说明在此温度范围内细胞均受到破坏导
致MDA含量增加。
2 综合因子与抗寒性的关系
植物对低温胁迫的反应表现在生理、生长和
表观形态等诸多方面, 在以往的研究中, 多采用形
态、理化和生态等单一指标进行抗寒性鉴定(刘祖
祺和张石诚1994)。而植物的生理过程是复杂的,
影响植物抗寒性的因素较多, 指标单一化很难真
实反映植物的抗寒性实质, 因此用多个指标进行
植物的抗寒性综合鉴定是必要的 (张文辉等
2004)。主成分分析法和聚类分析法作为可靠的数
学统计方法, 可以将多个抗寒指标综合分析, 对各
个生理指标做标准化处理, 根据标准处理所得数
据求出其特征值、特征向量值和各因子的贡献率,
选取前3个主成分作为主成分分析的依据, 对14个
福禄考品种进行抗寒性综合排序。目前在紫薇
(Lagerstroemia indica) (唐婉2012)、葡萄(Vitis vi-
nifera) (苏李维等2015)和草莓(Fragaria ananassa)
(杨凤翔等2010)等研究中均应用了这些方法对抗
寒性进行综合评定。本研究如只通过单一指标对
福禄考各品种进行评价, 则通过可溶性糖含量进
行抗寒分析可得‘Sub-06’和‘Sub-07’的抗寒性强; 而
通过MDA进行抗寒分析, 则‘Sub-07’和‘Sub-Ja-04’
的抗寒性强。通过各生理指标结果, 各品种在低
温胁迫下表现出的抗寒性各不相同, 不能从整体
上对14个品种的抗寒性综合分析。进而应用主成
分分析及聚类分析对福禄考属14个品种进行抗寒
性综合分析并对各个品种的抗寒性进行了分级,
得到了丛生福禄考‘Sub-05’、‘Sub-Ja-03’和‘Sub-
Ja-04’属于强抗寒品种的结论, 且丛生福禄考品种
的抗寒性优于锥花品种, 与露地栽培越冬结果基
本一致, 说明主成分分析法及聚类分析优于单一
指标分析, 适用于福禄考品种抗寒性研究, 结果的
获得为下一步福禄考转录组测序和相关抗寒基因
克隆提供了参考。
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植物生理学报496
Physiological response to low temperature stress and comprehensive evaluation of
cold resistance on different Phlox varieties
QU Yan-Ting1,2, XIONG Yan2, HAN Hui2, LI Yang3, ZUO Yu-Hu1,*
1Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing, Heilongjiang 163000, China; 2Institute of Natural Resources and Ecology,
HAS, Harbin 150040, China; 3Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
Abstract: Through the analysis of related physiological indexes of fourteen different Phlox varieties at low
temperatures stress, results indicate that soluble sugar content showed a “decreased–increased–decreased–in-
creased” variation trend while soluble protein content showed a variation trend of “decreased–increased–de-
creased–decreased” along with decline of treatment temperature. Pro, chlorophyll, MDA contents and SOD ac-
tivity of different Phlox varieties had different variation trends, the differences of which were remarkable.
Principal component analysis (PCA) and cluster analysis were used to sort cold resistance of all varieties. It was
divided into three cold resistance grades: strong cold resistant varieties ‘Sub-05’, ‘Sub-Ja-03’ and ‘Sub-Ja-04’;
cold resistant varieties ‘Sub-Ja-01’, ‘Sub-Ja-02’, ‘Sub-06’, ‘Sub-07’, ‘Pan-02’ and ‘Pan-Ru-07’; weak cold-re-
sistance varieties ‘Pan-01’, ‘Pan-Ru-06’, ‘Pan-05’, ‘Pan-04’ and ‘Pan-03’. The result was basically the same as
overwintering observation which show that Phlox subulata varieties had a stronger cold resistance than Phlox
paniculata varieties.
Key words: Phlox; low temperature stress; physiological response; comprehensive evaluation of cold resistance
Received 2015-12-04 Accepted 2016-02-02
This work was supported by the Foreign Cooperation Projects of Heilongjiang Provincial Science and Technology Department (Grant No.
WB10B110), and Basic Applied Technology Research Project of Institutes in Heilongjiang Province (Grant No. STJB2015-06).
*Corresponding author (E-mail: zuoyuhu@163.com).