全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 1) : 147 ～ 150
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 01-0147-04
4 种地锦属植物半致死低温及抗寒生理指标研究
杨学军1 , 2 , 孙振元1* , 韩 蕾1 , 巨关升1, 彭镇华1
( 1. 中国林业科学研究院林业研究所 , 国家林业局林木培育重点实验室 , 北京 100091;
2. 北京草业与环境研究发展中心 , 北京 100097)
关键词: 地锦属; 半致死低温; 水分饱和亏; 可溶性糖; 可溶性蛋白; 丙二醛; 脯氨酸
中图分类号: S731.2 文献标识码: A
收稿日期 : 2009-09-16
基金项目 : 国家科技支撑计划“优质抗逆专用地锦新品种选育”( 2006 BAD01A19-5 )
作者简介 : 杨学军 ( 1974— ) , 男 , 内蒙赤峰人 , 助理研究员 , 博士 , 从事园林植物生理生态学研究 .
* 通讯作者 : 孙振元 , 研究员 , 博士生导师 , E-mail: Sunzy@ 263. net
Study on Semi-lethal Low Temperatures and Physiological Index for
Cold Resistance of Four Parthenocissus Species
YANG Xue-jun1, 2 , SUN Zhen-yuan1* , HAN Lei1, JU Guan-sheng1 , PENG Zhen-hua1
( 1 Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation, State Forestry Administration,
Beijing 100091, China; 2. Beijing Research and Development Center for Grass and Environment, Beijing 100097, China)
Abstract: Treated by freezing, 1-year-old dormant branches of four Parthenocissus species were used as test
materials to determine the electro-conductivities. According to Logistic equation fitting, the semi-lethal low
temperatures were calculated. The result showed that the semi-lethal low temperatures and freezing tolerance of the
examined species were ranked as: Parthenocissus quinquefolia( - 16. 63 ℃) , P. tricuspidata( - 10. 78 ℃) , P.
laetecirens( - 10. 29 ℃) , and P. henryana( - 7. 72 ℃) . By comparing several physiological indexes including
water saturation deficit, soluble sugar, soluble protein, MDA, and proline contents, it was found that after cold
stressing for a whole winter the soluble sugar and proline contents were well correlated to semi-lethal low
temperatures. So both of them could be used as the physiological indexes for cold tolerance identification and
selection of cold-resistant variety.
Key Words: Parthenocissus; semi-lethal low temperature; water saturation deficit; soluble sugar; soluble protein;
MDA; proline
地锦属植物是城市立体绿化、荒山荒漠绿化的
优良材料。我国野生地锦属植物有 9 个种, 栽培中
常用的只有地锦 ( Parthenocissus tricuspidata ( Sieb.
&Zucc. ) Planch. ) 和五叶地锦 ( P. quinquefolia ( L. )
Planch. ) [ 1 ] 。中国林业科学研究院引种的川鄂爬山
虎 ( P. henryana Hemsl. ) 、绿爬山虎 ( P. laetevirens
Rehd. ) 已连续 3 年在院内试验地露地越冬, 但对其
抗寒性研究国内外未见报道。以电解质外渗率研究
植物抗寒性是最有效手段之一 [ 2 ] , 电解质外渗率结
合 Logistic 曲线方程推导半致死低温能准确地反映
植物耐受的低温极限, 在园林植物抗寒性研究中得
到验证并已广泛应用 [ 2 - 4 ] 。为确定地锦属植物的抗
寒性, 本文以 4 种地锦属植物 1 年生休眠枝为材料,
研究不同低温处理条件下枝条的电解质外渗率, 结
合 Logistic 方程计算半致死低温, 研究还筛选出与地
锦属植物抗寒相关性较高的生理指标, 为地锦属植
物引种、育种和栽培应用提供理论依据。
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
1 材料与方法
1. 1 试验材料
中国林业科学研究院院内试验地地锦、五叶地
锦、川鄂爬山虎、绿爬山虎的 1 年生休眠枝。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 地锦属植物枝条低温处理 2007 年 3 月
1 日选取生长一致、叶芽饱满的 1 年生枝条, 剪成
10 ～ 15 cm枝段, 保留 2 个芽, 用自来水冲洗干净,
然后用蒸馏水冲洗 3 次, 吸干水分后, 装入聚乙烯袋
中, 分别置于设定温度为 0、- 5、- 10、- 15、- 20、
- 25、- 30、- 35 ℃的低温冰箱中, 低温处理 24 h。
以 0 ℃冰箱中保存的枝条为对照( CK) , 每种低温处
理 10 根枝条, 3 次重复。
1. 2. 2 电解质外渗率 ( REC) 测定 [ 5 ] 随机取每种
低温处理的 3 根枝条, 剪成 1 cm小段, 称 2 g 于 50
mL三角瓶中, 加 20 mL 蒸馏水, 真空渗入 10 min,
3 000转离心 10 min后, 用 DDS-12DW 型电导仪测定
电导值 R1 ; 之后将三角瓶封口置于高压锅内 105 ℃
煮 10 min, 取出冷却后离心 10 min, 测定电导值 R2。
电解质外渗率 = ( R1 /R2 ) ×100% 。
1. 2. 3 萌芽率的测定 取每种低温处理的 7 根枝
条, 在人工气候箱中 25 ℃条件下水培, 调查累计
20 d的发芽数。
1. 2. 4 地锦枝条生理指标测定 [ 1]
( 1) 水分饱和亏 ( WSD) 的测定 [ 6 ] : 选取生长一
致、叶芽饱满的 1 年生枝条, 剪成 15 ～ 20 cm枝段,
分 3 组, 每组 6 个, 称鲜质量 Wf, 在密闭黑暗处吸水
24 h 称其饱和质量 Wt, 再放于烘箱烘干后称其干质
量 Wd。WSD = ( Wt - Wf) / ( Wt - Wd) 。
( 2) 可溶性蛋白质含量的测定: 采用紫外吸
收法 [ 5] 。
( 3) 可溶性糖含量的测定: 采用蒽酮比色法 [ 5 ] 。
( 4) 丙二醛含量的测定: 采用硫代巴比妥酸
( TBA) 显色法 [ 5] 。
( 5) 脯氨酸含量的测定: 采用茚三酮显色法 [ 5 ] 。
1. 3 数据分析
用 SPSS 软件进行方差分析。
采用 OriginPro7. 0 软件将电解质外渗率拟合成
Logistic 曲线方程 [ 5 ] 。电解质外渗率变化曲线为“S”
形, 求出曲线的拐点温度能较准确地估计出植物组
织损伤的起始温度 ( LT10 ) 、半致死温度 ( LT50 ) 和组
织细胞膜接近全透性时的致死温度。Logistic 方程
拟合公式为:
y = a /( 1 + be - kt )
式中: y 为电解质外渗率, t 为处理温度, k 为电
解质外渗的饱和容量, a, b 为方程参数。
对 Logistic 方程求二阶、三阶导数, 并令 d2y/ dt2
= 0, d3 y/ dt3 = 0, 则得到:
t1 = ( lnb) / k
t2 = [ ln( b /3. 732 1) ] / k
t3 = [ ln( b /0. 268 0) ] / k
t1 为电解质外渗率随温度下降而增加最快时的
温度; t2、t3 为 Logistic 曲线的 2 个拐点, 分别代表组
织损伤的起始温度( LT10 ) 和组织细胞膜接近全透时
的温度 [ 6 ] 。
2 结果与分析
2.1 半致死低温分析
2. 1. 1 低温处理对枝条萌芽率的影响分析 地锦、
五叶地锦、川鄂爬山虎、绿爬山虎枝条经过低温处理
后枝条萌芽率明显降低, 萌芽率低于 50% 时的温度
即植物半致死低温 [ 7 ] 。从图 1 可以看出: 4 种地锦
属植物分别在 - 15、- 20、- 10、- 10 ℃时枝条的萌
芽率低于 50% 。当温度为 - 25 时地锦的萌芽率为
12. 5% , 温度为 - 35 ℃时五叶地锦的萌芽率仍有
5% , 而川鄂爬山虎和绿爬山虎在 - 20 ℃时就失去
萌芽能力, 说明地锦和五叶地锦比川鄂爬山虎和绿
爬山虎耐低温。
图 1 低温处理对 4 种地锦属植物枝条萌芽率的影响
2. 1. 2 电解质外渗率 Logistic 曲线方程拟合分析
相对电导率达到 50% 时的温度可以作为枝条的半
致死低温 [ 8 ] , 从图 2 可以看出: 地锦、五叶地锦、川鄂
爬山虎、绿爬山虎枝条分别在 - 20、- 25、- 15、- 15
℃时电解质外渗率超过 50% 。
4 种地锦属植物枝条的电解质外渗率随低温处
理温度的降低均呈“S”形上升 ( 图 2) 。用 Logistic
方程对实验数据进行拟合, 得出地锦、五叶地锦、川
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第 1 期 杨学军等: 4 种地锦属植物半致死低温及抗寒生理指标研究
鄂爬山虎、绿爬山虎方程参数, 计算出枝条的组织伤
害起始温度分别为 - 2. 67、- 5. 92、- 2. 77、- 2. 65
℃; 半致死低温分别为 - 10. 78、- 16. 63、- 7. 72、
- 10. 29 ℃; 细 胞 膜 接 近 全 透 时 温 度 分 别 为
- 18. 92、- 27. 33、- 12. 67、- 17. 96 ℃。
图 2 不同低温处理 4 种地锦属植物休眠枝条电解质外渗率变化 Logistic 方程拟合曲线
2. 2 4种地锦属植物休眠枝条生理指标与抗寒性
相关性分析
由表 1、2 可以看出: 4 种地锦属植物水分饱和
亏与半致死低温相关系数为 0. 725, 五叶地锦水分
饱和亏为 9. 21% , 显著低于其他 3 种地锦。可溶性
糖含量与半致死低温相关系数为 - 0. 945, 五叶地锦
干叶可溶性糖含量为 139. 8 mg·g - 1 , 显著高于地锦
( 101. 3 mg·g - 1 ) , 地锦显著高于川鄂爬山虎。可溶
性蛋白含量与半致死低温相关系数为 - 0. 806, 五叶
地锦和地锦鲜叶的可溶性蛋白含量分别为 29. 96、
28. 52 mg·g - 1 , 显著高于绿爬山虎和川鄂爬山虎。
丙二醛含量与半致死低温相关系数为 - 0. 861, 五叶
地锦、地锦的丙二醛含量与绿爬山虎的差异均不显
著, 但显著高于川鄂爬山虎。脯氨酸含量与半致死
低温相关系数为 - 0. 901, 五叶地锦和地锦鲜叶的脯
氨酸含量分别为 0. 832、0. 714 mg·g - 1 , 显著高于绿
爬山虎和川鄂爬山虎。
表 1 4 种地锦属植物半致死低温与生理指标的相关性
生理指标 水分饱和亏 可溶性糖 可溶性蛋白 丙二醛 脯氨酸
相关性 0. 725 - 0 . 945 - 0 . 806 - 0. 861 - 0. 901
表 2 4种地锦属植物抗寒生理指标的多重比较
测试指标 水分饱和亏 /%
可溶性糖 /
( mg· g - 1 )
可溶性蛋白 /
( mg·g - 1 )
丙二醛 /
( μmol· g - 1 )
脯氨酸 /
( mg·g - 1 )
五叶地锦 9. 21 ±5. 52 b 139 . 8 ±15. 5 a 29. 96 ±4 . 07 a 10. 33 ±4 . 77 a 0. 832 ±0 . 07 a
地锦 20. 37 ±2. 47 a 101 . 3 ±5. 78 b 28. 52 ±2 . 71 a 9. 24 ±1 . 82 a 0. 714 ±0 . 15 a
绿爬山虎 31. 26 ±14. 12 a 114 . 5 ±6. 84 bc 16. 47 ±4 . 18 b 7. 84 ±2 . 09 ab 0. 528 ±0 . 04 b
川鄂爬山虎 21. 30 ±11. 60 a 95 . 1 ±3. 42 c 10. 65 ±4 . 33 b 4. 70 ±3 . 35 b 0. 449 ±0 . 03 b
注 : P < 0. 05。
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林 业 科 学 研 究 第 23 卷
3 结论与讨论
以低温处理的 4 种地锦属植物的枝条萌芽率估
算的半致死低温与电解质外渗率结合 Logistic 曲线
方程计算的致死温度较一致。根据半致死低温得出
4 种地锦属植物抗寒性由大到小的顺序是: 五叶地
锦、地锦、绿爬山虎、川鄂爬山虎。本研究取样时, 地
锦属植物已解除自然休眠, 进入强迫休眠期。五叶
地锦、地锦、绿爬山虎、川鄂爬山虎半致死低温分别
为 - 16. 63、- 10. 78、- 10. 29、- 7. 72 ℃。北京 3 月
份极端低温为 - 10 ℃ [ 9 ] , 五叶地锦、地锦、绿爬山虎
在北京地区不会受到冻害, 而川鄂爬山虎可能会受
冻害, 不适宜大面积应用。
可溶性糖和脯氨酸与地锦属植物半致死低温均
为负相关, 相关系数分别为 - 0. 945、- 0. 901, 能较
准确地反应植物抗寒性大小, 可作为地锦属植物抗
寒性鉴定和抗寒种质筛选的生理指标。这与其他学
者对珙桐( Davidia involucrate Baill. ) [ 1 0] 、葡萄 ( Vitis
vinifera L. Fl. Sp. )
[ 1 1] 、乐昌含笑 ( Michelia chapensis
Dandy. ) [ 12 ] 、菊 花 ( Dendranthema morifolium Tz-
vel. )
[ 13 ] 、马蹄金 ( Dichondra repens Forst. ) [ 14] 、无花
果( Ficus carica Linn. Sp. Pl. ) [ 1 5] 、大叶黄杨( Buxus
megistophylla Levl. )
[ 16] 的研究结果相同, 但也有研
究与本文研究结果不同, 文献 [ 17 - 21] 认为以可溶
性蛋白或丙二醛含量做为抗寒性筛选指标更为可
靠。可溶性糖可提高细胞的渗透浓度、降低水势、增
加保水能力, 从而使冰点下降 [ 22 ] 。脯氨酸含有亚氨
基, 能促进蛋白质水合作用, 维持细胞结构, 调节渗
透势, 许多植物在低温胁迫时体内游离脯氨酸出现
异常的大量积累 [ 23] 。
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