北京园林主要常绿阔叶植物抗冻性及其测定方法
第24卷 第3期
2002年5月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERSITY
Vol.24,No.3May,2002
北京园林主要常绿阔叶植物抗冻性及其测定方法
董 丽 黄亦工 贾麦娥 郑淮兵 赵 楠 苏雪痕
1)
2)
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3)
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3
(1北京林业大学园林学院 2北京市园林局北京植物园 3北京林业大学生物科学与技术学院)
摘要 采用电导法、组织变褐法、生长恢复法及TTC还原法研究了北京园林中主要常绿阔叶植物的抗冻性.结果表明,随着低温胁迫的加强,组织的电解质渗透率、褐化指标以及生长恢复后的冻害指数都明显上升,TTC还原法测定的细胞活力明显下降,不同指标的总体趋势高度一致,与种类的抗冻性密切相关.:八角金盘
-10℃以上,洋常春藤、女贞、扶芳藤-8～-12℃,大叶黄杨-1015℃,-20℃,黄杨-15～-25℃.对不同方法比较后认为,.对抗冻
性测定的注意事项进行了探讨.
关键词 常绿阔叶植物,抗冻性,中图分类号 S68
Dongig;Huaibing;ZhaoNan;SuXuehen.Freezingtoleranceandmethodsofevergreenbroad2leafplantsinopengardensinBeijingofChina.Journalof
BeijingForestryUniversity(2002)24(3)70～73[Ch,7ref.]CollegeofLandscapeArchitecture,BeijingFor.Univ.,100083,P.R.China.
Themethodsofelectricconductivity,tissuebrowning,growingrecoveryandTTCreductionwereusedtostudythefreezingtoleranceofmainintroducedevergreenbroad2leafplantsinBeijingopengardens.Theresultsshowthattherelativeelectrolyteleakage,theindexoftissuediscolorationandtheindexoffreezinginjuryaftergrowingrecoveryincreased,whiletherelativeTCCreductiondecreasedapparently,alongwiththeincreaseoffreezingstress.Alltheparametersshowhighcorrelationwiththefreezingtoleranceofdifferentspecies.Themethodofelectricconductivityisrecommendedassimpleandquickcoldhardinessevaluationwayfortheintro2ducedevergreenbroad2leafplants.Thekeypointsrelatedtothismethodarediscussedaswellinthepaper.Keywords evergreenbroad2leafplant,freezingtolerance,electricconductivity
北京地处华北暖温带地区,其寒冷的冬季限制了常绿阔叶植物的正常生长,因而在漫长的冬季城市景观萧条,缺乏生机勃勃的绿色,同时生态环境质量也不能得到有力的改善.近年来,随着全球气候变暖,北京冬季的平均气温也在逐年上升,促使了园林部门对引种、驯化和应用亚热带北缘的常绿阔叶植物的重视.目前,北京园林中已经引种的常绿阔叶植物有20多种,得到较普遍应用的则为数甚少.随着北京申办2008年奥运的成功,对北京的城市景观及生态质量都提出了更高的要求,加上园林工作者普遍认识到城市多样的小气候环境可以为常绿阔叶植物的应用提供较为适宜的场所,因此对此类植物
2002201210收稿
http:ΠΠwww.chinainfo.gov.cnΠperiodicalΠbjlydxxbΠ
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的引种大有方兴未艾之势.但是,由于北京特殊的气候条件,限制植物越冬的环境因子比较复杂,导致引种工作的盲目性和较低的引种成功率.本文作者近些年来系统研究了目前北京园林中应用较为普遍的常绿阔叶植物的越冬状况、适应能力及其机理,以期
为今后引种工作中种类(品种)的规划、筛选和评估以及栽培和应用实践提供基础理论依据.其中主要种类的田间越冬状况已有报道
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,但对其抗冻能力
仍然缺乏较为深入的了解.本试验采用植物抗寒性研究中常用的几种方法对这些种类的抗冻性进行研究,并对不同方法的结果进行比较,试图寻找一种简
便易行又能较为准确地反映此类植物抗冻性的指标
北京市科技项目“北京常绿植物驯化、繁育及示范的研究(9553003300)”资助.
第一作者:董丽,女,1965年生,博士,副教授.主要研究方向:园林植物.电话:[1**********]3 Email:[email protected] 地址:100083北京林业大学园林学院.
3
和方法,满足园林实践中对快速而客观地评估和比较植物抗寒性方法的实际需求.
指数,以冻害指数50%对应的温度作为LT50.1.5 用TTC还原法测定植物抗冻性
1 材料与方法
1.1 植物材料
11月下旬,在黄杨(Buxussinica)、扶芳藤(Eu2
onymusfortunei)、大叶黄杨(Euonymusjaponicus)、八角
参考Steponkous方法并适当改进.将叶片洗净后用滤纸吸干,切成015cm×015cm小块,准确称取100mg,放入10mL试管中,Parafilm膜封口,置于Ju2labaoF40冰冻循环器样品室内,以2℃Πh由室温降至-20℃,期间每隔5℃停留2h,将试管取出置0～4℃化冻12h,加入3mLTTC溶液,30℃下保持15h,
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金盘(Fatsiajaponica)、洋常春藤(Hederahelix)、女贞
(Ligustrumlucidum)、广玉兰(Magnoliagrandiflora)、火棘(Pyracanthafortuneana)、凤尾兰(Yuccagloriosa)等植株中部向阳面各取长15～20cm、粗细均匀的当年生成熟枝条(广玉兰和凤尾兰只取叶片),每枝至少带3～5片生长充实的功能叶,用于抗冻力测试.1.2 用电导法测定植物抗冻性
吸出TTC溶液,蒸馏水洗2～3次,加入7mL95%乙醇在沸水浴中提取5min,定容至10mL,UV2120202型分光光度计530nm处测定光密度.每处理设3个重复.最后以0℃100%计算TTC.TTCLT50.
电导法见参考文献[2].子水洗净后,每种留出5对照,12h,以5℃,降温速度2℃Πh,每温度梯度
茎和叶片经不同低温处理后电解质的渗出率
(图1)呈明显的S形曲线.与对照相比,0℃锻炼对大部分种类茎及叶电解质的渗透率影响不大;八角金盘的茎和叶在低于-5℃后电解质渗透率迅速上升,至-10℃即达到80%左右;扶芳藤叶片的电导率也在该区间急剧上升;相反,黄杨的茎和叶分别在低于-15℃和-10℃以后才明显上升,并且始终保持在较低的水平;其余种类电解质渗漏的跃变区基本在-5～-15℃之间.充分显示了植物抗寒力与电解质渗透率的相关性.2.2 低温对组织变褐的影响
保持5h.每个梯度处理完毕后,分别取出5枝装入充满水蒸气的塑料袋中,置0～4℃冰箱中缓慢解冻24h,室温下恢复12h后,将枝条切成长015cm的
小段,混合取样5段;叶片用1cm打孔器切成圆片,混合取样15片,分别放入试管中,加去离子水15mL,Parafilm膜封口,真空和室温分别浸提30min
2
与115h后用DDS-12A数字电导仪测定电导率
(C1),然后将试管于沸水浴中煮沸20min,冷却后测定总电导率(C).室温对照的茎叶也同时测定本底电导率(D1)及总电导率(D).用公式E=(C1ΠC)×100%计算相对电导率,以50%相对电导率确定LT50.每温度梯度每个样品设5个重复(5枝),电导
被测物种茎和叶在低温处理后,以组织受害褐化程度为指标的冻害指数随温度变化的情况如图2.虽然茎的冻害指数分布不如叶片的规律明显,但
种类之间的差异显而易见.在-15℃以上,黄杨的茎和叶基本上未因冻害造成组织褐化;-15～-30℃之间,火棘和黄杨的茎叶受害最轻,黄杨的冻害指数甚至低于50%;而八角金盘的茎和叶在0～-10℃之间俱明显受害;常春藤、女贞、扶芳藤茎叶受害的跃变区间在-10～-20℃;大叶黄杨的茎和叶分别在低于-15℃和-10℃时明显受害,广玉兰的叶片在低于-10℃后冻害指数快速增加.以组织褐化程度作为受害指标与低温的关系在总体趋势上仍然呈现明显的S形分布.
2.3 低温对生长恢复的影响
率测定混合取样,3个重复.
1.3 用组织变褐法测定植物抗冻性
组织变褐法测定植物抗寒力见参考文献[3],并作适当改进.材料取样和温度处理同前.0～4℃化冰和室温恢复后,将枝条扦插于潮湿的蛭石中,置室温及散射光下培养,两周后用解剖镜及目测记录茎切面及叶片受害及褐变状况.将冻害面积作为受害指数,以50%冻害面积确定LT50.每种每处理5个重复.
1.4 用生长恢复法测定植物抗冻性
植物材料取样、温度处理及植物培养同组织变褐法,生长恢复两周后统计枝条生存状况.以扦插条产生愈伤组织或未产生愈伤组织但枝条外观呈现生活力,叶片绿色不萎蔫代表生活力恢复或保持,以枝条腐烂或干枯、枝上叶片萎蔫统计死亡率作为冻害
生长恢复法是最为直观的测定植物抗寒性的方法.由于本试验所用的试材为已经木质化的枝条,加之这些种类大部分扦插不易生根,对于统计指标的确定带来困难.根据这些种类的生物学特点,本试验采用低温处理后扦插的枝条两周后或生根或发生愈
备生存能力来统计生存率,而枝条腐烂或干枯,枝上
叶片萎蔫统计死亡率作为冻害指数,结果如图3.可以看出,离体枝条受-10℃以上的低温处理后,黄杨的生活力基本可以保持或恢复,但随着冰冻胁迫的加强,恢复的能力越来越低,至-30℃时已完全不能恢复.其余种类均在-5℃以下时受害开始加重,其中八角金盘、洋常春藤及扶芳藤受害最为严重,在-15℃时基本上完全失去生活力;其它种类在-25℃时皆全部死亡.试验采用离体的当年生枝条,
受害后的生长恢复能力或生活力的保持与自然界完整的多年生植株无疑存在差异,但仍然可以明显看
图1 低温处理后茎(A)及叶(B)的相对电导率
FIGURE1 Therelativeelectrolyteleakageofstems(A)and
leaves(B)afterfreezing
treatment
图例同图1
图3 低温处理对生长恢复的影响
FIGURE3 Theindexofdeathrateafterfreezingtreatment
atdifferenttemperatures
2.4 低温对细胞活力的影响
TTC法是对冰冻后组织细胞活力或生存力定量
分析的一种方法.其基本原理是TTC被黄酶还原为红色的三苯甲 ,黄酶又被脱氢酶还原,用比色法测定三苯甲 形成量,确定代谢的强弱和伤害的程度.由于所测种类都可以抵抗0℃低温,为了减少样本量,以0℃处理后的光密度值为对照,计算TTC还原率,结果如表1.随着温度下降,TTC的还原率明显降低,而且种类之间差异显著.至-20℃时,只有黄杨的还原率还接近50%,其次为火棘;扶芳藤、大叶
表1 低温对叶组织细胞TTC还原能力的影响 %
TABLE1 TherelativeTTCreductionofleafafterfreezingtreatment
种名
-5
-105011±1145
-15
-20
处理温度Π℃
图例同图1
图2 低温处理对茎(A)及叶(B)组织褐变指数的影响
FIGURE2 Theinfluenceoffreezingtreatmentonthestem(A)
andleaf(B)tissuebrowning
伤组织,以及虽未发生愈伤组织但茎上叶片没有萎
蔫,茎的颜色正常,表现正常的生活力作为冻后仍具
黄杨扶芳藤大叶黄杨八角金盘洋常春藤女贞广玉兰火棘凤尾兰
99111±310587137±510176117±110648193±31158618±5101
41115±310230149±2169
69165±216355107±315622129±112810127±117976179±116528185±112516177±415614178±316762105±110250115±111835127±311216197±21788115±210381184±2111
52182±113639176±113625177±41046217±1178
36139±213619196±3112
9141±0179
84136±112476144±319855118±114538188±218885149±110554123±215016117±1169
第3期董 丽等:北京园林主要常绿阔叶植物抗冻性及其测定方法73
黄杨、洋常春藤、女贞、广玉兰及凤尾兰等在-10～
-15℃之间还原能力迅速下降,而八角金盘在-5～-10℃之间就已经剧烈下降至28185%.2.5 不同方法测定的LT50
起的不均匀收缩、膜脂相变、膜脂过氧化、冰冻造成
的机械胁迫等而受到伤害,半透性丧失,细胞内电解质外渗,且膜损伤愈严重,离子渗出率愈高,因此可以通过测定电解质的渗漏情况而确定植物的受害程度;加之电导率不受休眠等因素的影响,指标客观,几十年来许多研究者采用此法测定植物在低温下的受害程度及植物的抗寒力,在许多物种上都得到了可靠的结果,有的甚至比生长恢复法更为理想,因此直至今天仍在被广泛使用.电导法使用的设备简单、方法简便,而且低温处理后即可测得实验结果,不需要像组织变褐法及生长恢复法那样观察较长时间,可以用于园林植物的引种、.
,,.栽培在不同地,因此文献具有参考作用,但不能完全代表所在地区的植物抗冻力.植物的抗冻力也随着季节的变化起伏极大,在自然界,植物必须经过深秋的抗寒锻炼,在生命活动中发生一系列的深刻变化,才能具备最大的抗寒力,因此测定植物抗寒力时,必须对样品进行充分锻炼.实验室测定植物抗寒力时,植物材料常常是离体的,且只受到温度的影响,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,其抗寒力也必然受到温度以外的其它因子的影响.如北京地区的植物不仅要经历冬季漫长的低温阶段,而且还会受到严重的干旱、冻干、冻拔和多风的影响,甚至冬季低温下还会诱发光氧化伤害.因此对植物抗寒力评估时,必须综合考虑,才能不失偏颇,避免对生产和应用的错误指导.
参
考
文
献
[7]
为了更确切地表述植物的抗冻能力,对上述研究结果以冻害指数达50%(或TTC还原达50%)时对应的温度作为LT50,结果如表2,不同方法测定的结果趋势基本一致.虽然对同一种类不同方法的LT50存在差异,但除了组织变褐法测定的火棘和凤尾兰的LT50明显低于其它方法,其余种类差异的幅度不大,说明选用指标都能较好地代表植物的抗冻性.这种差异也反应了植物受冰冻胁迫后的生理反应在物种之间的表现不尽相同.综合本实验测定结果,可以对被测植物大致的抗冻能力总结如下:八角金盘-10℃以上,洋常春藤、女贞、--12℃,大叶黄杨-10～-、火棘兰-15～-2025.
表2 不同方法测定的LT50
TABLE2 TheLT50determinedbydifferentmethods种类黄杨
扶芳藤大叶黄杨八角金盘洋常春藤女贞广玉兰火棘凤尾兰
电导率法
-1911-715-1010-712-718-610-1613-1214-1510
]
组织变褐法生长恢复法
-2217-1110-1410-510-1213-910-1715-2510-2510
-2014-715-1010-713-712-915-1510-1511-1512
组织活力分析法
-1917-1010-1113-718-1010-918-1213-1616-1110
3 抗寒力测定方法的讨论
测定植物抗寒性的方法很多,但有的测定技术复杂,有的需要精密的仪器和设备,或工作量大而不适合大样本的测试.实践中,为了能简便、快速地了解植物的抗冻能力,常用的是生长恢复法以及能反应膜特性的电导法.本研究为了摸索园林生产和应用中对常绿阔叶植物抗寒性鉴定的方法,采用了较为简便和具有代表性的4种方法,测定结果在总趋势上是一致的,而且符合田间观察的越冬状况,表明所选指标都能较好地代表这些种类的抗冻性.
分析不同指标的LT50,可以看出大部分种类以电解质渗透率为指标的LT50与生长恢复法确定的LT50非常接近,显示了受冻后电解质的渗透状况与植物生活力的保持和恢复有密切关系.植物在低温下受到伤害时最先被冲击的是膜系统.膜因低温引
[5,6]
1 董丽.北京园林中常绿阔叶植物引种栽培现状及思考.北京林
业大学学报,2001,23(Supp.):68～70
2 上海植物生理学会编
.植物生理学实验手册.上海:上海科学
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6 王荣富.植物抗寒指标的种类及其应用.植物生理学通讯,1987
(3):49～55
7 LevittJ.Responsesofplantstoenvironmentalstresses,Vol1.Chilling,
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(责任编辑 董晓燕)