优良暖季型观赏草抗寒性研究

宗俊勤，高 鹤，郭爱桂，刘建秀

(江苏省中国科学院植物研究所 南京中山植物园，江苏 南京 210014)

草本植物是植物王国中最大、最重要的类群，是植物多样性的宝库[1]。近年来我国随着园林生态和环保水平的日益提升，人们越来越重视对观赏草这种有着低养护低消耗、观赏价值优良和自然野趣浓烈的新型景观材料的开发和研究。观赏草作为紧密契合此发展趋势的优良材料目前已在多处得到应用和推广[2-5]。但在引种和选育暖季型观赏草的过程中，尤其对冬季温度相对较低的北方地区而言，在计划引种前就必须对材料的抗寒性有初步了解[6]。

柳枝稷(Panicumvirgatum)、芒(Miscanthusspp.)、矮蒲苇(Cortaderiaselloana)、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)等暖季型观赏草夏季生长旺盛，而冬季除矮蒲苇保持常绿外，枯黄期的到来对其冬季景观是不小的影响，其抗寒力决定了在南京地区的冬季存活率和表现。国外有不少对暖季型观赏草冬季越冬情况的研究[7-8]，但均是进行越冬观测，鲜见室内抗寒性鉴定的报道。衡量植物抗寒力大小的方法不一，电导率法是常用的鉴定方法之一。自Dexter等[9]使用电导法测定植物抗性以来，这种方法得到了不断完善和发展;Sukumaran等[10]提出电解质透出率达50%时为半致死温度(简称LT50)，但半致死温度并不总是表现为电解质透出率达50%时的温度。Rajashekar等[11]用Logistic曲线描述低温对植物细胞膜的伤害过程，提出曲线拐点为LT50的观点，使电导法应用范围更加广泛。张钢等[12]介绍了一种快速简便测定抗寒性的方法，即电阻抗图谱法(EIS法)，并介绍了该法的基本原理，指出胞外电阻率是确定抗寒性最适用的一个参数。利用改良电导法进行材料抗寒性研究是经许多试验[13-16]证实且简单、可靠的方法，广泛应用于不同材料的抗寒性鉴定及评价中。

对于暖季型观赏草的育种者而言，选育抗寒性强且绿期相对较长的新品系则是理想的选育目标。郭海林等[17-18]对结缕草(Zoysiajaponica)的抗寒性与青绿期进行回归分析后发现，青绿期与LT50之间无回归关系。而Hagenson等[16]认为苜蓿的秋季生长与抗寒性在遗传上是独立加以调控的，也就是说青绿期与抗寒性可以同时改良。

本试验在上述研究的基础上，采用测定电导率的方法对8种暖季型观赏草材料的抗寒性进行鉴定，并结合材料在南京地区的物候期观测，以期为南京及其以北地区的引种和选育优良观赏草新品系提供参考。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验地位于32°02′ N，118°28′ E，海拔30～40 m，年平均温度15.4 ℃，1月平均气温为2.3 ℃，7月平均气温27.7 ℃，1月绝对最低气温-13.0 ℃，7月绝对最高气温43.0 ℃，年平均降水量1 013 mm。试验地土壤有机质含量5.098%，全氮0.212%，速效磷(11.2 mg/kg，速效钾含量(257.4 mg/kg，土壤pH值7.08，土壤肥力中等且分布均匀，试验地进行统一管理。

1.2试验材料 拟研究的材料有8份，分别为柳枝稷 (P.virgatum‘Rehbraun’)(美国)、劲芒(M.sinensis‘Strictus’)(美国)、遍生芒(M.sinensis‘Cosmopolitan’)(美国)、歌舞芒 (M.sinensis‘Cabaret’)(美国)、狼尾草(中国上海)、矮蒲苇(C.selloana‘Pumila’)(美国)、甜茅(Saccharumravennae)(中国上海)、紫田根(S.arundinaceum)(中国上海)。材料引种后栽植于江苏省中科院草业研究中心苗圃，试验地进行必要的肥水管理以及杂草和病虫害的防治，春季返青前将枯草加以清理。

1.3试验方法 抗寒性鉴定试验于2007年9月17-20日在江苏省中国科学院植物研究所观赏中心实验室进行，同时对供试材料的当年物候期进行观察和记录。

1.3.1物候期观测 选择密度适宜的代表性样地，于2007年1-12月连续观察并记录材料的物候期，并根据返青期和枯黄期推算出青绿期。

返青期：越冬后60%萌发绿叶旺盛生长；孕穗初期：20%植株的剑叶露出叶鞘，茎秆中上部呈纺锤形；盛花期：80%植株中部小穗开花；枯黄期：60%植株叶片枯黄；青绿期：返青日期与枯黄日期之间的天数。

1.3.2抗寒性鉴定

（1）通风：是猪舍降温放热的有效措施，即可排除舍内的热量，又能改善空气污浊度，保持舍内空气新鲜。实际生产中要依据舍内空气质量和温湿度的情况，适时通风换气。

取材：于苗圃地中剪取完全开展的中部健康成叶若干，迅速带回实验室，用清水洗去叶片表面的灰尘，去离子水浸洗3～4遍，吸干，剪成2 cm×2 cm大小的叶段4～5 g，置于洗净并用去离子水浸洗控干的试管中，用保鲜膜封口。

低温处理：用9610型低温循环仪(美国Po1yScience公司出品)进行模拟低温处理，设10、5、0、-5、-10、-15、-20和-25 ℃ 8个水平，每温度处理重复3次。将装有叶片材料的试管放入低温循环仪，每温度处理1.5 h，每2个温度之间降温1 h。

电导率测定：将每温度处理材料分成4等份，即4个重复，每重复0.5 g，置于去离子水浸洗并烘干的试管中，加20 mL去离子水，过夜，次日测沸前电导率(电导率仪：DOS-307型)，然后将试管用沸水煮25 min，待完全冷却后测沸后电导率。

1.4数据分析 对观察的数据以3月1日为0，对其他数据进行换算，并以换算后的数据与LT50进行相关性分析。

相对电导率=(冷冻电导率/煮沸电导率)×100%[19]，用Logistic方程y=k/(1+ae-bx)(a为曲线渐进度、b为曲线斜率、k为方程系数，且a、b、k均>0)拟合，求出该方程出现拐点时的温度值，Logistic曲线的拐点在x=lna/b处，此拐点温度是细胞膜受害达到总细胞膜伤害率50%的温度，也称为半致死温度(LT50)。

试验数据用回归相关通径分析软件和SPSS 11.0分析并作图。

2 结果与分析

表1 供试材料物候期观测结果

2.2叶片相对电导率随低温胁迫的变化规律 随着温度的降低，叶片细胞膜伤害率增大，细胞膜透性增大，类囊体破坏，电解质不断渗出，电导率增大。8份材料的细胞电解质渗出液相对电导率随温度降低，均呈明显的缓和上升、骤升、平稳的变化过程，将相对电导率和温度配合Logistic方程进行拟合[20]，拟合曲线呈明显的“S”型，与Logistic方程具有较好拟合度，达到显著或极显著差异水平，方程相关参数a、b、k及半致死温度(LT50)列于表2，阻滞回归曲线以矮蒲苇为代表(图1)。由此可以看出，利用电导率法对不同的观赏草进行抗寒性鉴定是可行的，这为观赏草材料的抗寒性快速鉴定提供了一套方便、快捷的方法。

图1 矮蒲苇的阻滞方程拟合曲线

9月测定8种材料的半致死温度排序从小到大分别为紫田根(-12.8 ℃)<甜茅(-9.9 ℃)<劲芒(-6.5 ℃)<矮蒲苇(-5.0 ℃)<歌舞芒(-3.7 ℃)<遍生芒(-3.2 ℃)<狼尾草(-2.3 ℃)<柳枝稷(2.2 ℃)。紫田根抗寒性最强，而柳枝稷抗寒性最差，材料在抗寒性方面差异较大，最强和最差材料的半致死温度差别达到了15.0 ℃(表2)。

2.3供试材料物候期与LT50的相关性分析 LT50与物候期之间均未发现有显著的相关性，而与青绿期之间也无显著相关。也就是说，材料的抗寒性与物候期尤其是材料的青绿期之间相关性不显著，表明观赏草的抗寒性与青绿期可以同时提高，这样就有可能选育出抗寒性强且青绿期长的材料。

表2 8份材料的阻滞方程及半致死温度(LT50)

3 讨论与结论

所有材料中，矮蒲苇青绿期最长，而柳枝稷的最短。冬季枯黄的材料中，不同材料其物候期存在差异，盛花期差异最大，最早的材料柳枝稷和最晚的材料紫田根相差109 d，而返青期差异最小，最早的材料歌舞芒与最晚的材料柳枝稷仅相差20 d。

对观赏草材料进行电导率测定的研究发现，不同植物材料在选择测定部位时是不同的[21-23]，观赏草叶片较大且叶脉明显，不适合采用其他单子叶植物常用的整张叶片剪碎的方法[18,22]，采用去除叶脉后剪碎的方法，可以获得较为准确的试验结果。8份材料叶片的细胞电解质渗出液相对电导率随温度降低，均呈明显的缓和上升、骤升、平稳的变化过程，将相对电导率和温度配合Logistic方程进行拟合，拟合曲线呈明显的“S”型，与Logistic方程具有较好拟合度，达到显著或极显著差异水平[21]，此结果与徐康等[23]对茶梅(Camelliasasanqua)的研究结果类似。利用电导率法可以对观赏草抗寒性进行初步的鉴定，这为观赏草的引种、开发和利用过程中快速了解其抗寒特性提供了一条行之有效的途径。

虽然矮蒲苇的青绿期最长，全年保持常绿，但是其LT50仅-5 ℃，其他材料青绿期的长短与LT50也不一致，通过对LT50与物候期之间进行相关分析，未发现两者有显著相关性，这与对结缕草属植物抗寒性和青绿期的研究结论类似[18]。也就是说观赏草材料的抗寒性与青绿期是可以同时提高，这样就为选育抗寒性强且青绿期长的材料提供了可能。

供试观赏草材料的半致死温度差异较大，8种材料的半致死温度排序从小到大分别为紫田根(-12.8 ℃)<甜茅(-9.9 ℃)<劲芒(-6.5 ℃)<矮蒲苇(-5.0 ℃)<歌舞芒(-3.7 ℃)<遍生芒(-3.2 ℃)<狼尾草(-2.3 ℃)<柳枝稷(2.2 ℃)。最强和最差材料的半致死温度差别达到了15.0 ℃，这在一定程度上反映了供试的材料抗寒性的差异，这对于初步确定上述8份材料的推广范围提供了试验依据，为观赏草的进一步开发、利用提供了理论保障。

[1]洪绂曾.倡导草文化[J].草原与草坪,2001(3):3-4.

[2]胡东燕,王雪芹,郭翎.观赏草在北京园林中的应用[A].奥运环境建设城市绿化行动对策论文集[C].北京：北京园林学会,2006:275-279.

[3]张治,夏宜平.杭州城市绿地中的观赏草调查及其配置应用[J].中国园林,2008(12):15-20.

[4]丰会民,张志国.几种观赏草在上海园林的应用[J].安徽农业科学,2008,36(22):9470,9551.

[5]高鹤,刘建秀.南京地区观赏草的种类、观赏价值及其造景配置[J].草原与草坪,2005(3):13-16.

[6]陈进勇.观赏草在园林中的应用[A].见：张佐双.植物园研究[M].北京：中国林业出版社,2006:280-284.

[7]Harvey M P,Brand M H.Growth and macronutrient accumulation ofChasmanthiumlatifolium(Michx.) Yates andHakonechloamacraMakino ‘Aureola’ in response to temperature[J].Hort Science,2002,37(5):765-767.

[8]Meyer M H,Cunliffe B A.Effects of media porosity and container size on overwintering and growth of ornamental grasses[J].HortScience,2004：39(2):248-250.

[9]Dexter S T,TotinghamW E,Graber L F.Preliminary results in measuring the hardiness of plants[J].Plant Physiology,1930,5(2):215-223.

[10]Sukumaran N P,Weiser C J.An excised leaflet test for evaluating potato frost tolerance[J].HortScience,1972,7:467-468.

[11]Rajashekar C. Membrerance Structural Transitions:Probable Relation to Frost Damage in Hardy Herbaceous Species, Low Temperature Stress in Crop Plants[M].New York：Academic Press,1979:255-274.

[12]张钢,肖建忠,陈段芬.测定植物抗寒性的电阻抗图谱法[J].植物生理与分子生物学学报,2005,31(1):19-26.

[13]骆建霞,史燕山,张旭.电导法对8种地被植物抗寒性的测定[J].天津农学院学报,2005,12(3):10-13.

[14]王丹,宣继萍,郭海林,等.暖季型草坪草不同营养器官耐寒力的动态变化[J].草业科学,2010,27(3):26-30.

[15]蒋安,郭彦军,范彦,等.低温胁迫对墨西哥玉米幼苗抗寒性的影响[J].草业科学,2010,27(3):89-92.

[16]Hagenson D M,Cumningham S M,Volence J J.Root physiology of less fall dormant, winter hardy alfalfa selection[J].Crop Science,2003,43:1441-1447.

[17]郭海林,刘建秀,朱雪花,等.结缕草属杂交后代抗寒性评价[J].草地学报,2006,14(1):24-28.

[18]郭海林,高雅丹,薛丹丹,等.结缕草属植物抗寒性的遗传分析[J].草业学报,2009,18(3):53-58.

[19]朱根海,朱培仁.小麦抗冻性的季节变化及温度对脱锻炼的效应[J].南京农学院学报[J],1984(2):9-16.

[20]莫惠栋.Logistic方程及其应用[J].江苏农学院学报,1983,4(2):53-57.

[21]李振国.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,1999:302-303.

[22]许瑛,陈发棣.菊花8个品种的低温半致死温度及其抗寒适应性[J].园艺学报,2008,35(4):559-564.

[23]徐康,夏宜平,徐碧玉,等.以电导法配合Logistic方程确定茶梅‘小玫瑰’的抗寒性[J],园艺学报,2005,32(1):148-150.