遵义师范学院校园冬季绿色植物非结构性碳水化合物及生理特性的研究

王连华,李德辉,黎芝秀,张宝成*

(1.遵义师范学院生物与农业科技学院,贵州遵义563006；2.贵州师范大学,贵州贵阳550000；3.山地生态研究所,贵州遵义563000)

非结构性碳水化合物（NSC）主要包括可溶性糖和淀粉[1-2]，它是植物中重要的能量来源[3]，也能反映植物的适应能力[4]。前人对于NSC的研究有：对温带森林12个树种新老枝条[5]、温带三种用材树种[4]、东北典型森林生态系统植物叶片[2]和厚壁毛竹[6]的NSC进行了研究。这些研究集中在自然生态系统中NSC的研究，缺乏对人工生态系统中NSC的研究。对园林绿化植物NSC研究较少，尤其是新建的绿化地。因此，选择校园冬季绿色植物为研究对象，可了解植物体内的NSC含量，分析植物的生长状况，为合理种植校园冬季植物提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

该区年均温度13-18℃[7]，年降水859mm[8]，2018年12月在遵义师范学院采集试验材料，其中草本11种，分别为：金鸡菊（Coreopsis drummondii Torr.et Gray）、飞蓬（Erigeron acer Linn.）、千里光（Senecio scandens Buch.-Ham.ex D.Don）、野豌豆（Vicia sepium Linn.）、蒲公英（Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.）、猪殃殃（GaliumspuriumL.）、麦冬（Ophiopogon japonicus(Linn.f.)Ker-Gawl.）、接骨草（Sambucus javanica Reinw.ex Blume）、羊蹄（Rumex japonicus Houtt.）、白花车轴草（Trifolium repens L.）、水花生（Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.）。

灌木4种，分别为：海桐（Pittosporum tobira(Thunb.)Ait.）、金森女贞（Ligustrum japonicum'Howardii'）、红叶石楠（Photinia×fraseriDress）、杜鹃（Rhododendron simsii Planch.）；乔木 2 种：香樟（Cinnamomum camphora(L.)J.Presl）、柚子（Citrus paradisi Macfad.）。

1.2 材料采集与方法

在校园里采集17种冬季绿色植物的叶子，再把表面的污垢擦拭干净，然后测定其葡萄糖、淀粉、叶绿素和丙二醛含量。植物的每一个生理指标做3个重复。测定葡萄糖和淀粉的含量用苯酚浓硫酸法；测定叶绿素的含量用浸提法[9]；丙二醛含量用硫代巴比妥酸(TBA)的显色反应进行测定。

NSC含量=可溶性糖含量+淀粉含量[6]。

变异系数=（标准差/平均值）×100%。

表1 试验植物葡萄糖和淀粉含量分析（mg/g）

1.3 数据分析

采用EXECL2010和SPSS17.0软件对实验数据进行处理和分析，对数据的标准差、平均值和变异系数进行描述性统计。

2 结果与分析

2.1 植物体内葡萄糖、淀粉和NSC的含量

在草本组中，葡萄糖含量最低的是千里光，平均值为6.03mg/g，含量最高的是麦冬，为34.59mg/g，其余植物都在6.50mg/g以上，飞蓬的变异系数最小。在乔木组中，葡萄糖含量最高的是柚子，最低的是香樟，平均值分别为35.32mg/g，15.19mg/g，柚子的变异系数最小。在灌木组中，葡萄糖含量最高的是海桐，平均值为65.51mg/g，最低的是红叶石楠，为异系数最小。

在草本组中，淀粉含量最高的是麦冬，平均值为43.75mg/g，含量最低的是飞蓬，为10.62mg/g，其余植物在13.00mg/g以上，麦冬的变异系数最小。在乔木组中，淀粉含量最高的是香樟，为68.93mg/g，最低的是柚子，为64.69mg/g，变异系数也最小。在灌木组中，淀粉含量最高的是海桐，平均值为59.61mg/g，最低的是金森女贞，为45.34mg/g，其余植物在46.00mg/g以上，海桐的变异系数最小。

在草本组中，NSC含量最高的是麦冬，平均值为78.34mg/g，最低的是飞蓬，为19.42mg/g，其余植物在21.00mg/g以上，接骨草和野豌豆的变异系数最小。在乔木组中，NSC含量最高的是柚子，平均值为100.00mg/g，最低的是香樟，为84.12mg/g，柚子的变异系数最小。在灌木组中，NSC含量最高的是海桐，平均值为 125.12mg/g，最低的是红叶石楠，为72.10mg/g，其余植物在86.00mg/g以上，海桐的变异系数最小（表1）。

2.2 植物体内的叶绿素含量

在草本组中，叶绿素a含量最高的是水花生，平均值为0.84mg/g，最低的是接骨草，为0.26mg/g，其余植物大于等于0.30mg/g，野豌豆变异系数最小。叶绿素b含量最高的是白花车轴草，平均值为1.12mg/g，最低的是蒲公英，为0.32 mg/g，其余植物大于等于0.35mg/g，麦冬的变异系数最小。总叶绿素含量最高的是白花车轴草，平均值为1.67mg/g，最低的是金鸡菊和飞蓬，为0.70mg/g，其余植物大于等于0.90mg/g，野豌豆的变异系数最小。

在灌木组中，叶绿素a含量最高的是杜鹃，平均值为0.85mg/g，最低的是海桐，为0.28mg/g，变异系数也最小，其余植物在0.30mg/g以上。叶绿素b含量最高的是杜鹃，平均值为0.71mg/g，最低的是金森女贞，为0.49mg/g，其余植物大于等于0.53mg/g，杜鹃的变异系数最小。总叶绿素含量最高的是杜鹃，平均值为 1.56mg/g，含量最低的是海桐，为0.82mg/g，其余植物大于等于0.85mg/g，红叶石楠和杜鹃的变异系数最小。

在乔木组中，叶绿素a含量最高的是香樟，平均值为0.28mg/g，最低的是柚子，为0.17mg/g，变异系数也最小。叶绿素b含量最高的是柚子，平均值为0.65mg/g，最低的是香樟，为0.38mg/g，变异系数也最小。总叶绿素含量最高的是柚子，平均值为0.82mg/g，最低的是香樟，为0.67mg/g，变异系数也最小（表 2）。

表2 试验植物叶绿素a、b含量分析（mg/g）

表3 试验植物丙二醛含量分析（nmol/g）

2.3 植物体内的丙二醛含量

在草本组中，丙二醛含量最高的是白花车轴草，平均值为9.84nmol/g，最低的是猪殃殃，为1.66nmol/g，其余植物都在2.00nmol/g以上，金鸡菊、飞蓬、白花车轴草的变异系数最小。在灌木组中，丙二醛含量最高的是红叶石楠，平均值为12.96nmol/g，最低的是金森女贞，为 1.61nmol/g，其余植物都在6.30nmol/g以上，海桐的变异系数最小。在乔木组中，丙二醛含量最高的是香樟，平均值为14.58nmol/g，最低的是柚子，为10.12nmol/g，变异系数也最小(表 3)。

2.4 试验植物体内各物质平均值含量

按平均值排列，各种物质含量顺序如下：葡萄糖：草本〈乔木〈灌木，分别为17.14mg/g、25.30mg/g、42.61mg/g；淀粉：草本〈灌木〈乔木，分别为24.74mg/g、51.24mg/g、66.81mg/g；NSC：草本〈乔木〈灌木，分别为 41.88mg/g、92.11mg/g、93.85mg/g；叶绿素 a：乔木〈灌木〈草本，分别为 0.23mg/g、0.53mg/g、0.54mg/g；叶绿素b：乔木〈灌木〈草本，分别为0.52mg/g、0.57mg/g、0.67mg/g；总叶绿素：乔木〈灌木〈草本，分别为 0.75mg/g、1.10mg/g、1.21mg/g；丙二醛：草本〈灌木〈乔木，分别为 6.89nmol/g、7.84nmol/g、12.35nmol/g（表 4）。

表4 试验植物体内各物质平均值含量

3 结论与讨论

3.1 讨论

一般认为，糖类作为植物抗逆条件下重要的渗透调节因子，其积累可提高细胞的渗透浓度，提供碳源和代谢废物，诱导与抗寒相关的生理生化过程的发生[10]，提高植物抗低温的能力。相关研究发现，随着低温胁迫的持续，可溶性糖含量持续增加[11]。植物体内可溶性糖的积累程度与植物抗低温能力呈正相关，即可溶性糖含量越多，抗低温能力越大，反之，越小。

植物在越冬前的可塑性物质是体内的淀粉，它是植物越冬的能量和物质来源，其积累在夏季便已开始，在植物的根、干、枝等部位均有积累[12]，随温度的降低，淀粉一部分会水解成糖类，提高抗寒能力；一部分合成纤维素，促进木栓层的形成，加大对氧气的阻隔，降低呼吸速率，减少营养物质的消耗，也提高抗低温能力[13]。王丽雪[14]等发现，淀粉含量和葡萄的抗低温能力密切相关，抗低温能力高的葡萄品种的淀粉含量积累较早且积累量较大，水解相对较晚但水解速度快且彻底，淀粉可转化为可溶性糖和脂肪。在低温时，植物抗低温能力的大小很大程度上由淀粉水解的葡萄糖含量所决定，即水解越多，NSC含量越高，抗低温能力越大。植物体内NSC的含量可提高植物在逆境环境下的生存能力

丙二醛是植物膜质过氧化的最终产物，其含量越高，膜质过氧化程度越高，细胞膜受到的损伤也越大。在逆境条件下，丙二醛含量的高低反映了该植物受到逆境伤害的程度[15]。即植物体内的丙二醛含量越高，受到的损伤越大，抗低温能力越弱，植物含有的丙二醛与抗低温能力大小呈负相关。

NSC是植物光合作用的主要产物，施政等[16]对祁连圆柏NSC含量的研究结果大约为40-50mg/g，而本文所测植物叶片的NSC含量在19-126mg/g之间，可能是所处的自然环境条件的差异性导致；可能由物种之间的差异性所致[2]。

植物体内的NSC含量与叶绿素含量有密切关系，植物所含的叶绿素越多，光合作用就越强，所产生的NSC就越多。本实验叶绿素含量乔木〈灌本〈草本，但NSC含量草本〈乔木〈灌木，与理论不符。造成两者不符合的原因可能是由于不同试验植物的呼吸速率不同，植物的呼吸速率越快，消耗的葡萄糖越多，植物体内的葡萄糖含量越少，葡萄糖和淀粉含量之和就小，即NSC含量越少；可能是由于植物体内所含的丙二醛对植物NSC含量有影响。

3.2 结论

遵义师院新蒲校区17种校园冬季绿色试验植物体内各种物质含量范围大小依次为，葡萄糖：6-66mg/g；淀粉：10-69mg/g；NSC：19-126mg/g；叶绿素a：0.17-0.85mg/g；叶绿素b：0.32-1.12mg/g；总叶绿素：0.67-1.67mg/g；丙二醛：1.66-14.58nmol/g。综合考虑各种因素，在种植冬季校园植物时，为使人工系统引种恰当，应选择NSC和总叶绿素含量高，而丙二醛含量低的植物，即优先选择灌木，同时引种也要考虑种植植物的平均值和变异系数，应选择平均值大，而变异系数小的植物。