冀北地区月季抗寒性研究综述

李岩，郅学超，王平，池海清，张文杰，李营，胡展森*

（1.承德市农林科学院，河北 承德 067000；2.承德县农业农村局，河北 承德 067400）

月季花（Rosa chinensis），又名月季，是蔷薇科（Rosaceae）蔷薇属一年四季都开花的灌木[1]。月季花具有颜色丰富、花型优美、花色绚丽、花香浓郁、花期悠长等优点，深受人们喜爱，在全世界享有盛名，是我国十大传统名花之一，被誉为“花中皇后”。月季的适应能力较强，在园林建设中有着重要的作用，其品种多样性已被大家所认可，如常见的藤本月季、微型月季、丰花月季等。月季作为药材是多种中医药方的组成部分，在商业生产中具有较高的经济价值，同时也是日常生活中的重要花卉之一，在我国各地均有种植。

月季的种植受到各种因素的影响，其中温度是重要的影响因素。低温是作物生长过程中重要的非生物胁迫因子，在一些极端寒冷的天气条件下，月季的发展及推广受到了严重制约。因此亟需提高月季的抗寒性并选育出抗寒月季品种，这对于月季在气温极低的地区能够更好地发挥其价值意义重大。

1 研究进展

在国外的研究进展中，最早提出的“膜脂相变”学说，是指经过一段时间的低温，膜脂从液晶相转变为凝胶相的过程，归结为冷害的原初反应[2]。冷害是指大自然中温度高于0℃对植物的损害，会对植物的光合作用产生影响，同时会发生呼吸代谢以及物质代谢失调的生理现象；而冻害则是指大自然温度低于0℃时对植物产生的不可逆转的变化，包括细胞和组织的损伤。当植物受到低温伤害后，会引起一系列细胞代谢功能的改变。一般可采用可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、脯氨酸含量、含水量、SOD 活性、POD 活性、丙二醛含量、光合作用和呼吸作用等相关指标研究植物的抗寒性[3]。在国外，许多学者进行了对月季新品种的培育研究，随着环境的变化，植物抗低温基因工程技术相继问世。1977年，美国艾奥瓦州立大学的Griffith J. Buck 培育出了可以耐-38℃低温的聚花月季新品种。1992年，英国学者David Austin 培育出纪念英国女王登基40 周年的月季新品种，同样表现出了优良的抗寒特性。由此可见，在月季抗寒新品种的培育上，国外学者作出了巨大贡献[4]。

在国内的一些研究中不难发现抗寒技术的逐步深入，也让月季的抗寒选育研究得到发展[5]，如通过杂交的方式获得了许多抗寒月季品种。国内学者试着通过利用弯刺蔷薇作为父本与现代月季品种进行远缘杂交，先后培育了“天山”系列抗寒月季品种。新疆石河子园林科学研究所利用弯刺蔷薇、宽刺蔷薇与现代月季品种进行杂交，选育出的月季品种表现出极强的抗寒性，可以在-32℃安全露地过冬[6]。最近有学者通过对月季的相关生理特性研究进行了抗寒性的选育，并鉴定评价了一批抗寒能力强的品种。车代弟等[7]通过对丰花月季品种进行相关生理特性研究，测定了含水量、电导率以及可溶性蛋白含量，最终得到了抗寒性较强的红眼圈品种。朱晓非等[8]以6 个微型月季品种带叶枝条为试验材料，比较筛选出了在上海乃至长三角地区抗寒性表现较强的微型月季品种‘白珂斯特’。刘璐等[9]通过研究低温胁迫对地被月季生理特性以及抗氧化酶活性的影响，评价出了3 个品种地被月季的耐寒性依次为‘巴西诺‘＞‘紫微星’＞‘白米农’。在基因工程方面，国内学者对与抗寒直接相关的功能基因，以及调控抗寒基因表达和信号传导的调控基因进行了研究[10]。

2 抗寒月季的分子机制研究

植物抗寒性功能基因包括冷诱导基因、脂肪酸去饱和酶基因和抗氧化酶基因等，这些基因对细胞膜起到保护作用。然而，学者们越来越重视对于转录因子（TF）的介入，通过酵母单杂交技术或者双杂交技术找到互作蛋白。在一系列分离的转录因子中，如WRKY、CBF、NAC 等，低温胁迫诱导这些转录因子大量表达，提高植物的抗寒性。相关学者通过对月季CBF 转录因子基因克隆与表达的研究发现，低温可以诱导RhCBF 的表达。Liu 等[11]基于基因组和转录组数据在月季中发现了56 个WRKY 转录因子。因此，在以后的研究中，非生物胁迫耐低温的分子机制研究或许有助于筛选月季中的抗寒蛋白，并解析不同转录因子之间的互作关系，这将成为月季抗寒领域的关键[12]。在抗寒性月季选育过程中，由于大部分学者仅仅在生理生化方向进行研究，而涉及到分子水平的研究较少，因此，在月季抗性研究中应用分子技术手段将成为新品种选育的关键。

3 抗寒月季生理生化机制研究

3.1 月季抗寒性与光合特性的关系

在植物的光合作用阶段，低温会使净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度都受到影响。有学者进行研究，在低温寡照条件下，对设施内番茄进行试验，发现叶绿素a 和叶绿素b 含量均有所下降，叶绿素a/b 的含量也有所下降，光合有效辐射也随之降低[13]。光合有效辐射越低，植物的冷害指数就越明显。同样，在抗寒月季的选育过程中，冬天太阳的有效辐射较少，随之而来的光合积累量较少，可以以光合特性相关指标作为月季选育的判断依据[6]。在对叶绿素荧光（CF）的测定中，叶绿素荧光参数也是植物抗寒性指标的判断依据之一，代表的意义就是最大光化学量子产物，并可以通过测定植株不同时期的变化，判断植株的抗寒性，因此可以通过叶绿素荧光的方式，判定月季的抗寒特性[14]。

3.2 月季抗寒性与渗透调节物质的关系

可溶性糖、游离脯氨酸和可溶性蛋白都是重要的渗透调节物质，在低温环境下，植物体内会增加这些物质的积累，为植物抵抗低温提供帮助。可溶性糖含量会随着温度的下降不断增加，这样细胞液的浓度也会增加，加快细胞的流动性，从而增强植物的抗寒能力。可溶性蛋白含量也会在低温情况下增加，目的就是增加自身的保水能力，以此维持细胞正常的功能，增强抗寒能力[15]。游离脯氨酸含量则会在逆境条件下增加，调节植物细胞内的渗透势，还能调节一些氧化还原反应，维持植物的正常生命活动。有学者在抗寒月季资源筛选的过程中，应用市场上较好的品种‘龙沙宝石’进行试验，在-23℃～-5℃范围内选取5 个温度区间，以4℃冰箱作为对照，冷冻处理24 h 取出样品，进行生理生化指标测定，随后发现可溶性蛋白含量随着温度的降低呈现递增的趋势，可溶性糖含量则随着温度的降低呈现先增加后降低的趋势，脯氨酸含量也呈现先升后降的变化趋势。因此，在月季抗寒性的选育过程中，可以通过渗透调节物质的测定，来进行月季抗寒性品种的选育工作。

3.3 月季抗寒性与抗氧化酶系统的关系

低温胁迫会使植物体内的活性氧（AOS）大量增加，酶活性降低，活性氧的产生与清除系统紊乱，活性氧的增多加剧了膜脂过氧化反应，引起膜蛋白的变性，导致植株受到伤害。在抗氧化酶系统中，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等，会通过清除有害的活性氧减轻胁迫危害从而让植株正常生长。李楠[16]的研究发现，植物在轻微的低温情况下，SOD、POD 的活性降低，这可能与植物自身保护功能有关，随着时间的推移，通过自身机制调节，SOD、POD 的含量上升，从而应对低温胁迫的影响；当植物不受低温胁迫时，体内酶活性降低，这可能是植物对于逆境胁迫下的保护性应激反应。同样还有学者对此做了研究，在低温胁迫的过程中，测定月季体内抗氧化酶活性，发现CAT 活性随着温度的降低而升高，温度达到最低时，活性达到最大值。因此，在选育月季抗寒品种时，抗氧化酶活性也是一个重要的依据。

3.4 月季抗寒性与生物膜系统的关系

在低温胁迫的过程中，植株会进行膜脂过氧化反应，此时膜脂开始变化，膜内的可溶性物质、电解质会大量向膜外渗透，破坏离子平衡。丙二醛（MDA）会大量增加，破坏了生物膜系统，导致植物无法正常进行生命活动。马俊丽等[17]在研究中发现，不同低温胁迫的过程中，MDA 的含量呈现出升-降-升的变化趋势。MDA 作为冷害重要指标，其含量变化可以衡量植物受到损伤的程度，低温前期受到膜脂过氧化作用导致MDA 含量上升，温度急剧下降，MDA 也会达到峰值，抗寒性较强的品种则会清除MDA，降低MDA 活性，抗寒性较弱的则会增加MDA 的含量，甚至导致植株死亡。因此，月季体内MDA 含量可以作为评估月季抗寒能力的重要指标。

4 总结与展望

月季作为广泛种植的园林植物，在冀北地区有着重要的意义，冀北地区气候特殊，选育抗寒月季是一项重要的任务。在今后月季的选育工作中，重点在分子机理中进行研究探讨，可以通过相关抗寒转录因子的筛选，找出相关转录因子互作的关系，为抗寒月季分子育种提供借鉴。此外，还可以通过低温条件下，研究月季光合特性、渗透调节物质、抗氧化酶活性以及MDA 含量，筛选抗寒月季新品种。