四种润楠属植物在荆州市的越冬表现

2024-07-04赵振豪张文文尚莉莉曾小艳胡蝶

湖北农业科学 2024年6期

赵振豪张文文尚莉莉曾小艳胡蝶

摘要：对4种润楠属（Machilus Nees）植物进行越冬耐寒性比较试验，比较越冬前后叶片所受冻害程度，测定越冬前后各叶片的电导率、可溶性蛋白质含量、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性以及游离脯氨酸含量、丙二醛含量和叶片中色素含量等生理指标。结果表明，经过自然低温后，小果润楠（Machilus microcarpa）受冻害程度最轻，能够成功越冬，而宜昌润楠（Machilus ichangensis）、凤凰润楠（Machilus phoenicis）以及长梗润楠（Machilus duthiei）受冻害损伤程度较大。综合评价表明4种润楠的耐寒性表现为小果润楠>长梗润楠>凤凰润楠>宜昌润楠。

关键词：润楠属（Machilus Nees）植物；耐寒性；越冬表现；荆州市

中图分类号：S687 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）06-0105-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.06.016 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Overwintering performance of four species of Machilus Nees in Jingzhou City

ZHAO Zhen-hao1， ZHANG Wen-wen2， SHANG Li-li2， ZENG Xiao-yan1， HU Die1

（1.Nanmu Germplasm Resources Evaluation and Innovation Center of Yangtze University， Jingzhou 434000， Hubei，China；

2.Jingmen Soil and Fertilizer Workstation， Jingmen 448000，Hubei，China）

Abstract： A comparative experiment was conducted on the winter cold resistance of four species of Machilus Nees plants. The freezing degree damage of leaves before and after overwintering was compared， and the physiological indexes such as electrical conductivity， soluble protein content， peroxidase activity， catalase activity， free proline content， malondialdehyde content and pigment content of leaves before and after overwintering were measured. The results showed that after natural low temperature， Machilus microcarpa had the lightest degree of freezing damage and could successfully overwinter， while Machilus ichangensis， Machilus phoenicis and Machilus duthiei had the greatest degree of freezing damage. The comprehensive evaluation showed that the cold tolerance of the four kinds of Machilus species was as follows： Machilus microcarpa > Machilus duthiei > Machilus phoenicis > Machilus ichangensis.

Key words： Machilus Nees plants； cold resistance； overwintering performance； Jingzhou City

润楠属（Machilus Nees）植物属樟科（Lauraceae）鳄梨亚族（Perseineae Kosterm.）下属的植物，主要分布在亚洲东南部和东部的热带、亚热带，在中国主要分布于西南、中南部至台湾省，向北到达山东省、湖北省及甘肃省和陕西省南部，约有68种3变种［1］。润楠属植物大多为常绿乔木和灌木，可用作河岸防堤树种以及行道树与绿化树种。润楠属植物在木材、园林、药用、香料、化工等方面发挥着重要作用［2］。

润楠属植物的种类较多，研究多集中在润楠属植物群落多样性、幼苗生长特性以及扦插繁殖方面［3-6］，而对润楠属植物耐寒性的研究较为鲜见。本试验以4种润楠属植物为研究对象，根据其自然越冬期间的叶片形态变化以及抗寒生理指标测定的结果，分析4种润楠属植物的越冬情况，综合评价其耐寒性。以期为润楠属植物向北方的引种栽培、扦插繁殖提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

在湖北省荆州市荆州区太湖楠木基地选择生长良好、无病虫害的润楠属植物作为研究对象，种类为宜昌润楠（Machilus ichangensis Rehd. et Wils.）、小果润楠（Machilus microcarpa Hemsl.）、长梗润楠（Machilus duthiei King ex J. D. Hooker）、凤凰润楠（Machilus phoenicis Dunn）。

1.2 试验地点

试验地点位于荆州市荆州区，东经112.05°，北纬30.37°，年平均气温最高20.8 ℃，最低13.35 ℃，无霜期为243 d。荆州市为温带大陆性气候，远离海洋，受大陆气团的控制，春季温度高于秋季，夏季冬季较长，夏季气温最高为7月，冬季气温最低为1月，冬季有111.7 d，气候寒冷干涩，空气中的水分子含量较少，会导致光合作用降低，影响植物矿物质的吸收和养分的运转，导致作物生长发育缓慢，生育进程延迟。

1.3 方法

1.3.1 植株叶片采集方法共采样2次，第1次采样时间是2021年9月23日；第2次采样时间是2021年12月31日，此时植物已经遭受了持续1周的低温胁迫，12月25—31日的日最低气温分别为-1、-1、0、1、0、0、2 ℃。最高气温为12 ℃，最高空气湿度70%。采样方法：选取生长正常、长势较一致的植株，采集树冠外围当年生枝条顶端第6至第10片大小均匀、色泽一致、无病虫、无损伤的叶片，每个品种分别采集10片左右的叶片样本，形成对照。将采集好的叶片根据树种分类，测植物电导率之后将叶片置于-80 ℃保存。

1.3.2 测定方法采用王群等［7］的紫外分光光度法测定过氧化氢酶（CAT）活性，取出叶片，擦净，去除主脉剪成碎片，加入少量石英砂，1 mL的磷酸缓冲液分3次加入，在冰浴中将其研磨充分至匀浆，将研磨完成的汁液放入到EP管中，最后放入离心机4 ℃运行15 min，取出上清液（粗酶液），测定酶活性。运用李忠光等［8］的愈创木酚法测过氧化物酶（POD）活性，将叶片洗净剪碎，放进已冷冻过的研钵体中研磨成均浆，放入离心机提取上清液，重复上述过程，提取上清液至25 mL，于-8 ℃保存用于过氧化物酶活性测定。用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白质含量［9］，植物电导率的测定则参考宗卫［10］的方法，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法测定［11］，游离脯氨酸含量采用茚三酮显色法测定［12］，叶绿素、原花青素及叶黄素含量采用分光光度法测定［13，14］，分光光度法是以特定的或不同的波长持续照射，当被测溶液达到一定浓度时，便可以得到不同波长照射下相对应的吸收强度，每个要测定的指标均重复试验3次，取平均值。

1.3.3 数据处理使用Excel 2018软件整理数据并绘制图形，使用SPSS 25.0软件分析数据以及综合分析植物耐寒性。

2 结果与分析

2.1 形态学表现

经过观测，同一树种润楠，越冬前叶片颜色鲜亮，叶片圆润，叶片舒展且坚挺；越冬后叶片颜色暗淡，出现皱缩和轻度萎蔫。参照杭州植物园2016年冬季越冬冻害调查分级标准［15］，根据不同润楠种类的越冬表现，其冻害等级及叶片的具体表现如表1、图1所示。小果润楠的冻害等级为未受冻害，其在整个越冬期有少数枝叶顶芽受害，因此归为基本无冻害。长梗润楠的冻害等级为轻度冻害，其在2021年12月下旬受低温气候影响后叶片颜色暗淡、渐黄，叶片卷曲下垂。凤凰润楠与宜昌润楠从2021年12月中旬开始出现叶片颜色变黄下垂现象，全部叶片均受到冻害，叶片发生皱缩、枯萎，于2021年12月中下旬至次年1月上旬，叶片整体枯黄呈水浸状冻伤且有少数脱落，冻害等级为中度冻害。4种润楠受害程度虽不同，但在新叶萌发前均不会死亡。

2.2 低温胁迫下不同润楠越冬前后各生理指标的变化

2.2.1 低温胁迫下相对电导率的变化当植物受到低温伤害时，细胞质膜透性会有不同程度增大，使细胞内的电解质外渗，从而导致电导率增大。由图2a可以看出，4种润楠在经过低温胁迫后相对电导率均有不同程度的上升，说明4种润楠在经过越冬后叶片的细胞膜均受到一定程度的伤害。其中，宜昌润楠、长梗润楠、凤凰润楠在经过低温胁迫后的相对电导率处于较高水平状态，说明其叶片细胞膜受到了较大的伤害。而越冬后小果润楠的相对电导率明显低于其他3种润楠，说明低温胁迫对小果润楠的叶片细胞膜伤害最小，其耐低温能力最强。

2.2.2 低温胁迫下丙二醛（MDA）含量的变化由图2b可以看出，小果润楠、宜昌润楠、长梗润楠以及凤凰润楠在经过自然低温胁迫后丙二醛含量均有所升高，其中凤凰润楠的MDA含量增幅最大，小果润楠的增幅较小。说明凤凰润楠的抗寒能力最弱，而小果润楠的抗寒能力较强。宜昌润楠和凤凰润楠在经过越冬后叶片受到较大伤害，因而其MDA含量显著高于小果润楠和长梗润楠。

2.2.3 低温胁迫下过氧化物酶（POD）活性的变化过氧化物酶是植物体内的保护性酶，通过酶促降解清除H2O2，避免细胞膜的过氧化，从而起到保护作用。由图2c可以看出，在经过自然低温胁迫后，长梗润楠与凤凰润楠的POD活性均比越冬前有所上升，较凤凰润楠而言，长梗润楠的POD活性增幅较大，与其他润楠之间差异显著，小果润楠与宜昌润楠在越冬后POD活性则有所下降。其中，在越冬过程中，长梗润楠的POD活性比其他3种润楠高，小果润楠的POD活性最低，说明长梗润楠的抗氧化能力较小果润楠强。

2.2.4 低温胁迫下过氧化氢酶（CAT）活性的变化如图2d所示，长梗润楠、小果润楠和凤凰润楠在经过自然低温胁迫后CAT活性均比越冬前低，而宜昌润楠的CAT活性在越冬后比越冬前更高。越冬后宜昌润楠的CAT活性比小果润楠、长梗润楠、凤凰润楠高，说明宜昌润楠的抗寒能力比其他3种润楠强，而长梗润楠的CAT活性最低，与其他3种润楠之间差异显著，说明长梗润楠抗寒能力比小果润楠、宜昌润楠及凤凰润楠弱。而宜昌润楠在越冬后CAT活性上升可能是宜昌润楠对低温胁迫的一种保护性应激反应，如果温度持续下降，宜昌润楠的CAT活性可能会开始下降［16］。

2.2.5 低温胁迫下可溶性蛋白质含量的变化可溶性蛋白质是植物体内重要的渗透调节物质，其含量的增加能够提高植物对低温胁迫的耐受能力。由图2e可知，在经过自然低温胁迫后4种润楠植物叶片中可溶性蛋白质含量均有所增加，说明在越冬过程中4种润楠叶片均受到一定程度的伤害，其中，宜昌润楠的变化最为明显，比其他3种润楠高，说明其叶片受到较为严重的伤害。

2.2.6 低温胁迫下游离脯氨酸含量的变化脯氨酸是植物蛋白质组成成分之一，以游离的状态存在于植物体内，是逆境下细胞质渗透的调节物质，在调节渗透压、保护原生质膜及稳定生物大分子等方面有重要作用。由图2f可以看出，越冬前后4种润楠叶片中游离脯氨酸含量的变化较为明显，均是宜昌润楠叶片中脯氨酸含量最高。在越冬后，宜昌润楠和长梗润楠叶片中脯氨酸含量高于越冬前，小果润楠和凤凰润楠叶片中脯氨酸含量则比越冬前低。越冬后宜昌润楠叶片中脯氨酸含量与其他3种润楠叶片中脯氨酸含量差异显著。

2.2.7 低温胁迫下叶片中色素含量的变化

1）叶绿素含量的变化。由图2g可以看出，在经过低温胁迫后小果润楠和长梗润楠叶片中叶绿素a含量有所升高，宜昌润楠和凤凰润楠在越冬后叶绿素a含量则有所下降，其中长梗润楠的叶绿素a含量最高，而宜昌润楠的叶绿素a含量最低。由图2h可以看出，在经过自然低温胁迫后小果润楠和凤凰润楠叶片中的叶绿素b含量有所增加，而长梗润楠和宜昌润楠叶片中的叶绿素b含量则明显减少，不论越冬前还是越冬后，长梗润楠叶片中的叶绿素b含量总是最多。

2）叶黄素含量的变化。有研究表明叶黄素循环所进行的热耗散可能是防御光抑制破坏的主要途径，且叶黄素的环氧化反应亦可以消耗对植物体内有破坏作用的活性氧［17，18］。由图2i可以看出，在经过自然低温胁迫后，宜昌润楠的叶黄素含量明显上升，与长梗润楠和凤凰润楠的叶黄素含量差异显著。长梗润楠在越冬后叶黄素含量明显下降，而小果润楠和凤凰润楠在越冬前后叶黄素含量变化不明显，其中凤凰润楠的叶黄素含量在越冬前后均最低。

3）原花青素含量的变化。由图2j可以看出，小果润楠和长梗润楠在经过自然低温胁迫后叶片中原花青素含量均有所上升，宜昌润楠和凤凰润楠在越冬后原花青素含量有较为明显的下降。越冬后小果润楠的原花青素含量最高，处于高水平，与宜昌润楠、长梗润楠以及凤凰润楠均存在显著差异。

2.3 主成分分析法综合评价

在SPSS软件中使用降维-因子分析数据，应用主成分分析法对4种润楠的耐寒性进行综合评价。在SPSS软件中利用主成分分析法，分析4种润楠的各生理指标测定值，保留累积解释率超过60%的主成分，得出3个主成分得分计算其累积方差，特征根值均大于1。根据公式Y=主成分1得分×0.577+主成分2得分×0.209+主成分3得分×0.153，计算出4种润楠的综合得分，进行排序可得4种润楠的耐寒性表现为小果润楠>长梗润楠>凤凰润楠>宜昌润楠（表2）。

3 讨论与小结

3.1 讨论

过氧化物酶与过氧化氢酶都是植物体内的保护性酶，能够通过酶促降解清除H2O2，从而避免细胞膜的过氧化，能够在植物遭受逆境时起到保护作用［19］。本研究中越冬后长梗润楠的过氧化物酶活性较其他3种润楠高，抗氧化能力较强，而小果润楠在越冬前后过氧化物酶活性的变化较小，耐寒性较强。这与王淑杰等［20］对耐寒性不同的葡萄（Vitis vinifera L.）品种保护性酶的研究中得出耐寒性强品种的酶活性高但变化缓慢，耐寒性弱品种的酶活性低但变化较快的结论一致。本研究结果表明，越冬后长梗润楠、小果润楠和凤凰润楠的过氧化氢酶活性均略低于越冬前，在经过自然低温条件后润楠过氧化氢酶活性受到影响而有所降低。这与高树涛等［21］在研究大叶女贞（Ligustrum japonicum）中得出植株过氧化氢酶活性越高其耐寒性越强，且植株受冻害越严重，其过氧化氢酶活性越低的结论一致。

丙二醛含量的增加说明植物在受到低温胁迫时其膜系统遭到了破坏。在越冬后4种润楠的丙二醛含量均有所增加，其中宜昌润楠和凤凰润楠丙二醛含量变化较大，含量也较高，说明其在自然低温胁迫下受到伤害较大，膜系统破坏也较为严重。小果润楠和长梗润楠的丙二醛含量较低，其耐寒性较宜昌润楠和凤凰润楠强，这与袁宗英等［22］研究大叶黄杨和谢雨宣等［23］研究姜花在自然越冬期生理指标变化的结论一致。

植物在遭受低温胁迫时体内会积累游离脯氨酸，其变化与抗寒性有一定的关系［24］。在本研究中，耐寒性最差的宜昌润楠其脯氨酸含量增幅却最大，而耐寒性较强的小果润楠游离脯氨酸含量变化并不明显，因此从游离脯氨酸含量变化上来看并非耐寒性强的品种游离脯氨酸含量一定高，耐寒性弱的品种游离脯氨酸含量一定低，这与亓白岩等［24］的研究结果一致。

叶绿素、叶黄素及原花青素普遍存在于植物体内，叶黄素和原花青素［25］都具有较强的抗氧化能力，能够抑制氧自由基的活性，阻止氧自由基对正常细胞的破坏。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，而低温胁迫使植物光合速率下降，叶绿素含量也会下降。本研究中，宜昌润楠、长梗润楠以及凤凰润楠的叶绿素总含量均有不同程度的下降，说明这3种润楠在越冬时受到了冻害，与应叶青等［26］研究红杆寒竹在自然越冬过程中随着温度降低，低温胁迫时间延长，叶绿素含量下降，以减少活性氧的产生，减小对植物体伤害的结果一致。郁平慧［27］的研究表明原花青素能减轻低温胁迫对水稻秧苗的伤害。本研究中耐寒性较强的小果润楠以及长梗润楠在遭受低温胁迫时原花青素含量有所增加，与郁平慧［27］的研究结果一致。

3.2 小结

经过低温气候条件后，4种润楠属植物叶片中除小果润楠未受冻害影响外，宜昌润楠、长梗润楠与凤凰润楠均受到不同程度的冻害影响，如出现卷曲、枯黄萎蔫、皱缩、水渍状斑块等现象。这与段建真［28］研究的不同低温条件下茶树（Camellia sinensis）叶片受冻害后的特征所得出的结论一致。

本研究中4种润楠属植物越冬后所测相对电导率均比越冬前相对电导率大，这表明低温对润楠属植物叶片的组织造成了损伤，导致其电解质外渗，从而使电导率变大。这与孟艳琼等［29］对6种彩叶藤本植物耐寒性的研究中所得结论一致。

本研究中，越冬后宜昌润楠、长梗润楠以及凤凰润楠的可溶性蛋白质含量有较为明显的变化，说明这3种润楠均受到了不同程度的伤害，需要通过积累可溶性蛋白质的含量保护叶片，避免受到不可逆伤害。小果润楠在越冬前后可溶性蛋白质含量几乎没有变化，说明小果润楠遭受的低温胁迫较小，这与周碧燕等［19］的研究结论基本一致，可溶性蛋白质含量的增加使润楠属植物对低温有一定的抗性。

结合4种润楠属植物的生理指标测定数据进行综合评价分析，结果显示，4种润楠中耐寒性表现为小果润楠>长梗润楠>凤凰润楠>宜昌润楠。4种润楠虽然都能成功越冬，但相比小果润楠，其他3种润楠在越冬过程中受到的低温影响较大。抗寒润楠的选育可以从根本上解决润楠属植物在当地的生长及产业经济效益问题。本研究测定了4种润楠属植物自然越冬前后的生理指标，并评价了其耐寒性，品种数量比较少，在接下来的研究中还可以从其他润楠品种抗逆性研究以及基因方面入手，选育出具有较强抗寒能力的润楠属植物，为润楠属植物在寒冷地区的引种和推广提供理论依据。

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