6种荚蒾属植物引种抗寒性评价

李鑫慧，窦 宵，管振波，郑彦民，张忠军，邢世岩，孙立民*

（1.黄河下游森林培育国家林业和草原局重点实验室/山东农业大学林学院，山东 泰安 271018；2.山东省林业保护和发展服务中心，山东 济南 250014；3.肥城市农村经营服务中心，山东 泰安 271600；4.郓城县林业服务中心，山东 菏泽 274700；5.肥城市牛山林场，山东 泰安 271600）

荚蒾属（Viburnum L.）隶属于五福花科（Adoxaceae），多为丛生灌木，少数为小乔木，落叶或常绿[1]。荚蒾属植物花多为白色，果实颜色多变，因其花与果的独特性，多应用于城市园林绿化，在园艺界享有“万能绿化灌木”的美称[2-3]。目前，在世界范围内统计的荚蒾属原生资源大约200 种，我国的荚蒾属种质资源丰富，约有74种[4]，在园林应用方面发展潜力较大，但是相关的品种选育工作进展十分缓慢，并未受到广泛的重视。

目前关于荚蒾抗性的研究已陆续开展。Hosam 等通过在荚蒾（V.nadum）叶面喷施三氯乙烯（TE）从而增强了荚蒾对于干旱胁迫的耐受性[5]。María 等通过对地中海荚蒾（V.tinus L.）接种细菌改变了植物体内的水分状况、矿物含量和光合参数等生理行为减缓了盐度对植物的胁迫[6]。国内有关荚蒾属抗性的研究，则包括抗寒[7-8]、抗旱[9]、耐阴[10]、耐热[11]、盐胁迫[12-13]等，但因荚蒾属植物种类众多，不同品种间生物学特性的差异性研究亟待开展。

近年来，山东省广泛开展不同花卉和树种的南种北繁工作，致力于重要观赏花卉的引种和适应性评价，以满足园林绿化对良种和新品种的需求，实现本省园林绿化植物产业结构调整和提升。本研究依托于山东省农业良种工程课题，以引进的‘布克’等6 种荚蒾属植物为研究对象，开展不同品种的抗寒性评价，探究其对低温胁迫的响应，比较不同品种抗寒能力强弱，最终选择适宜山东地区气候特点的优良品种，为荚蒾属品种在北方的推广和应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所需材料来源于山东省林木种苗和花卉站引进的荚蒾品种，供试品种名称及编号如表1所示。

表1 供试品种名称及编号Table 1 Information of tested varieties

1.2 试验方法

1.2.1 试验布设

于2020年12月份，收集长势相近的待测荚蒾属品种1年生休眠枝条若干，低温保存，用自来水冲洗数次，并用去离子水冲洗3 遍以上，然后用吸水纸擦干表面。试验设置0℃（CK）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃等6个温度梯度，将每一品种枝条分为6个试验组分别进行不同温度的处理，每处理重复3 次，处理时间24h。用高低温湿热试验箱以5℃/h 逐渐降温到设置温度，处理完毕后，以5℃/h逐渐升温至0℃，然后在0℃冰箱内保存待测。

1.2.2 测定指标

相对电导率采用EL3 便携式电导仪测定[14]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法（TBA）测定[15]，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法测定[16]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定[17]，过氧化物酶（POD）采用愈创木酚法测定[18]。

1.2.3 数据处理

运用SAS 8.2 软件对所测数据进行方差分析、多重比较及聚类分析，运用SPSS 22 软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同荚蒾属植物的抗寒性分析

2.1.1 温度胁迫对不同品种荚蒾属相对电导率的影响

随温度的逐渐降低，各荚蒾属品种相对电导率逐渐升高，在0℃时，6 个荚蒾属品种相对电导率变幅在0.28～0.37 范围内，随着温度的逐渐降低，相对电导率逐渐升高，在温度达到-10℃后，各品种相对电导率变幅逐渐增大，至温度降到最低时，相对电导率达到最高值（图1）。

图1 不同温度胁迫下各荚蒾属品种相对电导率变化变化Figure 1 Changes of relative electrical conductivity of V.L.species under different temperature stresses

2.1.2 温度胁迫对不同品种荚蒾属MDA 含量的影响

随温度的逐渐降低，各荚蒾属品种MDA 含量均逐渐升高，在0℃时，6 个荚蒾属品种MDA含量变幅在4.19～5.78 μmol·g-1范围内，后随温度的降低而逐渐升高，在温度达到-10 ℃后，大多数品种感受低温胁迫后，MDA 含量变幅升高，至温度降到最低时MDA 含量达到最高值（图2）。

图2 不同温度胁迫下各荚蒾属品种MDA 含量变化Figure 2 Changes of MDA content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.3 温度胁迫对不同品种荚蒾属脯氨酸含量的影响

随温度的逐渐降低，各荚蒾属品种脯氨酸含量均呈现先逐渐升高后降低的趋势，在0℃时，6 个荚蒾属品种脯氨酸含量变幅在92.00～105.33 μg·g-1范围内，后随温度的降低而逐渐升高，-20℃时达到最高值，后略有降低（图3）。

图3 不同温度胁迫下各荚蒾属品种脯氨酸含量变化Figure 3 Changes of proline content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.4 温度胁迫对不同品种荚蒾属SOD 活性的影响

随温度的逐渐降低，各荚蒾属品种SOD 活性均呈现出先升高后降低的趋势，在0℃时，6 个荚蒾属品种SOD活性变幅在12.96～14.47 U·g-1FW 范围内，后随温度的降低而逐渐升高，至温度为-10℃～-15℃时，各品种SOD活性达到最高值，后SOD 活性迅速降低，至温度降到最低时SOD 活性达到最低值（图4）。

图4 不同温度胁迫下各荚蒾属品种SOD 活性变化Figure 4 Changes of SOD activity in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.5 温度胁迫对不同品种荚蒾属POD 活性的影响

随温度的逐渐降低，各荚蒾属品种POD 活性均大体呈现出先升高后降低的趋势，在0℃时，6 个荚蒾属品种POD 活性变幅在0.36～0.42 U/min·g FW 范围内，后随温度胁迫降低而逐渐升高，至-15℃时，‘ZH’‘XQ’等品种POD 活性达到最高值，随后‘HD’品种POD 活性在温度为-20℃时达到最高值，后各品种POD 活性迅速降低，至温度降到最低时POD 活性达到较低值（图5）。

图5 不同温度胁迫下各荚蒾属品种POD 活性变化Figure 5 Changes of POD activities of V.L.varieties under different temperature stresses

2.2 低温胁迫下不同品种荚蒾属抗寒性评价

2.2.1 不同荚蒾属品种生理生化特性F 检验

取在温度胁迫最大时各荚蒾属品种生理生化指标进行抗寒性评价，F 检验结果表明，各品种生理生化指标均达到显著水平，其中相对电导率差异达到极显著水平（P＜0.01），MDA 含量、脯氨酸含量、SOD 活性及POD 活性等指标差异显著（P＜0.05），各品种在低温胁迫下显著的差异性为其抗寒性评价提供了较大的可行性（表2）。

表2 不同温度胁迫下各荚蒾属品种生理生化特性的F 检验Table 2 F-test of physiological and biochemical characteristics of V.L.varieties under different temperature stress

2.2.2 不同荚蒾属品种生理生化特性DUNCAN检验

通过DUNCAN 多重比较结果表明，在极端温度胁迫下6 个荚蒾属品种MDA 含量变幅在12.73～18.36 μmol·g-1之间，最大值出现在‘HD’品种，为18.36 μmol·g-1，最低值出现在‘XQ’品种为12.73 μmol·g-1；脯氨酸含量变幅在293.97～326.48 μg·g-1之间，最高值出现在‘ZH’品种，为326.48 μg·g-1，最低值出现在‘HD’品种，为293.97 μg·g-1；SOD 活性变幅在9.07～13.44 U·g-1FW 之间，最高值出现在‘HD’品种，为13.44 U·g-1FW，最低值出现在‘DZH’品种，为9.07 U·g-1FW；POD 活性变幅在0.35～0.56 U/min·gFW 之间，最高值出现在‘ZH’品种，为0.56 U/min·gFW，最低值出现在‘LS’品种，为0.35 U/min·gFW；相对电导率变幅在0.65～0.91之间，最高值出现在‘DZH’品种，为0.91，最低值出现在‘ZH’品种，为0.65（表3）。

表3 极端温度胁迫下个各荚蒾属品种生理生化特性的DUNCAN 检验Table 3 DUNCAN test of physiological and biochemical characteristics of V.L.varieties under extreme temperature stress

2.3 基于主成分分析的不同荚蒾属品种抗寒性评价

2.3.1 各成分贡献率分析

选择MDA 含量-1、脯氨酸含量、相对电导率-1、SOD 活性、POD 活性等5 个指标进行主成分分析，结果表明，PCA1 和PCA2 贡献率分别为70.130%、20.324%，前两个主成分累计贡献率达90.454%，可以用PCA1、PCA2 代表样本的整体情况（表4）。

表4 各主成分特征值与贡献率统计表Table 4 Statistical table of eigenvalues and contribution rates of each principal component

2.3.2 不同荚蒾属品种主成分得分

选择PCA1 和PCA2 计算6 个荚蒾属品种因子得分及主成分得分，结果表明排名第1 位的为‘ZH’品种，得分为1.97，其次为‘XQ’品种，主成分得分为1.60，得分最低的品种为‘DZH’，主成分得分为-1.77，排名越高的抗寒性越强（表5）。

表5 基于PCA1 和PCA2 的不同荚蒾属品种主成分得分Table 5 Principal component scores of different V.L.varieties based on PCA1 and PCA2

2.4 不同荚蒾属品种生理生化的聚类分析

选择MDA 含量-1、脯氨酸含量、相对电导率-1、SOD 活性、POD 活性等5 个指标对6 个荚蒾属品种进行聚类分析，在遗传距离为0.6 时将6 个荚蒾属品种分为4 类，第Ⅰ类包含‘ZH’、‘XQ’等2 个品种，第Ⅱ类包含‘BK’、‘LS’等两个品种，第Ⅲ类和第Ⅳ类均仅包含1 个品种，分别为‘HD’、‘DZH’品种。第Ⅰ类的2 个品种生理生化指标总体表现优异，表现出较强的抗寒性，第Ⅳ类的‘DZH’品种生理生化总体表现较差，抗寒性较差，划为同一类的品种具有相似的抗寒能力（表6，图6）。

图6 6 个荚蒾属品种聚类分析图Figure 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

表6 6 个荚蒾属品种聚类分析表Table 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

3 讨论与结论

3.1 荚蒾属品种对低温等胁迫的响应

温度作为一种非生物因素，其高低会严重影响植物的地理分布、生长发育和品质产量，温度过高或过低时都会导致植物死亡[19]。当植物受到低温胁迫时，体内各项生理生化指标会发生变化，包括MDA 含量、脯氨酸含量、保护酶活性等，这些指标的变化和植物抗寒性都有一定的相关性[20]。低温会导致的植物细胞膜透性改变，相对电导率的大小和MDA 的含量可以反映出细胞膜透性和破损程度[21-22]，本研究中随着温度的不断降低，各品种相对电导率和MDA 含量均呈现不同程度的增加，表明随着低温胁迫的不断增大，荚蒾属植物细胞膜受到了不同程度的损害，细胞渗透压发生变化。为维持细胞正常代谢，各荚蒾属品种在感受到低温胁迫后，脯氨酸含量会不断上升，通过大分子物质的积累，从而维持细胞渗透压的平衡[23]，但在极端低温胁迫下，细胞膜遭受较大程度损害，导致细胞质外流，造成脯氨酸含量下降。当植物遭受低温胁迫体内的代谢失衡后，细胞内的活性氧产量会增加，所以在植物遭受胁迫初期，植物会通过提高自身的抗氧化酶活性，从而清除植物细胞内的活性氧自由基，这是植物的保护性应激反应[24]。所以在此次研究中，随着温度的降低，脯氨酸含量、SOD、POD 活性都逐渐呈现先升高后降低的趋势，在温度降低至-10℃后，脯氨酸含量变化加剧，至-20℃时达到最高值后略降低；在温度为-15℃～-10℃时SOD 活性达到最高值，后又迅速降低，至温度降到最低时SOD 活性达到最低值；POD 活性在温度为-20℃～15℃时达到最高值，后各品种POD 活性均降低。

3.2 抗寒荚蒾属品种选择

张林通过调查山东泰安地区的木本植物，发现本地荚蒾属只有6 个品种，包括天目琼花、琼花、宜昌荚蒾、木绣球、绣球荚蒾、雪球荚蒾、蝴蝶荚蒾，其中种植数量较多的只有天目琼花，主要分布于泰山北天门附近，目前已形成了片状景观，但其它几个种栽培较少[25]。而近年来吴其超等人通过调查整个山东地区的荚蒾资源发现在山东共有荚蒾属植物9 种3 变种2 变型2 品种，其中野生种类4 种2 变种[26]。同时就山东半岛而言，荚蒾属也多分布在沿海地带，而这一现象也和应佳莉通过Max Ent 模型预测的未来山东地区香荚蒾的分布多靠近渤海这一结论相符合[27]。种种研究表明，荚蒾属植物在山东地区栽植种类与数量都相对较少，范围也十分局限。此次试验对引种的6 种荚蒾属植物进行抗寒性评价，在极端温度胁迫下相对电导率最低的出现在‘ZH’品种中，其次为‘XQ’品种；MDA 含量最小值也为‘ZH’品种；脯氨酸含量最高的是‘ZH’品种，XQ’品种次之；SOD 活性和POD 活性最高值出现分别出现在‘HD’和‘ZH’品种中，含量较多2 个品种为‘ZH’和‘XQ’品种。最后计算试验的6 个品种因子得分和主成分得分得出排名最高的2 个品种‘ZH’和‘XQ’，从而综合选出了抗寒性较强的2 个荚蒾属，分别为中华木绣球‘ZH’和雪球荚蒾‘XQ’。这2 个抗寒性较强的荚蒾属品种，均可以在山东地区的园林景观应用中进行推广使用，从而丰富山东的园林景观。同时，因为山东地区荚蒾属植物种质资源匮乏，所以此次试验数据对于荚蒾属植物在山东地区未来的选育引种、各类资源开发和应用也提供了一定的参考价值。