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        北京房山4種常綠植物越冬期抗寒性比較

        2019-05-09 08:25:16王雅麗張潤芳石俊華胡增輝冷平生
        北京農(nóng)學院學報 2019年2期
        關鍵詞:大葉黃楊女貞枇杷

        王雅麗,王 倩,張潤芳,石俊華,胡增輝*,冷平生*

        (1.北京農(nóng)學院 園林學院,北京 102206;2.北京大墅綠化有限責任公司,北京 102206;3.北京現(xiàn)代汽車有限公司,北京 101300;4.國家林業(yè)和草原局 調(diào)查規(guī)劃設計院,北京 100714)

        目前,在北京城市綠化中得到應用的常綠闊葉樹種極少,為了篩選抗寒性強的常綠植物,于2002年在房山地區(qū)開始引種南方的枸骨(Ilexcornuta)、枇杷(Eriobotryajaponica)、女貞(Ligustrumcompactum)三種常綠闊葉植物,充分利用局部環(huán)境的小氣候,觀察越冬情況。經(jīng)過近14年的越冬觀測,發(fā)現(xiàn)大部分均順利越冬存活,并能正常開花結(jié)實,表現(xiàn)出良好的開發(fā)應用潛力,但對于其在北京地區(qū)的抗寒適應性缺乏系統(tǒng)了解。

        在南樹北引時,冬季低溫是最主要限制因子,并且冬季氣候干燥、多風,對常綠樹種也帶來極大危害[1,2]。植物葉片的形態(tài)與生理生化特性能反映植物對低溫的適應能力和自我調(diào)控能力,更能反映植物對低溫的響應與適應機制[3,4]。大量研究表明,抗寒性強的植物,在低溫下葉片具有低電導率,高脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量等特征[5-7]。在本研究中,以大葉黃楊(Buxusmegistophylla)為參照,觀察女貞、枇杷、枸骨越冬期間表現(xiàn),并采集葉片,測定生理指標,分析抗寒性,為了解其耐寒能力和機制,以及在北方地區(qū)的推廣應用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        試驗地位于北京市房山區(qū)(北緯N39°43′29.61″,東經(jīng)E116°07′59.28″),屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區(qū),春季干旱多風沙、冬季盛行干冷偏北風。

        2002年將大葉黃楊,枸骨,枇杷,女貞移栽到試驗地。越冬期間,大葉黃楊未采取防寒措施,女貞僅在2007—2009年對樹干與主枝進行包扎防寒,枸骨采用塑料簡易棚防寒,枇杷采用樹干與主枝包扎方式防寒。

        試驗使用溫濕度自動記錄儀(GGL-20型,深圳宇問加壹傳感系統(tǒng)有限公司)監(jiān)測氣溫。將儀器安裝在樹干1.5 m高處,自動采集每天2:00、8:00、14:00、20:00的溫度,計算日平均溫度,同時測定日最低溫度,以空曠地為對照。

        在2015年11月至2016年3月期間,觀測4種植物越冬期間的生長表現(xiàn),每月中旬拍照觀測,同時采集成熟葉片(11月氣溫大幅度下降,因此加測1次),女貞和枇杷葉片在2、3月份失水干枯、脫落,未采樣。

        參照李合生的方法[8],采用烘干法稱重法測定相對含水量(RWC),采用電導儀法測定相對電導率,采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定丙二醛(MDA)含量,采用酸性茚三酮法脯氨酸含量,采用蒽酮法測定可溶性糖含量,采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量。

        利用EXCEL軟件進行繪圖,使用SPSS軟件進行方差顯著性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 試驗地氣溫變化

        由圖1可知,11月下旬氣溫急劇下降,此后逐漸回升,種植地的平均溫度在12月份多在零度以上,最低氣溫多在-5 ℃以上,直至1月下旬,氣溫又急劇下降至全年最低點,此后又快速回升,進入2月份后多在零度以上,3月中旬后氣溫上升到10 ℃以上。種植地的平均氣溫與最低溫度均高于空曠地,小氣候特征明顯。

        圖1 2015年冬季氣溫變化Fig.1 The air temperature of the winter in 2015

        2.2 越冬期間4種植物的生長表現(xiàn)

        如圖2所示,女貞葉片12月份開始出現(xiàn)凍斑,到1月份失水嚴重,2月份葉片全部干枯,大量脫落,至3月份僅少量干葉宿存。枇杷在1月份出現(xiàn)凍害癥狀,2月份凍害加重,葉緣失水干枯,到3月份整株葉片嚴重脫水,僅葉中心尚維持綠色。枸骨葉片基本維持綠色,在后期顏色出現(xiàn)輕微褐變。大葉黃楊在整個越冬期間生長基本良好。

        2.3 越冬期間4種植物葉片含水量變化

        表1顯示了4種植物越冬期間葉片含水量的變化。在前期隨著溫度降低,含水量呈現(xiàn)下降趨勢,后期溫度回升,含水量也相應升高。在4種植物中,枸骨在越冬期間的葉片含水量最低,平均為54.95%,女貞的含水量最高,為65.03%。

        圖2 4種植物的越冬表現(xiàn)Fig.2 The performance of four plants during the overwintering period

        植物Plant含水量Water content/%2015.11.192015.11.282015.12.192016.01.192016.02.192016.03.19大葉黃楊B. megistophylla67.0?0.9aB65.7?2.7cA62.9?2.0bA59.4?3.7bcA56.6?4.2cA61.7?1.1bA枸骨I. cornuta59.4?0.4aD60.8?0.8aB55.1?3.3bB54.3?3.0bcA49.2?2.6dB50.9?0.7cdB枇杷E. japonica64.3?1.9aC53.9?4.6bC55.4?4.8bB56.7?4.0bA__女貞L. compactum69.3?0.3aA65.2?4.5abA64.7?0.6abA60.9?5.0bA__

        注:小寫字母表示在P<0.05水平上同一植物不同月份間存在顯著差異;大寫字母表示P<0.05水平上同一月份不同植物之間存在顯著差異。(表2-6同)

        Note: Different lowercase lettersindicate significant difference among different months for same plant at the level ofP<0.05. Different capital letters indicate significant differences among different plants for same month. The below is the same at the level ofP<0.05. The same as below.

        2.4 越冬期間4種植物葉片相對電導率變化

        從表2可以看出,在越冬期4種植物葉片相對電導率與氣溫變化趨勢一致,總體呈現(xiàn)出先降低后升高的規(guī)律。11月28日的突然降溫導致大葉黃楊、枸骨、女貞三種植物葉片電導率均迅速上升,而枇杷葉片電導率變化不大。在整個越冬期,大葉黃楊葉片電導率顯著低于其他3種植物。枸骨與枇杷在越冬初期,葉片電導率顯著高于女貞,到12月19日后則無明顯差異。

        2.5 越冬期間4種植物葉片MDA含量變化

        在越冬期,4種植物葉片MDA含量總體呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(表3)。從11月19日到12月19日,4種植物MDA含量逐漸升高,且均在12月19日達到了最大,分別較11月19日增加1.27、1.63、1.41和1.60倍。女貞和枇杷葉片的MDA含量顯著高于大葉黃楊和枸骨。在2月份后,隨著溫度的回升,大葉黃楊和枸骨葉片MDA含量顯著下降。

        表2 越冬期4種植物葉片電導率變化Tab.2 Change of leaf electrical conductivities of four plants during the overwintering period

        表3 越冬期間4種植物葉片MDA含量變化Tab.3 Change of leaf MDA contents of four plants during the overwintering period

        2.6 越冬期間4種植物葉片脯氨酸含量變化

        由表4可以看出,4種植物葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,與氣溫的變化趨勢相似。大葉黃楊和枸骨葉片脯氨酸含量在1月19日達到最大,分別為11月19日的3.26和1.97倍,在3月19日又分別降低到11月19日的46.47%和100.70%。枇杷和女貞葉片脯氨酸含量在12月19日達到最大,分別為11月19日的1.52和1.48倍。

        表4 越冬期間4種植物葉片脯氨酸含量變化Tab.4 Change of leaf proline contents of four plants during the overwintering period

        2.7 越冬期間4種植物葉片可溶性糖含量變化

        4種植物葉片可溶性糖含量同樣表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(表5)。大葉黃楊和女貞葉片可溶性糖含量的最大值出現(xiàn)在12月19日,分別為11月19日的1.77和2.68倍。枇杷和枸骨葉片可溶性糖含量在1月19日達到了最大,分別為11月19日的1.49和2.23倍。從總體上看,越冬期間大葉黃楊和枸骨葉片可溶性糖平均含量要高于枇杷和女貞。

        表5 越冬期間4種植物葉片可溶性糖變化Tab.5 Change of leaf soluble sugar contents of four plants during the overwintering period

        2.8 越冬期間4種植物葉片可溶性蛋白含量變化

        由表6可以看出,4種植物葉片可溶性蛋白含量在越冬期間的變化規(guī)律性不明顯,其共同的特點是在12月19日和1月19日溫度較低時,表現(xiàn)出相對較高水平。

        表6 越冬期間4種植物葉片可溶性蛋白含量變化Tab.6 Change of leaf soluble protein contents of four plans during the overwintering period

        3 討論與結(jié)論

        在本研究中,在越冬期的4種常綠植物的表現(xiàn)存在較大差異。大葉黃楊對低溫的適應性最強,枸骨表現(xiàn)良好,枇杷受凍害較嚴重,女貞受凍害最嚴重。為了進一步了解其越冬機制,試驗測定了幾種越冬期間的生理指標。

        4種植物在2、3月份受害癥狀最嚴重,特別是枇杷與女貞葉片干枯最明顯。1月下旬氣溫達最低值,2月份氣溫開始回升,植物生長的小環(huán)境氣溫多在5 ℃以上,推斷此時植物葉片干枯脫落可能與生理干旱有關。在火棘(Pyracanthafortuneana)、桂花(Osmanthusfragrans)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象[9]。

        隨著冬季氣溫下降,4種植物的生理指標均發(fā)生相應變化。當植物受到低溫脅迫時,細胞膜透性增大,電導率增加[10,11]。在本試驗中,4種植物葉片的電導率整體上與溫度呈現(xiàn)出相反的趨勢,數(shù)值大小也與各自的越冬表現(xiàn)吻合。

        植物受低溫脅迫后,MDA含量越低,表明植物的抗寒能力越強[12]。在本試驗中,女貞葉片MDA含量最高,且變化幅度最大,枇杷次之,但也表現(xiàn)出較高的含量和變化幅度,之后為枸骨,變化幅度最小為大葉黃楊,這與自然越冬表現(xiàn)的觀測結(jié)果一致。

        隨著越冬進程,植物體內(nèi)的含水量會隨著溫度的降低而下降[13,14]。在本試驗中,越冬期的植物葉片體內(nèi)含水量下降幅度在7.6%~10.4%之間,直至氣溫回升,仍保持在相對低的水平。

        冬季植物體內(nèi)的脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量隨著溫度的降低而升高,與抗寒性關系密切。在本試驗中,4種植物葉片脯氨酸含量隨著溫度的降低而升高,由大到小排列為:大葉黃楊>枸骨>枇杷>女貞,在一定程度上反映了抗寒性強弱,與湯章誠[16]、馮昌君等[17]得到結(jié)果一致。

        可溶性糖也能夠通過維持植物細胞的結(jié)構穩(wěn)定、調(diào)節(jié)滲透壓,對植物抵御低溫傷害起到了積極作用[12]。在本試驗中,4種植物的可溶性糖含量均與溫度呈現(xiàn)出相反的趨勢,大葉黃楊、枸骨葉片可溶性糖含量高于枇杷和女貞,也在一定程度上反映了抗寒性強弱。

        與可溶性糖相同,可溶性蛋白與植物抗寒的關系也已被證實[18-21]。在本試驗中,4種植物葉片可溶性蛋白含量總體上與溫度變化呈負相關,但女貞的含量相對較高,與自然越冬表現(xiàn)不一致。

        綜上所述,根據(jù)自然越冬表現(xiàn)和生理指標變化情況,4種植物抗寒性大小為:大葉黃楊>枸骨>枇杷>女貞。本試驗說明,充分利用城市小氣候條件合理種植應用常綠植物是可行的。

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