向瀚宇 張海玲 瞿紅云 岳云飛 程 虎 賈國梅，2

(1.三峽大學 生物與制藥學院， 湖北 宜昌 443002；2.三峽大學 三峽地區(qū)生態(tài)保護與治理國際聯(lián)合研究中心，湖北 宜昌443002)

非結構性碳水化合物既是參與植株生命代謝的重要物質[1]又是儲存和能量供應物，因而，在很大程度上影響植株的生長及對環(huán)境的響應[2]，其含量的變化極有可能是植物對環(huán)境變化產(chǎn)生的信號，從而調節(jié)體內基因的表達，有效的減緩環(huán)境脅迫對植物體造成的損傷，進而調節(jié)植物在環(huán)境改變時的生長發(fā)育[3].有研究表明，非結構性碳水化合物含量越高，樹木越耐旱[4].王彪等[5]對蘆芽山不同海拔白杄非結構性碳水化合物含量動態(tài)研究表明了白杄總體及各組織非結構性碳水化合物含量均隨海拔升高而增加，樹木生長的環(huán)境越寒冷，樹木組織中表現(xiàn)出越明顯的保護策略.有研究表明在寒冷脅迫下所有植物組織中的可溶性糖含量都會升高[6].植物在低溫脅迫下通過淀粉降解來提高自身糖濃度以適應逆境[7].因此，量化非結構性碳水化合物的儲量有助于理解植物的生態(tài)適應性[8].

牡丹，屬毛茛科芍藥屬落葉小灌木，是重要的綠化和觀賞植物及資源植物[9]，被廣泛地應用到園林建設中.隨著園林園藝事業(yè)的發(fā)展，引種牡丹的栽培區(qū)域迅速擴大.但是由于牡丹各品種生態(tài)生物學特性及引種地的氣候、土壤條件的差異，導致引種后有不同的生長表現(xiàn)[10].為此眾多的專家學者進行牡丹的引種栽培研究，其工作主要集中在牡丹的北移抗寒性和南移適應性的研究上[9-11].然而，目前很少有研究報道引種不同牡丹品種的生理生態(tài)適應性，特別是引種牡丹非結構性碳水化合物特征，因而，本研究以10種不同品種的牡丹不同部位的葉片為研究對象，以宜昌本地的牡丹品種的葉片做對照，分析可溶性糖、淀粉、非結構性碳水化合物和葉綠素含量等生理生態(tài)指標，為揭示不同引種牡丹的生理生態(tài)適應性機制和今后進一步較大面積引種工作提供理論依據(jù).

1 試驗地概括

湖北宜昌屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明、雨熱同季、降水豐沛、光照充足、無霜期長，年均降雨量1 078.7 mm，三峽植物園試驗地為黃棕壤，坡度5°左右.

2 材料與方法

2014年10月，從山東菏澤引進42個品種的牡丹，種植于宜昌三峽植物園.本實驗隨機選取10個品種(金閣、貴妃插柳、雪映桃花、春柳、魯荷紅、新日月、白雪公主、魯粉、墨潤絕倫、氣壯山河)和一個本地鳳丹作為研究對象.

2.1 試驗方法與內容

2.1.1 取樣

于2017年4月在宜昌市三峽植物園隨機選取每個品種的老葉、中葉、幼葉各3個200 g左右材料，作為樣品重復，每一個樣品的重復分別裝袋，用冰袋冷凍至實驗室；將樣品置于干燥箱內105℃下快速殺青，80℃下烘干；將烘干后的葉片研磨(大葉脈分離處理)，過0.2 mm孔徑的篩，裝密封袋保存為后期試驗做準備.

2.1.2 指標測量

可溶性糖的測定采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[12]，淀粉的含量測定采用酸水解發(fā)測定淀粉含量[13]，葉綠素的測定采用分光光度計測定[14].

2.2 數(shù)據(jù)處理

不同品種之間的差異采用單因素方差分析，在P＜0.05水平上時，采用Duncan多重比較進行兩兩平均數(shù)之間的比較.為了更進一步分析利用少量的指標揭示所有指標的信息，采用主成分的分析方法.所有分析在SPSS19軟件上完成.

3 結果與分析

3.1 不同品種牡丹間生理指標的差異比較

11種牡丹可溶性糖的變化范圍在34.15～85.94 mg/g之間(如圖1所示)，不同品種的牡丹可溶性糖的大小順序為雪映桃花＞貴妃插柳＞鳳丹＞新日月＞氣壯山河＞春柳＞白雪公主＞金閣＞墨潤絕倫＞魯荷紅＞魯粉，通過單因素方差分析及其多重比較的結果表明，魯荷紅、魯粉、墨潤絕倫品種和鳳丹之間有顯著性差異，金閣、貴妃插柳、雪映桃花、春柳、新日月、白雪公主、氣壯山河品種和鳳丹之間無顯著性差異.

圖1 不同品種牡丹間可溶性糖含量

11種牡丹淀粉的變化范圍在33.74～73.47 mg/g之間(如圖2所示).不同品種的牡丹淀粉含量的大小順序為春柳＞雪映桃花＞魯荷紅＞鳳丹＞墨潤絕倫＞白雪公主＞氣壯山河＞新日月＞貴妃插柳＞魯粉＞金閣，通過單因素方差分析及其多重比較的結果表明，雪映桃花、春柳品種淀粉含量顯著大于鳳丹，金閣、魯粉品種淀粉含量顯著小于鳳丹，貴妃插柳、魯荷紅、新日月、白雪公主、墨潤絕倫、氣壯山河品種和鳳丹之間無顯著性差異.

圖2 不同品種牡丹間淀粉含量

從圖3可以看出牡丹可溶性糖/淀粉比值范圍為0.93～2.19，金閣、貴妃插柳、新日月品種的可溶性糖/淀粉比值較高，其值分別為1.76，2.19，1.90，三者之間無顯著差異，鳳丹的可溶性糖/淀粉比值與其他品種無顯著性差異.

圖3 不同品種牡丹間可溶性糖淀粉比值

11種牡丹非結構性碳水化合物的變化范圍在69.28～154.74 mg/g之間(如圖4所示)，不同品種的牡丹非結構性碳水化合物的大小順序為雪映桃花＞春柳＞鳳丹＞貴妃插柳＞新日月＞白雪公主＞氣壯山河＞魯荷紅＞墨潤絕倫＞金閣＞魯粉，通過單因素方差分析及其多重比較的結果表明，金閣、魯粉品種非結構性碳水化合物含量顯著小于鳳丹，雪映桃花品種非結構性碳水化合物含量顯著大于鳳丹，貴妃插柳、春柳、魯荷紅、新日月、白雪公主、氣壯山河品種和鳳丹之間無顯著性差異，雪映桃花、春柳品種的非結構性碳水化合物含量大于鳳丹，這說明雪映桃花、春柳品種碳供應充足，無碳的限制，還有貴妃插柳、魯荷紅、新日月、白雪公主、魯粉、氣壯山河品種碳源和庫處于平衡狀態(tài)，金閣、魯粉品種碳儲備缺乏，碳供應不足.

圖4 不同品種牡丹間非結構性碳水化合物含量

11種牡丹葉綠素a的變化范圍在0.33～0.78 mg/g之間(如圖5所示)，不同品種的牡丹葉綠素a的大小順序為鳳丹＞新日月＞墨潤絕倫＞春柳＞金閣＞雪映桃花＞氣壯山河＞魯粉＞白雪公主＞魯荷紅＞貴妃插柳，通過單因素方差分析及其多重比較的結果表明，金閣、貴妃插柳、雪映桃花、春柳、魯荷紅、白雪公主、魯粉、墨潤絕倫、氣壯山河品種葉綠素a含量和鳳丹之間有顯著性差異，新日月品種和鳳丹之間無顯著性差異，這說明新日月品種葉綠素a含量充足.

圖5 不同品種牡丹間葉綠素a含量

11種牡丹葉綠素b的變化范圍在0.03～0.12 mg/g之間(如圖6所示)，不同品種的牡丹葉綠素b的大小順序為春柳＞雪映桃花＞鳳丹＞魯粉＞新日月＞墨潤絕倫＞金閣＞氣壯山河＞貴妃插柳＞白雪公主＞魯荷紅，通過單因素方差分析及其多重比較的結果表明，貴妃插柳、魯荷紅、白雪公主品種葉綠素b含量與鳳丹之間有顯著性差異，金閣、雪映桃花、春柳、新日月、魯粉、墨潤絕倫、氣壯山河品種與鳳丹之間無顯著性差異.

圖6 不同品種牡丹間葉綠素b含量

從圖7可看出牡丹葉綠素a/b比值范圍為5.54～13.27，魯荷紅、白雪公主品種的葉綠素a/b比值較高，其值分別為13.27，12.82.貴妃插柳、魯荷紅、白雪公主、氣壯山河品種之間無顯著差異，金閣、貴妃插柳、雪映桃花、春柳、新日月、魯粉、墨潤絕倫、氣壯山河、鳳丹品種之間的葉綠素a/b值無顯著性差異.

圖7 不同品種牡丹間葉綠素a/b

3.2 生理指標的主成分分析

通過不同品種牡丹葉片各因子的主成分分析，探討牡丹葉各生理指標與生態(tài)適應性的關系，篩選出對牡丹生理生態(tài)適應性產(chǎn)生影響的主要因子群.分析結果表明(見表1)，特征根大于1的成分主要有2個，第一主成分方差貢獻率達45.243%，第二主成分方差貢獻率達27.167%，前2個主成分解釋達到72.410%.因此，它們基本能解釋牡丹生理生態(tài)適應性的信息.

表1 供試牡丹品種的主成分分析

通過計算主成分各因子的載荷，第一主成分綜合了可溶性糖、非結構性碳水化合物和淀粉的信息，第二主成分綜合了葉綠素的信息.第一主成分累積方差貢獻率最大，對于牡丹的生理生態(tài)適應性起著主要的作用，可溶性糖、非結構性碳水化合物和淀粉因子均在第一主成分中具有較大的載荷，且非結構性碳水化合物的載荷最大，對第一主成分的影響最大.因此，第一主成分基本反映了牡丹品種的生理生態(tài)適應性的變化.這說明非結構性碳水化合物能敏感地表征牡丹品種生態(tài)適應性的變化.

進一步通過因子得分系數(shù)矩陣，獲得各因子在不同品種牡丹的得分，最后由各因子方差貢獻率和因子得分加權得到各品種牡丹生理生態(tài)適應性的綜合得分(見表2)，它們得分大小順序為雪映桃花＞春柳＞鳳丹＞新日月＞墨潤絕倫＞氣壯山河＞金閣＞白雪公主＞貴妃插柳＞魯荷紅＞魯粉，這說明雪映桃花、春柳品種的牡丹在宜昌三峽植物園的生理生態(tài)適應性較強，可能最適合在宜昌栽植.

表2 不同牡丹品種綜合因子得分表

4 討論與結論

可溶性糖是植物生長發(fā)育過程中的重要能源[15]，影響植物開花進程.可溶性糖越多，植物更有利于爭奪生存空間，保障植物正常生長[16]，降低花瓣滲透勢促進細胞吸水，從而促進開花[17].本研究中貴妃插柳、雪映桃花品種的可溶性糖含量相對較高，這表明兩種牡丹比其他牡丹競爭能力強，開花進程較快.淀粉在一定條件下能被水解成糖類，說明淀粉含量越高，植物抗逆性越強[5].本研究中，雪映桃花、春柳品種的淀粉含量較高，儲存的物質最多，這說明兩種牡丹受到脅迫時，抗逆能力增強，即這兩種牡丹適應環(huán)境能力很強.可溶性糖與淀粉的比例關系在高山植物抵御低溫脅迫維持持續(xù)性中起著重要的作用[18].本研究中雪映桃花、春柳品種的可溶性糖含量較高，淀粉含量也比較高，但是可溶性糖/淀粉比值較低，與植物在面對水分脅迫時，主要表現(xiàn)為可溶性糖含量增加和淀粉含量降低[19]不一致.這可能是因為這幾種牡丹本身的淀粉含量就比較高，導致比值較小.本研究的幾種牡丹葉的可溶性糖含量基本高于淀粉的含量是因為一方面淀粉是不可移動的長期儲備物質，而可溶性糖可隨時被調用于樹木的各種生理活動[20]，另一方面可能牡丹光合作用大于呼吸作用.

非結構性碳水化合物是植物典型的滲透調節(jié)物質，其含量的改變可以直接影響植物滲透調節(jié)，有助于光合作用、氣孔運動和細胞生長等生理過程正常進行[21-22].植物非結構性碳水化合物的含量越高，有助于植物對氣候變化的適應[5].趙鐳等[21]研究表明儲存更多的碳水化合物有利于植物對抗逆境干擾.本研究中，雪映桃花、春柳品種與對照品種相比非結構性碳水化合物含量較高，這充分說明雪映桃花、春柳品種的抗干擾能力很強，更容易適應當?shù)氐沫h(huán)境.Mooney[23]研究表明不同樹種的非結構碳水化合物濃度和含量差異顯著，可能反映了其生長策略的不同，這也說明各品種牡丹對環(huán)境的適應性不同.

葉綠素含量的高低是反映植物光合能力的重要指標之一[24]，在光飽和點以下，葉片葉綠素含量和光合速率呈正相關[25].本研究中各牡丹葉綠素含量基本低于對照牡丹葉綠素含量.這可能是一方面土壤水分脅迫使牡丹的葉綠素合成受阻[26]，另一方面空氣相對濕度脅迫促進了牡丹葉片中葉綠素的降解[27].本研究中雪映桃花、春柳、新日月和對照品種的葉綠素含量較高，葉綠素a/b比值較低，非結構碳水化合物含量較高.這是因為耐陰性植物一般葉綠素含量較高，而葉綠素a/b較低，適合在陰暗環(huán)境中生長[28]，而耐蔭性高的物種擁有更高的碳水化合物濃度[21].

通過主成分分析表明非結構性碳水化合物能敏感地表征牡丹品種生態(tài)適應性的變化.由各品種牡丹生理生態(tài)適應性的綜合得分，表明雪映桃花、春柳的適應性較高，這與上述研究結果一致.

不同牡丹品種間非結構性碳水化合物和葉綠素含量指標值都存在顯著差異，因此這兩個指標可以作為鑒定牡丹生態(tài)適應性的合理指標.

綜上所述，10種牡丹品種中雪映桃花、春柳的非結構性碳水化合物含量較高，且葉綠素含量較高，綜合因子得分也是雪映桃花、春柳品種較高，可能在宜昌三峽植物園栽植成功.本試驗通過非結構性碳水化合物和葉綠素含量研究對適宜引種的牡丹品種進行了篩選，對牡丹品種的引種和本地化培育提供了重要的技術指導，但僅有非結構性碳水化合物和葉綠素的研究還不能充分地說明引種牡丹的適生性，在后續(xù)研究中還需要結合其他生理生化參數(shù)進一步進行研究.