毛林鮮，朱蕓琦，吳美麗，劉 建，區(qū) 智,2

(1.西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院/國(guó)家林業(yè)和草原局西南風(fēng)景園林工程技術(shù)研究中心, 昆明 650224；2.西南山區(qū)森林資源保護(hù)與利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西南林業(yè)大學(xué)， 昆明 650224)

【研究意義】低溫作為一種最常見、最主要的非生物脅迫因素，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育與地理分布有著極大的影響[1]。蕨類植物也被稱為羊齒植物，現(xiàn)存蕨類植物約12 000種，大多數(shù)主要原分布于熱帶及亞熱帶地區(qū)，溫度是影響蕨類植物地理分布的一個(gè)重要因子。因此，對(duì)低溫的適應(yīng)是蕨類植物維持種群生長(zhǎng)的關(guān)鍵。大多數(shù)蕨類植物對(duì)低溫環(huán)境非常敏感，在引種馴化時(shí)，低溫通常是一個(gè)限制性因素。鳥巢蕨(Aspleniumnidus)、波士頓蕨(Nephrolepisexaltatacv. Bostoniensis)和狼尾蕨(Davalliatrichomanoides)均是具有優(yōu)良觀葉價(jià)值的蕨類植物，常在園林景觀中用作地被植物和室內(nèi)的觀葉盆栽植物，3種蕨類植物喜溫暖濕潤(rùn)遮蔭環(huán)境，均不耐強(qiáng)光和低溫。低溫會(huì)對(duì)鳥巢蕨、狼尾蕨、波士頓蕨3種蕨類植物的葉片造成不同程度的損傷，影響其觀賞價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】當(dāng)溫度處于植物正常生長(zhǎng)溫度以下時(shí)，植物的生長(zhǎng)受到影響，最終致使植株死亡。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫能使植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累[2]。田丹青等[3]研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)紅掌(Anthuriumandraenum)品種在低溫脅迫處理后葉片的丙二醛(MDA)含量呈先降低后上升的變化趨勢(shì)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率上升。趙一航等[4]對(duì)4個(gè)苜蓿(Medicagosativa)品種的研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下超氧化物歧化酶和過氧化物酶酶活性均有上升的現(xiàn)象。黃一波等[5]研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下7種木蓮屬(Manglietia)植物的可溶性糖和可溶性蛋白含量上升。馬曉華等[6]研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫后2個(gè)蝴蝶蘭(Phalaenopsisamabilis)品種葉片的部分光合參數(shù)均有所下降?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于蕨類植物的研究主要集中在繁育、資源考察等方面，對(duì)于蕨類植物抗性生理方面的研究并不多[7]。迄今為止，關(guān)于蕨類植物抗性生理的研究又限于干旱脅迫、重金屬脅迫、鹽脅迫、耐陰性等對(duì)其生理生化指標(biāo)的影響[8-13]，對(duì)蕨類低溫脅迫的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以鳥巢蕨、狼尾蕨和波士頓蕨3種蕨類植物為研究對(duì)象，通過測(cè)定3種蕨類植物在低溫脅迫下相關(guān)生理生化指標(biāo)及光合參數(shù)，初步探究其生理響應(yīng)機(jī)制，比較3種蕨類植物的抗寒性，篩選出較耐寒的種類，為今后蕨類植物的育種、園林運(yùn)用和栽培養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以長(zhǎng)勢(shì)良好且一致、無病蟲害的一年生鳥巢蕨、狼尾蕨和波士頓蕨為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料培養(yǎng)在塑料盆(口徑為10 cm，高為8.7 cm，底徑為6.8 cm)中，培養(yǎng)基質(zhì)中泥炭土、珍珠巖和蛭石的配比是3∶1∶1，日常進(jìn)行正常的水肥管理及病蟲害防治等栽培養(yǎng)護(hù)工作。

1.2 處理方法

先將植株放在恒溫20 ℃，光照12/12 h(晝/夜)，光照強(qiáng)度為4000 Lx，濕度為70%～75%的光照培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)2 d，隨后放入0 ℃的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行處理，分別在0 ℃處理0 h(CK)、48 h、96 h以及恢復(fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)對(duì)植株相同部位葉片進(jìn)行采樣及光合參數(shù)的測(cè)定，設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，取樣后立即進(jìn)行相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定，其余指標(biāo)對(duì)應(yīng)每個(gè)指標(biāo)取樣品0.1 g包裹在錫箔紙中，液氮速凍后，用自封袋裝好放入-80 ℃冰箱中冷凍貯存，以便后期測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定方法

葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性等指標(biāo)的測(cè)定方法均參照前人方法用T-6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定[14]。用LI-6400XT便攜式光合儀(LI-COR，美國(guó))在8:30—11:30時(shí)測(cè)定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及水分利用率(WUE，WUE=Pn/Tr)等光合參數(shù)相關(guān)的光合指標(biāo)，使用紅藍(lán)光源進(jìn)行測(cè)量，光強(qiáng)設(shè)定為1000 μmol/(m2·s)，CO2濃度為外界CO2濃度，相對(duì)濕度為70%，流速設(shè)置為500 μmol/s，葉室溫度為(25±1)℃，每片葉子重復(fù)測(cè)量3次后取平均值進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。

1.4 主成分分析和綜合評(píng)價(jià)

采用前人方法對(duì)各項(xiàng)生理及光合指標(biāo)進(jìn)行主成分分析[15-16]。

(1)

式中,Zj表示某蕨類植物第j個(gè)主成分綜合得分值，Bij表示第j個(gè)主成分第i個(gè)指標(biāo)的特征向量值，xi表示某蕨類植物第i個(gè)指標(biāo)的測(cè)定值。

利用以下公式計(jì)算低溫脅迫下3種蕨類植物耐受性的綜合評(píng)價(jià)D值[17]。

(2)

式中，U(xi)表示各蕨類第i個(gè)主成分的隸屬函數(shù)值；Wi表示第i個(gè)主成分在所有主成分中的權(quán)重。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算參考前人方法[18]，分析和評(píng)價(jià)3種蕨類植物的抗寒性。分別使用公式(3～4)計(jì)算與抗寒性呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)的指標(biāo)：

隸屬函數(shù)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(3)

反隸屬函數(shù)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(4)

式中，Xi為指標(biāo)測(cè)定值，Xmin為該指標(biāo)測(cè)定值中的最小值，Xmax為該指標(biāo)測(cè)定值中的最大值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和單因素方差分析(One-way ANOVA)，采用Origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物葉片生理生化指標(biāo)和光合參數(shù)的影響

2.1.1 葉綠素含量 如圖1-A所示，低溫脅迫后，3種蕨類葉片的葉綠素含量變化趨勢(shì)不同。隨脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鳥巢蕨葉片的葉綠素含量呈上升趨勢(shì)，波士頓蕨葉片的葉綠素含量變化不明顯，狼尾蕨葉片的葉綠素含量則呈先下降后上升趨勢(shì)。鳥巢蕨葉片的葉綠素含量在脅迫處理96 h 達(dá)到最大值，為2.53 mg/g FW，較0 h(CK)上升32.20%。波士頓蕨葉片的葉綠素含量在脅迫處理96 h 降至最小值，為2.34 mg/g FW，較0 h(CK)下降14.55%，恢復(fù)常溫20 ℃ 48 h后有所回升。狼尾蕨葉片的葉綠素含量在脅迫處理48、96 h及恢復(fù)48 h與0 h(CK)相比均有所下降，較0 h(CK)分別下降21.98%、7.17%和19.08%。狼尾蕨葉片的葉綠素含量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均顯著(P<0.05)高于鳥巢蕨和波士頓蕨。綜上表明，3種蕨類植物對(duì)低溫脅迫作出了不同響應(yīng)，導(dǎo)致其葉片的葉綠素含量變化規(guī)律不一致。

2.1.2 相對(duì)電導(dǎo)率 如圖1-B所示，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)，但三者的增幅存在較大差異。在脅迫處理48和96 h時(shí)，與0 h(CK)相比，鳥巢蕨分別上升10.57%和121.62%，波士頓蕨分別上升83.33%和198.62%，狼尾蕨分別上升16.94%和76.41%。3種蕨類在受到脅迫時(shí)存在顯著差異(P<0.05)，在脅迫處理48和96 h時(shí)波士頓蕨的相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于鳥巢蕨和狼尾蕨(P<0.05)。三者均在脅迫處理96 h 達(dá)到最大值，顯著高于0 h(CK)(P<0.05)?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的相對(duì)電導(dǎo)率與脅迫96 h相比顯著下降(P<0.05)，分別下降60.11%、57.70%和54.47%，說明低溫解除后，低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物的傷害程度減輕，細(xì)胞內(nèi)外滲的電解質(zhì)減少。

2.1.3 MDA含量 MDA是膜脂過氧化物的產(chǎn)物之一。如圖1-C所示，3種蕨類的MDA含量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均存在顯著差異(P<0.05)，且在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)狼尾蕨葉片的MDA含量均顯著高于波士頓蕨。隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鳥巢蕨葉片的MDA含量呈上升趨勢(shì)，波士頓蕨和狼尾蕨葉片的MDA含量變化呈下降趨勢(shì)。鳥巢蕨葉片的MDA含量在脅迫處理96 h 時(shí)到達(dá)峰值，為10.06 mmol/g FW，較0 h(CK)上升53.19%，恢復(fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)相比脅迫處理96 h時(shí)有所下降。波士頓蕨和狼尾蕨葉片的MDA含量在脅迫處理96 h 均降低到最小值，分別為0.52和3.36 mmol/g FW，較0 h(CK)分別下降88.90%和69.47%，

2.1.4 可溶性糖含量 從圖1-D可知，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類葉片中可溶性糖含量均呈上升趨勢(shì)。在脅迫處理48和96 h時(shí)，與0 h(CK)相比，鳥巢蕨分別上升184.10%和390.80%，波士頓蕨分別上升98.96%和110.93%，狼尾蕨分別上升127.66%和138.45%，三者均在脅迫處理96 h達(dá)到最大值，顯著高于0 h(CK)(P<0.05)。狼尾蕨在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的可溶性糖含量均顯著高于其他2種蕨類(P<0.05)?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的可溶性糖含量與脅迫96 h顯著下降(P<0.05)，分別下降51.83%、52.50%和57.29%，除鳥巢蕨外，其他2種蕨類均恢復(fù)到0 h(CK)水平，與0 h(CK)相比無顯著差異(P>0.05)。

2.1.5 可溶性蛋白含量 從圖1-E可知，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類葉片中可溶性蛋白含量均呈上升趨勢(shì)。在脅迫處理48和96 h時(shí)，與0 h(CK)相比，鳥巢蕨分別上升43.83%和275.42%，波士頓蕨分別上升11.84%和99.31%，狼尾蕨分別上升5.59%和268.33%，鳥巢蕨上升的幅度大于其他2種蕨類。三者均在脅迫處理96 h 達(dá)到最大值，顯著高于0 h(CK)(P<0.05)?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的可溶性蛋白含量與脅迫96 h相比顯著下降(P<0.05)，分別降低13.42%、21.60%和19.03%。

2.1.6 SOD活性 從圖1-F所示，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類植物SOD活性的變化趨勢(shì)不同，鳥巢蕨和波士頓蕨呈上升趨勢(shì)，狼尾蕨SOD活性變化不明顯。在脅迫處理48和96 h時(shí)，與0 h(CK)相比，鳥巢蕨分別上升16.53%和38.25%，波士頓蕨分別上升133.16%和43.50%。3種蕨類植物SOD活性出現(xiàn)峰值的時(shí)間點(diǎn)不同，鳥巢蕨和狼尾蕨在低溫脅迫96 h到達(dá)峰值，波士頓蕨在低溫脅迫48 h到達(dá)峰值。恢復(fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)鳥巢蕨和波士頓蕨葉片的SOD活性與脅迫96 h相比顯著下降(P<0.05)，分別降低39.60%和9.32%。

不同大寫字母表示不同蕨類在同一時(shí)間點(diǎn)下差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同一蕨類在不同時(shí)間點(diǎn)下差異顯著(P<0.05)；恢復(fù)48 表示低溫脅迫后恢復(fù)常溫(20 ℃) 48 h，下同Different capital letters indicate significant differences between fern species at the same time (P<0.05), and different lowercase letters indicate the significant difference of the same fern species at different time (P<0.05). Recovery 48 indicates 48 hours recovered at air temperature (20 ℃) after low temperature stress, the same as below圖1 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物生理生化指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of low temperature treatments on physiological biochemical indexes of three fern species

2.1.7 POD活性 由圖1-G可以看出，隨低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鳥巢蕨的POD活性呈升高趨勢(shì)，波士頓蕨和狼尾蕨POD活性變化不明顯。鳥巢蕨的POD活性在脅迫48、96 h及恢復(fù)48 h時(shí)與0 h(CK)相比分別上升416.67%、625.00%和633.33%。鳥巢蕨葉片的POD活性變化幅度遠(yuǎn)高于其他2種蕨類植物。

2.1.8 光合參數(shù) 由圖2-A可知，在低溫脅迫下，3種蕨類植物葉片的凈光合速率Pn均呈下降趨勢(shì)。鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的凈光合速率Pn在脅迫處理48 h時(shí)出現(xiàn)大幅度下降，與0 h(CK)相比，分別下降30.52%、76.10%和84.93%，狼尾蕨下降的幅度最大。在脅迫處理96 h下降至最小值，與0 h(CK)相比，分別下降50.64%、90.13%和92.28%，此時(shí)，鳥巢蕨葉片的凈光合速率Pn顯著高于波士頓蕨和狼尾蕨，狼尾蕨的下降幅度最大?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h后鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的凈光合速率Pn與脅迫處理96 h時(shí)相比均有大幅度回升，分別上升54.04%、470.42%和868.78%。

由圖2-B可知，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類植物葉片的蒸騰速率Tr均呈下降趨勢(shì)，但下降的時(shí)間點(diǎn)有所差異。低溫脅迫48 h時(shí)，狼尾蕨葉片的蒸騰速率Tr大幅下降，與0 h(CK)相比下降68.96%，且顯著低于鳥巢蕨、波士頓蕨，而鳥巢蕨、波士頓蕨與0 h(CK)相比無顯著變化。脅迫處理96 h時(shí)，3種蕨類植物葉片的蒸騰速率Tr均下降至最小值，與0 h(CK)相比鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨分別下降59.29%、63.11%和78.99%，此時(shí)，鳥巢蕨、波士頓蕨顯著高于狼尾蕨(P<0.05)?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h后鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的蒸騰速率Tr與脅迫處理96 h時(shí)相比均有大幅度回升，分別上升81.67%、75.45%和393.40%。綜上，狼尾蕨葉片的蒸騰速率Tr受低溫脅迫的影響更大。

圖2 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物光合參數(shù)的影響Fig.2 Effects of low temperature treatments on photosynthetic parameters of three fern species

由圖2-C可知，隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類葉片的胞間CO2濃度Ci均呈上升趨勢(shì)。在脅迫處理48 h和96 h時(shí)，與0 h(CK)相比，鳥巢蕨分別上升39.73%和42.19%，波士頓蕨分別上升78.86%和77.76%，狼尾蕨分別上升61.69%和70.33%，三者均在脅迫處理96 h 達(dá)到最大值，顯著高于0 h(CK)(P<0.05)。波士頓蕨在脅迫處理48 h的胞間CO2濃度Ci顯著高于其他兩種蕨類(P<0.05)。恢復(fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片的胞間CO2濃度Ci與脅迫96 h相比顯著下降(P<0.05)，分別下降31.69%、38.50%和46.57%。

由圖2-D可知，低溫脅迫下，3種蕨類植物葉片的氣孔導(dǎo)度Gs總體呈下降趨勢(shì)，均在脅迫處理96 h 時(shí)大幅度下降至最小值，與0 h(CK)相比分別下降30.53%、63.29%和79.58%。此時(shí)，3種蕨類植物葉片氣孔導(dǎo)度均顯著低于0 h(CK)(P<0.05)，鳥巢蕨葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于波士頓蕨和狼尾蕨(P<0.05)?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h后波士頓蕨和狼尾蕨葉片的氣孔導(dǎo)度Gs與脅迫96 h相比顯著上升(P<0.05)，分別上升73.66%和247.33% 。

由圖2-E可知，低溫脅迫下，鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨葉片水分利用效率WUE總體上呈下降趨勢(shì)，但出現(xiàn)最低值的時(shí)間點(diǎn)有所差別。鳥巢蕨和波士頓蕨葉片的水分利用效率WUE均在48 h 下降到最低值，為2.34和0.74 μmol/mol，較0 h(CK)相比分別下降30.53%和76.05%。在脅迫48 h時(shí)，狼尾蕨葉片水分利用效率WUE下降到最低值，為1.84 μmol/mol，較0 h(CK)相比下降61.12%?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h后波士頓蕨和狼尾蕨葉片水分利用效率WUE與脅迫96 h相比顯著上升(P<0.05)，分別上升213.67%和84.13%。

2.2 低溫脅迫下3種蕨類植物各生理指標(biāo)的主成分分析

采用Origin 2021對(duì)測(cè)定的指標(biāo)共12個(gè)進(jìn)行主成分分析(PCA分析)，第一主成分的貢獻(xiàn)率是43.0%，第二主成分的貢獻(xiàn)率是25.7%。在第一主成分中，最大的特征向量是Pn，其次是Tr；在第二主成分中，最大的特征向量是葉綠素含量，其次是可溶性蛋白和可溶性糖；第一、二主成分主要反映低溫脅迫下3種蕨類植物的光合能力、水分利用能力和滲透調(diào)節(jié)能力受到影響。PC1對(duì)POD、MDA、WUE、Pn、Gs、Tr均有正向荷載，對(duì)Chl、SP、SS、REC、Ci、SOD均有負(fù)向荷載。PC2對(duì)POD、MDA、WUE、Pn、Chl、Tr、SP、SS均有正向荷載，對(duì)REC、Ci、SOD、Gs、Tr均有負(fù)向荷載(圖3)。

L：狼尾蕨；b：波士頓蕨；n：鳥巢蕨；1～3代表0 h；4～6代表48 h；7～8代表96 h；9～12代表恢復(fù)48 hL: D.trichomanoides; b: N.exaltata cv. Bostoniensis; n: A.nidus; 1-3 represent 0 hours; 4-6 represent 48 hours; 7-9 represent 96 hours; 10-12 represent recovery for 48 hours圖3 低溫脅迫下3種蕨類植物各生理指標(biāo)的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of different indexes of three fern species under low temperature treatments

2.3 低溫脅迫下3種蕨類植物的耐受性綜合評(píng)價(jià)

利用公式(1)可得出3種蕨類3個(gè)主成分的得分值Z(1)、Z(2)和Z(3)。根據(jù)公式(3～4)可算出3種蕨類的隸屬函數(shù)值U(x)，綜合評(píng)價(jià)D值用公式(2)算出，D值越大，表明低溫脅迫下耐受性越強(qiáng)，D值越小則越弱。由表1可知，用低溫脅迫下3種蕨類D值大小對(duì)其進(jìn)行耐受性排序，可得出：鳥巢蕨>狼尾蕨>波士頓蕨。

表1 3種蕨類植物綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值、D值

3 討 論

3.1 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物葉片光合特性的影響

光合作用是植物重要的生理活動(dòng)之一，常受到溫度的影響。3種蕨類植物光合作用對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)存在差異。鳥巢蕨在低溫脅迫(0 ℃)后葉片的葉綠素含量升高，這與張學(xué)財(cái)?shù)萚19]對(duì)劍麻低溫處理的研究結(jié)果相似。波士頓蕨葉片的葉綠素含量較對(duì)照有所降低，表明低溫脅迫使其葉綠素的積累減少，這與易拓等[20]的研究結(jié)果一致。狼尾蕨葉片的葉綠素含量先下降后上升，參考前人研究[21]可知，這是由于狼尾蕨在低溫脅迫處理前期光合作用降低及葉綠素合成受制而導(dǎo)致的，從而造成狼尾蕨葉片的葉綠素含量降低，但低溫脅迫強(qiáng)度并未完全破壞狼尾蕨葉片的光合能力，所以隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)綠素含量又上升，這是狼尾蕨對(duì)低溫脅迫環(huán)境逐步適應(yīng)的表現(xiàn)。各個(gè)光合參數(shù)能反映植物的光合作用水平[22]。隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，鳥巢蕨、波士頓蕨及狼尾蕨3種蕨類植物葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及水分利用率(WUE)等光合參數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，表明低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物的光合作用產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致凈光合速率(Pn)下降。同時(shí)胞間CO2(Ci)濃度顯著上升，表明凈光合速率(Pn)的下降是由非氣孔因素導(dǎo)致的?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h后3種蕨類植物葉片的Pn、Tr、Gs及WUE等光合參數(shù)均有一定程度的回升，Ci濃度下降，這與邵怡若等[23]對(duì)假連翹的研究結(jié)果一致，表明3種蕨類植物葉片的光合作用得到了一定程度恢復(fù)，且3種蕨類植物均有一定的抗寒能力。3種蕨類植物低溫處理間Pn、Tr、Gs、Ci和WUE等光合參數(shù)差異顯著，應(yīng)該是由于3種蕨類植物遭到低溫脅迫時(shí)，光合系統(tǒng)受損程度不同，從而導(dǎo)致各光合參數(shù)存在顯著差異，這與黃麗芳等[24]對(duì)3種咖啡的研究結(jié)果一致。

3.2 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的影響

隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類植物的相對(duì)電導(dǎo)率均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，相對(duì)電導(dǎo)率與蕨類植物耐寒性呈負(fù)相關(guān)，研究結(jié)果與前人研究一致[20]。低溫脅迫會(huì)使植物的細(xì)胞膜遭遇破壞，膜的透性變大，電解質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)往外滲出，發(fā)生膜脂過氧化作用，相對(duì)電導(dǎo)率變大。因此，在一定程度上相對(duì)電導(dǎo)率的變化可以反映細(xì)胞膜受損傷的程度[25]。丙二醛為植物細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物之一[26]。本研究不同蕨類MDA含量變化趨勢(shì)存在差異，表明不同蕨類間細(xì)胞膜氧化程度存在顯著差異。鳥巢蕨葉片的MDA含量呈上升趨勢(shì)，表明低溫脅迫下鳥巢蕨體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除之間特有的動(dòng)態(tài)平衡被打破，產(chǎn)生膜脂過氧化作用，造成MDA含量增加，這與苜蓿上的研究結(jié)果一致[27]。低溫脅迫下MDA含量并不總是增加，低溫脅迫下波士頓蕨和狼尾蕨葉片MDA含量呈下降趨勢(shì)，這可能是低溫脅迫導(dǎo)致保護(hù)物質(zhì)迅速增加，從而降低植物體內(nèi)MDA含量，在藜麥幼苗葉片和苜蓿根中都存在此現(xiàn)象[28-29]。

3.3 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物葉片可溶性糖和可溶性蛋白的影響

可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)均為植物體內(nèi)關(guān)鍵的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，二者具有增強(qiáng)細(xì)胞保水能力及清除過多活性氧等功能。低溫脅迫時(shí)，植物對(duì)低溫脅迫環(huán)境作出響應(yīng)，SS和SP含量升高，以維持低溫脅迫時(shí)細(xì)胞內(nèi)的滲透平衡[30-31]。本研究中3種蕨類植物葉片的SS和SP含量均有不同程度的上升，且隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷升高，這可能是3種蕨類通過積累SS和SP以維持細(xì)胞內(nèi)的滲透平衡，抵御低溫脅迫環(huán)境?；謴?fù)常溫20 ℃ 48 h時(shí)SS和SP含量較低溫脅迫96 h顯著降低，表明3種蕨類植物正常生理及代謝活動(dòng)得到一定恢復(fù)，這與鄧仁菊等[32]對(duì)火龍果低溫脅迫研究結(jié)果一致。

3.4 低溫脅迫對(duì)3種蕨類植物葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)的影響

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)是植物細(xì)胞內(nèi)2種主要抗氧化酶。該研究中，隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3種蕨類植物SOD和POD活性均有不同程度上升，不同蕨類間存在顯著差異。低溫脅迫下，SOD和POD 2種酶活性均上升，使植物具備抵御低溫逆境的功能。這也表明在低溫脅迫下，3種蕨類植物可通過增加SOD和POD活性，從而具備清除細(xì)胞內(nèi)過多活性氧的能力，維護(hù)細(xì)胞內(nèi)活性氧的代謝平衡，提高其抗寒性，以減輕低溫給植物帶來的傷害。馬曉華等[6]研究發(fā)現(xiàn)，2種蝴蝶蘭均能通過增強(qiáng)SOD和 POD 這2種酶活性以達(dá)到維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，與本研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

通過對(duì)3種蕨類植物的生理生化指標(biāo)及光合參數(shù)的測(cè)定，可知3種蕨類植物均能對(duì)低溫作出響應(yīng)，能忍受一定的低溫脅迫強(qiáng)度，均有一定抗寒能力。對(duì)鳥巢蕨、波士頓蕨和狼尾蕨進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)采用隸屬函數(shù)法，得出3種蕨類低溫脅迫下耐受性強(qiáng)弱順序?yàn)轼B巢蕨>狼尾蕨>波士頓蕨，鳥巢蕨較狼尾蕨和波士頓蕨具有更強(qiáng)的抗寒能力。該研究較為系統(tǒng)地探究3種蕨類植物對(duì)低溫的生理響應(yīng)機(jī)制，可為將來蕨類植物抗寒品種的培育和引種栽培等工作提供理論依據(jù)。本研究缺少?gòu)姆肿臃矫嫣骄科淇购畽C(jī)理，今后可從轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)等方面對(duì)抗寒機(jī)制進(jìn)行更深層次的研究。