6種莢蒾屬植物引種抗寒性評價

李鑫慧，竇 宵，管振波，鄭彥民，張忠軍，邢世巖，孫立民*

（1.黃河下游森林培育國家林業和草原局重點實驗室/山東農業大學林學院，山東 泰安 271018；2.山東省林業保護和發展服務中心，山東 濟南 250014；3.肥城市農村經營服務中心，山東 泰安 271600；4.鄆城縣林業服務中心，山東 菏澤 274700；5.肥城市牛山林場，山東 泰安 271600）

莢蒾屬（Viburnum L.）隸屬于五?；疲ˋdoxaceae），多為叢生灌木，少數為小喬木，落葉或常綠[1]。莢蒾屬植物花多為白色，果實顏色多變，因其花與果的獨特性，多應用于城市園林綠化，在園藝界享有“萬能綠化灌木”的美稱[2-3]。目前，在世界范圍內統計的莢蒾屬原生資源大約200 種，我國的莢蒾屬種質資源豐富，約有74種[4]，在園林應用方面發展潛力較大，但是相關的品種選育工作進展十分緩慢，并未受到廣泛的重視。

目前關于莢蒾抗性的研究已陸續開展。Hosam 等通過在莢蒾（V.nadum）葉面噴施三氯乙烯（TE）從而增強了莢蒾對于干旱脅迫的耐受性[5]。María 等通過對地中海莢蒾（V.tinus L.）接種細菌改變了植物體內的水分狀況、礦物含量和光合參數等生理行為減緩了鹽度對植物的脅迫[6]。國內有關莢蒾屬抗性的研究，則包括抗寒[7-8]、抗旱[9]、耐陰[10]、耐熱[11]、鹽脅迫[12-13]等，但因莢蒾屬植物種類眾多，不同品種間生物學特性的差異性研究亟待開展。

近年來，山東省廣泛開展不同花卉和樹種的南種北繁工作，致力于重要觀賞花卉的引種和適應性評價，以滿足園林綠化對良種和新品種的需求，實現本省園林綠化植物產業結構調整和提升。本研究依托于山東省農業良種工程課題，以引進的‘布克’等6 種莢蒾屬植物為研究對象，開展不同品種的抗寒性評價，探究其對低溫脅迫的響應，比較不同品種抗寒能力強弱，最終選擇適宜山東地區氣候特點的優良品種，為莢蒾屬品種在北方的推廣和應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所需材料來源于山東省林木種苗和花卉站引進的莢蒾品種，供試品種名稱及編號如表1所示。

表1 供試品種名稱及編號Table 1 Information of tested varieties

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗布設

于2020年12月份，收集長勢相近的待測莢蒾屬品種1年生休眠枝條若干，低溫保存，用自來水沖洗數次，并用去離子水沖洗3 遍以上，然后用吸水紙擦干表面。試驗設置0℃（CK）、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃等6個溫度梯度，將每一品種枝條分為6個試驗組分別進行不同溫度的處理，每處理重復3 次，處理時間24h。用高低溫濕熱試驗箱以5℃/h 逐漸降溫到設置溫度，處理完畢后，以5℃/h逐漸升溫至0℃，然后在0℃冰箱內保存待測。

1.2.2 測定指標

相對電導率采用EL3 便攜式電導儀測定[14]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法（TBA）測定[15]，脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法測定[16]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定[17]，過氧化物酶（POD）采用愈創木酚法測定[18]。

1.2.3 數據處理

運用SAS 8.2 軟件對所測數據進行方差分析、多重比較及聚類分析，運用SPSS 22 軟件進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同莢蒾屬植物的抗寒性分析

2.1.1 溫度脅迫對不同品種莢蒾屬相對電導率的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種相對電導率逐漸升高，在0℃時，6 個莢蒾屬品種相對電導率變幅在0.28～0.37 范圍內，隨著溫度的逐漸降低，相對電導率逐漸升高，在溫度達到-10℃后，各品種相對電導率變幅逐漸增大，至溫度降到最低時，相對電導率達到最高值（圖1）。

圖1 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種相對電導率變化變化Figure 1 Changes of relative electrical conductivity of V.L.species under different temperature stresses

2.1.2 溫度脅迫對不同品種莢蒾屬MDA 含量的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種MDA 含量均逐漸升高，在0℃時，6 個莢蒾屬品種MDA含量變幅在4.19～5.78 μmol·g-1范圍內，后隨溫度的降低而逐漸升高，在溫度達到-10 ℃后，大多數品種感受低溫脅迫后，MDA 含量變幅升高，至溫度降到最低時MDA 含量達到最高值（圖2）。

圖2 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種MDA 含量變化Figure 2 Changes of MDA content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.3 溫度脅迫對不同品種莢蒾屬脯氨酸含量的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種脯氨酸含量均呈現先逐漸升高后降低的趨勢，在0℃時，6 個莢蒾屬品種脯氨酸含量變幅在92.00～105.33 μg·g-1范圍內，后隨溫度的降低而逐漸升高，-20℃時達到最高值，后略有降低（圖3）。

圖3 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種脯氨酸含量變化Figure 3 Changes of proline content in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.4 溫度脅迫對不同品種莢蒾屬SOD 活性的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種SOD 活性均呈現出先升高后降低的趨勢，在0℃時，6 個莢蒾屬品種SOD活性變幅在12.96～14.47 U·g-1FW 范圍內，后隨溫度的降低而逐漸升高，至溫度為-10℃～-15℃時，各品種SOD活性達到最高值，后SOD 活性迅速降低，至溫度降到最低時SOD 活性達到最低值（圖4）。

圖4 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種SOD 活性變化Figure 4 Changes of SOD activity in V.L.varieties under different temperature stresses

2.1.5 溫度脅迫對不同品種莢蒾屬POD 活性的影響

隨溫度的逐漸降低，各莢蒾屬品種POD 活性均大體呈現出先升高后降低的趨勢，在0℃時，6 個莢蒾屬品種POD 活性變幅在0.36～0.42 U/min·g FW 范圍內，后隨溫度脅迫降低而逐漸升高，至-15℃時，‘ZH’‘XQ’等品種POD 活性達到最高值，隨后‘HD’品種POD 活性在溫度為-20℃時達到最高值，后各品種POD 活性迅速降低，至溫度降到最低時POD 活性達到較低值（圖5）。

圖5 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種POD 活性變化Figure 5 Changes of POD activities of V.L.varieties under different temperature stresses

2.2 低溫脅迫下不同品種莢蒾屬抗寒性評價

2.2.1 不同莢蒾屬品種生理生化特性F 檢驗

取在溫度脅迫最大時各莢蒾屬品種生理生化指標進行抗寒性評價，F 檢驗結果表明，各品種生理生化指標均達到顯著水平，其中相對電導率差異達到極顯著水平（P＜0.01），MDA 含量、脯氨酸含量、SOD 活性及POD 活性等指標差異顯著（P＜0.05），各品種在低溫脅迫下顯著的差異性為其抗寒性評價提供了較大的可行性（表2）。

表2 不同溫度脅迫下各莢蒾屬品種生理生化特性的F 檢驗Table 2 F-test of physiological and biochemical characteristics of V.L.varieties under different temperature stress

2.2.2 不同莢蒾屬品種生理生化特性DUNCAN檢驗

通過DUNCAN 多重比較結果表明，在極端溫度脅迫下6 個莢蒾屬品種MDA 含量變幅在12.73～18.36 μmol·g-1之間，最大值出現在‘HD’品種，為18.36 μmol·g-1，最低值出現在‘XQ’品種為12.73 μmol·g-1；脯氨酸含量變幅在293.97～326.48 μg·g-1之間，最高值出現在‘ZH’品種，為326.48 μg·g-1，最低值出現在‘HD’品種，為293.97 μg·g-1；SOD 活性變幅在9.07～13.44 U·g-1FW 之間，最高值出現在‘HD’品種，為13.44 U·g-1FW，最低值出現在‘DZH’品種，為9.07 U·g-1FW；POD 活性變幅在0.35～0.56 U/min·gFW 之間，最高值出現在‘ZH’品種，為0.56 U/min·gFW，最低值出現在‘LS’品種，為0.35 U/min·gFW；相對電導率變幅在0.65～0.91之間，最高值出現在‘DZH’品種，為0.91，最低值出現在‘ZH’品種，為0.65（表3）。

表3 極端溫度脅迫下個各莢蒾屬品種生理生化特性的DUNCAN 檢驗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莢蒾屬品種抗寒性評價

2.3.1 各成分貢獻率分析

選擇MDA 含量-1、脯氨酸含量、相對電導率-1、SOD 活性、POD 活性等5 個指標進行主成分分析，結果表明，PCA1 和PCA2 貢獻率分別為70.130%、20.324%，前兩個主成分累計貢獻率達90.454%，可以用PCA1、PCA2 代表樣本的整體情況（表4）。

表4 各主成分特征值與貢獻率統計表Table 4 Statistical table of eigenvalues and contribution rates of each principal component

2.3.2 不同莢蒾屬品種主成分得分

選擇PCA1 和PCA2 計算6 個莢蒾屬品種因子得分及主成分得分，結果表明排名第1 位的為‘ZH’品種，得分為1.97，其次為‘XQ’品種，主成分得分為1.60，得分最低的品種為‘DZH’，主成分得分為-1.77，排名越高的抗寒性越強（表5）。

表5 基于PCA1 和PCA2 的不同莢蒾屬品種主成分得分Table 5 Principal component scores of different V.L.varieties based on PCA1 and PCA2

2.4 不同莢蒾屬品種生理生化的聚類分析

選擇MDA 含量-1、脯氨酸含量、相對電導率-1、SOD 活性、POD 活性等5 個指標對6 個莢蒾屬品種進行聚類分析，在遺傳距離為0.6 時將6 個莢蒾屬品種分為4 類，第Ⅰ類包含‘ZH’、‘XQ’等2 個品種，第Ⅱ類包含‘BK’、‘LS’等兩個品種，第Ⅲ類和第Ⅳ類均僅包含1 個品種，分別為‘HD’、‘DZH’品種。第Ⅰ類的2 個品種生理生化指標總體表現優異，表現出較強的抗寒性，第Ⅳ類的‘DZH’品種生理生化總體表現較差，抗寒性較差，劃為同一類的品種具有相似的抗寒能力（表6，圖6）。

圖6 6 個莢蒾屬品種聚類分析圖Figure 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

表6 6 個莢蒾屬品種聚類分析表Table 6 Cluster analysis of six V.L.varieties

3 討論與結論

3.1 莢蒾屬品種對低溫等脅迫的響應

溫度作為一種非生物因素，其高低會嚴重影響植物的地理分布、生長發育和品質產量，溫度過高或過低時都會導致植物死亡[19]。當植物受到低溫脅迫時，體內各項生理生化指標會發生變化，包括MDA 含量、脯氨酸含量、保護酶活性等，這些指標的變化和植物抗寒性都有一定的相關性[20]。低溫會導致的植物細胞膜透性改變，相對電導率的大小和MDA 的含量可以反映出細胞膜透性和破損程度[21-22]，本研究中隨著溫度的不斷降低，各品種相對電導率和MDA 含量均呈現不同程度的增加，表明隨著低溫脅迫的不斷增大，莢蒾屬植物細胞膜受到了不同程度的損害，細胞滲透壓發生變化。為維持細胞正常代謝，各莢蒾屬品種在感受到低溫脅迫后，脯氨酸含量會不斷上升，通過大分子物質的積累，從而維持細胞滲透壓的平衡[23]，但在極端低溫脅迫下，細胞膜遭受較大程度損害，導致細胞質外流，造成脯氨酸含量下降。當植物遭受低溫脅迫體內的代謝失衡后，細胞內的活性氧產量會增加，所以在植物遭受脅迫初期，植物會通過提高自身的抗氧化酶活性，從而清除植物細胞內的活性氧自由基，這是植物的保護性應激反應[24]。所以在此次研究中，隨著溫度的降低，脯氨酸含量、SOD、POD 活性都逐漸呈現先升高后降低的趨勢，在溫度降低至-10℃后，脯氨酸含量變化加劇，至-20℃時達到最高值后略降低；在溫度為-15℃～-10℃時SOD 活性達到最高值，后又迅速降低，至溫度降到最低時SOD 活性達到最低值；POD 活性在溫度為-20℃～15℃時達到最高值，后各品種POD 活性均降低。

3.2 抗寒莢蒾屬品種選擇

張林通過調查山東泰安地區的木本植物，發現本地莢蒾屬只有6 個品種，包括天目瓊花、瓊花、宜昌莢蒾、木繡球、繡球莢蒾、雪球莢蒾、蝴蝶莢蒾，其中種植數量較多的只有天目瓊花，主要分布于泰山北天門附近，目前已形成了片狀景觀，但其它幾個種栽培較少[25]。而近年來吳其超等人通過調查整個山東地區的莢蒾資源發現在山東共有莢蒾屬植物9 種3 變種2 變型2 品種，其中野生種類4 種2 變種[26]。同時就山東半島而言，莢蒾屬也多分布在沿海地帶，而這一現象也和應佳莉通過Max Ent 模型預測的未來山東地區香莢蒾的分布多靠近渤海這一結論相符合[27]。種種研究表明，莢蒾屬植物在山東地區栽植種類與數量都相對較少，范圍也十分局限。此次試驗對引種的6 種莢蒾屬植物進行抗寒性評價，在極端溫度脅迫下相對電導率最低的出現在‘ZH’品種中，其次為‘XQ’品種；MDA 含量最小值也為‘ZH’品種；脯氨酸含量最高的是‘ZH’品種，XQ’品種次之；SOD 活性和POD 活性最高值出現分別出現在‘HD’和‘ZH’品種中，含量較多2 個品種為‘ZH’和‘XQ’品種。最后計算試驗的6 個品種因子得分和主成分得分得出排名最高的2 個品種‘ZH’和‘XQ’，從而綜合選出了抗寒性較強的2 個莢蒾屬，分別為中華木繡球‘ZH’和雪球莢蒾‘XQ’。這2 個抗寒性較強的莢蒾屬品種，均可以在山東地區的園林景觀應用中進行推廣使用，從而豐富山東的園林景觀。同時，因為山東地區莢蒾屬植物種質資源匱乏，所以此次試驗數據對于莢蒾屬植物在山東地區未來的選育引種、各類資源開發和應用也提供了一定的參考價值。