李巖，郅學(xué)超，王平，池海清，張文杰，李營(yíng)，胡展森*

（1.承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北 承德 067000；2.承德縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 承德 067400）

月季花（Rosa chinensis），又名月季，是薔薇科（Rosaceae）薔薇屬一年四季都開花的灌木[1]。月季花具有顏色豐富、花型優(yōu)美、花色絢麗、花香濃郁、花期悠長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，深受人們喜愛，在全世界享有盛名，是我國(guó)十大傳統(tǒng)名花之一，被譽(yù)為“花中皇后”。月季的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在園林建設(shè)中有著重要的作用，其品種多樣性已被大家所認(rèn)可，如常見的藤本月季、微型月季、豐花月季等。月季作為藥材是多種中醫(yī)藥方的組成部分，在商業(yè)生產(chǎn)中具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也是日常生活中的重要花卉之一，在我國(guó)各地均有種植。

月季的種植受到各種因素的影響，其中溫度是重要的影響因素。低溫是作物生長(zhǎng)過程中重要的非生物脅迫因子，在一些極端寒冷的天氣條件下，月季的發(fā)展及推廣受到了嚴(yán)重制約。因此亟需提高月季的抗寒性并選育出抗寒月季品種，這對(duì)于月季在氣溫極低的地區(qū)能夠更好地發(fā)揮其價(jià)值意義重大。

1 研究進(jìn)展

在國(guó)外的研究進(jìn)展中，最早提出的“膜脂相變”學(xué)說，是指經(jīng)過一段時(shí)間的低溫，膜脂從液晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槟z相的過程，歸結(jié)為冷害的原初反應(yīng)[2]。冷害是指大自然中溫度高于0℃對(duì)植物的損害，會(huì)對(duì)植物的光合作用產(chǎn)生影響，同時(shí)會(huì)發(fā)生呼吸代謝以及物質(zhì)代謝失調(diào)的生理現(xiàn)象；而凍害則是指大自然溫度低于0℃時(shí)對(duì)植物產(chǎn)生的不可逆轉(zhuǎn)的變化，包括細(xì)胞和組織的損傷。當(dāng)植物受到低溫傷害后，會(huì)引起一系列細(xì)胞代謝功能的改變。一般可采用可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、脯氨酸含量、含水量、SOD 活性、POD 活性、丙二醛含量、光合作用和呼吸作用等相關(guān)指標(biāo)研究植物的抗寒性[3]。在國(guó)外，許多學(xué)者進(jìn)行了對(duì)月季新品種的培育研究，隨著環(huán)境的變化，植物抗低溫基因工程技術(shù)相繼問世。1977年，美國(guó)艾奧瓦州立大學(xué)的Griffith J. Buck 培育出了可以耐-38℃低溫的聚花月季新品種。1992年，英國(guó)學(xué)者David Austin 培育出紀(jì)念英國(guó)女王登基40 周年的月季新品種，同樣表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗寒特性。由此可見，在月季抗寒新品種的培育上，國(guó)外學(xué)者作出了巨大貢獻(xiàn)[4]。

在國(guó)內(nèi)的一些研究中不難發(fā)現(xiàn)抗寒技術(shù)的逐步深入，也讓月季的抗寒選育研究得到發(fā)展[5]，如通過雜交的方式獲得了許多抗寒月季品種。國(guó)內(nèi)學(xué)者試著通過利用彎刺薔薇作為父本與現(xiàn)代月季品種進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，先后培育了“天山”系列抗寒月季品種。新疆石河子園林科學(xué)研究所利用彎刺薔薇、寬刺薔薇與現(xiàn)代月季品種進(jìn)行雜交，選育出的月季品種表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗寒性，可以在-32℃安全露地過冬[6]。最近有學(xué)者通過對(duì)月季的相關(guān)生理特性研究進(jìn)行了抗寒性的選育，并鑒定評(píng)價(jià)了一批抗寒能力強(qiáng)的品種。車代弟等[7]通過對(duì)豐花月季品種進(jìn)行相關(guān)生理特性研究，測(cè)定了含水量、電導(dǎo)率以及可溶性蛋白含量，最終得到了抗寒性較強(qiáng)的紅眼圈品種。朱曉非等[8]以6 個(gè)微型月季品種帶葉枝條為試驗(yàn)材料，比較篩選出了在上海乃至長(zhǎng)三角地區(qū)抗寒性表現(xiàn)較強(qiáng)的微型月季品種‘白珂斯特’。劉璐等[9]通過研究低溫脅迫對(duì)地被月季生理特性以及抗氧化酶活性的影響，評(píng)價(jià)出了3 個(gè)品種地被月季的耐寒性依次為‘巴西諾‘＞‘紫微星’＞‘白米農(nóng)’。在基因工程方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)與抗寒直接相關(guān)的功能基因，以及調(diào)控抗寒基因表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)控基因進(jìn)行了研究[10]。

2 抗寒月季的分子機(jī)制研究

植物抗寒性功能基因包括冷誘導(dǎo)基因、脂肪酸去飽和酶基因和抗氧化酶基因等，這些基因?qū)?xì)胞膜起到保護(hù)作用。然而，學(xué)者們?cè)絹碓街匾晫?duì)于轉(zhuǎn)錄因子（TF）的介入，通過酵母單雜交技術(shù)或者雙雜交技術(shù)找到互作蛋白。在一系列分離的轉(zhuǎn)錄因子中，如WRKY、CBF、NAC 等，低溫脅迫誘導(dǎo)這些轉(zhuǎn)錄因子大量表達(dá)，提高植物的抗寒性。相關(guān)學(xué)者通過對(duì)月季CBF 轉(zhuǎn)錄因子基因克隆與表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，低溫可以誘導(dǎo)RhCBF 的表達(dá)。Liu 等[11]基于基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)在月季中發(fā)現(xiàn)了56 個(gè)WRKY 轉(zhuǎn)錄因子。因此，在以后的研究中，非生物脅迫耐低溫的分子機(jī)制研究或許有助于篩選月季中的抗寒蛋白，并解析不同轉(zhuǎn)錄因子之間的互作關(guān)系，這將成為月季抗寒領(lǐng)域的關(guān)鍵[12]。在抗寒性月季選育過程中，由于大部分學(xué)者僅僅在生理生化方向進(jìn)行研究，而涉及到分子水平的研究較少，因此，在月季抗性研究中應(yīng)用分子技術(shù)手段將成為新品種選育的關(guān)鍵。

3 抗寒月季生理生化機(jī)制研究

3.1 月季抗寒性與光合特性的關(guān)系

在植物的光合作用階段，低溫會(huì)使凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度都受到影響。有學(xué)者進(jìn)行研究，在低溫寡照條件下，對(duì)設(shè)施內(nèi)番茄進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)葉綠素a 和葉綠素b 含量均有所下降，葉綠素a/b 的含量也有所下降，光合有效輻射也隨之降低[13]。光合有效輻射越低，植物的冷害指數(shù)就越明顯。同樣，在抗寒月季的選育過程中，冬天太陽的有效輻射較少，隨之而來的光合積累量較少，可以以光合特性相關(guān)指標(biāo)作為月季選育的判斷依據(jù)[6]。在對(duì)葉綠素?zé)晒猓–F）的測(cè)定中，葉綠素?zé)晒鈪?shù)也是植物抗寒性指標(biāo)的判斷依據(jù)之一，代表的意義就是最大光化學(xué)量子產(chǎn)物，并可以通過測(cè)定植株不同時(shí)期的變化，判斷植株的抗寒性，因此可以通過葉綠素?zé)晒獾姆绞?，判定月季的抗寒特性[14]。

3.2 月季抗寒性與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的關(guān)系

可溶性糖、游離脯氨酸和可溶性蛋白都是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫環(huán)境下，植物體內(nèi)會(huì)增加這些物質(zhì)的積累，為植物抵抗低溫提供幫助?？扇苄蕴呛繒?huì)隨著溫度的下降不斷增加，這樣細(xì)胞液的濃度也會(huì)增加，加快細(xì)胞的流動(dòng)性，從而增強(qiáng)植物的抗寒能力?？扇苄缘鞍缀恳矔?huì)在低溫情況下增加，目的就是增加自身的保水能力，以此維持細(xì)胞正常的功能，增強(qiáng)抗寒能力[15]。游離脯氨酸含量則會(huì)在逆境條件下增加，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì)，還能調(diào)節(jié)一些氧化還原反應(yīng)，維持植物的正常生命活動(dòng)。有學(xué)者在抗寒月季資源篩選的過程中，應(yīng)用市場(chǎng)上較好的品種‘龍沙寶石’進(jìn)行試驗(yàn)，在-23℃～-5℃范圍內(nèi)選取5 個(gè)溫度區(qū)間，以4℃冰箱作為對(duì)照，冷凍處理24 h 取出樣品，進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定，隨后發(fā)現(xiàn)可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，可溶性糖含量則隨著溫度的降低呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，脯氨酸含量也呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)。因此，在月季抗寒性的選育過程中，可以通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測(cè)定，來進(jìn)行月季抗寒性品種的選育工作。

3.3 月季抗寒性與抗氧化酶系統(tǒng)的關(guān)系

低溫脅迫會(huì)使植物體內(nèi)的活性氧（AOS）大量增加，酶活性降低，活性氧的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)紊亂，活性氧的增多加劇了膜脂過氧化反應(yīng)，引起膜蛋白的變性，導(dǎo)致植株受到傷害。在抗氧化酶系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等，會(huì)通過清除有害的活性氧減輕脅迫危害從而讓植株正常生長(zhǎng)。李楠[16]的研究發(fā)現(xiàn)，植物在輕微的低溫情況下，SOD、POD 的活性降低，這可能與植物自身保護(hù)功能有關(guān)，隨著時(shí)間的推移，通過自身機(jī)制調(diào)節(jié)，SOD、POD 的含量上升，從而應(yīng)對(duì)低溫脅迫的影響；當(dāng)植物不受低溫脅迫時(shí)，體內(nèi)酶活性降低，這可能是植物對(duì)于逆境脅迫下的保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)。同樣還有學(xué)者對(duì)此做了研究，在低溫脅迫的過程中，測(cè)定月季體內(nèi)抗氧化酶活性，發(fā)現(xiàn)CAT 活性隨著溫度的降低而升高，溫度達(dá)到最低時(shí)，活性達(dá)到最大值。因此，在選育月季抗寒品種時(shí)，抗氧化酶活性也是一個(gè)重要的依據(jù)。

3.4 月季抗寒性與生物膜系統(tǒng)的關(guān)系

在低溫脅迫的過程中，植株會(huì)進(jìn)行膜脂過氧化反應(yīng)，此時(shí)膜脂開始變化，膜內(nèi)的可溶性物質(zhì)、電解質(zhì)會(huì)大量向膜外滲透，破壞離子平衡。丙二醛（MDA）會(huì)大量增加，破壞了生物膜系統(tǒng)，導(dǎo)致植物無法正常進(jìn)行生命活動(dòng)。馬俊麗等[17]在研究中發(fā)現(xiàn)，不同低溫脅迫的過程中，MDA 的含量呈現(xiàn)出升-降-升的變化趨勢(shì)。MDA 作為冷害重要指標(biāo)，其含量變化可以衡量植物受到損傷的程度，低溫前期受到膜脂過氧化作用導(dǎo)致MDA 含量上升，溫度急劇下降，MDA 也會(huì)達(dá)到峰值，抗寒性較強(qiáng)的品種則會(huì)清除MDA，降低MDA 活性，抗寒性較弱的則會(huì)增加MDA 的含量，甚至導(dǎo)致植株死亡。因此，月季體內(nèi)MDA 含量可以作為評(píng)估月季抗寒能力的重要指標(biāo)。

4 總結(jié)與展望

月季作為廣泛種植的園林植物，在冀北地區(qū)有著重要的意義，冀北地區(qū)氣候特殊，選育抗寒月季是一項(xiàng)重要的任務(wù)。在今后月季的選育工作中，重點(diǎn)在分子機(jī)理中進(jìn)行研究探討，可以通過相關(guān)抗寒轉(zhuǎn)錄因子的篩選，找出相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子互作的關(guān)系，為抗寒月季分子育種提供借鑒。此外，還可以通過低溫條件下，研究月季光合特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶活性以及MDA 含量，篩選抗寒月季新品種。