外源锌对气生铁兰抗寒生理特征的影响

摘要 为研究外源锌对气生铁兰抗寒生理特征的影响，自然低温下，以6个品种为供试材料，设置0、100、150、200、250、300、350 mg/L 7个锌浓度处理，结果表明：随着外源锌浓度的升高，各品种叶绿素含量（Chl）、渗透调节物质含量（Pro）、抗氧化酶活性（SOD、POD）均呈先增加后减少的变化趋势，膜脂过氧化指标（MDA、REC）则相反；适宜浓度的外源锌（200～300 mg/L）可使低温胁迫下气生铁兰细胞膜的过氧化程度减轻，抗氧化能力增强，细胞内外的渗透压稳定，光合生理状态良好，植物生长健康，低温胁迫受到的伤害亦明显减弱，抗寒性明显提高，具体表现为Chl含量、PRO含量、抗氧化酶活性均较高，MDA含量和REC均较低。

关键词 气生铁兰；抗寒性；外源锌；生理特征

中图分类号 S 682.39  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）22-0093-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effect of Exogenous Zinc on Physiological Characteristics of Cold Resistance in Tillandsia

DING Jiu-ling1， MENG Hai-tao2， ZHENG Kai1

（1. Bioengineering Technology Center of Jiangsu Agriculture and Forestry Vocational and Technical College， Jurong， Jiangsu 212400; 2. Jiangsu Jurong Slow Life Ecological Agriculture Co.， Ltd.， Jurong， Jiangsu 212400）

Abstract To explore the effect of exogenous zinc on physiological characteristics of cold resistance in Tillandsia under natural low temperature， this study is based on six species of Tillandsia as experimental material with seven zinc treatments， respectively 0， 100， 150， 200， 250， 300， 350 mg/L. The results showed that with the increase of zinc concentration， the changes of chlorophyll content （Chl）， proline content （Pro）， activity of antioxidant enzymes （SOD and POD） all increased first and then decreased， the membrane lipid peroxidation index （MDA and REC） was opposite;when the concentration of zinc was 200-300 mg/L， the membrane peroxidation was reduced， the antioxidation ability of the cells was enhanced， the osmotic pressure was stable， the photosynthetic physiological state was good， the plant grew healthily， the damage caused by low temperature stress was also obviously weakened， and the cold resistance was significantly improved， such as the content of Chl，Pro and antioxidant enzyme activity were higher， the content of MDA and REC were lower.

Key words Tillandsia;Cold resistance;Exogenous zinc;Physiological characteristics

气生铁兰（Tillandsia）是食用菠萝的近亲，同属于凤梨科（Bromeliaceae）的草本植物，其形态和种类具有多样性。生长方式奇特，是不需要泥土栽培、完全生长在空气中的植物。因其独有的外形和生长方式，有吸收空气污染物的特性，目前在市场上的关注度和需求量较高。

国内外关于气生铁兰的研究多集中于作为空气污染指示植物和环境污染的修复^［1-3］、分布^［4］、养护^［5-6］和繁殖^［7-8］等方面，但关于抗寒性的研究较少。郑桂灵等^［9］研究认为，贝可丽和硬叶铁兰虽可耐受-5 ℃低温，但会出现失绿和萎蔫现象。鲍荣静等^［10］从通过测定低温胁迫下3种气生铁兰的相对电导率和成活率，发现其抗寒性有所差异。因气生铁兰大部分原产于热带和亚热带地区，这就造成了其抗寒性较弱的特性。另外，在气生铁兰养护管理中，笔者发现大部分品种冬季需要在温室大棚过冬，抗寒性较弱。这会影响气生铁兰在市场上规模化的应用，因此有必要开展气生铁兰抗寒性的探索。

研究表明，外源物质铜、脱落酸、锌、油菜素内酯、褪黑素等可以有效缓解低温对植物造成的伤害。锌是植物生长的必需微量元素，主要用作酶的金属活化剂，对碳水化合物的代谢、生长素的合成、植物光合作用起着主要作用，当植物遭受逆境胁迫时，锌与硒、铁、镁、铜等配合使用，可使某些植物（烟草、核桃、黄瓜、仁用杏）抵御低温伤害的能力有所提高^［11-14］。以上多是将锌与其他外源物配合使用，单独使用外源锌的研究较少，关于锌作为外源物质应用于气生铁兰，提高其抗寒性的研究尚鲜见报道。笔者以6种气生铁兰为材料，比较低温环境下不同浓度外源锌对气生铁兰抗寒生理特性的影响，以期为解决低温对气生铁兰造成伤害的问题提供行之有效的方法，并为其推广提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

6种供试气生铁兰植物材料

T.ionantha（小精灵）、T. usneoides（松萝）、T. stricta（斯垂科）、T. velutina（维路缇）、T. brachycaulos（贝克立）和T. houston（休斯顿）由江苏句容慢生活生态农业有限公司提供，为驯化近3年的成苗。

1.2 试验方法

试验于冬季在气生铁兰生产基地进行。每种材料大小一致，剪除植株基部枯叶，在温室中培养15 d后进行外源锌处理。温室设有自动控温、鼓风、遮阳、喷淋等设备，空气湿度控制在75%～90%。

用化学纯ZnSO4·7H_*O对气生铁兰进行处理，Zn²⁺浓度设为0（CK）、100 mg/L（Zn1）、150 mg/L（Zn2）、200 mg/L（Zn3）、250 mg/L（Zn4）、300 mg/L（Zn5）、350 mg/L（Zn6）共7个处理。供试材料在Zn²⁺溶液中浸泡0.5 h后取出控水，置于室外自然低温环境中（室外最低温度为-5～5 ℃，最高温度为10～15 ℃），上面搭设透光率为40%～60%遮阳网，每隔7 d喷水（pH 6.0～7.0）1次，以完全湿润为准。

1.3 测定项目

气生铁兰于室外低温环境下放置90 d，采样，测定抗寒生理指标，包括电解质渗出率（REC）^［15］、叶绿素含量（Chl）^［15］、游离脯氨酸含量（Pro）、丙二醛含量（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD），后4个指标均用苏州科铭生物技术有限公司的分光光度计试剂盒法测定。

2 结果与分析

2.1 不同外源锌处理下气生铁兰Chl含量的变化

叶绿素是植物进行光合作用的必备条件，其含量是研究植物光合生理和抗逆性的重要指标^［16］。由表1可知，不同外源Zn²⁺处理下供试气生铁兰Chl含量有所不同，除Zn6处理外，其他处理的Chl含量均高于CK；Zn3、Zn4和Zn5处理的Chl含量较高（明显高于其他处理）。随着Zn²⁺浓度的升高，Chl含量整体表现为先增加后减少。其中，T.usneoides、T.velutina、T.brachycaulos和T.houston在Zn4处理下Chl含量达最高；T.ionantha和T.stricta在Zn3处理下最高。低温胁迫引起气生铁兰叶绿体的降解，从而导致叶绿含量减少，适宜浓度的外源锌（200～300 mg/L）明显缓解了叶绿素的降解，Chl含量明显增加。当Zn²⁺浓度>250 mg/L，其Chl含量不增反而明显减少，致使气生铁兰的光合作用和生长受到不良影响。

2.2 不同外源锌处理下气生铁兰Pro含量的变化

逆境胁迫下，植物体内Pro含量增加，稳定原生质胶体及植物组织内的代谢过程，有效防止细胞过度脱水，其作为主要的渗透调节物质对植物抗寒性起着一定作用^［17］。

由表2可知，不同外源锌处理下气生铁兰Pro含量发生了变化，除T.ionantha外，CK的Pro含量明显低于Zn3、Zn4和Zn5处理，稍低于Zn1和Zn2处理，稍高于Zn6处理，CK、Zn1、Zn2和Zn6处理间Pro含量差异不明显。这说明Zn²⁺浓度为200～300 mg/L时，低温胁迫下供试气生铁兰Pro含量的积累达到最高，明显高于CK，提高气生铁兰抗寒性。外源锌浓度过低（≤150 mg/L）或过高（≥350 mg/L），不利于低温胁迫下气生铁兰Pro含量的积累；过高时甚者明显低于对照，这可能与过高浓度的锌对植物造成了重金属伤害有关。

2.3 不同外源锌处理下气生铁兰细胞膜系统的变化

2.3.1 MDA含量的变化。

一定程度的低温可使植物的细胞膜系统受到损害，MDA作为脂质过氧化作用的产物，其积累的多少一定程度上反映了植物细胞受伤害的程度，从而影响植物的抗逆性^［18］。

由表3可知，与CK相比，不同浓度外源锌处理会对气生铁兰MDA含量造成影响。随着外源锌浓度的升高，气生铁兰MDA含量逐渐降低，Zn3、Zn4和Zn5处理较低，明显低于CK和其他处理，处理Zn6最大。CK的MDA含量明显高于Zn3、Zn4和Zn5处理，稍高于Zn1和Zn2处理（除T.brachycaulos），稍低于Zn6处理。其中，CK、Zn1、Zn2和Zn6处理间 MDA含量差异不明显。故可认为，一定浓度的Zn²⁺可使气生铁兰MDA含量有所下降，但并不是外源锌浓度越高，越利于气生铁兰MDA含量的降低，只有浓度适宜，才可以使气生铁兰MDA含量明显降低，提高抗寒性。该研究发现，当Zn²⁺浓度为200～300 mg/L时，供试气生铁兰MDA含量明显低于CK和其他处理；当Zn²⁺浓度过低（≤150 mg/L）时，MDA含降低不明显；当Zn²⁺浓度过高时（≥350 mg/L），其MDA含量反而急剧增加，说明植物受到的危害性更大。