The Shade Tolerance and Cold Resistance of Polygonatum Germplasm: An Evaluation by Physiological and Biochemical Methods

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0304

Abstract

Abstract:

The research aims to screen out the germplasm of Polygonatum with high shade tolerance and cold resistance, and provide a basis for breeding and cultivating Polygonatum. Twenty four P. cyrtonema germplasms and ten P. sibiricum germplasms were evaluated for their shade tolerance and cold resistance comprehensively by the membership function method, respectively. The contents of chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll were compared before and after shading. In addition, the contents of soluble sugar, free protein, proline and malondialdehyde in the leaves were determined under the low temperature stress. The contents of Chl a, Chl b and total chlorophyll and the value of Chl a/b showed no significant difference between P. cyrtonema and P. sibiricum after shading. P. cyrtonema from Qingyang of Anhui and Yizhou of Guangxi exhibited best shade tolerance with a comprehensive evaluation value of 0.65. The average contents of soluble sugar, free protein and proline of P. sibiricum and P. cyrtonema were 1.42%, 2.20%, 8.13% and 1.03%, 1.64%, 6.28%, respectively, showing that P. sibiricum had stronger cold resistance. The germplasm from Lingbaosihe village of Henan demonstrated the strongest cold resistance with a comprehensive evaluation value of 0.62, and the cold resistance of P. cyrtonema in Dali of Yunnan was the second, with a comprehensive evaluation value of 0.56. The germplasms from Qingyang of Anhui and Yizhou of Guangxi could be used as shade tolerance materials for breeding and cultivation, while the germplasms from Lingbaosihe village of Henan and Dali of Yunnan could be used as cold resistance materials for breeding and cultivation.

Key words: Polygonatum sibiricum, Polygonatum cyrtonema, shade tolerance, cold resistance, membership function analysis

CLC Number:

Q945.78

JIANG Yujie, JIA Qiaojun, JIAO Jie, CHEN Xiliang, MA Cunde, CHANG Hui, LIANG Zongsuo. The Shade Tolerance and Cold Resistance of Polygonatum Germplasm: An Evaluation by Physiological and Biochemical Methods[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(13): 96-103.

Figures/Tables 6

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种	编号	地区	种	编号	地区
多花黄精 Polygonatum cyrtonema	S1	安徽池州	多花黄精 Polygonatum cyrtonema	S18	云南大理
	S2	安徽六安		S19	浙江黄岩
	S3	安徽青阳		S20	浙江仙居
	S4	安徽泾县		S21	浙江开化
	S5	福建政和		S22	浙江桐乡
	S6	广东韶关		S23	浙江丽水
	S7	广东清远		S24	浙江天台
	S8	广西贺州	黄精 Polygonatum sibiricum	S25	河南南召
	S9	广西宜州		S26	河南灵宝寺河村
	S10	贵州铜仁		S27	河南嵩县车村镇
	S11	贵州镇远		S28	河南嵩县
	S12	湖北咸宁		S29	河南鲁山
	S13	湖北英山		S30	河南灵宝苏村
	S14	湖南娄底		S31	陕西略阳
	S15	江西修水		S32	陕西安康
	S16	江西信丰		S33	陕西宁强
	S17	四川雅安		S34	甘肃陇南

种	编号	地区	种	编号	地区
多花黄精 Polygonatum cyrtonema	S1	安徽池州	多花黄精 Polygonatum cyrtonema	S18	云南大理
	S2	安徽六安		S19	浙江黄岩
	S3	安徽青阳		S20	浙江仙居
	S4	安徽泾县		S21	浙江开化
	S5	福建政和		S22	浙江桐乡
	S6	广东韶关		S23	浙江丽水
	S7	广东清远		S24	浙江天台
	S8	广西贺州	黄精 Polygonatum sibiricum	S25	河南南召
	S9	广西宜州		S26	河南灵宝寺河村
	S10	贵州铜仁		S27	河南嵩县车村镇
	S11	贵州镇远		S28	河南嵩县
	S12	湖北咸宁		S29	河南鲁山
	S13	湖北英山		S30	河南灵宝苏村
	S14	湖南娄底		S31	陕西略阳
	S15	江西修水		S32	陕西安康
	S16	江西信丰		S33	陕西宁强
	S17	四川雅安		S34	甘肃陇南

编号	叶绿素a/(mg/g)		叶绿素b/(mg/g)		总叶绿素/(mg/g)		Chl a/b		遮荫后隶属函数综合评定值
编号	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫后隶属函数综合评定值
S1	0.79±0.08	2.32±0.04^**	0.33±0.10	0.79±0.01^**	1.12±0.18	3.11±0.05^**	2.49±0.47	2.94±0.02	0.51
S2	1.34±0.14	1.74±0.18^*	0.49±0.09	0.55±0.07	1.82±0.23	2.29±0.25	2.78±0.23	3.17±0.09	0.38
S3	1.48±0.11	2.35±0.08^**	0.45±0.06	0.92±0.02^**	1.93±0.16	3.27±0.08^**	3.33±0.22	2.56±0.09^**	0.65
S4	1.45±0.02	2.89±0.20^**	0.50±0.01	1.04±0.08^**	1.95±0.03	3.92±0.28^**	2.90±0.02	2.78±0.04^**	0.63
S5	1.14±0.11	1.07±0.02	0.53±0.16	0.33±0.02	1.67±0.27	1.40±0.04	2.23±0.43	3.21±0.10^*	0.29
S6	1.93±0.65	2.31±0.09	1.28±1.09	0.83±0.01	3.21±1.73	3.14±0.10	1.96±0.81	2.78±0.09	0.56
S7	1.16±0.06	1.55±0.24	0.43±0.07	0.48±0.07	1.59±0.13	2.03±0.31	2.72±0.28	3.20±0.05^*	0.34
S8	1.92±0.29	1.47±0.05	0.67±0.10	0.51±0.02	2.59±0.39	1.98±0.06	2.86±0.02	2.87±0.00	0.44
S9	1.72±0.26	2.74±0.16^**	0.71±0.10	1.02±0.06^*	2.43±0.35	3.76±0.22^**	2.42±0.18	2.69±0.03	0.65
S10	1.47±0.10	1.82±0.22	0.66±0.13	0.62±0.07	2.13±0.19	2.44±0.29	2.28±0.41	2.92±0.07	0.46
S11	1.45±0.17	1.93±0.21^*	0.52±0.08	0.69±0.06^*	1.96±0.25	2.61±0.27^*	2.80±0.11	2.80±0.06	0.51
S12	1.49±0.17	1.64±0.14	0.52±0.07	0.49±0.04	2.01±0.24	2.12±0.18	2.89±0.08	3.36±0.02^**	0.31
S13	1.43±0.21	1.65±0.12	0.51±0.07	0.54±0.04	1.94±0.28	2.19±0.16	2.78±0.14	3.06±0.01^*	0.4
S14	1.53±0.14	1.59±0.05	0.58±0.07	0.52±0.01	2.11±0.21	2.11±0.06	2.67±0.12	3.05±0.03^**	0.39
S15	1.03±0.05	0.79±0.18	0.33±0.01	0.34±0.05	1.36±0.05	1.13±0.23	3.16±0.10	2.28±0.19^**	0.52
S16	1.57±0.08	1.76±0.18	0.53±0.01	0.58±0.07	2.11±0.09	2.34±0.25	2.94±0.12	3.03±0.04	0.42
S17	1.62±0.31	1.27±0.14	0.83±0.50	0.48±0.03	2.45±0.81	1.75±0.16	2.26±0.77	2.67±0.22	0.47
S18	2.13±0.11	1.98±0.27	0.77±0.08	0.67±0.13	2.91±0.18	2.65±0.40	2.78±0.21	2.96±0.16	0.47
S19	1.13±0.02	1.12±0.17	0.45±0.06	0.34±0.06	1.58±0.09	1.46±0.22	2.54±0.31	3.27±0.04^*	0.28
S20	1.20±0.04	0.94±0.07^**	0.63±0.00	0.28±0.02^**	1.84±0.04	1.22±0.09^**	1.90±0.06	3.32±0.02^**	0.25
S21	0.69±0.17	1.01±0.11	0.27±0.09	0.31±0.04	0.97±0.25	1.32±0.16	2.57±0.19	3.24±0.10^**	0.28
S22	1.30±0.11	1.34±0.09	0.50±0.01	0.43±0.03	1.79±0.12	1.77±0.11	2.61±0.18	3.12±0.18^*	0.35
S23	1.47±0.45	1.07±0.03	0.96±0.42	0.36±0.01	2.43±0.85	1.43±0.04	1.59±0.28	2.95±0.02^**	0.37
S24	1.22±0.15	1.22±0.05	0.38±0.05	0.42±0.02	1.61±0.20	1.64±0.08	3.19±0.10	2.89±0.02^**	0.39
平均值	1.40	1.65	0.58	0.56	1.98	2.21	2.61	2.96	0.43
标准差	0.34	0.57	0.22	0.22	0.52	0.78	0.42	0.26	0.12
变异系数	0.24	0.34	0.38	0.39	0.26	0.35	0.16	0.09	0.27

编号	叶绿素a/(mg/g)		叶绿素b/(mg/g)		总叶绿素/(mg/g)		Chl a/b		遮荫后隶属函数综合评定值
编号	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫后隶属函数综合评定值
S1	0.79±0.08	2.32±0.04^**	0.33±0.10	0.79±0.01^**	1.12±0.18	3.11±0.05^**	2.49±0.47	2.94±0.02	0.51
S2	1.34±0.14	1.74±0.18^*	0.49±0.09	0.55±0.07	1.82±0.23	2.29±0.25	2.78±0.23	3.17±0.09	0.38
S3	1.48±0.11	2.35±0.08^**	0.45±0.06	0.92±0.02^**	1.93±0.16	3.27±0.08^**	3.33±0.22	2.56±0.09^**	0.65
S4	1.45±0.02	2.89±0.20^**	0.50±0.01	1.04±0.08^**	1.95±0.03	3.92±0.28^**	2.90±0.02	2.78±0.04^**	0.63
S5	1.14±0.11	1.07±0.02	0.53±0.16	0.33±0.02	1.67±0.27	1.40±0.04	2.23±0.43	3.21±0.10^*	0.29
S6	1.93±0.65	2.31±0.09	1.28±1.09	0.83±0.01	3.21±1.73	3.14±0.10	1.96±0.81	2.78±0.09	0.56
S7	1.16±0.06	1.55±0.24	0.43±0.07	0.48±0.07	1.59±0.13	2.03±0.31	2.72±0.28	3.20±0.05^*	0.34
S8	1.92±0.29	1.47±0.05	0.67±0.10	0.51±0.02	2.59±0.39	1.98±0.06	2.86±0.02	2.87±0.00	0.44
S9	1.72±0.26	2.74±0.16^**	0.71±0.10	1.02±0.06^*	2.43±0.35	3.76±0.22^**	2.42±0.18	2.69±0.03	0.65
S10	1.47±0.10	1.82±0.22	0.66±0.13	0.62±0.07	2.13±0.19	2.44±0.29	2.28±0.41	2.92±0.07	0.46
S11	1.45±0.17	1.93±0.21^*	0.52±0.08	0.69±0.06^*	1.96±0.25	2.61±0.27^*	2.80±0.11	2.80±0.06	0.51
S12	1.49±0.17	1.64±0.14	0.52±0.07	0.49±0.04	2.01±0.24	2.12±0.18	2.89±0.08	3.36±0.02^**	0.31
S13	1.43±0.21	1.65±0.12	0.51±0.07	0.54±0.04	1.94±0.28	2.19±0.16	2.78±0.14	3.06±0.01^*	0.4
S14	1.53±0.14	1.59±0.05	0.58±0.07	0.52±0.01	2.11±0.21	2.11±0.06	2.67±0.12	3.05±0.03^**	0.39
S15	1.03±0.05	0.79±0.18	0.33±0.01	0.34±0.05	1.36±0.05	1.13±0.23	3.16±0.10	2.28±0.19^**	0.52
S16	1.57±0.08	1.76±0.18	0.53±0.01	0.58±0.07	2.11±0.09	2.34±0.25	2.94±0.12	3.03±0.04	0.42
S17	1.62±0.31	1.27±0.14	0.83±0.50	0.48±0.03	2.45±0.81	1.75±0.16	2.26±0.77	2.67±0.22	0.47
S18	2.13±0.11	1.98±0.27	0.77±0.08	0.67±0.13	2.91±0.18	2.65±0.40	2.78±0.21	2.96±0.16	0.47
S19	1.13±0.02	1.12±0.17	0.45±0.06	0.34±0.06	1.58±0.09	1.46±0.22	2.54±0.31	3.27±0.04^*	0.28
S20	1.20±0.04	0.94±0.07^**	0.63±0.00	0.28±0.02^**	1.84±0.04	1.22±0.09^**	1.90±0.06	3.32±0.02^**	0.25
S21	0.69±0.17	1.01±0.11	0.27±0.09	0.31±0.04	0.97±0.25	1.32±0.16	2.57±0.19	3.24±0.10^**	0.28
S22	1.30±0.11	1.34±0.09	0.50±0.01	0.43±0.03	1.79±0.12	1.77±0.11	2.61±0.18	3.12±0.18^*	0.35
S23	1.47±0.45	1.07±0.03	0.96±0.42	0.36±0.01	2.43±0.85	1.43±0.04	1.59±0.28	2.95±0.02^**	0.37
S24	1.22±0.15	1.22±0.05	0.38±0.05	0.42±0.02	1.61±0.20	1.64±0.08	3.19±0.10	2.89±0.02^**	0.39
平均值	1.40	1.65	0.58	0.56	1.98	2.21	2.61	2.96	0.43
标准差	0.34	0.57	0.22	0.22	0.52	0.78	0.42	0.26	0.12
变异系数	0.24	0.34	0.38	0.39	0.26	0.35	0.16	0.09	0.27

编号	叶绿素a/(mg/g)		叶绿素b/(mg/g)		总叶绿素/(mg/g)		Chl a/b		遮荫后隶属函数综合评定值
编号	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫前	遮荫后	遮荫后隶属函数综合评定值
S25	1.88±0.23	1.26±0.13^*	0.59±0.06	0.40±0.05^*	2.47±0.29	1.66±0.19^*	3.16±0.06	3.17±0.10	0.32
S26	2.07±0.40	2.46±0.14	0.74±0.24	0.81±0.05	2.82±0.64	3.27±0.19	2.86±0.34	3.02±0.05	0.5
S27	1.54±0.11	1.38±0.16	0.60±0.13	0.45±0.06	2.14±0.16	1.83±0.22	2.65±0.56	3.04±0.11	0.37
S28	1.78±0.06	2.02±0.17	0.54±0.01	0.63±0.06	2.31±0.07	2.66±0.23	2.52±0.37	3.19±0.05^*	0.40
S29	1.55±0.11	1.64±0.04	0.53±0.05	0.51±0.01	2.08±0.16	2.15±0.05	2.93±0.08	3.24±0.04^**	0.34
S30	2.27±0.07	2.30±0.03	0.74±0.05	0.81±0.05	3.02±0.12	3.11±0.08	3.06±0.09	2.85±0.14	0.54
S31	1.74±0.09	2.22±0.09^**	0.74±0.03	0.72±0.03	2.48±0.06	2.94±0.11^**	2.36±0.21	3.09±0.09^**	0.45
S32	2.13±0.22	1.75±0.24	0.72±0.07	0.52±0.08^*	2.84±0.28	2.28±0.31	2.97±0.08	3.36±0.05^**	0.32
S33	1.20±0.08	2.32±0.16^**	0.45±0.04	0.79±0.08^**	1.66±0.12	3.12±0.24^**	2.68±0.11	2.93±0.13	0.51
S34	1.87±0.18	1.97±0.07	0.67±0.07	0.66±0.02	2.54±0.23	2.62±0.09	2.77±0.19	3.00±0.06	0.45
平均值	1.8	1.93	0.63	0.63	2.44	2.56	2.8	3.09	0.42
标准差	0.32	0.41	0.11	0.15	0.41	0.57	0.25	0.15	0.08
变异系数	0.18	0.21	0.17	0.24	0.17	0.22	0.09	0.05	0.19