肖文芳 李佐 陳和明 呂復(fù)兵
摘要 為了比較不同品種的蝴蝶蘭在廣州夏季高日溫栽培條件下的耐熱性差異,分別測(cè)定了10個(gè)蝴蝶蘭品種在持續(xù)一周的30℃高日溫栽培條件下的葉綠素含量、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、相對(duì)含水量以及電導(dǎo)率等生理指標(biāo),并通過隸屬函數(shù)值法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:同一栽培條件下, ‘童真蝴蝶蘭耐熱性最強(qiáng),‘紅鉆石的耐熱性最弱,與田間表現(xiàn)一致。得出,‘童真、‘鴻利、‘翔鳳、‘黃金豹、‘紅梅、‘紅桃蝴蝶蘭較適宜在華南地區(qū)種植。
關(guān)鍵詞 蝴蝶蘭;耐熱性;生理指標(biāo)
蝴蝶蘭(Phalaenopsis),蘭科蝴蝶蘭屬,單莖附生蘭,原產(chǎn)于亞熱帶雨林地區(qū),分布于印度尼西亞、菲律賓、馬來西亞、中國(guó)臺(tái)灣等地,是世界上產(chǎn)業(yè)化程度最高的蘭科花卉之一[1-3]。中國(guó)蘭花產(chǎn)品(種苗和成品花)年產(chǎn)值達(dá)100多億元,其中蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)占比超過30%,深受消費(fèi)者喜愛.銷量居荷蘭盆花、中國(guó)年宵花卉以及日本盆栽蘭花的榜首[4]。蝴蝶蘭為高溫敏感型植物,最適宜生長(zhǎng)溫度為18~28℃,溫度超過32℃時(shí)植株生長(zhǎng)發(fā)育嚴(yán)重受阻,進(jìn)入半休眠狀態(tài)。華南地區(qū)是蝴蝶蘭成品花主要的生產(chǎn)和銷售地區(qū),但夏季溫度較高且漫長(zhǎng).種植過程中需采用風(fēng)機(jī)、水簾進(jìn)行降溫,能源消耗較高。在蝴蝶蘭新品種選育過程中,選擇耐熱性較好的品種是華南地區(qū)蝴蝶蘭育種的一個(gè)重要方向,能夠減小生產(chǎn)耗能,降低成本,進(jìn)而促進(jìn)蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
蝴蝶蘭耐熱性研究主要集中在成花誘導(dǎo)[5-6]、激素水平變化[7]等方面,其他相關(guān)生理變化過程和品種耐熱性評(píng)價(jià)研究較少。結(jié)合前人的研究發(fā)現(xiàn).蝴蝶蘭耐熱性可通過生理指標(biāo)來評(píng)定,相關(guān)生理指標(biāo)主要有葉綠素含量、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、水分飽和虧和細(xì)胞膜透性等。光合作用是植物對(duì)高溫最敏感的生理過程,高溫脅迫下葉綠素合成會(huì)受抑制甚至氧化降解[8]。植物組織或器官在高溫脅迫下會(huì)發(fā)生膜脂過氧化,產(chǎn)生丙二醛,其含量高低可以反映植物遭受逆境傷害的程度[9],含量越高說明植物對(duì)逆境的抗性越弱。前人研究發(fā)現(xiàn),耐熱性強(qiáng)的蝴蝶蘭品種的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量增幅明顯小于耐熱性弱的品種,而葉綠素含量也會(huì)隨高溫脅迫強(qiáng)度的加大而降低[10-11]。脯氨酸主要存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中,可以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi),積累指數(shù)與植物的抗逆性呈正相關(guān)關(guān)系,在植物抗逆過程中的作用主要有兩點(diǎn):一是維持滲透平衡,防止水分散失;二是保持膜結(jié)構(gòu)的完整性12-13]。研究表明.在高溫脅迫下許多耐熱的植物品種比不耐熱的品種積累更多脯氨酸[14],顯示脯氨酸在植物耐熱性方面發(fā)揮著重要的作用。水分自然飽和虧是指植物組織的自然含水量與飽和含水量這兩個(gè)值的差,差值越大,表示植物體內(nèi)水分虧缺越嚴(yán)重,在相同環(huán)境下葉片的水分飽和虧越大,說明植物的抗旱耐熱性越強(qiáng)[15]。植物受到各種不良環(huán)境因素的影響往往首先作用于細(xì)胞膜,其表現(xiàn)往往為細(xì)胞膜透性增大,細(xì)胞內(nèi)部電解質(zhì)外滲,外液電導(dǎo)率增大[16]。細(xì)胞膜透性變得愈大,表示受害愈重,抗性愈弱。反之則抗性愈強(qiáng)。
在蝴蝶蘭新品種選育過程中,通過比較研究不同蝴蝶蘭品種的抗性生理指標(biāo)并綜合評(píng)價(jià)其耐熱性,一方面能夠?yàn)楹m抗性育種親本選擇提供參考依據(jù),另一方面,篩選出耐熱性優(yōu)良的新品種在華南地區(qū)進(jìn)行推廣。本研究選取一個(gè)市場(chǎng)流行白花品種、一個(gè)市場(chǎng)流行紅花品種和8個(gè)自主選育的新品種,在相同的栽培環(huán)境下,模擬廣州夏季高溫栽培模式,對(duì)其進(jìn)行耐熱性生理指標(biāo)的綜合比較研究,通過生理指標(biāo)反映品種耐熱性的強(qiáng)弱,比較自主選育新品種與市場(chǎng)流行品種的耐熱性差異,為蝴蝶蘭抗性育種親本選擇、選配和環(huán)境適宜型新品種篩選提供參考依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料
實(shí)驗(yàn)選取10個(gè)蝴蝶蘭品種:Phal316(P. JoinAngel)、‘鴻利[P.(Lon,Hon,g Valen,tine×JudyValentine)×P.Ming Hsing Star‘Kuo]、‘紅鉆石(P. Taisuco Passionate 'Red Diamond)、phCE-124 (P. Ben Yu Star 'Red -dragon×P.Taisuco Firebird‘Kuo)、深紅B-150 (P. Ben YuStar 'Red -dragon×P.Jiuhbao 'Red Rose)、‘紅桃(P. Peach)、 ‘紅梅(P. ‘Hongmei)、‘童真(P. Tongzhen)、 ‘翔鳳(P.‘ Xi-angfeng)和‘黃金豹(P.Frigdaas Oxford‘GoldenLeopard)。Pha1316為市場(chǎng)流行白花品種,‘鴻利為市場(chǎng)流行紅花品種,其他品種均為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所自主培育的蝴蝶蘭新品種。除phCE-124和深紅B-150尚未進(jìn)行品種審定外,其他的品種均已通過廣東省農(nóng)作物新品種審定。‘紅鉆石、phCE-124、深紅B-150、‘紅桃、‘紅梅、‘翔鳳為紅花系品種,‘童真、‘黃金豹為蠟質(zhì)黃花系品種。
1.2 方法
1.2.1 試材處理
試驗(yàn)材料均取材于3.5寸大小的成熟克隆株系中未有病蟲害表現(xiàn)的健康植株,每個(gè)品種10株,統(tǒng)一種植在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所白云實(shí)驗(yàn)基地溫室大棚內(nèi),實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行為期7d的日溫30℃、夜溫26℃高溫栽培,模擬廣州地區(qū)夏季高溫栽培環(huán)境,其他種植條件不變,參照蝴蝶蘭標(biāo)準(zhǔn)化栽培種植規(guī)范。
1.2.2 生理指標(biāo)測(cè)定
每個(gè)品種隨機(jī)選取3株的葉片進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。
(1)葉綠素含量測(cè)定采用分光光度法[17]。
(2)丙二醛(malondialdehvde,MDA)含量測(cè)定:采用硫代巴比妥酸(Thibabituric Acid,TBA)法[18]。
(3)游離脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮比色法[19]。
(4)植物組織含水量測(cè)定采用水分飽和虧表示[20]:稱取植物鮮重(Wf)、干重(Wd)以及飽和鮮重(植物鮮樣浸入裝有蒸餾水的燒杯或培養(yǎng)皿中數(shù)小時(shí)直至恒重時(shí)的重量,wt),代入公式計(jì)算相對(duì)含水量和水分飽和虧。
鮮重含水量(%)=[Wf-Wd)/Wf]×100%
干重含水量(%)=[Wf-Wd)/Wd]×100%
相對(duì)含水量RwC(%)=[(Wf-Wd)/(Wt-Wd]×100%
水分飽和虧WSD(%)=1-相對(duì)含水量=[(Wt-Wf/(Wt-Wd]×100%
(5)細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)儀法[21]。容器洗滌干凈后處理材料,分為逆境脅迫處理組(T)和室溫對(duì)照組(CK),逆境脅迫處理組放入40℃左右的恒溫箱中30 min進(jìn)行逆境脅迫處理,另一份裹入潮濕的紗布中,室溫下作對(duì)照。分別測(cè)定初電導(dǎo)率(S1)和終電導(dǎo)率(沸水浴中10 min殺死植物組織后的電導(dǎo)值,S2),代入公式計(jì)算相應(yīng)的相對(duì)電導(dǎo)率以及傷害度。
相對(duì)電導(dǎo)率(L) =S1/S2
對(duì)照(CK)也有少量電解質(zhì)外滲,故由于高溫脅迫而產(chǎn)生的外滲,即傷害度(或傷害性外滲)可由下式計(jì)算:
傷害度(%)=[(Lt-Lck)/(1-Lck)]×100%
Lt,處理葉片的相對(duì)電導(dǎo)率;Lck,對(duì)照葉片的相對(duì)電導(dǎo)率。
1.2.3 綜合評(píng)價(jià)
采用隸屬函數(shù)值法,即用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)公式對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換,用每個(gè)物種各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的平均值作為抗性能力綜合鑒定指標(biāo),采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)分法對(duì)10個(gè)不同品種蝴蝶蘭的抗性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將各項(xiàng)抗性指標(biāo)的隸屬值進(jìn)行累加,求取平均值,總分?jǐn)?shù)值越大的抗性越強(qiáng)。
如果指標(biāo)與抗性呈正相關(guān),用隸屬函數(shù)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換,公式為:
Xij= (Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)
如果指標(biāo)與抗性呈負(fù)相關(guān),則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換,計(jì)算公式為:
Xij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)
將抗性隸屬值進(jìn)行累加,求得平均數(shù):
公式中,Xij為某一品種某一生理指標(biāo)的測(cè)定值;Xjmax為這一指標(biāo)測(cè)定值的最大值;Xjmin為這一指標(biāo)測(cè)定值的最小值;Xi為該品種的綜合抗性指標(biāo)的隸屬值。
1.2.4 數(shù)據(jù)分析
取各項(xiàng)指標(biāo)的平均值用于統(tǒng)計(jì)分析,利用Ex-cel 2010、SPSS 19.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較和分析。采用Duncan法進(jìn)行顯著性分析,用P<0.05水平上的單因子方差(One-Way ANOVA)檢驗(yàn),用字母法標(biāo)記。
2 結(jié)果與分析
通過為期7d的高溫栽培后發(fā)現(xiàn)所有品種葉片均完好,無明顯干尖癥狀,葉片綠色未有明顯的高溫脅迫癥狀。
2.1 葉綠素含量比較
由圖1可知,在模擬的廣州夏季高日溫栽培條件下,10個(gè)不同品種蝴蝶蘭中‘童真的葉綠素含量最高,為0. 91 mg/g,其次是phCE-124,二者間未達(dá)到顯著性差異。葉綠素含量最低的是Pha1316,為0.43 mg/g,其次是‘黃金豹,二者間未達(dá)到顯著性差異,葉綠素最高組和最低組之間差異顯著。
2.2 丙二醛含量比較
由圖2可知,在模擬的廣州夏季高日溫栽培條件下,10個(gè)不同品種的蝴蝶蘭的丙二醛含量最高的為phCE-124,極顯著高于其他品種,而含量最低的為Pha1316和深紅B-150,顯著低于其他品種。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在相同栽培環(huán)境下,phCE-124的細(xì)胞膜脂過氧化程度最高,細(xì)胞膜受到的傷害最嚴(yán)重。
2.3 游離脯氨酸含量比較
通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得到線性回歸方程y=0.047x-0.022(其中y為吸光值,x為脯氨酸含量)。通過茚三酮比色法測(cè)量發(fā)現(xiàn),在模擬的廣州夏季高日溫栽培條件下,游離脯氨酸含量最高的品種為‘童真,含量為710. 40 μg/g,顯著高于其他品種;而‘紅鉆石的游離脯氨酸含量則顯著低于其他9個(gè)品種。
2.4 植物水分飽和虧比較
由圖4可知,在模擬的廣州夏季高日溫栽培條件下,‘童真的水分飽和虧最大,為16.95%,極顯著高于其他品種;而phCE-124的水分飽和虧最小,為1.85%,極顯著低于其他品種。說明在相同的高溫脅迫條件下,‘童真體內(nèi)水分虧缺較大。
2.5 細(xì)胞膜透性比較
由圖5可知,在模擬的廣州夏季高日溫栽培條件下和40℃高溫脅迫下,10種蝴蝶蘭按細(xì)胞膜傷害度來說,Pha1316的傷害度最大,為29.62%,其次是‘紅鉆石,這2個(gè)品種的傷害度都顯著高于其他品種;傷害度最小的是‘翔鳳,為3.57%,顯著低于其他品種。這一結(jié)果表明,在相同的逆境中,Pha1316受害較為嚴(yán)重.耐熱性較弱,而‘翔鳳抗性較強(qiáng),不易受傷害。
2.6 抗性綜合評(píng)價(jià)
結(jié)合各個(gè)抗性生理指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果,根據(jù)公式進(jìn)行隸屬值計(jì)算,最后計(jì)算每個(gè)蝴蝶蘭品種的綜合隸屬值得分,結(jié)果如表1。從綜合分析結(jié)果可以看出,在這10個(gè)品種中,‘童真蝴蝶蘭的得分最高,表明其綜合抗性最強(qiáng),其次是‘鴻利蝴蝶蘭,綜合抗性最弱的為‘紅鉆石。
3 討論與結(jié)論
3.1 討論
高溫脅迫是蝴蝶蘭生產(chǎn)上所面臨的重要問題,因此,研究和探討高溫脅迫下蝴蝶蘭體內(nèi)的生理代謝變化,對(duì)蝴蝶蘭抗高溫脅迫栽培具有重要意義。本試驗(yàn)的10個(gè)品種中,市場(chǎng)流行品種‘鴻利蝴蝶蘭為紅花系品種,各方面抗性表現(xiàn)一直較好;Pha1316為傳統(tǒng)的紙質(zhì)大白花品種,平時(shí)栽培表現(xiàn)顯示抗性不佳。目前市場(chǎng)還未見流行的黃色蠟質(zhì)花品種,自主選育的蝴蝶蘭新品種中,‘童真和‘黃金豹均為黃底紅色斑點(diǎn)的蠟質(zhì)花品種.在選育過程中就表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性,且由于蠟質(zhì)花品種本身花瓣厚實(shí)且有蠟質(zhì)保護(hù)表層而表現(xiàn)出強(qiáng)于紙質(zhì)花品種的抗性;‘翔鳳蝴蝶蘭為中大花型蝴蝶蘭新品種,抗性在紅花系蝴蝶蘭中表現(xiàn)優(yōu)良;‘紅梅和‘紅桃蝴蝶蘭為2011年選育的紅花系蝴蝶蘭,2個(gè)品種為同一雜交后代的不同個(gè)體,抗性表現(xiàn)相近;‘紅鉆石蝴蝶蘭為早期選育的蝴蝶蘭品種,花朵大但是抗性弱;phCE-124和深紅B-150為育種雜交群體后代之一,抗性表現(xiàn)不佳,未選育成新品種。
在前人對(duì)蝴蝶蘭的研究中發(fā)現(xiàn),相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量和葉綠素含量可作為蝴蝶蘭耐熱性分析的關(guān)鍵指標(biāo)[10-11]。在對(duì)雜交蘭耐熱性差異的比較研究中發(fā)現(xiàn),耐熱性強(qiáng)的品種葉綠素含量下降幅度較耐熱性弱的品種小,丙二醛含量增幅也小于耐熱性弱的品種,游離脯氨酸含量則高于耐熱眭弱的品種[22]。在對(duì)文心蘭耐熱性的研究中則發(fā)現(xiàn),持續(xù)的高溫脅迫能顯著提高頂葉相對(duì)電導(dǎo)率和游離脯氨酸含量,顯著降低葉綠素含量,相對(duì)電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量及葉綠素含量,可作為文心蘭耐熱性分析關(guān)鍵指標(biāo)[23]。綜合前人對(duì)蘭花耐熱性的研究可見,葉綠素含量、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、相對(duì)含水量以及電導(dǎo)率是分析蘭花耐熱性的關(guān)鍵指標(biāo)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),通過這5個(gè)生理指標(biāo)的測(cè)定及比較分析,對(duì)蝴蝶蘭進(jìn)行的耐熱性評(píng)價(jià)與實(shí)際栽培表現(xiàn)基本一致。但是由于單一的生理指標(biāo)指示出的耐熱性并不完全準(zhǔn)確,因此,需要對(duì)多種因素影響的指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。
隸屬度屬于模糊評(píng)價(jià)函數(shù),模糊綜合評(píng)價(jià)是對(duì)多種因素影響的事物做出全面評(píng)價(jià)的一種十分有效的方法,其特點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)的肯定或否定,而是用一個(gè)模糊集合來表示[24]。隸屬函數(shù)已廣泛應(yīng)用于植物抗性綜合評(píng)價(jià)。陳文榮等[25]對(duì)4個(gè)藍(lán)莓品種的抗旱性進(jìn)行隸屬函數(shù)分析,同時(shí)用大田干旱試驗(yàn)驗(yàn)證了基于生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析對(duì)于抗旱性的篩選是準(zhǔn)確可靠的。趙晶怡等[9]利用隸屬函數(shù)對(duì)3種園林灌木進(jìn)行了抗性綜合評(píng)價(jià),為園林建設(shè)和品種選擇提供理論依據(jù)。本研究通過隸屬函數(shù)值法綜合分析了蝴蝶蘭耐熱性相關(guān)的5個(gè)生理指標(biāo),得到了品種的相關(guān)耐熱性,為地方適宜品種篩選和后期育種親本選擇提供了理論依據(jù)。
3.2 結(jié)論
抗性生理指標(biāo)在一定程度上可以指導(dǎo)蝴蝶蘭新品種選育的親本選擇和后代選育,節(jié)約育種時(shí)間和成本,是蝴蝶蘭常規(guī)育種輔助選擇的一個(gè)重要手段。本試驗(yàn)通過對(duì)蝴蝶蘭葉綠素含量、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、相對(duì)含水量以及電導(dǎo)率等生理指標(biāo),并通過隸屬函數(shù)值法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)同一栽培條件下,‘童真蝴蝶蘭耐熱性最強(qiáng),‘紅鉆石的耐熱性最弱,與田間表現(xiàn)一致。通過本試驗(yàn)篩選出‘童真、‘鴻利、‘翔鳳、‘黃金豹、‘紅梅、‘紅桃6個(gè)蝴蝶蘭品種具有較強(qiáng)的耐熱性,較適宜在華南地區(qū)進(jìn)行推廣種植。
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