高山杜鵑低山引種適應(yīng)性及外源抗熱劑對(duì)高溫脅迫的影響

王浩琪，秦坤蓉，祝浩翔，王婉琳，王海洋

西南大學(xué) 園藝園林學(xué)院，重慶 400715

杜鵑花屬植物是聞名于世的觀賞植物資源，具有極高的觀賞及經(jīng)濟(jì)價(jià)值．我國(guó)是杜鵑花植物資源最為豐富的國(guó)家，有542種(不包括種下等級(jí))[1-2]，其中云南、西藏、四川3省及相鄰地區(qū)是杜鵑屬的起源地和分布中心，也是我國(guó)進(jìn)行杜鵑花研究的重要區(qū)域．高山杜鵑作為豐富的杜鵑花資源中的一大類，主要分布于我國(guó)西南海拔1 000 m以上的高山地區(qū)[3-5]．高山杜鵑花型呈總狀傘形花序，花冠碩大，顏色繁多，具有極高的觀賞價(jià)值，有作為園林觀賞植物的潛質(zhì)．受高海拔地區(qū)立地條件的影響，高山杜鵑對(duì)溫度的要求較高[5-6]，高山杜鵑引種栽培至低山丘陵地區(qū)面臨的主要困難是高溫制約．隨著對(duì)野生杜鵑資源需求的增加，進(jìn)行高山杜鵑開發(fā)利用的工作逐漸受到重視，目前關(guān)于高山杜鵑的研究工作多局限于資源收集[7]、苗木繁育[8-9]、引種栽培的理論研究和適應(yīng)性分析[10-11]等方面，關(guān)于高山杜鵑在海拔低于1 000 m的低山丘陵地區(qū)的栽培與應(yīng)用研究較少．本研究旨在篩選出不同高山杜鵑最適的抗熱劑種類，為開展高山杜鵑的低海拔引種栽培與應(yīng)用研究提供參考．

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇生長(zhǎng)旺盛、規(guī)格統(tǒng)一的馬纓杜鵑、露珠杜鵑、云錦杜鵑和大白杜鵑4種杜鵑大苗(高度120～150 cm)作為供試材料，研究不同品種杜鵑對(duì)抗熱劑的適應(yīng)性差異，大苗直接記作植物種類．同時(shí)，選擇馬纓杜鵑和露珠杜鵑小苗(高度50～60 cm)作為供試材料，研究不同生長(zhǎng)期杜鵑對(duì)抗熱劑的適應(yīng)性差異，小苗在植物種類后加上(小)．研究所采用的高山杜鵑均為從貴州、重慶高海拔地區(qū)(海拔1 500 m～2 500 m)成功引種至重慶市武隆區(qū)白馬山林場(chǎng)(海拔1 200 m)的適生種類，栽培時(shí)間超過3年．4種高山杜鵑基本情況見表1．

表1 4種高山杜鵑基本概況

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)及條件

本試驗(yàn)在中熱脅迫試驗(yàn)基地(海拔900 m)和高熱脅迫試驗(yàn)基地(海拔500 m)同時(shí)進(jìn)行．中熱脅迫試驗(yàn)基地位于南川大觀，地處北緯28°46′-29°30′之間，東經(jīng)106°54′-107°27′之間，海拔900 m左右，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫16.6 ℃，極端最高溫度39.8 ℃，極端最低溫度-5.3 ℃，年平均降雨量1 185 mm，年日照時(shí)數(shù)1 273 h．高熱脅迫試驗(yàn)基地位于重慶沙坪壩區(qū)歌樂山(北緯29°29′-29°44′，東經(jīng)106°23′-106°26′)，海拔500 m左右，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，常年平均氣溫為18.3 ℃，年平均降雨量1 085.3 mm，年日照時(shí)數(shù)1 233.7 h．

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇3組抗熱劑對(duì)高山杜鵑進(jìn)行噴施處理．不同處理組抗熱劑用清水配置質(zhì)量濃度為：?jiǎn)我豢篃釀?150 mg/L水楊酸)、單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)、組合抗熱劑(100 mg/L對(duì)氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)，分別記為T1，T2，T3，對(duì)照組噴施常溫清水，記為CK．每個(gè)處理重復(fù)3次．抗熱劑應(yīng)在上午9：30-11：00用噴霧器進(jìn)行噴施[13]．其中，組合抗熱劑噴施時(shí)，每種抗熱劑噴施后，需待葉片干后再繼續(xù)噴施下一種抗熱劑．噴施抗熱劑時(shí)，各溶液需要均勻噴施在葉片的正反面，以葉片液體欲滴為宜，連續(xù)噴5 d，對(duì)照組噴施等量常溫清水．在噴藥結(jié)束后的0，2，4，6，8 d，進(jìn)行杜鵑形態(tài)學(xué)監(jiān)測(cè)并測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)[13]．在試驗(yàn)期間，采取灌溉、噴霧與遮陰等手段，對(duì)高山杜鵑進(jìn)行統(tǒng)一的田間管理．

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

觀察并記錄各品種高山杜鵑在不同試驗(yàn)基地物候?qū)W特征．物候期觀測(cè)采用田間目測(cè)的方法，每周觀測(cè)一次，遇有物候轉(zhuǎn)折時(shí)期1～2 d觀測(cè)記載一次，到植株完全展葉后觀測(cè)結(jié)束．

葉綠素?zé)晒馐强焖?、無損地探測(cè)植物光合功能的重要手段[14]，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)是反映光合作用機(jī)制的重要指標(biāo)，它能快速地監(jiān)測(cè)植物光合作用對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，常被用來反應(yīng)植株受脅迫的程度[15-16]．杜鵑葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)在高溫脅迫時(shí)的響應(yīng)最為敏感，可作為快速檢測(cè)杜鵑耐熱性的指標(biāo)[13]．

選擇每株植物東、南、西、北 4個(gè)方向的枝條上生長(zhǎng)正常的當(dāng)年生功能葉片(枝條頂端往下數(shù)4～6片葉位的葉片)，掛牌標(biāo)記，并進(jìn)行葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)測(cè)定，每處理重復(fù)3株，每株測(cè)4片葉片．試驗(yàn)測(cè)定時(shí)間盡量在9：00-12：00之間，儀器采用調(diào)制式OS-30P+葉綠素?zé)晒鈨x(北京澳作生態(tài)儀器有限公司)，測(cè)試內(nèi)容主要包括光化學(xué)效率變化．主要獲取暗適應(yīng)后的初始熒光(Fo)、PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)．測(cè)定時(shí)選取掛牌葉片，用暗適應(yīng)夾夾住葉片中部30 min后，將分析探頭置于葉夾上，打開葉夾遮光板，將暗適應(yīng)后的部位暴露在由660 nm固態(tài)光源提供的激發(fā)光下．

讀取Fo，待Fo穩(wěn)定后由儀器提供的飽和調(diào)制脈沖光激發(fā)，得到Fv/Fm[17]．

1.4 數(shù)據(jù)處理

所測(cè)葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)經(jīng)數(shù)據(jù)采集軟件Data Capture3.0捕獲后轉(zhuǎn)換成Microsoft Excel形式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS軟件數(shù)據(jù)分析，并用OriginPro軟件進(jìn)行制圖．

2 結(jié)果與分析

2.1 不同引種地的環(huán)境差異

2.1.1 不同引種地的溫濕度差異

由圖1可知，種源地和兩個(gè)試驗(yàn)基地的月平均溫度、月最高溫度、月最低溫度、濕度均呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)．觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，海拔500 m試驗(yàn)基地的溫濕度值大于海拔900 m試驗(yàn)基地的溫濕度值，且不同試驗(yàn)基地月平均溫度、月最高溫度、月最低溫度、濕度均于8月到達(dá)峰值，說明兩個(gè)試驗(yàn)基地雨熱同季．

圖1 不同海拔試驗(yàn)基地的溫濕度差異

2.1.2 不同引種地的土壤差異

兩個(gè)試驗(yàn)基地土壤為統(tǒng)一配置的樹狀杜鵑營(yíng)養(yǎng)土壤，其基本理化性質(zhì)見表2．從表2中可以看出，兩個(gè)試驗(yàn)基地土壤理化性質(zhì)差異較小，土壤為黃壤土，pH值為弱酸性，全氮、全氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)量較豐富，滿足樹狀杜鵑生長(zhǎng)良好的養(yǎng)分條件．

表2 配置土壤的基本理化性質(zhì)

2.2 低山引種對(duì)高山杜鵑物候期的影響

物候現(xiàn)象是季節(jié)來臨早遲的指示器，它可以為植物引種馴化及其合理的栽培管理提供有效的依據(jù)[18]．

2.2.1 對(duì)花物候期的影響

由表3可知，不同試驗(yàn)地高山杜鵑花物候期存在差異，除云錦杜鵑未開花外，同一海拔不同引種樹狀杜鵑按照露珠杜鵑、馬纓杜鵑、大白杜鵑的順序依次進(jìn)入花期．對(duì)比種源地，3種高山杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地均提前進(jìn)入花期．其中，馬纓杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地提前8 d，在海拔500 m試驗(yàn)基地提前20 d； 露珠杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地提前15 d，在海拔500 m試驗(yàn)基地提前25 d，大白杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地均提前7 d．對(duì)比3種高山杜鵑不同海拔試驗(yàn)基地開花時(shí)長(zhǎng)可知，馬纓杜鵑、大白杜鵑開花時(shí)長(zhǎng)受海拔影響較小，露珠杜鵑在低海拔地區(qū)花期縮短5 d．

表3 3種樹狀杜鵑不同海拔試驗(yàn)基地花物候期的差異

2.2.2 高山杜鵑葉物候期的差異

由表4可知，低海拔試驗(yàn)基地引種高山杜鵑提前進(jìn)入葉的物候期．對(duì)比種源地，低海拔試驗(yàn)基地引種的高山杜鵑均提前進(jìn)入葉芽萌動(dòng)期、展葉初期、展葉末期．其中，馬纓杜鵑在海拔500 m試驗(yàn)基地提前20 d； 馬纓杜鵑(小)在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地均提前約10～20 d； 露珠杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地葉芽萌動(dòng)期均提前20 d； 露珠杜鵑(小)在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地提前8～15 d； 云錦杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地葉芽萌動(dòng)期均提前7～12 d； 大白杜鵑在海拔900 m試驗(yàn)基地、海拔500 m試驗(yàn)基地均提前10～13 d．

對(duì)比同一海拔試驗(yàn)基地不同引種高山杜鵑物候期可知，在兩個(gè)試驗(yàn)基地，4種高山杜鵑均按照露珠杜鵑、馬纓杜鵑、云錦杜鵑、大白杜鵑依次進(jìn)入葉芽萌動(dòng)期，且大苗比小苗提前進(jìn)入葉芽萌動(dòng)期．

表4 4種樹狀杜鵑不同海拔試驗(yàn)基地葉物候期的差異

2.3 不同熱脅迫下抗熱劑對(duì)4種高山杜鵑抗熱性的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)高山杜鵑在原生地正常生長(zhǎng)情況下，F(xiàn)v/Fm值通常在0.80～0.84之間，當(dāng)高山杜鵑生長(zhǎng)受到高溫脅迫時(shí)，該參數(shù)明顯下降并低于0.78，可作為本次試驗(yàn)參考．

2.3.1 高熱脅迫下不同抗熱劑對(duì)高山杜鵑抗熱性的影響

如圖2所示，馬纓杜鵑除T3處理組Fv/Fm值在觀測(cè)時(shí)間初期有小幅度提升外，其余各種處理均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)．在抗熱劑處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了12.33%，10.71%，10.07%，空白對(duì)照組下降了14.85%．經(jīng)過方差分析可知，在數(shù)據(jù)觀測(cè)的第0 d，4組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．觀測(cè)6 d后，3種處理組Fv/Fm值顯著高于對(duì)照組(p<0.05)，同時(shí)T2，T3組與T1組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．說明在海拔500 m試驗(yàn)基地噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)馬纓杜鵑PSⅡ的傷害，且不同抗熱劑緩解作用存在差異．其中以T3，T2處理組較好，T1處理組次之．

圖中小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖2 高熱脅迫下4種高山杜鵑不同抗熱劑處理后Fv/Fm的變化規(guī)律

露珠杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了13.88%，12.96%，12.23%，空白對(duì)照組下降了16.86%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，T1，T2，T3組顯著高于空白對(duì)照組，且T3和T1組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T1處理組最弱．

云錦杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了18.48%，15.88%，14.42%，空白對(duì)照組下降了20.95%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，T1組與空白對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，T2和T3組顯著高于空白對(duì)照組，且T3和T1組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施T2和T3組抗熱劑能有效地減輕熱脅迫對(duì)云錦杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T2處理組次之．

大白杜鵑各處理組觀測(cè)期間Fv/Fm值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且在抗熱劑噴施處理6 d后，F(xiàn)v/Fm值均小于0.800，說明在該海拔高溫脅迫在大白杜鵑PSⅡ的活性受到抑制．在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3處理組分別下降了6.42%，3.52%，4.89%，空白對(duì)照組下降了7.43%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，各組之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施T1，T2，T3組抗熱劑能有效地減輕熱脅迫對(duì)云錦杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T2處理組最好，T3處理組次之，T1處理組最弱．

2.3.2 中熱脅迫下不同抗熱劑對(duì)高山杜鵑抗熱性的影響

如圖3所示，在中熱脅迫試驗(yàn)基地，馬纓杜鵑在抗熱劑處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了8.02%，6.77%，6.48%，空白對(duì)照組下降了9.72%．經(jīng)過方差分析可知，在數(shù)據(jù)觀測(cè)的第0 d，4組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，3種處理組Fv/Fm值顯著高于對(duì)照組(p<0.05)，同時(shí)T2和T3組與T1組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)馬纓杜鵑PSⅡ的傷害，且不同抗熱劑緩解作用存在差異．其中以T3和T2處理組較好，T1處理組次之．

露珠杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了10.17%，9.19%，9.24%，空白對(duì)照組下降了11.23%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，T1，T2，T3組顯著高于空白對(duì)照組，且T3和T2組與T1組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3和T2處理組較好，T1處理組次之．

云錦杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了13.39%，11.93%，10.73%，空白對(duì)照組下降了14.49%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，T1組與空白對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，T2和T3組顯著高于空白對(duì)照組(p<0.05)．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T2處理組次之．

大白杜鵑T2和T3組在觀測(cè)的6 d后，F(xiàn)v/Fm值走勢(shì)基本持平，且Fv/Fm值在0.800～0.850之間，說明在該海拔下T1和T2組抗熱劑能夠維持大白杜鵑進(jìn)行正常的光合作用．T1組與空白對(duì)照組緩慢下降，分別下降了3.18%，5.7%，10.73%．經(jīng)過方差分析知，在試驗(yàn)觀測(cè)第6 d，各處理組之間存在差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)，且T1，T2，T3組高于空白對(duì)照組．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對(duì)大白杜鵑光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的傷害．其中以T2處理組最好，T3處理組次之，T1處理組最弱．

圖中小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖3 中熱脅迫下4種高山杜鵑不同抗熱劑處理后Fv/Fm變化規(guī)律

2.3.3 不同規(guī)格高山杜鵑對(duì)抗熱劑施用的響應(yīng)

如圖4所示，在高熱脅迫試驗(yàn)基地，在抗熱劑處理6 d后，馬纓杜鵑T1，T2，T3組分別下降了12.33%，10.71%，10.07%，空白對(duì)照組下降了14.85%； 馬纓杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了10.90%，9.33%，9.62%，空白對(duì)照組下降了11.38%．露珠杜鵑T1，T2，T3組分別下降了13.88%，12.96%，12.23%，空白對(duì)照組下降了16.86%； 露珠杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了15.18%，13.22%，12.86%，空白對(duì)照組下降了17.64%．經(jīng)對(duì)比分析，馬纓杜鵑(小)和露珠杜鵑(小)Fv/Fm值均小于大苗．

如圖5所示，在中熱脅迫試驗(yàn)基地，在抗熱劑處理6 d后，馬纓杜鵑T1，T2，T3組分別下降了8.02%，6.77%，6.48%，空白對(duì)照組下降了9.72%； 馬纓杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了14.02%，12.54%，11.39%，空白對(duì)照組下降了15.41%．露珠杜鵑T1，T2，T3組分別下降了10.17%，9.19%，9.24%，空白對(duì)照組下降了11.23%； 露珠杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了11.68%，10.28%，10.35%，空白對(duì)照組下降了12.24%．經(jīng)對(duì)比分析，馬纓杜鵑(小)和露珠杜鵑(小)Fv/Fm值均小于大苗．說明面對(duì)高溫脅迫時(shí)，較大規(guī)格苗木的光合作用受抑制程度較?。?/p>

圖中小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖4 高熱脅迫下不同規(guī)格高山杜鵑抗熱劑處理后Fv/Fm變化規(guī)律

圖中小寫字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖5 中熱脅迫下不同規(guī)格高山杜鵑抗熱劑處理后Fv/Fm變化規(guī)律

3 結(jié)論與展望

本研究以馬纓杜鵑、露珠杜鵑、大白杜鵑和云錦杜鵑為對(duì)象，在中熱脅迫試驗(yàn)基地(海拔900 m)和高熱脅迫試驗(yàn)基地(海拔500 m)進(jìn)行低山引種試驗(yàn)，引種過程中，除云錦杜鵑外，其余高山杜鵑品種均提前進(jìn)入花期，花期隨海拔的降低呈縮短趨勢(shì)．4種高山杜鵑均提前進(jìn)入葉芽萌動(dòng)期，且大苗比小苗提前進(jìn)入葉芽萌動(dòng)期．受熱脅迫時(shí)，抗熱劑的噴施能夠提高高山杜鵑的耐熱性，有效減緩Fv/Fm值的下降，對(duì)維持植株在高溫脅迫下生理活動(dòng)的正常進(jìn)行有一定的積極作用．其中，馬纓杜鵑、露珠杜鵑對(duì)單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)、組合抗熱劑(100 mg/L對(duì)氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)均有較好的反應(yīng)； 云錦杜鵑對(duì)組合抗熱劑(100 mg/L對(duì)氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)效果最佳； 大白杜鵑以噴施單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)效果最佳．

因此抗熱劑的施用對(duì)開展高山杜鵑在低山丘陵地區(qū)的引種栽培與應(yīng)用研究有積極作用，能夠促進(jìn)杜鵑花木產(chǎn)業(yè)的多元性發(fā)展，為重慶市、西南山地森林公園、城市郊野公園、風(fēng)景區(qū)以及城鄉(xiāng)景觀林建設(shè)增添特色，為美麗城鄉(xiāng)提供優(yōu)良花木．