18個(gè)杜鵑品種耐熱性評(píng)價(jià)

蔡繼鴻，陳遠(yuǎn)華，賴(lài)金莉，鄭 薇，胡江濤，劉淑媛，羅素梅，劉小平，郭榮生

（贛州市蔬菜花卉研究所，江西贛州 341413）

隨著全球溫度的升高，很多植物的生長(zhǎng)發(fā)育都受到影響，尤其對(duì)性喜冷涼植物的影響更大。杜鵑因其耐熱性較差，在很多城市露地栽植形成的景觀效果較差，故只適宜盆栽。江西省贛州市毗鄰廣東省和福建省，夏季絕大部分時(shí)間炎熱潮濕，溫度較高甚至可達(dá)39℃，造成大量?jī)?yōu)良杜鵑品種的園林推廣應(yīng)用受到影響。因此，開(kāi)展杜鵑耐熱性的研究對(duì)杜鵑在該城市的推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究針對(duì)18個(gè)不同的杜鵑品種，采用自然高溫脅迫的方式對(duì)其生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，旨在探究杜鵑耐熱性的生理響應(yīng)機(jī)制，為后期杜鵑耐熱性品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的18個(gè)杜鵑品種為試驗(yàn)材料（見(jiàn)表1），試驗(yàn)苗引種于浙江省金華永根杜鵑花有限公司，在贛州市蔬菜花卉所資源圃?xún)?nèi)露地栽植，緩苗1 年后進(jìn)行統(tǒng)一管理，試驗(yàn)材料的栽培環(huán)境和管理措施基本一致。

表1 18個(gè)杜鵑品種

1.2 高溫脅迫

采用自然高溫脅迫的方式對(duì)18個(gè)杜鵑品種進(jìn)行處理作為試驗(yàn)組，同時(shí)每個(gè)品種各取3 株，在室溫（25℃）條件下進(jìn)行生長(zhǎng)作為對(duì)照組。試驗(yàn)材料種植于贛州市蔬菜花卉研究所資源圃?xún)?nèi)，試驗(yàn)于2020 年8 月份進(jìn)行，監(jiān)測(cè)記錄8 月份的氣溫，結(jié)果見(jiàn)圖1，可以看出，8 月份整個(gè)月的白天最高氣溫都達(dá)到35℃以上，甚至有的達(dá)38℃，達(dá)到了氣象學(xué)上的高溫。2020 年8 月31 號(hào)杜鵑的試驗(yàn)組和對(duì)照組處理完畢，分別在試驗(yàn)組和對(duì)照組的杜鵑植株相同位置取相同量的葉片進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測(cè)定。

圖1 2020 年8 月份氣溫

1.3 測(cè)定方法

測(cè)定的指標(biāo)有：POD、SOD、可溶性蛋白、光合色素含量、細(xì)胞質(zhì)膜透性。測(cè)定方法主要按照李合生《植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù)》來(lái)進(jìn)行，部分指標(biāo)測(cè)定稍有改動(dòng)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行初步處理，然后再用SPSS 22.0 進(jìn)行主成分分析、綜合分析、相關(guān)性分析及方差分析計(jì)算[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種生理指標(biāo)對(duì)高溫的響應(yīng)

2.1.1 不同品種光合色素含量對(duì)高溫的響應(yīng)。由圖2 可以看出，自然高溫條件下，杜鵑葉片的葉綠素a 含量，除了‘綠色光輝’，其余均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，減少幅度較大的品種有‘火烈鳥(niǎo)’‘ 淡妝’‘ 紅陽(yáng)’，分別減少了65.08%、49.93%、44.55%，減少幅度較小的品種有‘藍(lán)櫻’‘胭脂密’；而‘綠色光輝’增加了3.57%。葉綠素b含量除了‘火烈鳥(niǎo)’和‘淡妝’，其余的品種均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，減少幅度較大的品種有‘胭脂密’‘御代之榮’‘綠色光輝’，分別減少了71.01%、70.22%、68.12%；‘火烈鳥(niǎo)’和‘淡妝’則分別增加了57.02%和18.17%。有7個(gè)杜鵑品種的類(lèi)胡蘿卜素含量都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其余的品種呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；葉綠素a/b 比值除‘火烈鳥(niǎo)’‘白香玉’‘紅陽(yáng)’‘淡妝’4個(gè)品種外，其余均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且增加幅度較大的有‘御代之榮’‘胭脂密’‘綠色光輝’，分別為190%、169%、169%，且不同品種之間的光合色素含量的增加或減少的幅度存在顯著差異。

圖2 自然高溫下不同品種杜鵑光合色素含量

2.1.2 不同品種可溶性蛋白含量對(duì)高溫的響應(yīng)。由圖3可以看出，自然高溫條件下，與對(duì)照組相比，除了‘粉團(tuán)圓’外，其余各品種的可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，其中，減少幅度較大的有‘麒麟’‘御代之榮’‘若楓’，分別減少了46.82%、39.82%、38.37%；減少幅度較小的有‘火烈鳥(niǎo)’和‘粉元寶’，分別減少了2.84%和9.53%；而‘粉團(tuán)圓’的含量則增加，較對(duì)照組增加了13.77%。

圖3 高溫影響下可溶性蛋白含量變化

2.1.3 不同品種細(xì)胞膜透性對(duì)高溫的響應(yīng)。由圖4 可知，在31d 的自然高溫影響下，18個(gè)杜鵑品種葉片的細(xì)胞膜透性較對(duì)照組均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)?！宀氏涅N’的細(xì)胞膜透性是對(duì)照組的3 倍多，為增加幅度最大，其余品種大部分增加2 倍多，其中‘綠色光輝’的膜透性是對(duì)照組的1 倍多，為增加幅度最小。由此可以說(shuō)明，自然高溫使杜鵑葉片細(xì)胞膜遭受破壞，從而導(dǎo)致膜透性增加，其中‘五彩夏鵑’增加幅度最大，表明受到自然高溫的熱害最嚴(yán)重，‘綠色光輝’則受到的熱害最小。

圖4 自然高溫下不同品種杜鵑細(xì)胞膜透性

2.1.4 不同品種抗氧化酶對(duì)高溫的響應(yīng)。由圖5 可知，在自然高溫條件下，不同品種杜鵑葉片的SOD 活性均高于對(duì)照組，其中‘五彩夏鵑’‘紅纓’和‘火烈鳥(niǎo)’增加幅度最大，分別為59.51%、56.25%和42.09%；‘紅陽(yáng)’和‘紫海’增加幅度最小，分別為5.60%和8.68%?！畼s’‘白香玉’和‘秦娥’的POD 活性均高于對(duì)照組，分別增加了15.7%、27.3%、1.26%，其余品種的POD活性均低于對(duì)照組，降幅較大的有‘粉團(tuán)圓’‘粉元寶’‘火烈鳥(niǎo)’，分別為33.35%、27.74%、32.27%；降幅較小的有‘麒麟’‘紅纓’‘胭脂密’，分別為7.58%、8.59%、10.07%。

圖5 自然高溫下不同品種杜鵑抗氧化酶活性

2.2 高溫條件下不同品種生理指標(biāo)相關(guān)性分析

對(duì)自然高溫下的不同品種杜鵑葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果顯示（表2），葉綠素a 含量分別與葉綠素b 含量、類(lèi)胡蘿卜素含量和葉綠素a/b 比值都存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），SOD 含量與POD含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），細(xì)胞膜透性與SOD 含量、POD 含量都存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.5），其余的均不存在顯著相關(guān)性。

表2 高溫條件下不同品種杜鵑葉片生理指標(biāo)相關(guān)性分析

2.3 高溫條件下不同品種杜鵑葉片生理指標(biāo)主成分分析

通過(guò)對(duì)高溫條件下不同品種杜鵑葉片生理指標(biāo)主成分分析（見(jiàn)表3）。按照累計(jì)貢獻(xiàn)率大于70%確定前3個(gè)主成分作為本次研究18個(gè)杜鵑品種耐熱性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，其貢獻(xiàn)率依次是43.8%、17.03%、13.18%，總計(jì)累計(jì)貢獻(xiàn)率為74.01%。以Z（1）、Z（2）、Z（3）分別代表第1、第2、第3個(gè)主成分，Z1-Z8依次為葉綠素a含量、葉綠素b 含量、類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素a/b 比值、細(xì)胞膜透性、SOD 含量、POD 含量、可溶性蛋白含量，采用申惠翡等[4]的方法得到以下線(xiàn)性組合方程。

表3 高溫條件下不同品種杜鵑葉片生理指標(biāo)主成分分析

本次試驗(yàn)研究中，第1 主成分中葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、類(lèi)胡蘿卜素含量和葉綠素a/b 比值的特征向量較大；第2 主成分中SOD 含量的特征向量最大，POD 次之；第3 主成分中細(xì)胞膜透性特征向量值最大，其次是可溶性蛋白含量。植物在高溫環(huán)境影響下會(huì)出現(xiàn)葉片失水萎蔫、卷曲、黃化和脫落等現(xiàn)象，使葉片失綠變黃，降低光合色素含量，導(dǎo)致植物的光合系統(tǒng)和細(xì)胞膜系統(tǒng)都受到損壞[5-6]。高溫會(huì)造成細(xì)胞膜透性增大，進(jìn)而影響體內(nèi)的抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以緩解高溫對(duì)細(xì)胞膜和抗氧化酶系統(tǒng)的損壞[7]。在第1 主成分中，光合色素含量的特征向量值較大，表明第1 主成分主要反映自然高溫下維持光合系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)的因子；第2 主成分中，抗氧化酶活性的特征向量值較大，表明第2 成分主要反映自然高溫下維持保護(hù)酶系統(tǒng)穩(wěn)定的因子；第3 主成分中，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的特征向量值較大，表明第3 成分主要反映自然高溫下維持滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的因子。

2.4 18個(gè)杜鵑品種耐熱性綜合評(píng)價(jià)

如表4，杜鵑品種耐熱性主成分值按照主成分綜合模型進(jìn)行計(jì)算獲得，其中綜合主成分Z 值可以綜合反映杜鵑品種的耐熱性，即綜合主成分Z 值越大，表明耐熱性越強(qiáng)，反之，則越弱。18個(gè)杜鵑品種的耐熱性按表4 中綜合主成分Z 值大小依次是：‘綠色光輝’＞‘胭脂密’＞‘御代之榮’＞‘紫?！尽梓搿尽蹐F(tuán)圓’＞‘白香玉’＞‘粉元寶’＞‘五彩夏鵑’＞‘小櫻桃’＞‘紅團(tuán)圓’＞‘紅纓’＞‘秦娥’＞‘若楓’＞‘藍(lán)櫻’＞‘紅陽(yáng)’＞‘淡妝’＞‘火烈鳥(niǎo)’。

表4 18個(gè)杜鵑品種耐熱性綜合評(píng)價(jià)

3 討論與結(jié)論

植物在受到高溫影響時(shí)會(huì)響應(yīng)相應(yīng)的生理防御機(jī)制，包括氣孔調(diào)控系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)和抗氧化防御系統(tǒng)等，以此來(lái)減輕或抵御高溫帶來(lái)的傷害[8]。張桂平等[9]研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素的合成會(huì)受高溫的影響，同時(shí)植物體內(nèi)的MDA 也會(huì)消耗已經(jīng)合成好的葉綠素，導(dǎo)致植株的光合作用受到抑制。劉婉迪等[10]對(duì)9個(gè)杜鵑品種的耐熱性綜合評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)，高溫會(huì)使葉綠素含量減少，而且溫度越高，減少的幅度越大，主成分分析發(fā)現(xiàn)，耐熱性評(píng)價(jià)較好的杜鵑品種對(duì)應(yīng)的葉綠素含量也更多。陳立松等[11]研究結(jié)果也顯示，高溫會(huì)減少綠素含量和增加葉綠素a/b 比值，且耐熱性強(qiáng)的植物葉綠素含量和葉綠素a/b 比值更加穩(wěn)定，反之亦然。本研究結(jié)果顯示，在高溫條件影響下，多數(shù)杜鵑品種的葉綠素a 和葉綠素b 含量減少，而葉綠素a/b 比值增加，可說(shuō)明葉綠素的合成受到了高溫的影響，使得光合作用不能正常進(jìn)行，進(jìn)而影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育；研究還發(fā)現(xiàn)，葉綠素b 的減少幅度明顯比葉綠素a 的減少幅度大，推測(cè)原因可能是高溫刺激植物啟動(dòng)了抗氧化防御機(jī)制，抵御逆境脅迫的傷害，對(duì)葉綠素a 的保護(hù)優(yōu)于葉綠素b；類(lèi)胡蘿卜素含量部分上升、部分下降，說(shuō)明類(lèi)胡蘿卜素對(duì)于延緩葉綠素降解的作用因品種不同而存在差異?！{(lán)櫻’‘綠色光輝’‘胭脂密’3個(gè)品種的葉綠素a含量減少的幅度小，‘胭脂密’‘御代之榮’‘綠色光輝’3個(gè)品種的葉綠素b 含量減少、葉綠素a/b 的比值增加和類(lèi)胡蘿卜素含量增加是18個(gè)品種中差異最大的，且主成分分析顯示，‘胭脂密’‘御代之榮’‘綠色光輝’的耐熱性較強(qiáng)，由此可知，類(lèi)胡蘿卜素含量、葉綠素a 含量、葉綠素b 含量，以及葉綠素a/b 比值的變化都與杜鵑品種的耐熱性有密切聯(lián)系。

作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可溶性蛋白會(huì)在植物受高溫時(shí)大量積累，使細(xì)胞液濃度增加，以更好地適應(yīng)高溫環(huán)境。此外，植物耐熱性越好，植物體內(nèi)積累的可溶性蛋白會(huì)越多[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，各杜鵑品種的可溶性蛋白含量在自然高溫條件下都呈現(xiàn)了減少的趨勢(shì)，但是減少幅度因品種而存在差異，耐熱性綜合評(píng)價(jià)分析顯示，可溶性蛋白含量上升的‘粉團(tuán)圓’耐熱性在18個(gè)品種中排名第6，還有2個(gè)降低幅度較小的品種‘火烈鳥(niǎo)’和‘粉元寶’分別排名第18 和第8，說(shuō)明僅僅依靠單一的可溶性蛋白指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)杜鵑的耐熱性。植物的各種生理活動(dòng)都與細(xì)胞膜有著不可分割的聯(lián)系，高溫脅迫改變植物細(xì)胞膜透性，使細(xì)胞膜脂分離，從而增大了細(xì)胞膜透性，此現(xiàn)象說(shuō)明植物因高溫受到了損傷[13]。本研究說(shuō)明，在自然高溫影響下，所有品種的細(xì)胞膜透性都增大，表明自然高溫破壞了細(xì)胞膜透性，致使植物遭受傷害，其中‘綠色光輝’增加幅度最小，綜合耐熱性評(píng)價(jià)排名第1，‘五彩夏鵑’增加幅度最大，綜合耐熱性評(píng)價(jià)排名比較靠后，可說(shuō)明細(xì)胞膜透性可以作為杜鵑耐熱性評(píng)價(jià)的一個(gè)指標(biāo)，這與申惠翡等[4]對(duì)杜鵑的研究結(jié)果相吻合。

申惠翡等[4]研究發(fā)現(xiàn)，SOD 和POD 活性與杜鵑的耐熱性存在關(guān)系，酶活性越大，杜鵑品種的耐熱性越強(qiáng)。本研究中，在自然高溫影響下，18個(gè)杜鵑品種的SOD 活性都存在一定程度的減弱，POD 活性也大部分減弱，減弱的程度因品種的不同存在差異，而‘御代之榮’‘白香玉’‘秦娥’3個(gè)品種的POD 活性表現(xiàn)加強(qiáng)的趨勢(shì)，但其耐熱性在18個(gè)品種中分別排第3 位、第7位、第13 位，這說(shuō)明單一SOD 或者POD 一項(xiàng)指標(biāo)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)杜鵑品種的耐熱性，必須綜合多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，才能獲得更準(zhǔn)確的耐熱性強(qiáng)弱結(jié)果。

本研究通過(guò)主成分分析法綜合分析了18個(gè)杜鵑品種的耐熱性，根據(jù)貢獻(xiàn)率篩選出3個(gè)主成分，其中光合色素含量的貢獻(xiàn)率最大，說(shuō)明本研究中18個(gè)杜鵑品種的耐熱性主要是通過(guò)光合系統(tǒng)的生理作用進(jìn)行調(diào)節(jié)的。本研究?jī)H從常規(guī)的生理生化指標(biāo)對(duì)杜鵑的耐熱性進(jìn)行研究，后續(xù)還將探究光合生理對(duì)杜鵑耐熱性的調(diào)節(jié)作用，以及對(duì)其光合-呼吸作用及其與光合相關(guān)的蛋白和基因方面進(jìn)行更深入的研究。