蔡繼鴻，陳遠(yuǎn)華，賴金莉，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，很多植物的生長發(fā)育都受到影響，尤其對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，夏季絕大部分時間炎熱潮濕，溫度較高甚至可達39℃，造成大量優(yōu)良杜鵑品種的園林推廣應(yīng)用受到影響。因此，開展杜鵑耐熱性的研究對杜鵑在該城市的推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。本研究針對18個不同的杜鵑品種，采用自然高溫脅迫的方式對其生理指標(biāo)進行測定，旨在探究杜鵑耐熱性的生理響應(yīng)機制，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 試驗材料

以生長健壯、長勢一致的18個杜鵑品種為試驗材料（見表1），試驗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內(nèi)露地栽植，緩苗1 年后進行統(tǒng)一管理，試驗材料的栽培環(huán)境和管理措施基本一致。

表1 18個杜鵑品種

1.2 高溫脅迫

采用自然高溫脅迫的方式對18個杜鵑品種進行處理作為試驗組，同時每個品種各取3 株，在室溫（25℃）條件下進行生長作為對照組。試驗材料種植于贛州市蔬菜花卉研究所資源圃內(nèi)，試驗于2020 年8 月份進行，監(jiān)測記錄8 月份的氣溫，結(jié)果見圖1，可以看出，8 月份整個月的白天最高氣溫都達到35℃以上，甚至有的達38℃，達到了氣象學(xué)上的高溫。2020 年8 月31 號杜鵑的試驗組和對照組處理完畢，分別在試驗組和對照組的杜鵑植株相同位置取相同量的葉片進行相關(guān)生理指標(biāo)測定。

圖1 2020 年8 月份氣溫

1.3 測定方法

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

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

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種生理指標(biāo)對高溫的響應(yīng)

2.1.1 不同品種光合色素含量對高溫的響應(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，減少幅度較大的品種有‘火烈鳥’‘ 淡妝’‘ 紅陽’，分別減少了65.08%、49.93%、44.55%，減少幅度較小的品種有‘藍櫻’‘胭脂密’；而‘綠色光輝’增加了3.57%。葉綠素b含量除了‘火烈鳥’和‘淡妝’，其余的品種均呈現(xiàn)減少趨勢，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’和‘淡妝’則分別增加了57.02%和18.17%。有7個杜鵑品種的類胡蘿卜素含量都呈現(xiàn)增加趨勢，其余的品種呈現(xiàn)減少趨勢；葉綠素a/b 比值除‘火烈鳥’‘白香玉’‘紅陽’‘淡妝’4個品種外，其余均呈現(xiàn)增加趨勢，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高溫的響應(yīng)。由圖3可以看出，自然高溫條件下，與對照組相比，除了‘粉團圓’外，其余各品種的可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)減少的趨勢，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’和‘粉元寶’，分別減少了2.84%和9.53%；而‘粉團圓’的含量則增加，較對照組增加了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)胞膜透性對高溫的響應(yīng)。由圖4 可知，在31d 的自然高溫影響下，18個杜鵑品種葉片的細(xì)胞膜透性較對照組均呈現(xiàn)出增加趨勢?！宀氏涅N’的細(xì)胞膜透性是對照組的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’的膜透性是對照組的1 倍多，為增加幅度最小。由此可以說明，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 活性均高于對照組，其中‘五彩夏鵑’‘紅纓’和‘火烈鳥’增加幅度最大，分別為59.51%、56.25%和42.09%；‘紅陽’和‘紫?！黾臃茸钚?，分別為5.60%和8.68%?！畼s’‘白香玉’和‘秦娥’的POD 活性均高于對照組，分別增加了15.7%、27.3%、1.26%，其余品種的POD活性均低于對照組，降幅較大的有‘粉團圓’‘粉元寶’‘火烈鳥’，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

對自然高溫下的不同品種杜鵑葉片各項生理指標(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

通過對高溫條件下不同品種杜鵑葉片生理指標(biāo)主成分分析（見表3）。按照累計貢獻率大于70%確定前3個主成分作為本次研究18個杜鵑品種耐熱性的綜合評價指標(biāo)，其貢獻率依次是43.8%、17.03%、13.18%，總計累計貢獻率為74.01%。以Z（1）、Z（2）、Z（3）分別代表第1、第2、第3個主成分，Z1-Z8依次為葉綠素a含量、葉綠素b 含量、類胡蘿卜素含量、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

本次試驗研究中，第1 主成分中葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、類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]。高溫會造成細(xì)胞膜透性增大，進而影響體內(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個杜鵑品種耐熱性綜合評價

如表4，杜鵑品種耐熱性主成分值按照主成分綜合模型進行計算獲得，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，反之，則越弱。18個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圓’＞‘白香玉’＞‘粉元寶’＞‘五彩夏鵑’＞‘小櫻桃’＞‘紅團圓’＞‘紅纓’＞‘秦娥’＞‘若楓’＞‘藍櫻’＞‘紅陽’＞‘淡妝’＞‘火烈鳥’。

表4 18個杜鵑品種耐熱性綜合評價

3 討論與結(jié)論

植物在受到高溫影響時會響應(yīng)相應(yīng)的生理防御機制，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，以此來減輕或抵御高溫帶來的傷害[8]。張桂平等[9]研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素的合成會受高溫的影響，同時植物體內(nèi)的MDA 也會消耗已經(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9個杜鵑品種的耐熱性綜合評價中發(fā)現(xiàn)，高溫會使葉綠素含量減少，而且溫度越高，減少的幅度越大，主成分分析發(fā)現(xiàn)，耐熱性評價較好的杜鵑品種對應(yīng)的葉綠素含量也更多。陳立松等[11]研究結(jié)果也顯示，高溫會減少綠素含量和增加葉綠素a/b 比值，且耐熱性強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行，進而影響植物的正常生長發(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，推測原因可能是高溫刺激植物啟動了抗氧化防御機制，抵御逆境脅迫的傷害，對葉綠素a 的保護優(yōu)于葉綠素b；類胡蘿卜素含量部分上升、部分下降，說明類胡蘿卜素對于延緩葉綠素降解的作用因品種不同而存在差異?！{櫻’‘綠色光輝’‘胭脂密’3個品種的葉綠素a含量減少的幅度小，‘胭脂密’‘御代之榮’‘綠色光輝’3個品種的葉綠素b 含量減少、葉綠素a/b 的比值增加和類胡蘿卜素含量增加是18個品種中差異最大的，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，由此可知，類胡蘿卜素含量、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)，可溶性蛋白會在植物受高溫時大量積累，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，但是減少幅度因品種而存在差異，耐熱性綜合評價分析顯示，可溶性蛋白含量上升的‘粉團圓’耐熱性在18個品種中排名第6，還有2個降低幅度較小的品種‘火烈鳥’和‘粉元寶’分別排名第18 和第8，說明僅僅依靠單一的可溶性蛋白指標(biāo)無法準(zhǔn)確評價杜鵑的耐熱性。植物的各種生理活動都與細(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)象說明植物因高溫受到了損傷[13]。本研究說明，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，綜合耐熱性評價排名第1，‘五彩夏鵑’增加幅度最大，綜合耐熱性評價排名比較靠后，可說明細(xì)胞膜透性可以作為杜鵑耐熱性評價的一個指標(biāo)，這與申惠翡等[4]對杜鵑的研究結(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。本研究中，在自然高溫影響下，18個杜鵑品種的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個品種的POD 活性表現(xiàn)加強的趨勢，但其耐熱性在18個品種中分別排第3 位、第7位、第13 位，這說明單一SOD 或者POD 一項指標(biāo)不能準(zhǔn)確評價杜鵑品種的耐熱性，必須綜合多項指標(biāo)進行整體評價，才能獲得更準(zhǔn)確的耐熱性強弱結(jié)果。

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