8個繡球品種耐熱性綜合評價與耐熱指標篩選（一）

發(fā)布時間：2021-10-05 21:26 編輯者：特邀作者周世紅

繡球是中國傳統(tǒng)觀賞花木之一，又名八仙花、紫陽花，在我國有著悠久的栽培歷史，不僅花色豐富、枝繁葉茂、觀賞期長，具有極高的觀賞價值及園林應(yīng)用價值，而且其繁殖容易、抗性強，為建設(shè)生態(tài)型、節(jié)約型園林十分理想的綠化材料，因而具有廣闊的市場前景，在國際市場上備受園藝愛好者的青睞。繡球品種繁多，現(xiàn)已有約500余個，并不斷有新品種被培育出來。目前雖然有部分品種已逐漸應(yīng)用在園林綠化美化中，但由于大部分繡球品種的原產(chǎn)地為溫帶氣候，一些優(yōu)良品種引種至夏季高溫地區(qū)后，生長發(fā)育與觀賞價值均受到嚴重影響，高溫成為制約其園林推廣與應(yīng)用的首要限制因子，而全球氣候變暖與城市熱島效應(yīng)也為引種栽培工作帶來更為嚴峻的挑戰(zhàn)。若要在高溫地區(qū)更好地引種栽培較為合適的繡球品種，耐熱性是品種選擇的重要指標之一。但是，目前國內(nèi)外對繡球的研究多集中在資源調(diào)查、栽培繁殖及育種技術(shù)等方面，對其抗性生理雖偶有報道，卻大多集中在干旱脅迫、鋁鹽脅迫等方面，針對繡球品種的耐熱性研究相對較少。

相關(guān)研究表明，植物的耐熱性作為多基因控制的復雜性狀，往往會受到多方面復雜因素的影響。傳統(tǒng)上常用單一的指標對植物的耐熱性進行鑒定，然而由于不同植物對高溫環(huán)境的抗性機制不同，單一的指標通常無法將準確完整的信息反映出來。評價植物耐熱能力不僅需要選擇適宜的評價指標，更需要依靠科學、準確的評價方法。目前常用多元統(tǒng)計分析方法對植物的耐熱性進行綜合評價，主要采用主成分分析法結(jié)合其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，如Logistic回歸分析法、隸屬函數(shù)分析法及聚類分析法等。該評價方法目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于芍藥屬、鐵線蓮屬、杜鵑屬及薔薇屬等多種植物的耐熱性評價，這種多元建模分析技術(shù)的評價結(jié)果與田間熱害觀察結(jié)果一致。然而，目前有關(guān)繡球品種在高溫環(huán)境下的形態(tài)表現(xiàn)、生理生化響應(yīng)的研究鮮見報道，耐熱性綜合評價體系尚未建立。彭勇政等在對繡球進行耐熱品種篩選時發(fā)現(xiàn)，相對電導率、可溶性蛋白與脯氨酸可作為繡球品種耐熱性鑒定的重要指標。辛雅芬等研究了相對含水量、細胞膜透性、葉綠素含量、丙二醇含量與繡球耐熱性的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)不同生理指標在高溫脅迫下變化顯著，并且各指標之間存在一定的聯(lián)系。雖然前人對繡球耐熱性已經(jīng)展開了一些研究，但大多集中在高溫脅迫對部分生理指標的影響，對其耐熱能力的鑒定也僅用單項指標來衡量，難以全面、準確地反映繡球品種的耐熱性，仍缺乏更為系統(tǒng)和深入的評價體系研究。

因此，本研究對人工模擬43℃/33℃（晝/夜）高溫脅迫下8個繡球品種進行熱害指數(shù)觀測及生理生化指標的測定，以各項指標的耐熱系數(shù)作為耐熱性評價依據(jù)，利用主成分分析法、隸屬函數(shù)法與聚類分析法對其耐熱能力進行綜合評價，最后利用逐步回歸分析建立最優(yōu)方程，篩選出與繡球品種耐熱性密切關(guān)聯(lián)的相關(guān)指標，旨在建立科學的繡球品種耐熱性綜合評價體系并簡化鑒定工作，為繡球耐熱品種的選育工作及在南方高溫地區(qū)城鄉(xiāng)園林綠化中的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料選擇目前生產(chǎn)上具有一定規(guī)模且觀賞性較高的8個繡球園藝品種，分別為：‘頭花’、‘花手鞠’、‘靈感’、‘紗織小姐’、‘含羞葉’、‘愛莎’、‘小町’、‘銀邊’。所選用的8個品種近些年在我國南方地區(qū)苗圃中普遍栽培繁殖，尤其以云南昆明、浙江蕭山、福建泉州等地栽培、應(yīng)用數(shù)量相對較多。試驗材料均為生長健壯、長勢一致的兩年生扦插苗，每個品種5株，共40株，栽培于福建農(nóng)林大學（福建省福州市）森林蘭苑遮陰棚內(nèi)，常規(guī)水肥管理。

1.2 方法

1.2.1 高溫半致死溫度測定

為避免自然高溫影響，于2020年9月20日（當日溫度21～26℃）采集樣葉。每個品種選取5株，采集1片葉片，采摘后自封袋保存迅速帶回實驗室，用去離子水洗凈葉片后擦干，按照品種將所取葉片剪成0.5cm2的碎葉，混勻后每次稱取0.2g碎葉置于裝有20mL去離子水的試管中，分別在25、35、40、45、50、55、60、65、70℃條件下水浴20min，取出后靜置2h，期間自然冷卻至室溫，用電導儀測定電導值（C_t），之后全部放置在100℃水浴鍋中沸水浴15min，取出靜置冷卻至室溫后測定電導值（C_m）。以室溫下葉片的電導值（C_ck）為對照。每個溫度處理重復3次。根據(jù)公式求細胞傷害率：細胞傷害率=(C_t–C_ck)/(C_m–C_ck)×100%。

采用Logistic方程進行擬合計算，Logistic方程的表達方式為：y=k/(1+ae^–bt)，其中y為細胞的傷害率，t為不同的處理溫度，k為細胞傷害率的飽和容量，本試驗消除了本底干擾k為100%。方程經(jīng)線性化處理后采用直線回歸法求得方程參數(shù)a、b，代入公式T=lna/b，T值即為高溫半致死溫度（HLT₅₀）。

1.2.2 高溫處理與采樣

脅迫試驗于2020年9月開始，實驗前將材料統(tǒng)一放置在人工氣候室內(nèi)進行適應(yīng)性栽培7d，將氣候箱的光照強度控制在240μmol/(m²·s)，光周期為13h/11h（晝/夜），溫度控制在25℃/18℃（晝/夜），相對濕度80%，高溫處理前統(tǒng)一澆水，保持各盆土壤濕度基本一致。于第8天模擬高溫條件開始脅迫試驗，將人工氣候室溫度提升至43℃/33℃（晝/夜），高溫處理時間為8:00—17:00，光照強度和時間與濕度條件均不變。試驗過程中為減輕高溫引發(fā)的干旱脅迫，每隔1d加一定量的水以補充基質(zhì)水分。于高溫脅迫處理第6天上午8:00—9:00進行采樣，高溫脅迫的第7天恢復正常溫度，用于觀察恢復狀況。一部分樣葉剪下后迅速用液氮冷凍，放置于-80℃超低溫冰箱內(nèi)冷藏，用于抗氧化酶等生理指標的測定，另一部分樣葉于采集當天進行相對含水量、細胞膜透性、光合色素含量的測定。采樣時選擇同一葉位的當年生成熟功能葉進行測定相關(guān)指標，每個品種處理5株。

1.2.3 熱害指數(shù)觀測

植物熱害等級評價方法參照張佳平的方法做一定調(diào)整，將熱害表現(xiàn)分為6個等級。0級：莖葉正常生長、幾乎無熱害表現(xiàn)；1級：少于1/4的莖葉萎蔫或焦尖；2級：1/4～1/2的莖葉萎蔫或焦邊；3級：1/2～3/4的莖葉枯焦或穿孔；4級：3/4以上莖葉枯焦；5級：整株枯萎或死亡。根據(jù)公式計算出熱害指數(shù)：

熱害指數(shù)=[∑各株級數(shù)/(最高級數(shù)×總株數(shù))]×100%。

1.2.4 生理指標測定

相對含水量的測定采用烘干飽和稱重法；細胞膜透性的測定采用電導率法；丙二醇含量的測定采用硫代巴比妥酸TBA比色法；葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素a/b值、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量的測定采用酒精浸提法；超氧化物歧化酶活性的測定采用氮藍四唑NBT法；過氧化物酶活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶活性的測定采用紫外吸收法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250試劑染色法；游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮顯色法。試驗方法均參考自李合生的《植物生理生化實驗原理和技術(shù)》，在濃度配比、反應(yīng)時間及浸提、煮沸、冷卻與烘干時長上適當改進，所有指標的測定均重復3次。

1.2.5 耐熱性綜合評價

（1）對各項指標進行耐熱系數(shù)轉(zhuǎn)化

公式如下：

耐熱系數(shù)（α）=高溫處理測定值/對照測定值×100%（1）

（2）綜合評價方法

隸屬函數(shù)法和主成分分析法相結(jié)合的方法進行綜合評價，首先將數(shù)據(jù)輸入SPSS20.0進行相關(guān)性分析，并獲得特征值、貢獻率與累積貢獻率，計算主成分得分并利用隸屬函數(shù)公式進行定量轉(zhuǎn)換，公式如下：

將8個品種各自的PCS代入公式（2）。X_j為某品種第j個主成分的得分，X_min為8個品種第j個主成分得分內(nèi)的最小值，X_max為8個品種第j個主成分得分內(nèi)的最大值，X（PCS_j）為第j個主成分得分的隸屬函數(shù)值。將主成分得分的隸屬函數(shù)值代入公式（3），W_j為第j個主成分的貢獻率比率，P_j為第j個主成分的貢獻率。所獲得的隸屬函數(shù)值之和[公式（4）]即為該品種耐熱性的綜合得分，即耐熱性綜合評價值（D值），綜合得分越高則耐熱性越強。根據(jù)D值進行聚類分析和多元逐步回歸分析。