八種中國原產(chǎn)鼠尾草屬植物耐熱性比較

馮時++劉群錄++魏宇昆++金冬梅++李桂彬++黃艷波

摘要：以上海辰山植物園引種馴化的8種中國原產(chǎn)鼠尾草屬（Salvia L.）植物為材料，測定了其高溫半致死溫度（LT50）和葉綠素相對含量（SAPD值），比較這8種植物的耐熱性差異，從而對其在引種地的高溫適應(yīng)性做出分析與評價。結(jié)果表明，8種鼠尾草屬植物的LT50值在50～57 ℃，且均呈“S”型曲線上升。8種植物的耐熱性從強到弱依次排序為：貴州鼠尾草（Salvia cavaleriei Lévl.）>紅根草（S. prionitis Hance）>南川鼠尾草（S. nanchuanensis H. T. Sun）>血盆草（S. cavaleriei Lévl. var. simplicifolia Stib.）>云南鼠尾草（S. yunnanensis C. H. Wright）>美麗鼠尾草（S. meiliensis S.W. Su）>南丹參（S. bowleyana Dunn）>佛光草（S. substolonifera E. Peter）。利用Spearman秩相關(guān)性分析比較，結(jié)果表明，各植物的LT50值與SAPD值大小排序呈顯著正相關(guān)，可以作為評價鼠尾草屬植物耐熱性的指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：鼠尾草屬；耐熱性；高溫半致死溫度（LT50）；葉綠素相對含量

中圖分類號：Q949.777.6+78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）16-3088-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.022

Research on Thermo Tolerance of Eight Domestic Salvia in China

FENG Shi1，2，LIU Qun-lu1，WEI Yu-kun2，JIN Dong-mei2，LI Gui-bin2，HUANG Yan-bo2

（1. College of Agriculture and Biotechnology， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China； 2. Shanghai Chenshan Plant Science Research Center， Chinese Academy of Sciences/Shanghai Chenshan Botanical Garden， Shanghai 201602， China）

Abstract： Utilizing 8 domestic Salvia L. species collected in Shanghai Chenshan Botanical Garden as materials， semi-lethal temperature（LT50）， chlorophyll relative content（SAPD value） were measured to evaluate the thermo tolerance of the 8 species. The results indicated that the LT50 value of the 8 domestic Salvia species was 50 to 57 ℃， and all showed ascend trend by "S" curve. The heat resistance of the 8 species was listed in descending order as following： Salvia cavaleriei Lévl.>S. prionitis Hance>S. nanchuanensis H. T. Sun>S. cavaleriei Lévl. var. simplicifolia Stib.>S. yunnanensis C. H. Wright>S. meiliensis S.W. Su>S. bowleyana Dunn>S. substolonifera E. Peter. There was significant positive correlation between LT50 and SAPD. Therefore， LT50 and SAPD can be used as the indexes to value the heat resistance of sage plants.

Key words： Salvia L.； heat resistance； semi-lethal temperature （LT50）； SAPD value

鼠尾草屬（Salvia L.）是唇形科（Lamiaceae）的一個大屬，約有1 000種[1]，為世界性分布的一年生或多年生草本或小灌木植物，主要分布在北半球的溫帶、亞熱帶和南半球的亞熱帶高海拔地區(qū)。東亞是世界鼠尾草屬三個多樣性中心之一；在中國分布有鼠尾草屬植物78種（含24變種8變型），全國各地均有分布[2，3]，其中藥用植物有43種（不含變種）[4]。隨著上海市對景觀草本植物新優(yōu)品種需求的日益增加，中國原產(chǎn)鼠尾草屬的豐富物種可以為篩選優(yōu)良種質(zhì)提供資源保障。但上海市地處北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，夏季炎熱，極端最高氣溫可達(dá)40.2 ℃（1934年）[5]，這種高溫逆境條件對鼠尾草屬植物的正常生長構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。研究表明，通過植物組織對高溫半致死溫度（LT50）的測定，可以簡便、靈敏、準(zhǔn)確的評價植物的耐熱性能[6-8]。因此，試驗通過測定植物的電導(dǎo)率，確定8種鼠尾草屬植物的高溫半致死溫度，并結(jié)合葉綠素相對含量（SAPD值）測定，分析兩者的相關(guān)性，對其在上海市夏季生長和適應(yīng)能力進(jìn)行大田觀測，從而對8種鼠尾草屬植物耐熱性的強弱做出分析與評價，以期為鼠尾草屬植物耐熱性品種的選育提供參考，同時也為引種與馴化及栽培應(yīng)用提供理論依據(jù)。endprint

1 材料與方法

1.1 材料

參試的8種鼠尾草屬植物分別是云南鼠尾草（Salvia yunnanensis C. H. Wright）、佛光草（S. substolonifera E. Peter）、南丹參（S. bowleyana Dunn）、紅根草（S. prionitis Hance）、貴州鼠尾草（S. cavaleriei Lévl.）、血盆草（S. cavaleriei Levl. var. simplicifolia Stib.）、美麗鼠尾草（S. meiliensis S.W.Su）、南川鼠尾草（S. nanchuanensis H. T. Sun）；均取自上海辰山植物園鼠尾草屬植物種質(zhì)資源圃，8種鼠尾草屬植物的分布、引種時間、引種地等信息見表1。研究材料均為播種實生苗，并栽植于資源圃露地苗圃，取樣時分別隨機取樣，將材料帶回實驗室進(jìn)行高溫半致死溫度測定，葉綠素相對含量則在苗圃現(xiàn)場直接測定活體葉片。

1.2 方法

1.2.1 高溫半致死溫度（LT50）測定 電導(dǎo)率的測定及半致死溫度的計算參照石永紅等[9]、趙亞洲等[10]和龔萍等[11]的方法，略加改動。各植物種均選取長勢良好且較整齊的植株各3株，每株選取從頂部數(shù)第三片完全展開的成熟葉片，用去離子水漂洗3次，洗凈后用濾紙吸干葉片表面的水分，然后用直徑為6 mm的打孔器避開葉脈截取葉圓片，隨機取4個葉圓片放入盛有10 mL去離子水（電導(dǎo)率<0.1 μS/cm）的試管中，于真空干燥器中用真空泵抽氣8～10 min，使葉圓片沉入水中，按此步驟處理標(biāo)記后，分別在25、30、35、40、45、50、55、60、65、70 ℃的恒溫水浴鍋中保持20 min，取出后于室溫靜置冷卻2 h，用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率EC1，再全部放入100 ℃沸水浴中15 min，殺死植物組織，取出冷卻后在室溫下測定電導(dǎo)率EC2[10]，各處理都3次重復(fù)。相對電導(dǎo)率的計算公式如下：

相對電導(dǎo)率=EC1/EC2×100%。

使用統(tǒng)計軟件SPSS 19.0擬合Logistic方程：

y=k/（1+ae-bx），

式中，y代表相對電導(dǎo)率（%），x代表處理溫度，e為自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)，k為相對電導(dǎo)率飽和值，這里為100%，故取固定值100；a、b為方程參數(shù)。

擬合Logistic方程d的拐點即半致死溫度[12，13]，

LT50=（lna）/b。

通過SPSS 19.0軟件建模計算后，得出擬合方程（Logistic equation）、擬合度（R2）、半致死溫度（LT50）。

1.2.2 葉綠素相對含量（SPAD值）測定 使用手持葉綠素儀（SPAD-502 Plus型葉綠素儀）測定每種植物葉片的葉綠素相對含量，同時利用小型氣象站等設(shè)施記錄露地苗圃的溫度、光照度和濕度等指標(biāo)。測定時，各種植物選取長勢良好且較整齊的植株各4株，每株選取從基部數(shù)第三片完全展開的成熟葉片進(jìn)行測試，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及耐熱性相關(guān)研究的需要，將試驗時間選取在2015年8月天氣晴好、氣溫較高的午后，氣象指標(biāo)分別為①2015年8月27日，13：00-13：30，晴轉(zhuǎn)雷陣雨，光照（Solar Rad）=594 wat/m2，空氣相對濕度（RH）=41.4%，平均溫度（T）=31.4 ℃。②2015年8月28日，13：00-13：30，晴轉(zhuǎn)雷陣雨，光照=589 wat/m2，空氣相對濕度=46.1%，平均溫度=31.8 ℃。測試步驟如下：首先校準(zhǔn)儀器；其次在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（無葉片）記錄發(fā)射光強度；再次是將葉片插入手持葉綠素儀、避開葉脈覆蓋發(fā)射窗進(jìn)行測定，記錄透射光照度，得出SPAD值；然后對每片葉測3次（重復(fù)），取平均值，每株重復(fù)測試3片葉后再取均值；若顯示的小數(shù)點出現(xiàn)閃爍等錯誤，則要重新測試。最后，將2 d測定的SPAD值取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)通過Microsoft Office Excel 2007軟件處理，并用其制表、做圖，運用SPSS 19.0、R語言進(jìn)行計算，做差異顯著性分析、方差齊性分析等相關(guān)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各鼠尾草高溫半致死溫度（LT50）比較

溫度梯度處理后，參試的8種鼠尾草屬植物葉片相對電導(dǎo)率的動態(tài)變化情況見圖1；根據(jù)SPSS 19.0軟件擬合的高溫下相對電導(dǎo)率Logistic方程，得到的8種鼠尾草屬植物高溫半致死溫度（LT50）結(jié)果見表2。從圖1可見，通過對溫度梯度下8種鼠尾草屬植物相對電導(dǎo)率的動態(tài)變化統(tǒng)計分析與對比，發(fā)現(xiàn)高溫處理后8種鼠尾草屬植物葉片的相對電導(dǎo)率隨著處理溫度的升高（25～70 ℃）而不斷上升，整體變化呈近“S”型曲線，而上升趨勢各有不同，說明各鼠尾草的耐熱性不同。當(dāng)溫度從25 ℃升高到50 ℃時，各鼠尾草的相對電導(dǎo)率基本平穩(wěn)，當(dāng)繼續(xù)加溫至50 ℃到60 ℃時，各鼠尾草的相對電導(dǎo)率急增，當(dāng)溫度再從60 ℃升至70 ℃時，相對電導(dǎo)率則較平穩(wěn)，說明50 ℃到60 ℃這個范圍是鼠尾草葉細(xì)胞被高溫破壞的臨界區(qū)。從表2可見，8種鼠尾草屬植物的高溫半致死溫度（LT50）依次為貴州鼠尾草（56.89 ℃）>紅根草（56.68 ℃）>南川鼠尾草（55.52 ℃）>血盆草（54.31 ℃）>云南鼠尾草（54.09 ℃）>美麗鼠尾草（54.06 ℃）>南丹參（51.57 ℃）>佛光草（50.59 ℃）。

2.2 各鼠尾草葉綠素相對含量比較

葉綠素的合成是一系列酶促反應(yīng)共同作用的結(jié)果，受溫度影響較大，溫度過高或過低均降低合成速率，嚴(yán)重的會破壞原有的葉綠素。因此，葉綠素含量常用來評價植物的耐熱性[14，15]。試驗根據(jù)測定的8種鼠尾草屬植物葉綠素相對含量，與相對應(yīng)的物種指標(biāo)進(jìn)行方差統(tǒng)計分析、Turkey多重比較和分級，結(jié)果見表3。從表3可見，不同鼠尾草屬植物物種間的葉綠素相對含量差異顯著（P<0.05），以貴州鼠尾草的SPAD值最高，達(dá)58.65；佛光草的SPAD值最低，為33.78。對表3里各鼠尾草的SPAD值由高到低進(jìn)行排序，則8種鼠尾草屬植物的葉綠素相對含量依次為：貴州鼠尾草（58.65）>紅根草（54.18）>血盆草（49.75）>云南鼠尾草（42.43）>南川鼠尾草（40.55）>南丹參（36.98）>美麗鼠尾草（34.19）>佛光草（33.78）。endprint

根據(jù)8種鼠尾草屬植物的葉綠素相對含量高低，將8種鼠尾草分為5個組別，即G1、G2、G3、G4、G5，如表3所示。在5個組里，貴州鼠尾草的SPAD測試值最高，達(dá)58.65，說明其葉綠素含量高。此外，紅根草、血盆草具有較高的SPAD值，表示其葉綠素含量較高；而佛光草、美麗鼠尾草的SPAD值較低，說明葉綠素含量較低。8種鼠尾草屬植物的SPAD值平均值為43.81，變幅范圍為33.78～58.65，變異系數(shù)為22.59%。

由于各鼠尾草之間SPAD值差異顯著，故將SAPD值與相應(yīng)物種葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)和大棚栽培觀察情況進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)SAPD值越高的植物，葉綠素含量越高，其潛在的光合能力越強，相對喜光而耐旱，并且葉革質(zhì)厚實，比葉重大，如貴州鼠尾草；反之，SAPD值低的植物，其葉綠素含量低，潛在光合能力弱，相對耐蔭而不耐旱，葉紙質(zhì)且較薄，比葉重小，如佛光草。

2.3 LT50與SPAD值的比較分析

使用SPSS 19.0對8種鼠尾草屬植物的高溫半致死溫度LT50與其SPAD值進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，結(jié)果見圖2。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，P<0.05，兩者相關(guān)性顯著。

3 小結(jié)與討論

溫度對于植物的形態(tài)、分布、代謝以及生長發(fā)育起著重要作用。在高溫脅迫下，一般先直接誘發(fā)植物脫水，在細(xì)胞逐漸失水萎蔫過程中，膜質(zhì)選擇性喪失，膜透性增大，電解質(zhì)及某些有機物大量外滲，細(xì)胞受到傷害[16]。植物細(xì)胞膜的穩(wěn)定性是其抗逆性鑒定的適宜指標(biāo)之一[17]，眾多研究表明，熱脅迫下的植物變異與其本身的表現(xiàn)較一致[18-20]，利用系列溫度梯度下植物組織電解質(zhì)的滲出而求得的半致死溫度，是評價植物耐熱性較為靈敏和準(zhǔn)確的指標(biāo)[21，22]。本試驗里相對電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大，曲線近似“S”型曲線，同時Logistic方程擬合度較高。許瑛等[23]認(rèn)為，僅憑某一時期的逆境半致死溫度來評價植物的抗逆性是不可靠的，所以本試驗選擇在夏季高溫期間測定目標(biāo)植物的SAPD值。

試驗用相對電導(dǎo)率配合Logistic方程，測出的8種鼠尾草屬植物的半致死溫度LT50變化趨勢與夏季午后高溫測定的葉綠素相對含量（SAPD值）基本一致，從而初步推斷高溫半致死溫度越高，其葉綠素相對含量較高，潛在光合能力較強，其高溫抗逆性較強；反之，高溫半致死溫度越低，葉綠素相對含量較低，潛在光合能力較弱，高溫抗逆性較弱。

綜上所述，通過電導(dǎo)率法配合Logistic方程，可以簡便、準(zhǔn)確地測定鼠尾草屬植物的高溫半致死溫度，再結(jié)合SAPD值的測定，可以有效評估其高溫適應(yīng)性，從而為引種至上海市的鼠尾草原種適應(yīng)性、抗逆性及其景觀應(yīng)用和設(shè)施栽培溫控提供理論依據(jù)。但限于檢測手段和方法及個體差異以及試驗環(huán)境等因素的影響，相關(guān)結(jié)論和推論需要結(jié)合生理生化試驗的全面展開做進(jìn)一步驗證。

參考文獻(xiàn)：

[1] WESTER P，CLA？茁EN-BOCKHOFF R. Pollination syndromes of New World Salvia species with special reference to bird pollination[J].Annals of the Missouri Botanical Garden，2001，98（1）：101-155.

[2] 孫雄才，黃詠琴，吳征鎰.中國植物志，第66卷[M].北京：科學(xué)出版社，1985.70-195.

[3] 周榮漢.中藥資源學(xué)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1993.441.

[4] 李旻輝，宋曉玲，王振旺，等.中國鼠尾草屬植物傳統(tǒng)藥物學(xué)的調(diào)查[J].時珍國醫(yī)國藥，2011，22（2）：476-479.

[5] 崔林麗，史 軍，周偉東.上海極端氣溫變化特征及其對城市化的響應(yīng)[J].地理科學(xué)，2009，29（1）：93-97.

[6] 何文華，董 麗，孫 震.幾種野生地被植物高溫半致死溫度的確定[J].西南園藝，2006，34（3）：10-11.

[7] 李光光，張 華，黃紅弟，等.菜心高溫半致死溫度與耐熱適應(yīng)性[J].華北農(nóng)學(xué)報.2012，27（S）：202-204.

[8] 趙 偉，鄧 敏，戴錫玲，等.煙葉唇柱苣苔的高溫半致死溫度及其對高溫脅迫的生理響應(yīng)[J].經(jīng)濟林研究，2014，32（4）：83-87.

[9] 石永紅，萬里強，劉建寧，等.多年生黑麥草高溫半致死溫度與耐熱性研究[J].草業(yè)科學(xué)，2010，27（2）：104-108.

[10] 趙亞洲，卓麗環(huán)，張 琰.2種紅楓的高溫半致死溫度與耐熱性[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，22（2）：51-53.

[11] 龔 萍，王 健.利用電導(dǎo)率法測定六種芳香植物的耐熱性[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（10）：2038-2040.

[12] 朱根海，劉祖棋，朱培仁.應(yīng)用Logistic方程確定植物組織低溫半致死溫度的研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1986（3）：11-16.

[13] 董江水.應(yīng)用SPSS軟件擬合Logistic曲線研究[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報，2007，23（1）：21-24.

[14] 周偉輝，薛大偉，張國平.耐熱水稻基因型的鑒定及相關(guān)生理學(xué)特征分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2012，38（1）：1-9.

[15] 黃顯波，嚴(yán) 寒，胡建林，等.高溫脅迫下水稻幼苗幾個相關(guān)生理指標(biāo)的變化[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，5（2）： 50-53.

[16] HAFEEZ R，SAEED A M，MUHAMMAD S. Heat tolerance of upland cotton during the fruiting stage evaluated using cellular membrane thermostability[J].Field Crops Research，2004，85（2）：149-158.

[17] SAMBA T，ANTHONY E H. Comparison of selection for either leaf-electrolyte-leakage or pod set in enhancing heat tolerance and grain yield of cowpea[J].Field Crops Research，2004，86：239-253.

[18] 王冬梅.番茄耐熱性鑒定方法的研究及其種質(zhì)資源的篩選鑒定[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[19] 徐劍鋒.甜椒耐熱機理及熱脅迫下生理、生化變化的研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2003.

[20] 張 鵬.黃瓜耐熱性遺傳分析[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[21] HE X Y，YE H，MA J L，et al. Semi-lethal high temperature and heat tolerance of eight Camellia species[J].Phyton，2012， 81：177-180.

[22] 馬錦林，張日清，葉 航，等.香花油茶的半致死溫度與耐寒耐熱性[J].經(jīng)濟林研究，2013，31（1）：150-152，175.

[23] 許 瑛，陳發(fā)棣.菊花8個品種的低溫半致死溫度及其抗寒適應(yīng)性[J].園藝學(xué)報，2008，35（4）：559-564.endprint