高溫脅迫下8個觀賞海棠品種的耐熱性比較

劉春風， 謝寅峰， 張往祥

(1.江蘇農林職業(yè)技術學院，江蘇句容 212400； 2.南京林業(yè)大學，江蘇南京 210037)

觀賞海棠(Malusspp.)具有觀花、觀果、觀葉等觀賞價值和較強的環(huán)境適應能力，主要分布在北溫帶，橫跨歐亞大陸和北美洲，被廣泛應用于各種園林景觀中[1]。海棠是喜光耐寒植物，一般年平均氣溫7～14 ℃地區(qū)均有分布[2]。近年來，隨著我國城市化建設步伐的加快，各地相繼從國外引進優(yōu)良的觀賞海棠品種，并試圖將海棠進行南移推廣，這些引進的資源的抗逆性和適應性是栽培者普遍關注的問題，尤其是對高溫適應性的問題將影響其引種馴化、推廣栽培區(qū)的范圍。目前，國內外的主要研究集中在觀賞海棠品種調查和分類[3-5]、引種篩選和栽培育種、遺傳背景和親緣關系評價、形態(tài)和生理生化變化、觀賞和應用價值評價、花青素代謝途徑與產物、病蟲害研究等方面[3-17]。關于觀賞海棠對高溫適應性的研究尚未見報道。近年來，由于“溫室效應”的影響，全球氣溫持續(xù)升高，因此，筆者對歐美觀賞海棠部分品種的耐熱性進行了研究，以期為觀賞海棠南移推廣與栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江蘇省南京市溧水區(qū)傅家邊農業(yè)開發(fā)區(qū)(118°22′～119°14′E，31°14′～32°37′N)，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫15.5 ℃，年極端氣溫最高39.7 ℃，最低 -13.1 ℃，年平均日照2 146 h，年平均降水1 037 mm。土壤是黏質土，呈酸性。

1.2 材料

供試材料來源于南京林業(yè)大學引進的觀賞海棠8個品種2年生的嫁接苗，8個品種分別為Malus‘Sentinel’、Malus‘Royalty’、Malus‘Abundance’、Malus‘Robinson’、Malus‘Pink Spire’、Malus‘Adams’、Malus‘Radiant’、Malus‘Strawberry’，編號依次為A2、A4、B4、B7、B9、B19、B5、B10。嫁接苗于2012年3月定植，采用完全隨機試驗設計，株行距為1 m×2 m，按常規(guī)生產管理。8個品種各選150株大小一致、生長健壯的嫁接苗進行測定。

1.3 方法

本試驗在7月連續(xù)7 d的36～38 ℃高溫天氣后取材[18]，對觀賞海棠不同品種的葉片進行生理生化測定。相對電導率用電導儀測定法測定[19]；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[19]；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原法[19]；過氧化物酶(POD)活性測定采用比色法[19]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍染色法[19]；脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸提取-酸性茚三酮顯色法[20]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[20]；過氧化氫(H2O2)含量測定采用硫酸鈦顯色法[19]。數(shù)據(jù)分析用SPSS 17.0軟件對生理生化測定指標進行方差分析、因子(主成分)分析及聚類分析，聚類分析時應用歐氏距離與可變法進行系統(tǒng)聚類。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫下8個觀賞海棠品種的生理生化指標測定

持續(xù)高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間相對電導率的差異極顯著(P<0.01)。品種A4、B9、B19的相對電導率都超過了50%，表明持續(xù)高溫脅迫較大程度地破壞了品種A4、B9、B19葉片細胞膜，增加了細胞膜透性；品種A4葉片的相對電導率最高，達到68.57%，其次為品種B9(56.85%)、B19(50.00%)，品種B5、B7、B10葉片的相對電導率較小，分別為43.50%、35.10%、33.10%，品種B4葉片的相對電導率最小，為31.90%。相對電導率最高的品種A4為最低品種B4的 2.15 倍。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間MDA含量差異極顯著(P<0.01)，品種A4、B9的MDA含量分別達到64.29、60.91 μmol/g，極顯著高于其他品種，品種B19、B5、A2的MDA含量在31～40 μmol/g，含量居中等，品種B10、B7、B4的MDA含量遠低于其他品種，其中最低為B4，僅為 5.93 μmol/g，其次為B7(6.50 μmol/g)。MDA含量較高的品種B9、A4為較低品種B4、B7的9.36～10.85倍。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間SOD活性差異極顯著(P<0.01)，品種A2的SOD活性最高，為 2 197.39 U/g，其次為品種A4、B9，分別為1 648.04、1 582.87 U/g，品種B19的SOD活性最低，為682.81 U/g，其次為品種B10(955.93 U/g)，SOD活性最高的品種A2為SOD活性最低的B19的3.2倍。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間的可溶性蛋白含量也差異極顯著(P<0.01)，品種B10的可溶性蛋白含量最高，為 223.70 mg/g，其次為品種B4(182.88 mg/g)，品種B7的可溶性蛋白含量最低，為75.97 mg/g，其次為B19(78.23 mg/g)，其余介于93.15～137.45 mg/g，可溶性蛋白含量最高的品種B10為最低的品種B7的2.94倍。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間的可溶性糖含量差異顯著(P<0.05)，品種B19、B4的可溶性糖含量較高，分別為91.07、90.59 mg/g，品種A2的可溶性糖含量最低，為58.25 mg/g，其次為品種B10(65.58 mg/g)、B5(65.90 mg/g)，可溶性糖含量最高的品種B19為可溶性糖含量最低的品種A2的1.56倍。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間的脯氨酸含量差異顯著(P<0.05)。品種B5的脯氨酸含量最高，為22.53 μg/g，其次為品種A2、B4，分別為21.71、21.78 μg/g，品種B19的脯氨酸含量最低，為 17.09 μg/g。高溫脅迫后，不同觀賞海棠品種間的過氧化氫含量差異極顯著(P<0.01)，品種B9的H2O2含量最高，為 15.45 μmol/g，其次為品種A4(11.52 μmol/g)，品種B10的過氧化氫含量最低，為6.03 μmol/g，其次為品種A2、B5，分別為6.26、6.53 μmol/g，其余介于7.46～10.46 μmol/g，過氧化氫含量最高的品種B9為過氧化氫含量最低品種B10的 2.56 倍。

表1 高溫脅迫下8個觀賞海棠品種的生理生化指標

注：同列不同小寫字母、大寫字母分別表示品種間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。

2.2 8個觀賞海棠品種的耐熱性主成分分析

首先對8個海棠品種的7個指標數(shù)據(jù)進行標準化和正向化[21]，然后進行主成分分析(表2至表4)。前4個主成分的累計貢獻率已達91.768%，基本保留了7個耐熱相關性狀的全部信息(表4)。第1主成分貢獻率達49.837%，第2主成分貢獻率達23.933%，第3主成分貢獻率達9.202%，第4主成分貢獻率達8.795%。第1主成分中相對電導率、丙二醛含量、過氧化氫含量有較大的載荷系數(shù)，相關分析表明，相對電導率與丙二醛含量、過氧化氫含量的相關系數(shù)分別為0.952、0.719，丙二醛含量與過氧化氫含量的相關系數(shù)為 0.692，三者呈顯著或極顯著正相關。第2主成分中載荷系數(shù)較大的為SOD活性。第3主成分中可溶性蛋白含量和脯氨酸含量有較大的載荷系數(shù)，相關分析表明可溶性蛋白含量與脯氨酸含量的相關系數(shù)為0.370。第4主成分中載荷系數(shù)較大的為可溶性糖含量。因此，第1主成分可以看作由相對電導率、丙二醛含量、過氧化氫含量組成的細胞膜穩(wěn)定性因子，第2主成分可以看作SOD抗氧化因子，第3主成分可以看作由可溶性蛋白含量和脯氨酸含量組成的滲透調節(jié)因子，第4主成分可以看作為可溶性糖含量。

主成分表達式：Y1=0.478X1+0.437X2+0.020X3+0.389X4+0.287X5-0.327X6+0.489X7；Y2=0.236X1+0.330X2+0.677X3+0.025X4-0.457X5+0.408X6-0.032X7；Y3=-0.120X1-0.172X2+0.147X3+0.565X4+0.552X5+0.536X6-0.151X7；Y4=0.287X1+0.434X2-0.359X3-0.510X4+0.327X5+0.467X6-0.127X7。式中：X1為相對電導率，X2為丙二醛含量，X3為SOD活性，X4為可溶性蛋白含量，X5為脯氨酸含量，X6為可溶性糖含量，X7為H2O2含量。

表2 主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率

表3 各單項指標的相關系數(shù)

注：“**”“*”分別表示極顯著(P<0.01)、顯著(P<0.05)相關。

表4 前4個主成分分析因子載荷

2.3 觀賞海棠8個品種的耐熱性排序及聚類分析

根據(jù)表5列出的觀賞海棠8個品種的4個因子得分值和表2中的主成分貢獻率，按照公式∑ni=1=AiBi(A為主成分貢獻率；B為不同品種的因子得分值；i=1，…，4；n=8)計算8個觀賞海棠品種的耐熱能力，結果(表5)表明，8個品種的耐熱能力由大到小的順序為B4>B10>B5>B7>A2>B19>B9>A4。利用主成分分析得到的4個因子得分值(表5)，選歐氏距離與可變法進行聚類分析，將觀賞海棠8個品種分為4個等級，即耐熱性強、耐熱性較強、耐熱性中等、耐熱性弱。結果(圖1)表明，耐熱性強的品種為B4、B10；耐熱性較強的品種為A2、B5；耐熱性中等的品種為B7、B19；耐熱性弱的品種為A4、B9。

表5 8個觀賞海棠品種主成分分析因子得分及耐熱能力排序

3 討論

主成分分析法是一種多元統(tǒng)計分析方法，可以將許多指標簡化濃縮為少數(shù)幾個甚至一個獨立的綜合評價指標，使簡化的指標既能基本包含全部指標具有的信息，又使指標之間相互無關。它是一種客觀實用評價方法，在經(jīng)濟、管理、環(huán)境、教育等評價領域得到了較廣泛的應用。首先必須對數(shù)據(jù)進行標準化處理，此外，反向指標必須進行正向化處理后再做標準化，正向化處理以線性處理方式比反向指標取倒數(shù)的非線性處理方式要科學一些[21]。

本試驗在處理數(shù)據(jù)時，對反向指標采用了正向化處理后再做標準化處理，分析結果比較理想，利用經(jīng)主成分分析法簡化后的4個互相獨立的因子進行聚類后，得到的分類結果與試驗田間觀測的結果基本吻合[22]。將觀賞海棠8個品種分為4個等級，即耐熱性強、耐熱性較強、耐熱性中等、耐熱性弱。耐熱性強的品種為B4、B10；耐熱性較強的品種為A2、B5；耐熱性中等的品種為B7、B19；耐熱性弱的品種為A4、B9。耐熱能力由大到小的順序為：B4>B10>B5>B7>A2>B19>B9>A4。因此，本人認為持續(xù)7 d的36～38 ℃的高溫脅迫能夠有效區(qū)分不同觀賞海棠品種的耐熱性，利用生理生化指標進行主成分分析和系統(tǒng)聚類方法可以快速鑒定觀賞海棠的耐熱性，縮短田間試驗觀察期，為觀賞海棠向南方推廣栽培提供了1種較快速的鑒定方法。此方法在茶花品種耐熱性的鑒定及其他研究中也有應用[18，23-24]。

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