13個雞爪槭品種的耐熱性研究

林樂靜, 林 立, 祝志勇, 裘虎生

(寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 浙江 寧波 315100)

高溫是植物正常生長發(fā)育的重要限制性因子之一，不管是短期高溫還是持續(xù)性高溫，都會對植物的正常生長造成一定影響[1]。對于我國南方植物來說，突遇的高溫，尤其是長江中下游地區(qū)梅雨季節(jié)后出現(xiàn)迅速上升的溫度，常導(dǎo)致植物生長受到限制，甚至死亡。高溫脅迫不僅影響植物的生理活動，對植物的形態(tài)特征也會造成影響，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致植株葉片萎蔫，甚至焦枯。因此，我國南方地區(qū)進(jìn)行園林綠化時(shí)，要先綜合考慮所選樹種的耐熱性。

目前，對植物的耐熱性已有許多研究。周媛等研究了不同杜鵑品種的耐熱性，通過評價(jià)各品種在高溫條件下的外觀形態(tài)、葉綠素?zé)晒庖约癙SII活性等參數(shù)指標(biāo)，篩選出了耐熱型杜鵑新品種[2]；徐靜平等通過測定半致死溫度，對8種適用于屋頂綠化的木本植物的耐熱性進(jìn)行了比較[3]；鐘景林等利用相對電導(dǎo)率測定了不同種源糖槭的抗熱性[4]；竇全琴等分析了自然高溫脅迫下20個雞爪槭品種的葉片形態(tài)、光合特性等指標(biāo)，認(rèn)為夏季葉片呈綠色的雞爪槭品種耐熱性較好[5]。

雞爪槭是世界上最重要的彩葉樹種之一，品種多樣，樹形優(yōu)美，葉片色彩變化豐富，極具觀賞價(jià)值。雞爪槭在我國南方地區(qū)普遍栽培，是我國南方城市彩化不可或缺的優(yōu)良樹種。許多雞爪槭品種在栽培應(yīng)用時(shí)，會由于高溫造成焦葉情況，嚴(yán)重時(shí)整株葉片都成焦葉，導(dǎo)致觀賞價(jià)值降低。本研究通過人工氣候室模擬高溫環(huán)境對13個雞爪槭品種的耐熱性，進(jìn)行了脅迫試驗(yàn)，以期為雞爪槭品種在我國南方地區(qū)的引種、栽培與應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

2017年7月中旬，在寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院溪口校區(qū)苗圃地，挑選苗齡、大小、長勢相當(dāng)?shù)?3個雞爪槭品種，記錄其生物學(xué)性狀(見表1)。采集等同葉位的完整、成熟葉片作為試驗(yàn)材料。

表1 13個雞爪槭品種的生物學(xué)性狀

品種名學(xué)名葉形成熟葉葉色金葉雞爪槭Acer palmatum‘Aureum’掌狀5-7裂綠色血紅雞爪槭A. palmatum‘Bloodgood’掌狀7-9裂紫紅色紅楓A. palmatum ‘Atropurpureum’掌狀7-9裂紫紅色青紫姬A. palmatum‘Arano’掌狀7-9裂綠色海塞A. palmatum‘Higasayama Broom’掌狀7-9裂黃綠色帶有綠色斑塊紅鶴A. palmatum‘Benizuru’掌狀5-7裂綠色茜A. palmatum‘Akane ’掌狀5-7裂綠色蝴蝶A. palmatum ‘Butterfly’掌狀5裂綠色帶有粉邊或者白邊流泉A. palmatum ‘Ryu sen’ 掌狀5裂綠色赤楓A. palmatum‘Sango kaku’掌狀5-7裂綠色早乙女A. palmatum ‘Saotome’掌狀5裂橙色帶黃綠色斑葉舞森A. palmatum ‘Mai mori’掌狀5-7裂綠色葉子帶有淺的黃色斑紋小葉雞爪槭A. palmatum var thunbergii掌狀7-9裂綠色

1.2 方法

1.2.1 細(xì)胞傷害率測定 采集葉片后用去離子水沖洗，用紗布擦拭干凈后除去主脈，將葉片剪為0.5 cm2左右的塊狀，放置于燒杯內(nèi)。將葉片浸沒于20 mL蒸餾水中，放在真空干燥器中用真空泵抽氣10 min，然后分別放于30，35，40，45，50，55，60，65，70 ℃的水浴環(huán)境下20 min，取出后于室溫放置2 h。用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率(R)，后將所有材料放于100 ℃沸水浴中處理15 min；降溫后在室溫條件下測定電導(dǎo)率(R0)。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，以室溫環(huán)境的電導(dǎo)率值(CK)作為對照值進(jìn)行分析[6-7]。細(xì)胞傷害率y(%)= [(R-CK)/(R0-CK)]×100。

1.2.2 葉綠素和花青素含量測定 采用便攜式葉綠素儀SPAD-502PL(日本柯尼卡美能達(dá)公司出品)測定各品種葉片的葉綠素含量。測定時(shí)，要求選取葉片的部位相同，每葉片測定3次，再計(jì)算其平均值。每個品種重復(fù)測定3次[8]。

花青素含量的測定參照錢見平等[9]的研究方法，測定出每個雞爪槭品種的色素單位，以波長535 nm下1 mL提取液提取1 g葉片時(shí)的吸光值為1個色素單位。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行處理并作圖，用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理對不同品種雞爪槭細(xì)胞傷害率的影響

電導(dǎo)率是分析植物在不同溫度環(huán)境下細(xì)胞發(fā)生改變和受影響程度的關(guān)鍵指標(biāo)。借助測定電導(dǎo)率方法，可以反映植物在熱環(huán)境下出現(xiàn)的受傷狀態(tài)，進(jìn)而評價(jià)不同植物的耐熱水平[10]。研究結(jié)果表明，隨著溫度的升高，13個雞爪槭品種葉片的傷害率都呈現(xiàn)出“S”型上升趨勢(見圖1)。在溫度較低時(shí)(35 ℃以下)，所有雞爪槭品種的細(xì)胞傷害率都較低(≤20%)。當(dāng)溫度高于40 ℃時(shí)，所有品種的細(xì)胞傷害率隨著溫度的上升而快速增大，不同品種間的差異較小。當(dāng)溫度升高至50 ℃時(shí)，雞爪槭品種的細(xì)胞傷害率在32%—52%之間，其中海塞的細(xì)胞傷害率最高(52%)，小葉雞爪槭葉片細(xì)胞受到的傷害率最低(32%)。當(dāng)溫度升至60 ℃時(shí)，有7個槭樹品種(青紫姬、海塞、紅鶴、茜、蝴蝶、流泉和赤楓)的細(xì)胞傷害率都超過了50%，另外6個品種(金葉雞爪槭、血紅雞爪槭、紅楓、早乙女、舞森和小葉雞爪槭)中以舞森對應(yīng)的數(shù)值最小，即45.7%。當(dāng)溫度高于60 ℃，除流泉、赤楓和蝴蝶3個品種外，其他品種的細(xì)胞傷害率仍呈緩慢上升趨勢。

圖1 處理溫度與細(xì)胞傷害率的關(guān)系

2.2 不同品種雞爪槭半致死溫度的確定

雞爪槭品種的半致死溫度根據(jù)Logistic公式進(jìn)行計(jì)算。公式為y=k/(1+ae-bt)，式中y為細(xì)胞傷害率，t代表處理溫度，k為細(xì)胞傷害的飽和容量。為確定a，b的值，根據(jù)趙亞洲等[11]方法對方程進(jìn)行線性化處理，得到a，b數(shù)值和相關(guān)系數(shù)r。通過顯著性測試后，運(yùn)算Forstst 2.1軟件計(jì)算出半致死溫度[11]，具體見表2。

通過分析不同品種的半致死溫度，可以得到各品種的耐熱性由高到低的順序?yàn)槲枭?紅楓>血紅雞爪槭>金葉雞爪槭>早乙女>小葉雞爪槭>紅鶴>青紫姬>流泉>赤楓>茜>海塞>蝴蝶。

表2 方程參數(shù)與半致死溫度

供試材料參數(shù)ab相關(guān)系數(shù)r半致死溫度/℃金葉雞爪槭181.590.083 90.914 362血紅雞爪槭86.290.071 90.863 662.1紅楓41.290.058 40.930 163青紫姬21.220.052 10.822 258.59海塞282.550.099 00.915 957紅鶴90.080.075 40.947 259茜43.670.064 90.884 858蝴蝶87.770.078 90.942 556.74流泉114.180.083 40.956 358.8赤楓81.510.075 00.911 658.68早乙女142.330.080 50.864 961.6舞森94.800.071 40.921 363.7小葉雞爪槭154.080.082 160.950 261.3

2.3 雞爪槭耐熱性與葉片葉綠素和花青素含量的相關(guān)性分析

對13個品種葉片中的花青素含量進(jìn)行了測定，不同品種葉片中花青素含量差異較大，最高含量為流泉品種(0.586 7個色素單位)，為最低含量品種(金葉雞爪槭)的4.4倍。葉綠素含量在不同品種間差異較小(見表3)。這表明決定葉片顏色的成分主要為其中的花青素含量。

采用Pearson法對13個雞爪槭品種的耐熱性與葉片總?cè)~綠素含量和花青素(見表2)的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明雞爪槭品種的耐熱性與葉綠素、花青素含量相關(guān)性不強(qiáng)(r<0.5，P<0.5)。

表3 13個雞爪槭品種葉片的總?cè)~綠素和花青素含量

供試材料總?cè)~綠素含量/(mg/g)花青素含量/[A535/(g·mL)]金葉雞爪槭0.010 120.133 3血紅雞爪槭0.008 140.213 3紅楓0.014 310.456 7青紫姬0.010 480.483 3海塞0.016 570.320 0紅鶴0.014 79 0.276 7茜0.014 340.253 3蝴蝶0.009 300.366 7流泉0.014 800.343 3赤楓0.011 100.586 7早乙女0.013 18 0.450 0 舞森0.009 630.286 7小雞爪槭0.013 82 0.403 3

3 討論與結(jié)論

研究植物高溫傷害及其生理指標(biāo)，將有助于采取相應(yīng)措施減輕高溫危害，為篩選耐高溫植株提供有效途徑，也為彩化植物的耐熱性研究尋找依據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，按照半致死溫度的高低可將13個雞爪槭品種劃分為3個類型：耐熱型(T≥61℃)，有舞森、紅楓、血紅雞爪槭、金葉雞爪槭、早乙女和小葉雞爪槭；中間型(58 ℃≤T<61 ℃)，有紅鶴、青紫姬、流泉、赤楓和茜；不耐熱型(55 ℃≤T<58 ℃)，有海塞和蝴蝶2個品種。高溫狀態(tài)下，植物會通過調(diào)節(jié)自身生理活動來適應(yīng)環(huán)境條件，不同植物在不同層次高溫階段，其能夠接受的最大高溫同樣存在很大區(qū)別[12]。

前人研究表明，雞爪槭品種的耐熱性與葉色有一定的相關(guān)性，葉綠素含量高的品種耐熱性相對較強(qiáng)[5]。本研究采用Pearson法對13個雞爪槭品種的耐熱性與花青素和葉綠素含量的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果未能證明雞爪槭品種的耐熱性與葉綠素、花青素含量有較高的相關(guān)性(r<0.5，P<0.5)。