高山杜鵑品種的抗熱性評(píng)價(jià)

樊玉花，解瑋佳，彭綠春，王繼華，蔡艷飛，李世峰*

(1.云南大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，云南 昆明 650205； 2.國(guó)家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650205； 3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 花卉研究所，云南 昆明 650205； 4.云南省花卉育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650205； 5.云南省花卉工程中心，云南 昆明 650205)

隨著全球氣候變化，高溫對(duì)植物的影響日益顯著，尤其對(duì)高山植物而言，高溫脅迫成為限制高山植物引種馴化、生長(zhǎng)和生產(chǎn)的主要環(huán)境因子之一[1]。為此，關(guān)于植物耐熱機(jī)理及提高植物耐熱能力的研究受到人們的廣泛關(guān)注和重視[2]。高山杜鵑是杜鵑花屬(RhododendronL.)中常綠闊葉種類及其雜交后代的總稱，因其種類繁多、花大色艷、花姿優(yōu)美、生長(zhǎng)習(xí)性極其豐富等特性，具有極高的觀賞和園林應(yīng)用價(jià)值[3]。隨著高山杜鵑在園林中的廣泛應(yīng)用，特別對(duì)于我國(guó)北方諸如山東等夏季酷熱的城市園林應(yīng)用，對(duì)高山杜鵑的耐熱性提出了更高的要求。但受遺傳因素制約，高山杜鵑喜冷涼、濕潤(rùn)環(huán)境，耐熱性較差，高溫?zé)岷κ侵萍s其生長(zhǎng)繁育及園林應(yīng)用的主要限制因子[4]。為了探討高山杜鵑植物的耐熱機(jī)制及不同種間的適應(yīng)性差異，近年來部分學(xué)者針對(duì)杜鵑花屬植物開展了高溫脅迫試驗(yàn)，譬如，梁雯等[5]對(duì)粉珍珠和狀元紅2個(gè)杜鵑花品種進(jìn)行熱鍛煉處理發(fā)現(xiàn)，熱鍛煉可以提高杜鵑花植株的耐熱性，其減輕傷害的機(jī)理與植物品種有關(guān)。李小玲等[6]發(fā)現(xiàn)不同濃度的SA能有效緩解高溫對(duì)高山杜鵑幼苗的傷害，以1.0 mmol·L-1處理的效果最好。申惠翡等[7]對(duì)15個(gè)杜鵑品種的葉面解剖結(jié)構(gòu)觀察分析發(fā)現(xiàn)，葉片角質(zhì)層厚度、氣孔密度、氣孔寬度、柵欄組織厚度和組織結(jié)構(gòu)疏松度是影響耐熱性的主要性狀。在此研究基礎(chǔ)上，申惠翡等[8]發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫條件下葉綠素、MDA、可溶性蛋白、脯氨酸和H2O2含量與杜鵑花耐熱性聯(lián)系緊密。杜鵑高溫脅迫試驗(yàn)篩選出了一批與杜鵑花耐熱性有關(guān)的形態(tài)及生理指標(biāo)，可作為鑒定不同品種耐熱性的依據(jù)，為杜鵑耐熱性研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1, 9-11]。

目前，對(duì)高山杜鵑的研究主要集中在優(yōu)良品種的引種和繁育、多樣性分析、組織培養(yǎng)、栽培技術(shù)、分子標(biāo)記研究等方面[12-15]，對(duì)高山杜鵑，特別是其品種的耐熱研究報(bào)道較少。因此，有必要對(duì)高山杜鵑品種植物進(jìn)行耐熱性研究，從中篩選耐熱性較強(qiáng)的品種用于園林綠化或育種。本文針對(duì)13個(gè)高山杜鵑品種，采用人工模擬氣候鑒定法，觀察其受高溫脅迫后的形態(tài)變化及熱害癥狀，比較不同品種耐熱性差異，以期篩選出具有耐熱性狀的高山杜鵑品種，為今后高山杜鵑的園林應(yīng)用或抗熱育種的親本選配提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

研究材料來源于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所在2012年自比利時(shí)引進(jìn)的13個(gè)高山杜鵑品種的組培瓶苗，13個(gè)品種分別為安東尼瓦特(Anthony Waterer，W4)、阿爾弗雷德(Alfred，WH-1)、碧姬(Brigitte，D10)、布爾索爾(Catawbiense Boursault，W5)、玉蘭(Catabiensis Grandiflora，W6)、英國(guó)玫瑰(English roseum，D5)、錦緞(Germania，G)、金閃爍(Goldflimmer，W14)、金手指(Goldfinger，R6)、紫水晶(Roseum Elegans，R10)、花杯(Scyphocalix，W30)、弗吉尼亞(Virginia Richards，W32)、紅粉佳人(XXL，X)。組培的培養(yǎng)基為WPM+ZT 2 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1，蔗糖30 g·L-1，瓊脂7.5 g·L-1，pH 5.4～5.6。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用人工模擬氣候鑒定法，在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將供試材料放于人工氣候箱(SPX-250B-G)，36 ℃(晝/夜)處理10 d，隔天觀察1次杜鵑苗的外觀形態(tài)變化并做相關(guān)記錄。每個(gè)品種10株苗，每個(gè)測(cè)定進(jìn)行3次重復(fù)。試驗(yàn)期間，保證氣候箱光照度為150 μmol·m-2·s-1，濕度為80%，為減輕高溫引起的水分脅迫傷害，高溫處理期間不定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水保濕。

1.3 測(cè)定方法

外觀形態(tài)主要觀測(cè)葉片受傷害百分率，即發(fā)生枯黃萎蔫脫落葉片(葉片整體發(fā)黃變干，觸動(dòng)會(huì)發(fā)生葉片脫落)占總體葉片的百分比[16]。高溫處理期間，對(duì)其進(jìn)行生長(zhǎng)狀況的觀察，并對(duì)杜鵑幼苗的高溫傷害程度進(jìn)行分級(jí)記錄。熱害指數(shù)的計(jì)算參考李小玲等[10]和趙冰等[17]的研究方法，根據(jù)高溫傷害程度將熱害程度分為5級(jí)：0級(jí)，無受害癥狀；1級(jí)，株稍有萎蔫，葉片由綠轉(zhuǎn)灰白色，1～2片葉子開始變黃變枯；2級(jí)，3～4片葉子變黃，1片枯死；3級(jí)，2片葉枯死；4級(jí)，2片葉以上枯死；5級(jí)，莖變黃、干枯，整株枯死。

熱害指數(shù)=100xn/(AN)。

式中：x代表熱害級(jí)數(shù)，n代表該x熱害級(jí)數(shù)下植株的數(shù)量，A代表出現(xiàn)熱害的最高級(jí)數(shù)，N代表調(diào)查的總株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析和差異顯著性分析，采用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)外觀形態(tài)的影響

如圖1和圖2所示，36 ℃處理2 d后，布爾索爾、阿爾弗雷德、玉蘭等幾個(gè)供試品種有明顯的葉片受害癥狀，葉片頂端未展開的新生葉，尖端焦枯，葉片邊緣反卷的癥狀；金手指、錦緞、紫水晶、金閃爍、弗吉尼亞也出現(xiàn)了葉片受害的癥狀，但是較布爾索爾、阿爾弗雷德、玉蘭的癥狀輕，安東尼瓦特、花杯、英國(guó)玫瑰、碧姬、紅粉佳人沒有出現(xiàn)葉片受害癥狀。

36 ℃處理4 d，布爾索爾、阿爾弗雷德、玉蘭、弗吉尼亞、紫水晶等品種葉片受傷害的百分率達(dá)到40%以上，金閃爍、錦緞葉片受傷害的百分率達(dá)到20%以上，安東尼瓦特、花杯、英國(guó)玫瑰、碧姬、金手指葉片受傷害百分率達(dá)到5%以上，紅粉佳人沒有出現(xiàn)葉片受害癥狀。

36 ℃處理6 d，阿爾弗雷德、玉蘭、弗吉尼亞葉片受傷害的百分率達(dá)到80%以上，布爾索爾、金閃爍、錦緞、金手指、紫水晶葉片受傷害的百分率達(dá)到45%以上，安東尼瓦特、花杯、英國(guó)玫瑰、碧姬葉片受傷害的百分率達(dá)到10%以上，紅粉佳人沒有出現(xiàn)葉片受害癥狀。

36 ℃處理8 d，金閃爍、弗吉尼亞、金手指葉片受傷害率達(dá)100%，阿爾弗雷德、玉蘭葉片受傷害的百分率達(dá)到90%以上，錦緞、紫水晶有70%以上的葉片受傷害，安東尼瓦特、布爾索爾、花杯、英國(guó)玫瑰、碧姬有15%以上的葉片受傷害，而紅粉佳人只有11.27%的葉片出現(xiàn)受害癥狀。

36 ℃處理10 d，除紅粉佳人生長(zhǎng)良好、葉片顏色鮮綠、有個(gè)別葉片略微下垂，有11.27%的葉片出現(xiàn)受害癥狀外，布爾索爾、花杯、碧姬無明顯的整株萎蔫枯黃癥狀，有40%的葉片出現(xiàn)株心葉萎蔫枯黃、莖稈變黃的傷害癥狀，其他的葉片基本生長(zhǎng)良好，英國(guó)玫瑰、錦緞、紫水晶、安東尼瓦特均出現(xiàn)不同程度的受傷害癥狀，有75%以上的葉片出現(xiàn)枯黃萎蔫的傷害癥狀。玉蘭、金手指、金閃爍、阿爾弗雷德、弗吉尼亞全株葉片發(fā)生明顯萎蔫枯黃，葉片受傷害的百分率達(dá)到100%，莖稈變黃，最后全株死亡。

根據(jù)葉片受傷害百分率和高溫處理下的外觀形態(tài)觀測(cè)可知，13個(gè)供試高山杜鵑品種中，紅粉佳人最耐熱，布爾索爾、花杯、碧姬次之，英國(guó)玫瑰、紫水晶、錦緞、安東尼瓦特的耐熱性較差，玉蘭、金手指、金閃爍、阿爾弗雷德、弗吉尼亞最不耐熱。

圖1 不同品種杜鵑高溫脅迫下的葉片受傷害率

圖2 不同品種杜鵑在高溫脅迫10 d后的外觀狀態(tài)

2.2 對(duì)熱害指數(shù)的影響

36 ℃處理10 d，金閃爍、阿爾弗雷德、金手指的熱害級(jí)數(shù)達(dá)到5級(jí)，葉片很快出現(xiàn)失水癥狀，葉片逐漸發(fā)黃，由黃變褐，葉片邊緣、葉尖焦枯，有2片葉以上枯死脫落，整株變黃枯死。安東尼瓦特、玉蘭、弗吉尼亞、錦緞的熱害級(jí)數(shù)達(dá)到4級(jí)，葉片頂端未展開的新生葉尖端焦枯，有3～4株株心葉尖端焦枯，葉片邊緣及葉尖出現(xiàn)枯斑，有2片葉以上枯死脫落。布爾索爾、花杯、碧姬、英國(guó)玫瑰、紫水晶的熱害級(jí)數(shù)達(dá)到3級(jí)，多數(shù)植株為3～4片葉發(fā)黃，葉片邊緣反卷，植株失水萎蔫，2片葉枯死。紅粉佳人的熱害級(jí)數(shù)達(dá)到2級(jí)，沒有明顯的熱害表現(xiàn)，有1～2片葉出現(xiàn)水漬斑痕而逐漸變黃。

按照受害情況確定杜鵑植株所屬熱害等級(jí)，然后按相關(guān)公式計(jì)算其熱害指數(shù)，13種杜鵑熱害指數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖3。結(jié)果顯示，經(jīng)過高溫脅迫后，熱害指數(shù)大小為阿爾弗雷德>金閃爍、布爾索爾、弗吉尼亞、錦緞>安東尼瓦特、玉蘭、金手指、紫水晶>碧姬、英國(guó)玫瑰>花杯、紅粉佳人。表明36 ℃高溫處理下，花杯、紅粉佳人受熱害的程度最輕，碧姬、英國(guó)玫瑰次之，阿爾弗雷德受熱害最為嚴(yán)重。

圖3 高溫脅迫對(duì)13個(gè)高山杜鵑品種熱害指數(shù)的影響

3 討論

隨著全球氣候變暖，高溫已經(jīng)成為限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵性因子之一[18]。高溫脅迫程度超過一定耐受范圍時(shí)，植物會(huì)受到熱害，其外觀形態(tài)會(huì)出現(xiàn)一些熱害癥狀[19]，比如，葉片萎蔫和水浸狀，發(fā)育期縮短，葉片由綠轉(zhuǎn)灰白色繼而變黃等，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致植株死亡[20]。朱玉雪等[21]用4種早花大花組鐵線蓮進(jìn)行高溫脅迫后發(fā)現(xiàn)，葉片失水后萎縮，葉尖、葉緣變黃、卷曲、枯死。本研究結(jié)果顯示，13個(gè)高山杜鵑品種經(jīng)過高溫脅迫后均出現(xiàn)不同程度的熱害癥狀，金閃爍、阿爾弗雷德、紫水晶的葉片很快出現(xiàn)失水癥狀，葉片逐漸發(fā)黃直至整株變黃枯死，安東尼瓦特、玉蘭、弗吉尼亞、錦緞的新生葉尖端焦枯，嚴(yán)重者發(fā)生枯死脫落，布爾索爾、碧姬、英國(guó)玫瑰、花杯、金手指的葉片邊緣反卷，植株失水萎蔫，這些表現(xiàn)與前人的研究結(jié)果一致。紅粉佳人生長(zhǎng)良好，只有1～2片葉略微下垂，出現(xiàn)水漬斑痕而逐漸變黃，其余的葉片顏色鮮綠，沒有明顯的熱害癥狀。綜上可知，紅粉佳人耐熱性較強(qiáng)，阿爾弗雷德耐熱性較差。

熱害指數(shù)(heat injury index)能較好地反映植物的耐熱能力，熱害指數(shù)越小的品種，越耐熱。由熱害指數(shù)結(jié)果可知，在36 ℃高溫脅迫下，13個(gè)高山杜鵑品種中阿爾弗雷德的熱害指數(shù)最高，最不耐熱，花杯的熱害指數(shù)最低，表明該品種耐熱。這與蘇秀紅[22]對(duì)不同地理種群紫莖蘭耐熱性的評(píng)價(jià)及耐熱性生理生化特性的研究結(jié)果一致。李小玲等[10]采用人工模擬氣候鑒定法，對(duì)高山杜鵑熱害指數(shù)測(cè)定及分析結(jié)果也表明，熱害指數(shù)越大的品種，其耐熱性越差，反之，耐熱性越好。

本試驗(yàn)是在人工氣候箱內(nèi)通過控制單一高溫變量，排除田間條件下植物生長(zhǎng)所面臨的強(qiáng)光、高熱等復(fù)合逆境，可更加客觀地進(jìn)行13個(gè)高山杜鵑品種的耐熱性綜合評(píng)價(jià)，這些結(jié)果為高山杜鵑育種親本選擇和園林應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，但高山杜鵑耐熱性是受多種因素影響的復(fù)雜性狀，在以后的研究中還需要結(jié)合相關(guān)生理生化指標(biāo)測(cè)定，對(duì)其耐熱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。