8個繡球品種耐熱性綜合評價與耐熱指標(biāo)篩選

凌瑞 戴中武 代曉雨 吳春梅 翟俊文 鄭澤新 吳沙沙

摘 ?要：夏季高溫已成為制約繡球引種與園林應(yīng)用的首要限制因子，為構(gòu)建繡球品種耐熱性評價體系并篩選耐熱品種，本研究以8個繡球品種為材料，對其高溫半致死溫度（HLT50）及其高溫脅迫下熱害指數(shù)（HII）進(jìn)行觀測，通過測定44?℃/33?℃（晝/夜）高溫脅迫6?d后的14項(xiàng)生理生化指標(biāo)，采用多元統(tǒng)計分析方法對其耐熱性進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明：通過主成分分析法將原有14項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法得到各品種的綜合評價值（D值），通過聚類分析將8個繡球品種分為3個類群，耐熱型包括‘花手鞠與‘頭花;中等耐熱型包括‘愛莎‘含羞葉‘小町和‘紗織小姐;不耐熱型包括‘銀邊與‘靈感。在此基礎(chǔ)上采用逐步回歸法建立了以游離脯氨酸（Pro）含量、葉綠素（Chla+Chlb）含量、類胡蘿卜素（Car）含量、葉綠素a/b值（Chla/Chlb）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、相對含水量（RWC）與可溶性糖（SS）含量7個指標(biāo)為變量的耐熱性評價模型。此外，HLT50與HII也可作為鑒定繡球品種耐熱性的可靠方法。本研究可為繡球品種在南方城鄉(xiāng)園林中的應(yīng)用推廣以及耐熱型繡球品種選育提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：繡球品種;耐熱性;生理生化;隸屬函數(shù)法;綜合評價體系

Abstract： High temperature is one of the main limiting factors for the introduction and landscape application of Hydrangea in summer. In order to construct the heat resistance evaluation system of Hydrangea cultivars and select heat resistant cultivars， eight Hydrangea cultivars were used to observe the high temperature semi-lethal temperature （HLT50） and the heat injury indexes （HII） under high temperature stress， and 14 physiological and biochemical indexes were measured after six days of high temperature stress at 44?℃/33?℃， after which heat resistance was evaluated by multivariate statistical analysis method. The original 14 indexes were transformed into four independent comprehensive indexes by the principal component analysis， and the comprehensive evaluation value （D value） of each variety was obtained by the subordinate function method. According to D value， the eight Hydrangea cultivars were divided into three groups. The moderate heat resistance cultivars included ‘Essar ‘Elbtal ‘Komachi and ‘Shakespeare. The heat sensitive cultivars included ‘Tricolor and ‘Inspiration. The heat resistance cultivars included ‘Stockings and ‘Corsage. On the basis of D value， the stepwise regression method was used to set up the variable heat resistance evaluation model with the content of proline （Pro）， chlorophyll （Chla+Chlb）， carotenoid （Car）， chlorophyll a/b value （Chla/Chlb）， superoxide dismutase （SOD） activity， relative water content （RWC） and soluble sugar （SS） contents as indicators. In addition， HLT50 and HII of high temperature could also be used as a reliable method to identify the heat resistance of Hydrangea cultivars. This study would provide a theoretical basis for the application and popularization of Hydrangea cultivars in southern urban and rural gardens as well as the breeding of heat-resistant hydrangea cultivars.

Keywords： Hydrangea cultivars; heat resistance; physiology and biochemistry; subordination function method; comprehensive evaluation system

繡球（Hydrangea macrophylla）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(qiáng)，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[1]。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[2]。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(yán)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(yán)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(biāo)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[3-4]、栽培繁殖[5-6]及育種技術(shù)[7]等方面，對其抗性生理雖偶有報道，卻大多集中在干旱脅迫[8-9]、鋁鹽脅迫[10-11]等方面，針對繡球品種的耐熱性研究相對較少[12-13]。

相關(guān)研究表明，植物的耐熱性作為多基因控制的復(fù)雜性狀，往往會受到多方面復(fù)雜因素的影響[14]。傳統(tǒng)上常用單一的指標(biāo)對植物的耐熱性進(jìn)行鑒定，然而由于不同植物對高溫環(huán)境的抗性機(jī)制不同，單一的指標(biāo)通常無法將準(zhǔn)確完整的信息反映出來[15-16]。評價植物耐熱能力不僅需要選擇適宜的評價指標(biāo)，更需要依靠科學(xué)、準(zhǔn)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(jìn)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（Paeonia）[15-17]、鐵線蓮屬（Clematis）[18]、杜鵑屬（Rhododendron）[19]及薔薇屬（Rosa）[20]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[20]在對繡球進(jìn)行耐熱品種篩選時發(fā)現(xiàn)，相對電導(dǎo)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(biāo)。辛雅芬等[12]研究了相對含水量、細(xì)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(biāo)在高溫脅迫下變化顯著，并且各指標(biāo)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(biāo)的影響，對其耐熱能力的鑒定也僅用單項(xiàng)指標(biāo)來衡量，難以全面、準(zhǔn)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[12-13]。

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(jìn)行熱害指數(shù)觀測及生理生化指標(biāo)的測定，以各項(xiàng)指標(biāo)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(jìn)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(biāo)，旨在建立科學(xué)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（‘Corsage）、‘花手鞠（‘Stockings）、‘靈感（‘Inspiration）、‘紗織小姐（‘Shakespeare）、‘含羞葉（‘Elbtal）、‘愛莎（‘Essar）、‘小町（‘Komachi）、‘銀邊（‘Tricolor）。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(yàn)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(xué)（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(dāng)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(shí)驗(yàn)室，用去離子水洗凈葉片后擦干，按照品種將所取葉片剪成0.5?cm2的碎葉，混勻后每次稱取0.2?g碎葉置于裝有20?mL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20?min，取出后靜置2?h，期間自然冷卻至室溫，用電導(dǎo)儀測定電導(dǎo)值（Ct），之后全部放置在100?℃水浴鍋中沸水浴15?min，取出靜置冷卻至室溫后測定電導(dǎo)值（Cm）。以室溫下葉片的電導(dǎo)值（Cck）為對照。每個溫度處理重復(fù)3次。根據(jù)公式求細(xì)胞傷害率：細(xì)胞傷害率=（Ct–Cck）/（Cm–Cck）×100%[21]。

采用Logistic方程進(jìn)行擬合計算，Logistic方程的表達(dá)方式為：y=k/（1+ae–bt），其中y為細(xì)胞的傷害率，t為不同的處理溫度，k為細(xì)胞傷害率的飽和容量，本試驗(yàn)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(yàn)于2020年9月開始，實(shí)驗(yàn)前將材料統(tǒng)一放置在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行適應(yīng)性栽培7?d，將氣候箱的光照強(qiáng)度控制在240?μmol/（m2·s），光周期為13?h/11?h（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(yàn)，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(qiáng)度和時間與濕度條件均不變。試驗(yàn)過程中為減輕高溫引發(fā)的干旱脅迫，每隔1?d加一定量的水以補(bǔ)充基質(zhì)水分。于高溫脅迫處理第6天上午8：00—9：00進(jìn)行采樣，高溫脅迫的第7天恢復(fù)正常溫度，用于觀察恢復(fù)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(biāo)的測定，另一部分樣葉于采集當(dāng)天進(jìn)行相對含水量、細(xì)胞膜透性、光合色素含量的測定。采樣時選擇同一葉位的當(dāng)年生成熟功能葉進(jìn)行測定相關(guān)指標(biāo)，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[22]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(biāo)測定 ?相對含水量（RWC）的測定采用烘干飽和稱重法;細(xì)胞膜透性（cell membrane permeability，CMP）的測定采用電導(dǎo)率法;丙二醇（malondialdehyde，MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸TBA比色法;葉綠素a（chlorophyll a，Chla）含量、葉綠素b（chlorophyll b，Chlb）含量、葉綠素a/b值（Chla/Chlb）、葉綠素（chlorophyll content，Chla+Chlb）總含量、類胡蘿卜素（carotenoids，Car）含量的測定采用酒精浸提法;超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的測定采用氮藍(lán)四唑NBT法;過氧化物酶（peroxidase，POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法;過氧化氫酶（catalase，CAT）活性的測定采用紫外吸收法;可溶性糖（soluble sugar，SS）含量的測定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白（soluble protein，SP）含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250試劑染色法;游離脯氨酸（proline，Pro）含量的測定采用酸性茚三酮顯色法。試驗(yàn)方法均參考自李合生[21]的《植物生理生化實(shí)驗(yàn)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(dāng)改進(jìn)，所有指標(biāo)的測定均重復(fù)3次。

1.2.5 ?耐熱性綜合評價 ?（1）對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)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（subordination function method，SF method）和主成分分析法（principal component analysis，PCA）相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合評價[23-24]，首先將數(shù)據(jù)輸入SPSS 20.0進(jìn)行相關(guān)性分析，并獲得特征值、貢獻(xiàn)率與累積貢獻(xiàn)率，計算主成分得分（principal component score，PCS）并利用隸屬函數(shù)公式進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，公式如下：

將8個品種各自的PCS代入公式（2）。Xj為某品種第j個主成分的得分，Xmin為8個品種第j個主成分得分內(nèi)的最小值，Xmax為8個品種第j個主成分得分內(nèi)的最大值，X（PCSj）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），Wj為第j個主成分的貢獻(xiàn)率比率，Pj為第j個主成分的貢獻(xiàn)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（comprehensive score，CS），即耐熱性綜合評價值（D值），綜合得分越高則耐熱性越強(qiáng)。根據(jù)D值進(jìn)行聚類分析和多元逐步回歸分析。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Office Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與圖表繪制。在SPSS 20.0軟件中進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)、多重比較及雙變量相關(guān)性分析、

主成分分析、隸屬函數(shù)計算、系統(tǒng)聚類分析及多元逐步回歸分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同繡球品種的高溫半致死溫度

耐熱性研究方法有很多，通過電導(dǎo)法配合Logistic回歸方程的擬合計算出待測植物的高溫半致死溫度（HLT50）來評價植物耐熱性是其中的一種[25]。通過對不同溫度處理下各繡球品種葉片細(xì)胞傷害率的測定結(jié)果進(jìn)行Logistic方程擬合，擬合度R2在0.804～0.968之間（表1），均大于決定系數(shù)顯著性臨界值，說明擬合結(jié)果符合Logistic方程的變化規(guī)律且準(zhǔn)確度較高。

HLT50是用于評價植物耐熱性的重要指標(biāo)之一，與繡球耐熱性呈正相關(guān)。所測8個品種的HLT50范圍在55.10～59.02?℃之間（表1），平均值為57.41?℃。根據(jù)HLT50數(shù)值，參試8個繡球品種耐熱性排序依次為：‘頭花>‘花手鞠>‘小町>‘愛莎>‘含羞葉>‘紗織小姐>‘銀邊>‘靈感。

2.2 ?不同繡球品種的熱害指數(shù)觀測

熱害指數(shù)（HII）反映了不同繡球品種的耐熱能力，熱害指數(shù)越低則植株耐熱性相對越強(qiáng)，此方法簡單易行，可作為評價植物耐熱性強(qiáng)弱的指標(biāo)之一[22]。高溫脅迫對繡球品種莖葉生長勢影響顯著，各品種的熱害指數(shù)均顯著升高。結(jié)果表明，43?℃高溫脅迫6?d后，8個品種形態(tài)與對照組相比均發(fā)生了較為明顯的變化，各品種葉片均表現(xiàn)出不同程度的葉緣卷曲、褐變失綠、失水皺破、萎蔫干枯、脫落等熱害癥狀，嚴(yán)重影響其觀賞價值，其中品種‘紗織小姐與‘銀邊全株超過3/4的葉片發(fā)生褐變、老葉枯萎甚至脫落，受熱害程度最嚴(yán)重;品種‘花手鞠與‘頭花受熱害程度相對較輕，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐熱性。各品種根據(jù)熱害指數(shù)由到高到低次序?yàn)椋骸喛椥〗?‘銀邊>‘靈感>‘小町>‘愛莎>‘含羞葉>‘花手鞠≈‘頭花，熱害指數(shù)分別為：14.4%、13.6%、12.8%、8.8%、7.2%、6.4%、5.6%與5.6%。

2.3 ?繡球品種的耐熱性綜合評價

2.3.1 ?各項(xiàng)指標(biāo)的耐熱系數(shù)及相關(guān)性分析 ?將43?℃/33?℃高溫脅迫6?d后的各項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果進(jìn)行耐熱系數(shù)α值轉(zhuǎn)化（表2）。由表2可知，各繡球品種經(jīng)高溫脅迫后的CMP、MDA含量、POD活性、CAT活性、SS含量、SP含量與Pro含量與對照相比均有提升（α>100%）;RWC與對照相比有所下降（α<100%）;Chla含量、Chlb含量、Chla+Chlb含量、Chla/Chlb值、Car含量與SOD活性在品種‘含羞葉‘小町‘愛莎‘銀邊‘紗織小姐和‘靈感中與對照相比有所下降，在品種‘頭花‘花手鞠中與對照相比有所提升。此外，14項(xiàng)耐熱指標(biāo)在經(jīng)過耐熱系數(shù)轉(zhuǎn)化后變化幅度差異顯著，其中變化幅度最大的指標(biāo)為POD活性，變化幅度最小的為RWC，并且不同品種在同一指標(biāo)內(nèi)的變化差異較大。

從表3可見，RWC與SOD活性之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系，與Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;Chla含量與Chlb含量、Chla/Chlb及Chla+Chlb含量之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系，與SOD活性、SS含量及Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;Chlb含量與Chla+Chlb含量之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系;Chla/Chlb與Chla+Chlb含量、SS含量及Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;Chla+Chlb含量與SOD活性、SS含量及Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;Car含量與SP含量及Pro含量之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系，與SOD活性的之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;SOD活性與Pro含量之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系;POD活性與SS含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;SS含量與Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系;SP含量與Pro含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系。其余各項(xiàng)指標(biāo)之間關(guān)系不顯著（表3）?？梢?，各單項(xiàng)指標(biāo)之間普遍存在信息重疊現(xiàn)象，可能會在一定程度上影響繡球品種耐熱性鑒定結(jié)果。

2.3.2 ?不同繡球品種各單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析 ?主成分分析法能通過降維的方式將多個相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個包含原變量大部分信息且相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)。特征值能在一定程度上反映主成分的影響力，當(dāng)特征值大于1則可作為較好的評價依據(jù)。通過對高溫脅迫下繡球品種各項(xiàng)指標(biāo)的耐熱系數(shù)進(jìn)行主成分分析，前4個主成分的特征值大于1，把原本相互關(guān)聯(lián)的13個單項(xiàng)指標(biāo)重新降維成4個新的互不干擾的綜合指標(biāo)，依次用Z1～Z4表示，4個綜合指標(biāo)的特征值分別為7.299、1.987、1.589和1.195，貢獻(xiàn)率分別為52.134%、14.189%、11.351%和8.533%，累計貢獻(xiàn)率達(dá)86.207%（當(dāng)累積貢獻(xiàn)率超過80%則具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)代表性），說明所提取的這4個綜合指標(biāo)基本上能代表不同繡球品種耐熱性原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息（表4）。

主成分中各項(xiàng)指標(biāo)的荷載值大小能反映出該指標(biāo)在主成分中的關(guān)鍵程度。對各綜合指標(biāo)進(jìn)行特征向量分析，其中Z1中Chla含量、Chla+Chlb含量和Pro含量有較大的正載荷量;Z2中SP含量、Car含量和CMP有較大的正載荷量，Chlb含量和CAT活性有較大負(fù)荷載量;Z3中MDA含量、CAT活性與SP含量有較大的正載荷量;Z4中POD活性、Chla含量與Chlb含量有較大的正載荷量，RWC與SS含量有較大負(fù)荷載量。綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率的大小能反映不同綜合指標(biāo)的相對重要性，

主成分Z1的貢獻(xiàn)率最大（表4），說明主成分Z1所涵蓋的信息能更全面地反映8個繡球品種的耐熱能力。

2.3.3 ?不同繡球品種耐熱性綜合分析 ?將8個繡球品種的各項(xiàng)生理指標(biāo)的耐熱系數(shù)與其主成分的荷載值相結(jié)合，根據(jù)線性組合方程計算結(jié)果得出4個主成分的得分值（comprehensive index，CI），得分值越高說明該品種在這一綜合指標(biāo)中的耐熱表現(xiàn)越好。由表5可知，品種‘頭花與‘花手鞠在第1主成分上的耐熱性最強(qiáng);品種‘含羞葉與‘小町在第2主成分上的耐熱性最強(qiáng);品種‘含羞葉與‘紗織小姐在第3主成分上。

2.3.4 ?不同繡球品種耐熱性聚類分析 ?聚類分析法是一種能根據(jù)對象性質(zhì)劃分為不同集合的樣本歸類方法[26]。由圖1可知，本研究根據(jù)各個材料的耐熱指標(biāo)綜合評價值（D值），采用平方歐氏距離，用離差平方和法對不同繡球品種的耐熱性進(jìn)行了系統(tǒng)聚類分析，聚類結(jié)果在歐式距離5處可將繡球耐熱性分為3類：中等耐熱型品種、不耐熱型品種、耐熱型品種。其中，中等耐熱型品種包括‘愛莎‘含羞葉‘小町和‘紗織小姐;不耐熱型包括品種‘銀邊與‘靈感;耐熱型包括品種‘花手鞠與‘頭花。8個繡球品種的耐熱性鑒定結(jié)果與熱害指數(shù)鑒定結(jié)果、高溫半至死溫度鑒定結(jié)果大體一致。

2.3.5 ?耐熱鑒定指標(biāo)的篩選 ?為探究各項(xiàng)指標(biāo)與耐熱性之間的關(guān)系，在保證評價結(jié)果準(zhǔn)確性的同時精簡評價指標(biāo)，建立可用于繡球品種耐熱性評價的數(shù)學(xué)模型，將8個繡球品種的綜合評價D值作為因變量，各單項(xiàng)指標(biāo)的耐熱系數(shù)作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，得出預(yù)測繡球品種耐熱能力

的最優(yōu)回歸方程：D=–0.707–0.000068X1+ 0.001408X2+0.004131X3+0.003451X4+0.003746X5–0.000398X6–0.000038X7（R2=1，P=0.0001）。由方程可知，原有的14個指標(biāo)被精簡為X1～X7 7個指標(biāo)，它們分別代表Pro含量、Chla+Chlb含量、Car含量、Chla/Chlb、SOD活性、RWC與SS含量的耐熱系數(shù)α，可用于鑒定不同繡球品種的耐熱性，即在相同條件下測定其他品種的這7個指標(biāo)，并計算其耐熱系數(shù)，進(jìn)而利用該方程預(yù)測相應(yīng)品種的耐熱性。

用該回歸方程對8個品種的耐熱性進(jìn)行預(yù)測，即把8個品種的上述7個指標(biāo)的耐熱系數(shù)（α值）代入該方程，得到各品種的預(yù)測值：‘含羞葉為0.435，‘頭花為0.828，‘小町為0.308、‘愛莎為0.437，‘銀邊為0.126，‘花手鞠為0.665，‘紗織小姐為0.293，‘靈感為0.088。將各品種的預(yù)測值與綜合評價值進(jìn)行相關(guān)性分析，二者相關(guān)系數(shù)R2=1，在0.1水平上顯著相關(guān)。說明此方程能夠很好地量化各品種的綜合耐熱能力與各指標(biāo)值間的因果關(guān)系，對繡球品種間耐熱性的預(yù)測效果較好。

此外，將各品種的耐熱性綜合評價D值與高溫半致死溫度HLT50進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)二者成極顯著正相關(guān)（R2=0.868）;將各品種的耐熱性綜合評價D值與熱害指數(shù)HII進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)二者呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=–0.743），即測定HLT50與HII也可作為鑒定繡球品種耐熱性的可靠方法。

3 ?討論

相關(guān)研究表明，植物細(xì)胞膜的熱穩(wěn)定性與其耐熱能力密切相關(guān)[27]，通過電導(dǎo)率法結(jié)合Logistic方程擬合估算HLT50，能較為準(zhǔn)確地反映植物耐性差異。通過該方法評價植物耐熱性既便捷又高效[28-29]，現(xiàn)已應(yīng)用在杜鵑花科（Ericaceae）[30]、薔薇科（Rosaceae）[31]及景天科（Crassulaceae）[32]等多種植物材料的耐熱性鑒定中，并已有學(xué)者驗(yàn)證該方法在多個經(jīng)濟(jì)作物與觀賞花卉品種耐熱性差異評價中的可行性[33-34]。但也有學(xué)者認(rèn)為由于該實(shí)驗(yàn)方法在離體條件下進(jìn)行，因而并不能準(zhǔn)確反映出品種間的耐熱差異[33]。本研究對8個繡球品種的HLT50進(jìn)行測定，溫度范圍在55.10～59.02?℃之間，測定結(jié)果與耐熱性綜合評價結(jié)果呈極顯著正相關(guān)（R2=0.868），驗(yàn)證了其作為繡球品種耐熱評價指標(biāo)的可靠性。劉婉迪等[30]測定出9個杜鵑品種（Rhododendron simsii）的HLT50范圍在46.92～53.84?℃之間，劉志高等[18]對20個鐵線蓮品種的HLT50進(jìn)行測定，HLT50最高的品種僅為42.17?℃，其耐熱能力均不如本研究參試的8個繡球品種。從耐熱性角度考慮，8個繡球品種的半致死溫度均超過了55?℃，說明這8個品種都有一定的高溫耐受能力，是華南地區(qū)園林綠化材料更新潛在的植物資源，但其耐熱能力與凌霄（Campsis grandiflora）、地錦（Parthenocissus inserta）、牛軛草（Murdannia loriformis）和細(xì)竹篙草（Murdannia simplex）等平均HLT50在60?℃以上的觀賞植物相比仍存在差距[35-36]。這一方面體現(xiàn)了不同植物種類間的耐熱性差異，另一方面反應(yīng)出繡球品種對高溫的耐受能力有限，在實(shí)際應(yīng)用中需要盡量配置在通風(fēng)良好的遮蔭環(huán)境下。此外，各品種的耐熱性綜合評價D值與HLT50呈極顯著正相關(guān)（R2=0.868），說明繡球的高溫半致死溫度能較好地反映其耐熱性，可作為其耐熱性評價的關(guān)鍵指標(biāo)。

持續(xù)高溫會造成繡球的葉片失綠褐變、萎蔫下垂甚至枯萎，這是由于高溫引起植物體內(nèi)的酶代謝失活最終導(dǎo)致葉綠素合成減少，或是葉片細(xì)胞含水量降低的表現(xiàn)[16，37]。HII通過將高溫脅迫下植物的表型特征數(shù)量化直觀地反映受熱害程度，被作為可靠評價指標(biāo)廣泛地應(yīng)用在耐熱性評價研究中[17-18]。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫下各繡球品種皆表現(xiàn)出不同程度的熱害癥狀，其中‘花手鞠與‘頭花在高溫環(huán)境下形態(tài)表現(xiàn)較好，為耐熱品種;‘紗織小姐與‘銀邊受熱害程度較高，為熱敏品種，該鑒定結(jié)果與耐熱綜合評價D值聚類鑒定結(jié)果基本一致。此外，不同耐熱型繡球品種的HII差異顯著，各品種的耐熱性綜合評價D值與熱害指數(shù)HII呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=–0.743），進(jìn)一步驗(yàn)證了以HII作為繡球耐熱性評價關(guān)鍵指標(biāo)的可靠性，為通過表型觀測對品種耐熱性進(jìn)行預(yù)判提供了依據(jù)。

植物能利用自身體內(nèi)的一系列生理代謝途徑來抵御或適應(yīng)高溫脅迫，比如通過產(chǎn)生兼容溶質(zhì)組織蛋白質(zhì)與細(xì)胞結(jié)構(gòu)，通過滲透調(diào)節(jié)保持細(xì)胞充盈，通過抗氧化系統(tǒng)重建細(xì)胞氧化還原平衡與內(nèi)穩(wěn)態(tài)等[38]。不同植物種類對高溫脅迫的動態(tài)響應(yīng)機(jī)制存在較大差異，植物的耐熱能力不僅與高溫脅迫的程度與脅迫時間有關(guān)，也受到植物的遺傳背景、表型性狀、生長發(fā)育階段與生理代謝水平等多方面因素的影響，是在植物與各環(huán)境因子之間相互作用的復(fù)雜過程中形成的[39]。本研究采用人工氣候室模擬高溫脅迫環(huán)境，有效地避免了干旱、強(qiáng)光、高濕等復(fù)合逆境的影響，便于更加客觀地對繡球品種的耐熱性進(jìn)行評價。可用于觀賞植物耐熱性鑒定的指標(biāo)，不同指標(biāo)對高溫脅迫的敏感程度表現(xiàn)不一，且各指標(biāo)間存在著復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性[40-41]。本研究選用的14項(xiàng)生理生化指標(biāo)在高溫脅迫下的響應(yīng)方式各異，其相關(guān)性分析結(jié)果也表明各單項(xiàng)指標(biāo)所提供的耐熱響應(yīng)信息發(fā)生不同程度的交叉重疊，這與上述觀點(diǎn)一致，說明根據(jù)其中任何一項(xiàng)指標(biāo)對繡球品種的耐熱性進(jìn)行評價都將得到不同的評價結(jié)果，因此無法直接通過相互矛盾的單一指標(biāo)對繡球各品種的耐熱性進(jìn)行評價，耐熱性作為復(fù)雜的綜合性狀需要依靠多元的統(tǒng)計分析方法，建立高效、科學(xué)的繡球耐熱性綜合評價體系[42]。

為此，本研究采用主成分分析法結(jié)合隸屬函數(shù)分析法進(jìn)一步將各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以期彌補(bǔ)單項(xiàng)指標(biāo)評價耐熱性的缺陷，得到更為準(zhǔn)確的耐熱性評價結(jié)果。通過測定對照及高溫脅迫處理下不同繡球品種的14個單項(xiàng)指標(biāo)，以各項(xiàng)指標(biāo)的耐熱系數(shù)α為基礎(chǔ)，利用主成分分析法將原有的14個單項(xiàng)指標(biāo)降維成4個互不干擾的綜合指標(biāo)，再利用隸屬函數(shù)分析法獲得不同繡球品種的耐熱性綜合評價D值。由于D值不僅與各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性相關(guān)，也與各指標(biāo)的權(quán)重相關(guān)，所以利用其對繡球耐熱性評價更具有系統(tǒng)性和科學(xué)性。根據(jù)綜合評價D值進(jìn)行聚類分析，可將各參試?yán)C球品種劃分為耐熱型、中等耐熱型和不耐熱型3個類群，耐熱型品種包括‘花手鞠與‘頭花，其耐熱表現(xiàn)較好，是應(yīng)用在南方夏季高溫地區(qū)的潛在優(yōu)良品種;中等耐熱型品種包括‘愛莎‘含羞葉‘小町與‘紗織小姐;不耐熱型品種包括‘銀邊與‘靈感，其耐熱表現(xiàn)較差，更適合栽植在溫度不高的溫帶地區(qū)。

此外，本研究利用逐步回歸法建立了能夠快速、準(zhǔn)確鑒定繡球品種耐熱性評價模型，篩選出Pro含量、Chla+Chlb含量、Car含量、Chla/Chlb、SOD活性、RWC與SS含量等7個顯著影響繡球品種耐熱性單項(xiàng)指標(biāo)。經(jīng)過預(yù)測值驗(yàn)證，結(jié)果表明由這7項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建的評價模型能能夠很好地量化各品種的綜合耐熱能力與各指標(biāo)值間的因果關(guān)系，進(jìn)而高效、準(zhǔn)確地預(yù)測不同繡球品種耐熱能力的強(qiáng)弱，可作為繡球品種耐熱性鑒定的關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)一步為繡球品種耐熱性鑒定工作簡化了工作量。

在本研究的基礎(chǔ)上，更多研究可以進(jìn)一步展開，如通過解剖技術(shù)進(jìn)一步探究繡球葉片顯微結(jié)構(gòu)與其耐熱性的聯(lián)系;選擇耐熱性強(qiáng)的品種作為親本培育新種質(zhì)展開育種工作;隨著分子生物技術(shù)的成熟，對植物的耐熱性研究也已達(dá)到分子水平，選擇耐熱與不耐熱繡球品種構(gòu)建基因文庫，篩選與耐熱性直接相關(guān)的關(guān)鍵基因，通過基因與表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)一步揭示繡球?qū)Ω邷氐捻憫?yīng)機(jī)制，導(dǎo)入外源基因進(jìn)行耐熱性育種是未來研究的方向之一。此外，繡球由于其極高的觀賞價值與經(jīng)濟(jì)價值，在園林美化、盆花銷售與切花生產(chǎn)中扮演越來越重要的角色，但其生產(chǎn)栽培仍受不同地區(qū)氣候差異的限制，故除研究品種本身的抗逆性強(qiáng)弱和響應(yīng)機(jī)制外，探索更多有助于提升其抗性的方法，從而降低栽培管理成本并擴(kuò)大生產(chǎn)應(yīng)用區(qū)域也是較好的切入點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

喬 ?謙， 王江勇， 陶吉寒. 繡球?qū)僦参镅芯窟M(jìn)展[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報， 2020， 10（4）： 60-64.

李艷香. 19個繡球?qū)俜N質(zhì)資源的SRAP分析[D]. 長沙： 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2009.

彭盡暉， 周樸華， 周紅燦， 等. 湖南省繡球?qū)僦参镔Y源調(diào)查[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2008（5）： 563-567.

孫 ?強(qiáng)， 虞秀明， 姚紅軍. 繡球?qū)倨贩N資源收集及扦插生根能力比較[J]. 北方園藝， 2016（11）： 71-73.

張國華， 陳旦旦， 曹受金， 等. 繡球花扦插繁殖技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代園藝， 2019， 42（23）： 24-25.

王紅梅， 劉春風(fēng)， 孟紫蓮， 等. 圓錐繡球‘北極熊組培快繁體系的建立[J]. 分子植物育種， 2021， 19（7）： 2305-2311.

Uemachi T， Nishio T. Relationship between the inflorescence structure and setting of decorative flowers on lacecap cultivars of Hydrangea macrophylla （Thunb.） Ser. and H. serrata （Thunb.） Ser[J]. Horticultural Research， 2005， 4（4）： 435-438.

章 ?毅， 韋孟琪， 孫歐文， 等. 不同繡球品種對干旱脅迫的生理響應(yīng)及抗旱機(jī)制研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報， 2018， 33（1）： 90-97.

蔡建國， 章 ?毅， 孫歐文， 等. 繡球抗旱性綜合評價及指標(biāo)體系構(gòu)建[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2018， 29（10）： 3175-3182.

李葉華， 陳 ?爽， 趙 ?冰. 鋁脅迫對繡球組培苗生長及生理特性的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報， 2020， 37（6）： 1064-1070.

汪 ?霖. NaCl脅迫對繡球生理指標(biāo)的影響[J]. 北方園藝， 2011（24）： 80-83.

辛雅芬， 石玉波. 高溫對八仙花生理指標(biāo)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009， 37（11）： 5204-5206.

蔣昌華， 李 ?健. 高溫脅迫對八仙花品種生理特性的影響[C]//中國植物園（第十五期）， 西安： 中國林業(yè)出版社， 2011： 196-198.

Gulen H， Eris A. Effect of heat stress on peroxidase activity and total protein content in strawberry plants[J]. Plant Science， 2003， 166（3）： 739-744.

Tian Z G， Yang Y， Wang F. A comprehensive evaluation of heat tolerance in nine cultivars of marigold[J]. Horticulture Environment and Biotechnology， 2015， 56（6）： 749-755.

Stirbet A， Govindjee. On the relation between the Kautsky effect （chlorophyll a fluorescence induction） and photosystem II： Basics and applications of the OJIP fluorescence transient[J]. Journal of Photochemistry and Photobiology，2011， 104（1-2）： 236-257.

張佳平， 李丹青， 聶晶晶， 等. 高溫脅迫下芍藥的生理生化響應(yīng)和耐熱性評價[J]. 核農(nóng)學(xué)報， 2016， 30（9）： 1848-1856.

劉志高， 邵偉麗， 申亞梅， 等. 鐵線蓮品種耐熱性分析及評價指標(biāo)篩選[J]. 核農(nóng)學(xué)報， 2020， 34（1）： 203-213.

李 ?輝. 杜鵑耐熱資源評價及其生理機(jī)制研究[D]. 揚(yáng)州： 揚(yáng)州大學(xué)， 2019.

彭勇政， 劉智媛， 朱曉非， 等. 5個月季品種高溫處理后生理指標(biāo)變化及其耐熱性評價[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)科學(xué)版）， 2019， 37（5）： 53-58.

李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京： 高等教育出版社， 2004.

張佳平. 芍藥在杭州栽培的耐熱評價及地下芽休眠機(jī)理研究[D]. 杭州： 浙江大學(xué)， 2015.

張旻桓. 湖南牡丹資源遺傳多樣性及耐熱性研究[D]. 長沙： 中南林業(yè)科技大學(xué)， 2019.

田治國. 萬壽菊屬植物耐熱性與抗旱性的評價及生長生理特性的研究[D]. 楊凌： 西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2012.

趙 ?偉. 三種國產(chǎn)唇柱苣苔屬野生花卉的組培、扦插和幼苗半致死溫度研究[D]. 上海： 上海師范大學(xué)， 2015.

尹立為. 函數(shù)數(shù)據(jù)降維方法的分析與研究[D]. 長春： 吉林大學(xué)， 2014.

Ashraf M， Saeed M M， Qureshi M J. Tolerance to high temperature in cotton （Gossypium hirsutum L.） at initial growth stages[J]. Environmental and Experimental Botany， 1994， 34（3）： 275-283.

史彥江， 宋鋒惠， 俞 ?濤， 等. 高溫脅迫下平歐雜種榛品種的耐熱性研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報， 2015， 31（28）： 23-28.

Castor T P， Tyler T A. Determination of taxol in taxus media needles in the presence of interfering components[J]. J Liq Chromatogr Relat Technol， 1993， 16（3）： 723-731.

劉婉迪， 王 ?威， 謝 ?倩， 等. 9個杜鵑品種的高溫半致死溫度與耐熱性評價[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報， 2018， 33（5）： 105-110， 136.

呂曉倩. 梅花雜交育種與后代耐熱性評價研究[D]. 北京： 北京林業(yè)大學(xué)， 2014.

張燕利， 高捍東， 吳錦華. 4種景天科植物耐熱性測定[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2010， 30（6）： 52-54.

Yeh D M， Lin H F. Thermostability of cell membranes as a measure of heat tolerance and relationship to flowering delay in Chrysanthemum[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science American Society for Horticultural Science， 2003， 128（5）： 656-660.

薛盼盼， 張 ?強(qiáng)， 魏學(xué)智. 模擬干旱脅迫對酸棗種子萌發(fā)及活力的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2016， 25（12）： 1837-1843.

徐玉芬， 楊 ?靜， 鄧 ?磊， 等. 應(yīng)用Logistic方程測定4種鴨跖草科屋頂綠化植物的耐熱性[J]. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報， 2018， 31（4）： 52-55， 70.

袁雪濤， 夏 ?冬， 許永利， 等. 應(yīng)用Logistic方程測定四種藤本植物的耐熱性[J]. 北方園藝， 2017（14）： 99-102.

Wang Q， Cheng T R， Yu X N， et al. Physiological and biochemical responses of six herbaceous peony cultivars to cold stress[J]. South African Journal of Botany， 2014， 94： 140-148.

Valliyodan B， Nguyen H T. Understanding regulatory networks and engineering for enhanced drought tolerance in plants[J]. Current Opinion in Plant Biology， 2006， 9（2）： 189-195.

Khanna-Chopra R， Chauhan S. Wheat cultivars differing in heat tolerance show a differential response to oxidative stress during monocarpic senescence under high temperature stress[J]. Protoplasma， 2015， 252（5）： 1241-1251.

Zhang Y T， Du H M. Differential accumulation of proteins in leaves and roots associated with heat tolerance in two kentucky bluegrass genotypes differing in heat tolerance[J]. Acta Physiologiae Plantarum， 2016， 38（9）： 1-15.

Cheng Z Y， Sun L， Wang X J， et al. Ferulic acid pretreatment alleviates heat stress in blueberry seedlings by inducing antioxidant enzymes proline and soluble sugars[J]. Biologia Plantarum， 2018， 62（3）： 534-542.

Patton A J， Cunningham S M， Volenec J J， et al. Differences in freeze tolerance of zoysiagrasses： II. carbohydrate and proline accumulation[J]. Crop Science， 2007， 47（5）： 2170-2181.

責(zé)任編輯：沈德發(fā)