李 輝,蘇家樂(lè),李 暢,肖 政,何麗斯

(1. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院休閑農(nóng)業(yè)研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014; 2. 揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009)

杜鵑(Rhododendronsp.)是中國(guó)傳統(tǒng)的十大名花之一，具有極高的觀賞價(jià)值。目前,雖然杜鵑已經(jīng)作為十多個(gè)城市的市花,但主要以盆景盆花應(yīng)用,且在園林綠化應(yīng)用中的杜鵑品種十分單一,以毛鵑和部分夏鵑為主。主要原因在于,杜鵑對(duì)生態(tài)環(huán)境要求較高,喜濕潤(rùn)、陰涼氣候,高溫?zé)岷κ侵萍s其園林綠化應(yīng)用的主要因子[1-2]。高溫脅迫會(huì)造成植物體內(nèi)生理生化反應(yīng)異常,生長(zhǎng)受到影響,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致植物枯萎死亡[3]。目前,越來(lái)越多的科研工作者開(kāi)展了植物耐熱性機(jī)理以及提高植物耐熱能力的研究[4]，開(kāi)展杜鵑的高溫脅迫機(jī)制研究,有利于鑒定其耐熱性及篩選耐熱種質(zhì)。本文以19個(gè)品種的杜鵑為試驗(yàn)材料,研究40 ℃高溫脅迫下植物形態(tài)以及葉片生理生化指標(biāo)的變化,并在此基礎(chǔ)上利用模糊隸屬函數(shù)法及聚類(lèi)分析法對(duì)19種杜鵑進(jìn)行耐熱性的綜合評(píng)價(jià),為杜鵑耐熱品種的選育及其栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料取自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地中的2年生扦插苗,有粉紅泡泡、春櫻、元春8號(hào)、曉霞、小鶯、胭脂蜜、江南春早、紫秀、玉堂春、石巖杜鵑、瑤妃、青蓮、西子妝、豐美1號(hào)、秦娥、瑞紫、臥龍1號(hào)、若姪子、花仙等19個(gè)品種。盆土基質(zhì)選用園土、草炭土和珍珠巖=2∶2∶1(容積比)的混合土。栽培容器為塑料盆,每盆裝入14 kg基質(zhì)。放置溫室中進(jìn)行緩苗養(yǎng)護(hù)管理,2個(gè)月后進(jìn)行試驗(yàn)處理。

根據(jù)2016—2018年6—9月的天氣預(yù)報(bào),南京地區(qū)極端高溫是40 ℃,故選擇脅迫溫度為40 ℃,對(duì)照溫度為25 ℃。將試驗(yàn)材料置于人工氣候箱(BIC-400)25 ℃/20 ℃(12 h/12 h,晝/夜)的條件下預(yù)處理1周,第8天進(jìn)行為期1周的40 ℃/25 ℃(12 h/12 h,晝/夜)的高溫脅迫處理。每組處理設(shè)置3次重復(fù),6株苗為1次重復(fù)。除溫度不同外,試驗(yàn)組與對(duì)照組的光照和水分狀況一致。氣候箱光量子通量密度為120 μmol/(m2s),相對(duì)濕度設(shè)定為80%。為防止高溫引起的水分脅迫傷害,在處理期間每天進(jìn)行補(bǔ)水保濕。高溫脅迫處理1周后,取植株中上部成熟葉測(cè)定生理生化指標(biāo)。

1.2 生理指標(biāo)的測(cè)定

處理結(jié)束后，選取植株中上部成熟葉進(jìn)行各項(xiàng)生理參數(shù)的測(cè)定。采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定丙二醛(MDA)含量,蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量,氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性,愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性,可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法[5]。利用過(guò)氧化氫(H2O2)測(cè)試盒(上海索橋生物科技有限公司,QS1400)測(cè)定過(guò)氧化氫含量,采用過(guò)氧化氫酶(CAT)測(cè)定試劑盒(南京建成生物工程研究所,A007-1)測(cè)定氧化氫酶(CAT)活性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整理,用SPSS 22軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和隸屬函數(shù)計(jì)算,圖表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

耐熱性綜合評(píng)價(jià):采用模糊隸屬函數(shù)法以及系統(tǒng)聚類(lèi)分析法[6-8]對(duì)測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和綜合分析評(píng)價(jià)。各指標(biāo)隸屬函數(shù)計(jì)算公式為:指標(biāo)與耐熱性呈正相關(guān),U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin);指標(biāo)與耐熱性呈負(fù)相關(guān),U(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin),j=1,2,…,n。U(Xj)為測(cè)定指標(biāo)的耐熱隸屬函數(shù)值,Xj為各材料的指標(biāo)測(cè)定值,Xmin為各材料中測(cè)定指標(biāo)的最小值,Xmax為各材料中測(cè)定指標(biāo)的最大值。根據(jù)19個(gè)品種的杜鵑生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果,并結(jié)合模糊隸屬函數(shù)法計(jì)算不同杜鵑品種在40 ℃高溫脅迫下各生理指標(biāo)測(cè)定值的模糊隸屬函數(shù)值,然后將各指標(biāo)的耐熱隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加求平均值,平均值越大,耐熱性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)葉內(nèi)MDA含量影響

膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物MDA,會(huì)毒害細(xì)胞膜,其含量高低被作為活性氧傷害的重要指標(biāo)。從圖1 可以看出,在對(duì)照(25 ℃)處理時(shí),僅春櫻、元春8號(hào)、小鶯、瑞紫葉片中 MDA含量較高,其余杜鵑品種葉片中 MDA含量較低;在40 ℃處理時(shí),小鶯、春櫻、瑞紫、臥龍1號(hào)、若姪子含量最高,紫秀、青蓮、秦娥含量最低。高溫脅迫下19個(gè)品種的杜鵑葉片中 MDA含量均隨著溫度的升高而逐漸增大。由表1可知,在40 ℃脅迫下,粉紅泡泡、臥龍1號(hào)、若姪子葉片中MDA含量增幅最大,比對(duì)照分別增加了145.69%,105.68%,185.19%;春櫻、元春8號(hào)、胭脂蜜、青蓮、豐美1號(hào)、秦娥、瑞紫、花仙葉片中MDA 含量增幅較小,分別比對(duì)照增加了8.83%,18.57%,13.34%,17.94%,28.56%,16.62%,20.00%,24.01%,其中春櫻、元春8號(hào)、瑞紫雖然增幅低,但是絕對(duì)含量較高(分別為12.118,11.138,12.964 μmol/g)。可見(jiàn),高溫會(huì)誘發(fā)杜鵑的膜脂過(guò)氧化作用,并隨著脅迫溫度的升高而加重。

不同小寫(xiě)字母表示同一溫度處理下不同品種間MDA含量差異性顯著(P<0.05)圖1 不同溫度下19個(gè)品種杜鵑葉內(nèi)MDA含量

2.2 高溫脅迫對(duì)H2O2含量的影響

逆境條件下,植物體內(nèi)活性氧代謝不斷加強(qiáng),使得H2O2不斷積累。由圖2及表1可以看出,19個(gè)品種杜鵑葉片中H2O2含量均隨著脅迫溫度的升高而增加。對(duì)照處理中,僅春櫻、曉霞、江南春早、石巖杜鵑、豐美1號(hào)葉片中H2O2含量較高,粉紅泡泡、青蓮、西子妝、若姪子葉片中H2O2含量較低;在40 ℃處理時(shí),春櫻、曉霞、江南春早、石巖杜鵑葉片中H2O2含量較高,青蓮、西子妝、瑞紫葉片中H2O2含量較低。40 ℃高溫脅迫下,粉紅泡泡、小鶯、媱妃、青蓮、若姪子、花仙葉片中H2O2含量增幅較大,比對(duì)照分別增加95.68%,80.17%,89.70%,103.58%,94.02%,86.12%;春櫻、元春8號(hào)、曉霞、石巖杜鵑、豐美1號(hào)、秦娥葉片中H2O2含量增幅較小,比對(duì)照(25 ℃)分別增加9.34%,19.98%,13.13%,2.26%,21.04%,其中春櫻、曉霞、石巖杜鵑雖然增幅低,但絕對(duì)含量較高(745.744,718.320,708.650 μmol/gFW)。可見(jiàn),高溫會(huì)誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生,使得H2O2大量積累,植物受害加重。

2.3 高溫脅迫對(duì)葉內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.3.1 Pro含量變化 Pro是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的膨壓和含水量,使植物的正常生理功能不受影響。從表1及表2可見(jiàn),隨著脅迫溫度的升高,19個(gè)品種杜鵑葉片Pro含量均逐漸升高。對(duì)照處理中,僅春櫻、胭脂蜜、豐美1號(hào)、石巖杜鵑葉片中Pro含量較高,曉霞、小鶯、青蓮葉片中Pro含量較低;在40 ℃處理時(shí),春櫻、胭脂蜜、豐美1號(hào)葉片中H2O2含量較高,曉霞、小鶯、紫秀、玉堂春、青蓮葉片中Pro含量較低。在40 ℃高溫脅迫下,青蓮、豐美1號(hào)葉片中Pro含量大幅增加,分別比對(duì)照增加93.06%,76.36%;媱妃、秦娥、瑞紫、花仙小幅增加,分別比對(duì)照增加5.93%,5.81%,6.08%,4.62%?？梢?jiàn),高溫脅迫下，19個(gè)品種杜鵑葉片能主動(dòng)積累Pro,以減輕高溫對(duì)細(xì)胞膜的傷害。

表1 19個(gè)品種杜鵑在40 ℃脅迫下葉片生理指標(biāo)變化率 %

不同小寫(xiě)字母表示同一溫度處理下不同品種間H2O2含量存在顯著性差異(P<0.05)圖2 不同溫度下19個(gè)品種杜鵑葉內(nèi)H2O2含量

表2 不同溫度處理下19個(gè)品種杜鵑葉內(nèi)脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示各處理下不同品種間各測(cè)定的生理指標(biāo)含量的差異顯著(P<0.05)

2.3.2 可溶性蛋白含量的變化 可溶性蛋白作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),可溶性蛋白的積累有利于提高細(xì)胞的保水能力,起到保護(hù)細(xì)胞的生命物質(zhì)以及生物膜。從表1及表2可見(jiàn),隨著脅迫溫度的升高,除曉霞、胭脂蜜、紫秀、石巖杜鵑葉片可溶性蛋白含量逐漸升高,其余品種隨溫度升高而降低。對(duì)照處理中,江南春早、豐美1號(hào)、瑞紫葉片中可溶性蛋白含量較高,春櫻、小鶯、胭脂蜜、紫秀、石巖杜鵑葉片中可溶性蛋白含量較低;40 ℃處理下,曉霞、石巖杜鵑、豐美1號(hào)葉片中可溶性蛋白含量較高,小鶯葉片中可溶性蛋白含量最低。40 ℃高溫脅迫下,曉霞、胭脂蜜、紫秀、石巖杜鵑葉片中可溶性蛋白含量增加,比對(duì)照分別增加了52.02%,41.44%,33.85%,66.36%。雖然豐美1號(hào)、瑞紫葉片中可溶性蛋白含量比對(duì)照分別降低了26.85%,28.25%,但其含量較高(分別為5.335,4.048 μg/g)。

2.3.3 可溶性糖含量變化 可溶性糖也是一類(lèi)非常重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。逆境脅迫下,植物體可溶性糖便會(huì)迅速積累,也會(huì)迅速增加含量,可溶性糖可以抵抗逆境作用產(chǎn)生的滲透脅迫。從表1及表2中可以看出,對(duì)照處理中,元春8號(hào)、江南春早葉片中可溶性糖含量較高,石巖杜鵑葉片中可溶性糖含量較低;40 ℃處理下,元春8號(hào)、曉霞、江南春早葉片中可溶性糖含量較高,若姪子葉片中可溶性糖含量較低。受到高溫脅迫時(shí),19個(gè)品種杜鵑葉片中可溶性糖含量均隨溫度升高而增加。40 ℃脅迫下,曉霞、石巖杜鵑葉片中可溶性糖含量增幅較大,比對(duì)照分別增加了61.03%,104.76%;春櫻、元春8號(hào)、花仙葉片中可溶性糖含量增幅較小,比對(duì)照分別增加了5.87%,8.43%,7.96%,盡管元春8號(hào)葉片中可溶性糖含量增幅小,但其含量較高(98.871 mmol/g)。

表3 不同溫度處理下19個(gè)品種杜鵑葉片的保護(hù)酶活性

品種溫度SOD活性/(U/g)CAT活性/[U/(g·min)]POD活性/[U/(g·min)]粉紅泡泡對(duì)照46.85±0.65 fg79.23±2.22 cd1.20±0.31 efg處理24.37±0.82 gh96.95±2.23 cdefg2.33±0.37 fg春櫻對(duì)照84.54±0.84 e65.49±7.74 de0.93±0.07 fg處理56.04±8.18 def85.74±7.17 fgh1.87±0.29 g元春8號(hào)對(duì)照132.12±3.98 b81.70±4.83 bcd2.33±0.29 d處理53.52±3.79 defg118.26±11.79 ab2.87±0.44 cdefg曉霞對(duì)照35.36±0.55 hi91.11±6.78 abc2.20±0.12 de處理87.81±11.63 c123.31±5.77 a5.07±0.58 a小鶯對(duì)照42.75±0.37 fg34.30±6.27 g0.93±0.13 fg處理32.16±4.36 fgh43.39±4.69 j2.20±0.58 fg胭脂蜜對(duì)照33.54±0.83 i104.61±0.49 a2.00±0.23 def處理69.93±7.76 cde106.56±3.11 abcdef3.40±0.46 bcde江南春早對(duì)照22.92±4.51 j92.11±9.62 abc1.60±0.31 defg處理53.91±4.19 defg111.49±4.71 abcd2.27±0.29 fg紫秀對(duì)照40.92±1.31 gh48.53±1.67 efg3.67±0.41 b處理70.55±6.00 cde70.45±3.00 hi4.13±0.82 abc玉堂春對(duì)照148.78±1.36 a84.11±9.90 bcd1.27±0.07 efg處理89.23±4.59 c94.67±4.49 defg2.67±0.52 defg石巖杜鵑對(duì)照41.07±2.09 gh48.14±4.98 efg3.40±0.46 bc處理89.78±8.06 c82.09±5.14 gh4.07±0.52 abcd瑤妃對(duì)照93.38±0.42 d50.72±5.71 efg0.73±0.07 g處理69.55±19.49 cde62.98±1.03 i4.53±0.58 ab青蓮對(duì)照99.49±0.54 cd47.66±3.19 efg0.60±0.12 g處理44.59±14.75 efgh115.14±6.59 abc3.87±0.27 abcde西子妝對(duì)照49.24±0.87 f56.92±6.15 ef0.53±0.07 g處理40.88±17.09 efgh87.65±4.54 efgh2.40±0.61 fg豐美1號(hào)對(duì)照43.73±3.32 fg75.27±1.46 cd1.20±0.31 efg處理82.37±5.68 cd116.86±6.69 abc2.47±0.47 efg秦娥對(duì)照98.30±1.08 cd81.01±1.41 bcd3.60±0.23 bc處理169.31±3.24 a102.64±8.65 bcdef2.27±0.35 fg瑞紫對(duì)照31.64±0.77 i99.12±2.61 ab2.60±0.31 cd處理63.02±4.20 cde107.28±12.42 abcde1.47±0.07 g臥龍1號(hào)對(duì)照46.55±0.63 fg84.33±10.04 bcd5.47±0.96 a 處理19.08±0.69 h93.54±6.84 defg1.73±0.13 g若姪子對(duì)照42.62±1.55 fg45.06±2.14 fg5.53±0.44 a處理124.49±11.41 b62.54±3.85 i1.40±0.20 g花仙對(duì)照103.22±4.77 c49.68±6.84 efg0.73±0.13 g處理135.76±9.61 b57.91±0.46 ij2.00±0.31 fg

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示各處理下不同品種各測(cè)定的生理指標(biāo)的含量間存在顯著性差異(P<0.05)

2.4 高溫脅迫對(duì)葉內(nèi)保護(hù)酶活性的影響

逆境脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧的積累,從而傷害細(xì)胞。SOD作為植物抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的第一道防線,其活性大小可反映植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力。從表1及表3可以看出,對(duì)照處理中,元春8號(hào)、玉堂春葉片中SOD活性較高,曉霞、胭脂蜜、江南春早、瑞紫葉片中SOD活性較低。40 ℃處理下,秦娥、若姪子、花仙葉片中SOD活性較高,粉紅泡泡、小鶯、臥龍1號(hào)葉片中SOD活性較低。高溫脅迫下，曉霞、胭脂蜜、江南春早、紫秀、石巖杜鵑、豐美1號(hào)、秦娥、瑞紫、若姪子、花仙葉片中SOD活性隨溫度升高而增加,而粉紅泡泡、春櫻、元春8號(hào)、小鶯、玉堂春、媱妃、青蓮、西子妝、臥龍1號(hào)葉片中SOD活性隨溫度升高而降低。40 ℃脅迫下,曉霞、胭脂蜜、江南春早、石巖杜鵑、瑞紫、若姪子葉片中SOD活性大幅增加,比對(duì)照分別增加了148.32%,108.51%,135.21%,118.61%,99.49%,192.42%;盡管玉堂春葉片中SOD活性比對(duì)照降低了40.02%,但其SOD活性較高(89.232 U/g)。

CAT是植物體內(nèi)清除H2O2的重要活性酶。從表1及表3可見(jiàn),對(duì)照處理中,曉霞、胭脂蜜、江南春早、瑞紫葉片中CAT活性均較高,小鶯葉片中CAT活性最低;40 ℃處理下,元春8號(hào)、曉霞、青蓮、豐美1號(hào)葉片中CAT活性較高,小鶯、媱妃、若姪子、花仙葉片中CAT活性較低。受到高溫脅迫時(shí),19個(gè)品種杜鵑葉片中CAT活性均隨著溫度的升高而逐漸增大。青蓮葉片中CAT活性大幅增加,比對(duì)照增加了141.60%;胭脂蜜、瑞紫葉片中CAT活性?xún)H比對(duì)照增加了1.86%,8.24%,但其CAT活性較高[分別是106.557,107.281 U/(g·min)]。

POD也是植物體內(nèi)清除H2O2的重要活性酶之一。從表1及表3可見(jiàn),對(duì)照處理中,臥龍1號(hào)、若姪子葉片中POD活性較高,媱妃、青蓮、西子妝、花仙葉片中POD活性較低;40 ℃處理下,曉霞、紫秀、石巖杜鵑、媱妃葉片中POD活性較高,瑞紫、臥龍1號(hào)、若姪子葉片中POD活性較低。在受到高溫脅迫時(shí),除秦娥、瑞紫、臥龍1號(hào)、若姪子葉片中POD活性有所降低,其余品種POD活性均隨溫度升高而增加。高溫脅迫下,媱妃、青蓮、西子妝葉片中POD活性大幅增加,比對(duì)照分別增加了518.18%,544.44%,350.00%;秦娥、瑞紫、臥龍1號(hào)、若姪子葉片中POD活性分別比對(duì)照降低了37.04%,43.59%,68.29%,74.70%。

2.5 19種杜鵑耐熱性綜合評(píng)價(jià)

植物在逆境脅迫下,多種因素影響其生理變化,用單一的指標(biāo)來(lái)反應(yīng)這一復(fù)雜生理過(guò)程,不能真實(shí)準(zhǔn)確地反映植物對(duì)逆境的抗性,而運(yùn)用相關(guān)性分析結(jié)合模糊隸屬函數(shù)法,綜合評(píng)價(jià)植物對(duì)逆境的抗性相對(duì)客觀和科學(xué)[6]。從40 ℃高溫脅迫條件下19個(gè)品種杜鵑生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果(見(jiàn)表4)可以看出,除了H2O2與MDA呈正相關(guān)以為,其他指標(biāo)均有MDA呈負(fù)相關(guān)。由于前人有研究發(fā)現(xiàn)MDA與植物耐熱性呈負(fù)相關(guān)[7,9],因此MDA,H2O2用反隸屬函數(shù)計(jì)算耐熱隸屬函數(shù)值,而Pro、可溶性蛋白、可溶性糖、SOD、CAT、POD用正隸屬函數(shù)計(jì)算耐熱屬函數(shù)值。

根據(jù)以上生理指標(biāo)及其相關(guān)性分析結(jié)果,采用模糊隸屬函數(shù)對(duì)19個(gè)杜鵑品種的耐熱性鏡像綜合評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果顯示,在40 ℃高溫脅迫下其耐熱能力由強(qiáng)到弱分別為豐美1號(hào)>青蓮>曉霞>秦娥>胭脂蜜>石巖杜鵑>紫秀>元春8號(hào)>江南春早>瑞紫>西子妝>花仙>玉堂春>瑤妃>粉紅泡泡>春櫻>臥龍1號(hào)>若姪子>小鶯。

參照張朋等[8]的聚類(lèi)分析法,對(duì)40 ℃脅迫下各生理指標(biāo)的測(cè)定值進(jìn)行的歐氏距離系統(tǒng)聚類(lèi)分析結(jié)果見(jiàn)圖3，分類(lèi)為5大類(lèi)型:豐美1號(hào)、青蓮、曉霞為高度耐熱類(lèi)型,秦娥、胭脂蜜、石巖杜鵑、紫秀、元春8號(hào)為中度耐熱類(lèi)型,江南春早、瑞紫、西子妝、花仙、玉堂春、瑤妃、粉紅泡泡為弱耐熱類(lèi)型,春櫻、臥龍1號(hào)、若姪子為熱敏感類(lèi)型,小鶯為高度熱敏感類(lèi)型?？梢?jiàn)，同一溫度下的模糊隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果與系統(tǒng)聚類(lèi)分析結(jié)果互相吻合。

圖3 40 ℃溫度處理下19個(gè)品種杜鵑耐熱性的系統(tǒng)聚類(lèi)分析

表4 40 ℃高溫脅迫條件下19個(gè)品種杜鵑生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

指標(biāo)丙二醛過(guò)氧化氫脯氨酸可溶性蛋白可溶性糖SOD活性CAT活性DOC活性丙二醛1過(guò)氧化氫0.0531脯氨酸-0.2030.1471可溶性蛋白-0.536*0.1160.4511可溶性糖-0.2830.255-0.0150.2931SOD活性-0.2240.0780.150.284-0.3631CAT活性-0.408-0.0320.240.472*0.691**-0.1181DOD活性-0.496*0.212-0.2040.465*0.416-0.0120.1561

*表示顯著相關(guān)，**表示極顯著相關(guān)

表5 40 ℃高溫脅迫下19個(gè)品種杜鵑各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U(X)

品種各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U(X)丙二醛過(guò)氧化氫脯氨酸可溶性蛋白可溶性糖SOD活性CAT活性POD活性U(X)平均值排序粉紅泡泡0.5010.4340.2770.3110.5170.2770.0350.2540.37515春櫻0.29400.5540.1980.3250.5540.2460.1280.28416元春8號(hào)0.3930.3250.3850.24510.3850.2290.4000.4898曉霞0.6240.0960.0460.7690.8940.0460.45710.6113小鶯0.1350.241000.22500.0870.2180.11319胭脂蜜0.8170.2220.5520.5870.3580.5520.3380.5450.5265江南春早0.6520.0120.2150.4370.9330.2150.2320.2360.4559紫秀10.3710.0960.5700.4680.0960.3420.7450.4917玉堂春0.6110.1990.1070.3490.3670.1070.4670.3460.38613石巖杜鵑0.5400.1290.3780.7880.5180.3780.4700.7280.5056瑤妃0.3750.2530.1990.4540.2890.1990.3380.8550.37614青蓮0.96310.1010.4420.7050.1010.1700.6730.6192西子妝0.6200.9190.3220.2570.2370.3220.1450.2730.41611豐美1號(hào)0.8040.312110.53410.4210.2910.6521秦娥0.9110.4380.3190.5150.1430.31910.2360.5384瑞紫0.2080.8000.2750.6460.3570.2750.2930.0180.42510臥龍1號(hào)0.1760.4070.1700.2660.460.17000.0910.27517若姪子00.6240.1470.18000.1470.70300.23718花仙0.5720.3880.4290.3660.2780.4290.7740.1640.39412

3 討論

溫室效應(yīng)下,全球氣候不斷變暖,高溫不斷限制植物的生長(zhǎng)發(fā)育。大量研究表明,高溫脅迫初期,植物的生理代謝會(huì)有一定程度的紊亂,膜系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)傳遞將脅迫信號(hào)傳至細(xì)胞內(nèi),從而使得植物體做出相應(yīng)的生理生化響應(yīng)和基因的調(diào)控和表達(dá),而植物體通過(guò)自身產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、酶和蛋白來(lái)保持細(xì)胞穩(wěn)定。

MDA是膜脂過(guò)氧化作用的主要產(chǎn)物之一,通過(guò)與蛋白和酶發(fā)生交聯(lián),增大膜透性以及損害酶功能,進(jìn)而破壞了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為,MDA和H2O2含量與植物的耐熱性呈負(fù)相關(guān)[7-9]。本研究中,19個(gè)品種杜鵑葉片中MDA和H2O2含量均隨溫度升高而升高,與植物的耐熱性呈負(fù)相關(guān),高溫脅迫下葉片中MDA含量的增加說(shuō)明膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng)[10],這與前人的研究結(jié)果一致[11]。

滲透調(diào)節(jié)作為植物在逆境脅迫下降低滲透勢(shì)、抵抗逆境的重要方式,Pro、可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖都是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。近年來(lái)有研究指出,在38 ℃高溫脅迫下，植物體內(nèi)Pro含量與其耐熱性呈正相關(guān)[12]。也有研究表明,高溫脅迫可以誘導(dǎo)Pro含量的累積[13],但其含量的高低與耐熱性強(qiáng)弱未呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)關(guān)系[14]。本研究中,19個(gè)品種杜鵑葉片Pro含量均隨溫度升高而升高,大致與植物的耐熱性呈正相關(guān),但同樣發(fā)現(xiàn)，Pro含量的高低不能作為杜鵑花品種耐熱性強(qiáng)弱的指標(biāo)。有結(jié)果表明,在高溫脅迫下,植物體內(nèi)的可溶性蛋白含量可能增加[15-16],也可能下降[17-18]。本研究中,除元春8號(hào)可溶性蛋白含量較低外,其余品種基本與在高溫下耐熱品種具有較高的蛋白質(zhì)合成速率與較低的蛋白質(zhì)降解速率[19]相一致。有結(jié)果表明,高溫脅迫時(shí),隨著溫度的升高，植物體內(nèi)可溶性糖含量會(huì)增加[20]。在本研究中,19個(gè)品種杜鵑可溶性糖含量均隨著溫度的升高而增加,大致與植物的耐熱性一致,個(gè)別品種如胭脂蜜、紫秀、秦娥在高溫脅迫后可溶性糖含量升高不顯著,但耐熱性綜合排序靠前。這可能是因?yàn)楦邷靥岣吡说矸鄯纸獬煽扇苄蕴堑乃俾?同時(shí)呼吸作用加強(qiáng),消耗了細(xì)胞內(nèi)原本貯藏的糖類(lèi),2者同時(shí)作用使得不同品種葉內(nèi)的可溶性糖含量產(chǎn)生差異性的變化[21]。

由于逆境脅迫,打破了植物體活性氧的產(chǎn)生與清除之間的平衡,繼而使得活性氧不斷積累。SOD，CAT和POD具有清除活性氧的作用,是植物體重要的保護(hù)酶。大量研究表明,高溫脅迫下保護(hù)酶活性會(huì)增強(qiáng),植物的耐熱性與酶活性大小緊密相關(guān)[22-24]。王凱紅等[25]發(fā)現(xiàn),高溫脅迫下,POD，CAT 活性比對(duì)照組顯著增加,而SOD活性下降。高溫脅迫下,19個(gè)品種杜鵑CAT酶活性均隨著溫度的升高而增強(qiáng),有利于清除活性氧、緩解高溫致使的活性氧傷害,這一結(jié)果也與在其他逆境下的杜鵑生理研究相類(lèi)似[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn),在高溫脅迫后不同杜鵑品種的抗氧化酶活性變化不盡相同。這充分說(shuō)明了不能單靠1個(gè)指標(biāo)來(lái)判斷植物的耐熱性強(qiáng)弱,必須充分考慮各種因素進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià),甚至還需結(jié)合田間生長(zhǎng)狀況等。

王改萍等和張朋等[6,8]運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)及聚類(lèi)分析法分別對(duì)不同楸樹(shù)品種耐旱性和不同杭白菊的耐鹽性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),都得到了滿意的結(jié)果。本試驗(yàn)運(yùn)用相同的方法,對(duì)19個(gè)品種杜鵑耐熱性進(jìn)行綜合分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)模糊隸屬函數(shù)法與聚類(lèi)分析法的評(píng)判結(jié)果相吻合。綜合模糊隸屬函數(shù)與聚類(lèi)分析結(jié)果可以將19個(gè)品種杜鵑劃分為5個(gè)耐熱等級(jí)，即5大類(lèi)型：豐美1號(hào)、青蓮、曉霞為高度耐熱類(lèi)型,秦娥、胭脂蜜、石巖杜鵑、紫秀、元春8號(hào)為中度耐熱類(lèi)型,江南春早、瑞紫、西子妝、花仙、玉堂春、瑤妃、粉紅泡泡為弱耐熱類(lèi)型,春櫻、臥龍1號(hào)、若姪子為熱敏感類(lèi)型,小鶯為高度熱敏感類(lèi)型。該結(jié)果與19個(gè)品種杜鵑的田間耐熱性表現(xiàn)基本一致,說(shuō)明該方法可以較為客觀地鑒定與評(píng)價(jià)杜鵑品種間的耐熱性。