蔡继鸿，陈远华，赖金莉，郑 薇，胡江涛，刘淑媛，罗素梅，刘小平，郭荣生

（赣州市蔬菜花卉研究所，江西赣州 341413）

随着全球温度的升高，很多植物的生长发育都受到影响，尤其对性喜冷凉植物的影响更大。杜鹃因其耐热性较差，在很多城市露地栽植形成的景观效果较差，故只适宜盆栽。江西省赣州市毗邻广东省和福建省，夏季绝大部分时间炎热潮湿，温度较高甚至可达39℃，造成大量优良杜鹃品种的园林推广应用受到影响。因此，开展杜鹃耐热性的研究对杜鹃在该城市的推广应用具有重要的现实意义。本研究针对18个不同的杜鹃品种，采用自然高温胁迫的方式对其生理指标进行测定，旨在探究杜鹃耐热性的生理响应机制，为后期杜鹃耐热性品种的选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以生长健壮、长势一致的18个杜鹃品种为试验材料（见表1），试验苗引种于浙江省金华永根杜鹃花有限公司，在赣州市蔬菜花卉所资源圃内露地栽植，缓苗1 年后进行统一管理，试验材料的栽培环境和管理措施基本一致。

表1 18个杜鹃品种

1.2 高温胁迫

采用自然高温胁迫的方式对18个杜鹃品种进行处理作为试验组，同时每个品种各取3 株，在室温（25℃）条件下进行生长作为对照组。试验材料种植于赣州市蔬菜花卉研究所资源圃内，试验于2020 年8 月份进行，监测记录8 月份的气温，结果见图1，可以看出，8 月份整个月的白天最高气温都达到35℃以上，甚至有的达38℃，达到了气象学上的高温。2020 年8 月31 号杜鹃的试验组和对照组处理完毕，分别在试验组和对照组的杜鹃植株相同位置取相同量的叶片进行相关生理指标测定。

图1 2020 年8 月份气温

1.3 测定方法

测定的指标有：POD、SOD、可溶性蛋白、光合色素含量、细胞质膜透性。测定方法主要按照李合生《植物生理生化试验原理和技术》来进行，部分指标测定稍有改动。

1.4 数据处理

收集的试验数据采用Microsoft Excel 2007 进行初步处理，然后再用SPSS 22.0 进行主成分分析、综合分析、相关性分析及方差分析计算[4]。

2 结果与分析

2.1 不同品种生理指标对高温的响应

2.1.1 不同品种光合色素含量对高温的响应。由图2 可以看出，自然高温条件下，杜鹃叶片的叶绿素a 含量，除了‘绿色光辉’，其余均呈现减少趋势，减少幅度较大的品种有‘火烈鸟’‘ 淡妆’‘ 红阳’，分别减少了65.08%、49.93%、44.55%，减少幅度较小的品种有‘蓝樱’‘胭脂密’；而‘绿色光辉’增加了3.57%。叶绿素b含量除了‘火烈鸟’和‘淡妆’，其余的品种均呈现减少趋势，减少幅度较大的品种有‘胭脂密’‘御代之荣’‘绿色光辉’，分别减少了71.01%、70.22%、68.12%；‘火烈鸟’和‘淡妆’则分别增加了57.02%和18.17%。有7个杜鹃品种的类胡萝卜素含量都呈现增加趋势，其余的品种呈现减少趋势；叶绿素a/b 比值除‘火烈鸟’‘白香玉’‘红阳’‘淡妆’4个品种外，其余均呈现增加趋势，且增加幅度较大的有‘御代之荣’‘胭脂密’‘绿色光辉’，分别为190%、169%、169%，且不同品种之间的光合色素含量的增加或减少的幅度存在显著差异。

图2 自然高温下不同品种杜鹃光合色素含量

2.1.2 不同品种可溶性蛋白含量对高温的响应。由图3可以看出，自然高温条件下，与对照组相比，除了‘粉团圆’外，其余各品种的可溶性蛋白含量均呈现减少的趋势，其中，减少幅度较大的有‘麒麟’‘御代之荣’‘若枫’，分别减少了46.82%、39.82%、38.37%；减少幅度较小的有‘火烈鸟’和‘粉元宝’，分别减少了2.84%和9.53%；而‘粉团圆’的含量则增加，较对照组增加了13.77%。

图3 高温影响下可溶性蛋白含量变化

2.1.3 不同品种细胞膜透性对高温的响应。由图4 可知，在31d 的自然高温影响下，18个杜鹃品种叶片的细胞膜透性较对照组均呈现出增加趋势。‘五彩夏鹃’的细胞膜透性是对照组的3 倍多，为增加幅度最大，其余品种大部分增加2 倍多，其中‘绿色光辉’的膜透性是对照组的1 倍多，为增加幅度最小。由此可以说明，自然高温使杜鹃叶片细胞膜遭受破坏，从而导致膜透性增加，其中‘五彩夏鹃’增加幅度最大，表明受到自然高温的热害最严重，‘绿色光辉’则受到的热害最小。

图4 自然高温下不同品种杜鹃细胞膜透性

2.1.4 不同品种抗氧化酶对高温的响应。由图5 可知，在自然高温条件下，不同品种杜鹃叶片的SOD 活性均高于对照组，其中‘五彩夏鹃’‘红缨’和‘火烈鸟’增加幅度最大，分别为59.51%、56.25%和42.09%；‘红阳’和‘紫海’增加幅度最小，分别为5.60%和8.68%。‘御代之荣’‘白香玉’和‘秦娥’的POD 活性均高于对照组，分别增加了15.7%、27.3%、1.26%，其余品种的POD活性均低于对照组，降幅较大的有‘粉团圆’‘粉元宝’‘火烈鸟’，分别为33.35%、27.74%、32.27%；降幅较小的有‘麒麟’‘红缨’‘胭脂密’，分别为7.58%、8.59%、10.07%。

图5 自然高温下不同品种杜鹃抗氧化酶活性

2.2 高温条件下不同品种生理指标相关性分析

对自然高温下的不同品种杜鹃叶片各项生理指标的相关性分析结果显示（表2），叶绿素a 含量分别与叶绿素b 含量、类胡萝卜素含量和叶绿素a/b 比值都存在极显著的正相关关系（P＜0.01），SOD 含量与POD含量存在极显著负相关关系（P＜0.01），细胞膜透性与SOD 含量、POD 含量都存在显著负相关关系（P＜0.5），其余的均不存在显著相关性。

表2 高温条件下不同品种杜鹃叶片生理指标相关性分析

2.3 高温条件下不同品种杜鹃叶片生理指标主成分分析

通过对高温条件下不同品种杜鹃叶片生理指标主成分分析（见表3）。按照累计贡献率大于70%确定前3个主成分作为本次研究18个杜鹃品种耐热性的综合评价指标，其贡献率依次是43.8%、17.03%、13.18%，总计累计贡献率为74.01%。以Z（1）、Z（2）、Z（3）分别代表第1、第2、第3个主成分，Z1-Z8依次为叶绿素a含量、叶绿素b 含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b 比值、细胞膜透性、SOD 含量、POD 含量、可溶性蛋白含量，采用申惠翡等[4]的方法得到以下线性组合方程。

表3 高温条件下不同品种杜鹃叶片生理指标主成分分析

本次试验研究中，第1 主成分中叶绿素a 含量、叶绿素b 含量、类胡萝卜素含量和叶绿素a/b 比值的特征向量较大；第2 主成分中SOD 含量的特征向量最大，POD 次之；第3 主成分中细胞膜透性特征向量值最大，其次是可溶性蛋白含量。植物在高温环境影响下会出现叶片失水萎蔫、卷曲、黄化和脱落等现象，使叶片失绿变黄，降低光合色素含量，导致植物的光合系统和细胞膜系统都受到损坏[5-6]。高温会造成细胞膜透性增大，进而影响体内的抗氧化酶活性以及渗透调节物质，以缓解高温对细胞膜和抗氧化酶系统的损坏[7]。在第1 主成分中，光合色素含量的特征向量值较大，表明第1 主成分主要反映自然高温下维持光合系统稳定相关的因子；第2 主成分中，抗氧化酶活性的特征向量值较大，表明第2 成分主要反映自然高温下维持保护酶系统稳定的因子；第3 主成分中，渗透调节物质的特征向量值较大，表明第3 成分主要反映自然高温下维持渗透调节系统稳定的因子。

2.4 18个杜鹃品种耐热性综合评价

如表4，杜鹃品种耐热性主成分值按照主成分综合模型进行计算获得，其中综合主成分Z 值可以综合反映杜鹃品种的耐热性，即综合主成分Z 值越大，表明耐热性越强，反之，则越弱。18个杜鹃品种的耐热性按表4 中综合主成分Z 值大小依次是：‘绿色光辉’＞‘胭脂密’＞‘御代之荣’＞‘紫海’＞‘麒麟’＞‘粉团圆’＞‘白香玉’＞‘粉元宝’＞‘五彩夏鹃’＞‘小樱桃’＞‘红团圆’＞‘红缨’＞‘秦娥’＞‘若枫’＞‘蓝樱’＞‘红阳’＞‘淡妆’＞‘火烈鸟’。

表4 18个杜鹃品种耐热性综合评价

3 讨论与结论

植物在受到高温影响时会响应相应的生理防御机制，包括气孔调控系统、渗透调节系统和抗氧化防御系统等，以此来减轻或抵御高温带来的伤害[8]。张桂平等[9]研究发现，叶绿素的合成会受高温的影响，同时植物体内的MDA 也会消耗已经合成好的叶绿素，导致植株的光合作用受到抑制。刘婉迪等[10]对9个杜鹃品种的耐热性综合评价中发现，高温会使叶绿素含量减少，而且温度越高，减少的幅度越大，主成分分析发现，耐热性评价较好的杜鹃品种对应的叶绿素含量也更多。陈立松等[11]研究结果也显示，高温会减少绿素含量和增加叶绿素a/b 比值，且耐热性强的植物叶绿素含量和叶绿素a/b 比值更加稳定，反之亦然。本研究结果显示，在高温条件影响下，多数杜鹃品种的叶绿素a 和叶绿素b 含量减少，而叶绿素a/b 比值增加，可说明叶绿素的合成受到了高温的影响，使得光合作用不能正常进行，进而影响植物的正常生长发育；研究还发现，叶绿素b 的减少幅度明显比叶绿素a 的减少幅度大，推测原因可能是高温刺激植物启动了抗氧化防御机制，抵御逆境胁迫的伤害，对叶绿素a 的保护优于叶绿素b；类胡萝卜素含量部分上升、部分下降，说明类胡萝卜素对于延缓叶绿素降解的作用因品种不同而存在差异。‘蓝樱’‘绿色光辉’‘胭脂密’3个品种的叶绿素a含量减少的幅度小，‘胭脂密’‘御代之荣’‘绿色光辉’3个品种的叶绿素b 含量减少、叶绿素a/b 的比值增加和类胡萝卜素含量增加是18个品种中差异最大的，且主成分分析显示，‘胭脂密’‘御代之荣’‘绿色光辉’的耐热性较强，由此可知，类胡萝卜素含量、叶绿素a 含量、叶绿素b 含量，以及叶绿素a/b 比值的变化都与杜鹃品种的耐热性有密切联系。

作为重要的渗透调节物质，可溶性蛋白会在植物受高温时大量积累，使细胞液浓度增加，以更好地适应高温环境。此外，植物耐热性越好，植物体内积累的可溶性蛋白会越多[12]。本研究发现，各杜鹃品种的可溶性蛋白含量在自然高温条件下都呈现了减少的趋势，但是减少幅度因品种而存在差异，耐热性综合评价分析显示，可溶性蛋白含量上升的‘粉团圆’耐热性在18个品种中排名第6，还有2个降低幅度较小的品种‘火烈鸟’和‘粉元宝’分别排名第18 和第8，说明仅仅依靠单一的可溶性蛋白指标无法准确评价杜鹃的耐热性。植物的各种生理活动都与细胞膜有着不可分割的联系，高温胁迫改变植物细胞膜透性，使细胞膜脂分离，从而增大了细胞膜透性，此现象说明植物因高温受到了损伤[13]。本研究说明，在自然高温影响下，所有品种的细胞膜透性都增大，表明自然高温破坏了细胞膜透性，致使植物遭受伤害，其中‘绿色光辉’增加幅度最小，综合耐热性评价排名第1，‘五彩夏鹃’增加幅度最大，综合耐热性评价排名比较靠后，可说明细胞膜透性可以作为杜鹃耐热性评价的一个指标，这与申惠翡等[4]对杜鹃的研究结果相吻合。

申惠翡等[4]研究发现，SOD 和POD 活性与杜鹃的耐热性存在关系，酶活性越大，杜鹃品种的耐热性越强。本研究中，在自然高温影响下，18个杜鹃品种的SOD 活性都存在一定程度的减弱，POD 活性也大部分减弱，减弱的程度因品种的不同存在差异，而‘御代之荣’‘白香玉’‘秦娥’3个品种的POD 活性表现加强的趋势，但其耐热性在18个品种中分别排第3 位、第7位、第13 位，这说明单一SOD 或者POD 一项指标不能准确评价杜鹃品种的耐热性，必须综合多项指标进行整体评价，才能获得更准确的耐热性强弱结果。

本研究通过主成分分析法综合分析了18个杜鹃品种的耐热性，根据贡献率筛选出3个主成分，其中光合色素含量的贡献率最大，说明本研究中18个杜鹃品种的耐热性主要是通过光合系统的生理作用进行调节的。本研究仅从常规的生理生化指标对杜鹃的耐热性进行研究，后续还将探究光合生理对杜鹃耐热性的调节作用，以及对其光合-呼吸作用及其与光合相关的蛋白和基因方面进行更深入的研究。