8種大花蕙蘭耐熱性指標篩選及其評價

周桂英， 王四清， 許建新， 陳卿然， 馬 川

(1.深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東深圳 518040；2.北京林業大學，北京 100083)

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8種大花蕙蘭耐熱性指標篩選及其評價

周桂英1， 王四清2*， 許建新1， 陳卿然2， 馬 川1

(1.深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東深圳 518040；2.北京林業大學，北京 100083)

摘要[目的]篩選并評價大花蕙蘭品種的耐熱性指標。[方法]以8個大花蕙蘭品種的1年生小苗為試材，觀測在40/30 ℃(日溫/夜溫)高溫條件下其熱害指數、葉綠素含量、初始熒光值(F0)和PSⅡ系統最大光化學效率(Fv/Fm)的變化，并結合相關性分析評價8種大花蕙蘭的耐熱性強弱及篩選出有效耐熱評價指標。[結果]①高溫脅迫使Fv/Fm、葉綠素a含量、葉綠素b含量下降，且脅迫時間越長，下降越多；②耐熱性強的金玉滿堂、馬可受高溫脅迫Fv/Fm下降較小，且在恢復適溫后能迅速恢復到初始值的90%以上，而耐熱性差的福娘和修女Fv/Fm受高溫脅迫顯著下降，且在恢復適溫后無法恢復；③8個品種耐熱性從強到弱為：金玉滿堂、馬可、玉蟬、UFO、紅霞、黃金歲月、修女、福娘。[結論]研究發現，Fv/Fm 與植物的熱害指數相關系數達0.946，可作為大花蕙蘭耐熱品種篩選的可靠指標之一。

關鍵詞大花蕙蘭；耐熱性；篩選；評價

大花蕙蘭(Cymbidiumhybridum)又稱虎頭蘭、西姆比蘭，主要原產地為熱帶、亞熱帶以及溫帶森林地區，在我國，大花蕙蘭主要原產于云貴等西南地區。蘭科植物中，大花蕙蘭的商品化程度較高，是蘭科植物中五大重要的栽培品種之一(其他為卡特蘭類、石斛類、兜蘭類和蝴蝶蘭類)，是國際花卉市場上重要的商品盆花和切花。大花蕙蘭喜冬暖夏涼氣候，終年適宜生長溫度為10～28 ℃[1]。研究表明，適宜大花蕙蘭花芽分化的溫度為10～16 ℃[2]。花芽形成后需要較低溫度以便其繼續發育和伸長。一般來說，高溫時期形成的花芽夜間溫度以15 ℃最適宜，而在10月以后較低溫度形成的花芽夜間溫度稍高，開花較快。春季前后在高溫時期形成花芽，花芽發育期要求較低夜間溫度。夏季在較低溫度下生長的大花蕙蘭假鱗莖的鮮重、干重、干鮮重比以及直徑都比高溫下生長的大些[3]。在夏季溫度高于30 ℃以上時花芽停止生長分化，開花率降低。

隨著氣候變暖，我國除了云貴高原和東北、西北地區外，長江中下游、華北以及華南大部分地區夏季較熱，多數大花蕙蘭的優良品種在這些地區越夏困難。溫室栽培大花蕙蘭需要增加水簾、風扇等降溫設施，極大地增加了生產成本，同時能源消耗對環境造成二次破壞。降低生產成本，節約能源，提高大花蕙蘭觀賞價值成為花卉產業發展的目標。篩選一些耐熱性強的低能耗品種，進行規模化生產，對現代化溫室花卉生產有重要意義。目前，對耐熱作物的品種篩選已經有很多可供參考的文獻，但在觀賞花卉上，尤其是大花蕙蘭的抗性篩選研究較少。該研究旨在篩選出一批耐熱的大花蕙蘭品種及可靠的耐熱評價指標，為大花蕙蘭或者其他花卉的節能生產提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料植物材料為金玉滿堂、紅霞、黃金歲月、玉蟬、馬可、福娘、UFO和修女這8個大花蕙蘭品種的1年生苗，種苗由北京林業科技固安花卉生產基地提供，種植盆規格為8 cm×8 cm。

1.2試驗方法試驗于2013年在北京林業大學實驗樓人工氣候培養箱(RXZ-500D，寧波江南儀器廠)中進行。將試驗種苗放在培養箱中進行預處理，溫度為25/15 ℃(日溫/夜溫)，相對濕度60%～70%，光照強度為110～120 μmol/(m2·s)。適溫預處理5 d后將種苗放入高溫40/30 ℃(日溫/夜溫)環境處理3、6、9 d后移到25/15 ℃(日溫/夜溫)環境恢復3、6、9 d，其他環境條件一致，每3 d測1次數據。各品種種植20棵，重復3次。

1.3測定指標及方法

1.3.1熱害指數。熱害指數是植物受到脅迫后最直觀的指標之一。于試驗結束后調查熱害指數，分級標準為：0級，葉片完好，葉片無明顯干尖癥狀，葉片綠色；1級，葉片輕微受害，葉緣發黃；2級，葉片葉尖開始發黃，出現干尖癥狀；3級，葉片1/2面積出現干尖癥狀；4級，葉片大部分面積干尖脫落；5級，植株全株死亡。

熱害指數=∑(每個級別的植株數量×級別)/植株總數×最高級別數

1.3.2葉綠素熒光動力學參數。用葉綠素熒光儀(yaxin1161)測定植株葉片葉綠素熒光動力學參數。分別于高溫處理3、6、9 d和恢復適溫3、6、9 d 的6:00～8:00，使葉片經夜晚充分暗適應后測定不同品種的初始熒光值(F0)和PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)。

1.3.3葉綠素含量。葉綠素含量采用丙酮-乙醇(體積比1∶1)提取法[4]。分部稱取8種大花蕙蘭葉片0.3 g，剪成細條狀放入25 ml帶蓋試管中，放入20 mL丙酮-乙醇混合液浸提24 h，在波長663、645 nm下測定吸光度值，分別代入公式I和II得出葉綠素a和b含量。

葉綠素a含量(mg/g)=(12.20×A663-2.81×A645)×Vt/(1 000×W)

(1)

葉綠素b含量(mg/g)=(20.13×A645-5.03×A663)×Vt/(1 000×W)

(2)

式中，A663、A645分別為663、645 nm波長下吸光度值；Vt為提取液總體積(mL)；W為樣品質量(g)。

1.4數據分析用SPSS17.0軟件進行方差分析， 多重比較采用Duncan′s法。

2結果與分析

2.1高溫脅迫對8個品種熱害指數的影響高溫40/30 ℃脅迫后植株相繼出現干尖、失水的熱害癥狀。由圖1可知，福娘、修女、黃金歲月受高溫脅迫植株受害程度較高，熱害指數為0.50～0.54，說明這3個品種有50%以上的植株受到高溫損傷，耐熱性差；紅霞、UFO熱害指數為0.40左右，玉蟬熱害指數為0.34；金玉滿堂和馬可表現出較強耐熱性，熱害指數僅分別為0.14和0.22，大部分植株生長正常。

圖1　高溫脅迫對8個品種熱害指數的影響Fig.1　The heat injury index of 8 species of C. hybridum under heat stress

高溫脅迫對植株造成的干尖、失水等熱害癥狀是最直觀的，尤其是熱敏感品種表現更為明顯。大花蕙蘭最適生長溫度為10～25 ℃，且晝夜需要一定溫差，當溫度高于30 ℃時，植株生長緩慢，葉片干尖，不同品種耐受限度不同，產生的熱害癥狀也有所不同。

2.2高溫脅迫對8個品種葉綠素熒光動力學參數的影響由表1可知，隨著處理時間的延長，紅霞F0的變化較為復雜，其余7個品種大花蕙蘭的F0一直呈現上升趨勢。金玉滿堂和紅霞F0顯著低于其他品種，受高溫脅迫增幅較小；其次為黃金歲月、UFO、馬可和玉蟬，其F0為14～40，品種間無明顯差異；修女F0顯著高于除福娘以外的其余品種，在恢復適溫第9天增加到最大(51.88)；福娘隨高溫脅迫的進行F0迅速上升，在恢復適溫第6天急劇上升到66.88，最終為72.25，顯著高于其余品種。

表1　高溫脅迫下8個品種F0的變化

注：同列數據后小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters following the data within the same column shows significant difference(P<0.05).

由表2可知，高溫處理后，不同品種的大花蕙蘭葉片PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm呈下降趨勢，且隨著時間的延長，Fv/Fm下降越明顯，在高溫脅迫9 d達到最低，溫度恢復后，不同品種以不同幅度恢復。

金玉滿堂和馬可的Fv/Fm一直維持在0.72以上，在高溫脅迫9 d也只下降到0.72和0.75；隨著溫度的恢復，二者的Fv/Fm得以迅速恢復，最終回到高溫脅迫3 d的90%以上，金玉滿堂甚至為93%，二者Fv/Fm一直顯著高于其余品種。UFO和玉蟬的Fv/Fm在高溫脅迫6 d沒有明顯下降，只在高溫脅迫9 d下降到0.62和0.66，分別為高溫脅迫3 d的73%和79%，且隨著溫度的恢復而回升，最終為高溫脅迫3 d的79%和83%；紅霞和黃金歲月Fv/Fm在高溫脅迫9 d下降到0.58和0.56，為高溫脅迫3 d的69%左右，隨著溫度的恢復有緩慢的回升，最終回到高溫脅迫3 d的77%和72%，具備一定的耐熱性；在高溫脅迫9 d后，黃金歲月的Fv/Fm一直顯著低于玉蟬和UFO，與紅霞差異不顯著。福娘和修女的Fv/Fm在高溫脅迫6 d就急劇下降到0.50以下，尤其是福娘甚至下降到0.44，光合機構嚴重受損，隨著溫度的恢復，二者的Fv/Fm也沒有明顯的恢復，最終僅分別恢復到0.54和0.58，顯著低于其余6個品種的值。

表2　高溫脅迫下8個品種Fv/Fm的變化

注：同列數據后小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters following the data within the same column shows significant difference(P<0.05).

綜上所述，受高溫脅迫耐熱性強的品種的Fv/Fm高于熱敏感品種的Fv/Fm，降幅較小，且在溫度恢復后耐熱性強的品種Fv/Fm增幅更大，能恢復到較高水平。8個品種耐熱性從強到弱為金玉滿堂、馬可、玉蟬、UFO、紅霞、黃金歲月、修女和福娘。

2.3高溫脅迫對8個品種葉綠素含量的影響由圖2可知，高溫脅迫9 d后福娘的葉綠素a含量最低，僅0.26 mg/g，顯著低于其他品種，受高溫脅迫損害最大，耐熱性最差；修女、UFO、黃金歲月玉蟬和紅霞葉綠素a含量無顯著差異，為0.41～0.60 mg/g，遠高于福娘的含量，耐熱性較強；而金玉滿堂和馬可葉綠素a含量較高，達0.70～0.72 mg/g，耐熱性最強。8個品種葉綠素a含量由高到低為金玉滿堂、馬可、紅霞、玉蟬、黃金歲月、UFO、修女和福娘。

黃金歲月、玉蟬、金玉滿堂和福娘的葉綠素b含量較低，為0.04 ～0.09 mg/g，品種間差異不顯著；修女、紅霞和UFO的葉綠素b含量較高，為0.12 ～ 0.16 mg/g，遠大于其他品種。

2.4葉綠素熒光動力學參數、葉綠素含量與熱害指數之間的相關分別將基礎熒光F0、PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm、葉綠素a含量、葉綠素b含量與熱害指數進行相關性可知，基礎熒光F0與熱害指數正相關，但無顯著相關性；葉綠素b含量與熱害指數負相關，相關性不顯著；而PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm和葉綠素a含量都與熱害指數極顯著負相關，其中，PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm與熱害指數相關性系數達0.946，可作為大花蕙蘭耐熱性篩選的可靠指標之一。

2.58個品種耐熱性篩選對8個品種大花蕙蘭的最大光化學效率Fv/Fm變化原始數據求平均數。由圖3可直觀地看出，8個品種耐熱性由強到弱為金玉滿堂、馬可、玉蟬、UFO、紅霞、黃金歲月、修女和福娘。

3結論

(1)從高溫脅迫對大花蕙蘭外觀形態的影響可以明顯地看出，8個品種耐熱性由強到弱為金玉滿堂、馬可、玉蟬、UFO、紅霞、黃金歲月、修女、福娘。

(2)金玉滿堂和紅霞F0顯著低于其他品種，受高溫脅迫

圖2　高溫脅迫對8個品種葉綠素a、b含量Fig.2　Chlorophyll a and Chlorophyll b content of 8 species of C. hybridum under heat stress

注：橫坐標3、6、9為高溫處理天數，R3、R6、R9為恢復適溫處理天數。Note: Horizontal coordinate 3, 6, 9 is high temperature treatment days, R3, R6, R9 is appropriate temperature treatment days. 圖3　低溫和適溫下葉片PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm變化Fig.3　Changes in Fv/Fm of leaf PSⅡ under low temperature and appropriate temperature

增幅較小；其次為黃金歲月、UFO、馬可和玉蟬，F0都在14～40之間變化，品種間無明顯差異；福娘的F0顯著高于其余品種。

(3)高溫處理使大花蕙蘭葉片PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm呈下降趨勢，且隨著時間的延長，Fv/Fm下降越明顯，到高溫脅迫9 d，所有品種Fv/Fm都下降到最低。福娘和修女Fv/Fm受高溫脅迫顯著下降到0.5以下，且在恢復適溫后恢復緩慢，無法恢復到初始水平；金玉滿堂和馬可的Fv/Fm受高溫脅迫有小幅下降，在恢復適溫后，最終恢復到初始水平的90%以上，耐熱性最強；其次為玉蟬、UFO、紅霞和黃金歲月。

(4)分別將基礎熒光F0、PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm、葉綠素a含量、葉綠素b含量與熱害指數進行相關性分析得：PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm與熱害指數相關性系數達0.946，可作為快速、無損篩選大花蕙蘭耐熱性品種的可靠指標之一。

(5)根據8種大花蕙蘭Fv/Fm的變化最終得出8個品種耐熱性由強到弱為金玉滿堂、馬可、玉蟬、UFO、紅霞、黃金歲月、修女和福娘。

4討論

植物光合作用主要依靠葉綠素吸收傳遞電子來吸收光能合成物質，因此葉綠素含量的高低可以間接衡量植物光合作用能力的大小。作為植物光合作用的重要色素，葉綠素容易受高溫影響加速分解，且合成葉綠素的酶活性下降甚至失活導致葉綠素合成受阻，含量下降。絕大部分葉綠素a和葉綠素b沒有光化學活性，能夠將植物吸收的光能傳遞到反應中心色素，因此也稱作天線色素，而處于特殊狀態的少量的葉綠素a具有光化學活性，為反應中心色素[5]。研究表明，高溫脅迫一方面導致合成葉綠素的酶失活，葉綠素合成受阻，同時促進活性氧積累加速降解葉綠素，從而造成葉綠素含量的下降[6-7]。葉綠素含量的變化受多種因素影響，測量過程要嚴格避光低溫。該研究發現抗性強的品種在高溫脅迫后葉綠素含量顯著高于抗性差的品種，這與張志剛等[8]在辣椒上發現的結果一致，而葉綠素b的含量差異不顯著，原因有可能是：①色素提取過程中見光分解，儀器測量誤差；②品種間初始葉綠素含量有差異。在對比品種間色素含量的差異時，應該測量各品種葉片葉綠素含量的初始值，計算葉綠素變化的相對值，從而得出葉綠素含量變化差異。

大量研究表明，Fv/Fm與植物的抗性相關，當植物遭受高溫或低溫脅迫后，Fv/Fm也隨之下降，表明植物PSⅡ系統受到損傷[9]，不同抗性品種Fv/Fm下降的幅度以及恢復速度不同。該研究發現抗寒耐熱性強的品種在低溫或高溫逆境下能夠保持著較高水平的Fv/Fm，且在溫度恢復到適溫條件下能夠迅速恢復到初始值的較高水平，而耐熱性較差的品種不僅受溫度脅迫導致Fv/Fm快速下降且難以在適溫條件下恢復。綜上所述，PSⅡ的最大光化學效率Fv/Fm可作為大花蕙蘭耐熱性指標篩選的可靠指標之一，這與前人的研究結論[10]一致。

參考文獻

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基金項目廣東省省級科技計劃項目(2015B090904008)；廣東省軟科學研究計劃項目(2014B090903015)；廣東省生態環境建設與保護(鐵漢)工程技術研究中心項目[粵科函政字 (2013) 1589號]。

作者簡介周桂英(1988- ),女,江西上饒人,從事花卉栽培與育種研究。*通訊作者，教授，博士，從事花卉及園林植物產業化栽培研究。

收稿日期2016-05-06

中圖分類號S 68

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-020-03

Heat Resistance Indexes Identification and Comprehensive Evaluation of 8 Species ofCymbidiumhybridium

ZHOU Gui-ying1,WANG Si-qing2*, XU Jian-xin1et al

(1. Shenzhen Techand Ecology & Environment Co. Ltd., Shenzhen, Guangdong 518040; 2. Beijing Forestry University, Beijing 100083)

Abstract[Objective] The aim was to screen out and evaluate heat resistance indexes of Cymbidium hybridum. [Method] With 1 year old seedlings of 8 C. hybridum as test materials, the change of heat injury index, chlorophyll content, Fv/Fm and F0 under 40/30 ℃ temperature was observed. The data was treated by correlation analysis for their comprehensive evaluation of heat tolerance and effective heat resistance index. [Result] The results showed that ①chlorophyll a, chlorophyll b, Fv/Fm decreased with the extension of treatment time; ② Fv/Fm of Jinyumantang and Make decreased in small scale and recovered to 90% of the initial value quickly as the temperature returned, which had the strongest hardiness; Funiang and Xiunv had the worst hardiness; ③The heat resistance of 8 varieties of C. hybridium from strong to weak were: Jinyumantang, Make, Yuchan,UFO, Hongxia, Huangjinsuiyue, Xiunv, Funiang. [Conclusion] The correlation coefficient of Fv/Fm and heat damage index is 0.946, which can be used as one of the reliable indexes of heat tolerance variety of C. hybridium.

Key wordsCymbidium hybridum; Heat resistance; Screening; Evaluation