高山杜鵑品種的抗熱性評價

樊玉花，解瑋佳，彭綠春，王繼華，蔡艷飛，李世峰*

(1.云南大學 農學院，云南 昆明 650205； 2.國家觀賞園藝工程技術研究中心，云南 昆明 650205； 3.云南省農業科學院 花卉研究所，云南 昆明 650205； 4.云南省花卉育種重點實驗室，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，高溫對植物的影響日益顯著，尤其對高山植物而言，高溫脅迫成為限制高山植物引種馴化、生長和生產的主要環境因子之一[1]。為此，關于植物耐熱機理及提高植物耐熱能力的研究受到人們的廣泛關注和重視[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、花姿優美、生長習性極其豐富等特性，具有極高的觀賞和園林應用價值[3]。隨著高山杜鵑在園林中的廣泛應用，特別對于我國北方諸如山東等夏季酷熱的城市園林應用，對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、濕潤環境，耐熱性較差，高溫熱害是制約其生長繁育及園林應用的主要限制因子[4]。為了探討高山杜鵑植物的耐熱機制及不同種間的適應性差異，近年來部分學者針對杜鵑花屬植物開展了高溫脅迫試驗，譬如，梁雯等[5]對粉珍珠和狀元紅2個杜鵑花品種進行熱鍛煉處理發現，熱鍛煉可以提高杜鵑花植株的耐熱性，其減輕傷害的機理與植物品種有關。李小玲等[6]發現不同濃度的SA能有效緩解高溫對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15個杜鵑品種的葉面解剖結構觀察分析發現，葉片角質層厚度、氣孔密度、氣孔寬度、柵欄組織厚度和組織結構疏松度是影響耐熱性的主要性狀。在此研究基礎上，申惠翡等[8]發現，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系緊密。杜鵑高溫脅迫試驗篩選出了一批與杜鵑花耐熱性有關的形態及生理指標，可作為鑒定不同品種耐熱性的依據，為杜鵑耐熱性研究奠定了堅實的基礎[1, 9-11]。

目前，對高山杜鵑的研究主要集中在優良品種的引種和繁育、多樣性分析、組織培養、栽培技術、分子標記研究等方面[12-15]，對高山杜鵑，特別是其品種的耐熱研究報道較少。因此，有必要對高山杜鵑品種植物進行耐熱性研究，從中篩選耐熱性較強的品種用于園林綠化或育種。本文針對13個高山杜鵑品種，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用或抗熱育種的親本選配提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

研究材料來源于云南省農業科學院花卉研究所在2012年自比利時引進的13個高山杜鵑品種的組培瓶苗，13個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 處理設計

試驗采用人工模擬氣候鑒定法，在云南省農業科學院花卉研究所的實驗室進行。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變化并做相關記錄。每個品種10株苗，每個測定進行3次重復。試驗期間，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進行補水保濕。

1.3 測定方法

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

熱害指數=100xn/(AN)。

式中：x代表熱害級數，n代表該x熱害級數下植株的數量，A代表出現熱害的最高級數，N代表調查的總株數。

1.4 數據處理與分析

用Excel 2016軟件對數據進行整理后，用SPSS 20.0軟件進行數據相關性分析和差異顯著性分析，采用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 對外觀形態的影響

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、英國玫瑰、碧姬、紅粉佳人沒有出現葉片受害癥狀。

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到40%以上，金閃爍、錦緞葉片受傷害的百分率達到20%以上，安東尼瓦特、花杯、英國玫瑰、碧姬、金手指葉片受傷害百分率達到5%以上，紅粉佳人沒有出現葉片受害癥狀。

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到45%以上，安東尼瓦特、花杯、英國玫瑰、碧姬葉片受傷害的百分率達到10%以上，紅粉佳人沒有出現葉片受害癥狀。

36 ℃處理8 d，金閃爍、弗吉尼亞、金手指葉片受傷害率達100%，阿爾弗雷德、玉蘭葉片受傷害的百分率達到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%的葉片出現受害癥狀。

36 ℃處理10 d，除紅粉佳人生長良好、葉片顏色鮮綠、有個別葉片略微下垂，有11.27%的葉片出現受害癥狀外，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良好，英國玫瑰、錦緞、紫水晶、安東尼瓦特均出現不同程度的受傷害癥狀，有75%以上的葉片出現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生明顯萎蔫枯黃，葉片受傷害的百分率達到100%，莖稈變黃，最后全株死亡。

根據葉片受傷害百分率和高溫處理下的外觀形態觀測可知，13個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

2.2 對熱害指數的影響

36 ℃處理10 d，金閃爍、阿爾弗雷德、金手指的熱害級數達到5級，葉片很快出現失水癥狀，葉片逐漸發黃，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、錦緞的熱害級數達到4級，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枯斑，有2片葉以上枯死脫落。布爾索爾、花杯、碧姬、英國玫瑰、紫水晶的熱害級數達到3級，多數植株為3～4片葉發黃，葉片邊緣反卷，植株失水萎蔫，2片葉枯死。紅粉佳人的熱害級數達到2級，沒有明顯的熱害表現，有1～2片葉出現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，然后按相關公式計算其熱害指數，13種杜鵑熱害指數的統計結果見圖3。結果顯示，經過高溫脅迫后，熱害指數大小為阿爾弗雷德>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、英國玫瑰次之，阿爾弗雷德受熱害最為嚴重。

圖3 高溫脅迫對13個高山杜鵑品種熱害指數的影響

3 討論

隨著全球氣候變暖，高溫已經成為限制植物生長發育的關鍵性因子之一[18]。高溫脅迫程度超過一定耐受范圍時，植物會受到熱害，其外觀形態會出現一些熱害癥狀[19]，比如，葉片萎蔫和水浸狀，發育期縮短，葉片由綠轉灰白色繼而變黃等，嚴重的甚至會導致植株死亡[20]。朱玉雪等[21]用4種早花大花組鐵線蓮進行高溫脅迫后發現，葉片失水后萎縮，葉尖、葉緣變黃、卷曲、枯死。本研究結果顯示，13個高山杜鵑品種經過高溫脅迫后均出現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失水癥狀，葉片逐漸發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，嚴重者發生枯死脫落，布爾索爾、碧姬、英國玫瑰、花杯、金手指的葉片邊緣反卷，植株失水萎蔫，這些表現與前人的研究結果一致。紅粉佳人生長良好，只有1～2片葉略微下垂，出現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，阿爾弗雷德耐熱性較差。

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

本試驗是在人工氣候箱內通過控制單一高溫變量，排除田間條件下植物生長所面臨的強光、高熱等復合逆境，可更加客觀地進行13個高山杜鵑品種的耐熱性綜合評價，這些結果為高山杜鵑育種親本選擇和園林應用提供了理論基礎，但高山杜鵑耐熱性是受多種因素影響的復雜性狀，在以后的研究中還需要結合相關生理生化指標測定，對其耐熱性進行綜合評價。