12個櫻花新品種的耐熱性研究

聶超仁 高瀾 涂繼紅 徐慧 王青華 章曉琴

摘 要： 櫻花是早春重要的觀花植物，在城市園林綠化和美麗鄉(xiāng)村建設中具有重要的作用。本研究采用電導率法測定了12個櫻花新品種葉片在40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃下細胞傷害率的變化，利用Logistic方程，計算出其高溫半致死溫度（LT50），結合夏季高溫后的熱害等級數據，進行聚類分析和耐熱性評價。結果表明：12個櫻花品種在梯度高溫的脅迫處理下，其細胞傷害率呈“S”型曲線增加;其LT50由高到低排序如下：‘八重紅大島’ （63.32 ℃）> ‘御車返’ （63.10 ℃）>‘吉野垂枝’ （62.65 ℃）>‘琉球緋櫻’ （61.92 ℃） >‘染井吉野’ （61.49 ℃） >‘松月’ （61.01 ℃） >‘衣通姬’ （60.84 ℃） >‘椿寒櫻’ （60.01 ℃） >‘河津櫻’ （59.87 ℃）>‘八重紅枝垂’ （59.38 ℃） > ‘神代曙’ （57.46 ℃）>‘獎章’（57.08 ℃）;結合夏季高溫熱害等級數據進行K-means聚類分析，可將12個品種分為如下4類，第Ⅰ類包括：‘吉野垂枝’‘八重紅大島’‘御車返’為強耐熱品種，平均LT50為62.36 ℃;第Ⅱ類包括：‘琉球緋櫻’‘衣通姬’‘松月’為中等耐熱品種，平均LT50為61.27 ℃;第Ⅲ類包括：‘染井吉野’‘八重紅枝垂’‘椿寒櫻’和‘河津櫻’為耐熱品種，平均LT50 為60.19 ℃ ;第Ⅳ類包括：‘神代曙’‘獎章’為不耐熱品種，平均LT50為57.27 ℃。

關鍵詞： 櫻花;電導率;高溫半致死溫度;耐熱性

中圖分類號：S685.99 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2022）01-0018-06

Study on Heat Tolerance of 12 Flowering Cherry Cultivars

Nie Chaoren（1，2） Gao Lan（2）Tu Jihong（1）Xu Hui（1）Wang Qinghua（3） Zhang Xiaoqin（1）

（1.Wuhan Institute of Landscape Architecture Wuhan 430081;

2.College of Landscape Architecture， Beijing Forestry UniversityBeijing 100083 ;

3.East Lake Scenic Area of Wuhan Wuhan 430074）

Abstract： Flowering Cherry is an important woody plant in early spring， which plays an important role in urban landscaping and beautiful rural construction.In this study， the changes of cell injury rate of 12 Japanese flowering cherry cultivar leaves at 40 ℃， 45 ℃， 50 ℃， 55 ℃， 60 ℃， 65 ℃ and 70 ℃ were measured by conductivity method.The high semi-lethal temperature （LT50） was calculated by logistic equation.With the data of heat injury in Wuhan City in summer， further clustering analysis and accessing the heat tolerance.The results showed that the cell injury rate of 12 cultivars raising in a ‘S’ curve under high gradient temperature stress.According to the LT50， these cultivars was ranked as follows：‘Yaebeni-ohshima’（63.32 ℃）>‘Mikurumakaishi’（63.10 ℃）>‘Yoshino-shidare’（62.65 ℃）>‘Kanhizakura-plena’（61.92 ℃）>‘Somei-yoshino’（61.49 ℃）>‘Albo-rosea’（61.01 ℃）>‘Sotorihime’（60.84 ℃）>‘Introsa’（60.01 ℃）>‘Kawazu-zakura’（59.87 ℃）>‘Plena Rosea’（59.38 ℃）>‘Jindai-akebono’（57.46 ℃）>‘Accolade’（57.08 ℃）.On the base of LT50 and the heat damage grade in summer， These 12 cultivars were divided into 4 groups by K-means cluster analysis.The Ⅰ group included ‘Yoshinochuizh’， ‘Bachonghongdadao’and ‘Yuchehui’， which were strong heat tolerance cultivars， with an average LT50 of 62.36 ℃; the Ⅱ group included ‘Ryukyu-feiying’， ‘Yitongji’ and ‘Songyue’，which were moderately heat tolerance cultivars with an average LT50 of 61.27 ℃; the Ⅲ group included ‘Ranjingjiye’， ‘Bazhongzhichui’ and ‘Chunhanying’ and ‘Hejin’， which were heat tolerance cultivars with an average LT50 of 60.19 ℃; The Ⅳ category includes ‘Shendaishu’ and ‘Jiangzhang’， which were heat tolerance cultivars with an average LT50 of 57.27 ℃.The results of this study can provide a theoretical basis for the introduction and application of flowering cherry.

Key words： flowering cherry ; conductivity; high semi-lethal Temperature; heat tolerance

櫻花是世界著名的觀賞樹種，隸屬于薔薇科Rosaceae李屬Prunus櫻亞屬[1]，為早春觀賞花木，其株型優(yōu)美、花色艷麗、花期早，深受人們喜愛，在園林上具有極大的應用價值，可廣泛應用于公園、學校、街道、庭院等綠地中，在城市園林和美麗鄉(xiāng)村建設中具有重要的地位和作用。櫻花在世界各地被廣泛種植，其主要的分布范圍為溫帶與亞熱帶地區(qū)，在我國十幾個省份都有分布。近些年來，全球氣溫異常，極端高溫不斷刷新紀錄，加之城市熱島效應的影響，城市平均氣溫上升明顯，夏季的高溫天氣對園林植物的生長和發(fā)育產生了顯著影響。櫻花屬于對高溫比較敏感的樹種，夏季的高溫對櫻花的生長和開花會產生眾多不利的影響。因此，進行櫻花耐熱性的研究，對于指導櫻花引種和應用具有重要意義。

近些年來，一些學者先后用不同的方法開展了櫻花的耐熱性研究。許學洪等通過對日本晚櫻、‘廣州’櫻、‘中國紅’三個櫻花品種進行引種栽培試驗，發(fā)現來自溫帶的‘關山’櫻生長狀態(tài)較差，對當地氣候適應性低，夏季葉片稀疏，總體存活率低;產自我國南方的 ‘廣州’櫻、‘中國紅’兩個品種生長狀況良好，對當地的整體適應性較高[2]。夏思穎對從臺灣引進的4個優(yōu)良櫻花品種進行了高溫脅迫實驗，在不同的高溫脅迫條件下，分析了4個櫻花品種的葉綠素含量、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、抗氧化酶體系等生理指標所表現出的變化，進而對不同櫻花品種的高溫適應性進行了評價，為臺灣優(yōu)良櫻花品種引種和應用奠定了基礎[3]。胡娜通過測定不同高溫處理后葉片的損傷率和可溶性蛋白含量，測試了我國原生的4種櫻花的耐熱性，認為華中櫻對高溫的抵抗力相對較強，而尾葉櫻相對較弱[4]。

電導率法可以測定植物的耐熱性，是一種迅速、方便的測量方法。電導率指溶液傳導電流的能力，通過測定高溫脅迫下植物細胞的電解質外滲率，與Logistic曲線方程結合分析，可計算出該植物的高溫半致死溫度，準確地反映植物對高溫的耐受程度，從而評價植物的耐熱性強弱[5]。該方法已被廣泛應用于多種園林植物對高溫的耐性評價，如梅花[6]、杜鵑 Rhododendron simsii [7]、茶花[8]、萬壽菊 Tagetes erecta [9]、景天科植物[10]、紅山茶[11，12]、觀果植物[13]、蕨類植物[14]、觀賞草[15]、雀舌黃楊 Buxus bodinieri 和大葉黃楊 Buxus megistophylla [16]等。然而，關于利用電導率法開展櫻花耐熱性評價的研究還少有發(fā)現。葉超宏采用了實地調查和試驗研究的方法，對華南地區(qū)栽培的櫻花品種的耐熱性進行了研究，并采用電導率法結合Logistic 方程的方法測定了7個櫻花品種的高溫半致死溫度，結果認為‘廣州’櫻、‘富貴’櫻、‘小喬’櫻3種櫻花的耐熱性較好，適合在華南地區(qū)種植[17]。而關于新引種櫻花品種的耐熱性評價還未見報道，因此本文以12個新引進的櫻花品種為試驗材料，采用電導率法與Logistic方程結合分析的方法，測定了其葉片在高溫下的細胞損傷率，對高溫半致死溫度進行了計算，并結合田間熱害等級數據對其耐熱性進行了評價，以期為櫻花新品種的引進、栽培和應用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗中使用的12個櫻花品種材料來源于武漢市園林科學研究院國家櫻花種質資源庫和武漢東湖磨山櫻花園，5～10 a生的健康無病蟲害的植株。12個品種名稱、拉丁學名、花期、花色、花期、花瓣數見表1。

1.2 方法

1.2.1 細胞傷害率和高溫半致死溫度LT50的計算

采樣于2020年8月中旬進行。將發(fā)育良好、生長健康、無病蟲害的1 a生樹枝中間的成熟葉片放入密封袋中，帶回實驗室。用去離子水沖洗干凈，用吸水紙搽干表面水分后，避開主脈，用剪刀切成約0.5 cm的小方片。用天秤稱取0.5 g，裝入50 mL的離心管中，加入20 mL去離子水，放入真空抽濾器30 min，從葉片中抽出空氣，在恒溫旋渦式搖床中搖動1 h，將葉片全部沉入水中，分別放入30 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃和70 ℃的水浴鍋中水浴20 min，取出后自然冷卻至室溫，測定每個處理下葉片的電導率（ Ta ）。除30 ℃處理后作為對照外，其余全部放入100 ℃的水浴鍋中水浴20 min，取出自然冷卻至室溫，測定電導率（ Tb ）。30 ℃水浴處理的電導率（ TCK ）為對照，對照和處理均設置為3次重復。細胞損傷率的計算公式為：

細胞傷害率=（ Ta -TCK ）/（Tb-TCK ）×100%

R3.6.0軟件擬合處理溫度與細胞損傷率之間的Logistic方程。Logistic回歸方程：

y = k / （1+ ae-bx ）

式中： y 為細胞傷害率， x 為處理溫度， k 為細胞傷害率的最大飽和容量消除了背景干擾，因此 k 可取值100。線性化處理方程，以求得 a 和 b 值，則方程 y = k /（l+ ae-bx ）轉換為ln[（ k - y ）/ y ]=lna- bx ，設 y =ln[（ k - y ）/ y ]，然后將其轉化為細胞損傷率（ y ′）與處理溫度（ x ）的直線方程 y′ =lna- bx 。通過線性回歸方程和Logistic方程得到拐點溫度 x ， x =lna/ b ，即為半致死溫度（LT50）。

1.2.2 田間高溫熱害等級調查

參考葉超宏[17]，楊煒茹[18]的高溫傷害等級劃分方法，結合武漢地區(qū)櫻花高溫季節(jié)的熱害表型，將高溫傷害等級劃分為 5 級：

0級——無熱傷害癥狀，高溫季節(jié)沒有落葉現象;

1級——表現出熱損傷癥狀的葉片少于 1/4，高溫季節(jié)凋落的樹葉量少于1/4，葉片空洞較少;

2級——表現出熱損傷癥狀的葉片為1/4 ～ 1/2;高溫季節(jié)凋落的樹葉量在1/4 ～ 1/2，葉片空洞多;

3級——表現出熱損傷癥狀的葉片為1/2 ～ 3/4;高溫季節(jié)凋落的樹葉量在1/2 ～ 3/4，葉片空洞較多;

4級——表現出熱損傷癥狀的葉片為3/4 以上;高溫季節(jié)凋落的樹葉量在3/4以上，葉片空洞非常多;

5級——植株死亡的情況。

1.2.3 耐熱性聚類分析

將試驗獲得不同溫度下的細胞傷害率數據在Excel利用Logistic方程進行高溫半致死溫度計算，并將12個櫻花品種的高溫半致死溫度和夏季熱害等級數據經過轉化后采用歐氏距離，用R 3.6.0軟件進行離差平方和法K-means聚類分析。

2 結果與分析

2.1 高溫處理不同品種櫻花葉片細胞傷害率的變化

從圖1可以看出，隨著處理溫度的升高，各個櫻花品種葉片細胞的傷害率不斷上升，溫度越高，細胞傷害率越大。同時也可以看出12個櫻花品種葉片的細胞傷害率都是隨溫度的升高先緩慢升高，到達某一溫度點后迅速上升，最后在某一溫度點變緩至基本穩(wěn)定不變，符合“S”型增長曲線模型。從具體變化特點來看，不同櫻花品種有一定的差異，‘琉球緋櫻’從45 ℃時，細胞傷害率就穩(wěn)步上升，在65 ℃達到最高峰，然后保持基本不變，屬于細胞傷害率上升較早的品種;‘神代曙’‘八重紅枝垂’‘河津櫻’‘獎章’4個品種，50～55 ℃是其細胞傷害率上升最快的階段，然后保持基本不變;其他7個品種基本上是40～50 ℃之間細胞傷害率變化不明顯，50～55 ℃之間細胞傷害率急劇上升，從不到10%上升到40%～70%之間，增加4～7倍以上，55～60 ℃之間在緩慢上升，然后基本保持不變，進入高點穩(wěn)定期。

2.2 Logistic 方程參數和高溫半致死溫度計算

分析處理溫度和細胞損傷率的數據，可以計算出轉化細胞的損傷率和處理溫度之間的關系（圖2）可見，不同處理溫度（ t ）和轉化細胞的損傷率（ y′ ）趨近于直線性分布，說明細胞傷害率（ y′ ）與處理溫度（ t ）之間的關系可以用Logistic方程很好的擬合。高溫半致死溫度和耐熱性呈正相關，使用R軟件中的直線回歸函數可以求回歸直線的參數 a 、 b 和直線相關系數 r2 。從表2可以看出，擬合程度 r2 均存在顯著差異，擬合結果可靠，其中‘神代曙’‘河津櫻’‘吉野垂枝’‘八重紅大島’4個品種的擬合系數 r2 大于0.9，有極顯著的差異，擬合度較高。

高溫半致死溫度能有效評估植物的耐熱性，高溫半致死溫度越高則說明耐熱性越好，越低則說明耐熱性越差。由直線回歸方程可以計算出高溫半致死溫度，如表2所示，這12個櫻花品種的高溫半致死溫度在57.09～63.32 ℃之間，由高到低排序如下：‘八重紅大島’>‘御車返’> ‘吉野垂枝’>‘琉球緋櫻’>‘染井吉野’> ‘松月’>‘衣通姬’>‘椿寒’>‘河津櫻’>‘八重紅枝垂’>‘神代曙’ >‘獎章’。

2.3 不同櫻花品種耐熱性聚類分析

將12個櫻花品種的高溫半致死溫度和夏季熱害等級數據經過轉化后采用歐氏距離，用離差平方和法進行K-means聚類分析（圖3），在歐式距離=3.00處可將12個品種分為4類，第Ⅰ類包括：‘吉野垂枝’‘八重紅大島’‘御車返’為強耐熱品種，平均半致死溫度為62.36 ℃;第Ⅱ類包括：‘琉球緋櫻’‘衣通姬’‘松月’為中等耐熱品種，平均半致死溫度為61.27 ℃;第 Ⅲ 類包括：‘染井吉野’‘八重紅枝垂’和 ‘椿寒櫻’‘河津櫻’，為耐熱品種，平均半致死溫度為60.19 ℃;第Ⅳ類包括：‘神代曙’‘獎章’為不耐熱品種，平均半致死溫度為57.27 ℃。

2.4 不同樹齡櫻花LT50差異的分析

從圖4可以看出，‘椿寒櫻’和‘琉球緋櫻’這兩個品種不同樹齡的葉片得到的LT50不同，整體上看看，樹齡越大，LT50越大?！缓畽选腖T50的變化范圍是56.22 ℃～64.33 ℃，平均值是60.35 ℃，隨著樹齡增加，LT50逐漸升高，且3 a，10 a，30 a之間在0.01水平上差異顯著。‘琉球緋櫻花’的LT50變化范圍是60.44 ℃～62.01 ℃，平均值是61.49 ℃，除了3 a和10 a之間LT50在0.01水平上有顯著性差異外，10 a和30 a樹齡的LT50沒有顯著性差異。這兩個品種相比，LT50的平均值相差較小，‘琉球緋櫻花’不同樹齡之間LT50差異比較小，為1.57 ℃，而‘椿寒櫻’不同樹齡之間LT50差異比較大，為8.11 ℃。

3 討論

高溫脅迫是影響園林植物生長發(fā)育的關鍵因子之一，植物經受高溫逆境脅迫后，細胞膜系統結構受到破壞，選擇透過性的能力降低，細胞液大量外滲，導致電導率升高[18]。 所以，細胞膜系統高溫脅迫下的穩(wěn)定性，決定了植物的耐熱性。相對電導率是反映植物細胞受高溫脅迫后膜透性受損程度的重要指標，細胞膜傷害率能反映植物細胞膜所受傷害的程度，二者是間接評價植物耐熱性的有效方法。細胞膜系統受損越嚴重，外滲細胞液越多，電導率越大，細胞膜受傷害程度越大，植物耐熱性越弱，反之則耐熱性越強。用梯度高溫處理植物離體葉片，通過電導率法測定植物的細胞傷害率[19]，利用Logistic方程擬合處理溫度與細胞傷害率的關系，通過計算“S”型曲線拐點溫度，作為植物高溫半致死溫度，可以比較準確的反應植物耐熱性的差異，該方法方便、快捷、靈敏，已經應用在多個植物耐熱性評價中。

梯度高溫處理葉片，細胞傷害率并非穩(wěn)步增加，電導率在增加的基礎上有變緩和急劇增加情況[11]。本研究中有7個品種櫻花，40～45 ℃時，其細胞傷害率值有稍微下降趨勢，是植物在逆境脅迫初期，啟動的自身保護系統起作用的結果，此階段細胞膜受到的傷害是可逆的，通過調整主動運輸，穩(wěn)定細胞液的外滲量，從而產生電導率上升緩慢或者下降的趨勢。但是這種自我保護能力，因品種不同而有差異，與不同品種的細胞對高溫的應激反應的不同有關[20]。與張文娟[9]等對景天植物的耐熱性的研究以及石永紅[14]等對黑麥草的耐熱性的研究中一致。本研究中試驗得到櫻花品種的高溫半致死溫度范圍57.08～63.32 ℃，平均值60.68 ℃，與葉超宏的結果41～61 ℃，平均值為47.61 ℃[16]相比，各個品種之間的差距更小，高溫半致死溫度更高。

當溫度超過一定范圍時，細胞自身的保護系統已經不能進行自我調節(jié)，細胞膜產生了不可修復的損傷，細胞液大量外滲，從而導致電導率急劇增加。且不同品種的櫻花細胞傷害率急劇增加的轉折點均不同[21]， 而溫度在超過60 ℃和70 ℃后，細胞傷害率均呈現緩慢增加或保持不變的趨勢，說明此時質膜已經遭到破壞，主動運輸功能完全喪失，電導值不再增加。

李俊才等認為在自然條件， 植物的抗性相對高于室內離體狀態(tài)[22]，蔣媛等研究認為，半致死溫度結合田間表型更能反應植物品種的抗性[23]。因此，為了能夠準確反映櫻花耐熱性強弱，本研究將12個櫻花品種的高溫半致死溫度和夏季熱害等級數據經過轉化后采用歐氏距離，用離差平方和法進行K-means聚類分析，得到12個品種耐熱性關系，并分為如下4類，第Ⅰ類群包括：‘八重紅大島’‘御車返’‘吉野垂枝’為耐熱性較好品種;第Ⅱ類包括：‘琉球緋櫻’‘衣通姬’‘松月’為中等耐熱性好品種;第Ⅲ類包括：‘染井吉野’‘八重紅枝垂’‘椿寒櫻’和‘河津櫻’為一般耐熱品種。第Ⅳ類包括：‘神代曙’‘獎章’為不耐熱品種。由于田間熱害表型會受到樹齡、樹木生長小環(huán)境、氣候條件等因素影響，與實驗測定的高溫半致死溫度等級會有不一致的情況，本研究中雖然將高溫半致死溫度和田間熱害表型相結合，并進行了耐熱性等級的分類，與品種的真實的耐熱性還有不一致的地方，還需要進一步結合熱脅迫條件下植物生理生化指標等方面的數據進一步深入分析和驗證。

參 考 文 獻

[1]Shuo Shi，Jinlu Li，Jiahui Sun，et al.Phylogeny and Classifcation ofPrunus sensulato（Rosaceae）[J].Journal of Integrative Plant Biology，2013，55（11）：1069-1079.

[2]許學洪，曾珠，嚴馮權，等.熱帶北緣地區(qū)櫻花引種試驗小結[J].山東林業(yè)科技，2016，46（4）：31-34.

[3]夏思穎.臺灣優(yōu)良櫻花品種引種適應性與應用研究[D].福州：福建農林大學，2017.

[4]胡娜，張國新.4種我國原生種櫻花耐熱性初探[J].中國園藝文摘，2018，34（2）：22-23.

[5]宋洪元，雷建軍，李成瓊.植物熱脅迫反應及抗熱性鑒定與評價[J].中國蔬菜，1998（1）：50-52.

[6]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，2014.

[7]何麗斯，李暢，陳尚平，等.電導率結合Logistic方程測定14個杜鵑品種的耐熱性[J].江蘇農業(yè)科學，2017，45（21）：132-134.

[8]張亞利，李健，奉樹成.5個茶花新品種的耐熱性分析[J].江西農業(yè)學報，2014，26（1）：32-34，37.

[9]田治國，楊艷.萬壽菊9個品種高溫半致死溫度與耐熱性研究[J].江蘇林業(yè)科技，2016，43（6）：38-40.

[10]張文娟，李連國，田東方，等.應用Logistic方程測定景天植物的耐熱性[J].內蒙古農業(yè)大學學報（自然科學版），2013，34（3）：46-48.

[11]吳楠.浙江紅山茶不同種源幼苗耐熱性與抗寒性研究[D].杭州：浙江農林大學，2011.

[12]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].西北林學院學報，2018，33（5）：105-110，136.

[13]陳燕，劉東煥，陳進勇，等.6種觀果植物的耐熱性研究[J].中國農學通報，2015，31（16）：32-36.

[14]張月雅，劉明磊，顏小梅，等.4種蕨類植物耐熱性測定[J].吉林農業(yè)大學學報，2015，37（3）：313-316.

[15]石永紅，萬里強，劉建寧，等.多年生黑麥草高溫半致死溫度與耐熱性研究[J].草業(yè)科學，2010，27（2）：104-108.

[16]馬俊青，盧紹輝，袁國軍，等.利用電導法測定雀舌黃楊和大葉黃楊的耐寒性[J].江蘇農業(yè)科學，2016，44（5）：209-210.

[17]葉超宏.珠三角地區(qū)櫻花適應性調查研究[D].廣州：仲愷農業(yè)工程學院，2016.

[18]楊煒茹.三種百合體細胞無性系變異與岷江百合耐熱無性系選育研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2009.

[19]A.Wahid，S.Gelani，M.Ashraf，et al.Heat tolerance in plants： An overview.2007， 61（3）：199-223.

[20]蔣媛，位杰，林彩霞，等.6個香梨品種的低溫半致死溫度比較及耐寒性評價[J].江蘇農業(yè)學報，2017，33（6）：1358-1363.

[21]王國霞，王會魚，李春閣，等.取樣部位、時間對植物高溫半致死溫度的影響[J].福建林業(yè)科技，2019，46（1）：45-50.

[22]李俊才，劉成，王家珍，等.洋梨枝條的低溫半致死溫度[J].果樹學報，2007（4）：529-532.

[23]蔣媛，位杰，林彩霞，等.6個香梨品種的低溫半致死溫度比較及耐寒性評價[J].江蘇農業(yè)學報，2017，33（6）：1358-1363.

（責任編輯：鄭京津）