高山杜鵑低山引種適應性及外源抗熱劑對高溫脅迫的影響

王浩琪，秦坤蓉，祝浩翔，王婉琳，王海洋

西南大學 園藝園林學院，重慶 400715

杜鵑花屬植物是聞名于世的觀賞植物資源，具有極高的觀賞及經濟價值．我國是杜鵑花植物資源最為豐富的國家，有542種(不包括種下等級)[1-2]，其中云南、西藏、四川3省及相鄰地區是杜鵑屬的起源地和分布中心，也是我國進行杜鵑花研究的重要區域．高山杜鵑作為豐富的杜鵑花資源中的一大類，主要分布于我國西南海拔1 000 m以上的高山地區[3-5]．高山杜鵑花型呈總狀傘形花序，花冠碩大，顏色繁多，具有極高的觀賞價值，有作為園林觀賞植物的潛質．受高海拔地區立地條件的影響，高山杜鵑對溫度的要求較高[5-6]，高山杜鵑引種栽培至低山丘陵地區面臨的主要困難是高溫制約．隨著對野生杜鵑資源需求的增加，進行高山杜鵑開發利用的工作逐漸受到重視，目前關于高山杜鵑的研究工作多局限于資源收集[7]、苗木繁育[8-9]、引種栽培的理論研究和適應性分析[10-11]等方面，關于高山杜鵑在海拔低于1 000 m的低山丘陵地區的栽培與應用研究較少．本研究旨在篩選出不同高山杜鵑最適的抗熱劑種類，為開展高山杜鵑的低海拔引種栽培與應用研究提供參考．

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇生長旺盛、規格統一的馬纓杜鵑、露珠杜鵑、云錦杜鵑和大白杜鵑4種杜鵑大苗(高度120～150 cm)作為供試材料，研究不同品種杜鵑對抗熱劑的適應性差異，大苗直接記作植物種類．同時，選擇馬纓杜鵑和露珠杜鵑小苗(高度50～60 cm)作為供試材料，研究不同生長期杜鵑對抗熱劑的適應性差異，小苗在植物種類后加上(小)．研究所采用的高山杜鵑均為從貴州、重慶高海拔地區(海拔1 500 m～2 500 m)成功引種至重慶市武隆區白馬山林場(海拔1 200 m)的適生種類，栽培時間超過3年．4種高山杜鵑基本情況見表1．

表1 4種高山杜鵑基本概況

1.2 試驗地點及條件

本試驗在中熱脅迫試驗基地(海拔900 m)和高熱脅迫試驗基地(海拔500 m)同時進行．中熱脅迫試驗基地位于南川大觀，地處北緯28°46′-29°30′之間，東經106°54′-107°27′之間，海拔900 m左右，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫16.6 ℃，極端最高溫度39.8 ℃，極端最低溫度-5.3 ℃，年平均降雨量1 185 mm，年日照時數1 273 h．高熱脅迫試驗基地位于重慶沙坪壩區歌樂山(北緯29°29′-29°44′，東經106°23′-106°26′)，海拔500 m左右，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，常年平均氣溫為18.3 ℃，年平均降雨量1 085.3 mm，年日照時數1 233.7 h．

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計

本試驗采用單因子試驗設計，選擇3組抗熱劑對高山杜鵑進行噴施處理．不同處理組抗熱劑用清水配置質量濃度為：單一抗熱劑(150 mg/L水楊酸)、單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)、組合抗熱劑(100 mg/L對氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)，分別記為T1，T2，T3，對照組噴施常溫清水，記為CK．每個處理重復3次．抗熱劑應在上午9：30-11：00用噴霧器進行噴施[13]．其中，組合抗熱劑噴施時，每種抗熱劑噴施后，需待葉片干后再繼續噴施下一種抗熱劑．噴施抗熱劑時，各溶液需要均勻噴施在葉片的正反面，以葉片液體欲滴為宜，連續噴5 d，對照組噴施等量常溫清水．在噴藥結束后的0，2，4，6，8 d，進行杜鵑形態學監測并測定葉綠素熒光參數[13]．在試驗期間，采取灌溉、噴霧與遮陰等手段，對高山杜鵑進行統一的田間管理．

1.3.2 測定指標及方法

觀察并記錄各品種高山杜鵑在不同試驗基地物候學特征．物候期觀測采用田間目測的方法，每周觀測一次，遇有物候轉折時期1～2 d觀測記載一次，到植株完全展葉后觀測結束．

葉綠素熒光是快速、無損地探測植物光合功能的重要手段[14]，而葉綠素熒光參數是反映光合作用機制的重要指標，它能快速地監測植物光合作用對逆境脅迫的響應，常被用來反應植株受脅迫的程度[15-16]．杜鵑葉片光系統Ⅱ(PSⅡ)最大光能轉化效率(Fv/Fm)在高溫脅迫時的響應最為敏感，可作為快速檢測杜鵑耐熱性的指標[13]．

選擇每株植物東、南、西、北 4個方向的枝條上生長正常的當年生功能葉片(枝條頂端往下數4～6片葉位的葉片)，掛牌標記，并進行葉綠素熒光指標測定，每處理重復3株，每株測4片葉片．試驗測定時間盡量在9：00-12：00之間，儀器采用調制式OS-30P+葉綠素熒光儀(北京澳作生態儀器有限公司)，測試內容主要包括光化學效率變化．主要獲取暗適應后的初始熒光(Fo)、PSⅡ最大光能轉化效率(Fv/Fm)．測定時選取掛牌葉片，用暗適應夾夾住葉片中部30 min后，將分析探頭置于葉夾上，打開葉夾遮光板，將暗適應后的部位暴露在由660 nm固態光源提供的激發光下．

讀取Fo，待Fo穩定后由儀器提供的飽和調制脈沖光激發，得到Fv/Fm[17]．

1.4 數據處理

所測葉綠素熒光指標經數據采集軟件Data Capture3.0捕獲后轉換成Microsoft Excel形式進行數據處理，運用SPSS軟件數據分析，并用OriginPro軟件進行制圖．

2 結果與分析

2.1 不同引種地的環境差異

2.1.1 不同引種地的溫濕度差異

由圖1可知，種源地和兩個試驗基地的月平均溫度、月最高溫度、月最低溫度、濕度均呈現先上升后降低的趨勢．觀測時間內，海拔500 m試驗基地的溫濕度值大于海拔900 m試驗基地的溫濕度值，且不同試驗基地月平均溫度、月最高溫度、月最低溫度、濕度均于8月到達峰值，說明兩個試驗基地雨熱同季．

圖1 不同海拔試驗基地的溫濕度差異

2.1.2 不同引種地的土壤差異

兩個試驗基地土壤為統一配置的樹狀杜鵑營養土壤，其基本理化性質見表2．從表2中可以看出，兩個試驗基地土壤理化性質差異較小，土壤為黃壤土，pH值為弱酸性，全氮、全氮、全鉀、有機質儲量較豐富，滿足樹狀杜鵑生長良好的養分條件．

表2 配置土壤的基本理化性質

2.2 低山引種對高山杜鵑物候期的影響

物候現象是季節來臨早遲的指示器，它可以為植物引種馴化及其合理的栽培管理提供有效的依據[18]．

2.2.1 對花物候期的影響

由表3可知，不同試驗地高山杜鵑花物候期存在差異，除云錦杜鵑未開花外，同一海拔不同引種樹狀杜鵑按照露珠杜鵑、馬纓杜鵑、大白杜鵑的順序依次進入花期．對比種源地，3種高山杜鵑在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地均提前進入花期．其中，馬纓杜鵑在海拔900 m試驗基地提前8 d，在海拔500 m試驗基地提前20 d； 露珠杜鵑在海拔900 m試驗基地提前15 d，在海拔500 m試驗基地提前25 d，大白杜鵑在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地均提前7 d．對比3種高山杜鵑不同海拔試驗基地開花時長可知，馬纓杜鵑、大白杜鵑開花時長受海拔影響較小，露珠杜鵑在低海拔地區花期縮短5 d．

表3 3種樹狀杜鵑不同海拔試驗基地花物候期的差異

2.2.2 高山杜鵑葉物候期的差異

由表4可知，低海拔試驗基地引種高山杜鵑提前進入葉的物候期．對比種源地，低海拔試驗基地引種的高山杜鵑均提前進入葉芽萌動期、展葉初期、展葉末期．其中，馬纓杜鵑在海拔500 m試驗基地提前20 d； 馬纓杜鵑(小)在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地均提前約10～20 d； 露珠杜鵑在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地葉芽萌動期均提前20 d； 露珠杜鵑(小)在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地提前8～15 d； 云錦杜鵑在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地葉芽萌動期均提前7～12 d； 大白杜鵑在海拔900 m試驗基地、海拔500 m試驗基地均提前10～13 d．

對比同一海拔試驗基地不同引種高山杜鵑物候期可知，在兩個試驗基地，4種高山杜鵑均按照露珠杜鵑、馬纓杜鵑、云錦杜鵑、大白杜鵑依次進入葉芽萌動期，且大苗比小苗提前進入葉芽萌動期．

表4 4種樹狀杜鵑不同海拔試驗基地葉物候期的差異

2.3 不同熱脅迫下抗熱劑對4種高山杜鵑抗熱性的影響

前期研究發現高山杜鵑在原生地正常生長情況下，Fv/Fm值通常在0.80～0.84之間，當高山杜鵑生長受到高溫脅迫時，該參數明顯下降并低于0.78，可作為本次試驗參考．

2.3.1 高熱脅迫下不同抗熱劑對高山杜鵑抗熱性的影響

如圖2所示，馬纓杜鵑除T3處理組Fv/Fm值在觀測時間初期有小幅度提升外，其余各種處理均呈現下降趨勢．在抗熱劑處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了12.33%，10.71%，10.07%，空白對照組下降了14.85%．經過方差分析可知，在數據觀測的第0 d，4組之間差異無統計學意義．觀測6 d后，3種處理組Fv/Fm值顯著高于對照組(p<0.05)，同時T2，T3組與T1組差異有統計學意義．說明在海拔500 m試驗基地噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對馬纓杜鵑PSⅡ的傷害，且不同抗熱劑緩解作用存在差異．其中以T3，T2處理組較好，T1處理組次之．

圖中小寫字母不同表示差異有統計學意義．圖2 高熱脅迫下4種高山杜鵑不同抗熱劑處理后Fv/Fm的變化規律

露珠杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了13.88%，12.96%，12.23%，空白對照組下降了16.86%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，T1，T2，T3組顯著高于空白對照組，且T3和T1組差異有統計學意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T1處理組最弱．

云錦杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了18.48%，15.88%，14.42%，空白對照組下降了20.95%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，T1組與空白對照組差異無統計學意義，T2和T3組顯著高于空白對照組，且T3和T1組差異有統計學意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施T2和T3組抗熱劑能有效地減輕熱脅迫對云錦杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T2處理組次之．

大白杜鵑各處理組觀測期間Fv/Fm值均呈現下降趨勢，且在抗熱劑噴施處理6 d后，Fv/Fm值均小于0.800，說明在該海拔高溫脅迫在大白杜鵑PSⅡ的活性受到抑制．在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3處理組分別下降了6.42%，3.52%，4.89%，空白對照組下降了7.43%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，各組之間差異均有統計學意義(p<0.05)．說明在海拔500 m噴施T1，T2，T3組抗熱劑能有效地減輕熱脅迫對云錦杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T2處理組最好，T3處理組次之，T1處理組最弱．

2.3.2 中熱脅迫下不同抗熱劑對高山杜鵑抗熱性的影響

如圖3所示，在中熱脅迫試驗基地，馬纓杜鵑在抗熱劑處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了8.02%，6.77%，6.48%，空白對照組下降了9.72%．經過方差分析可知，在數據觀測的第0 d，4組之間差異無統計學意義．試驗觀測第6 d，3種處理組Fv/Fm值顯著高于對照組(p<0.05)，同時T2和T3組與T1組差異有統計學意義．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對馬纓杜鵑PSⅡ的傷害，且不同抗熱劑緩解作用存在差異．其中以T3和T2處理組較好，T1處理組次之．

露珠杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了10.17%，9.19%，9.24%，空白對照組下降了11.23%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，T1，T2，T3組顯著高于空白對照組，且T3和T2組與T1組差異有統計學意義(p<0.05)．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3和T2處理組較好，T1處理組次之．

云錦杜鵑在抗熱劑噴施處理6 d后，T1，T2，T3組分別下降了13.39%，11.93%，10.73%，空白對照組下降了14.49%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，T1組與空白對照組差異無統計學意義，T2和T3組顯著高于空白對照組(p<0.05)．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對露珠杜鵑PSⅡ的傷害．其中以T3處理組最好，T2處理組次之．

大白杜鵑T2和T3組在觀測的6 d后，Fv/Fm值走勢基本持平，且Fv/Fm值在0.800～0.850之間，說明在該海拔下T1和T2組抗熱劑能夠維持大白杜鵑進行正常的光合作用．T1組與空白對照組緩慢下降，分別下降了3.18%，5.7%，10.73%．經過方差分析知，在試驗觀測第6 d，各處理組之間存在差異有統計學意義(p<0.05)，且T1，T2，T3組高于空白對照組．說明在海拔900 m噴施3種抗熱劑均能有效地減輕熱脅迫對大白杜鵑光系統Ⅱ(PSⅡ)的傷害．其中以T2處理組最好，T3處理組次之，T1處理組最弱．

圖中小寫字母不同表示差異有統計學意義．圖3 中熱脅迫下4種高山杜鵑不同抗熱劑處理后Fv/Fm變化規律

2.3.3 不同規格高山杜鵑對抗熱劑施用的響應

如圖4所示，在高熱脅迫試驗基地，在抗熱劑處理6 d后，馬纓杜鵑T1，T2，T3組分別下降了12.33%，10.71%，10.07%，空白對照組下降了14.85%； 馬纓杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了10.90%，9.33%，9.62%，空白對照組下降了11.38%．露珠杜鵑T1，T2，T3組分別下降了13.88%，12.96%，12.23%，空白對照組下降了16.86%； 露珠杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了15.18%，13.22%，12.86%，空白對照組下降了17.64%．經對比分析，馬纓杜鵑(小)和露珠杜鵑(小)Fv/Fm值均小于大苗．

如圖5所示，在中熱脅迫試驗基地，在抗熱劑處理6 d后，馬纓杜鵑T1，T2，T3組分別下降了8.02%，6.77%，6.48%，空白對照組下降了9.72%； 馬纓杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了14.02%，12.54%，11.39%，空白對照組下降了15.41%．露珠杜鵑T1，T2，T3組分別下降了10.17%，9.19%，9.24%，空白對照組下降了11.23%； 露珠杜鵑(小)T1，T2，T3組分別下降了11.68%，10.28%，10.35%，空白對照組下降了12.24%．經對比分析，馬纓杜鵑(小)和露珠杜鵑(小)Fv/Fm值均小于大苗．說明面對高溫脅迫時，較大規格苗木的光合作用受抑制程度較小．

圖中小寫字母不同表示差異有統計學意義．圖4 高熱脅迫下不同規格高山杜鵑抗熱劑處理后Fv/Fm變化規律

圖中小寫字母不同表示差異有統計學意義．圖5 中熱脅迫下不同規格高山杜鵑抗熱劑處理后Fv/Fm變化規律

3 結論與展望

本研究以馬纓杜鵑、露珠杜鵑、大白杜鵑和云錦杜鵑為對象，在中熱脅迫試驗基地(海拔900 m)和高熱脅迫試驗基地(海拔500 m)進行低山引種試驗，引種過程中，除云錦杜鵑外，其余高山杜鵑品種均提前進入花期，花期隨海拔的降低呈縮短趨勢．4種高山杜鵑均提前進入葉芽萌動期，且大苗比小苗提前進入葉芽萌動期．受熱脅迫時，抗熱劑的噴施能夠提高高山杜鵑的耐熱性，有效減緩Fv/Fm值的下降，對維持植株在高溫脅迫下生理活動的正常進行有一定的積極作用．其中，馬纓杜鵑、露珠杜鵑對單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)、組合抗熱劑(100 mg/L對氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)均有較好的反應； 云錦杜鵑對組合抗熱劑(100 mg/L對氨基水楊酸+600 mg/L海藻酸+800 mg/L氯化鈣)效果最佳； 大白杜鵑以噴施單一抗熱劑(1 500 mg/L氯化鈣)效果最佳．

因此抗熱劑的施用對開展高山杜鵑在低山丘陵地區的引種栽培與應用研究有積極作用，能夠促進杜鵑花木產業的多元性發展，為重慶市、西南山地森林公園、城市郊野公園、風景區以及城鄉景觀林建設增添特色，為美麗城鄉提供優良花木．