高温胁迫下8个观赏海棠品种的耐热性比较

2018-01-12刘春风谢寅峰张往祥

江苏农业科学 2017年24期

刘春风，谢寅峰，张往祥

(1.江苏农林职业技术学院，江苏句容 212400； 2.南京林业大学，江苏南京 210037)

观赏海棠(Malusspp.)具有观花、观果、观叶等观赏价值和较强的环境适应能力，主要分布在北温带，横跨欧亚大陆和北美洲，被广泛应用于各种园林景观中[1]。海棠是喜光耐寒植物，一般年平均气温7～14 ℃地区均有分布[2]。近年来，随着我国城市化建设步伐的加快，各地相继从国外引进优良的观赏海棠品种，并试图将海棠进行南移推广，这些引进的资源的抗逆性和适应性是栽培者普遍关注的问题，尤其是对高温适应性的问题将影响其引种驯化、推广栽培区的范围。目前，国内外的主要研究集中在观赏海棠品种调查和分类[3-5]、引种筛选和栽培育种、遗传背景和亲缘关系评价、形态和生理生化变化、观赏和应用价值评价、花青素代谢途径与产物、病虫害研究等方面[3-17]。关于观赏海棠对高温适应性的研究尚未见报道。近年来，由于“温室效应”的影响，全球气温持续升高，因此，笔者对欧美观赏海棠部分品种的耐热性进行了研究，以期为观赏海棠南移推广与栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江苏省南京市溧水区傅家边农业开发区(118°22′～119°14′E，31°14′～32°37′N)，属亚热带季风气候，年平均气温15.5 ℃，年极端气温最高39.7 ℃，最低 -13.1 ℃，年平均日照2 146 h，年平均降水1 037 mm。土壤是黏质土，呈酸性。

1.2 材料

供试材料来源于南京林业大学引进的观赏海棠8个品种2年生的嫁接苗，8个品种分别为Malus‘Sentinel’、Malus‘Royalty’、Malus‘Abundance’、Malus‘Robinson’、Malus‘Pink Spire’、Malus‘Adams’、Malus‘Radiant’、Malus‘Strawberry’，编号依次为A2、A4、B4、B7、B9、B19、B5、B10。嫁接苗于2012年3月定植，采用完全随机试验设计，株行距为1 m×2 m，按常规生产管理。8个品种各选150株大小一致、生长健壮的嫁接苗进行测定。

1.3 方法

本试验在7月连续7 d的36～38 ℃高温天气后取材[18]，对观赏海棠不同品种的叶片进行生理生化测定。相对电导率用电导仪测定法测定[19]；丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[19]；超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[19]；过氧化物酶(POD)活性测定采用比色法[19]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝染色法[19]；脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸提取-酸性茚三酮显色法[20]；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[20]；过氧化氢(H2O2)含量测定采用硫酸钛显色法[19]。数据分析用SPSS 17.0软件对生理生化测定指标进行方差分析、因子(主成分)分析及聚类分析，聚类分析时应用欧氏距离与可变法进行系统聚类。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫下8个观赏海棠品种的生理生化指标测定

持续高温胁迫后，不同观赏海棠品种间相对电导率的差异极显著(P<0.01)。品种A4、B9、B19的相对电导率都超过了50%，表明持续高温胁迫较大程度地破坏了品种A4、B9、B19叶片细胞膜，增加了细胞膜透性；品种A4叶片的相对电导率最高，达到68.57%，其次为品种B9(56.85%)、B19(50.00%)，品种B5、B7、B10叶片的相对电导率较小，分别为43.50%、35.10%、33.10%，品种B4叶片的相对电导率最小，为31.90%。相对电导率最高的品种A4为最低品种B4的 2.15 倍。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间MDA含量差异极显著(P<0.01)，品种A4、B9的MDA含量分别达到64.29、60.91 μmol/g，极显著高于其他品种，品种B19、B5、A2的MDA含量在31～40 μmol/g，含量居中等，品种B10、B7、B4的MDA含量远低于其他品种，其中最低为B4，仅为 5.93 μmol/g，其次为B7(6.50 μmol/g)。MDA含量较高的品种B9、A4为较低品种B4、B7的9.36～10.85倍。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间SOD活性差异极显著(P<0.01)，品种A2的SOD活性最高，为 2 197.39 U/g，其次为品种A4、B9，分别为1 648.04、1 582.87 U/g，品种B19的SOD活性最低，为682.81 U/g，其次为品种B10(955.93 U/g)，SOD活性最高的品种A2为SOD活性最低的B19的3.2倍。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间的可溶性蛋白含量也差异极显著(P<0.01)，品种B10的可溶性蛋白含量最高，为 223.70 mg/g，其次为品种B4(182.88 mg/g)，品种B7的可溶性蛋白含量最低，为75.97 mg/g，其次为B19(78.23 mg/g)，其余介于93.15～137.45 mg/g，可溶性蛋白含量最高的品种B10为最低的品种B7的2.94倍。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间的可溶性糖含量差异显著(P<0.05)，品种B19、B4的可溶性糖含量较高，分别为91.07、90.59 mg/g，品种A2的可溶性糖含量最低，为58.25 mg/g，其次为品种B10(65.58 mg/g)、B5(65.90 mg/g)，可溶性糖含量最高的品种B19为可溶性糖含量最低的品种A2的1.56倍。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间的脯氨酸含量差异显著(P<0.05)。品种B5的脯氨酸含量最高，为22.53 μg/g，其次为品种A2、B4，分别为21.71、21.78 μg/g，品种B19的脯氨酸含量最低，为 17.09 μg/g。高温胁迫后，不同观赏海棠品种间的过氧化氢含量差异极显著(P<0.01)，品种B9的H2O2含量最高，为 15.45 μmol/g，其次为品种A4(11.52 μmol/g)，品种B10的过氧化氢含量最低，为6.03 μmol/g，其次为品种A2、B5，分别为6.26、6.53 μmol/g，其余介于7.46～10.46 μmol/g，过氧化氢含量最高的品种B9为过氧化氢含量最低品种B10的 2.56 倍。

表1 高温胁迫下8个观赏海棠品种的生理生化指标

注：同列不同小写字母、大写字母分别表示品种间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)。

2.2 8个观赏海棠品种的耐热性主成分分析

首先对8个海棠品种的7个指标数据进行标准化和正向化[21]，然后进行主成分分析(表2至表4)。前4个主成分的累计贡献率已达91.768%，基本保留了7个耐热相关性状的全部信息(表4)。第1主成分贡献率达49.837%，第2主成分贡献率达23.933%，第3主成分贡献率达9.202%，第4主成分贡献率达8.795%。第1主成分中相对电导率、丙二醛含量、过氧化氢含量有较大的载荷系数，相关分析表明，相对电导率与丙二醛含量、过氧化氢含量的相关系数分别为0.952、0.719，丙二醛含量与过氧化氢含量的相关系数为 0.692，三者呈显著或极显著正相关。第2主成分中载荷系数较大的为SOD活性。第3主成分中可溶性蛋白含量和脯氨酸含量有较大的载荷系数，相关分析表明可溶性蛋白含量与脯氨酸含量的相关系数为0.370。第4主成分中载荷系数较大的为可溶性糖含量。因此，第1主成分可以看作由相对电导率、丙二醛含量、过氧化氢含量组成的细胞膜稳定性因子，第2主成分可以看作SOD抗氧化因子，第3主成分可以看作由可溶性蛋白含量和脯氨酸含量组成的渗透调节因子，第4主成分可以看作为可溶性糖含量。

主成分表达式：Y1=0.478X1+0.437X2+0.020X3+0.389X4+0.287X5-0.327X6+0.489X7；Y2=0.236X1+0.330X2+0.677X3+0.025X4-0.457X5+0.408X6-0.032X7；Y3=-0.120X1-0.172X2+0.147X3+0.565X4+0.552X5+0.536X6-0.151X7；Y4=0.287X1+0.434X2-0.359X3-0.510X4+0.327X5+0.467X6-0.127X7。式中：X1为相对电导率，X2为丙二醛含量，X3为SOD活性，X4为可溶性蛋白含量，X5为脯氨酸含量，X6为可溶性糖含量，X7为H2O2含量。

表2 主成分特征值、贡献率及累计贡献率

表3 各单项指标的相关系数

注：“**”“*”分别表示极显著(P<0.01)、显著(P<0.05)相关。

表4 前4个主成分分析因子载荷

2.3 观赏海棠8个品种的耐热性排序及聚类分析

根据表5列出的观赏海棠8个品种的4个因子得分值和表2中的主成分贡献率，按照公式∑ni=1=AiBi(A为主成分贡献率；B为不同品种的因子得分值；i=1，…，4；n=8)计算8个观赏海棠品种的耐热能力，结果(表5)表明，8个品种的耐热能力由大到小的顺序为B4>B10>B5>B7>A2>B19>B9>A4。利用主成分分析得到的4个因子得分值(表5)，选欧氏距离与可变法进行聚类分析，将观赏海棠8个品种分为4个等级，即耐热性强、耐热性较强、耐热性中等、耐热性弱。结果(图1)表明，耐热性强的品种为B4、B10；耐热性较强的品种为A2、B5；耐热性中等的品种为B7、B19；耐热性弱的品种为A4、B9。

表5 8个观赏海棠品种主成分分析因子得分及耐热能力排序

3 讨论

主成分分析法是一种多元统计分析方法，可以将许多指标简化浓缩为少数几个甚至一个独立的综合评价指标，使简化的指标既能基本包含全部指标具有的信息，又使指标之间相互无关。它是一种客观实用评价方法，在经济、管理、环境、教育等评价领域得到了较广泛的应用。首先必须对数据进行标准化处理，此外，反向指标必须进行正向化处理后再做标准化，正向化处理以线性处理方式比反向指标取倒数的非线性处理方式要科学一些[21]。

本试验在处理数据时，对反向指标采用了正向化处理后再做标准化处理，分析结果比较理想，利用经主成分分析法简化后的4个互相独立的因子进行聚类后，得到的分类结果与试验田间观测的结果基本吻合[22]。将观赏海棠8个品种分为4个等级，即耐热性强、耐热性较强、耐热性中等、耐热性弱。耐热性强的品种为B4、B10；耐热性较强的品种为A2、B5；耐热性中等的品种为B7、B19；耐热性弱的品种为A4、B9。耐热能力由大到小的顺序为：B4>B10>B5>B7>A2>B19>B9>A4。因此，本人认为持续7 d的36～38 ℃的高温胁迫能够有效区分不同观赏海棠品种的耐热性，利用生理生化指标进行主成分分析和系统聚类方法可以快速鉴定观赏海棠的耐热性，缩短田间试验观察期，为观赏海棠向南方推广栽培提供了1种较快速的鉴定方法。此方法在茶花品种耐热性的鉴定及其他研究中也有应用[18，23-24]。

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