8种大花蕙兰耐热性指标筛选及其评价

周桂英， 王四清， 许建新， 陈卿然， 马 川

(1.深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518040；2.北京林业大学，北京 100083)



8种大花蕙兰耐热性指标筛选及其评价

周桂英1， 王四清2*， 许建新1， 陈卿然2， 马 川1

(1.深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518040；2.北京林业大学，北京 100083)

摘要[目的]筛选并评价大花蕙兰品种的耐热性指标。[方法]以8个大花蕙兰品种的1年生小苗为试材，观测在40/30 ℃(日温/夜温)高温条件下其热害指数、叶绿素含量、初始荧光值(F0)和PSⅡ系统最大光化学效率(Fv/Fm)的变化，并结合相关性分析评价8种大花蕙兰的耐热性强弱及筛选出有效耐热评价指标。[结果]①高温胁迫使Fv/Fm、叶绿素a含量、叶绿素b含量下降，且胁迫时间越长，下降越多；②耐热性强的金玉满堂、马可受高温胁迫Fv/Fm下降较小，且在恢复适温后能迅速恢复到初始值的90%以上，而耐热性差的福娘和修女Fv/Fm受高温胁迫显著下降，且在恢复适温后无法恢复；③8个品种耐热性从强到弱为：金玉满堂、马可、玉蝉、UFO、红霞、黄金岁月、修女、福娘。[结论]研究发现，Fv/Fm 与植物的热害指数相关系数达0.946，可作为大花蕙兰耐热品种筛选的可靠指标之一。

关键词大花蕙兰；耐热性；筛选；评价

大花蕙兰(Cymbidiumhybridum)又称虎头兰、西姆比兰，主要原产地为热带、亚热带以及温带森林地区，在我国，大花蕙兰主要原产于云贵等西南地区。兰科植物中，大花蕙兰的商品化程度较高，是兰科植物中五大重要的栽培品种之一(其他为卡特兰类、石斛类、兜兰类和蝴蝶兰类)，是国际花卉市场上重要的商品盆花和切花。大花蕙兰喜冬暖夏凉气候，终年适宜生长温度为10～28 ℃[1]。研究表明，适宜大花蕙兰花芽分化的温度为10～16 ℃[2]。花芽形成后需要较低温度以便其继续发育和伸长。一般来说，高温时期形成的花芽夜间温度以15 ℃最适宜，而在10月以后较低温度形成的花芽夜间温度稍高，开花较快。春季前后在高温时期形成花芽，花芽发育期要求较低夜间温度。夏季在较低温度下生长的大花蕙兰假鳞茎的鲜重、干重、干鲜重比以及直径都比高温下生长的大些[3]。在夏季温度高于30 ℃以上时花芽停止生长分化，开花率降低。

随着气候变暖，我国除了云贵高原和东北、西北地区外，长江中下游、华北以及华南大部分地区夏季较热，多数大花蕙兰的优良品种在这些地区越夏困难。温室栽培大花蕙兰需要增加水帘、风扇等降温设施，极大地增加了生产成本，同时能源消耗对环境造成二次破坏。降低生产成本，节约能源，提高大花蕙兰观赏价值成为花卉产业发展的目标。筛选一些耐热性强的低能耗品种，进行规模化生产，对现代化温室花卉生产有重要意义。目前，对耐热作物的品种筛选已经有很多可供参考的文献，但在观赏花卉上，尤其是大花蕙兰的抗性筛选研究较少。该研究旨在筛选出一批耐热的大花蕙兰品种及可靠的耐热评价指标，为大花蕙兰或者其他花卉的节能生产提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料植物材料为金玉满堂、红霞、黄金岁月、玉蝉、马可、福娘、UFO和修女这8个大花蕙兰品种的1年生苗，种苗由北京林业科技固安花卉生产基地提供，种植盆规格为8 cm×8 cm。

1.2试验方法试验于2013年在北京林业大学实验楼人工气候培养箱(RXZ-500D，宁波江南仪器厂)中进行。将试验种苗放在培养箱中进行预处理，温度为25/15 ℃(日温/夜温)，相对湿度60%～70%，光照强度为110～120 μmol/(m2·s)。适温预处理5 d后将种苗放入高温40/30 ℃(日温/夜温)环境处理3、6、9 d后移到25/15 ℃(日温/夜温)环境恢复3、6、9 d，其他环境条件一致，每3 d测1次数据。各品种种植20棵，重复3次。

1.3测定指标及方法

1.3.1热害指数。热害指数是植物受到胁迫后最直观的指标之一。于试验结束后调查热害指数，分级标准为：0级，叶片完好，叶片无明显干尖症状，叶片绿色；1级，叶片轻微受害，叶缘发黄；2级，叶片叶尖开始发黄，出现干尖症状；3级，叶片1/2面积出现干尖症状；4级，叶片大部分面积干尖脱落；5级，植株全株死亡。

热害指数=∑(每个级别的植株数量×级别)/植株总数×最高级别数

1.3.2叶绿素荧光动力学参数。用叶绿素荧光仪(yaxin1161)测定植株叶片叶绿素荧光动力学参数。分别于高温处理3、6、9 d和恢复适温3、6、9 d 的6:00～8:00，使叶片经夜晚充分暗适应后测定不同品种的初始荧光值(F0)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)。

1.3.3叶绿素含量。叶绿素含量采用丙酮-乙醇(体积比1∶1)提取法[4]。分部称取8种大花蕙兰叶片0.3 g，剪成细条状放入25 ml带盖试管中，放入20 mL丙酮-乙醇混合液浸提24 h，在波长663、645 nm下测定吸光度值，分别代入公式I和II得出叶绿素a和b含量。

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

(1)

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

(2)

式中，A663、A645分别为663、645 nm波长下吸光度值；Vt为提取液总体积(mL)；W为样品质量(g)。

1.4数据分析用SPSS17.0软件进行方差分析， 多重比较采用Duncan′s法。

2结果与分析

2.1高温胁迫对8个品种热害指数的影响高温40/30 ℃胁迫后植株相继出现干尖、失水的热害症状。由图1可知，福娘、修女、黄金岁月受高温胁迫植株受害程度较高，热害指数为0.50～0.54，说明这3个品种有50%以上的植株受到高温损伤，耐热性差；红霞、UFO热害指数为0.40左右，玉蝉热害指数为0.34；金玉满堂和马可表现出较强耐热性，热害指数仅分别为0.14和0.22，大部分植株生长正常。

图1　高温胁迫对8个品种热害指数的影响Fig.1　The heat injury index of 8 species of C. hybridum under heat stress

高温胁迫对植株造成的干尖、失水等热害症状是最直观的，尤其是热敏感品种表现更为明显。大花蕙兰最适生长温度为10～25 ℃，且昼夜需要一定温差，当温度高于30 ℃时，植株生长缓慢，叶片干尖，不同品种耐受限度不同，产生的热害症状也有所不同。

2.2高温胁迫对8个品种叶绿素荧光动力学参数的影响由表1可知，随着处理时间的延长，红霞F0的变化较为复杂，其余7个品种大花蕙兰的F0一直呈现上升趋势。金玉满堂和红霞F0显著低于其他品种，受高温胁迫增幅较小；其次为黄金岁月、UFO、马可和玉蝉，其F0为14～40，品种间无明显差异；修女F0显著高于除福娘以外的其余品种，在恢复适温第9天增加到最大(51.88)；福娘随高温胁迫的进行F0迅速上升，在恢复适温第6天急剧上升到66.88，最终为72.25，显著高于其余品种。

表1　高温胁迫下8个品种F0的变化

注：同列数据后小写字母不同表示差异显著(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，高温处理后，不同品种的大花蕙兰叶片PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm呈下降趋势，且随着时间的延长，Fv/Fm下降越明显，在高温胁迫9 d达到最低，温度恢复后，不同品种以不同幅度恢复。

金玉满堂和马可的Fv/Fm一直维持在0.72以上，在高温胁迫9 d也只下降到0.72和0.75；随着温度的恢复，二者的Fv/Fm得以迅速恢复，最终回到高温胁迫3 d的90%以上，金玉满堂甚至为93%，二者Fv/Fm一直显著高于其余品种。UFO和玉蝉的Fv/Fm在高温胁迫6 d没有明显下降，只在高温胁迫9 d下降到0.62和0.66，分别为高温胁迫3 d的73%和79%，且随着温度的恢复而回升，最终为高温胁迫3 d的79%和83%；红霞和黄金岁月Fv/Fm在高温胁迫9 d下降到0.58和0.56，为高温胁迫3 d的69%左右，随着温度的恢复有缓慢的回升，最终回到高温胁迫3 d的77%和72%，具备一定的耐热性；在高温胁迫9 d后，黄金岁月的Fv/Fm一直显著低于玉蝉和UFO，与红霞差异不显著。福娘和修女的Fv/Fm在高温胁迫6 d就急剧下降到0.50以下，尤其是福娘甚至下降到0.44，光合机构严重受损，随着温度的恢复，二者的Fv/Fm也没有明显的恢复，最终仅分别恢复到0.54和0.58，显著低于其余6个品种的值。

表2　高温胁迫下8个品种Fv/Fm的变化

注：同列数据后小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

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

综上所述，受高温胁迫耐热性强的品种的Fv/Fm高于热敏感品种的Fv/Fm，降幅较小，且在温度恢复后耐热性强的品种Fv/Fm增幅更大，能恢复到较高水平。8个品种耐热性从强到弱为金玉满堂、马可、玉蝉、UFO、红霞、黄金岁月、修女和福娘。

2.3高温胁迫对8个品种叶绿素含量的影响由图2可知，高温胁迫9 d后福娘的叶绿素a含量最低，仅0.26 mg/g，显著低于其他品种，受高温胁迫损害最大，耐热性最差；修女、UFO、黄金岁月玉蝉和红霞叶绿素a含量无显著差异，为0.41～0.60 mg/g，远高于福娘的含量，耐热性较强；而金玉满堂和马可叶绿素a含量较高，达0.70～0.72 mg/g，耐热性最强。8个品种叶绿素a含量由高到低为金玉满堂、马可、红霞、玉蝉、黄金岁月、UFO、修女和福娘。

黄金岁月、玉蝉、金玉满堂和福娘的叶绿素b含量较低，为0.04 ～0.09 mg/g，品种间差异不显著；修女、红霞和UFO的叶绿素b含量较高，为0.12 ～ 0.16 mg/g，远大于其他品种。

2.4叶绿素荧光动力学参数、叶绿素含量与热害指数之间的相关分别将基础荧光F0、PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm、叶绿素a含量、叶绿素b含量与热害指数进行相关性可知，基础荧光F0与热害指数正相关，但无显著相关性；叶绿素b含量与热害指数负相关，相关性不显著；而PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm和叶绿素a含量都与热害指数极显著负相关，其中，PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm与热害指数相关性系数达0.946，可作为大花蕙兰耐热性筛选的可靠指标之一。

2.58个品种耐热性筛选对8个品种大花蕙兰的最大光化学效率Fv/Fm变化原始数据求平均数。由图3可直观地看出，8个品种耐热性由强到弱为金玉满堂、马可、玉蝉、UFO、红霞、黄金岁月、修女和福娘。

3结论

(1)从高温胁迫对大花蕙兰外观形态的影响可以明显地看出，8个品种耐热性由强到弱为金玉满堂、马可、玉蝉、UFO、红霞、黄金岁月、修女、福娘。

(2)金玉满堂和红霞F0显著低于其他品种，受高温胁迫

图2　高温胁迫对8个品种叶绿素a、b含量Fig.2　Chlorophyll a and Chlorophyll b content of 8 species of C. hybridum under heat stress

注：横坐标3、6、9为高温处理天数，R3、R6、R9为恢复适温处理天数。Note: Horizontal coordinate 3, 6, 9 is high temperature treatment days, R3, R6, R9 is appropriate temperature treatment days. 图3　低温和适温下叶片PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm变化Fig.3　Changes in Fv/Fm of leaf PSⅡ under low temperature and appropriate temperature

增幅较小；其次为黄金岁月、UFO、马可和玉蝉，F0都在14～40之间变化，品种间无明显差异；福娘的F0显著高于其余品种。

(3)高温处理使大花蕙兰叶片PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm呈下降趋势，且随着时间的延长，Fv/Fm下降越明显，到高温胁迫9 d，所有品种Fv/Fm都下降到最低。福娘和修女Fv/Fm受高温胁迫显著下降到0.5以下，且在恢复适温后恢复缓慢，无法恢复到初始水平；金玉满堂和马可的Fv/Fm受高温胁迫有小幅下降，在恢复适温后，最终恢复到初始水平的90%以上，耐热性最强；其次为玉蝉、UFO、红霞和黄金岁月。

(4)分别将基础荧光F0、PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm、叶绿素a含量、叶绿素b含量与热害指数进行相关性分析得：PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm与热害指数相关性系数达0.946，可作为快速、无损筛选大花蕙兰耐热性品种的可靠指标之一。

(5)根据8种大花蕙兰Fv/Fm的变化最终得出8个品种耐热性由强到弱为金玉满堂、马可、玉蝉、UFO、红霞、黄金岁月、修女和福娘。

4讨论

植物光合作用主要依靠叶绿素吸收传递电子来吸收光能合成物质，因此叶绿素含量的高低可以间接衡量植物光合作用能力的大小。作为植物光合作用的重要色素，叶绿素容易受高温影响加速分解，且合成叶绿素的酶活性下降甚至失活导致叶绿素合成受阻，含量下降。绝大部分叶绿素a和叶绿素b没有光化学活性，能够将植物吸收的光能传递到反应中心色素，因此也称作天线色素，而处于特殊状态的少量的叶绿素a具有光化学活性，为反应中心色素[5]。研究表明，高温胁迫一方面导致合成叶绿素的酶失活，叶绿素合成受阻，同时促进活性氧积累加速降解叶绿素，从而造成叶绿素含量的下降[6-7]。叶绿素含量的变化受多种因素影响，测量过程要严格避光低温。该研究发现抗性强的品种在高温胁迫后叶绿素含量显著高于抗性差的品种，这与张志刚等[8]在辣椒上发现的结果一致，而叶绿素b的含量差异不显著，原因有可能是：①色素提取过程中见光分解，仪器测量误差；②品种间初始叶绿素含量有差异。在对比品种间色素含量的差异时，应该测量各品种叶片叶绿素含量的初始值，计算叶绿素变化的相对值，从而得出叶绿素含量变化差异。

大量研究表明，Fv/Fm与植物的抗性相关，当植物遭受高温或低温胁迫后，Fv/Fm也随之下降，表明植物PSⅡ系统受到损伤[9]，不同抗性品种Fv/Fm下降的幅度以及恢复速度不同。该研究发现抗寒耐热性强的品种在低温或高温逆境下能够保持着较高水平的Fv/Fm，且在温度恢复到适温条件下能够迅速恢复到初始值的较高水平，而耐热性较差的品种不仅受温度胁迫导致Fv/Fm快速下降且难以在适温条件下恢复。综上所述，PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm可作为大花蕙兰耐热性指标筛选的可靠指标之一，这与前人的研究结论[10]一致。

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基金项目广东省省级科技计划项目(2015B090904008)；广东省软科学研究计划项目(2014B090903015)；广东省生态环境建设与保护(铁汉)工程技术研究中心项目[粤科函政字 (2013) 1589号]。

作者简介周桂英(1988- ),女,江西上饶人,从事花卉栽培与育种研究。*通讯作者，教授，博士，从事花卉及园林植物产业化栽培研究。

收稿日期2016-05-06

中图分类号S 68

文献标识码A

文章编号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