八种中国原产鼠尾草属植物耐热性比较

冯时++刘群录++魏宇昆++金冬梅++李桂彬++黄艳波

摘要：以上海辰山植物园引种驯化的8种中国原产鼠尾草属（Salvia L.）植物为材料，测定了其高温半致死温度（LT50）和叶绿素相对含量（SAPD值），比较这8种植物的耐热性差异，从而对其在引种地的高温适应性做出分析与评价。结果表明，8种鼠尾草属植物的LT50值在50～57 ℃，且均呈“S”型曲线上升。8种植物的耐热性从强到弱依次排序为：贵州鼠尾草（Salvia cavaleriei Lévl.）>红根草（S. prionitis Hance）>南川鼠尾草（S. nanchuanensis H. T. Sun）>血盆草（S. cavaleriei Lévl. var. simplicifolia Stib.）>云南鼠尾草（S. yunnanensis C. H. Wright）>美丽鼠尾草（S. meiliensis S.W. Su）>南丹参（S. bowleyana Dunn）>佛光草（S. substolonifera E. Peter）。利用Spearman秩相關性分析比较，结果表明，各植物的LT50值与SAPD值大小排序呈显著正相关，可以作为评价鼠尾草属植物耐热性的指标。

关键词：鼠尾草属；耐热性；高温半致死温度（LT50）；叶绿素相对含量

中图分类号：Q949.777.6+78 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）16-3088-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.16.022

Research on Thermo Tolerance of Eight Domestic Salvia in China

FENG Shi1，2，LIU Qun-lu1，WEI Yu-kun2，JIN Dong-mei2，LI Gui-bin2，HUANG Yan-bo2

（1. College of Agriculture and Biotechnology， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China； 2. Shanghai Chenshan Plant Science Research Center， Chinese Academy of Sciences/Shanghai Chenshan Botanical Garden， Shanghai 201602， China）

Abstract： Utilizing 8 domestic Salvia L. species collected in Shanghai Chenshan Botanical Garden as materials， semi-lethal temperature（LT50）， chlorophyll relative content（SAPD value） were measured to evaluate the thermo tolerance of the 8 species. The results indicated that the LT50 value of the 8 domestic Salvia species was 50 to 57 ℃， and all showed ascend trend by "S" curve. The heat resistance of the 8 species was listed in descending order as following： Salvia cavaleriei Lévl.>S. prionitis Hance>S. nanchuanensis H. T. Sun>S. cavaleriei Lévl. var. simplicifolia Stib.>S. yunnanensis C. H. Wright>S. meiliensis S.W. Su>S. bowleyana Dunn>S. substolonifera E. Peter. There was significant positive correlation between LT50 and SAPD. Therefore， LT50 and SAPD can be used as the indexes to value the heat resistance of sage plants.

Key words： Salvia L.； heat resistance； semi-lethal temperature （LT50）； SAPD value

鼠尾草属（Salvia L.）是唇形科（Lamiaceae）的一个大属，约有1 000种[1]，为世界性分布的一年生或多年生草本或小灌木植物，主要分布在北半球的温带、亚热带和南半球的亚热带高海拔地区。东亚是世界鼠尾草属三个多样性中心之一；在中国分布有鼠尾草属植物78种（含24变种8变型），全国各地均有分布[2，3]，其中药用植物有43种（不含变种）[4]。随着上海市对景观草本植物新优品种需求的日益增加，中国原产鼠尾草属的丰富物种可以为筛选优良种质提供资源保障。但上海市地处北亚热带季风湿润气候区，夏季炎热，极端最高气温可达40.2 ℃（1934年）[5]，这种高温逆境条件对鼠尾草属植物的正常生长构成了严重威胁。研究表明，通过植物组织对高温半致死温度（LT50）的测定，可以简便、灵敏、准确的评价植物的耐热性能[6-8]。因此，试验通过测定植物的电导率，确定8种鼠尾草属植物的高温半致死温度，并结合叶绿素相对含量（SAPD值）测定，分析两者的相关性，对其在上海市夏季生长和适应能力进行大田观测，从而对8种鼠尾草属植物耐热性的强弱做出分析与评价，以期为鼠尾草属植物耐热性品种的选育提供参考，同时也为引种与驯化及栽培应用提供理论依据。endprint

1 材料与方法

1.1 材料

参试的8种鼠尾草属植物分别是云南鼠尾草（Salvia yunnanensis C. H. Wright）、佛光草（S. substolonifera E. Peter）、南丹参（S. bowleyana Dunn）、红根草（S. prionitis Hance）、贵州鼠尾草（S. cavaleriei Lévl.）、血盆草（S. cavaleriei Levl. var. simplicifolia Stib.）、美丽鼠尾草（S. meiliensis S.W.Su）、南川鼠尾草（S. nanchuanensis H. T. Sun）；均取自上海辰山植物园鼠尾草属植物种质资源圃，8种鼠尾草属植物的分布、引种时间、引种地等信息见表1。研究材料均为播种实生苗，并栽植于资源圃露地苗圃，取样时分别随机取样，将材料带回实验室进行高温半致死温度测定，叶绿素相对含量则在苗圃现场直接测定活体叶片。

1.2 方法

1.2.1 高温半致死温度（LT50）测定 电导率的测定及半致死温度的计算参照石永红等[9]、赵亚洲等[10]和龚萍等[11]的方法，略加改动。各植物种均选取长势良好且较整齐的植株各3株，每株选取从顶部数第三片完全展开的成熟叶片，用去离子水漂洗3次，洗净后用滤纸吸干叶片表面的水分，然后用直径为6 mm的打孔器避开叶脉截取叶圆片，随机取4个叶圆片放入盛有10 mL去离子水（电导率<0.1 μS/cm）的试管中，于真空干燥器中用真空泵抽气8～10 min，使叶圆片沉入水中，按此步骤处理标记后，分别在25、30、35、40、45、50、55、60、65、70 ℃的恒温水浴锅中保持20 min，取出后于室温静置冷却2 h，用电导率仪测定电导率EC1，再全部放入100 ℃沸水浴中15 min，杀死植物组织，取出冷却后在室温下测定电导率EC2[10]，各处理都3次重复。相对电导率的计算公式如下：

相对电导率=EC1/EC2×100%。

使用统计软件SPSS 19.0拟合Logistic方程：

y=k/（1+ae-bx），

式中，y代表相对电导率（%），x代表处理温度，e为自然对数函数的底数，k为相对电导率饱和值，这里为100%，故取固定值100；a、b为方程参数。

拟合Logistic方程d的拐点即半致死温度[12，13]，

LT50=（lna）/b。

通过SPSS 19.0软件建模计算后，得出拟合方程（Logistic equation）、拟合度（R2）、半致死温度（LT50）。

1.2.2 叶绿素相对含量（SPAD值）测定 使用手持叶绿素仪（SPAD-502 Plus型叶绿素仪）测定每种植物叶片的叶绿素相对含量，同时利用小型气象站等设施记录露地苗圃的温度、光照度和湿度等指标。测定时，各种植物选取长势良好且较整齐的植株各4株，每株选取从基部数第三片完全展开的成熟叶片进行测试，为保证数据的准确性以及耐热性相关研究的需要，将试验时间选取在2015年8月天气晴好、气温较高的午后，气象指标分别为①2015年8月27日，13：00-13：30，晴转雷阵雨，光照（Solar Rad）=594 wat/m2，空氣相对湿度（RH）=41.4%，平均温度（T）=31.4 ℃。②2015年8月28日，13：00-13：30，晴转雷阵雨，光照=589 wat/m2，空气相对湿度=46.1%，平均温度=31.8 ℃。测试步骤如下：首先校准仪器；其次在标准状态下（无叶片）记录发射光强度；再次是将叶片插入手持叶绿素仪、避开叶脉覆盖发射窗进行测定，记录透射光照度，得出SPAD值；然后对每片叶测3次（重复），取平均值，每株重复测试3片叶后再取均值；若显示的小数点出现闪烁等错误，则要重新测试。最后，将2 d测定的SPAD值取平均值。

1.3 数据处理

试验所得数据通过Microsoft Office Excel 2007软件处理，并用其制表、做图，运用SPSS 19.0、R语言进行计算，做差异显著性分析、方差齐性分析等相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 各鼠尾草高温半致死温度（LT50）比较

温度梯度处理后，参试的8种鼠尾草属植物叶片相对电导率的动态变化情况见图1；根据SPSS 19.0软件拟合的高温下相对电导率Logistic方程，得到的8种鼠尾草属植物高温半致死温度（LT50）结果见表2。从图1可见，通过对温度梯度下8种鼠尾草属植物相对电导率的动态变化统计分析与对比，发现高温处理后8种鼠尾草属植物叶片的相对电导率随着处理温度的升高（25～70 ℃）而不断上升，整体变化呈近“S”型曲线，而上升趋势各有不同，说明各鼠尾草的耐热性不同。当温度从25 ℃升高到50 ℃时，各鼠尾草的相对电导率基本平稳，当继续加温至50 ℃到60 ℃时，各鼠尾草的相对电导率急增，当温度再从60 ℃升至70 ℃时，相对电导率则较平稳，说明50 ℃到60 ℃这个范围是鼠尾草叶细胞被高温破坏的临界区。从表2可见，8种鼠尾草属植物的高温半致死温度（LT50）依次为贵州鼠尾草（56.89 ℃）>红根草（56.68 ℃）>南川鼠尾草（55.52 ℃）>血盆草（54.31 ℃）>云南鼠尾草（54.09 ℃）>美丽鼠尾草（54.06 ℃）>南丹参（51.57 ℃）>佛光草（50.59 ℃）。

2.2 各鼠尾草叶绿素相对含量比较

叶绿素的合成是一系列酶促反应共同作用的结果，受温度影响较大，温度过高或过低均降低合成速率，严重的会破坏原有的叶绿素。因此，叶绿素含量常用来评价植物的耐热性[14，15]。试验根据测定的8种鼠尾草属植物叶绿素相对含量，与相对应的物种指标进行方差统计分析、Turkey多重比较和分级，结果见表3。从表3可见，不同鼠尾草属植物物种间的叶绿素相对含量差异显著（P<0.05），以贵州鼠尾草的SPAD值最高，达58.65；佛光草的SPAD值最低，为33.78。对表3里各鼠尾草的SPAD值由高到低进行排序，则8种鼠尾草属植物的叶绿素相对含量依次为：贵州鼠尾草（58.65）>红根草（54.18）>血盆草（49.75）>云南鼠尾草（42.43）>南川鼠尾草（40.55）>南丹参（36.98）>美丽鼠尾草（34.19）>佛光草（33.78）。endprint

根据8种鼠尾草属植物的叶绿素相对含量高低，将8种鼠尾草分为5个组别，即G1、G2、G3、G4、G5，如表3所示。在5个组里，贵州鼠尾草的SPAD测试值最高，达58.65，说明其叶绿素含量高。此外，红根草、血盆草具有较高的SPAD值，表示其叶绿素含量较高；而佛光草、美丽鼠尾草的SPAD值较低，说明叶绿素含量较低。8种鼠尾草属植物的SPAD值平均值为43.81，变幅范围为33.78～58.65，变异系数为22.59%。

由于各鼠尾草之间SPAD值差异显著，故将SAPD值与相应物种叶片形态结构和大棚栽培观察情况进行对比分析，发现SAPD值越高的植物，叶绿素含量越高，其潜在的光合能力越强，相对喜光而耐旱，并且叶革质厚实，比叶重大，如贵州鼠尾草；反之，SAPD值低的植物，其叶绿素含量低，潜在光合能力弱，相对耐荫而不耐旱，叶纸质且较薄，比叶重小，如佛光草。

2.3 LT50与SPAD值的比较分析

使用SPSS 19.0对8种鼠尾草属植物的高温半致死温度LT50与其SPAD值进行统计学分析，结果见图2。统计分析结果显示，P<0.05，两者相关性显著。

3 小结与讨论

温度对于植物的形态、分布、代谢以及生长发育起着重要作用。在高温胁迫下，一般先直接诱发植物脱水，在细胞逐渐失水萎蔫过程中，膜质选择性丧失，膜透性增大，电解质及某些有机物大量外渗，细胞受到伤害[16]。植物细胞膜的稳定性是其抗逆性鉴定的适宜指标之一[17]，众多研究表明，热胁迫下的植物变异与其本身的表现较一致[18-20]，利用系列温度梯度下植物组织电解质的渗出而求得的半致死温度，是评价植物耐热性较为灵敏和準确的指标[21，22]。本试验里相对电导率随着温度的升高而增大，曲线近似“S”型曲线，同时Logistic方程拟合度较高。许瑛等[23]认为，仅凭某一时期的逆境半致死温度来评价植物的抗逆性是不可靠的，所以本试验选择在夏季高温期间测定目标植物的SAPD值。

试验用相对电导率配合Logistic方程，测出的8种鼠尾草属植物的半致死温度LT50变化趋势与夏季午后高温测定的叶绿素相对含量（SAPD值）基本一致，从而初步推断高温半致死温度越高，其叶绿素相对含量较高，潜在光合能力较强，其高温抗逆性较强；反之，高温半致死温度越低，叶绿素相对含量较低，潜在光合能力较弱，高温抗逆性较弱。

综上所述，通过电导率法配合Logistic方程，可以简便、准确地测定鼠尾草属植物的高温半致死温度，再结合SAPD值的测定，可以有效评估其高温适应性，从而为引种至上海市的鼠尾草原种适应性、抗逆性及其景观应用和设施栽培温控提供理论依据。但限于检测手段和方法及个体差异以及试验环境等因素的影响，相关结论和推论需要结合生理生化试验的全面展开做进一步验证。

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