40份热带花卉种质资源的抗冷性综合评价

何雪娇,余智城,林金水,林智明,卢永春,黄阿凤

(福建省热带作物科学研究所,福建 漳州 363001)

热带花卉是指自然生长在热带和亚热带地区的一些观赏植物资源。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，花卉的消费结构逐渐发生了变化，传统的花卉已经不能满足人们对精神生活品质提升的要求，而具备瓶插寿命长、花色艳丽、花型独特高雅等特征的新型热带花卉发挥着越来越重要的作用[1]。

近几年来热带花卉发展迅速，其研究多集中在品种引进[2-3]、栽培技术[4-7]、繁殖技术[8-9]、采后保鲜[10-13]、代谢调控[14-15]等方面，但对热带花卉抗冷性等生理生化方面的研究报道较少[16-17]，用多个指标对多个热带花卉植物种质资源抗冷性进行综合研究尚未见报道。植物抗冷性是一个复杂的生理生化过程，常受遗传基因及环境因素的制约。王华等[18]研究表明，MDA与抗寒性呈负相关，即MDA值越大，抗寒性越弱；王静[19]认为，脯氨酸含量与抗寒性呈正相关；杨秀娟[20]研究表明，耐寒的苜蓿品种在低温下维持了较高的SOD、POD活性。但用单一指标很难反映种质的抗冷本质，而综合几项主要的生理生化指标进行抗冷性评价，将会使评价结果更为真实及全面。目前主成分分析法、隶属函数法在植物抗冷性研究上已得到广泛应用，如孔令慧等[21]测定了红三叶的MDA、游离脯氨酸、SOD、POD、CAT等指标，利用隶属函数法对4个红三叶品种抗冷性进行综合评价，得出了4个红三叶品种的抗冷性顺序；许桂芳等[22]测定了4种珍珠菜属植物的MDA、SOD、POD、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量等生理指标，利用隶属函数法对4种珍珠菜属植物进行了抗寒性综合评价，得出其抗寒性强弱顺序；邓菊庆等[23]对5个野生蔷薇种的脯氨酸、可溶性蛋白质、可溶性糖、MDA含量等进行了测定，并结合隶属函数法综合评价了5个野生蔷薇种的抗寒性，得出了抗寒性强弱顺序；刘杜玲等[24]对早实核桃品种的可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD进行了测定，利用主成分分析、隶属函数法及聚类分析对早实核桃品种的抗寒性进行了综合评价，得出了抗寒性强弱顺序。热带花卉品种的抗冷性是优良切花品种向北方高纬度区域引种栽培的重要制约因素，低温也是限制热带花卉产业发展的重要因素，因此选育抗寒高产的热带花卉品种将是今后产业发展的主要方向。

本研究对引进的40份热带花卉的可溶性糖、可溶性蛋白、SOD、MDA及脯氨酸进行测定，应用主成分分析法[25]和隶属函数法，得到综合评价值，根据综合评价值的大小对40份热带花卉种质资源进行抗冷性排序，并根据各种质的综合评价值进行聚类分析，以期为热带花卉植物种类选择、品种的抗寒性选育及其生产区域的规划提供参考依据，同时也为其他种质的抗冷性综合评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

热带花卉40份种质资源取自福建省热带作物科学研究所热带切花种质资源圃，具体情况详见表1。

1.2 方 法

1.2.1 田间冷害调查 在福建省热带作物科学研究所苗圃，对上述40份热带花卉种质资源进行冷害情况调查。将冷害分成5级，分级标准如表2所示，计算各种质冷害指数(F)，具体计算公式如下：

(1)

式中:F为冷害指数，bj为受冷害级数为j的苗木数，Qj为受冷害级数为j的级数，B为每份种质调查总株数，Qmax为受冷害最严重一级的级值。

表1 供试的40份热带花卉材料Table 1 Forty tropical flower materials for test

表2 冷害分级标准Table 2 Grades of frozen injury

1.2.2 材料的收集与处理 取在福建省热带作物科学研究所苗圃生长2年的成熟种质材料，每份种质都在10株以上，取各种质新梢上相同节位的叶片(顶部以下第3片叶)，每份种质随机取成熟、无病虫害的叶片，共取5份。包于湿纱布中迅速带回室内。用蒸馏水洗净、擦干，根据越冬观察结合区域最低温将种质置4 ℃冰箱中低温处理12 h进行抗冷性研究，观察其形态特征的变化，测定可溶性糖、可溶性蛋白、SOD、MDA及脯氨酸5个理化指标，各重复3次，取其平均值。

1.2.3 测定指标及其方法[26]可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，SOD活性测定采用NBT显色法，MDA含量测定采用TBA显色法，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮显色法。

1.2.4 抗冷性综合评价 将40份热带花卉的5个理化指标进行相关性分析，得到指标之间的相关性。将理化指标进行主成分分析，获得主成分及其贡献率，以及主成分下理化指标的系数，根据理化指标的系数和理化指标的矩阵可得出公因子的得分值，根据贡献率可得出权重系数，根据公因子可得出隶属函数值，根据隶属函数值和权重系数可最终得到综合评价值。

(1) 隶属函数值。

Uij=(Cij-Cmin)/(Cmax-Cmin),i=1，2，3，…，40;j=1，2。

(2)

式中：Uij表示i种质j公因子的隶属函数值，Cij表示i种质j公因子的得分值，Cmin表示所有种质j公因子得分值的最小值，Cmax表示所有种质j公因子得分值的最大值。

(2)权重系数。

(3)

式中：Wj表示第j个公因子在所有公因子中的重要程度，即权重系数;Pj为第j个公因子的贡献率。

(3) 综合评价值(D值)。

(4)

式中：Di表示第i个种质的综合评价值，Uij为第i个种质第j个公因子的隶属函数值，Wj为第j个公因子的权重系数。

1.3 数据分析

采用Excel 2007、DPS 3.01、SPSS 17.0进行数据分析。根据D值，采用欧氏聚类法对40份热带花卉种质资源进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 热带花卉种质资源各单项生理指标的变化

观察发现，4 ℃低温胁迫12 h后，除紫色橡皮树和橙色龙船花以外，其他热带花卉种质均出现了不同程度的萎焉、失水变褐等情况。40份热带花卉种质资源叶片的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性、MDA含量及脯氨酸含量5个生理指标测定结果见表3。由表3可以看出，花叶一叶兰、一叶兰、大叶常春藤、斑春兰、斑叶兰、紫色橡皮树、芦笋草、粉鸟赫蕉8个种质的可溶性蛋白含量较高，均在0.5 mg/g以上，新昌蒲、蓬莱松、栀子花、白雪公主姜荷花、黄苞赫蕉、中国龙船花6个种质的可溶性蛋白含量较低，在0.07～0.17 mg/g；大叶常春藤、花叶常春藤、斑春兰、一叶兰、芦笋草、云龙柳、茉莉花7个种质的可溶性糖含量较高，均在29.57 μg/g以上，龙文兰、新昌蒲、紫色橡皮树、白姜花、清迈粉姜荷花、黄苞赫蕉、火红鸟7个种质的可溶性糖含量较低，在8.11～10.79 μg/g；大叶常春藤、花叶常春藤、斑春兰、露兜草(不带刺)、鸢尾兰、斑叶兰、花叶一叶兰、一叶兰、茉莉花、粉鸟赫蕉10个种质的SOD活性较高，均在405.25 U/g以上，斑草兰、龙文兰、新昌蒲、白姜花、黄苞赫蕉、火红鸟6个种质的SOD活性较低，在109.18～157.60 U/g；露兜草(带刺)、鸢尾、春兰、斑春兰、龙文兰、山菅兰、一叶兰、芦笋草、米柳、茉莉花、白姜花、白雪公主姜荷花、地涌金莲、黄苞赫蕉、中国龙船花、大王龙船花16个种质的MDA含量较高，均在3 mmol/g以上，露兜草(不带刺)、花叶常春藤、观音竹、蓬莱松、橙色龙船花5个种质MDA含量较低，在2 mmol/g以下；大叶常春藤、花叶常春藤、观音竹、云龙柳、米柳、茉莉花、地涌金莲、大红鸟8个种质的脯氨酸含量较高，均在35.64 μg/g以上，斑草兰、山菅兰、新昌蒲、蓬莱松、紫色橡皮树、高山羊齿、白姜花、清迈粉姜荷花、黄苞赫蕉、火红鸟10个种质的脯氨酸含量较低，在10.20～18.71 μg/g。可见，在低温胁迫下，部分热带花卉种质在某些单项生理指标的含量较高的同时，另一些生理指标的含量则较低。因此，用单一指标难以准确评判一个种质的抗寒性强弱。

表3 热带花卉种质资源的5个生理指标测定结果Table 3 Test result of five physiological indexes of tropical flower germplasm resources

注：种质序号代表的品种名称同表1。表7和图1同。

Note：The serial numbers of germplasm are the same as in Table 1.The same for Table 7 and Figure 1.

2.2 热带花卉种质资源5个生理指标的相关性

对40份热带花卉种质资源的各项生理指标进行相关性分析，结果见表4。由表4可见，可溶性蛋白含量与可溶性糖含量呈极显著正相关；SOD活性与可溶性蛋白含量、可溶性糖含量都呈极显著正相关；脯氨酸含量与可溶性糖含量、SOD活性都呈极显著正相关，与可溶性蛋白含量呈显著正相关。这5个理化指标之间存在一定的相关性，表明各生理指标间表征的信息有一定重叠，且热带花卉种质的各单项生理指标的变化幅度不同，所起的作用也不相同，说明植物的抗冷性受多重因素的影响，用单一指标来评判植物的抗冷性势必会有所偏差。因此，必须用多个指标对植物抗冷性进行综合评价。

表4 热带花卉种质资源5个生理指标的相关系数Table 4 Correlation coefficients of 5 physiological indexes of tropical flower germplasm resources

注：*表示在P<0.05水平显著相关; **表示在P<0.01水平显著相关。

Note：*.Significant correlation inP<0.05 level;**.Significant correlation inP<0.01 level.

2.3 热带花卉种质资源抗冷性的综合评价

2.3.1 主成分分析 对40份热带花卉种质资源的5个生理指标进行主成分分析，结果见表5和表6。由表5和表6可见，第1主成分主要受可溶性糖含量、脯氨酸含量和SOD活性3个生理指标影响，其贡献率达到了59.52%，第2主成分主要受MDA影响，其贡献率达到了20.36%。由于前2个主成分的累积贡献率已经达到 79.88%，因此只选择前2个主成分即可基本代表5个生理指标的变量信息。

表5 热带花卉种质资源抗冷性综合评价的主成分贡献率 %

表6 热带花卉种质资源抗冷性综合评价2个主成分生理指标系数Table 6 Physiological index matrix of two principal components for the comprehensive evaluation of cold resistance of tropical flower germplasm resources

2.3.2 综合评价 根据主成分分析中各指标的系数，可得到公因子的分值，再根据式(2)求出对应的隶属函数值。根据式(3)可得出前2个主成分的权重系数分别为0.745 1和0.254 9，然后依据隶属函数值和权重系数，求出40份热带花卉种质资源抗冷性的综合评价值D，结果见表7。由表7可知，橙色龙船花D值最大，为0.955，说明该品种抗冷性最强；其次为火红鸟，D值为0.818；D值最小的品种为斑春兰，仅为0.144，表明其抗冷性最差。根据各热带花卉种质的综合评价值D,对各种质资源抗冷性由强到弱排序为橙色龙船花、火红鸟、紫色橡皮树、清迈粉姜荷花、新昌蒲、观音竹、龙文兰、杏黄龙船花、蓬莱松、斑草兰、红黄赫蕉、宫粉龙船花、粉鸟赫蕉、大王龙船花、睡莲、大黄龙船花、白姜花、黄苞赫蕉、高山羊齿、露兜草(不带刺)、大红鸟、花叶一叶兰、白雪公主姜荷花、斑叶兰、露兜草(带刺)、鸢尾、花叶常春藤、山菅兰、春兰、米柳、云龙柳、中国龙船花、地涌金莲、鸢尾兰、茉莉花、一叶兰、大叶常春藤、栀子花、芦笋草、斑春兰。田间观察结果用冷害指数F表示，冷害指数越低，抗冷性越好。橙色龙船花、紫色橡皮树、新昌蒲的冷害指数均较低，表明其抗冷性较好；而大叶长春藤、芦笋草、斑春兰的冷害指数均较高，表明其抗冷性较弱。赫蕉属、姜荷花属及地涌金莲属植物到冬季会休眠，其本身也是抗冷的一种方式，但到了来年也有很强的分蘖能力。其他种质资源的田间观察结果与综合评价结果大致相同。

表7 40份热带花卉种质资源的公因子的得分值(C(x))、隶属函数值(U(x))和综合评价值(D)Table 7 Common factor score value C(x),membership function U(x) and comprehensive evaluation value D of forty tropical flower germplasm resources

2.4 热带花卉种质资源抗冷性的聚类结果

对热带花卉种质资源抗冷性综合评价值(D)进行聚类分析，结果见图1。从图1可以看出，当欧氏距离为10时，可将40份热带花卉种质抗冷性分为3类：橙色龙船花、火红鸟、紫色橡皮树为一类，属于强抗冷性类型；龙文兰、观音竹、新昌蒲、清迈粉姜荷花、露兜草(不带刺)、大红鸟、白姜花、黄苞赫蕉、睡莲、大黄龙船花、大王龙船花、高山羊齿、红黄赫蕉、宫粉龙船花、粉鸟赫蕉、斑草兰、蓬莱松、杏黄龙船花为一类，属于较强抗冷性类型；一叶兰、茉莉花、云龙柳、地涌金莲、斑叶兰、鸢尾兰、米柳、花叶一叶兰、斑春兰、芦笋草、栀子花、春兰、鸢尾、山菅兰、露兜草(带刺)、花叶长春藤、大叶长春藤、中国龙船花、白雪公主姜荷花为一类，属于弱抗冷性类型。

图1 基于综合评价值(D)构建的的40份热带花卉种质资源抗冷性聚类分析结果Fig.1 Average linkage dendrogram of comprehensive evaluation value D

3 结论与讨论

当植物受到低温影响时，植物体本身会有一定的应激反应来抵御逆境的侵袭，必将影响SOD活性以及可溶性蛋白、可溶性糖、MDA和脯氨酸含量5个生理指标的变化。本研究结果表明，SOD活性以及可溶性蛋白、可溶性糖、MDA和脯氨酸含量5个指标中，某些指标含量较高时，另一些指标含量则较低，各单项生理指标的变化幅度不同，且5个指标之间有一定的相关性。这是因为MDA是膜脂过氧化产物，MDA含量越高，代表细胞受损越强，故MDA值越小，代表植物抗冷性越强。植物对低温有一定的适应过程，在此过程中植物体内的淀粉不断分解为可溶性糖，而体内也会不断聚集小分子的蛋白质和可溶性蛋白，用来保护植物体免受低温的侵害。在低温情况下植物体内会积累大量的活性氧自由基，引起膜脂过氧化而导致植物受到冷害，SOD是具有清除活性氧自由基的保护酶，SOD活性越高，其抵御低温的能力就越强。脯氨酸是有机渗透的调节物质，其在低温情况下大量聚集可增加细胞液的浓度，降低细胞结冰点。因此，采用单一指标对植物进行抗冷性研究具有很强的片面性和差异性，也无法从本质上揭示植物的抗冷性[27-29]。只有将这些具有代表性的指标进行综合分析，其结果才具有一定的可借鉴性和说服力[30-31]。

主成分分析法可将重复的变量删去，所形成的新变量是不相关的，但同时又保持了原有的信息，在减少工作量的同时又有全面可行的优点。本研究通过对5个生理指标进行主成分分析，提取了2个主成分，而这2个主成分的累积贡献率达到了79.88%，表明这2个主成分代表了原来5个生理指标所示信息的79.88%，排除了指标之间的信息重叠，使结果更为可信。隶属函数法在植物抗性研究中应用比较广泛，也取得了一定的成果[32-34]。有研究表明，抗冷性的综合评价值(D值)越大表明种质抗冷性就越强[28]。本研究结果表明，40份热带花卉种质的抗冷性可分成强抗冷性、较强抗冷性和弱抗冷性3类。同时，通过对其田间情况进行实际观测，结果表明，根据D值得到的评价结果与田间观测结果大致相同，这从另一个方面表明此法在植物抗冷性评价中具有一定可行性和准确性。