树状牡丹耐热性评价及耐热指标筛选

摘要 为综合评价树状牡丹品种耐热性，本研究以24个引种树状牡丹品种为材料，在夏季高温胁迫下对其热害指数、相对电导率等19个指标进行测定，发现不同指标间的变异系数差异较大（8.25%～69.32%）。进一步运用相关性分析、主成分分析和聚类分析等多元统计方法对树状牡丹的耐热性进行评价，将24个树状牡丹耐热性分为4个等级，其中耐热性优秀品种2个（天鹅娇子、乌云集盛），耐热性良好品种4个（气壮山河、新世纪、黑妞和黑夫人），这些品种可在长江中下游以南地区种植；筛选出热害指数、SPAD值和相对含水量等9个指标作为树状牡丹耐热性评价指标。研究结果为树状牡丹品种选育及引种提供参考。

关键词 树状牡丹；主成分分析；耐热性；综合评价；热害指数

中图分类号 S685.11"" 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2024）13-0035-07

Evaluation of heat resistance in different tree shaped peony varieties

HUANG Zeyue1""" GAO Jiajun2""" GUO Jinhui2""" MENG Jiasong2

（1Yangzhou Forestry Management Station， Yangzhou 225009， China;

2College of Horticulture and Landscape Architecture， Yangzhou University， Yangzhou 225009， China）

Abstract In order to comprehensively evaluate the heat tolerance of tree shaped peony varieties， this study took 24 introduced tree shaped peony varieties as materials and measured 19 indexes such as heat damage index and relative conductivity under high temperature stress in summer， and found that the coefficients of variation among different indexes varied greatly （8.25%-69.32%）. The heat tolerance of tree peonies was further evaluated using multivariate statistical methods such as correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis， and 24 tree shaped peonies were classified into 4 grades of heat tolerance， including 2 varieties with excellent heat tolerance （Tian E Jiao Zi and Wu Yun Ji Sheng） and 4 varieties with good heat tolerance （Qi Zhuang Shan He， Xin Shi Ji， Hei Niu and Hei Fu Ren）， which could be planted in the south of the middle and lower reaches of the Yangtze River; the heat damage index， SPAD index， and relative conductivity were selected. 9 indicators such as heat damage index， SPAD value and relative water content were selected as indicators for evaluating the heat tolerance of tree shaped peony. The results of this study provided references for the selection and introduction of tree shaped peony varieties.

Keywords tree shaped peony; principal component analysis; heat tolerance; comprehensive evaluation; heat damage index

牡丹为芍药科芍药属多年生落叶灌木，是十大名花之一[1]。树状牡丹是相对于灌丛状牡丹的一个概念，是指具有明显主干、“乔木化”特征明显的一类牡丹的统称，具有较高的观赏价值，深受人们的喜爱，其商品价格也较灌丛状牡丹有所提升。牡丹性喜温暖、凉爽、干燥且阳光充足的环境，但耐热性较差。近年来，长江中下游及以南地区大量引种树状牡丹，部分地区夏季高温持续时间长、强度较大，在一定程度上影响树状牡丹植株生长，轻则叶片黄化、植株提早进入休眠状态，重则整个植株死亡，环境温度及品种耐热性在一定程度上限制了树状牡丹的推广应用。因此，开展不同树状牡丹品种的耐热性评价对于筛选适宜长江中下游以南地区种植的树状牡丹品种具有重要意义。

关于不同牡丹品种耐热性的研究报道较少，徐艳等[2]以5个牡丹品种为材料，测定了叶片丙二醛含量（Malondialdehyde，MDA）、相对含水率、相对电导率（Relative conductivity，REC）以及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（Peroxi some，POD）和过氧化氢酶（Catalase，CAT）活性，进一步采用隶属函数值法进行评价，发现品种肉芙蓉耐热性最强。有关芍药耐热性评价的研究相对较多，张佳平等[3]对夏季高温下10个芍药品种的茎叶热害指数、REC、MDA、相对含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和保护酶活性进行观测，发现品种杭白芍、杨妃出浴和春晓适合江南地区种植；侯赵玉等[4]采用多元统计分析方法评价了芍药耐热性，将140个芍药品种分为优、良、中和差4类，并筛选出热害指数、SPAD值等9个指标作为芍药耐热性鉴定指标。本研究通过主成分分析法、聚类分析法等多元统计方式对24个引种的树状牡丹品种进行耐热性评价，为长江中下游以南地区引种树状牡丹提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以2022年10月在扬州大学文汇路校区花卉基地引种的24个树状牡丹品种（表1）为试验材料，于2023年8月（平均温度32 ℃，最高温度38 ℃）对植株相关指标进行测定，并采集叶片保存于-80 ℃冰箱。

1.2 试验方法

1.2.1 热害指数" 根据牡丹叶片在高温胁迫下受到伤害的程度，将牡丹受热害的程度分为5级。热害指数的观测参考张佳平等[3]的方法。评级标准：0级，茎叶基本没有受到热害的影响；1级，单株枝条少于25%的茎叶出现萎蔫或焦尖；2级，单株枝条25%～50%的茎叶出现焦边；3级，单株枝条50%～75%的茎叶出现穿孔或枯焦；4级，单株枝条75%以上的茎叶出现枯焦；5级，整株基本枯萎或枯死。热害指数=Σ（某级别数值×该级别的株数）/（最高级数值×该品种观察总株数）×100。热害指数越高，表明植株受到的热害胁迫越高，耐热性越差。

1.2.2 植株形态指标" 株高、茎粗、叶片长度、叶片宽度、一年生枝条长度和一年生枝条粗度均用卷尺进行测量。选择从花枝基部开始往上的第3和第4枚完全展开的叶片测量叶片长度和叶片宽度，一年生枝条长度为花枝基部到花序最高点的长度[5]。

1.2.3 SPAD值" 采用SPAD-502便携式叶绿素仪（Koinca minolia sensing，日本）对第3～4叶位的叶片SPAD值进行测量。

1.2.4 相对电导率（REC）" 将采集的叶片用去离子水进行清洗，使用直径1 cm的打孔器避开主叶脉打孔。称取0.1 g圆形叶盘放入含有少量去离子水的注射器中，抽真空后转移至离心管中，用去离子水定容至20 mL，静置4 h。用电导率仪（DDS-307，中国雷磁仪器有限公司）测定初始溶液电导率，记为A1；随后，在水浴锅中加热30 min，待冷却至室温，测定溶液电导率，记为A2。相对电导率（REC）（%）=A1/A2×100。

1.2.5 相对含水量" 将采集的叶片表面灰尘擦净，剪去叶柄后称重，记为M，将叶片放入自封袋中，置于60 ℃烘箱中烘干叶片至恒重，取出叶片并称重，记为M1。相对含水量（%）=M1/M×100。

1.2.6 叶绿素荧光参数" 将暗适应2 h的叶片用叶夹夹住，通过双通道调制叶绿素荧光仪（PAM-2500WALZ，德国）测定叶片叶绿素荧光参数，分别记录Fv/Fm（PSⅡ最大光能转换速率）、Y（Ⅱ）（实际光合效率）、Y（NO）（非调节性能量耗散）和qN（非光化学猝灭系数）。

1.2.7 生理生化指标" SOD、POD、CAT、MDA和可溶性蛋白（Soluble protein，SP）含量均采用试剂盒（苏州科铭生物有限公司）进行测定，具体操作参照说明书。

1.3 数据分析

每个指标均随机选取3个植株进行生物学重复测定并取平均值。采用Excel软件进行数据处理，采用SPSS 26.0软件进行主成分分析、聚类分析，使用Origin 2022软件进行相关性分析[6]。

（1）Vp=λp/[p=1n λp]，Vp表示提取的第p个主成分的权重，λp表示提取的主成分所对应的贡献率。

（2）U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；i=1，2，3，…，n。U（Xi）表示隶属函数值。

（3）综合评价得分D=[j=1j［U（ Xi） × Vi ］]，i=1，2，…，n。D表示各品种综合分值。

2 结果与分析

2.1 树状牡丹不同指标的遗传变异分析

对24个树状牡丹品种的19个指标进行测定，各指标在不同品种间差异较大。进一步对所有测定指标的最大值、最小值、均值和变异系数进行统计（表2），结果表明高温胁迫对树状牡丹影响较大。按照变异系数对各指标遗传变异进行排序，表现为PODgt;CATgt;热害指数gt;SPgt;RECgt;Y（Ⅱ）gt;一年生枝条长度gt;qNgt;叶片宽度gt;茎粗gt;叶片长度gt;SPADgt;MDAgt;SODgt;一年生枝条宽度gt;Fv/Fmgt;株高gt;Y（NO）gt;相对含水量，其中POD变异系数最大，为69.32%，而相对含水量的变异系数最小（8.25%）。不同指标间的变异系数差异较大，仅根据单一指标直接评价树状牡丹耐热性缺乏可靠性，因此需进一步对各指标相关性进行分析。

2.2 树状牡丹不同指标的相关性分析

通过对所测定的19个指标进行相关性分析，结果见图1。发现X1（热害指数）与X17（CAT）、X16（POD）和X15（SOD）呈明显负相关关系（Plt;0.01），与X13[Y（NO）]、X18（MDA）呈明显正相关关系（Plt;0.05），与X8（SPAD值）、X10（相对含水量）和X19（SP）呈明显负相关关系（Plt;0.05），X1（热害指数）与其他指标间相关性无统计学意义（Pgt;0.05）。结果表明，树状牡丹的耐热性与多个指标存在相关性，在受到高温胁迫时，各个指标会表现出相应的变化，即树状牡丹的耐热性需要针对多项指标进行评价。

lt;G：＼农学通报＼2024-13期农学通-内文＼Image＼F130-1.tifgt;

*表示在0.05水平存在统计学意义，**表示在0.01水平存在统计学意义；颜色表示相关性的强度，越接近红色（正）或蓝色（负）说明相关性越高；圆形直径越大说明相关系数越大。

图1 树状牡丹不同指标间的相关性分析

2.3 树状牡丹不同指标的主成分分析

通过主成分分析法对树状牡丹的不同指标进行分析（表3），根据特征值gt;1的准则提取了6个主因子，从而将19个单项指标提取为6个新的相互独立的综合性状指标，分别用主成分C1、C2、C3、C4、C5和C6表示，其特征值分别为4.333、3.329、3.195、1.477、1.334和1.284，贡献率分别为22.81%、17.36%、16.81%、7.77%、7.02%和6.76%，累计贡献率达到78.53%，表明这6个综合因子具有较强的代表性。从各指标系数绝对值可以看出，第一主成分（C1）包括X4、X5、X7和X8，第二主成分（C2）包括X6、X9、X10、X11和X12，第三主成分（C3）包括X2、X13和X16，第四主成分（C4）包括X1、X15和X18，第五主成分（C5）包括X3，第六主成分（C6）包括X14、X17和X19，6个综合因子包含了19个指标的大部分信息，可以准确地评价树状牡丹的耐热性。

2.4 不同树状牡丹品种耐热性的综合评价

在对各个指标进行正反向标准化数据处理后，将数据和通过主成分分析得到的6个主因子系数进行乘积，计算出每个树状牡丹品种的19个指标的得分，并将其相加以获得该树状牡丹品种在各主成分的得分。根据式（1）计算出6个主成分综合指标所占的权重，分别为0.290、0.221、0.214、0.099、0.089和0.086，用式（2）得出各品种的隶属函数值，最后通过式（3）计算出各树状牡丹品种的综合分值，分值的大小即为每个品种的耐热能力强弱，即分值越大，耐热能力越强（表4）。

进一步采用聚类分析中的平方欧式距离法和组间连接方法对24个树状牡丹品种的耐热性进行分类和排名，获得4个类别，分别为I优秀、II良好、III中等和IV差（图2）。其中，2个品种评级为优秀，综合分值2.36～2.65，占比8.3%；4个品种评级为良好，综合分值1.86～2.17，占比16.7%；17个品种评级为中等，综合分值0.94～1.72，占比70.8%，评级为差的有1个品种，分值0.59。

2.5 不同树状牡丹耐热性等级的指标分析

基于聚类分析获得的4个耐热性类别，进一步分析热害指数以及8个与热害指数高度相关的指标趋势（图3）。随着树状牡丹耐热能力降低，热害指数和Y（NO）呈现上升趋势，而相对含水量、SP等其他7个指标整体呈现下降趋势。

3 结论与讨论

高温作为环境胁迫因子之一，会对树状牡丹的生长发育产生影响。耐热性较差的品种叶片通常易出现不同程度的萎蔫和枯焦，而长期处于高温胁迫下的植物可能会受到不可逆的损伤，导致其无法正常地生长和开花[7]。研究发现，高温胁迫下，耐热性优秀的树状牡丹品种的REC、Fv/Fm和SPAD值等普遍优于不耐热品种，这说明高温会导致牡丹的生长发育受到抑制，在一定程度上影响了树状牡丹的观赏价值。罗小燕等[8]通过对兰花抗氧化酶的测定发现，耐热性强的兰花品种的CAT、POD和SOD等抗氧化酶活性优于耐热性较差的品种，抗氧化酶能清除高温条件下产生的过量活性氧，从而减轻氧化损伤，抗氧化酶活性高低可以用于评价植株耐热性。Zhao等[9]研究发现经历过高温逆境的品种，其质膜中的渗透性和电解质的渗透压会提高，从而影响植株体内的渗透调节，导致植物组织中的电导率增加，通过相对电导率的测定，也能了解植物受到高温胁迫的程度。骞光耀等[10]，刘春英等[11]研究发现MDA含量是测定质膜损伤程度的重要生理指标，MDA含量越高，说明细胞膜脂的过氧化程度越重，证实了MDA含量的变化与细胞膜相对透性变化呈现正相关性；Zhao等[12]研究发现，高温干旱会降低Fv/Fm，Y（II）的数值，增加qN的数值，通过降低光能捕获和减少光系统II的活动，可以有效地保护反应中心免受损害，从而提高光合效率。本研究结果与上述结果基本一致，经过高温胁迫后的耐热品种叶片中的SOD、POD和CAT等抗氧化酶的含量高于不耐热的品种，而MDA的含量与耐热能力呈现负相关性。

研究单一或几个指标较难对牡丹的耐热能力进行规范性的评价[13-14]。在植物抗逆性研究中，为了使评价体系更加准确，通常会使用多元统计分析法。目前使用较多的主成分分析法可以将多个指标转换成几个特征向量，结合聚类分析法可以更加科学便捷地计算出每个品种的综合评分，这也使得评价体系变得更加的高效与规范[15]。王萌等[16]利用隶属函数法与聚类分析法，将定性指标与定量指标整合起来，从而反映了样本之间的差异性，另外也有学者将主成成分分析与隶属函数法相结合，从形态结构、生理指标和抗氧化酶活性等角度对植物各性状参数进行归类计算，评价结果具有一定的准确性与可靠性[17-19]。本研究参考其他植物的耐热体系和评价方法，将主成分分析、聚类分析和隶属函数等方法结合应用，选择了相适应的耐热性指标[20]，从而迅速并准确的筛选出了适合高温地区引种的树状牡丹品种。

树状牡丹作为观赏价值较高的园艺作物，引种前需要对其进行适应性评价。本研究通过相关性分析、主成分分析和聚类分析等多元统计方法对树状牡丹的耐热性进行评价，将24个树状牡丹品种耐热性分为4个等级，其中耐热性优秀品种2个（天鹅娇子、乌云集盛），耐热性良好品种4个（气壮山河、新世纪、黑妞和黑夫人）；筛选出热害指数、SPAD值和相对含水量等9个指标作为树状牡丹耐热性评价指标。研究结果为树状牡丹耐热品种选育及相关地区引种提供参考。

参考文献

[1] 朱向涛，王雁，吴倩，等. 江南牡丹茎段愈伤组织诱导与植株再生[J]. 核农学报，2015，29（1）：56-62.

[2] 徐艳，吕长平，成明亮，等. 几个牡丹品种的抗热性比较研究[J]. 湖南农业科学，2007（4）：180-183.

[3] 张佳平，李丹青，聂晶晶，等. 高温胁迫下芍药的生理生化响应和耐热性评价[J]. 核农学报，2016，30（9）：1848-1856.

[4] 侯赵玉，龚亦钊，钱祎，等. 芍药耐热性评价及其鉴定指标筛选[J]. 中国农业科学，2023，56（23）：4742-4756.

[5] 国家质量监督检验检疫总局， 中国国家标准化管理委员会. 植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南 牡丹：GB/T 32345—2015[S]. 北京：中国标准出版社，2016.

[6] 林海明. 主成分分析与初始因子分析的异同：兼与卢纹岱《SPSS for Windows统计分析》商榷[J]. 统计与决策，2006，22（8）：33-34.

[7] 白杨. 不同牡丹品种对夏季高温胁迫的生理响应及褪黑素缓解作用研究[D]. 泰安：山东农业大学，2023.

[8] 罗小燕，易双双，李崇晖，等. 兰花热胁迫响应机制及耐热性研究进展[J]. 分子植物育种，2023，21（19）：6406-6412.

[9] ZHAO B X，HUANG Q J. Research progress on peony under high temperature stress caused by climate warming[J]. E3S web of conferences，2021，252：03056.

[10] 骞光耀，孔祥生，张淑玲. 3个牡丹品种对高温胁迫的生理响应[J]. 江苏农业科学，2017，45（12）：103-105.

[11] 刘春英，陈大印，盖树鹏，等. 高、低温胁迫对牡丹叶片PSⅡ功能和生理特性的影响[J]. 应用生态学报，2012，23（1）：133-139.

[12] ZHAO D Q，ZHANG X Y，FANG Z W，et al. Physiological and transcriptomic analysis of tree peony （Paeonia section Moutan DC.） in response to drought stress[J]. Forests，2019，10（2）：135.

[13] 马朝喜，肖兴中，闫妞，等. 基于主成分分析和聚类分析的草莓品种综合评价[J]. 种子，2023，42（10）：77-82.

[14] 林春妹，廖道龙，刘子凡，等. 基于主成分分析的苦瓜自交系萌发期耐热性评价[J]. 种子，2022，41（7）：92-96.

[15] 李敏，苏慧，李阳阳，等. 黄淮海麦区小麦耐热性分析及其鉴定指标的筛选[J]. 中国农业科学，2021，54（16）：3381-3392.

[16] 王萌，赵曾菁，赵虎，等. 基于隶属函数和聚类分析法的广西韭菜地方种质资源耐热性评价[J]. 西南农业学报，2023，36（3）：541-549.

[17] 曹彩红，曹玲玲，田雅楠，等. 基于主成分分析和聚类分析的水培生菜品种综合评价[J]. 中国瓜菜，2023，36（9）：87-93.

[18] 王越，吕赢，蔺晓萱，等. 139份黄瓜种质资源主要果实性状的主成分和聚类分析[J]. 长江蔬菜，2023（22）：45-50.

[19] 王宏辉，顾俊杰，房伟民，等. 10个红掌品种的抗寒性与耐热性评价[J]. 植物资源与环境学报，2015，24（2）：40-47.

[20] 王桃云，蒋伟娜，顾华杰，等. 不同香青菜品种苗期耐热性分析与评价[J]. 江苏农业科学，2016，44（10）：211-213.

（责编：李 媛）

基金项目 江苏省农业科技自主创新资金项目[CX（22）3186]。

作者简介 黄则月（1994—），女，湖南临武人，硕士，工程师，从事林业生产技术推广工作。

通信作者 孟家松（1980—），男，安徽当涂人，博士，副教授，从事观赏植物种质资源利用与创新研究。

收稿日期 2024-03-11