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2021 , Vol. 42 >Issue 8: 2209 - 2218

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.08.012

种质资源与遗传育种

8个绣球品种耐热性综合评价与耐热指标筛选

  • 凌瑞 1 ,
  • 戴中武 1 ,
  • 代晓雨 1 ,
  • 吴春梅 1 ,
  • 翟俊文 1 ,
  • 郑泽新 2 ,
  • 吴沙沙 , 1, *
展开
  • 1.福建农林大学园林学院,福建福州 350002
  • 2.福建省绣球花卉科技有限公司,福建永春 362600
*吴沙沙,E-mail： 。

凌 瑞（1996—）,男,硕士研究生,研究方向：观赏植物资源与应用。

Copy editor: 沈德发

收稿日期: 2020-10-21

  要求修回日期: 2020-12-02

  网络出版日期: 2021-09-09

基金资助

2018年福建农林大学花卉产业专家指导服务团队项目(11891008001)

福建农林大学科研创新基金项目(KFA17331A)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
收起

Evaluation of Heat Tolerance and Screening the Index for the Assessment of Heat Tolerance in Cultivars of Hydrangea

  • LING Rui 1 ,
  • DAI Zhongwu 1 ,
  • DAI Xiaoyu 1 ,
  • WU Chunmei 1 ,
  • ZHAI Junwen 1 ,
  • ZHENG Zexin 2 ,
  • WU Shasha , 1, *
Expand
  • 1. College of Landscape Architecture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
  • 2. Fujian Hydrangea Flower Technology Co., Ltd., Yongchun, Fujian 362600, China
*WU Shasha,E-mail： 。

Received date: 2020-10-21

  Request revised date: 2020-12-02

  Online published: 2021-09-09

Copyright

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Fold

摘要

夏季高温已成为制约绣球引种与园林应用的首要限制因子,为构建绣球品种耐热性评价体系并筛选耐热品种,本研究以8个绣球品种为材料,对其高温半致死温度（HLT50）及其高温胁迫下热害指数（HII）进行观测,通过测定44 ℃/33 ℃（昼/夜）高温胁迫6 d后的14项生理生化指标,采用多元统计分析方法对其耐热性进行综合评价。结果表明：通过主成分分析法将原有14项指标转化为4个彼此独立的综合指标,利用隶属函数法得到各品种的综合评价值（D值）,通过聚类分析将8个绣球品种分为3个类群,耐热型包括‘花手鞠’与‘头花’;中等耐热型包括‘爱莎’‘含羞叶’‘小町’和‘纱织小姐’;不耐热型包括‘银边’与‘灵感’。在此基础上采用逐步回归法建立了以游离脯氨酸（Pro）含量、叶绿素（Chla+Chlb）含量、类胡萝卜素（Car）含量、叶绿素a/b值（Chla/Chlb）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、相对含水量（RWC）与可溶性糖（SS）含量7个指标为变量的耐热性评价模型。此外,HLT50与HII也可作为鉴定绣球品种耐热性的可靠方法。本研究可为绣球品种在南方城乡园林中的应用推广以及耐热型绣球品种选育提供理论依据。

关键词： 绣球品种; 耐热性; 生理生化; 隶属函数法; 综合评价体系

本文引用格式

凌瑞 , 戴中武 , 代晓雨 , 吴春梅 , 翟俊文 , 郑泽新 , 吴沙沙 . 8个绣球品种耐热性综合评价与耐热指标筛选[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(8) : 2209 -2218 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.08.012

Abstract

High temperature is one of the main limiting factors for the introduction and landscape application of Hydrangea in summer. In order to construct the heat resistance evaluation system of Hydrangea cultivars and select heat resistant cultivars, eight Hydrangea cultivars were used to observe the high temperature semi-lethal temperature (HLT50) and the heat injury indexes (HII) under high temperature stress, and 14 physiological and biochemical indexes were measured after six days of high temperature stress at 44 ℃/33 ℃, after which heat resistance was evaluated by multivariate statistical analysis method. The original 14 indexes were transformed into four independent comprehensive indexes by the principal component analysis, and the comprehensive evaluation value (D value) of each variety was obtained by the subordinate function method. According to D value, the eight Hydrangea cultivars were divided into three groups. The moderate heat resistance cultivars included ‘Essar’ ‘Elbtal’ ‘Komachi’ and ‘Shakespeare’. The heat sensitive cultivars included ‘Tricolor’ and ‘Inspiration’. The heat resistance cultivars included ‘Stockings’ and ‘Corsage’. On the basis of D value, the stepwise regression method was used to set up the variable heat resistance evaluation model with the content of proline (Pro), chlorophyll (Chla+Chlb), carotenoid (Car), chlorophyll a/b value (Chla/Chlb), superoxide dismutase (SOD) activity, relative water content (RWC) and soluble sugar (SS) contents as indicators. In addition, HLT50 and HII of high temperature could also be used as a reliable method to identify the heat resistance of Hydrangea cultivars. This study would provide a theoretical basis for the application and popularization of Hydrangea cultivars in southern urban and rural gardens as well as the breeding of heat-resistant hydrangea cultivars.

Key words： Hydrangea cultivars; heat resistance; physiology and biochemistry; subordination function method; comprehensive evaluation system

绣球（Hydrangea macrophylla）是中国传统观赏花木之一,又名八仙花、紫阳花,在我国有着悠久的栽培历史,不仅花色丰富、枝繁叶茂、观赏期长,具有极高的观赏价值及园林应用价值,而且其繁殖容易、抗性强,为建设生态型、节约型园林十分理想的绿化材料,因而具有广阔的市场前景,在国际市场上备受园艺爱好者的青睐[1]。绣球品种繁多,现已有约500余个,并不断有新品种被培育出来[2]。目前虽然有部分品种已逐渐应用在园林绿化美化中,但由于大部分绣球品种的原产地为温带气候,一些优良品种引种至夏季高温地区后,生长发育与观赏价值均受到严重影响,高温成为制约其园林推广与应用的首要限制因子,而全球气候变暖与城市热岛效应也为引种栽培工作带来更为严峻的挑战。若要在高温地区更好地引种栽培较为合适的绣球品种,耐热性是品种选择的重要指标之一。但是,目前国内外对绣球的研究多集中在资源调查[3,4]、栽培繁殖[5,6]及育种技术[7]等方面,对其抗性生理虽偶有报道,却大多集中在干旱胁迫[8,9]、铝盐胁迫[10,11]等方面,针对绣球品种的耐热性研究相对较少[12,13]。
相关研究表明,植物的耐热性作为多基因控制的复杂性状,往往会受到多方面复杂因素的影响[14]。传统上常用单一的指标对植物的耐热性进行鉴定,然而由于不同植物对高温环境的抗性机制不同,单一的指标通常无法将准确完整的信息反映出来[15,16]。评价植物耐热能力不仅需要选择适宜的评价指标,更需要依靠科学、准确的评价方法。目前常用多元统计分析方法对植物的耐热性进行综合评价,主要采用主成分分析法结合其他数据统计方法,如Logistic回归分析法、隶属函数分析法及聚类分析法等。该评价方法目前已经广泛应用于芍药属（Paeonia）[15,16,17]、铁线莲属（Clematis）[18]、杜鹃属（Rhododendron）[19]及蔷薇属（Rosa）[20]等多种植物的耐热性评价,这种多元建模分析技术的评价结果与田间热害观察结果一致。然而,目前有关绣球品种在高温环境下的形态表现、生理生化响应的研究鲜见报道,耐热性综合评价体系尚未建立。彭勇政等[20]在对绣球进行耐热品种筛选时发现,相对电导率、可溶性蛋白与脯氨酸可作为绣球品种耐热性鉴定的重要指标。辛雅芬等[12]研究了相对含水量、细胞膜透性、叶绿素含量、丙二醇含量与绣球耐热性的关系,研究发现不同生理指标在高温胁迫下变化显著,并且各指标之间存在一定的联系。虽然前人对绣球耐热性已经展开了一些研究,但大多集中在高温胁迫对部分生理指标的影响,对其耐热能力的鉴定也仅用单项指标来衡量,难以全面、准确地反映绣球品种的耐热性,仍缺乏更为系统和深入的评价体系研究[12,13]。
因此,本研究对人工模拟43 ℃/33 ℃（昼/夜）高温胁迫下8个绣球品种进行热害指数观测及生理生化指标的测定,以各项指标的耐热系数作为耐热性评价依据,利用主成分分析法、隶属函数法与聚类分析法对其耐热能力进行综合评价,最后利用逐步回归分析建立最优方程,筛选出与绣球品种耐热性密切关联的相关指标,旨在建立科学的绣球品种耐热性综合评价体系并简化鉴定工作,为绣球耐热品种的选育工作及在南方高温地区城乡园林绿化中的应用与推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料选择目前生产上具有一定规模且观赏性较高的8个绣球园艺品种,分别为：‘头花’（‘Corsage’）、‘花手鞠’（‘Stockings’）、‘灵感’（‘Inspiration’）、‘纱织小姐’（‘Shakespeare’）、‘含羞叶’（‘Elbtal’）、‘爱莎’（‘Essar’）、‘小町’（‘Komachi’）、‘银边’（‘Tricolor’）。所选用的8个品种近些年在我国南方地区苗圃中普遍栽培繁殖,尤其以云南昆明、浙江萧山、福建泉州等地栽培、应用数量相对较多。试验材料均为生长健壮、长势一致的两年生扦插苗,每个品种5株,共40株,栽培于福建农林大学（福建省福州市）森林兰苑遮阴棚内,常规水肥管理。

1.2 方法

1.2.1 高温半致死温度测定 为避免自然高温影响,于2020年9月20日（当日温度21~26 ℃）采集样叶。每个品种选取5株,采集1片叶片,采摘后自封袋保存迅速带回实验室,用去离子水洗净叶片后擦干,按照品种将所取叶片剪成0.5 cm2的碎叶,混匀后每次称取0.2 g碎叶置于装有20 mL去离子水的试管中,分别在25、35、40、45、50、55、60、65、70 ℃条件下水浴20 min,取出后静置2 h,期间自然冷却至室温,用电导仪测定电导值（Ct）,之后全部放置在100 ℃水浴锅中沸水浴15 min,取出静置冷却至室温后测定电导值（Cm）。以室温下叶片的电导值（Cck）为对照。每个温度处理重复3次。根据公式求细胞伤害率：细胞伤害率=(Ct-Cck)/(Cm-Cck)×100%[21]。
采用Logistic方程进行拟合计算,Logistic方程的表达方式为：y=k/(1+ae-bt),其中y为细胞的伤害率,t为不同的处理温度,k为细胞伤害率的饱和容量,本试验消除了本底干扰k为100%。方程经线性化处理后采用直线回归法求得方程参数a、b,代入公式T=lna/b,T值即为高温半致死温度（HLT50）。
1.2.2 高温处理与采样 胁迫试验于2020年9月开始,实验前将材料统一放置在人工气候室内进行适应性栽培7 d,将气候箱的光照强度控制在240 μmol/(m2·s),光周期为13 h/11 h（昼/夜）,温度控制在25 ℃/18 ℃（昼/夜）,相对湿度80%,高温处理前统一浇水,保持各盆土壤湿度基本一致。于第8天模拟高温条件开始胁迫试验,将人工气候室温度提升至43 ℃/33 ℃（昼/夜）,高温处理时间为8：00—17：00,光照强度和时间与湿度条件均不变。试验过程中为减轻高温引发的干旱胁迫,每隔1 d加一定量的水以补充基质水分。于高温胁迫处理第6天上午8：00—9：00进行采样,高温胁迫的第7天恢复正常温度,用于观察恢复状况。一部分样叶剪下后迅速用液氮冷冻,放置于-80 ℃超低温冰箱内冷藏,用于抗氧化酶等生理指标的测定,另一部分样叶于采集当天进行相对含水量、细胞膜透性、光合色素含量的测定。采样时选择同一叶位的当年生成熟功能叶进行测定相关指标,每个品种处理5株。
1.2.3 热害指数观测 植物热害等级评价方法参照张佳平[22]的方法做一定调整,将热害表现分为6个等级。0级：茎叶正常生长、几乎无热害表现;1级：少于1/4的茎叶萎蔫或焦尖;2级：1/4~1/2的茎叶萎蔫或焦边;3级：1/2~3/4的茎叶枯焦或穿孔;4级：3/4以上茎叶枯焦;5级：整株枯萎或死亡。根据公式计算出热害指数：
热害指数=[∑各株级数/(最高级数×总株数)]×100%。
1.2.4 生理指标测定 相对含水量（RWC）的测定采用烘干饱和称重法;细胞膜透性（cell membrane permeability,CMP）的测定采用电导率法;丙二醇（malondialdehyde,MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸TBA比色法;叶绿素a（chlorophyll a,Chla）含量、叶绿素b（chlorophyll b,Chlb）含量、叶绿素a/b值（Chla/Chlb）、叶绿素（chlorophyll content,Chla+Chlb）总含量、类胡萝卜素（carotenoids,Car）含量的测定采用酒精浸提法;超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性的测定采用氮蓝四唑NBT法;过氧化物酶（peroxidase,POD）活性的测定采用愈创木酚法;过氧化氢酶（catalase,CAT）活性的测定采用紫外吸收法;可溶性糖（soluble sugar,SS）含量的测定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白（soluble protein,SP）含量的测定采用考马斯亮蓝G-250试剂染色法;游离脯氨酸（proline,Pro）含量的测定采用酸性茚三酮显色法。试验方法均参考自李合生[21]的《植物生理生化实验原理和技术》,在浓度配比、反应时间及浸提、煮沸、冷却与烘干时长上适当改进,所有指标的测定均重复3次。
1.2.5 耐热性综合评价 （1）对各项指标进行耐热系数转化,公式如下：
耐热系数（α）=高温处理测定值/对照测定值× 100%
（2）综合评价方法。隶属函数法（subordination function method,SF method）和主成分分析法（principal component analysis,PCA）相结合的方法进行综合评价[23,24],首先将数据输入SPSS 20.0进行相关性分析,并获得特征值、贡献率与累积贡献率,计算主成分得分（principal component score,PCS）并利用隶属函数公式进行定量转换,公式如下：
$U(PC{{S}_{j}})=\frac{({{X}_{j}}-{{X}_{\text{min}}})}{({{X}_{\text{max}}}-{{X}_{\text{min}}})}$
${{W}_{j}}={{P}_{j}}/\sum\limits_{j=1}^{n}{Pj}$（j=1,2,…,n）
$CS=\sum\limits_{j=1}^{n}{[X\text{(}PC{{S}_{j}}\text{)}\times {{W}_{j}}]}$（j= 1,2,…,n）
将8个品种各自的PCS代入公式（2）。Xj为某品种第j个主成分的得分,Xmin为8个品种第j个主成分得分内的最小值,Xmax为8个品种第j个主成分得分内的最大值,X（PCSj）为第j个主成分得分的隶属函数值。将主成分得分的隶属函数值代入公式（3）,Wj为第j个主成分的贡献率比率,Pj为第j个主成分的贡献率。所获得的隶属函数值之和[公式（4）]即为该品种耐热性的综合得分（comprehensive score,CS）,即耐热性综合评价值（D值）,综合得分越高则耐热性越强。根据D值进行聚类分析和多元逐步回归分析。

1.3 数据处理

利用Microsoft Office Excel 2016软件进行数据整理与图表绘制。在SPSS 20.0软件中进行差异显著性检验、多重比较及双变量相关性分析、主成分分析、隶属函数计算、系统聚类分析及多元逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同绣球品种的高温半致死温度

耐热性研究方法有很多,通过电导法配合Logistic回归方程的拟合计算出待测植物的高温半致死温度（HLT50）来评价植物耐热性是其中的一种[25]。通过对不同温度处理下各绣球品种叶片细胞伤害率的测定结果进行Logistic方程拟合,拟合度R2在0.804~0.968之间（表1）,均大于决定系数显著性临界值,说明拟合结果符合Logistic方程的变化规律且准确度较高。
表1 各绣球品种的方程参数及半致死温度

Tab. 1 Parameters of equation and semi-lethal temperature of Hydrangea cultivars

品种
Cultivars		 方程系数 Equation coefficient 相关系数 R2
Correlation coefficient		 高温半致死温度
HLT50		 排序
Order
a b
含羞叶 5 524.746 0.150 0.968** 57.447 5
头花 78 663.685 0.191 0.939** 59.021 1
小町 1 506 915.510 0.243 0.921** 58.541 3
爱莎 38 472.875 0.183 0.814** 57.692 4
银边 488 165.384 0.234 0.834** 55.976 7
花手鞠 81 850.727 0.192 0.885** 58.920 2
纱织小姐 18 862 409.123 0.296 0.820** 56.597 6
灵感 302 085.254 0.229 0.804** 55.102 8

注：*和**分别表示处理与对照之间差异达显著（P<0.05）和极显著水平（P<0.01）。

Note: * and ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively.

HLT50是用于评价植物耐热性的重要指标之一,与绣球耐热性呈正相关。所测8个品种的HLT50范围在55.10~59.02 ℃之间（表1）,平均值为57.41 ℃。根据HLT50数值,参试8个绣球品种耐热性排序依次为：‘头花’>‘花手鞠’>‘小町’>‘爱莎’>‘含羞叶’>‘纱织小姐’>‘银边’>‘灵感’。

2.2 不同绣球品种的热害指数观测

热害指数（HII）反映了不同绣球品种的耐热能力,热害指数越低则植株耐热性相对越强,此方法简单易行,可作为评价植物耐热性强弱的指标之一[22]。高温胁迫对绣球品种茎叶生长势影响显著,各品种的热害指数均显著升高。结果表明,43 ℃高温胁迫6 d后,8个品种形态与对照组相比均发生了较为明显的变化,各品种叶片均表现出不同程度的叶缘卷曲、褐变失绿、失水皱破、萎蔫干枯、脱落等热害症状,严重影响其观赏价值,其中品种‘纱织小姐’与‘银边’全株超过3/4的叶片发生褐变、老叶枯萎甚至脱落,受热害程度最严重;品种‘花手鞠’与‘头花’受热害程度相对较轻,表现出较强的耐热性。各品种根据热害指数由到高到低次序为：‘纱织小姐’>‘银边’>‘灵感’>‘小町’>‘爱莎’>‘含羞叶’>‘花手鞠’≈‘头花’,热害指数分别为：14.4%、13.6%、12.8%、8.8%、7.2%、6.4%、5.6%与5.6%。

2.3 绣球品种的耐热性综合评价

2.3.1 各项指标的耐热系数及相关性分析 将43 ℃/33 ℃高温胁迫6 d后的各项指标测定结果进行耐热系数α值转化（表2）。由表2可知,各绣球品种经高温胁迫后的CMP、MDA含量、POD活性、CAT活性、SS含量、SP含量与Pro含量与对照相比均有提升（α>100%）;RWC与对照相比有所下降（α<100%）;Chla含量、Chlb含量、Chla+Chlb含量、Chla/Chlb值、Car含量与SOD活性在品种‘含羞叶’‘小町’‘爱莎’‘银边’‘纱织小姐’和‘灵感’中与对照相比有所下降,在品种‘头花’‘花手鞠’中与对照相比有所提升。此外,14项耐热指标在经过耐热系数转化后变化幅度差异显著,其中变化幅度最大的指标为POD活性,变化幅度最小的为RWC,并且不同品种在同一指标内的变化差异较大。
表2 8个绣球品种生理指标耐热系数

Tab. 2 Heat tolerance coefficients of physiological indexes of eigth Hydrangea cultivars %

品种 Cultivars RWC CMP MDA Chla Chlb Chla/Chlb Chla+Chlb Car SOD POD CAT SSC SPC Pro
含羞叶 70.52 258.91 352.94 42.07 57.81 67.95 46.50 137.79 96.81 763.08 247.80 227.89 473.46 775.38
头花 69.25 194.92 172.59 152.72 127.63 119.88 144.18 150.99 107.01 642.18 236.49 313.94 539.17 976.06
小町 58.42 320.77 270.07 69.21 76.16 88.00 60.07 89.22 88.29 1495.53 251.61 172.13 214.47 624.72
爱莎 73.83 235.41 178.56 89.59 72.56 123.07 83.80 84.15 93.00 660.79 182.27 303.58 205.23 786.13
银边 65.83 217.44 187.79 53.40 96.24 51.63 64.01 70.43 88.71 841.58 260.09 175.55 113.32 375.23
花手鞠 85.81 223.31 132.03 116.80 112.79 103.27 115.60 117.71 127.91 731.37 254.24 295.13 269.98 981.55
纱织小姐 72.28 165.72 426.70 75.34 91.17 82.79 80.17 79.81 92.26 1119.77 310.75 208.89 272.62 543.25
灵感 60.09 191.51 200.30 50.77 74.55 69.09 57.53 57.78 81.27 957.71 319.14 260.77 126.57 493.30

注：RWC：相对含水量;CMP：单株干重;MDA：丙二醇含量;Chla：叶绿素a含量;Chlb：叶绿素b含量;Chla/Chlb：叶绿素a/b值;Chla+Chlb：叶绿素总含量;Car：类胡萝卜素含量;SOD：超氧化物歧化酶活性;POD：过氧化物酶活性;CAT：过氧化氢酶活性;SSC：可溶性糖含量;SPC：可溶性蛋白含量;Pro：游离脯氨酸含量。

Note: RWC: relative water content; CMP: cell membrane permeability; MDA: malondialdehyde content; Chla: chlorophyll a content; Chlb: chlorophyll b content; Chla/Chlb: chlorophyll a/b; Chla+Chlb: chlorophyll content; Car: carotenoid content; SOD: superoxide dismutase activity; POD: peroxidase activity; CAT: catalase activity; SSC: soluble sugar content; SPC: soluble protein content; Pro: proline content.

从表3可见,RWC与SOD活性之间存在极显著相关关系,与Pro含量之间存在显著相关关系;Chla含量与Chlb含量、Chla/Chlb及Chla+Chlb含量之间存在极显著相关关系,与SOD活性、SS含量及Pro含量之间存在显著相关关系;Chlb含量与Chla+Chlb含量之间存在极显著相关关系;Chla/Chlb与Chla+Chlb含量、SS含量及Pro含量之间存在显著相关关系;Chla+Chlb含量与SOD活性、SS含量及Pro含量之间存在显著相关关系;Car含量与SP含量及Pro含量之间存在极显著相关关系,与SOD活性的之间存在显著相关关系;SOD活性与Pro含量之间存在极显著相关关系;POD活性与SS含量之间存在显著相关关系;SS含量与Pro含量之间存在显著相关关系;SP含量与Pro含量之间存在显著相关关系。其余各项指标之间关系不显著（表3）。可见,各单项指标之间普遍存在信息重叠现象,可能会在一定程度上影响绣球品种耐热性鉴定结果。
表3 不同绣球品种各单项指标的相关系数矩阵

Tab. 3 Correlation matrix of every individual indicator in different Hydrangea cultivars

指标Indicator RWC CMP MDA Chla Chlb Chla/Chlb Chla+Chlb Car SOD POD CAT SS SP Pro
RWC 1.000
CMP -0.286 1.000
MDA -0.186 -0.031 1.000
Chla 0.471 -0.240 -0.463 1.000
Chlb 0.383 -0.434 -0.453 0.836** 1.000
Chla/Chlb 0.434 -0.010 -0.358 0.821** 0.397 1.000
Chla+Chlb 0.521 -0.374 -0.467 0.985** 0.894** 0.742* 1.000
Car 0.407 0.123 -0.041 0.574 0.364 0.430 0.548 1.000
SOD 0.850** -0.075 -0.373 0.687* 0.621 0.490 0.709* 0.652* 1.000
POD -0.587 0.450 0.460 -0.392 -0.305 -0.321 -0.466 -0.433 -0.458 1.000
CAT -0.294 -0.437 0.407 -0.360 -0.004 -0.611 -0.275 -0.399 -0.274 0.427 1.000
SS 0.540 -0.366 -0.530 0.696* 0.386 0.762* 0.699* 0.432 0.541 -0.734* -0.383 1.000
SP 0.260 -0.027 0.196 0.497 0.273 0.385 0.476 0.941** 0.442 -0.366 -0.250 0.389 1.000
Pro 0.635* 0.083 -0.328 0.764* 0.413 0.781* 0.716* 0.825** 0.813** -0.494 -0.530 0.759* 0.703* 1.000

注：*和**分别表示处理与对照之间差异达显著（P<0.05）和极显著水平（P<0.01）。RWC：相对含水量;CMP：单株干重;MDA：丙二醇含量;Chla：叶绿素a含量;Chlb：叶绿素b含量;Chla/Chlb：叶绿素a/b值;Chla+Chlb：叶绿素总含量;Car：类胡萝卜素含量;SOD：超氧化物歧化酶活性;POD：过氧化物酶活性;CAT：过氧化氢酶活性;SSC：可溶性糖含量;SPC：可溶性蛋白含量;Pro：游离脯氨酸含量。

Note: * and ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively. RWC: relative water content; CMP: cell membrane permeability; MDA: malondialdehyde content; Chla: chlorophyll a content; Chlb: chlorophyll b content; Chla/Chlb: chlorophyll a/b; Chla+Chlb: chlorophyll content; Car: carotenoid content; SOD: superoxide dismutase activity; POD: peroxidase activity; CAT: catalase activity; SSC: soluble sugar content; SPC: soluble protein content; Pro: proline content.

2.3.2 不同绣球品种各单项指标的主成分分析 主成分分析法能通过降维的方式将多个相互关联的指标转化为少数几个包含原变量大部分信息且相互独立的综合指标。特征值能在一定程度上反映主成分的影响力,当特征值大于1则可作为较好的评价依据。通过对高温胁迫下绣球品种各项指标的耐热系数进行主成分分析,前4个主成分的特征值大于1,把原本相互关联的13个单项指标重新降维成4个新的互不干扰的综合指标,依次用Z1~Z4表示,4个综合指标的特征值分别为7.299、1.987、1.589和1.195,贡献率分别为52.134%、14.189%、11.351%和8.533%,累计贡献率达86.207%（当累积贡献率超过80%则具有较强数据代表性）,说明所提取的这4个综合指标基本上能代表不同绣球品种耐热性原始数据的绝大部分信息（表4）。
表4 各综合指标的特征向量及贡献率

Tab. 4 Eigenvector and proportion of comprehensive indicators

指标
Indicator		 特征向量 Eigenvector
Z1 Z2 Z3 Z4
RWC 0.257 -0.078 0.057 -0.366
CMP -0.079 0.586 -0.262 0.263
MDA -0.178 0.172 0.570 -0.081
Chla 0.336 -0.100 -0.004 0.338
Chlb 0.253 -0.349 0.099 0.400
Chla/Chlb 0.293 0.109 -0.205 0.167
Chla+Chlb 0.336 -0.192 0.040 0.273
Car 0.270 0.337 0.328 -0.005
SOD 0.308 0.001 0.091 -0.014
POD -0.244 0.122 0.086 0.585
CAT -0.184 -0.391 0.423 0.113
SS 0.306 -0.100 -0.156 -0.243
SP 0.226 0.305 0.470 -0.026
Pro 0.338 0.237 0.038 -0.015
特征值 7.299 1.987 1.589 1.195
贡献率/% 52.134 14.189 11.351 8.533
累计贡献率/% 52.134 66.323 77.674 86.207
主成分中各项指标的荷载值大小能反映出该指标在主成分中的关键程度。对各综合指标进行特征向量分析,其中Z1中Chla含量、Chla+Chlb含量和Pro含量有较大的正载荷量;Z2中SP含量、Car含量和CMP有较大的正载荷量,Chlb含量和CAT活性有较大负荷载量;Z3中MDA含量、CAT活性与SP含量有较大的正载荷量;Z4中POD活性、Chla含量与Chlb含量有较大的正载荷量,RWC与SS含量有较大负荷载量。综合指标的贡献率的大小能反映不同综合指标的相对重要性,主成分Z1的贡献率最大（表4）,说明主成分Z1所涵盖的信息能更全面地反映8个绣球品种的耐热能力。
2.3.3 不同绣球品种耐热性综合分析 将8个绣球品种的各项生理指标的耐热系数与其主成分的荷载值相结合,根据线性组合方程计算结果得出4个主成分的得分值（comprehensive index,CI）,得分值越高说明该品种在这一综合指标中的耐热表现越好。由表5可知,品种‘头花’与‘花手鞠’在第1主成分上的耐热性最强;品种‘含羞叶’与‘小町’在第2主成分上的耐热性最强;品种‘含羞叶’与‘纱织小姐’在第3主成分上的耐热性最强;‘小町’与‘头花’在第4主成分上的耐热性最强。
表5 8个绣球品种的4个主成分得分值

Tab. 5 Four principal factor scores of eight Hydrangea cultivars

品种
Cultivars		 综合指标值 Comprehensive indicator value
CI1 CI2 CI3 CI4
含羞叶 -0.698 2.207 1.356 -1.539
头花 4.364 -0.187 0.725 0.978
小町 -2.326 1.799 -0.533 1.992
爱莎 1.222 0.621 -2.060 -0.967
银边 -2.223 -1.129 -0.650 -0.110
花手鞠 3.450 -0.596 -0.274 -0.125
纱织小姐 -1.334 -1.173 1.879 0.101
灵感 -2.455 -1.542 -0.443 -0.331
为进一步明确4个综合指标对绣球高温胁迫耐受性的贡献率,采用隶属函数法对绣球品种的耐热性进行综合评价。在CI值的基础上利用隶属函数算法进行数值转换得到其隶属函数值（subordinate function value,U）,并计算其综合评价值（D值）。品种的D值越高说明其耐热能力越强,各品种的综合评价值由高至低依次为：
‘头花’‘花手鞠’‘爱莎’‘含羞叶’‘小町’‘纱织小姐’‘银边’和‘灵感’（表6）。
表6 8个绣球品种的隶属函数值U(X)

Tab. 6 U(X) value of eight Hydrangea cultivars

品种
Cultivars		 隶属函数值 Membership function value 综合评价值
D		 排序
Range
U1 U2 U3 U4
含羞叶 0.258 1.000 0.867 0.000 0.435 4
头花 1.000 0.361 0.707 0.713 0.828 1
小町 0.019 0.891 0.388 1.000 0.308 5
爱莎 0.539 0.577 0.000 0.162 0.437 3
银边 0.034 0.110 0.358 0.405 0.126 7
花手鞠 0.866 0.252 0.453 0.400 0.665 2
纱织小姐 0.164 0.098 1.000 0.464 0.293 6
灵感 0.000 0.000 0.411 0.342 0.088 8
2.3.4 不同绣球品种耐热性聚类分析 聚类分析法是一种能根据对象性质划分为不同集合的样本归类方法[26]。由图1可知,本研究根据各个材料的耐热指标综合评价值（D值）,采用平方欧氏距离,用离差平方和法对不同绣球品种的耐热性进行了系统聚类分析,聚类结果在欧式距离5处可将绣球耐热性分为3类：中等耐热型品种、不耐热型品种、耐热型品种。其中,中等耐热型品种包括‘爱莎’‘含羞叶’‘小町’和‘纱织小姐’;不耐热型包括品种‘银边’与‘灵感’;耐热型包括品种‘花手鞠’与‘头花’。8个绣球品种的耐热性鉴定结果与热害指数鉴定结果、高温半至死温度鉴定结果大体一致。
图1 8个绣球品种的耐热性聚类图

1：含羞叶,2：头花,3：小町,4：爱莎,5：银边,6：花手鞠,7：纱织小姐,8：灵感。

Fig. 1 Dendrogram for cluster analysis of heat tolerance in eight Hydrangea cultivars

1: Elbtal, 2: Corsage, 3: Komachi, 4: Essar, 5: Tricolor, 6: Stockings, 7: Shakespeare, 8: Inspiration.

2.3.5 耐热鉴定指标的筛选 为探究各项指标与耐热性之间的关系,在保证评价结果准确性的同时精简评价指标,建立可用于绣球品种耐热性评价的数学模型,将8个绣球品种的综合评价D值作为因变量,各单项指标的耐热系数作为自变量进行逐步回归分析,得出预测绣球品种耐热能力的最优回归方程：D=-0.707-0.000068X1+ 0.001408X2+0.004131X3+0.003451X4+0.003746X5-0.000398X6-0.000038X7（R2=1,P=0.0001）。由方程可知,原有的14个指标被精简为X1~X7 7个指标,它们分别代表Pro含量、Chla+Chlb含量、Car含量、Chla/Chlb、SOD活性、RWC与SS含量的耐热系数α,可用于鉴定不同绣球品种的耐热性,即在相同条件下测定其他品种的这7个指标,并计算其耐热系数,进而利用该方程预测相应品种的耐热性。
用该回归方程对8个品种的耐热性进行预测,即把8个品种的上述7个指标的耐热系数（α值）代入该方程,得到各品种的预测值：‘含羞叶’为0.435,‘头花’为0.828,‘小町’为0.308、‘爱莎’为0.437,‘银边’为0.126,‘花手鞠’为0.665,‘纱织小姐’为0.293,‘灵感’为0.088。将各品种的预测值与综合评价值进行相关性分析,二者相关系数R2=1,在0.1水平上显著相关。说明此方程能够很好地量化各品种的综合耐热能力与各指标值间的因果关系,对绣球品种间耐热性的预测效果较好。
此外,将各品种的耐热性综合评价D值与高温半致死温度HLT50进行相关性分析,发现二者成极显著正相关（R2=0.868）;将各品种的耐热性综合评价D值与热害指数HII进行相关分析,发现二者呈显著负相关（R2=-0.743）,即测定HLT50与HII也可作为鉴定绣球品种耐热性的可靠方法。

3 讨论

相关研究表明,植物细胞膜的热稳定性与其耐热能力密切相关[27],通过电导率法结合Logistic方程拟合估算HLT50,能较为准确地反映植物耐性差异。通过该方法评价植物耐热性既便捷又高效[28,29],现已应用在杜鹃花科（Ericaceae）[30]、蔷薇科（Rosaceae）[31]及景天科（Crassulaceae）[32]等多种植物材料的耐热性鉴定中,并已有学者验证该方法在多个经济作物与观赏花卉品种耐热性差异评价中的可行性[33,34]。但也有学者认为由于该实验方法在离体条件下进行,因而并不能准确反映出品种间的耐热差异[33]。本研究对8个绣球品种的HLT50进行测定,温度范围在55.10~59.02 ℃之间,测定结果与耐热性综合评价结果呈极显著正相关（R2=0.868）,验证了其作为绣球品种耐热评价指标的可靠性。刘婉迪等[30]测定出9个杜鹃品种（Rhododendron simsii）的HLT50范围在46.92~53.84 ℃之间,刘志高等[18]对20个铁线莲品种的HLT50进行测定,HLT50最高的品种仅为42.17 ℃,其耐热能力均不如本研究参试的8个绣球品种。从耐热性角度考虑,8个绣球品种的半致死温度均超过了55 ℃,说明这8个品种都有一定的高温耐受能力,是华南地区园林绿化材料更新潜在的植物资源,但其耐热能力与凌霄（Campsis grandiflora）、地锦（Parthenocissus inserta）、牛轭草（Murdannia loriformis）和细竹篙草（Murdannia simplex）等平均HLT50在60 ℃以上的观赏植物相比仍存在差距[35,36]。这一方面体现了不同植物种类间的耐热性差异,另一方面反应出绣球品种对高温的耐受能力有限,在实际应用中需要尽量配置在通风良好的遮荫环境下。此外,各品种的耐热性综合评价D值与HLT50呈极显著正相关（R2=0.868）,说明绣球的高温半致死温度能较好地反映其耐热性,可作为其耐热性评价的关键指标。
持续高温会造成绣球的叶片失绿褐变、萎蔫下垂甚至枯萎,这是由于高温引起植物体内的酶代谢失活最终导致叶绿素合成减少,或是叶片细胞含水量降低的表现[16,37]。HII通过将高温胁迫下植物的表型特征数量化直观地反映受热害程度,被作为可靠评价指标广泛地应用在耐热性评价研究中[17,18]。本研究结果表明,高温胁迫下各绣球品种皆表现出不同程度的热害症状,其中‘花手鞠’与‘头花’在高温环境下形态表现较好,为耐热品种;‘纱织小姐’与‘银边’受热害程度较高,为热敏品种,该鉴定结果与耐热综合评价D值聚类鉴定结果基本一致。此外,不同耐热型绣球品种的HII差异显著,各品种的耐热性综合评价D值与热害指数HII呈显著负相关（R2=-0.743）,进一步验证了以HII作为绣球耐热性评价关键指标的可靠性,为通过表型观测对品种耐热性进行预判提供了依据。
植物能利用自身体内的一系列生理代谢途径来抵御或适应高温胁迫,比如通过产生兼容溶质组织蛋白质与细胞结构,通过渗透调节保持细胞充盈,通过抗氧化系统重建细胞氧化还原平衡与内稳态等[38]。不同植物种类对高温胁迫的动态响应机制存在较大差异,植物的耐热能力不仅与高温胁迫的程度与胁迫时间有关,也受到植物的遗传背景、表型性状、生长发育阶段与生理代谢水平等多方面因素的影响,是在植物与各环境因子之间相互作用的复杂过程中形成的[39]。本研究采用人工气候室模拟高温胁迫环境,有效地避免了干旱、强光、高湿等复合逆境的影响,便于更加客观地对绣球品种的耐热性进行评价。可用于观赏植物耐热性鉴定的指标,不同指标对高温胁迫的敏感程度表现不一,且各指标间存在着复杂的关联性[40,41]。本研究选用的14项生理生化指标在高温胁迫下的响应方式各异,其相关性分析结果也表明各单项指标所提供的耐热响应信息发生不同程度的交叉重叠,这与上述观点一致,说明根据其中任何一项指标对绣球品种的耐热性进行评价都将得到不同的评价结果,因此无法直接通过相互矛盾的单一指标对绣球各品种的耐热性进行评价,耐热性作为复杂的综合性状需要依靠多元的统计分析方法,建立高效、科学的绣球耐热性综合评价体系[42]。
为此,本研究采用主成分分析法结合隶属函数分析法进一步将各指标进行综合分析,以期弥补单项指标评价耐热性的缺陷,得到更为准确的耐热性评价结果。通过测定对照及高温胁迫处理下不同绣球品种的14个单项指标,以各项指标的耐热系数α为基础,利用主成分分析法将原有的14个单项指标降维成4个互不干扰的综合指标,再利用隶属函数分析法获得不同绣球品种的耐热性综合评价D值。由于D值不仅与各指标间的关联性相关,也与各指标的权重相关,所以利用其对绣球耐热性评价更具有系统性和科学性。根据综合评价D值进行聚类分析,可将各参试绣球品种划分为耐热型、中等耐热型和不耐热型3个类群,耐热型品种包括‘花手鞠’与‘头花’,其耐热表现较好,是应用在南方夏季高温地区的潜在优良品种;中等耐热型品种包括‘爱莎’‘含羞叶’‘小町’与‘纱织小姐’;不耐热型品种包括‘银边’与‘灵感’,其耐热表现较差,更适合栽植在温度不高的温带地区。
此外,本研究利用逐步回归法建立了能够快速、准确鉴定绣球品种耐热性评价模型,筛选出Pro含量、Chla+Chlb含量、Car含量、Chla/Chlb、SOD活性、RWC与SS含量等7个显著影响绣球品种耐热性单项指标。经过预测值验证,结果表明由这7项指标构建的评价模型能能够很好地量化各品种的综合耐热能力与各指标值间的因果关系,进而高效、准确地预测不同绣球品种耐热能力的强弱,可作为绣球品种耐热性鉴定的关键指标,进一步为绣球品种耐热性鉴定工作简化了工作量。
在本研究的基础上,更多研究可以进一步展开,如通过解剖技术进一步探究绣球叶片显微结构与其耐热性的联系;选择耐热性强的品种作为亲本培育新种质展开育种工作;随着分子生物技术的成熟,对植物的耐热性研究也已达到分子水平,选择耐热与不耐热绣球品种构建基因文库,筛选与耐热性直接相关的关键基因,通过基因与表达产物进一步揭示绣球对高温的响应机制,导入外源基因进行耐热性育种是未来研究的方向之一。此外,绣球由于其极高的观赏价值与经济价值,在园林美化、盆花销售与切花生产中扮演越来越重要的角色,但其生产栽培仍受不同地区气候差异的限制,故除研究品种本身的抗逆性强弱和响应机制外,探索更多有助于提升其抗性的方法,从而降低栽培管理成本并扩大生产应用区域也是较好的切入点。

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