6種景天科多肉植物短時高溫脅迫耐熱性評價

吳 瑋，胡進峰，陳 峰，王 俊，王長方

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所，福州 350013）

0 引言

多肉植物精致小巧、造型可人，以其營造的“微觀盆景”成為大眾綠植種養(yǎng)新寵。景天科多肉植物品種繁多，形態(tài)多樣[1-2]，同時具易繁殖、耐修剪、耐干旱等優(yōu)點，是多肉植物種養(yǎng)的主要品種[3]。

蚧殼蟲是盆栽多肉植物種植過程中的主要害蟲[4-5]，長期以來對盆栽多肉植物蟲害防治的主要手段是化學(xué)防治[6]。化學(xué)農(nóng)藥過度使用使居住環(huán)境安全[7-8]和蟲害防治之間的矛盾日益突出。安全、無污染的物理害蟲防治無疑是解決這種矛盾的最佳方法[9-10]，短時高溫脅迫會對昆蟲存活率、生殖力等產(chǎn)生不可逆的影響[11-13]。季璐等[14]認(rèn)為短時高溫脅迫對褐飛虱存活及其熱激蛋白基因hsp70表達產(chǎn)生影響。此外短時高溫處理對白粉虱、綠盲蝽、麥長管蚜、二點委夜蛾、斑痣懸繭蜂等許多昆蟲的存活和生殖產(chǎn)生影響[15-19]。高溫脅迫下多肉植物和害蟲的耐熱性存在差異，然而過高的溫度在防除害蟲的同時會對植物造成影響，所以多肉植物是否具有更高的耐熱性閾值是在植株上進行短時高溫殺蟲的關(guān)鍵。但長期以來，關(guān)于多肉植物耐熱性的研究甚少。本研究以6種景天科多肉植物為對象，采用電導(dǎo)率測定法，探索多肉植物耐熱性和植物細(xì)胞傷害率的關(guān)系以及半致死溫度變化，以期為多肉植物蟲害短時高溫處理的物理防治方法提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的景天科多肉植物品種有觀音蓮(Sempervivumtectorum‘Oddity’)、冰 梅 (Echeveria‘Rasberry ice’)、唐印(Kalanchoe tetraphylla)、乙女心(Sedumpachyphyllum‘Rose’)、 福娘(Cotyledon orbiculata‘Oophylla’)、黑法師 (Aeonium arboretum‘Zwartkop’)。這6種景天科多肉植物均來自福建省農(nóng)科院植保所苗圃，生長期常規(guī)管理。2019年3月選擇長勢基本一致健康成熟的葉片進行采樣。

1.2 方法

1.2.1 參試樣品短時熱處理方法 每個品種選取健康強壯的功能葉片12片，用去離子水漂洗凈后，濾紙吸干葉片表面水分，然后將葉片切成0.5 cm2的小塊，稱取0.5 g葉片放入盛有20 mL去離子水的試管中，輕輕搖晃試管使去離子水面完全淹沒葉片。之后分別在35、40、45、50、55、60、65、70℃條件下水浴加熱15 min，取出靜置約2 h冷卻至室溫，用電導(dǎo)儀（DDS-11A型）測定浸提液電導(dǎo)率Ra。然后將試管放入沸水條件下水浴15 min后取出靜置冷卻2 h，再次測定浸提液電導(dǎo)率Rb，每個處理組3次重復(fù)。以室溫處理下測定的植物葉片浸提液電導(dǎo)率Rc為對照。

1.2.2 植物細(xì)胞傷害率計算 在高溫脅迫條件下，植物細(xì)胞膜遭到破壞，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲。通過電導(dǎo)率法測定相對電導(dǎo)率，根據(jù)相對電導(dǎo)率變化判斷高溫傷害程度是對植物耐熱性判斷最常用的方法[15-16]。因此相對電導(dǎo)率(REC)即為植物細(xì)胞傷害率。植物細(xì)胞傷害率用式(1)計算。

1.2.3 Logistic方程參數(shù)確定 將溫度與樣品細(xì)胞的傷害率用Logistic方程y=k/(1+ae-bt)擬合，方程中y代表植物細(xì)胞傷害率，t代表處理溫度，k為葉片細(xì)胞傷害率的飽和容量，由于葉片細(xì)胞傷害率公式中消除了本底干擾，因而k值可設(shè)定為100，a、b為方程參數(shù)。由y=k/(1+ae-bt)方程式轉(zhuǎn)化可得，其中變化只與植物細(xì)胞傷害率y相關(guān)，因此令，Y為植物細(xì)胞傷害率轉(zhuǎn)化值，則得到與Y和t相關(guān)的直線方程Y=lna-bt。因此Logistic方程參數(shù)a、b可以通過直線回歸分析的方法求出。采用軟件SPSS 19.0進行線性回歸分析。

1.2.4 短時高溫半致死溫度計算 由Y=lna-bt求二級導(dǎo)數(shù)，得出t=lna/b。令Y=0，此時t值位于曲線拐點，即為短時高溫半致死溫度(LT50)。

2 結(jié)果與分析

2.1 短時高溫處理對葉片細(xì)胞傷害率的影響

根據(jù)8個梯度短時高溫處理下參試的6種景天科多肉植物葉片細(xì)胞傷害率結(jié)果，繪制短時處理溫度變化與葉片細(xì)胞傷害率關(guān)系圖（圖1）。溫度在40～50℃區(qū)間，細(xì)胞傷害率隨著溫度升高呈緩慢上升趨勢，當(dāng)溫度升高至50～60℃時，細(xì)胞傷害率隨著溫度升高急劇增加，但在溫度60～70℃時，隨溫度升高細(xì)胞傷害率增長趨于平穩(wěn)。總體上6種多肉植物葉片細(xì)胞傷害率曲線隨溫度的升高均呈“S”型，符合Logistic方程規(guī)律。

圖1 6種景天科多肉植物細(xì)胞傷害率與短時高溫的關(guān)系

2.2 Logistic方程參數(shù)的確定和短時高溫半致死溫度

6種景天科多肉植物葉片細(xì)胞傷害率轉(zhuǎn)化值Y如表1所示，回歸方程及半致死溫度(LT50)結(jié)果如表2所示。短時高溫處理下供試的6種多肉植物L(fēng)T50在53.17～61.68℃之間。黑法師和唐印耐熱性最高，LT50分別為61.68、60.72℃；而乙女心和福娘耐熱性最低，分別為53.17、54.55℃。根據(jù)半致死溫度測定結(jié)果，6種景天科多肉植物耐熱性由高到低分別是黑法師(61.68℃ )、唐 印 (60.72℃ )、觀 音 蓮 (57.60℃ )、冰 梅(56.99℃)、福娘(54.55℃)、乙女心(53.17℃)。

3 討論

短時高溫物理防治害蟲由于安全、無污染近年來備受關(guān)注，但短時高溫在殺滅害蟲的同時會對寄主植物造成傷害，因此合理有效利用短時高溫，測定寄主植物與害蟲之間耐熱性閾值差異顯得至關(guān)重要。植物細(xì)胞膜透性的穩(wěn)定性是離體葉片的滲透情況在一定溫度范圍內(nèi)的特性。利用這一特性采用電導(dǎo)率測定細(xì)胞傷害率是一種靈敏、快捷的植物耐熱性方法[20-23]。試驗選取了比較有代表性的6種景天科多肉植物為研究對象，對多肉植物耐熱性研究具有一定參考價值。

表1 植物細(xì)胞傷害率轉(zhuǎn)化值與不同處理溫度的關(guān)系

表2 方程參數(shù)及半致死溫度

目前關(guān)于高溫物理防治方法的研究報道較少，且主要集中在短時高溫對害蟲影響方面。本試驗初步研究表明，參試多肉植物的短時耐熱性閾值高于昆蟲的耐熱性閾值。有試驗表明，短時52℃熱水處理對扶桑棉粉蚧致死率可達96.7%以上[24]；短時38℃環(huán)境能有效控制柑橘紅蜘蛛種群增長在-90%以下[25]；高溫45～48℃悶殺對白粉虱的致死率為100%[26]。扶桑棉粉蚧也是為害多肉植物的主要害蟲。本試驗中6種多肉植物L(fēng)T50均在53.17℃以上，而扶桑棉粉蚧在更低的溫度52℃熱水處理致死率可達96.7%～100%，多肉植物具有顯著的耐熱性優(yōu)勢。因此初步推斷，利用多肉植物和扶桑棉粉蚧耐熱性差異，短時高溫的物理防治方法是科學(xué)可行的。但可以考慮更精準(zhǔn)的溫度處理范圍，進一步保證對害蟲殺傷同時降低高溫對植物的傷害。此外完善短時高溫處理技術(shù)也將是短時高溫物理防治方法需要進一步解決的重要問題。