樹狀牡丹耐熱性評價及耐熱指標篩選

摘要 為綜合評價樹狀牡丹品種耐熱性，本研究以24個引種樹狀牡丹品種為材料，在夏季高溫脅迫下對其熱害指數、相對電導率等19個指標進行測定，發現不同指標間的變異系數差異較大（8.25%～69.32%）。進一步運用相關性分析、主成分分析和聚類分析等多元統計方法對樹狀牡丹的耐熱性進行評價，將24個樹狀牡丹耐熱性分為4個等級，其中耐熱性優秀品種2個（天鵝嬌子、烏云集盛），耐熱性良好品種4個（氣壯山河、新世紀、黑妞和黑夫人），這些品種可在長江中下游以南地區種植；篩選出熱害指數、SPAD值和相對含水量等9個指標作為樹狀牡丹耐熱性評價指標。研究結果為樹狀牡丹品種選育及引種提供參考。

關鍵詞 樹狀牡丹；主成分分析；耐熱性；綜合評價；熱害指數

中圖分類號 S685.11"" 文獻標識碼 A

文章編號 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

牡丹為芍藥科芍藥屬多年生落葉灌木，是十大名花之一[1]。樹狀牡丹是相對于灌叢狀牡丹的一個概念，是指具有明顯主干、“喬木化”特征明顯的一類牡丹的統稱，具有較高的觀賞價值，深受人們的喜愛，其商品價格也較灌叢狀牡丹有所提升。牡丹性喜溫暖、涼爽、干燥且陽光充足的環境，但耐熱性較差。近年來，長江中下游及以南地區大量引種樹狀牡丹，部分地區夏季高溫持續時間長、強度較大，在一定程度上影響樹狀牡丹植株生長，輕則葉片黃化、植株提早進入休眠狀態，重則整個植株死亡，環境溫度及品種耐熱性在一定程度上限制了樹狀牡丹的推廣應用。因此，開展不同樹狀牡丹品種的耐熱性評價對于篩選適宜長江中下游以南地區種植的樹狀牡丹品種具有重要意義。

關于不同牡丹品種耐熱性的研究報道較少，徐艷等[2]以5個牡丹品種為材料，測定了葉片丙二醛含量（Malondialdehyde，MDA）、相對含水率、相對電導率（Relative conductivity，REC）以及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（Peroxi some，POD）和過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性，進一步采用隸屬函數值法進行評價，發現品種肉芙蓉耐熱性最強。有關芍藥耐熱性評價的研究相對較多，張佳平等[3]對夏季高溫下10個芍藥品種的莖葉熱害指數、REC、MDA、相對含水量、葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和保護酶活性進行觀測，發現品種杭白芍、楊妃出浴和春曉適合江南地區種植；侯趙玉等[4]采用多元統計分析方法評價了芍藥耐熱性，將140個芍藥品種分為優、良、中和差4類，并篩選出熱害指數、SPAD值等9個指標作為芍藥耐熱性鑒定指標。本研究通過主成分分析法、聚類分析法等多元統計方式對24個引種的樹狀牡丹品種進行耐熱性評價，為長江中下游以南地區引種樹狀牡丹提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以2022年10月在揚州大學文匯路校區花卉基地引種的24個樹狀牡丹品種（表1）為試驗材料，于2023年8月（平均溫度32 ℃，最高溫度38 ℃）對植株相關指標進行測定，并采集葉片保存于-80 ℃冰箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 熱害指數" 根據牡丹葉片在高溫脅迫下受到傷害的程度，將牡丹受熱害的程度分為5級。熱害指數的觀測參考張佳平等[3]的方法。評級標準：0級，莖葉基本沒有受到熱害的影響；1級，單株枝條少于25%的莖葉出現萎蔫或焦尖；2級，單株枝條25%～50%的莖葉出現焦邊；3級，單株枝條50%～75%的莖葉出現穿孔或枯焦；4級，單株枝條75%以上的莖葉出現枯焦；5級，整株基本枯萎或枯死。熱害指數=Σ（某級別數值×該級別的株數）/（最高級數值×該品種觀察總株數）×100。熱害指數越高，表明植株受到的熱害脅迫越高，耐熱性越差。

1.2.2 植株形態指標" 株高、莖粗、葉片長度、葉片寬度、一年生枝條長度和一年生枝條粗度均用卷尺進行測量。選擇從花枝基部開始往上的第3和第4枚完全展開的葉片測量葉片長度和葉片寬度，一年生枝條長度為花枝基部到花序最高點的長度[5]。

1.2.3 SPAD值" 采用SPAD-502便攜式葉綠素儀（Koinca minolia sensing，日本）對第3～4葉位的葉片SPAD值進行測量。

1.2.4 相對電導率（REC）" 將采集的葉片用去離子水進行清洗，使用直徑1 cm的打孔器避開主葉脈打孔。稱取0.1 g圓形葉盤放入含有少量去離子水的注射器中，抽真空后轉移至離心管中，用去離子水定容至20 mL，靜置4 h。用電導率儀（DDS-307，中國雷磁儀器有限公司）測定初始溶液電導率，記為A1；隨后，在水浴鍋中加熱30 min，待冷卻至室溫，測定溶液電導率，記為A2。相對電導率（REC）（%）=A1/A2×100。

1.2.5 相對含水量" 將采集的葉片表面灰塵擦凈，剪去葉柄后稱重，記為M，將葉片放入自封袋中，置于60 ℃烘箱中烘干葉片至恒重，取出葉片并稱重，記為M1。相對含水量（%）=M1/M×100。

1.2.6 葉綠素熒光參數" 將暗適應2 h的葉片用葉夾夾住，通過雙通道調制葉綠素熒光儀（PAM-2500WALZ，德國）測定葉片葉綠素熒光參數，分別記錄Fv/Fm（PSⅡ最大光能轉換速率）、Y（Ⅱ）（實際光合效率）、Y（NO）（非調節性能量耗散）和qN（非光化學猝滅系數）。

1.2.7 生理生化指標" SOD、POD、CAT、MDA和可溶性蛋白（Soluble protein，SP）含量均采用試劑盒（蘇州科銘生物有限公司）進行測定，具體操作參照說明書。

1.3 數據分析

每個指標均隨機選取3個植株進行生物學重復測定并取平均值。采用Excel軟件進行數據處理，采用SPSS 26.0軟件進行主成分分析、聚類分析，使用Origin 2022軟件進行相關性分析[6]。

（1）Vp=λp/[p=1n λp]，Vp表示提取的第p個主成分的權重，λp表示提取的主成分所對應的貢獻率。

（2）U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）；i=1，2，3，…，n。U（Xi）表示隸屬函數值。

（3）綜合評價得分D=[j=1j［U（ Xi） × Vi ］]，i=1，2，…，n。D表示各品種綜合分值。

2 結果與分析

2.1 樹狀牡丹不同指標的遺傳變異分析

對24個樹狀牡丹品種的19個指標進行測定，各指標在不同品種間差異較大。進一步對所有測定指標的最大值、最小值、均值和變異系數進行統計（表2），結果表明高溫脅迫對樹狀牡丹影響較大。按照變異系數對各指標遺傳變異進行排序，表現為PODgt;CATgt;熱害指數gt;SPgt;RECgt;Y（Ⅱ）gt;一年生枝條長度gt;qNgt;葉片寬度gt;莖粗gt;葉片長度gt;SPADgt;MDAgt;SODgt;一年生枝條寬度gt;Fv/Fmgt;株高gt;Y（NO）gt;相對含水量，其中POD變異系數最大，為69.32%，而相對含水量的變異系數最小（8.25%）。不同指標間的變異系數差異較大，僅根據單一指標直接評價樹狀牡丹耐熱性缺乏可靠性，因此需進一步對各指標相關性進行分析。

2.2 樹狀牡丹不同指標的相關性分析

通過對所測定的19個指標進行相關性分析，結果見圖1。發現X1（熱害指數）與X17（CAT）、X16（POD）和X15（SOD）呈明顯負相關關系（Plt;0.01），與X13[Y（NO）]、X18（MDA）呈明顯正相關關系（Plt;0.05），與X8（SPAD值）、X10（相對含水量）和X19（SP）呈明顯負相關關系（Plt;0.05），X1（熱害指數）與其他指標間相關性無統計學意義（Pgt;0.05）。結果表明，樹狀牡丹的耐熱性與多個指標存在相關性，在受到高溫脅迫時，各個指標會表現出相應的變化，即樹狀牡丹的耐熱性需要針對多項指標進行評價。

lt;G：＼農學通報＼2024-13期農學通-內文＼Image＼F130-1.tifgt;

*表示在0.05水平存在統計學意義，**表示在0.01水平存在統計學意義；顏色表示相關性的強度，越接近紅色（正）或藍色（負）說明相關性越高；圓形直徑越大說明相關系數越大。

圖1 樹狀牡丹不同指標間的相關性分析

2.3 樹狀牡丹不同指標的主成分分析

通過主成分分析法對樹狀牡丹的不同指標進行分析（表3），根據特征值gt;1的準則提取了6個主因子，從而將19個單項指標提取為6個新的相互獨立的綜合性狀指標，分別用主成分C1、C2、C3、C4、C5和C6表示，其特征值分別為4.333、3.329、3.195、1.477、1.334和1.284，貢獻率分別為22.81%、17.36%、16.81%、7.77%、7.02%和6.76%，累計貢獻率達到78.53%，表明這6個綜合因子具有較強的代表性。從各指標系數絕對值可以看出，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個綜合因子包含了19個指標的大部分信息，可以準確地評價樹狀牡丹的耐熱性。

2.4 不同樹狀牡丹品種耐熱性的綜合評價

在對各個指標進行正反向標準化數據處理后，將數據和通過主成分分析得到的6個主因子系數進行乘積，計算出每個樹狀牡丹品種的19個指標的得分，并將其相加以獲得該樹狀牡丹品種在各主成分的得分。根據式（1）計算出6個主成分綜合指標所占的權重，分別為0.290、0.221、0.214、0.099、0.089和0.086，用式（2）得出各品種的隸屬函數值，最后通過式（3）計算出各樹狀牡丹品種的綜合分值，分值的大小即為每個品種的耐熱能力強弱，即分值越大，耐熱能力越強（表4）。

進一步采用聚類分析中的平方歐式距離法和組間連接方法對24個樹狀牡丹品種的耐熱性進行分類和排名，獲得4個類別，分別為I優秀、II良好、III中等和IV差（圖2）。其中，2個品種評級為優秀，綜合分值2.36～2.65，占比8.3%；4個品種評級為良好，綜合分值1.86～2.17，占比16.7%；17個品種評級為中等，綜合分值0.94～1.72，占比70.8%，評級為差的有1個品種，分值0.59。

2.5 不同樹狀牡丹耐熱性等級的指標分析

基于聚類分析獲得的4個耐熱性類別，進一步分析熱害指數以及8個與熱害指數高度相關的指標趨勢（圖3）。隨著樹狀牡丹耐熱能力降低，熱害指數和Y（NO）呈現上升趨勢，而相對含水量、SP等其他7個指標整體呈現下降趨勢。

3 結論與討論

高溫作為環境脅迫因子之一，會對樹狀牡丹的生長發育產生影響。耐熱性較差的品種葉片通常易出現不同程度的萎蔫和枯焦，而長期處于高溫脅迫下的植物可能會受到不可逆的損傷，導致其無法正常地生長和開花[7]。研究發現，高溫脅迫下，耐熱性優秀的樹狀牡丹品種的REC、Fv/Fm和SPAD值等普遍優于不耐熱品種，這說明高溫會導致牡丹的生長發育受到抑制，在一定程度上影響了樹狀牡丹的觀賞價值。羅小燕等[8]通過對蘭花抗氧化酶的測定發現，耐熱性強的蘭花品種的CAT、POD和SOD等抗氧化酶活性優于耐熱性較差的品種，抗氧化酶能清除高溫條件下產生的過量活性氧，從而減輕氧化損傷，抗氧化酶活性高低可以用于評價植株耐熱性。Zhao等[9]研究發現經歷過高溫逆境的品種，其質膜中的滲透性和電解質的滲透壓會提高，從而影響植株體內的滲透調節，導致植物組織中的電導率增加，通過相對電導率的測定，也能了解植物受到高溫脅迫的程度。騫光耀等[10]，劉春英等[11]研究發現MDA含量是測定質膜損傷程度的重要生理指標，MDA含量越高，說明細胞膜脂的過氧化程度越重，證實了MDA含量的變化與細胞膜相對透性變化呈現正相關性；Zhao等[12]研究發現，高溫干旱會降低Fv/Fm，Y（II）的數值，增加qN的數值，通過降低光能捕獲和減少光系統II的活動，可以有效地保護反應中心免受損害，從而提高光合效率。本研究結果與上述結果基本一致，經過高溫脅迫后的耐熱品種葉片中的SOD、POD和CAT等抗氧化酶的含量高于不耐熱的品種，而MDA的含量與耐熱能力呈現負相關性。

研究單一或幾個指標較難對牡丹的耐熱能力進行規范性的評價[13-14]。在植物抗逆性研究中，為了使評價體系更加準確，通常會使用多元統計分析法。目前使用較多的主成分分析法可以將多個指標轉換成幾個特征向量，結合聚類分析法可以更加科學便捷地計算出每個品種的綜合評分，這也使得評價體系變得更加的高效與規范[15]。王萌等[16]利用隸屬函數法與聚類分析法，將定性指標與定量指標整合起來，從而反映了樣本之間的差異性，另外也有學者將主成成分分析與隸屬函數法相結合，從形態結構、生理指標和抗氧化酶活性等角度對植物各性狀參數進行歸類計算，評價結果具有一定的準確性與可靠性[17-19]。本研究參考其他植物的耐熱體系和評價方法，將主成分分析、聚類分析和隸屬函數等方法結合應用，選擇了相適應的耐熱性指標[20]，從而迅速并準確的篩選出了適合高溫地區引種的樹狀牡丹品種。

樹狀牡丹作為觀賞價值較高的園藝作物，引種前需要對其進行適應性評價。本研究通過相關性分析、主成分分析和聚類分析等多元統計方法對樹狀牡丹的耐熱性進行評價，將24個樹狀牡丹品種耐熱性分為4個等級，其中耐熱性優秀品種2個（天鵝嬌子、烏云集盛），耐熱性良好品種4個（氣壯山河、新世紀、黑妞和黑夫人）；篩選出熱害指數、SPAD值和相對含水量等9個指標作為樹狀牡丹耐熱性評價指標。研究結果為樹狀牡丹耐熱品種選育及相關地區引種提供參考。

參考文獻

[1] 朱向濤，王雁，吳倩，等. 江南牡丹莖段愈傷組織誘導與植株再生[J]. 核農學報，2015，29（1）：56-62.

[2] 徐艷，呂長平，成明亮，等. 幾個牡丹品種的抗熱性比較研究[J]. 湖南農業科學，2007（4）：180-183.

[3] 張佳平，李丹青，聶晶晶，等. 高溫脅迫下芍藥的生理生化響應和耐熱性評價[J]. 核農學報，2016，30（9）：1848-1856.

[4] 侯趙玉，龔亦釗，錢祎，等. 芍藥耐熱性評價及其鑒定指標篩選[J]. 中國農業科學，2023，56（23）：4742-4756.

[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局， 中國國家標準化管理委員會. 植物新品種特異性、一致性、穩定性測試指南 牡丹：GB/T 32345—2015[S]. 北京：中國標準出版社，2016.

[6] 林海明. 主成分分析與初始因子分析的異同：兼與盧紋岱《SPSS for Windows統計分析》商榷[J]. 統計與決策，2006，22（8）：33-34.

[7] 白楊. 不同牡丹品種對夏季高溫脅迫的生理響應及褪黑素緩解作用研究[D]. 泰安：山東農業大學，2023.

[8] 羅小燕，易雙雙，李崇暉，等. 蘭花熱脅迫響應機制及耐熱性研究進展[J]. 分子植物育種，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] 騫光耀，孔祥生，張淑玲. 3個牡丹品種對高溫脅迫的生理響應[J]. 江蘇農業科學，2017，45（12）：103-105.

[11] 劉春英，陳大印，蓋樹鵬，等. 高、低溫脅迫對牡丹葉片PSⅡ功能和生理特性的影響[J]. 應用生態學報，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] 馬朝喜，肖興中，閆妞，等. 基于主成分分析和聚類分析的草莓品種綜合評價[J]. 種子，2023，42（10）：77-82.

[14] 林春妹，廖道龍，劉子凡，等. 基于主成分分析的苦瓜自交系萌發期耐熱性評價[J]. 種子，2022，41（7）：92-96.

[15] 李敏，蘇慧，李陽陽，等. 黃淮海麥區小麥耐熱性分析及其鑒定指標的篩選[J]. 中國農業科學，2021，54（16）：3381-3392.

[16] 王萌，趙曾菁，趙虎，等. 基于隸屬函數和聚類分析法的廣西韭菜地方種質資源耐熱性評價[J]. 西南農業學報，2023，36（3）：541-549.

[17] 曹彩紅，曹玲玲，田雅楠，等. 基于主成分分析和聚類分析的水培生菜品種綜合評價[J]. 中國瓜菜，2023，36（9）：87-93.

[18] 王越，呂贏，藺曉萱，等. 139份黃瓜種質資源主要果實性狀的主成分和聚類分析[J]. 長江蔬菜，2023（22）：45-50.

[19] 王宏輝，顧俊杰，房偉民，等. 10個紅掌品種的抗寒性與耐熱性評價[J]. 植物資源與環境學報，2015，24（2）：40-47.

[20] 王桃云，蔣偉娜，顧華杰，等. 不同香青菜品種苗期耐熱性分析與評價[J]. 江蘇農業科學，2016，44（10）：211-213.

（責編：李 媛）

基金項目 江蘇省農業科技自主創新資金項目[CX（22）3186]。

作者簡介 黃則月（1994—），女，湖南臨武人，碩士，工程師，從事林業生產技術推廣工作。

通信作者 孟家松（1980—），男，安徽當涂人，博士，副教授，從事觀賞植物種質資源利用與創新研究。

收稿日期 2024-03-11