全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 31(5)：651— 658 2011年 9月
DOI：10．3969／j．issn．1000—3142．2011．05．016
古 日 同皿 胁迫下五种杜鹃花属植物的
生理变化及其耐热性比较
张乐华1，孙宝腾 ，周 广1一，王书胜 ，李晓花 ，单 文l
(1．江西省 、中国科学院 庐山植物园 ，江西 庐山 332900；2．南昌大学 生命科学与食品工程学院，南昌 330031)
摘 要 ：高温是制约分布于较高海拔地区杜 鹃花迁地保育与园林应用 的重要 因子。为探讨杜鹃花属植物 的
高温致伤机理 ，该实验以隶属不同亚属的白花杜鹃、羊踯躅、毛棉杜鹃、红滩杜鹃及红棕杜鹃 4年生实生苗为
材料，通过人工气候箱的盆栽实验 ，研究了 3O℃、38℃高温胁迫下其叶片生理生化指标的变化，并利用隶属
函数法及系统聚类分析法对其种间耐热性进行了综合评价 。结果表明：高温胁迫下，5种杜鹃叶片的过氧化
氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及脯氨酸(Pro)、过氧化氢(H202)、丙二醛(MDA)含量均随着
胁迫温度的升高而增大 ；超氧化物歧化酶(SOD)活性在 3O℃轻度胁迫时均小幅度上升，而 38℃重度胁迫时
下降。2个高温条件下，SOD、CAT的变化幅度与杜鹃种问耐热性总体呈正相关，而 H202、MDA增幅与种 问
耐热性呈负相关 ；Pro增幅在 3O℃轻度胁迫时与种间耐热性呈负相关 ，而 38。C重度胁迫时与耐热性呈正相
关 ；APX增幅与种问耐热性的相关性较弱。隶属函数与聚类分析综合评判得 出 5种杜鹃耐热性强弱顺序为：
白花杜鹃>羊踯躅 、毛棉杜鹃>红滩杜鹃>红棕杜鹃，与其田间耐热性表现一致 。
关键词 ：杜鹃花属 ；高温胁迫 ；生理生化指标 ；耐热性 ；隶属函数 ；聚类分析
中图分类号：Q945．78 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2011)05—0651-08
Physiological changes and heat tolerance
comparison 0f five R D I口I JP．o
● ■ l ● ■ 』
SDecles UncIer IIlgn—tem perature stress
ZHANG ge-Hua1，SUN Bao-Teng ，ZHOU Guang ， ，
Ⅵ NG Shu-ShengI，LI Xia0-Hua1，SHAN W enI
(1．LushanBotanicalGarden，JiangxiProvince andChineseAcademy oJ’Sciences，Lushan 32900，China；
2．Colege of Life Science and Food Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China)
Abstract：High temperature is the important constraining factor of Rhododendron in e2r situ conservation and landscape
application．In order to reveal the injury of mechanism of five Rhododendron species under high-temperature stress，R．
mucronatum ，R．molle，R．moulmainense，R．chihsinianum and R．rubiginosum which belong to different subg．Rhododen—
dron were used in the experiment．Four years-old seedlings of these five species were planted in artificial climate cham—
bers and their changes of physiological and biochemical index were determi ned under high-temperature of 30。C and 38℃
stress，and the heat tolerance was comprehensively evaluated with fuzzy subordinate function and system cluster analysis．
The results showed that the activities of catalase(CAT)，ascorbate peroxidase(APX)in leaves of five species were in—
creased with temperature becoming higher，SO do the contents of proline(Pro)，hydrogen peroxide(H2 02)and malondi一
收稿 日期：201O-12-18 修回日期 ：2011-04—06
基金项目：科技部国际科技合作项 目(2007DFA31410)；江西省 国际科技合作项 目(2007BN18700)；江西省星火计划项 目(2008CX06500)[Supported
by International Science and Technology Cooperative Project of the Ministry of Science and Technology(2007DFA31410)；International Science and Teehnol—
ogy Cooperative Project of Jiangxi Province(2007BN18700)；Spark Project of Jiangxi Province(2OO8CX06500)]
作者简介：张乐华(1966一)，男，江西进贤人，硕士 ，研究员，从事杜鹃花属植物的引种驯化及保育技术研究，(E-mail)lehuaz@vip．sohu．com。
652 广 西 植 物 31卷
aldeyde(MDA)．The activity of superoxide dismutase(SOD)increased slightly under 30 。C and decreased under 38 ℃
．
The variational extent of SOD and CAT had positive corre|ation with the heat tolerance and the increase extenl of H2()2
and MDA had the negative correlation under high temperature．The increase extent of Pro had negative correlation with
the heat tolerance under 30℃ and positive correlation under 38℃ ．There was weak correlation between the increase ex-
tent of APX and the heat tolerance．The comprehensive evaluation of subordinate function and cluster analysis indicate
that the heat tolerance sequence of five Rhododendron species was R．mucronatum>R．rnolle and R．moulmainense~R．
chihsinianum~R．rubiginosum，in accordance with their behavior in the field．
Key words．Rhododendron；high-temperature stress；physiological and biochemical index；heat tolerance；subordi
nate function；cluster analysis
杜鹃花(Rhododendron)是世界著名的高山花
卉和中国十大名花，具有极高的观赏和园林应用价
值。我国是世界杜鹃花的起源和分布中心，有野生
杜鹃 571种，其中特有种 409种，主要分布于西南高
海拔地区(Wu等，2O05)。受遗传机制的制约，该属
植物性喜冷凉湿润环境，耐热性较差，高温热害是制
约其迁地保育与园林应用的主要因子(张乐华，
2004)；但杜鹃花种类繁多、遗传资源丰富，不同的种
间其生态习性及耐热性存在较大差异 。故此 ，开展
杜鹃花高温胁迫机制研究对其耐热性鉴定及耐热资
源的挖掘与利用具有重要意义 。
高温引发植物体代谢失衡和活性氧的大量产
生，加剧细胞膜脂过氧化作用，从而影响生物膜及其
它大分子结构与功能，严重时导致 细胞受损和植株
死亡 ，而植物能启动抗氧化系统等应急机制 ，以减轻
活性氧对植 物 的伤 害 (wahid等，2007；姬 承东 等，
2007)。目前 ，国内外针对杜鹃花逆境生理研究 的报
道较少，主要集 中于 自然降温条件下体 内生理特征
变化、光合生理响应及叶片感热运动对低温的适应
(Wang等 ，2009；鲍思伟 2005；Harris等 ，2006)；同
时笔者等(2010)、柯世省等(2007)及仪民等(2008)
分别探讨了单个杜鹃种在高温、水分及 SO。胁迫下
的抗氧化保护机制 ，而针对多个物种的耐热性 比较
迄今未见报道。为探讨杜鹃花属植物的高温致伤机
理及种问耐热性差异，我们按杜鹃花属 5个亚属 的分
类系统(Culen等 ，1978，1979)每亚属选取 1种 ，采用
人工气候箱内的盆栽实验 ，测定了三种温度条件下其
叶片的生理生化指标值 ，并运用隶属函数法及系统聚
类分析法对其种间耐热性进行了综合评价，以期为杜
鹃花属植物的耐热性鉴定与评价提供依据。
表 1 5种杜鹃花分类地位、形态特征及分布
Table 1 Phylogenetic position，biological characters and distribution of five Rhododendron species
1 材料与方法
1．1材料与处理
试验材料取 自江西省、中国科学院庐山植物园，
为 同一批次播种的 4年生实生苗 。各物种 的分类地
位、形态特征及分布见表 1。4月初将大小一致、生
长健壮的苗木栽植于高 9 cm、上 口径 11．5 cm、下 口
径 8．5 cm 的塑料盆 中，每盆 1株 ，栽 培基质 为庐 山
林下表层腐殖土(主要理化性状：有机质 10．87 ，
腐殖质 6．63 ，速 氮、速磷 、速 钾 分别 为 266．2O、
22．17、83．65 mg／kg，pH 值 4．79)，在冷温室中养护
管理 ，3个月后进行实验处理。
实验于人工气候箱中进行，采用 22℃(对照)、
30。C(轻度高温胁迫)、38。C(重度高温胁迫)3个温
度梯度处理 ，培养箱空气相对湿度 8O 、光照 12／12
5期 张乐华等：高温胁迫下五种杜鹃花属植物的生理变化及其耐热性比较 653
h(光／暗)、光强约 120 t~mol·m- ·s～。为减轻高
温引发的水 分胁迫 伤害 ，盆底设置托 盘 (水深 1～
1．5 cm)补充基质水分并每天补水保湿。每处理设
3次重复 ，每重复 6株 ，6 d后取当年生功能叶测定
相关生理生化指标。
1．2测定指标及其方法
1．2．1抗氧化酶活性 SOD活性测定采用 Spychal—
la等 (1990)的方法 ，以抑制氮蓝 四唑(NBT)光化还
原 5O 为 一个 酶 活性 单 位 ，表示 为 U ·g。Fw；
CAT活性测定采用 Turkan等 (2005)的方法，以每
分钟 OD 。值变化 0．1为一个酶活力单位 ，表示 为
U ·g FW ·min- ；APX活性测定采用 Nakano等
(1981)的方法 ，以每分钟 OD 。变化 0．01为一个酶
活性单位 ，表示为 U ·g FW ·min- 。
1．2．2脯氨 酸(Pro)含量 参考酸性茚三酮法 (张殿
忠等 ，1990)，并进行改进。取鲜叶 0．5 g，加入石英砂
及 3 磺基水杨酸5 mL研磨，沸水浴 10 min，冷却
后 3 000 r·min 离心 10 min，取上清液 1 mL并加入
l mL冰醋酸、1 mL蒸馏水和 2 mL酸性茚三酮再沸
水煮 60 min，冷却，加入4 mL甲苯，震荡30 s，静置分
层，取上层液于 520 nm波长处测吸光值 OD5 。，根据
标准曲线计算脯氨酸含量，单位为 g·g Fw。
1．2．3过氧 化 氢(H2O2)含量 采 用 Velikova等
(2000)的方法 。于 390 nm 处测其吸光值 。根据标
准曲线求得 H O。含量，单位为 t~mol·g。Fw。
1．2．4丙二醛(MDA)含量 参考赵世杰等(1994)
的方法 ，并进行改进。称取叶片 0．5 g，加入含 10
三氯 乙酸(TCA)和 0．25 硫代 巴比妥酸 (TBA)的
混合液 5mL及少许石英砂研磨成匀浆，沸水中加热
30 min，冰浴速冷 ，10 000 g离心 10 min，取上清液
于分光光度计上分别测定 450 nm、532 nm 和 600
nm处的吸光值 OD 。、OD 。 和 OD。。，根据公式
[6．45×(OD 一OD6。)一0．56×OD450]计算 MDA
含量 ，单位为 t~mol·g FW。
1．3数据处理
采用 Excel 2007对实验数据进行计算整理 ，用
SPSS 17软件进行同一物种、不 同处理问各生理指
标的差异性检验 。
各指标耐热 系数 一高温胁迫下的指标测定值／
对照指标测定值(王改萍等，2009；鲁守平等，2OO7)。
耐热性综合评价 ：采用数学分析隶属函数法及
系统聚类法 (王改萍等 ，2009；鲁守平等 ，2007)对测
定 的各项指标进行转换和综合分析评价。各指标隶
属函数计算公式为：U(X ，)一(X ，一X )／(X 。 一
x )，式中u(x )为测定指标的耐热隶属函数值，
x 为各材料的指标测定值，x 为各材料中测定指
标的最小值，x 为各材料中测定指标的最大值。
其 中 H O。、MDA与 耐热性 呈负相关 ，用反隶属 函
数计算其耐热隶属函数值，其计算公式为：U(x )
一 1一(X —X～ )／(X～ 一X⋯ )。然后将各指标
的耐热隶属函数值进行累加，求平均值，平均值越
大 ，耐热性越强 。
2 结果与分析
2．1 5种杜鹃的田间耐热性表现
植物的分布与生境是其长期适应环境而演替与
进化的结果 。5种杜鹃 的分类地位不 同，其分布海
拔 、生境及生态习性、耐热性存在较大差异 。笔者多
年的引种驯化及推广研究发现 ，白花杜鹃作为长江
以南低海拔的广布种 (实际为栽培种)，在 中海拔 的
庐山地区(栽培地海拔 1 000 1 200 m)及低海拔的
南昌、上海、广州等城市栽培时适应性极佳 ，并 已广
泛应用于城市公园、街道及路旁绿化，耐热性强；羊
踯躅 、毛棉杜鹃为长江流域 中、低海拔分布种 ，在庐
山栽培适应性 良好 ，推广到低海拔城市栽培时则多
因夏季高温而出现热害(叶片失绿、反卷、下垂，叶
尖、叶缘轻度焦枯)，宜栽植于林下、沟谷旁等冷凉阴
湿的环境 中，耐热性较强；红滩杜鹃为广西北部中海
拔的区域性分布种 ，在庐山栽培适应性较好 ，但难 以
适应低海拔的城市环境 ，耐热性相对较弱；红棕杜鹃
为我国西南高海拔地区分布种，在庐山宜栽植于林
缘、林下等阴凉的小生境中，开阔地带栽培时易出现
热害 ，适应性较差 ，耐热性弱 。 、
2．2高温胁迫对叶内保护酶活性的影响
2．2．1 SOD酶活性 的变化 逆境 胁迫会 导致植 物
体 内活性 氧 的积 累 ，从 而对 细 胞产 生 氧化 伤 害。
SOD是植物抗氧化保护系统的第一道防线 ，主要功
能是清除 O ，其活性大小可反映植物对逆境的适应
能力。从表 2可以看 出，在 30℃胁迫 时，5种杜鹃
叶片 SOD活性均有不 同程度的增加 ，但不同的种问
存在 一 定差 异，增 幅 由大 至 小依 次 为羊 踯 躅
(2．77 )、白花杜鹃(1_18 )、毛棉杜 鹃(0．87 )、
红滩杜鹃(0．68 )和红棕杜鹃(O．26 )；38℃胁迫
时，5种杜鹃 SOD活性均有不 同程度 的下降 (低于
对照 处 理 )，降 幅 由小 至 大 依 次 为 白花 杜 鹃 (1．
654 广 西 植 物 31卷
18 )、毛棉杜 鹃(1．77 )、红滩杜鹃(2．3O％)、羊踯
躅 (3．27 )和 红棕杜 鹃 (7．9O )。2个 高温条 件
下，除羊踯躅的 s0D增幅及降幅略大外，其它杜鹃
SOD变化幅度与种间耐热性 一致 。方差分析表明，
5种杜鹃 38℃与 30℃处理间均达到极显著差异(P
著 (P>0．o5)、羊踯躅差异显著 (P3种杜鹃呈极显著差异 (P<0．O1)；30。C与对照处
理间除羊踯躅存在显著差异(P<0．05)外，其它差
异不显著(P>O．05)。可见 ，耐热性强的杜鹃在 30℃
轻度胁迫时 SOD酶活性增幅相对较大 ，而 38℃重度
胁迫时降幅小，有利于活性氧的清除和抵御高温伤
害；而耐热性弱的种相反，易引发膜脂过氧化伤害。
2．2．2 CAT酶活性 的变化 5种杜鹃叶片的 CAT
活性均随着胁迫温 度的升高而增强 (表 2)。在 30
。C胁 迫 时 ，CAT增 幅 由大 至小 依 次 为 白花 杜 鹃
(31．54 )、毛棉杜鹃(24．94 )、羊踯躅(22．01 )、
红滩杜鹃(16．22 )和红棕杜鹃(12．89％)；38℃胁
表 2 高温胁迫对 5种杜鹃叶片 SOD、CAT及 APX酶活性的影响
Table 2 Effect of high—temperature stress on the activities of SOD，
CAT and APX in leaves of five Rhododendron species
注：同列不同小写字母表示同一物种不同处理间在 P<0．05水平上差异显著；不同大写字母表示同一物种不同处理间在 P<0．01水平上差
异显著。下同。
Note：Different small letters in the same column indicate significant difference at P％ 0．05，among treatments in the same species；Different
capital letters indicate significant difference at P％ O．01．The same below．
迫时，增 幅 依 次 为 白 花 杜 鹃 (80．O0 )、羊 踯 躅
(72．19 )、毛 棉 杜 鹃 (52．34 )和 红 棕 杜 鹃
(36．08 )、红 滩 杜 鹃 (34．75 )。30 ℃ 胁 迫 时
CAT活性增 幅与其 田间耐 热性表现一致 ，38℃胁
迫时除红滩杜鹃外，其它杜鹃 CAT增幅也与其田
间耐热性一致 。方差分析表明，5种杜鹃 38。C与对
照处理间均达到极显著差异(P照处理 间除白花杜 鹃呈极显著差异(P<0．01)外 ，
其它均为显著差异(P除毛棉杜鹃、红滩杜鹃呈显著差异 (P它 3种杜鹃呈极显著差异(P2．2．3 APX酶活性的 变化 5种杜 鹃的 APX活性
均随着胁迫温度 的升高而增强(表 2)。3o℃处理时
除羊踯 躅 增 幅 略 大 (34．58 )外 ，其 它 4种 杜 鹃
APX活性 增幅均较小且种间差异不大 ；38。C处理
时耐热性较强的毛棉杜鹃增幅较大 (达 215．68 9／6)，
耐热性较弱的红滩杜鹃增 幅较小(137．42 )，白花
杜 鹃、羊踯躅及红棕杜鹃增幅居 中，APX增幅与种
间耐热性强弱的关联性较弱。方差分析表明，除毛
棉杜鹃 3O℃与对照处理间差异 不显著(P>0．05)
外 ，其它处理间呈极显著差异 (P2．3高温胁迫对叶内 Pro含量的影响
随着胁迫温度 的升高，5种杜鹃叶片 Pro含量
均不断积累(表 3)。在 3O℃胁迫 时，Pro含量增 幅
相对较 小，依 次 为红棕 杜 鹃 (44．06 )、红 滩 杜 鹃
(37．43 )、毛棉杜鹃 (31．O0 )、羊踯躅 (30．02 )
5期 张乐华等：高温胁迫下五种杜鹃花属植物的生理变化及其耐热性比较 655
和白花杜鹃(24．37 )，其增幅与种间耐热性呈负相
关。在 38℃重度胁迫时，白花杜鹃、羊踯躅 、红滩杜
鹃 Pro含量大幅增加 ，而毛棉杜鹃、红棕杜鹃增幅较
小 ，尤其是由 3O℃上升到 38℃时耐热性强的 白花
杜鹃 Pro增幅达 106．96 ，而耐热性弱的红棕杜鹃
仅增加 18．08 。方差分 析显 示 ，羊踯躅 、毛棉杜
鹃、红滩 杜 鹃在 3个 温 度 间 均呈 显 著 差 异 (P<
0．01)；白花杜鹃 38℃与 30℃、对照间达到极显著
差异(P<0．01)，而 30℃与对照间仅为显著差异(尸
<0．05)；红棕杜鹃 38℃、30℃与对照 间达到极显
著差异(P差异(P<0．05)。可见 ，在高温胁迫下杜鹃花叶片
能主动积累 Pro，并随着胁迫程度的加重而增加 ，以
减轻高温对细胞膜的伤害；38℃重度胁迫时，白花
杜鹃 Pro含量大幅增加 、而红棕杜鹃增幅较小 ，说明
耐热性强 的种在重度胁迫时积累的 Pro更多，渗透
表 3 高温胁迫对 5种杜鹃叶片脯氨酸、过氧化氢及丙二醛含量的影响
Table 3 Effect of high—temperature stress on the contents of Pro，H2 02
and MDA in leaves of five R 0 0 e r0咒 species
调节能力更强 ，从而增强 了植物对高温的抵御能力。
2．4高温胁迫对叶内 H：o：和 MDA含量的影响
植物受到高温胁迫时，细胞内自由基大量产生，
进而诱导 H 0 等有毒物质积累并直接或间接地启
动膜质过氧化作用 ，导致细胞膜受损和电解质外渗。
MDA是膜脂过氧化作用 的最 终产物 ，其质量 分数
变化是细胞脂膜损伤程度 的重要标志之一。
2．4．1 H O 含量 的变化 5种杜 鹃叶片 H 0 含
量均随着胁迫温度的升高而增加(表 3)。在 3O℃
胁 迫 时 ，H o 含 量 增 幅 依 次 为 红 棕 杜 鹃
(64．59 )、红 滩 杜 鹃 (38．29 )、毛 棉 杜 鹃
(18．35 )、羊踯躅(14．29 )和白花杜鹃(5．07 )，
其增幅大小与种间耐热性呈负相关。38℃胁迫时，
白花杜 鹃 H O 含量增幅较小 (仅 比对照增 加
37．14 )，而 红棕 杜 鹃则 大 幅增 加 (比对 照 增 加
104．46 )，其它 3种杜 鹃增 幅居 中且种 间差 异较
小 。方差分析显示 ，毛棉杜鹃 、红滩杜鹃、红棕杜鹃
在 3个温度间均呈显著差异(P<0．01)；白花杜鹃
38℃与 3O℃、对照间达到极显著差异(P<0．01)，
而3O℃与对照间差异不显著(P>0．05)；羊踯躅38
℃与 3O℃、对照间达到极显著差异(P<0．01)，而
3O℃与对照间为显著差异(P％O．05)。由此表明，
高温 会 诱 导 活 性 氧 的 大量 产 生 ，耐 热 性 弱 的种
HzO 增幅较大，植株受膜脂过氧化伤害较重 ，而耐
热性强的种 H o。增幅较小，受高温伤害较轻。
2．4．2 MDA含量的变化 随着胁迫温度的升高，5
种杜鹃叶片 MDA含量均有不同程度的增加(表
3)。2个高温胁迫下耐 热性较强 的白花杜 鹃、毛棉
杜鹃叶片 MDA增幅均明显小于耐热性弱的红棕杜
鹃、红滩杜鹃；羊踯躅虽然在 2个高温条件下 MDA
增幅均较大，但其绝对含量较低。方差分析显示，白
花杜鹃、羊踯躅 、红棕杜鹃在 3个温度间均呈显著差
异 (P<0．01)；毛棉杜鹃 38℃与 30口C、对照问分别
达到显著差异(PdO．05)和极显著差异 (P<0．01)，
656 广 西 植 物 31卷
而 3O℃与对照 间差异不显著 (P>0．05)；红滩杜鹃
38℃与 3O℃、对照间达到极显著差异(P<0．01)，
30℃与对 照间为显著差异(P<0．05)。可见 ，随着
胁迫温度的升高 ，5种杜鹃 MDA积累增多 ，细胞膜
脂过氧化作用加重 ；耐热性强的白花杜鹃、毛棉杜鹃
MDA增幅小，表明其膜脂过氧化水平较低，细胞膜
受损程度相对较小 ；而红棕杜鹃、红滩杜鹃在高温胁
迫、尤其是 38℃重度胁迫时 MDA 大量积累 ，说 明
体内膜脂过氧化水平较高 ，植株受害较重。
2．5 5种杜鹃耐热性综合评价
植物受到逆境胁迫后，其生理变化错综复杂并
受多种因素的综合影响，孤立地用某一 种指标表示
这一复杂生理过程，难以真实地反映植物的抗逆性
强弱，而运用隶属函数法综合评价植物的抗逆性相
对客观和科学 (王改萍等 ，2009)。采用数学分析的
隶属函数法对表 2和表 3中各指标的耐热系数进行
转换 ，分别计算 3O℃轻度胁迫和 38℃重度胁迫时
各指标的隶属函数值，并对每种杜鹃各指标的隶属
函数值进行累加求其平均值(表 4)，综合评价 5种
杜鹃的耐热性强弱。表 4可见 ，不 同胁迫强度下，5
种杜鹃的耐热隶属函数值排序有所不同，在 3O℃、
38℃胁迫下其耐热能力由强到弱分别为 ：羊踯躅>
白花杜鹃>毛棉杜 鹃>红滩杜鹃>红棕 杜鹃，白花
杜鹃>毛棉杜鹃>羊踯躅>红滩杜鹃>红棕杜鹃。
除羊踯躅外，其它 4种杜鹃耐热能力排序相同，说明
杜鹃种间对不 同胁迫强度的耐受程度及生理响应有
一 定差异。
聚类分析也是植物抗逆性鉴定 的常用方法 。参
表 4 高温胁迫下 5种杜鹃各指标的隶属函数值 U(X)
Table 4 Subordinate function values of each index of five Rhododendron species under high—temperature stress
LabeI Num
毛棉杜鹃 尼moulmainense
红滩杜鹃 chihsinianum
白花杜鹃 mucronatum
羊踯躅尼molle
红棕杜鹃 rubiginosum
图 1 3O℃温度条件下 5种杜鹃系统聚类分析
Fig．1 Cluster analysis of five Rhododendron
species under 30 ℃
照鲁守平等(2007)的方法 ，对表 2和表 3中 3O℃、
38℃胁迫下各生理指标的测定值进行欧 氏距离系
统聚类 (图 1，图 2)。由图 1可见 ，30。C胁迫时在相
似性系数 5处可将 5种杜 鹃划分为 3类 ，其 中毛棉
杜鹃、红滩杜鹃的欧 氏距 离接近 ，可划分 为一个等
级，白花杜鹃、羊踯躅 可划分为另一个等级 ，而红棕
杜鹃单独成 为一个 等级 。在 38℃胁 迫时 ，白花杜
CASE 0 5 10 15 2O 25
白花杜鹃 尼mucronatum
毛棉杜鹃 moulmainense
羊踯躅 尼molle
红滩杜鹃 chihsinianum
红棕杜鹃 尼rubiginosum
图 2 38℃温度条件下 5种杜鹃系统聚类分析
Fig．2 Cluster analysis of five Rhododendron
species under 38 ℃
鹃、毛棉杜 鹃聚为一个耐热等级 (图 2)，羊踯躅 、红
滩杜鹃聚为另一个耐热等级，红棕杜鹃单独成为一
个耐热等级。结果 表明，不同高温胁迫下聚类分析
中一些杜鹃归属的耐热等级略有不同 ：羊踯躅在 30
℃胁迫时划分为耐热能力强的等级 ，而在 38℃胁迫
时为耐热性一般的等级；毛棉杜鹃在 3O℃胁迫时划
为耐热性一般的等级，而在 38℃胁迫时上升为耐热
5期 张乐华等：高温胁迫下五种杜鹃花属植物的生理变化及其耐热性比较 657
性强的等级 ；白花杜鹃、红滩杜鹃及红棕杜鹃在 2个
高温条件下其耐热等级不变 ，系统聚类分析结果与
同一温度条件下的隶属函数评价结果相吻合。
3 讨论
3．1耐热性与叶片保护酶活性的关系
逆境胁迫下，植物体内活性氧的产生与清除平
衡被打破 ，导致活性氧积累。SOD、CAT和 APX是
植物体 内清除活性氧的重要保护酶 。SOD活性受
O_的诱导，歧化 O_为 H O 和o ，生成的 HzOz又
诱导 CAT等活性的增强。CAT主要清除叶绿体外
的 H O ，SOD和 CAT的共同作用把体内潜在危害
的 O_和 H O 转化为无害的 H2O和 oz，并能减少
· OH的形成(姬承东等，2007)，而 APX被认为是
叶绿体 内清除 H：O。的关键酶 。大量研究 表明 ，高
温胁迫下保护酶活性诱导增强，其活性大小与植物
的耐热性密切相关 (姬承东等，2007；许桂芳等，
2009；李敏等，2007)。本研究结果表明，30℃轻度
胁迫时 5种杜鹃sOD酶活性均有所增强，但相对于
其它保护酶 ，其 活性增 幅较小，可能 与杜鹃花 SOD
酶对温度逆境反应不敏感有关(Wang等，2009)；38
℃重度胁迫时 sOD酶活性均有不同程度的下降，可
能是高温诱导了活性氧的大量产生，加剧了细胞膜
脂过氧化作用，从而抑制了 SOD活性表达，这一结
果与张朝 阳等 (2009)的报道一致 。高温胁迫下 ，5
种杜鹃 CAT酶活性均随着温度 的升高而增强 ，对
清除活性氧 、减轻高温诱发的活性氧伤害有一定的
保护作用，这一结果也与杜鹃花的其它逆境生理研
究相似(Wang等，2009；鲍思伟，2005)。本研究还
发现 ，高温胁迫下 SOD、CAT活性变化趋势与 5种
杜鹃的田间耐热性表现呈正相关，这进一步说明耐
热性较强的杜鹃在高温逆境下有相对较高的 SOD、
CAT活性 ，有利于体内活性氧的清除和抵御高温伤
害；而耐热性弱的种在 38℃重度胁迫时 SOD活性
降幅较大 、CAT增幅较小，清除活性氧的能力较弱，
进而加剧了膜脂过氧化伤害。高温胁迫下 5种杜鹃
APX酶活性均增强，特别是在 38℃重度胁迫时大幅
增加，有利于减轻活性氧的伤害，但其增幅与种间耐
热性的相关性较弱，故认为 APX不适宜作为杜鹃花
属不同亚属的种 间耐热性鉴定指标 。
3．2耐热性与叶片 Pro含量的关 系
高温胁迫下 ，强烈的蒸腾作用导致植物水分亏
缺是其高温伤害的重要原因。因此，高温胁迫下渗
透调节物质含量的提高对维持植物体内水分平衡和
细胞膜结构的稳定性具有重要意义。Pro是一种水
溶性极强的氨基酸，作为溶质，可调节原生质体与环
境 的渗透平衡 、缓解细胞因脱水而引起的伤 害。大
量研究表明，高温胁迫下耐热性较强的种 Pro积累
较多 ，其含量高低可以作为植物耐热性强弱 的重要
指标 (姬 承 东 等 ，2007；许 桂 芳 等 ，2009；李 敏 等，
2007；张朝阳等，2009)。李忠光等(2010)发现，热激
能提高玉米幼苗的Pro含量且其增幅与品种间耐热
性呈正相关，并认为 Pro的积累能诱导 APX、SOD
及 CAT等保护酶活性的增强。本研究表明，高温
逆境下 5种杜鹃叶片的 Pro含量均随着温度的升高
而增加 。30℃胁迫时耐热性强的种 Pro增幅小 ，耐
耐热性弱的种增 幅大 ，可能是相对于耐热性较强的
种，30℃时胁迫程度较轻 ，故 白花杜鹃 Pro增幅最
小 ，而对于耐热性较弱的种在 30℃时已构成较重的
胁迫 ，故红棕杜鹃、红滩杜鹃增幅较大 ；由3O℃上升
到 38℃时耐热性强的白花杜鹃 Pro大量积累，而耐
热性弱的红棕杜鹃增幅较小，表明 Pro积累与胁迫
程度和植物的耐热性密切相关 。
3．3耐热性与叶片 H：o：和 MDA含量的关系
植物受逆境伤害的关键部位是生物膜系统。大
量研究 表明，逆境导致植物体 内 0_及 H。O2、·OH
等活性氧的累积，从而引发并加重膜脂过氧化作用 ；
MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，可与膜蛋
白、酶发生交联使膜透性增大、酶功能受损，还可与细
胞内核酸、蛋白质等生物大分子发生反应 ，生成 Schif
碱，进而破坏细胞膜的结构，其含量高低能反映细胞
膜脂过氧化水平和植物耐热性强弱与受伤害程度(姬
承东等，2007；许桂芳等，2009；李敏等，2007；张朝阳
等，2009)。本试验结果表明，5种杜鹃叶片的 MDA
及 Hz()2含量均随着胁迫温度的升高而上升，且增幅
与其田间耐热性总体呈负相关 。耐热性强的种在高
温胁迫下其体内保护酶活性能维持在较高的水平，
清除活性氧能力较强，故 H。O。、MDA积 累较少；而
耐热性弱的种其保护酶活性 相对较低 ，重度胁迫时
Pro增幅小 、渗透调节能力弱 ，体 内代谢 功能紊乱 ，
故 H O。、MDA等伤害物质大量积累。
植物 的耐热性是一个受多 因素影 响的、复杂的
数量性状 (wahid等，2007)。不同植物 的耐热机制
不同、对某一具体指标的耐热性反应也不尽相同，用
单一指标难 以全 面准确地反映植物耐 热性的强弱
658 广 西 植 物 31卷
(王凤兰等，2008)。王改萍等 (2009)和鲁守平等
(2007)运用隶属函数及聚类分析法分别对不同楸树
品种和不同种源地乌拉尔甘草的耐旱性进行了综合
评判 ，并得到了满意 的结果 。本研究运用 同样 的方
法，对隶属不同亚属的 5种杜鹃耐热性进行综合分
析 ，结果发现隶属 函数法与聚类分析法 的评判结果
相吻合。综合隶属函数与聚类分析结果可以将 5种
杜鹃划分为 4个耐热等级：白花杜鹃耐热性最强，羊
踯躅、毛棉杜鹃其次，红滩杜鹃较弱，红棕杜鹃最弱，
该结果与 5种杜鹃的田间耐热性表现一致，说明该
方法可以较客观地鉴定与评价杜鹃的种间耐热性。
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