【研究意义】我国木本花卉资源丰富、应用广泛，具有较大的市场潜力，仅广东省木本花卉年产值就超过9亿元。但不同木本花卉品种栽培条件差异较大，且近年来极端气候发生频率增加［1］，盲目引种栽培可能会因为气候因素造成较大损失［2-3］。【前人研究进展】近年来，对抗寒性和抗旱性的研究逐步深入，基于生理指标对抗逆能力进行评定的研究体系已日趋成熟［4-5］，相对电导率（EC）和相对含水量（RWC）等已经被广泛应用于各物种的抗逆研究中，取得了很好的效果，Deans等［6］对橡树进行相对电导率的检测，评价了在不同寒害条件下植株的损伤情况；Su等［7］和Sedaghat等［8］分别在黑麦草和冬小麦中利用相对含水量的检测对不同家系的抗寒水平进行了评定。以往研究主要利用隶属函数法评定抗逆性的强弱，如苏李维等［9］利用多个生理指标的隶属函数法对葡萄的抗寒能力进行了排序。但相关研究方法利用主成分分析减少生理表型的数据进行后续分析时，部分测定数据无法发挥最大的统计效力，也无法利用由逆境处理时间或处理方式的变化而引起的生理数据的动态变化。将k-mean等统计方法引入抗逆研究中，可以为不同物种或品种抗逆能力的聚类提供了更为精准的分类手段，可以获得更为直观的抗逆性聚类，而且可以更充分利用测量得到的动态变化的生理数据［10］。在综合评价的研究中，TOPSIS方法被广泛应用于工程［11］、数学［12］、医疗［13］等多个领域，引入抗逆行评价中可以丰富相关的研究方法。【本研究切入点】到目前为止，我国南方地区主要栽培的木本花卉物种对低温和干旱的抗性研究尚无报道，急需相关研究指导后续的引种和栽培。【拟解决的关键问题】为了比较和评价不同木本花卉植物的抗寒和抗旱能力，同时对不同物种的抗性进行准确排序和聚类，本研究选用27个木本花卉物种为研究材料，分析低温和干旱胁迫比较不同逆境处理下的生理指标差异，首次在抗逆性研究中采用k-means方法对抗逆能力进行聚类并利用TOPSIS方法进行抗性排序，以期为木本花卉的引种和栽培应用提供依据，也为抗逆性的研究提供新的思路。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用27个物种的生长均一的种子苗作为试验材料，包括黄花风铃木（Handroanthus chrysanthus）、蓝花风铃木（Tabebuia pentaphylla）、金花风铃木（T.rosea）、火焰木（Spathodea campanulata）、蓝花楹（Grafton jacaranda）、本地木棉（Bombax malabaricum）、美丽异木棉（Ceiba speciosa）、广宁红花油茶（Camellia semiserrata）、杜鹃红山茶（C.azalea）、小叶紫薇（Lagerstroemia indica）、大叶紫薇（L.speciosa）、黄槐（Cassia surattensis）、无忧木（Saracadives Pierre）、宫粉羊蹄甲（Bauhinia variegata）、红花羊蹄甲（B.blakeana）、铁刀木（Cassia siamea）、腊肠树（C.f istula）、仪花（Lysidice rhodostegia）、凤凰木（Delonix regia）、穗花棋盘脚（Barringtonia racemosa）、美花红千层（Callistemon citrinus）、深山含笑（Michelia maudiae）、樱花（Prunus serrulata）、红桦银桦（Grevillea banksii）、国庆花（Koelreuteria bipinnata）、澳洲火焰木（Brachychiton acerifolius）、红花荷（Rhodoleia championii）。选择地径3.5 mm以上、株高20 cm以上、真叶展开8片以上的幼苗进行试验。
1.2 试验方法
1.2.1 抗寒性试验 低温胁迫于2019年3月在华南农业大学人工气候箱（HP1000GS型）内进行，光照强度为1 200 lx，光照时间为12 h，相对湿度保持在75%～85%。试验苗木表面灰尘洗净后放入人工气候箱内，以常温（25 ℃）为对照，设9±1、6±1、3±1、0±1、-3（±1）℃等5个温度梯度，以3 ℃/d降温，当温度降至某一设定温度时，保持24 h，选择第2～6展开叶进行测定，3次重复，每个重复1个单株。取样时间均为上午8：00，采样后继续降温（表1）。
表1 抗寒试验人工气候室降温程序
Table 1 Cooling procedure of cold resistance test in artificial climate chamber
注：*为在本时间段开始时取样。
Note：* represents taking samples at the beginning of this period.
试验时间Test time（d）温度Temperature（℃）8:00-14:00 14:00-18:00 18:00-8:00 0 15 14 13 1 12 11 10 2 9 9 9 3 9* 8 7 4 6 6 6 5 6* 5 4 6 3 3 3 7 3* 2 1 8 0 0 0 9 0* -1 -2 10 -3 -3 -3 11 -3 *
1.2.2 抗旱性试验 采用PEG水分胁迫模拟干旱处理，每个树种选取3株生长一致的健壮苗木，3次重复，以单株为1个重复。试验用1/2 Hoagland营养液和聚乙二醇6000（Polyethylene glycol 6000，PEG-6000）配制以下渗透势的溶液：0 MPa（CK），－0.3 MPa（PEG-6000含量50 g/L），－0.5 MPa（PEG-6000含量150 g/L），－2.0 MPa（PEG-6000含量300 g/L）。苗木先在1/2 Hoagland营养液中过渡48 h，洗净后放入不同渗透势的PEG溶液中，进行轻胁迫、中胁迫、强胁迫，每种胁迫分别处理12、24、36 h，以不加PEG的1/2 Hoagland营养液作对照。各处理均在室温下进行，室内温度为26 ℃左右，相对湿度为75%～85%。不同树种相同指标均选择上午8：00同时取样进行测定。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 电导率 取幼苗自上而下第2～6片展开叶，将叶片先用自来水轻轻冲洗除去表面的污物，然后用去离子水冲洗2遍，再用滤纸轻轻吸干叶片表面的水分，避开主叶脉，用打孔器打取3个直径为0.8 cm的圆片，用去离子水冲洗3次，放入内有20 mL去离子水的三角瓶中，室温放置15 h，然后用电导仪（DDS-307型）在室温下测定溶液的的电导率值（R），之后封住三角瓶口，在富华仪器有限公司生产的420型三用水箱中沸水浴30 min，以将组织全部杀死，冷却至室温后在同样的条件下测定各瓶溶液的电导率值 （R1），以叶片杀死前的电导率占杀死后电导率的百分数表示膜的相对透性，计算相对电导率：
相对电导率（EC）＝R/R1×100
1.3.2 相对含水量（RWC） 采样称取鲜叶质量后用蒸馏水浸泡24 h，然后称饱和鲜质量，最后在105 ℃下烘8 h称干质量，计算RWC：
1.4 数据分析
试验数据利用R语言［14］agricolae程序包［15］和自编程序完成低温处理下不同物种的生理指标进行单因素方差分析，对干旱处理的生理指标进行双因素方差分析，并利用Duncan多重极差检验法进行多重比较。将不同物种在5个温度下的RWC和EC指标值，使用NbClust程序包［16］，利用k-means方法分别进行聚类分析，并分别对比RWC和EC聚类结果的差异，提取出聚类有差异的物种进行第二次k-means聚类分析。以不同干旱胁迫程度和不同时间的9个RWC和EC指标值分别对各物种进行聚类，分析过程与低温试验数据分析相同。选择0℃时的RWC和EC作为抗寒能力排序的指标，选择强干旱胁迫下处理36 h的RWC和EC作为抗旱能力排序的指标，利用TOPSIS方法对各物种的抗寒和抗旱能力进行排序，首先利用R语言scale（）命令对不同指标进行归一化处理，利用以下公式进行排序指标计算：
Ui=（ECi-ECMin）2+（RWCi-RWCMax）2
式中，ECi和RWCi分别为归一化后各组数据的值，ECmin和RWCmax分别为归一化处理后各数据的最小值和最大值，因EC与抗性呈负相关，RWC与抗性呈正相关，因此选择ECmin和RWCmax作为标准。
2 结果与分析
2.1 低温和干旱对木本花卉生理指标的影响
基于试验测定，各物种不同逆境处理与对照条件下的生理指标见表2、表3和表4，对照不同树种RWC在79.1%～109.2%之间，随着处理温度的降低，低温处理各RWC指标逐步下降，其中大叶紫薇在-3 ℃处理后RWC值降至12.4%，为所有处理的最低值；对照EC在13.0%～39.8%之间，低温处理中该指标随着温度的降低而逐渐升高，以红花荷在-3 ℃处理后EC值最高，达到85.4%。干旱处理RWC和EC与低温处理呈相同的变化趋势，其中仪花在强干旱胁迫36 h后RWC值在所有检测样本中最低，降低至16.8%；所有样本中，腊肠树在干旱胁迫36 h后EC值最高，达到87.0%。
2.2 抗寒能力评价
由表3、图1可知，基于27个树种的RWC和EC指标，计算k-means聚类数均为2类，即抗寒和不抗寒两个类群，第一次聚类时，小叶紫薇、大叶紫薇、黄槐、无忧树、红花羊蹄甲、仪花、红花银桦、国庆花8个物种在RWC和EC聚类中存在差异（图1A、B），因此对上述8个物种进行第二次聚类，RWC和EC重新聚类结果8个物种被分为两类且结果相同（图1C、D）。在两次聚类中，聚类1各物种在降温至6℃时平均EC变化曲线显示其电导率有较大的提升，相对含水量明显下降，而聚类2在降温至0℃前电导率变化幅度较小，降至0℃后电导率才有显著提升，相对含水量也是在温度降至0℃之后才出现明显下降。因此，认为聚类1中的14个物种为不抗寒物种，聚类2中的13个物种为抗寒物种。
表2 27个物种低温胁迫生理指标变化情况
Table 2 Changes in physiological indicators of 27 species under low-temperature stress
序号No.RWC （%） EC （%）CK 9℃ 6℃ 3℃ 0℃ -3℃ CK 9℃ 6℃ 3℃ 0℃ -3℃1 黄花风铃木 93.2 79.2 62.9 54.3 30.2 18.7 30.2 31.5 54.1 62.7 80.3 82.0 2 蓝花风铃木 89.0 76.7 88.3 71.5 68.3 44.6 39.8 40.6 33.6 53.6 36.1 76.3 3 金花风铃木 90.6 75.1 86.3 55.6 48.2 31.3 33.2 38.1 33.9 52.5 53.5 82.3 4 火焰木 83.4 85.2 90.6 87.5 78.8 73.5 25.2 38.9 25.8 33.1 25.3 82.0 5 蓝花楹 91.8 66.6 68.7 70.2 56.8 47.2 14.3 16.6 19.6 37.3 33.4 55.2 6 本地木棉 79.0 85.5 90.0 65.7 35.8 46.9 35.1 19.3 28.8 65.0 75.3 83.0 7 美丽异木棉 88.7 79.5 85.1 76.4 53.4 50.1 23.8 28.4 25.2 36.7 73.5 82.0 8 广宁红花油茶 84.2 79.7 83.5 76.9 72.0 54.5 29.4 31.8 25.9 24.6 29.6 82.4 9 杜鹃红山茶 91.5 85.5 82.6 15.8 87.9 75.6 27.8 31.3 28.2 24.9 20.8 75.8 10小叶紫薇 100.1 69.0 72.6 66.8 68.3 51.7 27.7 37.3 28.5 39.9 46.8 80.3 11大叶紫薇 96.7 82.7 97.0 55.0 21.0 12.4 26.2 31.2 25.8 56.2 72.6 78.5 12黄槐 84.7 73.4 70.9 84.1 77.9 43.5 25.9 31.3 29.7 28.9 25.4 80.3 13无忧树 101.1 87.0 97.4 67.0 54.3 34.5 33.8 35.1 27.9 46.8 47.7 85.5 14宫粉羊蹄 109.2 63.9 84.3 93.3 63.6 46.9 30.0 32.3 29.6 37.9 27.0 80.3 15红花羊蹄 103.4 70.1 79.7 92.2 88.0 55.6 22.9 34.8 26.9 41.0 29.0 78.7 16铁刀木 89.5 77.9 63.4 78.0 58.6 36.4 26.8 23.5 20.1 50.1 48.2 82.9 17腊肠树 93.9 70.0 76.8 76.7 66.8 33.4 24.7 26.7 30.0 36.5 29.9 62.1 18仪花 86.0 72.1 84.9 63.3 55.0 49.5 25.3 25.2 24.8 43.1 42.6 79.2 19凤凰木 92.3 60.9 76.9 74.2 39.6 32.0 37.9 26.3 19.1 65.8 68.9 81.6 20穗花棋盘脚 101.6 79.3 98.7 62.0 60.2 18.8 23.9 24.5 26.1 52.5 57.0 78.7 21美花红千层 98.3 87.1 94.0 95.1 88.4 71.9 14.6 18.8 18.5 25.5 19.7 40.0 22深山含笑 102.1 83.9 89.9 87.9 86.3 64.1 21.1 24.3 23.3 24.8 25.6 78.5 23樱花 94.9 61.6 99.6 91.8 67.8 73.2 35.8 29.3 22.0 29.6 22.1 73.7 24红花银桦 100.0 72.1 105.6 93.4 90.9 52.7 13.0 18.2 12.7 18.5 16.5 73.2 25国庆花 92.0 51.9 93.0 93.3 77.3 21.6 23.4 22.4 18.3 28.9 59.7 59.7 26澳洲火焰木 90.0 90.7 94.7 95.4 80.7 75.4 29.1 31.0 27.5 32.4 71.1 71.0 27红花荷 79.1 80.5 77.9 78.8 87.1 57.6 15.3 13.3 10.5 46.1 11.8 85.4物种Specie
表3 27个物种不同干旱胁迫处理生理指标变化情况
Table 3 Changes in physiological indicators of 27 species under different drought stress
%）36 h 63.8 39.3 45.8 73.4 35.2 41.2 37.9 25.9 19.6 42.1 34.8 56.4 35.7 40.5 38.8 15.8 87.0 81.1 31.2 22.8 29.1 35.3 58.0 63.6 44.6 24.5 52.8 EC 迫24h 71.5胁强High-stress EC （12h 46.4%）36 h 49.4 EC 迫胁24h Medium-stress EC （60.6中12h 43.7%）36 h 33.1 EC Low-stress EC （迫胁24h 32.0 12h低29.0 EC 对CK EC照（%）45.1%）36 h 44.7 RWC 迫24h 46.3胁强12h 71.6 High-stress RWC （36 h 57.3 RWC 迫胁24h 56.6中Medium-stress RWC （%）12h 76.1%）36 h 69.8 RWC 迫24h 67.0胁低Low-stress RWC （12h 82.8 32.5 41.6 39.2 35.1 38.3 31.9 43.2 37.6 63.7 60.8 52.3 81.5 68.9 77.3 89.3 69.3 79.4 93.1 28.2 43.8 43.3 36.8 46.0 60.3 38.2 51.3 53.5 46.9 51.0 84.9 50.9 51.0 61.8 44.4 32.9 50.8 57.5 34.5 76.8 51.9 26.8 52.4 30.1 30.4 45.5 49.5 30.7 77.3 39.5 32.9 75.9 59.0 69.1 75.2 28.2 39.3 36.1 31.6 27.1 37.7 26.3 31.9 43.9 83.7 85.7 91.1 84.9 86.9 97.2 85.5 86.8 95.0 44.5 39.3 42.3 31.2 27.7 45.6 24.7 24.5 42.7 74.3 62.7 83.2 70.1 88.7 94.6 70.1 82.0 88.2 34.6 32.7 42.0 39.5 30.3 36.9 36.8 32.4 55.4 76.3 83.5 66.1 69.3 55.0 87.9 70.4 66.0 89.8 21.4 25.7 27.7 20.6 23.5 24.7 22.0 28.8 35.9 74.5 78.2 83.3 70.8 75.0 73.8 70.3 80.3 96.7 12.3 12.4 21.3 11.1 9.9 11.2 11.1 9.3 16.5 72.6 77.9 82.2 82.2 74.9 85.6 84.7 79.5 80.0 41.9 50.3 38.9 31.3 36.8 44.5 49.5 38.5 52.3 63.1 71.8 78.9 66.4 71.4 84.1 76.6 80.4 84.5 36.5 25.7 46.6 39.1 32.7 34.7 32.4 32.5 24.3 80.3 80.3 86.9 70.7 77.8 93.6 79.8 73.2 83.8 34.1 26.2 45.7 29.3 22.8 33.8 27.9 19.2 20.0 45.5 51.3 75.6 47.1 52.4 77.7 59.3 80.2 81.5 30.3 32.4 37.6 33.6 28.1 32.2 29.7 29.6 26.8 74.7 76.9 85.7 64.6 72.1 92.5 83.4 95.0 95.8 36.6 31.1 37.8 37.2 29.6 31.7 35.5 29.9 29.8 55.4 67.4 66.4 56.7 62.5 73.8 75.6 82.5 86.8 39.4 33.9 34.1 37.3 33.1 29.7 32.4 27.2 33.5 84.5 67.8 81.9 95.0 89.3 87.3 93.7 96.1 93.9 17.7 15.3 15.4 16.4 16.6 21.2 36.9 17.6 22.0 80.2 36.5 81.7 82.5 84.3 85.8 71.1 75.5 78.7 46.4 36.2 49.5 45.5 28.7 52.7 45.7 23.1 26.4 33.8 52.1 55.4 53.0 59.0 69.2 56.3 61.0 74.8 62.7 51.7 71.4 63.1 52.1 54.0 52.1 45.8 54.1 16.8 28.7 47.1 27.3 30.8 44.7 49.8 40.3 41.5 33.0 27.7 33.1 32.9 27.9 28.6 27.4 21.6 33.2 71.8 75.7 87.9 70.9 61.8 78.8 87.7 83.3 86.0 29.4 23.8 23.1 27.9 22.8 14.9 27.7 45.6 30.3 78.3 94.1 96.2 78.7 86.1 91.2 65.4 77.5 87.2 55.0 33.9 39.0 44.6 30.0 23.6 37.1 43.7 30.5 82.6 68.8 88.5 68.9 69.3 85.0 79.2 81.8 82.8 46.6 41.8 42.1 42.9 35.4 29.1 31.9 22.4 39.4 95.5 84.1 78.4 65.0 67.2 75.2 90.4 85.5 83.6 34.6 37.7 56.1 44.3 43.7 68.9 44.8 31.1 40.2 53.7 60.1 73.1 60.1 53.9 52.2 60.0 52.3 66.3 36.4 20.8 65.2 28.6 22.1 66.0 30.0 25.1 33.8 37.9 37.5 83.6 32.8 44.1 86.6 52.5 58.9 87.2 36.6 33.8 57.7 44.2 51.6 46.2 32.5 43.3 21.2 59.9 36.2 57.6 63.0 34.7 50.4 58.8 44.2 45.7 15.8 32.6 15.3 14.7 32.2 15.9 20.9 36.5 21.5 64.3 71.9 83.7 69.5 70.3 81.2 78.9 69.4 75.5 35.5 34.4 53.9 40.3 55.5 39.6 13.9 32.5 27.9 45.2 27.3 73.2 33.9 43.7 49.7 45.4 72.4 67.8 RWC 照对CK RWC （%）物Specie种号No.序91.6木铃风花黄1 94.7木铃风花蓝2 78.4木铃风花金3 83.4木焰火4 90.2楹花蓝5 89.4棉木地本6 78.3棉木异丽美7 93.8茶油花红宁广8 84.0茶山红鹃杜9 83.1薇紫叶小10 87.8薇紫叶大11 91.0槐黄12 94.7树忧无13 89.3蹄羊粉宫14 65.5蹄羊花红15 72.5木刀铁16 83.2树肠腊17 49.6花仪18 83.0木凰凤19 94.1脚盘棋花穗20 89.2层千红花美21 87.2笑含山深22 81.3花樱23 98.6桦银花红24 91.0花庆国25 98.6木焰火洲澳26 93.8荷花红27
表4 27个物种抗寒聚类情况
Table 4 Clustering of cold resistance of 27 species
序号No.最终分类Final classification 1 黄花风铃木 1 1 不抗寒 15红花羊蹄 1 2 2 抗寒2 蓝花风铃木 1 1 不抗寒 16铁刀木 1 1 不抗寒3 金花风铃木 1 1 不抗寒 17腊肠树 1 1 不抗寒4 火焰木 2 2 抗寒 18仪花 2 1 1 不抗寒5 蓝花楹 1 1 不抗寒 19凤凰木 1 1 不抗寒6 本地木棉 1 1 不抗寒 20穗花棋盘脚 1 1 不抗寒7 美丽异木棉 1 1 不抗寒 21美花红千层 2 2 抗寒8 广宁红花油茶 2 2 抗寒 22深山含笑 2 2 抗寒9 杜鹃红山茶 2 2 抗寒 23樱花 2 2 抗寒10小叶紫薇 2 1 1 不抗寒 24红花银桦 1 2 1 不抗寒11大叶紫薇 2 1 2 抗寒 25国庆花 2 1 2 抗寒12黄槐 1 2 1 不抗寒 26澳洲火焰木 2 2 抗寒13无忧树 2 1 2 抗寒 27红花荷 2 2 抗寒14宫粉羊蹄 2 2 抗寒物种Species EC第一次聚类 First clustering by EC RWC第一次聚类First clustering by RWC第二次聚类Second clustering最终分类Final classification序号No.物种Species EC第一次聚类First clustering by EC RWC第一次聚类First clustering by RWC第二次聚类Second clustering
图1 27个物种低温胁迫下生理指标变化曲线与抗寒性聚类情况
Fig.1 Physiological index change curve wder low-tempter ture stress and cold resistance ability clustering of 27 species
2.3 抗旱能力评价
由表5可知，基于干旱试验中各物种的RWC和EC变化情况，利用Kmeans聚类结果显示两指标的最优聚类数均为2，且各聚类内包含的物种完全相同。由图2可知，不同程度干旱胁迫下，聚类2物种的RWC和EC随着时间的变化均显示出更为明显的变化，而聚类1的两指标随时间变化相对稳定，且聚类2各物种的平均电导率高于聚类1、相对含水量低于聚类1。表明聚类1中17个物种为抗旱物种，聚类2中10个物种为不抗旱物种。
表5 27个物种抗旱聚类情况
Table 5 Drought resistance ability clustering of 27 species
序号No.最终分类Final classification 1 黄花风铃木 2 不抗旱 15 红花羊蹄 1 抗旱2 蓝花风铃木 1 抗旱 16 铁刀木 1 抗旱3 金花风铃木 2 不抗旱 17 腊肠树 2 不抗旱4 火焰木 2 不抗旱 18 仪花 2 不抗旱5 蓝花楹 1 抗旱 19 凤凰木 1 抗旱6 本地木棉 1 抗旱 20 穗花棋盘脚 1 抗旱7 美丽异木棉 1 抗旱 21 美花红千层 1 抗旱8 广宁红花油茶 1 抗旱 22 深山含笑 1 抗旱9 杜鹃红山茶 1 抗旱 23 樱花 2 不抗旱10 小叶紫薇 1 抗旱 24 红花银桦 2 不抗旱11 大叶紫薇 1 抗旱 25 国庆花 2 不抗旱12 黄槐 2 不抗旱 26 澳洲火焰木 1 抗旱13 无忧树 1 抗旱 27 红花荷 2 不抗旱14 宫粉羊蹄 1 抗旱物种Species两生理指标聚类Clustering by two physiological indicators最终分类Final classification序号No.物种Species两生理指标聚类Clustering by two physiological indicators
图2 27个物种干旱胁迫下生理指标变化曲线与抗旱能力聚类情况
Fig.2 Physiological index change curve under drought stress and drought resistance clustering of 27 species
2.4 抗寒和抗旱能力综合评定
对RWC和EC表型进行归一化处理后求得各物种的U值，其中抗寒U值最大的物种为黄花风铃木（21.75），最小为杜鹃红山茶（0），即杜鹃红山茶抗寒能力最强，黄花风铃木抗寒能力最弱；抗旱U值最大的物种为腊肠树（30.50），最小为铁刀木（0），即铁刀木抗旱能力最强，腊肠树抗旱能力最弱。各物种抗寒能力与抗旱能力U值和排序见表6。基于各物种抗寒与抗旱能力的U值结果，以抗寒U值为横坐标，抗旱U值为纵坐标，对所有物种的抗逆性进行综合评定（图3），可见其物种抗逆能力的分布情况。评价结果显示山茶科两个物种、千屈菜科两个物种均呈现对低温和干旱较好的抗性，有较好的向寒冷和干旱地区推广的潜力。
表6 27个物种抗寒和抗旱能力排名
Table 6 Ranking of cold and drought resistance ability of 27 species
序号No.抗旱能力排序Ranking of drought resistance 1 黄花风铃木 紫葳科 21.75 27 13.89 24 2 蓝花风铃木 紫葳科 2.73 15 3.35 14 3 金花风铃木 紫葳科 8.05 20 5.43 19 4 火焰木 紫葳科 0.84 6 19.97 25 5 蓝花楹 紫葳科 16.3 23 2.28 9 6 本地木棉 木棉科 18.69 26 3.9 16 7 美丽异木棉 木棉科 17.61 25 2.96 12 8 广宁红花油茶 山茶科 0.86 7 0.62 5 9 杜鹃红山茶 山茶科 0 1 0.09 2 10 小叶紫薇 千屈菜科 1.46 12 4.18 17 11 大叶紫薇 千屈菜科 0.37 4 2.18 8 12 黄槐 豆科 5.67 17 9.93 21 13 无忧树 豆科 1.06 9 2.4 11 14 宫粉羊蹄 豆科 1.37 11 3.67 15 15 红花羊蹄 豆科 5.96 18 3.19 13 16 铁刀木 豆科 6.12 19 0 1 17 腊肠树 豆科 17.09 24 30.5 27 18 仪花 豆科 1.52 13 25.71 26 19 凤凰木 豆科 4.4 16 1.42 7 20 穗花棋盘脚 玉蕊科 9.47 21 0.3 3 21 美花红千层 桃金娘科 0.29 3 1.07 6 22 深山含笑 木兰科 0.88 8 2.3 10 23 樱花 蔷薇科 0.49 5 10.75 22 24 红花银桦 山龙眼科 15.11 22 13.75 23 25 国庆花 无患子科 2.15 14 5.01 18 26 澳洲火焰木 梧桐科 0.1 2 0.46 4 27 红花荷 金缕梅科 1.36 10 8.27 20物种Species科Family抗寒U值U value of cold resistance抗寒能力排序Ranking of cold resistance抗旱U值U value of drought resistance
图3 27个物种抗寒和抗旱能力综合评定
Fig.3 Comprehensive evaluation of cold and drought resistance of 27 species
编号1～27与表1各物种对应的序号相同
No.1 to 27 are the same as the serial numbers of each species in table 1
3 讨论
植物叶片的电导率和相对含水量等生理指标是反映植物胁迫抗性的最直观的指标［17-19］。研究表明，大多数常绿树种难以长时间耐受0 ℃以下的低温胁迫，短时低温胁迫可恢复生长［20］。本研究中，温度降低至6 ℃时，不抗寒物种的生理指标变化不明显，并未出现较为严重的伤害；当温度降至3 ℃时，抗寒物种与不抗寒物种的生理指标开始产生明显差异；所有物种在温度降至0 ℃以下时生理指标产生了明显变化。因此，在种植非抗寒物种时应注意避免6 ℃以下的低温胁迫，种植抗寒物种时应避免冰点以下胁迫，防止细胞液结冰造成细胞组织结构的破坏，进而形成不可逆的伤害，育苗阶段可通过改善农艺设施增加保温装置的方法完成。
干旱是植物面临的常见胁迫，植物大量失水后，引起大部分生理代谢的紊乱，短时间内即可造成严重的不可逆伤害，耿云红［21］的研究表明植物叶片电解质损失超过50%后，即使恢复水分供应，植物也将会受到永久损伤而无法完全恢复。本研究10个不抗旱物种的生理指标显示在中度和重度干旱胁迫条件下，24～36 h阶段内，EC平均曲线快速升高，36 h后相对电导率均超过50%，RWC的平均变化曲线基本维持不变，说明这些物种在受到干旱胁迫24 h后已受到较严重的不可逆伤害，而抗旱树种在干旱胁迫24 h后生理指标变化趋缓，表明各树种对胁迫产生了一定程度的适应性。因此，在进行木本花卉物种的苗期培育时，应使用完善的培育设施如温室、喷灌或滴灌等，以保证充足的水分供应，不可使胁迫超过24 h，以免造成种苗的严重的损失。
k-means聚类方法是一种迭代求解的聚类分析算法［22］，已被利用在各个研究领域的聚类问题中［23-25］。本研究中引入k-means统计方法对动态变化的生理指标进行聚类用以推断不同物种抵抗逆境的能力，取得了较好的效果，可以明显看出对寒冷和干旱抗性差异明显的物种在应对胁迫中产生了不同的生理反应过程，结合TOPSIS方法对各物种的抗寒和抗旱能力进行综合排序，可以明确不同物种的抗逆程度，对引种和栽培提供了有力的指导。
4 结论
本研究结果表明，在不同的低温胁迫和干旱胁迫下，27个物种的生理指标呈现出显著的差异，叶片电导率随着胁迫程度的加重和胁迫时间的增加而增加，相对电导率则呈现相反的变化。根据k-means聚类和TOPSIS综合比较法分析表明，13个物种为抗寒物种，其中杜鹃红山茶抗寒能力最强；17个物种为抗旱物种，其中铁刀木抗旱能力最强。山茶科和千屈菜科物种呈现出较强的对低温和干旱的综合抗性；紫薇科和豆科类似，科内的物种抗逆性差异较大；木棉科树种抗旱能力较强，抗寒能力较差。
［1］ 衣政伟，王显，胡中泽，陈应柳，秦晓平，陈志德.泰州地区极端天气对水稻南粳9108生长和产量的影响［J］.浙江农业科学，2019,60（1）:23-27.doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20190106.YI Z W, WANG X, HU Z Z, CHEN Y L，QIN X P, CHEN Z D.Effects of extreme weather in Taizhou area on the growth and yield of Nanjing 9108［J］.Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2019, 60（1）:23-27.doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20190106.
［2］ 黄光民，刘尉，王广伦.低温对广东果树、花卉形态及花期的影响［J］.广东气象，2010, 32（5）:39-41.doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2010.05.014.HUANG G M, LIU W, WANG G L.Effects of low temperature on fruit trees, flower morphology and flowering period in Guangdong［J］.Guangdong Meteorology, 2010, 32（5）:39-41.doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2010.05.014.
［3］ 吴晓凤.部分花海花卉抗旱与抗盐性评价及园林应用研究［D］.哈尔滨: 东北农业大学，2018.WU X F.Research on drought and salt resistance evaluation and garden application of some flowers［D］.Harbin: Northeast Agricultural University, 2018.
［4］ BECK E H, FETTIG S, KNAKE C.Specific and unspecific responses of plants to cold and drought stress［J］.Journal of Biosciences, 2007,32（3）: 501-510.doi: 10.1007/s12038-007-0049-5.
［5］ DEANS J D, BILLINGTON H L, HARVEY F J.Assessment of frost damage to leafless stem tissues of Quercus petraea: A reappraisal of the method of relative conductivity［J］.Forestry, 1995, 68（1）:25-34.doi: 10.1093/forestry/68.1.25.
［6］ FANG Y, XIONG L.General mechanisms of drought response and their application in drought resistance improvement in plants［J］.Cellular and Molecular Life Sciences, 2015, 72（4）: 673-689.doi: 10.1007/s00018-014-1767-0.
［7］ SU A Y, NIU S Q, LIU Y Z.Synergistic effects of Bacillus amyloliquefaciens （GB03） and water retaining agent on drought tolerance of perennial ryegrass［J］.International Journal of Molecular Sciences, 2017, 18（3）: 2651-2663.doi: 10.3390/ijms18122651.
［8］ SEDAGHAT M , SARVESTANI Z T , EMAM Y , BIDGOLI A M.Physiological and antioxidant responses of winter wheat cultivars to strigolactone and salicylic acid in drought［J］.Plant Physiology and Biochemistry, 2017, 119:59-69.doi: 10.1016/j.plaphy.2017.08.015.
［9］ 苏李维，李胜，马绍英，戴彩虹，时振振，唐斌，赵生琴，蒲彦涛.葡萄抗寒性综合评价方法的建立［J］.草业学报，2015, 24（3）:70-79.doi: 10.11686/cyxb20150307.SU L W, LI S, MA S Y, DAI C H, SHI Z Z, TANG B, ZHAO S Q, PU Y T.A comprehensive assessment method for cold resistance of grape vines［J］.Acta Prataculturae Sinica, 2015,24（3）:70-79.doi: 10.11686/cyxb20150307.
［10］ JIANG L B, MAO K, WU R L.A skellam model to identify differential patterns of gene expression induced by environmental signals［J］.BMC Genomics, 15（1）:772.doi: 10.1186/1471-2164-15-772.
［11］ 华小义，谭景信.基于“垂面”距离的TOPSIS法——正交投影法［J］.系统工程理论与实践，2004, 24（1）: 114-119.doi:10.6788/xtll.0.2004-01-020.HUA X Y, TAN J X.Revised TOPSIS method based on vertical projection distance— vertical projection method［J］.System Engineering Theory and Practice, 2004, 24（1）:114-119.doi:10.6788/ xtll.0.2004-01-020.
［12］ 胡永宏.对TOPSIS法用于综合评价的改进［J］.数学的实践与认识，2014,32（4）:572-575.doi: 10.3969/j.issn.1000-0984.2002.04.009.HU Y H.Improvement of TOPSIS method for comprehensive evaluation［J］.Mathematics in Practice and Theory, 2014,32（4）:572-575.doi: 10.3969/j.issn.1000-0984.2002.04.009.
［13］ 刘玉秀，徐少青.TOPSIS法用于医院工作质量的多指标综合评价［J］.中国卫生统计，1993（2）:14-17.doi: 10.3969/j.issn.1006-5253.2001.02.012.LIU Y X, XU S Q.TOPSIS method for multi-index comprehensive evaluation of hospital work quality［J］.Chinese Journal of Hospital Statistics, 1993（2）:14-17.
［14］ CORE R, STATISTICAL P, NU U R D C T.R: A language and environment for statistical computing［J］.Computing, 2014（1）:12-21.doi: 10.1890/0012-9658（2002）083.
［15］ FELIPE D M.Agricolae: Statistical Procedures for Agricultural Research［EB/OL］.R package version 2020,1.3-2.https: //CRAN.R-project.org/package=agricolae.
［16］ MALIKA C, NADIA G, VERONIQUE B, AZAM N.NbClust: An R package for determining the relevant number of clusters in a data set［J］.Journal of Statistical Software, 2014, 61（6）:1-36.doi: 10.18637/jss.v061.i06.
［17］ 王瑞，马凤鸣，李彩凤，陈胜勇，侯静.低温胁迫对玉米幼苗脯氨酸、丙二醛含量及电导率的影响［J］.东北农业大学学报，2008,39（5）:20-23.doi: 10.3969/j.issn.1005-9369.2008.05.005.WANG R, MA M F, LI C F, CHEN S Y, HOU J.Effect of low temperature stress on proline, malondialdehyde contents and electric conductivity of maize seedling［J］.Journal of Northeast Agricultural University,2008, 39（5）: 20-23.doi: 10.3969/j.issn.1005-9369.2008.05.005.
［18］ 王玲丽.低温胁迫下不同百合的抗寒生理研究［D］.武汉: 华中农业大学，2012.WANG L L.Study on cold resistance physiology of different lilies under low temperature stress［D］.Wuhan: Huazhong Agricultural University,2012.
［19］ 杨锦，史绍林，季晓慧，赵凌全，许成启.低温胁迫对八种彩叶树生理指标的影响［J］.北方园艺，2018（5）:106-110.doi:10.11937/bfyy.20172469.YANG J, SHI S L, JI X H, ZHAO L Q, XU C Q.Effect of low temperature stress on physiological indexes of eight species color-leafed trees ［J］.Northern Horticulture, 2018（5）: 106-110.doi: 10.11937/bfyy.20172469.
［20］ 郭子武，李宪利，高东升，段成国.植物低温胁迫响应的生化与分子生物学机制研究进展［J］.中国生态农业学报，2004, 12（2）:54-57.doi: 10.3724/SP.J.1011.2004.054.GUO Z W, LI X L, GAO D S, DUAN C G.Advance in the mechanism of biochemistry and molecular biology in response to cold stress of plant［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2004, 12（2）:54-57.doi:10.3724/SP.J.1011.2004.054.
［21］ 耿云红.干旱胁迫对绿化木本植物抗逆性研究［J］.山东农业大学学报（自然科学版），2019, 50（1）:15-21.doi: 10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.003.GENG Y H.Study on resistance of woody plants under drought stress［J］.Journal of Shandong Agricultural University（Natural Science Edition） , 2019, 50（1）:15-21.doi: 10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.003.
［22］ HARTIGAN J A, WONG M A.Algorithm AS 136: A k-means clustering algorithm［J］.Journal of the Royal Statistical Society.Series C（Applied Statistics）, 1979, 28（1）: 100-108.doi: 10.2307/2346830.
［23］ KRISHNA K, MURTY N M.Genetic K-means algorithm［J］.IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics-Part B: Cybernetics,1999, 29（3）: 433-439.doi: 10.1109/3477.764879.
［24］ WAGSTAFF K, CARDIE C, ROGERS S, SCHRÖDL S.Constrained k-means clustering with background knowledge［C］.International Conference on Machine Learning, 2001: 577-584.
［25］ JAIN A K.Data clustering: 50 years beyond K-means［J］.Pattern Recognition Letters, 2010, 31（8）: 651-666.doi: 10.1016/j.patrec.2009.09.011.