牡荊等6種鄉(xiāng)土植物的抗旱性

蔡靜如，錢瑭璜，許建新，雷江麗

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040； 2.深圳市中科院仙湖植物園、深圳市南亞熱帶植物多樣性重點(diǎn)實(shí)驗室，廣東 深圳 518004)

牡荊等6種鄉(xiāng)土植物的抗旱性

蔡靜如1，錢瑭璜1，許建新1，雷江麗2

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040； 2.深圳市中科院仙湖植物園、深圳市南亞熱帶植物多樣性重點(diǎn)實(shí)驗室，廣東 深圳 518004)

采用PEG6000模擬脅迫方法，以1/2 Hoagland′s營養(yǎng)液[9]添加PEG6000(5%、10%、20%)制成脅迫溶液，不添加PEG6000的1/2 Hoagland′s營養(yǎng)液為對照，對華南邊坡常見的野生灌木茅梅(Rubusparvifolius)、地桃花(Urenalobata)、牛茄子(SoLanumsurattense)、黃花稔(Sidaacuta)、牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)和空心泡(Rubusrosaefolius)等鄉(xiāng)土植物進(jìn)行干旱脅迫試驗，測定各植物的葉片相對含水量、相對電導(dǎo)率、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量，探討各物種在不同強(qiáng)度干旱脅迫下生理指標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：各物種的葉片相對含水量隨著脅迫程度加劇均有不同幅度的下降；相對電導(dǎo)率和丙二醛含量均隨脅迫時間延長而增加；脯氨酸含量和可溶性糖含量均成倍累積，以出現(xiàn)高峰的時間越遲，增幅越小越抗旱。通過主成分分析進(jìn)行綜合評價得出，6種灌木抗旱性強(qiáng)弱依次排序為：牡荊>黃花稔>茅梅>地桃花>空心泡>牛茄子。

PEG干旱脅迫；鄉(xiāng)土灌木；主成分分析；抗旱性

目前，無論是節(jié)水園林還是生態(tài)修復(fù)都十分重視植物抗旱性研究，灌草結(jié)合，促使人工植物群落向自然群落演替是實(shí)現(xiàn)裸露邊坡生態(tài)穩(wěn)定的必然趨勢[1]，而野生鄉(xiāng)土植物具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)和栽培成本低等特點(diǎn)，從野生植物群落中篩選耐旱物種，對于裸露邊坡迅速復(fù)綠、增加植物多樣性以及植物群落穩(wěn)定有著重要意義。干旱脅迫下，植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化指標(biāo)常發(fā)生相應(yīng)的變化已有許多報道[2-4]，但由于植物抗旱性具有復(fù)雜性，抗旱機(jī)理因植物種類甚至種間差異不盡相同，因而難以統(tǒng)一描述。茅梅(Rubusparvifolius)、地桃花(Urenalobata)、黃花稔(Sidaacuta)、空心泡(Rubusrosaefolius)、牛茄子(SoLanumsurattense)和牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)為華南地區(qū)疏林或草坡廣泛分布種，其中茅梅、地桃花、黃花稔和空心泡的花或果具有一定的觀賞價值，還可作為生態(tài)景觀建設(shè)的植物資源[5-6]，牛茄子是重金屬耐性植物[7]，牡荊耐性強(qiáng)，在生態(tài)修復(fù)中具有優(yōu)勢[8]。本研究選取這6種鄉(xiāng)土植物為研究對象，采用PEG模擬干旱脅迫方法，分析其在干旱脅迫下生理指標(biāo)的變化規(guī)律，運(yùn)用主成分分析法評價其抗旱能力，篩選強(qiáng)抗旱性的鄉(xiāng)土物種，為護(hù)坡灌木的合理選用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為茅梅、地桃花、黃花稔、空心泡、牛茄子、牡荊等6種植物長勢一致的1年生實(shí)生苗。

1.2 試驗方法

干旱脅迫試驗采用PEG6000模擬脅迫方法。以1/2 Hoagland′s營養(yǎng)液[9]添加PEG6000制成脅迫溶液，脅迫質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為5%、10%、20%，每個脅迫處理24 h和48 h，對照處理為不添加PEG6000的1/2Hoagland′s營養(yǎng)液。每個處理選取3株長勢基本一致的幼苗，先在對照處理中培養(yǎng)48h，待其適應(yīng)后再轉(zhuǎn)入脅迫溶液中。各處理在人工培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行，溫度為25 ℃，光照周期為12 h/12 h，相對濕度為75%～85%。當(dāng)幼苗轉(zhuǎn)入脅迫溶液時進(jìn)行對照取樣，脅迫24h和48h分別取樣進(jìn)行生理指標(biāo)測定。每個指標(biāo)用3株幼苗混合采樣。

1.3 生理指標(biāo)測定

葉片相對含水量采用飽和含水量法測定，葉片相對電導(dǎo)率測定采用電導(dǎo)法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法[10]測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[11]測定，可溶性糖含量采用蒽酮法[12]測定。每個指標(biāo)重復(fù)3次。

1.4 抗旱性綜合評價方法

采用主成分分析法對6種植物抗旱性進(jìn)行評價。本文對脅迫48 h各生理指標(biāo)在不同處理條件下的平均變化速率進(jìn)行計算，通過標(biāo)準(zhǔn)化公式使其結(jié)果正向，即綜合評價值越大，其植物的抗旱性越強(qiáng)。計算公式如下[13]：Vi=(Xi-X0)/X0(i=1，2，3)，式中：Vi為某一植物某一指標(biāo)在某一脅迫濃度下相對于對照的變化速率；Xi為某一脅迫濃度下某一指標(biāo)的測量平均值；X0為對照測量平均值。V=(V1+V2+V3)/3，式中：V為某一植物在3種脅迫濃度下的變化速率的平均值。標(biāo)準(zhǔn)化公式[13]為：X=1-(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)，式中：X為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)；V為某項指標(biāo)的平均變化速率；Vmin為某項指標(biāo)平均變化速率的最小值；Vmax為某項指標(biāo)平均變化速率的最大值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行計算，多重比較和主成分分析采用SAS 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 各參試植物在干旱脅迫下的表現(xiàn)

參試植物在模擬干旱脅迫下葉片均呈現(xiàn)出葉緣反卷、葉片皺縮、萎蔫等癥狀。在PEG 5%～10%下，各物種葉片失水癥狀均隨脅迫時間延長而加劇，表現(xiàn)為葉片下垂，葉緣反卷；在PEG 20%脅迫24 h時，除了牡荊和黃花稔約一半葉片出現(xiàn)萎蔫、反卷等癥狀，其余各物種大多數(shù)葉片均嚴(yán)重反卷和萎蔫；而在脅迫時間延長至48 h時，所有物種的葉片均嚴(yán)重失水皺縮、萎蔫。說明這6個物種在抵御干旱環(huán)境時策略相似，均以葉片卷曲、萎蔫或調(diào)整葉片伸展角度以縮小葉面積，降低葉片對光能的吸收為主要方式[14]。

2.2 干旱脅迫對植物葉片相對含水量的影響

植物對干旱脅迫的最直接生理表現(xiàn)即為失水，而反映植物水分狀況的重要指標(biāo)為葉片相對含水量。由表1可以看出，隨著脅迫濃度的增加，各物種的失水程度顯著加重，其中在PEG 5%條件下，茅梅和空心泡的葉片相對含水量下降幅度最大，達(dá)40.46%～65.32%；牡荊和黃花稔下降幅度最小，約7%。當(dāng)PEG為10%時，黃花稔在脅迫24 h時與低濃度脅迫無明顯差異，在48 h時相對含水量迅速下降了30.80%；牡荊在不同脅迫時間差異不大，下降幅度約為22%；而各物種在脅迫48 h時相對含水量下降幅度排序為牡荊<黃花稔<地桃花<牛茄子<茅梅<空心泡。當(dāng)PEG 20%脅迫48 h時，所有物種的葉片相對含水量均大幅下降，降幅按從小到大排序為黃花稔< 牡荊<牛茄子<茅梅<地桃花<空心泡，其中空心泡降幅高達(dá)82.25%，牡荊和黃花稔降幅較小，為34%～35%。

表1 參試物種在模擬干旱脅迫下葉片相對含水量的變化 %

*：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同小寫字母為差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3 干旱脅迫對植物葉片相對電導(dǎo)率的影響

由表2可知，在干旱脅迫下，各物種的葉片相對電導(dǎo)率均隨脅迫濃度增加而顯著升高?？招呐莸南鄬﹄妼?dǎo)率在各濃度脅迫48 h時均顯著高于對照和脅迫24 h時的電導(dǎo)率，且增幅最大，為對照的6～7倍；而不同脅迫濃度在同一脅迫時間內(nèi)無明顯差異。牡荊和黃花稔在PEG 5%時增幅較小，當(dāng)PEG 10%～20%時，相對電導(dǎo)率隨著脅迫時間延長而顯著增加，在PEG 20%脅迫48 h時，其增幅分別為112.81%、317.85%。而茅梅、地桃花、牛茄子在不同脅迫濃度和不同脅迫時間之間相對電導(dǎo)率差異顯著，在PEG 20%脅迫48 h時增幅分別為424.55%、245.42%、618.43%。說明所有物種在干旱脅迫下質(zhì)膜均遭受不同程度的傷害。

表2 參試物種在模擬干旱脅迫下葉片相對電導(dǎo)率的變化 %

2.4 干旱脅迫對植物葉片丙二醛含量的影響

由表3可知，在PEG 5%脅迫條件下，地桃花和空心泡的丙二醛含量顯著升高，其余參試物種的丙二醛含量有所增加，并隨時間延長而差異顯著。當(dāng)PEG升高至10%時，黃花稔和牡荊的丙二醛含量顯著高于對照，但脅迫24 h與48 h間無明顯差異，地桃花的丙二醛含量隨脅迫時間延長呈先升高后下降，茅梅和牛茄子則隨脅迫時間延長而顯著升高。在PEG達(dá)到20%條件下，各物種的丙二醛含量顯著升高，在脅迫48 h時達(dá)到最高，增幅排序為牡荊<黃花稔<茅梅<牛茄子<空心泡<地桃花。

表3 參試物種在模擬干旱脅迫下葉片丙二醛含量的變化 μmol·g-1

2.5 干旱脅迫對植物葉片可溶性糖含量的影響

在干旱脅迫下，參試物種的可溶性糖含量均有不同程度的增加。大多數(shù)物種在同一PEG脅迫濃度下，可溶性糖含量隨著脅迫時間延長而顯著上升，其中牡荊、黃花稔和牛茄子在PEG 20%脅迫48 h時達(dá)到最高，顯著高于其他處理，與對照相比其增幅分別為227.13%、276.92%、408.26%；而茅梅、地桃花和空心泡在PEG 10%脅迫48 h時可溶性糖達(dá)到最大值，分別為對照的2.55倍、4.70倍、6.55倍(表4)?？梢?，干旱脅迫能引起各物種可溶性糖含量升高，是各物種抵御干旱的一種調(diào)控機(jī)制。

表4 參試物種在模擬干旱脅迫下葉片可溶性糖含量的變化 %

2.6 干旱脅迫對植物葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)維持細(xì)胞膨壓的一種溶質(zhì)。由表5可見，在不同干旱程度下各物種的脯氨酸含量顯著增加。其中空心泡在PEG 5%脅迫48 h時脯氨酸含量即達(dá)到最大值，為對照的18.81倍；茅梅、地桃花、牛茄子、黃花稔和牡荊的脯氨酸含量隨著脅迫程度加深而明顯增加，且在PEG 20%脅迫48 h時達(dá)到最高值，分別為對照的5.80倍、13.32倍、67.23倍、18.71倍、8.78倍。

表5 參試物種在模擬干旱脅迫下葉片脯氨酸含量的變化 mg·g-1

2.7 植物抗旱性綜合評價

脅迫48 h主成分的貢獻(xiàn)率及各生理指標(biāo)的特征向量見表6，前2個主成分因子的累計貢獻(xiàn)率達(dá)90.52%，可作為植物抗旱性評價的綜合指標(biāo)。其中丙二醛在第1主成分中對應(yīng)的系數(shù)最大，其次為相對電導(dǎo)率，相對含水量和可溶性糖含量系數(shù)相近；第2主成分中系數(shù)最大的是脯氨酸。說明相對電導(dǎo)率和丙二醛的變化速率是反映參試物種抗干旱脅迫的最重要指標(biāo)。

主成分的綜合得分是通過對入選2個主成分的貢獻(xiàn)率進(jìn)行歸一化處理，換算成不同脅迫時間各主成分的權(quán)重，再與其相對應(yīng)的主成分得分相乘，最后求和。6種植物的抗旱性綜合得分及排序見表7，其強(qiáng)弱排序為牡荊>黃花稔>茅梅>地桃花>空心泡>牛茄子。

表6 脅迫48 h主成分的貢獻(xiàn)率及各生理指標(biāo) 的特征向量

3 結(jié)論與討論

葉片是植物暴露在空氣中的主要部分，占比最大，是其對不同環(huán)境反應(yīng)最敏感的器官[15]。在模擬干旱脅迫下，各參試物種葉片隨著脅迫強(qiáng)度增大和脅迫時間延長出現(xiàn)不同程度的失水，其中牡荊和黃花稔的葉片相對含水量在PEG 20%脅迫下降幅較小，為34%～35%，其余物種降幅達(dá)60%以上，表現(xiàn)為葉片下垂和皺縮，說明各物種遭遇干旱逆境時均自發(fā)調(diào)整葉的角度或方位，以減少對光能的吸收。有研究表明，植物膜系統(tǒng)在逆境中均有不同程度受損，反映的可靠指標(biāo)有相對電導(dǎo)率和丙二醛含量[16-17]，在本研究中，參試植物的相對電導(dǎo)率和丙二醛含量隨著干旱強(qiáng)度增大而顯著升高，表明各物種細(xì)胞均發(fā)生膜脂過氧化作用，受到不同程度的傷害。

表7 6種植物抗旱性綜合得分及排序

滲透調(diào)節(jié)是植物的重要抗旱生理機(jī)制[18]，當(dāng)植物遭遇逆境時，植物體內(nèi)常通過積累脯氨酸和可溶性糖等物質(zhì)來提高細(xì)胞液濃度，維持膨壓[19-22]。本研究表明，干旱脅迫促使參試物種的可溶性糖和脯氨酸成倍積累，其中黃花稔、牡荊和牛茄子的可溶性糖含量在PEG 20%脅迫48 h達(dá)到最高，其增幅大小排序為牡荊<黃花稔<牛茄子，而茅梅、地桃花和空心泡在PEG 10%脅迫48h即達(dá)到累積高峰，其增幅大小排序為茅梅<地桃花<空心泡；空心泡和牛茄子在干旱脅迫過程中脯氨酸累積量分別為對照的18.81倍和67.23倍，其余4種植物的脯氨酸含量增幅大小排序為茅梅<牡荊<地桃花<黃花稔，通過觀測可知，牡荊和黃花稔的抗旱能力比其余物種強(qiáng)，而牛茄子和空心泡的抗旱性較弱，說明可溶性糖和脯氨酸是各物種啟動滲透調(diào)節(jié)機(jī)制的重要物質(zhì)，其累積量與抗旱性無相關(guān)關(guān)系，而累積高峰期出現(xiàn)早晚以及增幅大小可以用來判斷其抗旱性強(qiáng)弱，與王邦錫、周興元、余曉華等研究結(jié)果一致[23-27]。

通過主成分分析結(jié)果表明，6種植物的抗旱性強(qiáng)弱排序為牡荊>黃花稔>茅梅>地桃花>空心泡>牛茄子，其中牡荊的抗旱性相對較強(qiáng)，黃花稔、茅梅和地桃花的抗旱性次之，空心泡和牛茄子最弱。該研究結(jié)果可為華南地區(qū)裸露邊坡生態(tài)修復(fù)工程物種選擇提供參考。

[1]孫書存，包維楷.恢復(fù)生態(tài)學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：128-170.

[2]常英俏，徐文遠(yuǎn)，穆立薔，等.干旱脅迫對3 種觀賞灌木葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響及抗旱性分析[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，40(3)：36-40.

[3]顏淑云，周志宇，鄒麗娜，等.干旱脅迫對紫穗槐幼苗生理生化特性的影響[J].干旱區(qū)研究，2011，28(1)：139-145.

[4]Manivannan P，Jaleel C A，Sankar B，et al.Growth，biochemical modifications and proline metabolism in Helianthus annuus L.as induced by drought stress[J].Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2007，59(2)：141-149.

[5]王昌騰.麗水生態(tài)示范區(qū)懸鉤子植物資源及其開發(fā)利用[J].中國林副特產(chǎn)，2005(2)：52-53.

[6]唐小清，李許文，張莎，等.廣州市生態(tài)景觀林帶建設(shè)樹種篩選評價[J].中國園林，2015(3)：76-80.

[7]劉月莉，伍鈞，唐亞，等.四川甘洛鉛鋅礦區(qū)優(yōu)勢植物的重金屬含量[J].生態(tài)學(xué)報，2009，29(4)：2020-2024.

[8]路端正，王九麗，謝磊.黃荊種以下分類群的聚類與演化趨勢分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，37(2)：55-56.

[9]Hoagland D R，Arnon D I.The water-culture method for growing plants without soil[J].Circular.California Agricultural Experiment Station，1950，347(2)：23-32.

[10]白寶璋，湯學(xué)軍.植物生理學(xué)測試技術(shù)[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1993：76-157.

[11]李合生.植物生理生化實(shí)驗原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000：261-263.

[12]陳建勛，王曉峰.植物生理學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002：55-56，66-67，74.

[13]譚雪紅，高艷鵬，郭小平，等.五種高速公路邊坡綠化植物的生理特性及抗旱性綜合評價[J].生態(tài)學(xué)報，2012，32(16)：5076-5086.

[14]戶連榮，郎南軍，鄭科.植物抗旱性研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(7)：2652-2654.

[15]王勛陵，王靜.植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社，1989：105-138.

[16]肖用森，王正直，郭紹川.滲透脅迫下稻苗中游離脯氨酸積累與膜脂過氧化的關(guān)系[J].武漢植物學(xué)研究，1996，14(4)：334-340.

[17]楊帆，苗靈鳳，胥曉，等.植物對干旱脅迫的響應(yīng)研究進(jìn)展[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2007，13(4)：586-591.

[18]王霞，侯平.植物對干旱脅迫的適應(yīng)機(jī)理[J].干旱區(qū)研究，2001，18(2)：43-45.

[19]Hare P D，Cress W A，Van Staden J.Dissecting the roles of osmolyte accumulation during stress[J].Plant，Cell & Environment，1998，21(6)：535-553.

[20]杜金友，胡冬南，李偉，等.干旱脅迫條件下胡枝子滲透物質(zhì)的變化[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2006，26(4)：349-352.

[21]史玉煒，王燕凌，李文兵，等.水分脅迫對剛毛檉柳可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量變化的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，30(2)：5-8.

[22]蔣明義，郭紹川，張學(xué)明.氧化脅迫下稻苗體內(nèi)積累的脯氨酸的抗氧化作用[J].植物生理學(xué)報，1997，23(4)：347-352.

[23]王邦錫.不同植物在水分脅迫條件下Pro的積累與抗旱性的關(guān)系[J].植物生理學(xué)報，1989，15(1)：46-51.

[24]周興元，曹福亮，陳國慶.四種暖季型草坪草幾種生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系研究[J].草原與草坪，2003(4)：29-32.

[25]余曉華，張巨明，王明祖，等.四種結(jié)縷草屬草坪草對土壤干旱脅迫的響應(yīng)及抗旱性研究[J].北方園藝，2008(5)：121-124.

[26]席嘉賓，羅耀，張巨明.幾種常綠草坪草對干旱脅迫的生理響應(yīng)[J].草原與草坪，2011，31(2)：28-31.

[27]史燕山，駱建霞，王煦，等.五種草本植物抗旱性研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，33(5)：130-134.

Study on Drought Resistance of Six Native Shrubs

CAI Jing-ru1，QIAN Tang-huang1，XU Jian-xin1，LEI Jiang-li2

(1.ShenzhenTechandEcology&EnvironmentCO.，LTD.，Shenzhen518040，Guangdong，China；2.FairylakeBotanicalGarden，CASandShenzhen，Shenzhen518004，Guangdong，China)

Six native shrub species of South China，Rubusparvifolius，Urenalobata，SoLanumsurattense，Sidaacuta，Vitexnegundovar.cannabifoliaandRubusrosaefoliuswere treated under PEG6000 stress.The changes of relative water content，relative electrical conductivity，the content of soluble sugar，free proline，MDA were discussed.Results showed that：the relative water content were all decreased；relative electrical conductivity and content of MDA increased with prolonging duration；the contents of free proline and soluble sugar increased with prolonging duration，and which had a a smaller increase showed stronger drought resistance.The drought resistance of plants was evaluated by principal component analysis.The drought resistance order follow：V.negundovar.cannabifolia>S.acuta>R.parvifolius>U.lobata>R.rosaefolius>S.surattense.

PEG drought stress；native shrubs；principal component analysis；drought resistance

2015-10-06；

2015-11-20

廣東省軟科學(xué)研究計劃項目(鐵漢生態(tài)研究院建設(shè)，2014B090903015)；鐵漢生態(tài)院士工作站建設(shè)(2015B090904008)；深圳市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金項目(深圳市生態(tài)修復(fù)生物工程技術(shù)研究開發(fā)中心，GCZX20120618100801416)

蔡靜如(1983—)，女，廣東潮州人，深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司林業(yè)工程師，碩士，從事生態(tài)修復(fù)抗逆植物選育研究。E-mail：jingru_cai@126.com。

雷江麗(1971—)，女，深圳市中科院仙湖植物園教授級高工，博士，從事植物生理與分子生物學(xué)方面的研究。E-mail：lei-jl@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.027

Q945.78

A

1002-7351(2016)03-0133-05