干旱脅迫對(duì)野牡丹苗木生理生化的影響

黃 燕，陳安安，吳永彬*

（1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東廣州 510642；2 柳州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）

鄉(xiāng)土植物在園林建設(shè)中不僅具有一般植物的防護(hù)功能和保護(hù)功能，而且在突出景觀特色、保護(hù)生物多樣性和維持城市生態(tài)系統(tǒng)方面均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。野牡丹科植物花瓣艷麗，常為紫紅色，種質(zhì)資源豐富，觀賞價(jià)值較高，開發(fā)前景廣闊，多個(gè)屬種如野牡丹屬、金錦香屬等葉型奇特，花大艷美，可被選育用于園林綠化、城市美化[1]。野牡丹（Malestoma candidum）株型緊湊豐滿，耐修剪，萌枝力強(qiáng)，花大艷麗，景觀效果好，盛放于夏季，具有較高的觀賞價(jià)值[2]。野牡丹高0.5～1.5m[3]，生長(zhǎng)高度適合營(yíng)造綠籬灌木林帶，是南方理想的野生鄉(xiāng)土木本觀花植物[4]。

干旱是部分鄉(xiāng)土植物開發(fā)利用的限制因子之一，在園林植物選材日益豐富的情況下，抗旱種的供應(yīng)和需求也日趨旺盛。目前國(guó)內(nèi)野牡丹科的研究主要集中在植物資源學(xué)[1,5-6]、系統(tǒng)分類學(xué)[7-8]、雜交育種[9-10]等方面，對(duì)野牡丹科植株抗旱性研究很少，對(duì)野牡丹的抗旱性研究及其園林適應(yīng)性和栽培養(yǎng)護(hù)方面的研究更為罕見。本研究以野牡丹為研究材料，采用盆栽模擬干旱，設(shè)置不同程度的干旱程度，比較野牡丹植物苗木的生理生化指標(biāo)變化趨勢(shì)，探討其耐旱能力，對(duì)其引種馴化和后期在干旱環(huán)境種植有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)地設(shè)于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城寧西馮村實(shí)驗(yàn)基地（N23°51′～23°37′，E113°29′～113°57′），位于珠江三角洲東北部，屬于南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，溫暖多雨，光熱充足，溫差較小，熱量充沛，夏長(zhǎng)冬短。年平均氣溫在23.2℃左右，年平均降雨量1623.5～1899.8mm，其中82%集中在4～9 月，年平均相對(duì)濕度達(dá)到79%[11]。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用的種子均采自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城寧西馮村實(shí)驗(yàn)基地野生植株，采種母樹選擇生長(zhǎng)健壯的5年生野牡丹植株，自采集成熟蒴果經(jīng)自然風(fēng)干后，于當(dāng)月播種。試驗(yàn)用苗為半年生實(shí)生苗，移栽上盆，定植適應(yīng)1 個(gè)月后，開始各項(xiàng)試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用黃心土為盆栽基質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)含量1.01g/kg，全氮含量0.031g/kg，全磷含量0.305g/kg，全鉀含量10.91g/kg，堿解氮含量7.18mg/kg，有效磷含量0.33 mg/kg，速效鉀含量12.84mg/kg，土壤顆粒小于0.01mm，pH 值為5.17。

取生長(zhǎng)較為一致的野牡丹種子苗，分5 個(gè)處理，每天澆水（脅迫時(shí)間為0d）、干旱3d、干旱6d、干旱9d、干旱12d，每個(gè)處理30 棵，重復(fù)3 組。為減少株間差異，對(duì)每株植株生長(zhǎng)位置與葉片朝向相同及大小相似的葉片進(jìn)行掛牌標(biāo)記。觀察5 個(gè)處理外部形態(tài)的變化，在干旱0（CK 組）、3、6、9、12d 測(cè)定土壤含水量，并分別取3株苗的掛牌葉片的相同葉片部位測(cè)定各生理生化指標(biāo)。

1.3.1 測(cè)定指標(biāo)。土壤含水量采用快速測(cè)定儀Easttest（美國(guó)）測(cè)定；葉綠素含量采用丙酮法測(cè)定；葉片脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮顯色法；葉片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測(cè)定；葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定。葉片相對(duì)含水量采用烘干法測(cè)定；葉片相對(duì)電導(dǎo)率用DDS-6700 型電導(dǎo)率儀測(cè)定。

1.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采用Excel 2007 作簡(jiǎn)單歸納整理，采用SAS8.1 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析。采取相關(guān)性分析以及主成分分析總結(jié)出干旱脅迫下野牡丹各生理生化的相關(guān)性以及野牡丹抗旱能力主要決定因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)野牡丹植株形態(tài)的影響

由表1 可以看出，干旱脅迫對(duì)野牡丹植株形態(tài)有一定的影響。對(duì)照組到干旱第3d，植株生長(zhǎng)狀況一致，株型完整，葉片表現(xiàn)健康。干旱6d 時(shí)，植株下部2～3 對(duì)成熟葉出現(xiàn)下垂，部分枝條頂芽開始萎蔫，但葉片未曾出現(xiàn)失綠現(xiàn)象。9d 時(shí)全株成熟葉片和頂芽呈下垂?fàn)?，雖然葉片保持深綠，但植株的觀賞性開始受到影響。到12d，植株下部3～4 對(duì)的成熟葉片表現(xiàn)為干枯卷曲，頂芽都萎蔫，但新嫩葉片及上部1～2 對(duì)成熟葉片仍保持鮮綠。

表1 野牡丹干旱脅迫各時(shí)期的脅迫程度及土壤含水量

2.2 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片相對(duì)含水量的影響

由圖1 可知，隨著干旱脅迫程度的增大，野牡丹葉片相對(duì)含水量呈逐漸下降。但除了12d 處理組，其余各處理組葉片的相對(duì)含水量與CK 組之間差異不明顯，僅12d 差異達(dá)到顯著水平，相對(duì)含水量下降幅度最大。但各處理組葉片含水量都保持在50%以上。

圖1 干旱脅迫對(duì)野牡丹相對(duì)含水量的影響

2.3 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片葉綠素含量的影響

由圖2 可以看出，隨著干旱程度加重，野牡丹葉片葉綠素a、b 和葉綠素總含量變化趨勢(shì)相同，均呈現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)，在干旱3d 時(shí)達(dá)到最大，各處理組的葉綠素含量均大于對(duì)照組，且處理組與對(duì)照組差異達(dá)顯著，干旱3d 時(shí)葉綠素總含量與其他處理組葉綠素總含量差異顯著。類胡蘿卜素則呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，在干旱9d 達(dá)到最大，但各處理與CK 組差異、處理組之間差異不顯著。

圖2 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉綠素含量的影響

2.4 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性的影響

葉片相對(duì)電導(dǎo)率也叫細(xì)胞膜相對(duì)透性。由圖3 可知，隨著干旱脅迫程度的增加，野牡丹的相對(duì)電導(dǎo)率先減小后增大，干旱第12d 時(shí)最大。野牡丹干旱3d 和干旱6d 處理組的相對(duì)電導(dǎo)率低于對(duì)照組，但與對(duì)照組的相對(duì)電導(dǎo)率差異不顯著。干旱9d、干旱12d 處理組與對(duì)照組差異達(dá)顯著水平，較對(duì)照組分別提高了17.49%和38.03%。

圖3 干旱脅迫對(duì)野牡丹相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.5 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片MDA 含量的影響

干旱脅迫程度下野牡丹葉片中MDA 含量的變化如圖4 所示。野牡丹葉片的MDA 含量隨著干旱程度的增加而逐步上升，且各處理組MDA 含量均高于對(duì)照組，除了3d 處理組，其余處理組與對(duì)照組差異達(dá)到顯著水平。在干旱6d 時(shí)MDA 含量相對(duì)對(duì)照組提高了52.36%，9d 時(shí)MDA 含量達(dá)最高，相對(duì)CK 組的含量提高了86.14%。

圖4 干旱脅迫對(duì)野牡丹MDA含量的影響

圖5 干旱脅迫對(duì)野牡丹SOD活性的影響

2.6 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片SOD 總活性的影響

在干旱脅迫時(shí)，處理組SOD 活性與對(duì)照組相比均有所降低，且差異達(dá)到顯著水平。由圖5 可見，隨著干旱脅迫加重，在干旱第3d 與對(duì)照組相比下降了23.00%，干旱第3d 到第9 天活性下降幅度減小，與對(duì)照組差異顯著。從9d 到第12d，SOD 活性下降20.17%。

2.7 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片Pro 含量的影響

隨干旱脅迫程度的加劇，野牡丹葉片中Pro 含量逐步增高，各處理組與對(duì)照組的Pro 含量差異顯著，其中干旱12d 時(shí)Pro 含量達(dá)最大，且差異達(dá)到顯著水平，其余各干旱處理間差異均未達(dá)到顯著（見圖6）。

2.8 干旱脅迫對(duì)野牡丹葉片可溶性蛋白含量的影響

隨著干旱脅迫程度的增加，野牡丹的可溶性蛋白含量逐漸增加。由圖7 可知，前9d 的各處理組增長(zhǎng)幅度相近，但與對(duì)照組差異并不顯著，僅12d 處理組差異達(dá)到顯著水平。

圖6 干旱脅迫對(duì)野牡丹Pro 含量的影響

圖7 干旱脅迫對(duì)野牡丹可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

2.9 不同程度干旱脅迫對(duì)野牡丹各個(gè)生化生理指標(biāo)相關(guān)性分析

從干旱脅迫下野牡丹各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析可以看出（見表2），土壤含水量與Pro 含量、MDA 含量極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與SOD 活性極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。葉片相對(duì)含水量與可溶性蛋白質(zhì)含量極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與相對(duì)電導(dǎo)率、Pro 含量極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。葉綠素含量與Pro 含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）。相對(duì)電導(dǎo)率與可溶性蛋白質(zhì)極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與SOD 活性顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與MDA 含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量與Pro 含量極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與SOD 活性極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與MDA 含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）。Pro 含量與SOD 活性極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與MDA 顯著正相關(guān)（P＜0.05）。SOD 活性與MDA 含量顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

表2 野牡丹葉片各指標(biāo)相關(guān)性分析

2.10 干旱脅迫對(duì)生化生理指標(biāo)的主成分分析

從干旱脅迫下野牡丹各生理指標(biāo)的主成分分析（表3）可以看出，野牡丹抗旱性的前3 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為62.97%、28.33%、6.72%，累積貢獻(xiàn)率已達(dá)98.09%。前2 個(gè)主成分代表了全部性狀91.29%的綜合信息，基本上能夠反映原始數(shù)據(jù)的信息量，因此取前2個(gè)主成分為野牡丹在未進(jìn)行脅迫處理水平下的抗旱性分析的重要主成分。

由表3 可以看出，第1 主成分中，脯氨酸含量（Pro）、SOD 活性、可溶性蛋白含量（Spro）、MDA 含量、葉綠素含量（Chl）這些指標(biāo)的荷載值較大，表明第1 主成分對(duì)這些指標(biāo)起支配作用，其中脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量主要反映的是野牡丹在干旱脅迫下細(xì)胞適應(yīng)性代謝調(diào)節(jié)能力；SOD 活性、MDA 含量反映的是野牡丹在干旱脅迫下細(xì)胞膜的傷害程度。第2 主成分中，只有相對(duì)電導(dǎo)率（EL）有較大荷載值，反映了野牡丹細(xì)胞膜的傷害程度。綜上所述，野牡丹的抗旱能力大小主要由參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)因子決定，其次是參與維持膜的穩(wěn)定性的水分生理指標(biāo)。

表3 抗旱指標(biāo)的特征值與累積方差貢獻(xiàn)率

表4 因子荷載陣

3 結(jié)論與討論

3.1 干旱脅迫對(duì)野牡丹水分狀況及葉綠素的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫3d，即輕度干旱時(shí)，野牡丹科均保持良好的的生長(zhǎng)勢(shì)，隨著水分脅迫程度加劇，在脅迫6d 野牡丹出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，脅迫9d觀賞性開始受到影響；到脅迫12d 時(shí)葉片干枯卷曲。

在全球氣候變暖和環(huán)境惡化的今天，水資源匱乏日益嚴(yán)重[12]。在城市綠化中，掌握植物的需水規(guī)律符合“節(jié)水型園林”的發(fā)展。干旱脅迫下，葉片的相對(duì)含水量一般都會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)[13]，通常其下降的速率與抗旱能力顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，且土壤干旱情況越嚴(yán)重，其下降幅度越大[14]。相關(guān)研究[15-17]顯示對(duì)干旱脅迫適應(yīng)性較強(qiáng)的植物越能維持較高的葉片含水量。本試驗(yàn)中野牡丹葉片水分喪失較慢，從脅迫開始到6d 相對(duì)含水量變化幅度較小且僅下降了3.56%，且干旱9d 后相對(duì)含水量仍在50%以上，表現(xiàn)為具有較強(qiáng)的忍耐脫水的能力。

葉綠素含量的變化在很大程度上可以反映植株的生長(zhǎng)狀況和葉片的光合能力[18]。關(guān)于干旱脅迫下植物葉綠素的變化報(bào)道不一致。董明[19]認(rèn)為植物葉片在干旱脅迫下，葉綠素含量下降而導(dǎo)致葉子發(fā)黃。有研究認(rèn)為，抗旱性越強(qiáng)的植物的葉綠素含量隨干旱脅迫程度加深變化幅度越小[20]。但不少研究結(jié)果顯示，植物葉綠素隨著干旱脅迫的程度的加重呈現(xiàn)“先升后降”的趨勢(shì)[21-23]。本試驗(yàn)中野牡丹干旱前3d 的葉綠素含量上升，認(rèn)為可能當(dāng)植株受到中度脅迫時(shí)體內(nèi)水分減少，葉綠素相對(duì)“濃縮”而使葉綠素含量上升[24]，而當(dāng)干旱脅迫繼續(xù)并達(dá)到重度脅迫時(shí)，則引起植物細(xì)胞內(nèi)生理生化變化，是葉綠素合成受阻，使得降解加快，因而葉綠素會(huì)迅速下降。

3.2 干旱脅迫對(duì)野牡丹膜脂過氧化的影響

膜系統(tǒng)被認(rèn)為是植物在干旱脅迫下受害的最初和最關(guān)鍵部[25]，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，質(zhì)膜受到不同程度的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致葉片相對(duì)電導(dǎo)率會(huì)增大[26]。相關(guān)研究表明，植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著干旱脅迫程度的增加而逐漸上升，抗旱性較強(qiáng)的植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化幅度較小。本研究中，隨著脅迫的加深，野牡丹相對(duì)電導(dǎo)率先降后升，在輕度與中度干旱情況下，表現(xiàn)出細(xì)胞膜較強(qiáng)的穩(wěn)定性，重度干旱情況下，相對(duì)電導(dǎo)率大幅提高，這與其它的研究結(jié)果一致[13,27-28]。表明在重度干旱脅迫下，野牡丹的質(zhì)膜遭受到較大程度的破壞。

丙二醛（MDA）積累是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用的重要指標(biāo)，也是反映植物抗旱性強(qiáng)弱的常用依據(jù)[29]。隨著干旱脅迫程度的加重，葉片中MDA 含量呈正相關(guān)關(guān)系[30-31]。徐祝齡等[32]對(duì)不同玉米基因型葉組織中的MDA 含量測(cè)定結(jié)果表明，在抗旱性強(qiáng)的基因型組織中MDA 含量增加幅度小，抗旱性弱的基因型增加的幅度大。本研究表明，隨干旱程度加深，野牡丹的MDA 含量雖有增加，但幅度較小，說明在干旱脅迫下野牡丹葉片中生物膜損傷程度不大，體現(xiàn)出其一定的抗性能力，與陳靜如的實(shí)驗(yàn)表明野牡丹在度過干旱閾值期后表現(xiàn)出一定耐受性和適應(yīng)性的結(jié)果相一致[33]。

SOD 是一種典型的誘導(dǎo)酶，外部環(huán)境的改變能影響它的活性水平，植物在逆境下受到傷害以及植物對(duì)逆境抵抗能力往往與體內(nèi)SOD 的活性水平有關(guān)?？垢珊的芰?qiáng)的植物在干旱條件下SOD 活性降低幅度小或保持相對(duì)穩(wěn)定，有的甚至有所升高[13,34]，因而避免或減小了活性氧引起的傷害。也有研究[20,35]表明在干旱脅迫下，葉片中SOD 活性先升后降，說明該植物達(dá)到了耐受脅迫的極限，隨著脅迫加深，SOD 開始下降。本實(shí)驗(yàn)中，野牡丹葉片SOD 活性在干旱脅迫下呈現(xiàn)較大的下降趨勢(shì)，在輕度干旱脅迫下，體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)活性急劇變化，隨著干旱程度加深而下降的趨勢(shì)減緩，反映出野牡丹的抗旱能力不強(qiáng)。

3.3 干旱脅迫對(duì)野牡丹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

許多植物的游離脯氨酸（Pro）含量在各種逆境，特別是干旱脅迫下，具有成倍積累的上升趨勢(shì)。作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[36-38]，葉片游離脯氨酸含量常常作為抗旱性鑒定指標(biāo)之一[39]。研究表明，脯氨酸含量變幅小的物種更耐旱[33,40]。本實(shí)驗(yàn)中野牡丹的Pro 含量隨著干旱脅迫加深而逐漸上升，在輕度干旱脅迫下，Pro 含量迅速上升，而后隨著干旱程度加深而減緩增加幅度，在重度干旱脅迫時(shí)迅速上升，反應(yīng)出野牡丹抗旱能力較弱，與陳靜如的研究結(jié)果相一致[33]。

在逆境脅迫條件下，植物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)合成常會(huì)受到抑制，并且認(rèn)為可溶性蛋白與調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助維持植物細(xì)胞較低的的滲透勢(shì)，以抵抗干旱脅迫帶來的傷害[41]。閆潔[42]等對(duì)大麥的旗葉在干旱脅迫下可溶性蛋白上升。本實(shí)驗(yàn)中野牡丹的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在重度干旱脅迫下大幅度提高，最終維持在較高的水平，表明野牡丹具有抗旱能力較高。

生理生化的結(jié)果表明：野牡丹抗旱性測(cè)定的諸多生理生化指標(biāo)可以歸并為參與滲透調(diào)節(jié)的生化指標(biāo)（游離脯氨酸和可溶性蛋白）和維持膜的穩(wěn)定性的生理指標(biāo)（相對(duì)電導(dǎo)率、MDA 含量、SOD 活性）。其中參與滲透調(diào)節(jié)生化指標(biāo)是野牡丹抗旱性測(cè)定的主要選擇對(duì)策。蔡靜如等采用PEG 模擬干旱脅迫方法進(jìn)行5 種灌木（春花、米碎花、檵木、黑面神和野牡丹）苗期處理,探討不同的PEG 濃度和不同脅迫時(shí)間條件下5 種灌木生理指標(biāo)的變化規(guī)律，表明野牡丹的抗旱性最弱[33]。本試驗(yàn)以自然干旱的方式對(duì)野牡丹苗木進(jìn)行處理，并比較不同干旱程度各指標(biāo)的變化，更能表現(xiàn)自然中干旱脅迫的變化。各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的變化體現(xiàn)出其具有一定的耐旱能力，但隨著干旱脅迫的加深，細(xì)胞膜受損程度大增，表明野牡丹不能忍受重度干旱的脅迫。2種試驗(yàn)方式的結(jié)果相一致。