6個杜鵑品種的抗旱性評價

鄭穎 陳清西

摘要：以6個杜鵑品種為試驗材料，研究聚乙二醇6000（PEG-6000）模擬不同程度干旱脅迫對杜鵑葉片形態(tài)、生理指標和葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，應(yīng)用隸屬函數(shù)法評價6個杜鵑品種的抗旱性，篩選抗旱性強的杜鵑品種。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫的加劇，杜鵑葉片葉綠素a、葉綠素b與總?cè)~綠素含量逐漸增加，除御代之榮外的杜鵑品種在重度脅迫（-0.8 MPa）下與對照差異顯著;除紫氣東升、神州奇外其他品種的丙二醛含量、相對電導(dǎo)率和游離脯氨酸含量隨著脅迫加劇而有所增加;其中，雪晴的脯氨酸含量整體增幅最大，比對照增加1.62～3.82倍;重度干旱下御代之榮的丙二醛含量、相對電導(dǎo)率增幅均最大，分別為對照的2.02、3.11倍。紫秀、紅陽、御代之榮的實際光化學(xué)量子產(chǎn)量、光化學(xué)淬滅系數(shù)、光合電子傳遞速率隨著干旱脅迫程度的加深呈逐漸下降的趨勢，且在重度脅迫下，除紫氣東升、雪晴外的各杜鵑品種與對照相比均呈顯著性下降。可溶性蛋白含量總體變化較小，紫秀、御代之榮在脅迫下與對照相比均呈顯著性變化。利用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，6個品種抗旱性強弱排序為紫氣東升>雪晴>紅陽>神州奇>御代之榮>紫秀。

關(guān)鍵詞：杜鵑;干旱脅迫;葉片形態(tài);生理指標;隸屬函數(shù)法;抗旱性;葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù);品種篩選

中圖分類號： S685.210.1?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）20-0163-05

杜鵑花（Rhododendron）是杜鵑花科杜鵑花屬植物，其花色多樣、品種豐富、姿形優(yōu)美，是中國傳統(tǒng)十大名花之一，也是世界著名的觀賞植物[1]。杜鵑花是福建省福州市園林綠化美化的主要樹種之一，目前應(yīng)用的品種較為單一，多為毛鵑。杜鵑喜濕潤，不耐干旱，而福州市夏秋季常常很少或無降雨，以致造成干旱現(xiàn)象，嚴重影響杜鵑花正常的生長發(fā)育以及推廣應(yīng)用[2]。因此，篩選觀賞性強、抗旱性好的杜鵑品種進行推廣，一方面可以豐富福州市園林綠化景觀，另一方面又符合節(jié)約型園林的理念。

聚乙二醇6000（polyethylene glycol 6000，簡稱PEG-6000）常作為水分脅迫劑被廣泛應(yīng)用于植物抗旱性研究。本試驗以新引進的杜鵑品種觀賞性評價為基礎(chǔ)，選擇觀賞性強的6個品種，采用PEG-6000模擬生理干旱，研究不同程度干旱脅迫對6個杜鵑品種形態(tài)、生理指標和葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，并對6個品種的抗旱性進行綜合評價，篩選出抗旱性強的杜鵑品種，為其在福州市的進一步推廣應(yīng)用提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

選用福州市新引進的觀賞性強的6個杜鵑品種為紫氣東升、紫秀、雪晴、神州奇、紅陽和御代之榮，均來自于金華市永根杜鵑花培育有限公司，為生長健壯的2年生苗。

1.2?試驗方法

試驗于2017年10月14日在福建農(nóng)林大學(xué)園藝科技樓實驗室內(nèi)進行。試驗以Hogland營養(yǎng)液為水培底液，先用Hogland營養(yǎng)液適應(yīng)性培養(yǎng)5 d后采用PEG-6000進行不同程度的干旱脅迫處理。試驗共設(shè)對照（CK，0 MPa）以及3個脅迫梯度（-0.1、-0.4、-0.8 MPa）。根據(jù)Michel等的公式[3]配制不同滲透勢相對應(yīng)的PEG-6000溶液：在室溫為 25 ℃ 時，-0.1 MPa所對應(yīng)的PEG-6000濃度為7.85%;-0.4 MPa 所對應(yīng)的PEG-6000濃度為17.84%;-0.8 MPa所對應(yīng)的PEG-6000濃度為26.19%。試驗于光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行，溫度為25 ℃。各品種每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)3株。脅迫處理36 h后，觀察植株形態(tài)變化，選取中部成熟葉片剪碎混勻后進行相關(guān)生理生化指標測定，重復(fù)3次。

1.3?測定指標

將植株葉片傷害級值分為0～4級：0級（葉片健康，無受害癥狀）、1級（葉片萎蔫失水，呈下垂?fàn)顟B(tài)）、2級（葉尖、葉片1/3處干枯）、3級（葉片1/3～2/3處干枯）、4級（整葉干枯）。記錄葉片形態(tài)變化與相應(yīng)傷害級值的葉片數(shù)，計算植株萎蔫程度，公式如下：

植株委蔫度=[∑（葉片傷害級值×相應(yīng)級別的葉片數(shù)）/（每株葉片總數(shù)×4）]×100。

葉綠素含量采用丙酮浸提法測定[4];葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)采用Imaging-PAM熒光成像儀測定;脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測定[5];葉片可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[5];相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法測定[6];丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測定[5]。

1.4?數(shù)據(jù)處理

本試驗采用Microsoft Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用隸屬函數(shù)法對6個杜鵑品種抗旱性進行綜合評價，對各品種的每個指標求其隸屬值[7]。若某一指標與抗旱性呈正相關(guān)，則公式為：Xu=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），若某一指標與抗旱性呈負相關(guān)，則采用如下公式：Xu=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），其中，Xu為某品種某一指標的隸屬值，Xi為某品種某一指標的測定值，Xmax為某一測定指標所有供試材料中的最大值，Xmin為該指標所有供試材料中的最小值。將各指標的抗旱隸屬值累加后求其平均值，平均值越大，抗旱性越強。

2?結(jié)果與分析

2.1?PEG模擬干旱脅迫對杜鵑形態(tài)和若干生理指標的影響

2.1.1?對植株形態(tài)的影響

由表1可知，隨著干旱脅迫加劇，植株受害加重。-0.1 MPa輕度干旱處理下，紫氣東升未出現(xiàn)形態(tài)變化，雪晴、神州奇萎蔫現(xiàn)象較輕，其余品種萎蔫現(xiàn)象較嚴重，御代之榮萎蔫度最高，受害最嚴重。-0.4 MPa中度干旱處理下，紫氣東升、雪晴受害較輕，出現(xiàn)少量葉片萎蔫，御代之榮與紫秀萎蔫現(xiàn)象較重，伴隨著不同程度的干枯與掉葉，受害最重。在-0.8 MPa嚴重干旱處理下，紫氣東升、雪晴部分葉片出現(xiàn)萎蔫，少量葉片葉尖干枯;其余品種葉片萎蔫、干枯現(xiàn)象較重;紫秀、御代之榮掉葉現(xiàn)象明顯，受害最重?？购敌栽綇姷亩霹N品種，植株受害程度越輕，紫氣東升植株整體受害程度較輕，雪晴次之，御代之榮、紫秀植株受害程度較為嚴重，出現(xiàn)嚴重的萎蔫現(xiàn)象，并伴隨著干枯與掉葉。

2.1.2?對葉片葉綠素含量的影響

在干旱脅迫下，杜鵑葉片的葉綠素含量基本是隨著脅迫程度的加劇而增加（圖1）。在 -0.1、-0.4 MPa處理下，神州奇、御代之榮的葉綠素總量與對照相比顯著下降。在-0.8 MPa重度干旱脅迫下，除雪晴外的杜鵑品種的葉綠素含量與-0.1、-0.4 MPa脅迫相比顯著增加。在不同程度的干旱處理下，各杜鵑品種的葉綠素 a/b 的值變化不一，其中御代之榮在脅迫下葉綠素a/b的值與對照相比明顯下降，因為活性氧對葉綠素a影響較葉綠素b強，說明此時御代之榮有可能受到活性氧的傷害，抵御干旱脅迫的能力下降。

2.1.3?對葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響

在干旱脅迫下，紫秀、紅陽、御代之榮的實際光化學(xué)量子產(chǎn)量[Y（Ⅱ）]、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）與表觀光合電子傳遞速率（ETR）隨著脅迫程度的加劇呈逐漸下降的趨勢（圖2）;而與對照相比，在-0.1 MPa輕度干旱條件下，雪晴、神州奇的Y（Ⅱ）、qP與ETR與對照相比均有增加。在-0.8 MPa重度脅迫下，紫秀、御代之榮、紅陽、神州奇的Y（Ⅱ）、qP與ETR與對照相比均顯著降低，說明在嚴重脅迫下光合電子傳遞過程受到抑制或破壞，反應(yīng)中心開放程度降低，受害嚴重。各品種的非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）變化不一，除紅陽外的其他杜鵑品種在 -0.8 MPa 重度脅迫下其qN與對照相比均顯著下降。與對照相比，紅陽的qN在不同程度干旱脅迫下均顯著升高，-0.4 MPa 處理的增幅最大。

2.1.4?對葉片細胞膜透性的影響

由圖3可知，隨著干旱脅迫程度的加劇，除神州奇外的供試品種的相對電導(dǎo)率上升，細胞膜透性不斷增大。6個品種在不同程度的干旱脅迫下，御代之榮受害嚴重，與對照相比增幅最大，為對照的 1.57～2.02倍，且差異顯著性。雪晴在不同程度的干旱處理后，與對照相比細胞膜透性總體變化較小，受害程度相對較輕。

2.1.5?對葉片丙二醛（MDA）含量的影響

在干旱脅迫下，杜鵑葉片的MDA含量不斷積累，除紫氣東升和神州奇外其他品種MDA含量均隨著脅迫程度的加劇而增加（圖4）。與對照相比，6個品種在-0.8 MPa脅迫下MDA含量均顯著增加，說明在嚴重干旱脅迫下杜鵑植株細胞膜過氧化程度加重，受害程度加深。在不同程度的干旱脅迫下，與對照相比，御代之榮MDA含量的增幅最大，為對照的2.25～3.11倍，受害嚴重，抗旱能力較差。

2.1.6?對葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從圖5可知，隨著脅迫程度的加劇，紫氣東升、雪晴、紅陽與御代之榮的可溶性蛋白含量基本呈先增后減的趨勢;紫秀、御代之榮的3個脅迫處理與對照沒有顯著性差異。紅陽的可溶性蛋白含量高于其他品種，植株自身保水能力強，抗性較強。在-0.1 MPa 脅迫下，與對照相比紫氣東升可溶性蛋白含量增加增幅最大，增加22.94%;在-0.4 MPa脅迫下，與對照相比，紅陽的增幅最大，其可溶性蛋白含量增加18.76%。在-0.8 MPa脅迫下，與對照相比，雪晴可溶性蛋白含量的降幅最大，抵御干旱能力下降。

由圖6可知，在不同程度干旱脅迫下，除紫氣東升外的杜鵑品種游離脯氨酸含量與對照相比均有所增加。除紫秀外，與對照相比其他品種在-0.1 MPa脅迫下游離脯氨酸含量顯著增加，其抵御干旱能力增強。在-0.4、-0.8 MPa脅迫下，與對照相比雪晴的脯氨酸含量增幅最大，分別是對照的2.6、3.82倍，紫秀總體增幅最小，僅為對照的1.07～1.21倍，抵御干旱能力較弱。

2.2?不同杜鵑品種抗旱性的綜合評價

6個杜鵑品種的抗旱隸屬平均值越大，其抗旱能力越強。由表2可知，6個杜鵑品種的抗旱能力排序為紫氣東升>雪晴>紅陽>神州奇>御代之榮>紫秀。抗旱性越強的杜鵑品種，植株受害程度越輕。在干旱脅迫下，紫氣東升植株整體受害程度較輕，雪晴次之，御代之榮、紫秀植株受害程度較為嚴重，出現(xiàn)嚴重的萎蔫現(xiàn)象，并伴隨著干枯與掉葉。這與隸屬函數(shù)法評價的結(jié)果較為相近。

3?討論與結(jié)論

干旱對植物生長發(fā)育會產(chǎn)生嚴重影響[8]。葉綠素是植物進行光合作用最重要的物質(zhì)，反映了植物的光合能力[9]。一般情況下，隨著干旱脅迫時間的增加，葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素發(fā)生降解，導(dǎo)致含量降低[10]。而本試驗中，PEG干旱處理使得紫氣東升、雪晴、紫秀、紅陽的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對照相比有所增加。郝樹榮等指出，在短時干旱下，不論是輕度脅迫還是重度脅迫，葉綠素含量會升高，而在長時間脅迫下含量會降低，其原因可能是脅迫初期葉片含水量降低會產(chǎn)生濃縮作用，脅迫后期，活性氧累積導(dǎo)致葉綠素分解加速，含量下降[11]。這與何麗斯等的研究結(jié)果[12]一致。在6個杜鵑品種中，抗旱性較弱的品種為御代之榮，其葉綠素a含量、葉綠素總量、葉綠素a/b值與對照相比均顯著下降。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是研究植物光合生理與逆境脅迫的內(nèi)在探針[13]。許多研究人員都對逆境脅迫下葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的變化進行了深入的探討。在干旱脅迫下，植物光合電子傳遞過程會受到抑制或破壞，反應(yīng)中心開放程度降低，導(dǎo)致量子產(chǎn)量、電子傳遞速率降低[14]。本試驗發(fā)現(xiàn)，抗旱性較強的雪晴的Y（Ⅱ）、qP與ETR雖然隨著脅迫程度的加劇逐漸下降，但與對照相比仍有上升;而隨著脅迫程度的加劇，抗旱性弱的品種紫秀、御代之榮、紅陽、神州奇在-0.8 MPa脅迫下與對照相比其Y（Ⅱ）、qP、ETR均顯著下降。非光化學(xué)淬滅是指PSⅡ（photosystem Ⅱ，光系統(tǒng)Ⅱ）可以通過提高非輻射性熱耗散消耗吸收的過量光能，從而保護中心免受破壞[15]。6個杜鵑品種的qN變化不一，在重度干旱脅迫下與對照相比均顯著下降，抗旱性較弱的品種神州奇的降幅最大。

細胞膜透性和膜脂過氧化程度可以反映植物在干旱脅迫下的受害程度[16]。干旱脅迫使得細胞內(nèi)物質(zhì)大量外滲，電導(dǎo)率增大，活性氧代謝系統(tǒng)紊亂，細胞膜脂過氧化程度加深，從而影響細胞膜結(jié)構(gòu)與功能[17-18]。本試驗發(fā)現(xiàn)，紫秀、雪晴、御代之榮、紅陽的相對電導(dǎo)率和MDA含量隨著脅迫程度的加劇不斷升高?？购敌詮姷钠贩N雪晴在受到不同程度干旱脅迫后，其相對電導(dǎo)率與對照相比無顯著變化，而抗旱性弱的品種御代之榮增幅最大。

植物在干旱脅迫時，體內(nèi)會積累大量代謝物質(zhì)，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外滲透壓平衡，減輕脅迫造成的傷害[19]?？扇苄缘鞍椎脑黾幽芴岣呒毎谋Ｋ芰?，游離脯氨酸的積累能使植物組織的抗脫水能力加大，還有清除自由基等作用，減輕干旱對植物細胞的損傷[20-21]。6個品種的可溶性蛋白含量總體變化較小，其中抗旱性較強的紫氣東升、紅陽在輕度脅迫（-0.1 MPa）下與對照相比可溶性蛋白含量顯著上升。在干旱脅迫下，6個杜鵑品種的脯氨酸含量大量地增加，這與多數(shù)研究結(jié)果[22-23]一致?？购敌暂^強的紫氣東升本身的游離脯氨酸含量也較高，雪晴在受到脅迫后增幅最大，抗旱性較弱的紫秀增幅最小。

不同的杜鵑品種在干旱脅迫下的生理反應(yīng)有所差異，因此須要采用多項指標來綜合評價杜鵑品種的抗旱性。利用隸屬函數(shù)法對6個杜鵑品種進行評價，結(jié)果為紫氣東升>雪晴>紅陽>神州奇>御代之榮>紫秀，這與表型變化觀察的結(jié)果較為相近?？购敌詮姷钠贩N因其耐旱、可粗放管理的特性在城市綠化中的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可應(yīng)用于福州市公路綠化、城鄉(xiāng)交錯帶綠化等[24]，豐富城市綠化景觀的同時，提高資源利用率，實現(xiàn)城市綠化的可持續(xù)發(fā)展[25]。

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