高溫脅迫對鹿角杜鵑的生理及生長影響

楊 華,宋緒忠,王秀云

(浙江省林業(yè)科學(xué)研究院, 浙江 杭州 310023)

杜鵑花是指杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑屬(Rhododendron)中的所有種類，是中國重要的花卉之一，有上千年的栽培歷史，深受人們的喜愛。全世界的杜鵑花約有960種，廣泛分布于世界各地，但許多種類因長期適應(yīng)當(dāng)?shù)貨鏊瑵駶櫟纳L環(huán)境，對于夏季超過35 ℃高溫的地區(qū)難以進行引種，如露珠杜鵑(R.irroratumFranch.)、秦嶺高山杜鵑[R.lapponicum(L.) Wahl.][1]、井岡山杜鵑(R.jinggangshanicumTam)[2]。另外一些種類對溫度適應(yīng)范圍廣，卻因缺少相關(guān)的引種試驗，對其適應(yīng)性了解甚少，極少被人們使用。目前進行耐高溫分析的杜鵑花種類有西洋杜鵑(R.hybridumKer Gawl.)[3]、馬銀花(R.ovatumFranch.)[4]、毛棉杜鵑(R．moulmainenseHook. f.)、紅棕杜鵑(R．rubiginosumFranch.)[5]等，為了使更多的野生杜鵑花種類得到廣泛有效的利用，開展一系列杜鵑花耐高溫研究勢在必行。

鹿角杜鵑(R.latoucheaeFranch.)又名麂角杜鵑[6]，屬常綠灌木，產(chǎn)于我國浙江、江西、福建、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、貴州等9省(區(qū))，分布于海拔500～2 000 m的山坡灌叢林[7-8]，其花冠大，色淡雅，量多，花朵具有淡淡香味。關(guān)于鹿角杜鵑的研究，主要在群落結(jié)構(gòu)調(diào)查、生態(tài)作用、繁育等方面[9-12]，因其分布在海拔較高的山區(qū)林分下層，一般認為其耐高溫能力不高。通過查詢各城市歷年天氣可知，我國東南及中南部的多數(shù)城市到了夏季，最高氣溫可達35 ℃以上，太陽直接照射下更是達到40 ℃以上，這對許多綠化植物來說是一種嚴峻考驗。然而本課題組在城市中引種鹿角杜鵑多年，從觀察記錄來看，其適應(yīng)城市高溫環(huán)境的能力較強。因此，本研究通過人工模擬4個溫度梯度，利用人工氣候箱，觀察鹿角杜鵑葉片生理指標(biāo)變化情況及生長情況，分析其適應(yīng)高溫環(huán)境的能力，為其推廣應(yīng)用于城市綠化、庭院、公園及盆栽提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用苗為6年生，平均株高48 cm，將其室外栽培于基質(zhì)為黃土∶泥炭∶珍珠巖(2∶1∶1)的塑料容器(25 cm×35 cm)中，下午無直射光照。于8月下旬，將試驗苗放入不同溫度梯度的人工氣候箱內(nèi)(26X-1500B，寧波海曙賽福實驗儀器廠，中國)，進行耐高溫脅迫試驗，光照強度為2 200～3 000 lx。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)對照[晝14 h/夜10 h (25 ℃/21 ℃)，CK]、輕度脅迫(32 ℃/25 ℃)、 中度脅迫(38 ℃/28 ℃)和 重度脅迫(42 ℃/31 ℃)4個處理，每個處理9株，共處理14 d。處理第1 、5、10天早上采集葉片進行相對電導(dǎo)率、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性等指標(biāo)分析，選取頂端向下第3～6片成熟葉片用于試驗，重復(fù)3次，第10天時避開已變褐色的葉片。處理的第7、14天早上在實驗室內(nèi)固定條件進行光合特性測定。每天觀察植物生長情況，保證土壤濕度，見盆土表面干燥時適時澆水，一般每次為500～1 000 mL。

1.3 指標(biāo)測定方法

相對電導(dǎo)率、MDA含量的測定方法參照文獻[13]；SOD活性的測定方法參照文獻[14]。使用儀器有紫外可見分光光度計(UV759S，上海精密科學(xué)儀器有限公司，中國)、高速臺式冷凍離心機(CT15RT，上海精密科學(xué)儀器有限公司，中國)、實驗室電導(dǎo)率儀[FE30，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司，中國]。測定相同葉位的功能葉片的凈光合速率(photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr)、胞間CO2濃度(inter-cellular CO2concentration，Ci)、大氣CO2濃度(atmospheric CO2concentration，Ca)。測定時葉室面積為6 cm2，樣品室流速為500 μmol·s-1，光照強度固定為500 μmol·m-2·s-1。使用便攜式光合作用測定系統(tǒng)(LI-6400，美國LI-COR公司，美國)進行測定。水分利用效率(water use efficiency，WUE)計算公式：Ewu=Pn/Tr；氣孔限制值(stomata limitation，Ls)計算公式：Ls=(Ca-Ci)/Ca

1.4 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計分析使用Excel 2010、SPSS 11.5等軟件，所有數(shù)據(jù)取平均值進行繪圖，多重比較采用最小顯著差異法(least significant difference，LSD)進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對鹿角杜鵑的生理影響

由圖1(a)可見，隨著脅迫溫度的升高，相對電導(dǎo)率出現(xiàn)先下降后上升的趨勢，但處理1 d時各脅迫處理變化不明顯。在同一脅迫下，隨著處理時間的延長，相對電導(dǎo)率逐漸升高，處理10 d時，重度脅迫下，相對電導(dǎo)率明顯增加，達到96.8%。由圖1(b)可見，隨著處理時間的延長，在CK、輕度脅迫下,SOD活性呈上升趨勢；在中度脅迫下，SOD活性呈先下降后上升的趨勢；在重度脅下，SOD活性變化不大。在相同處理時間，SOD活性隨著脅迫溫度的升高呈先上升后下降的趨勢，處理10 d時，輕度脅迫下，SOD活性最高，達到438.9 U·g-1。由圖1(c)可見，MDA含量隨著處理時間的延長，在CK、輕度脅迫、中度脅迫下，呈先增加后減少的趨勢；在重度脅迫下，MDA含量呈先減少后增加的趨勢。處理5 d時，MDA含量隨著脅迫溫度的升高而減少；而處理10 d時，MDA含量隨著脅迫溫度的升高而增加。

注：不同大小寫字母表示同一處理時間，不同脅迫處理間差異分別達極顯著(P<0.01)和顯著水平(P<0.05)。Note: different upper and lower case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) or significant differences (P<0.05) between different temperatures at the same time.

圖1 高溫脅迫下鹿角杜鵑的生理指標(biāo)
Figure1PhysiologicalindexesofR.latoucheaeaftertemperaturetreatment

2.2 高溫脅迫對光合參數(shù)的影響

從圖2(a)可以看出：隨著處理時間的延長及脅迫溫度的升高，Pn基本表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢，處理14 d時，重度脅迫下，Pn幾乎為零，失去了光合作用能力，與植株生長表現(xiàn)一致。方差分析顯示，處理7 d時，不同脅迫處理間Pn無顯著差異；處理14 d時，不同脅迫處理間Pn呈極顯著差異。從圖2(b)、(c)可以看出，處理7 d時，在中、重度脅迫下，Tr、Gs明顯比其它兩個處理高，Tr分別是輕度脅迫的2.7和3.3倍，Gs分別是輕度脅迫的2.6和3.5倍；處理14 d時，中、重度脅迫下，Tr卻較處理7 d時分別下降41%和77%，Gs分別下降48%和84%。方差分析顯示，處理7 、14 d時，各脅迫處理間Tr、Gs呈極顯著差異。從圖2(d)可以看出，在CK和重度脅迫下，Ci隨著處理時間的延長而升高，另外兩個脅迫處理則相反。處理14 d時，重度脅迫下，葉片中CO2明顯積累，達到369.5 μmol·mol-1，只低于室外CO2濃度的4.5%。方差分析顯示，處理7 d時，各脅迫處理間呈顯著差異，處理14 d時，各脅迫處理間呈極顯著差異。

注：不同大小寫字母表示同一處理時間，不同脅迫處理間差異分別達極顯著(P<0.01)和顯著水平(P<0.05)。Note: different upper and lower case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) or significant differences (P<0.05) between different temperatures at the same time.

圖2 高溫脅迫下鹿角杜鵑的光合參數(shù)
Figure2PhotosyntheticparametersofR.latoucheaeFranch.aftertemperaturetreatment

2.3 高溫脅迫對水分利用效率及氣孔限制值的影響

從圖3(a)可以看出：隨著脅迫溫度的升高，處理7 、14 d時，WUE不斷下降，且中、重度脅迫下WUE值較小，重度脅迫處理14 d時，WUE幾乎為零，與Pn表現(xiàn)一致。從圖3(b)的Ls變化情況來看，處理7 d時，中、重度脅迫下，Ls降低明顯，分別是輕度脅迫的60%和48%；處理14 d時，重度脅迫下，Ls值最小，為0.045。中度脅迫下，Ls隨處理時間的延長有所增加，而Pn降低，說明光合作用是氣孔限制；而在重度脅迫下，Ls和Pn都隨處理時間的延長而降低，說明光合作用是非氣孔限制。

注：不同大寫字母表示同一處理時間，不同脅迫處理間差異達極顯著水平(P<0.01)。Note: different upper case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) between different temperatures at the same time.

圖3 高溫脅迫下鹿角杜鵑的水分利用效率及氣孔限制值
Figure3WUEandLsofR.latoucheaeaftertemperaturetreatment

2.4 高溫脅迫對植株生長的影響

通過對植株進行不同高溫脅迫處理試驗，觀察鹿角杜鵑植株生長情況。重度脅迫下，處理5 d 時，有兩株鹿角杜鵑植株老葉開始出現(xiàn)褐色，表現(xiàn)出受傷害的癥狀；處理7 d時，有6株出現(xiàn)老葉葉片掉落的現(xiàn)象；處理8 d時，有6株當(dāng)年生葉開始出現(xiàn)褐色；處理12 d時，有6株當(dāng)年生葉也開始掉落；處理14 d，有6株90%的葉片掉落；處理14 d后，放在自然環(huán)境下9株全都死亡。其它高溫脅迫處理的鹿角杜鵑葉片則無明顯變化。

3 討論與結(jié)論

在CK、輕度脅迫下，隨處理時間的延長，鹿角杜鵑的SOD逐漸升高，膜脂過氧化產(chǎn)物相對減少，MDA積累后下降，Pn和Tr略有升高，WUE和Ls略有下降，植株生長正常。在中度脅迫下，隨著處理時間的延長，鹿角杜鵑則表現(xiàn)出不同的變化：處理1 d，SOD就處于高活性狀態(tài)，MDA積累變化并不明顯，說明此時SOD保持較強的清除活性氧的能力，以調(diào)節(jié)植物生理生化狀態(tài)適應(yīng)高溫環(huán)境，而王凱紅等[15]對另外5種杜鵑幼苗研究時，在38 ℃時SOD活性下降，植株已受到損傷。中度脅迫下鹿角杜鵑的Pn和Tr略有下降，而WUE和Ls略有升高，以維持正常的生理功能。此時光合作用是氣孔限制的，一定的高溫脅迫使其光合能力有所下降，但最終植株生長也表現(xiàn)正常，這與黃溦溦等[16]研究希蒙得木[SimmondsiaChinensis(Link.) Schneider]時結(jié)果相同。重度脅迫下，鹿角杜鵑無法長時間正常生長，從處理的第5天開始，老葉變褐、干枯，表現(xiàn)出生長的不適應(yīng)，此時，MDA含量減少，相對電導(dǎo)率略為上升，膜結(jié)構(gòu)破壞情況并不明顯；第7天時，老葉脫落，WUE明顯低于其它3個處理，Tr和Gs高于其它3個處理，之后植株的生長情況越來越差，與植株的生理狀況變差相關(guān)聯(lián)；第10天，相對電導(dǎo)率出現(xiàn)了一個明顯高峰，MDA含量也明顯增加，說明此時葉片細胞膜受到明顯傷害[17-22]，鄭宇等[3]在研究西洋杜鵑時也得到相同結(jié)果；第14天時，葉片基本全部掉落，Tr、Gs和Ls降至最低，Pn和WUE幾乎下降為零，植株慢慢死亡。Ci隨著時間延長而上升，而Ls和Pn都隨時間延長而降低，說明光合作用是非氣孔限制，高溫是引起變化的原因，這與鄭宇等[23]對西洋杜鵑的研究相同。在整個處理過程，SOD的活性變化不明顯，SOD活力水平的高低可以反映植物對某種逆境抵抗能力的大小[24-25]，有可能鹿角杜鵑的SOD在42℃高溫環(huán)境下已無法進行自我調(diào)節(jié)來抵抗這種重度高溫的脅迫。

研究顯示，在連續(xù)中度脅迫的高溫環(huán)境地區(qū)，鹿角杜鵑可以正常生長，與同亞屬的馬銀花的耐高溫能力相比，可耐高溫時間相對更短[4]，但與高山杜鵑[26]、桃葉杜鵑(R.annaeFranch.)[27]相比，它們也是MDA含量隨溫度升高及時間延長而顯著增加，雖然SOD活性也增加了，但是在38 ℃高溫時對生長不利，鹿角杜鵑耐高溫能力相對更強，適合應(yīng)用于我國東南及中南部省份城市綠化。5 d以內(nèi)的短暫的42 ℃高溫下鹿角杜鵑也是可以適應(yīng)的，采取遮陰、噴灌等常規(guī)措施有利于保持其健康生長。