干旱脅迫對馬銀花形態(tài)和生理指標的影響

倪 川，王智苑，鄭 雯，鄒小興

(1.福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002； 2.福建省環(huán)境信息中心，福建 福州 350001； 3.福建省金皇環(huán)?？萍加邢薰?，福建 福州 350001)

馬銀花(RhododendronovatumLindl.Planch.ex Maxim.)也稱清明花，為中國特有種，分布于我國東南部、南部、西南部十幾個省份[1]。馬銀花花色清新淡雅，顏色豐富多樣，且具有較耐旱、抗污染、耐修剪、萌枝能力強等優(yōu)點，是極佳的園林觀賞樹種，具有廣闊的開發(fā)前景[2-3]。目前，馬銀花的研究主要集中在繁殖技術(shù)[2-4]、資源狀況與生長規(guī)律[5]、化學成分[1，6]等方面，而關(guān)于馬銀花干旱脅迫的反應機理鮮見報道。

當前，由于全球環(huán)境惡化，高溫干旱已成為限制植物生長的一個重要因素，而城市水體除了水質(zhì)較差之外，也常由于降水量短缺，受到干旱的影響，因此更迫切要求種植節(jié)水耐旱的園林觀賞植物[7]。馬銀花作為重要的城市綠化灌木，其耐旱性備受關(guān)注。李暢等[8]等對馬銀花種子萌發(fā)期的耐旱性進行研究，表明其種子萌發(fā)期具有一定的耐旱性。之后，楊華等[9]研究了馬銀花適應城鎮(zhèn)高溫環(huán)境的能力，表明馬銀花可在連續(xù)42 ℃/31 ℃(晝14 h/夜10 h)高溫正常生長5 d，具有較佳的耐高溫性。高溫作為一個非人為可控制的因素，常常與干旱緊密相關(guān)，因此，研究馬銀花干旱脅迫的反應機制，能為馬銀花的栽培管理提供科學的灌溉依據(jù)。有研究表明，植物遭受干旱脅迫時，細胞內(nèi)活性氧迅速積累，導致細胞膜損傷和膜的選擇透性改變或者喪失，為了應對不良的生存環(huán)境，植物會增加有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和提高抗氧化酶的活性，以減輕或消除逆境脅迫造成的危害[9-11]。因此，本研究通過盆栽控水法人工模擬土壤干旱條件，觀測不同水平干旱脅迫下馬銀花的形態(tài)指標和生理指標響應，探討馬銀花的干旱適應機制及策略，為更好地指導馬銀花的引種栽培、資源開發(fā)和推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為4年生馬銀花實生苗，由浙江省林科院提供；盆栽試驗所用的棕色塑料盆的規(guī)格為17 cm(高)×20 cm(上口徑)；試驗土為沙質(zhì)壤土，其主要理化性質(zhì)為：田間持水量為26%，pH值為6.14，土壤有機質(zhì)、銨態(tài)氮、全氮、全磷和全鉀含量分別為：23.74、1.75、1.53、1.34、27.12 g·kg-1。

1.2 試驗設計

1.2.1 緩苗 于2019年6月10日，將4年生的馬銀花實生苗移栽于福建農(nóng)林大學的溫室大棚，緩苗60 d。大棚的溫度為20～25 ℃，空氣濕度60%，基質(zhì)為田間持水量26%的砂質(zhì)壤土。

1.2.2 移栽 2019年8月10日，選取長勢一致、健康無病蟲害的幼苗，移栽到裝有6 kg試驗土的塑料盆中，每盆1株，所有塑料盆均放置在塑料薄膜上，以防植物根系從地表吸水，進行30 d的常規(guī)水分管理，使之適應大棚內(nèi)環(huán)境。

1.2.3 控水處理 從2019年9月10日開始，對馬銀花進行30 d的控水處理。共設置4個土壤水分梯度，即適宜水分(對照CK)、輕度脅迫(LS)、中度脅迫(MS)、重度脅迫(HS)，其盆栽土含水量分別占土壤飽和含水量的80%、60%、40%、20%，每個處理18個重復。采用稱重法控制土壤水分，即每天17∶00—18∶00用電子秤(感量為5 g)稱重并調(diào)節(jié)水分狀況，保證各個處理的土壤含水量均達到設定的水平。在處理后的第5天、10天、15天、20天、25天，分別選取當年生功能葉，迅速帶回實驗室測定各項指標的含量。

1.3 測定方法

1.3.1 植物外觀形態(tài)評價 根據(jù)馬銀花的生長狀況及葉片狀況(葉片形態(tài)、色澤、枯萎量)，劃分為8個等級，于第25天統(tǒng)計最終形態(tài)指標，對脅迫期內(nèi)的馬銀花外觀形態(tài)的變化進行評價，見表1。

表1 馬銀花生長發(fā)育狀況評價等級

1.3.2 生理指標測定方法 葉片相對含水量采用飽和稱重法；相對電導率采用浸泡法；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法；可溶性糖(WSS)采用蒽酮法；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250法；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法。以上生理指標測定方法均參照《植物生理生化試驗原理和技術(shù)》[12]，每一指標均設3次重復。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行初步的整理、計算與繪圖。在SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析及圖表分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對馬銀花葉片外觀形態(tài)的影響

由表2可知，對照組(CK)的植株生長狀況多數(shù)屬于Ⅰ級狀態(tài)，即植株生長旺盛，葉色正常，葉片飽滿，無萎蔫現(xiàn)象出現(xiàn)，其中有15株出現(xiàn)少量幼葉，3株略帶病斑。在輕度干旱脅迫(LS)下，植株多數(shù)屬于Ⅱ級狀態(tài)，即植株生長較為正常，葉色變化不明顯，只有少數(shù)幾株葉片長斑或褐化，并帶有葉緣萎蔫失水的現(xiàn)象。在中度干旱脅迫(MS)下，有1/2的植株屬于Ⅴ級和Ⅵ級狀態(tài)，即植株呈半致死狀態(tài)，葉片萎蔫發(fā)黃、長斑褐化，并出現(xiàn)某些老葉一觸即落、新葉萎蔫干枯的現(xiàn)象；而另一半的植株大部分為Ⅱ級和Ⅲ級。說明在中度干旱條件下，半數(shù)植株仍處在輕度到中度的過渡階段。在重度干旱脅迫(HS)下，植株的外觀形態(tài)與其它的干旱處理有著明顯的差異，即大部分植株處于Ⅶ級狀態(tài)，僅有少數(shù)呈現(xiàn)Ⅵ級狀態(tài)，其植株基本呈半致死狀態(tài)，葉片萎蔫卷曲、發(fā)黃、褐化并長斑，老葉一觸即落。

表2 處理25 d后不同干旱脅迫下各個評定等級的株數(shù)

2.2 干旱脅迫對馬銀花生理指標的影響

2.2.1 葉片相對含水量(RWC) 由圖1可知，干旱脅迫顯著降低馬銀花葉片的RWC，葉片相對含水量排序為：重度(HS)<中度(MS)<輕度(LS)<對照(CK)，且隨著干旱脅迫時間的延長，不同干旱處理的葉片RWC均下降。從5 d開始，中度和重度干旱處理的RWC已明顯低于其它2種處理，且隨著干旱脅迫時間的進一步延長，差異更明顯。在25 d時，輕度、中度、重度脅迫的含水量較對照組分別下降了18.9%、49.8%、71.9%。

2.2.2 電解質(zhì)滲透量 電解質(zhì)滲透量是衡量細胞膜受損程度的重要指標。由圖2可知，干旱脅迫提高了葉片電解質(zhì)滲透量：電解質(zhì)滲透量從高到低為重度(HS)>中度(MS)>輕度(LS)>對照(CK)，且隨著干旱脅迫時間的延長，3種干旱處理的葉片電解質(zhì)含量均呈上升趨勢。其中，對照組的電解質(zhì)含量均最低，且變化平緩；輕度干旱處理10 d后的電解質(zhì)含量迅速增加，且顯著高于對照組；在中度和重度干旱處理下，從第5天開始，電解質(zhì)就一直保持較為平穩(wěn)的上升趨勢，且都明顯高于對照組。

圖1 干旱脅迫對馬銀花相對含水量的影響圖2 干旱脅迫對馬銀花電解質(zhì)滲透量的影響

2.2.3 丙二醛含量(MDA) 由圖3可知，隨著干旱脅迫程度的增加及時間的延長，馬銀花葉片的丙二醛含量逐漸升高，各處理的丙二醛含量均高于對照。其中，輕度脅迫5 d時，MDA含量接近對照，之后呈緩慢上升趨勢；中度和重度脅迫5 d時MDA含量已明顯高于對照，在脅迫5～15 d時，呈緩慢上升趨勢，在脅迫15 d后MDA含量迅速增加。

2.2.4 可溶性糖含量(WSS) 由圖4可知，加大干旱脅迫程度會增加馬銀花葉片的WSS含量，且隨著脅迫時間的延長，不同干旱處理的WSS含量均呈上升趨勢。其中，在輕度(LS)和中度(MS)干旱脅迫下，WSS含量變化平緩，且與對照組(CK)差異不明顯；而在重度(HS)干旱脅迫下，WSS含量第10天開始急劇增加，在第20天達到最大值，與對照差異明顯。

圖3 干旱脅迫對馬銀花丙二醛含量的影響圖4 干旱脅迫對馬銀花可溶性糖含量的影響

2.2.5 可溶性蛋白含量 由圖5可知，干旱脅迫提高了馬銀花葉片可溶性蛋白的含量，葉片可溶性蛋白含量排序為重度(HS)>中度(MS)>輕度(LS)>對照(CK)。其中，輕度脅迫對可溶性蛋白含量的影響不顯著；中度脅迫第5天開始可溶性蛋白含量緩慢上升，到第20天可溶性蛋白含量突然激增，并超過重度脅迫；重度脅迫5 d后可溶性蛋白含量已達到5.99 mg·g-1，顯著高于其它脅迫處理，且隨著脅迫時間的增加，可溶性蛋白含量無明顯變化。

圖5 干旱脅迫對馬銀花可溶性蛋白含量的影響圖6 干旱脅迫對馬銀花POD酶活性的影響圖7 干旱脅迫對馬銀花CAT酶活性的影響圖8 干旱脅迫對馬銀花SOD酶活性的影響

2.2.6 POD、CAT和SOD酶活性 由圖6～圖8可知，隨著脅迫程度的加劇，馬銀花葉片的POD、CAT和SOD酶活性降低，POD、CAT和SOD酶活性排序均為重度(HS)<中度(MS)<輕度(LS)<對照(CK)。隨著干旱時間的延長，不同脅迫處理的POD、CAT和SOD酶活性呈先升后降的變化趨勢。即脅迫初期的第5 d最低，明顯低于對照，之后呈逐漸上升的趨勢，并在脅迫后期(20 d)達到最大值，20 d后呈逐漸下降的趨勢。其中，中度脅迫的變化幅度明顯高于重度和輕度脅迫，即POD、CAT和SOD酶活性在中度脅迫時最高。

3 討論

3.1 馬銀花在不同干旱脅迫強度下外觀形態(tài)的變化

本試驗中，隨著干旱脅迫程度的加劇和時間的延長，馬銀花的生長發(fā)育受到抑制，葉片的萎蔫干枯現(xiàn)象越來越明顯。其中輕度脅迫下，絕大部分植株生長發(fā)育良好；中度脅迫下，有半數(shù)植株生長受明顯抑制；重度脅迫的植株基本處于半死亡狀態(tài)。這表明馬銀花可在輕度干旱脅迫(田間持水量40%～45%)的土壤種植。在中度干旱脅迫下，有半數(shù)植株仍處在輕度到中度脅迫的過渡階段，表明通過耐旱性篩選，可能會獲得抗旱性較強的馬銀花品種，具體工作有待進一步深入研究。

3.2 馬銀花在不同干旱脅迫強度下葉片膜脂過氧化作用的變化

研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫程度的加劇及時間的延長，馬銀花葉片的相對含水量緩慢降低，而電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量均逐漸升高。表明馬銀花遭受水分脅迫時，一方面植株水分散失超過吸收，導致植物組織含水量下降；另一方面，膜結(jié)構(gòu)破壞引起植物代謝絮亂，導致大量離子外滲使電解質(zhì)滲透率升高，并最終積累大量的MDA[13]。本研究結(jié)果與胡肖肖等[13]、李娟等[14]分別在國旗紅等4個杜鵑品種以及西鵑(Rhododendronhybridiu)、毛鵑(Rhododendronpulchrum)研究中發(fā)現(xiàn)干旱脅迫會降低植株葉片的相對含水量，提高電解質(zhì)滲透率和MDA含量的研究結(jié)果一致。

3.3 馬銀花在不同干旱脅迫強度下葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化

在干旱脅迫下，植物細胞內(nèi)積累大量的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(包括可溶性糖和可溶性蛋白等)，以便維持細胞膨壓，防止細胞被動脫水，以減輕或消除逆境脅迫造成的危害[9，11，14]。本研究中，隨脅迫程度的加劇和時間的延長，可溶性蛋白含量不斷增加，在脅迫5 d之后中度和重度脅迫就明顯高于對照。說明干旱脅迫抑制馬銀花體內(nèi)正常蛋白質(zhì)的合成，同時也會誘導脅迫蛋白的產(chǎn)生[14]，為了應對不斷加劇的水分虧缺，誘導蛋白的激增可能是可溶性蛋白含量增加的主要原因。這與周媛等[15]對胭脂蜜等6個杜鵑品種研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫時間不斷延長，可溶性蛋白質(zhì)隨著干旱脅迫時間的增加呈先增加后減小，可溶性糖含量總體呈下降變化較平緩的趨勢一致。

3.4 馬銀花在不同干旱脅迫強度下抗氧化酶活性的變化

本研究中，隨著脅迫時間的延長，不同干旱處理的酶活性均呈先增加后降低的變化趨勢，表明馬銀花對干旱脅迫表現(xiàn)出一定的適應性，但隨著脅迫時間的加長可能一定程度干擾SOD、POD 和CAT 活性以及酶彼此之間的互作過程。導致POD、CAT、SOD酶活性在不同程度脅迫過程中隨著時間變化，活性也隨之變化，即干旱脅迫誘導了大量自由基的產(chǎn)生，此時馬銀花植物通過提高抗氧化酶的量來清除體內(nèi)過多的活性氧。隨著脅迫程度的加劇，馬銀花葉片的POD、CAT 和SOD酶活性逐漸降低，與李娟等[14]針對西鵑、毛鵑隨著干旱脅迫時間的延長，抗氧化酶呈先增加后減小的趨勢一致。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著干旱脅迫程度的加劇及時間的延長，馬銀花的生長發(fā)育受到一定影響，通過觀測形態(tài)指標和生理指標，表明馬銀花屬于耐旱性植物。中度干旱條件下生理指標的變化幅度大，說明在一般干旱的區(qū)域有一定的抗旱能力。馬銀花的抗旱閾值為水分含量30%～50%，干旱生長極限為20 d。在園林綠化與生產(chǎn)運用中，馬銀花具有忍耐中度干旱脅迫(田間持水量的40%～45%)的潛能，其復水后的生長發(fā)育狀況有待進一步研究。