干旱脅迫下6種觀賞牡丹生理響應(yīng)及耐旱性評價(jià)

李海霞 米銀法 陳雙臣

摘要：以6個觀賞性狀優(yōu)良的牡丹植株（日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩、藍(lán)芙蓉、烏金耀輝）為試材，研究其干旱脅迫及復(fù)水處理?xiàng)l件下的生理響應(yīng)機(jī)制和品種間耐性差異，并選取9個具有代表性的生理指標(biāo)為基礎(chǔ)，應(yīng)用隸屬函數(shù)值法協(xié)同聚類分析對供試牡丹的抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)和分級。結(jié)果表明，隨著干旱程度加劇，6個供試牡丹品種MDA含量、O- 2·產(chǎn)生速率、可溶性蛋白含量以及SOD活性呈升高趨勢;各品種POD活性前期升高后期降低。烏金耀輝和藍(lán)芙蓉可溶性糖含量逐漸升高，日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩可溶性糖含量則先升后降。島津、烏金耀輝和藍(lán)芙蓉脯氨酸含量、CAT活性逐漸升高，而日月錦、八千代椿、霓虹幻彩脯氨酸含量、CAT活性則先升高后降低。日月錦、島津、烏金耀輝、藍(lán)芙蓉APX活性隨脅迫程度的增加逐漸增強(qiáng)，而八千代椿和霓虹幻彩APX則先升后降。6個供試牡丹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和酶活性響應(yīng)程度品種間顯著不同，或在中度干旱或在重度干旱時含量（活性）最高，但都顯著高于各自的對照?？梢姼珊得{迫下，牡丹植株能夠有效激活細(xì)胞內(nèi)部的抗氧化機(jī)制用于猝滅活性氧自由基，并增強(qiáng)自身的滲透調(diào)節(jié)功能，通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶間的協(xié)同作用降低脅迫時的危害。此外本研究還表明，及時地對根際進(jìn)行復(fù)水，能夠有效恢復(fù)牡丹植株生長，緩解干旱脅迫對植株造成的傷害。本研究經(jīng)綜合比較、抗性分級后，最終綜合評價(jià)結(jié)果為抗旱性較強(qiáng)的一級品種為藍(lán)芙蓉和烏金耀輝;抗旱性一般的二級品種為日月錦、島津、霓虹幻彩;抗旱能力最差的三級品種為八千代椿。該結(jié)論可為牡丹的栽培引種、砧木選擇、品種選育、田間管理等提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：觀賞牡丹;干旱脅迫;生理響應(yīng);耐旱評價(jià)

中圖分類號： S685.110.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）07-0131-09

收稿日期：2021-06-15

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31872157）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2018YFD1000800）;河南省杰出青年基金（編號：202300410152）。

作者簡介：李海霞（1982—），女，河南鄭州人，碩士，講師，從事園林植物與城市生態(tài)教學(xué)研究。E-mail：lihaixia0123456789@126.com。

隨著全球氣候變暖，極端高溫干旱災(zāi)害天氣時常發(fā)生[1]，干旱脅迫已被列為限制全球農(nóng)業(yè)發(fā)展、亟待解決的主要因素。汪婭琴等研究認(rèn)為，干旱逆境致使植物體內(nèi)活性氧自由基大量積累，迫使細(xì)胞膜脂過度氧化、植物內(nèi)部生理代謝紊亂[2-3]，造成植物減產(chǎn)、絕收，甚至死亡。但遭遇干旱時植物往往也會啟動自身的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行主動防御，如芍藥遭受干旱脅迫時，Karl Rosenfield、Da Fu Gui等2個品種葉片的丙二醛（MDA）、可溶性糖、脯氨酸含量及抗壞血酸過氧化氫酶（APX）活性隨脅迫加重逐漸升高;超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性逐漸升高;經(jīng)隸屬函數(shù)進(jìn)一步評價(jià)后，芍藥品種Karl Rosenfield抗旱能力顯著高于Da Fu Gui品種[4]。干旱脅迫下的油用牡丹鳳丹遭受干旱脅迫時，葉內(nèi)活性氧（ROS）含量增加，SOD活性隨脅迫程度的增加先升后降;脯氨酸含量及POD、APX活性逐漸升高[5]。干旱逆境條件下，隨著脅迫程度的增強(qiáng)，越橘M(fèi)DA、脯氨酸含量及過氧化氫酶（CAT）活性逐漸升高[6]。這些研究都表明，植株遭受干旱脅迫時，株內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及SOD、POD在清除活性氧代謝方面起到了重要作用。許多研究表明，植物不同品種之間的抗旱能力存在著顯著差別。如隨干旱程度的增強(qiáng)，干旱脅迫下海棠葉可溶性糖、MDA含量及POD活性呈升高趨勢;但不同海棠品種間SOD活性變化顯著不同，吉美海棠先降低后升高;光輝海棠趨勢則與之相反[7]。此外許多研究還認(rèn)為，干旱逆境時，植物品種間這些生理指標(biāo)的變化，可采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行品種抗性評價(jià)，并且品種指標(biāo)隸屬函數(shù)平均值越大，表明其抗旱性越強(qiáng)[2-3，8-9]。如李林瑜等研究干旱脅迫下的小檗發(fā)現(xiàn)，葉脯氨酸、MDA含量逐漸增加，SOD、POD活性先升后降;并依據(jù)這些生理指標(biāo)，用隸屬函數(shù)評價(jià)法對2個品種的小檗進(jìn)行了抗旱能力鑒定，評價(jià)結(jié)果表明，黑果小檗幼苗抗旱能力較差，而紅果小檗幼苗抗旱能力較強(qiáng)。

雖然干旱脅迫下植物生理代謝機(jī)制和品種抗性鑒定方面的研究很多，但對于國內(nèi)外重要的園林觀賞植物——牡丹（ Paeonia suffruiticosa ?Andr.），此方面研究相對貧乏，尤其是牡丹品種抗旱能力鑒定及評價(jià)方面的研究，國內(nèi)外也鮮見報(bào)道。因此，本研究選取觀賞性狀比較優(yōu)秀的6個牡丹品種，開展抗旱生理方面的研究，這對今后牡丹的栽培引種、砧木選擇、品種選育、田間管理等方面都有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩、藍(lán)芙蓉、烏金耀輝6個牡丹品種3年生分株苗為試材（由洛陽國際牡丹園提供）。各品種基本開花性狀如表1 所示。試驗(yàn)于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院進(jìn)行。2018年8月初進(jìn)行盆栽，盆栽時選擇苗勢健壯、生長均勻且無病害的優(yōu)良苗，統(tǒng)一修整后種植在高28 cm、內(nèi)徑為30 cm的瓦盆中，1盆2株。每個品種栽種12株。正常肥水管理、精心呵護(hù)使其生長良好。養(yǎng)護(hù)至2019年5月8—14日，參照文獻(xiàn)[11]的方法每天18：00對盆栽進(jìn)行稱質(zhì)量并及時補(bǔ)水。1周內(nèi)盆栽牡丹土壤相對含水量控制在80%，5月15日開始取樣，并以此作為對照（CK）。15日后停止?jié)菜M(jìn)行控水處理，并讓各盆栽自然干旱。測得第2、第4、第6天時的相對含水量分別為64%（輕度干旱）、42%（中度干旱）、28%（重度干旱）。試驗(yàn)第7天時，觀測到各處理材料大部分葉片明顯萎蔫，此時進(jìn)行復(fù)水處理，使土壤相對含水量升至80%，之后控水1 d。

1.2 測定項(xiàng)目

在試驗(yàn)處理次日即5月15日（CK）及控水后第2、第4、第6、第8天的10：00進(jìn)行取樣，用于各項(xiàng)指標(biāo)測定。取樣時統(tǒng)一采摘各牡丹植株基部以上第3～5節(jié)位的葉片，采摘后即刻存放于事先備好的冰盒內(nèi)，用于實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)測定。

按照李合生的酸性茚三酮法、蒽酮比色法、硫代巴比妥酸法、考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[12]，分別進(jìn)行脯氨酸、可溶性糖、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量的測定。參照王學(xué)奎的方法[13]進(jìn)行超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性測定。其中SOD、CAT、POD活性分別采用氮藍(lán)四唑（NBT）法、紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測定。超氧陰離子（O- 2· ）產(chǎn)生速率參照王愛國等的方法[14]進(jìn)行測定;抗壞血酸過氧化物酶（APX ）活性參照Nakano等的方法[15]進(jìn)行測定。每個測定指標(biāo)重復(fù)3次，用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、DPS V9.51進(jìn)行聚類分析。

1.3 不同牡丹品種抗旱性綜合評價(jià)

干旱脅迫下以測得的9個具有代表性的生理指標(biāo)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)值法[2-3，16]，比較各牡丹品種指標(biāo)隸屬函數(shù)平均值大小，進(jìn)行相關(guān)分析與綜合評價(jià)，來確定其耐旱性。隸屬函數(shù)公式：與抗旱性正相關(guān)時： K xy=（W xy-W y min ）/（W y max -W y min ）;負(fù)相關(guān)時：K xy=1-（W xy-W y min ）/（W y max -W y min ）。式中：K xy表示x品種y指標(biāo)的隸屬函數(shù)值;W xy表示x品種y指標(biāo)的測定值;W y min 、W y max 分別為各品種y 指標(biāo)的最小值及最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)MDA含量變化

植物遭受逆境脅迫時細(xì)胞膜脂會被過氧化為MDA，因而其含量高低可用來衡量細(xì)胞膜脂的過氧化程度。由圖1可知，隨著干旱脅迫程度的增加，6種牡丹葉內(nèi)MDA含量呈逐漸升高趨勢;土壤重度脅迫時（相對含水量為28%）葉內(nèi)MDA含量最高，藍(lán)芙蓉、烏金耀輝2個品種與其余4個品種（日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩）間差異顯著（ P <0.05）。其中，藍(lán)芙蓉、烏金耀輝分別比對照增加了1.27、1.95倍;日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩分別比對照增加了2.67、2.36、2.96、2.62倍?？梢姡馐芩指珊得{迫時，所試的6個牡丹品種中藍(lán)芙蓉、烏金耀輝2個品種葉內(nèi)MDA含量及增幅相對較低，所受傷害相對較輕;而日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩所受傷害相對較重。由圖1還可以看出，供試品種中藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、日月錦、八千代椿、霓虹幻彩經(jīng)復(fù)水處理后葉內(nèi)MDA含量均顯著降低。可見及時地進(jìn)行復(fù)水可有效減輕干旱對這些牡丹植株的傷害，利于恢復(fù)正常生長。但6種牡丹品種間對復(fù)水時的響應(yīng)也存在顯著差異。經(jīng)復(fù)水后藍(lán)芙蓉、烏金耀輝葉內(nèi)MDA含量較低，與輕度干旱時差異不顯著，說明復(fù)水能使這2個品種恢復(fù)到輕度干旱時的水平。相對而言，日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩4個品種復(fù)水后，葉內(nèi)MDA仍保持較高含量，說明這4個品種對短時間內(nèi)復(fù)水恢復(fù)正常生長的響應(yīng)機(jī)制較為滯后，明顯不如藍(lán)芙蓉、烏金耀輝2個品種應(yīng)對迅速。

2.2 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi) O- 2·含量變化

如圖2所示，遭受干旱脅迫時6個牡丹品種葉內(nèi) O- 2·產(chǎn)生速率隨干旱脅迫程度的加深呈逐漸升高趨勢，均在重度脅迫時最高，品種間差異顯著（ P <0.05）。其中，藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津、日月錦、八千代椿、霓虹幻彩最高值時分別比對照增加1.38、1.50、1.70、1.94、2.75、2.60倍。可見遭受干旱脅迫時， O- 2·對藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津造成的毒害最輕，日月錦次之，八千代椿、霓虹幻彩最重。但復(fù)水后，各品種牡丹葉內(nèi) O- 2·產(chǎn)生速率又顯著降低，且藍(lán)芙蓉和日月錦復(fù)水后葉內(nèi) O- 2·產(chǎn)生速率與輕度干旱脅迫時無顯著差異，表明這2個品種經(jīng)復(fù)水處理后 O- 2·產(chǎn)生速率能夠恢復(fù)到輕度脅迫時的 O- 2·狀態(tài);而島津、霓虹幻彩經(jīng)復(fù)水處理后 O- 2·產(chǎn)生速率與中度干旱脅迫時差異不顯著，表明這時島津、霓虹幻彩 O- 2·產(chǎn)生速率能恢復(fù)到中度干旱脅迫時的平衡狀態(tài)。但烏金耀輝、八千代椿復(fù)水處理后 O- 2·產(chǎn)生速率則不能恢復(fù)到輕-中度干旱脅迫時的狀態(tài)。因此就 O- 2·產(chǎn)生速率而言，復(fù)水處理?xiàng)l件下藍(lán)芙蓉和日月錦自行抑制 O- 2· 產(chǎn)生的生理應(yīng)對機(jī)制顯著好于烏金耀輝、島津、八千代椿、霓虹幻彩。

2.3 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)可溶性蛋白含量變化

可溶性蛋白、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)類物質(zhì)是研究植物應(yīng)對逆境生理的重要指標(biāo)，也常被用作品種鑒定與抗性評價(jià)的重要依據(jù)。由圖3可知，供試的6個牡丹品種葉內(nèi)可溶性蛋白含量隨土壤干旱脅迫程度的加深而呈逐漸升高趨勢，并在重度干旱時含量最高。最大值時藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津、日月錦、八千代椿、霓虹幻彩分別比對照增加了235%、184%、154%、112%、111%、84%?？梢娫馐芡寥栏珊得{迫時供試牡丹品種葉內(nèi)可溶性蛋白含量差異顯著。由圖3還可以看出，復(fù)水后6個供試牡丹品種生長環(huán)境得以改善，可溶性蛋白含量均有趨于恢復(fù)較輕脅迫時的趨勢，尤其是日月錦、島津、藍(lán)芙蓉3個品種還能恢復(fù)到輕度脅迫時的水平。

2.4 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)可溶性糖含量變化

由圖4可知，牡丹植株正常供水（土壤含水量為80%）時，6個供試牡丹品種葉內(nèi)可溶性糖含量維持在一個較低水平，且品種之間差異并不顯著。但隨著土壤持水量的減少誘發(fā)了根部干旱脅迫，這種逆境條件顯著觸發(fā)了各牡丹品種葉內(nèi)可溶性糖含量的迅速提高。烏金耀輝和藍(lán)芙蓉品種葉內(nèi)可溶性糖含量隨脅迫程度的加劇而逐漸升高，都在重度脅迫時最高;但日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩品種葉內(nèi)可溶性糖含量隨脅迫程度的加劇先升高后降低，在中度脅迫時最高。最大值時烏金耀輝、藍(lán)芙蓉、日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩分別比對照增加了57.81%、77.58%、65.27%、48.07%、49.15%、59.75%。復(fù)水處理后，6個品種的可溶性糖含量較中度（日月錦）或中-重度（烏金耀輝、藍(lán)芙蓉、島津、八千代椿、霓虹幻彩）時顯著降低，尤其是島津、烏金耀輝、藍(lán)芙蓉3個品種都可以恢復(fù)到土壤正常供水時的水平，即與對照無顯著差異。可見6個供試牡丹品種在遭受干旱脅迫和復(fù)水處理后，品種之間葉內(nèi)可溶性糖含量都存在顯著差異。這也表明牡丹在遭受干旱逆境時，能夠迅速啟動內(nèi)部生理調(diào)節(jié)機(jī)制，通過快速增加可溶性糖含量的方式來維持較好的細(xì)胞滲透勢，進(jìn)一步增強(qiáng)根部抵御干旱缺水的能力。這和遭受干旱脅迫時的菊花葉內(nèi)可溶性糖含量的變化結(jié)論[17]一致。

2.5 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)游離脯氨酸含量變化

由圖5可知，與對照相比，干旱脅迫時所有供試牡丹品種葉內(nèi)脯氨酸含量均顯著增加，而游離的脯氨酸是植物應(yīng)對逆境時重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，其含量的高低與植物的抗逆能力呈顯著正相關(guān)，通常來講耐旱能力強(qiáng)的品種比耐旱性差的品種響應(yīng)迅速且升幅大[18]。因此圖5表明，遭遇干旱脅迫時 6個牡丹品種都啟動了自身的生理調(diào)節(jié)機(jī)能，通過增加脯氨酸的含量來降低細(xì)胞滲透勢，更利于抵御干旱逆境。但隨著脅迫程度的加深，6個牡丹品種葉內(nèi)脯氨酸含量變化不盡相同。島津、烏金耀輝和藍(lán)芙蓉品種葉內(nèi)脯氨酸含量逐漸升高;但日月錦、八千代椿、霓虹幻彩脯氨酸含量先升高后降低。最大值時藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津增幅較大，分別比對照增加了3.99、3.42、2.89倍;而日月錦、八千代椿、霓虹幻彩增幅相對較小，分別比對照增加了2.54、2.40、2.13倍?？梢娫庥龈珊得{迫時6個牡丹品種葉內(nèi)脯氨酸含量差異顯著，且藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津比日月錦、八千代椿、霓虹幻彩脯氨酸的調(diào)節(jié)響應(yīng)機(jī)制和降低細(xì)胞滲透勢、緩解干旱傷害的能力都更加迅速有效。

2.6 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)SOD、POD、CAT活性變化

許多研究表明，植物遭受逆境脅迫時產(chǎn)生的對細(xì)胞膜極具傷害性的高能態(tài)氧，如H 2O 2、O- 2·等主要是由抗氧化酶系統(tǒng)得以有效清除的[6，17]，而最重要的核心抗氧化功能酶則主要包括SOD、POD、CAT、APX等[5]，因而研究植物抗逆生理中這些酶活性的高低及其變化趨勢，對弄清植物抗性機(jī)理、進(jìn)行品種抗性鑒定及評價(jià)都具有重要意義。由圖6可以看出，干旱脅迫逆境明顯激活了供試牡丹葉內(nèi)SOD的活性，6個品種葉內(nèi)SOD活性比對照均顯著增強(qiáng)，并且隨脅迫程度增加而呈逐漸升高的趨勢，均在重度干旱脅迫時達(dá)到最大。最大值時藍(lán)芙蓉、日月錦、烏金耀輝、島津、霓虹幻彩、八千代椿分別比對照增加了61.79%、41.80%、39.84%、35.77%、32.67%、29.32%?？梢娝{(lán)芙蓉、日月錦、烏金耀輝3個品種清除 O- 2·能力明顯強(qiáng)于其余3個品種。同時由圖6還可以看出，經(jīng)復(fù)水后6個品種葉SOD活性基本都能恢復(fù)到中度或輕度干旱時的水平。

隨著干旱脅迫程度的增加，6個供試品種葉POD活性呈前期升高后期降低的變化趨勢，都在中度脅迫時達(dá)到最高，重度脅迫時又顯著降低（ P <0.05），但仍高于對照。這與干旱脅迫時的繡球葉POD活性變化結(jié)果[16]一致。POD活性最高時藍(lán)芙蓉、霓虹幻彩、烏金耀輝、島津、日月錦、八千代椿分別比對照增加了1.80、1.43、1.41、1.36、1.32、1.37倍。就CAT活性而言，藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津3個品種CAT活性隨干旱脅迫程度的增加逐漸升高，重度脅迫達(dá)到最高，此時分別比對照增加了139%、116%、91%;但日月錦、霓虹幻彩、八千代椿3個品種CAT活性隨干旱脅迫程度的增加表現(xiàn)為先升后降的趨勢，中度脅迫時達(dá)到最高，分別比對照增加了97%、93%和76%。

復(fù)水處理后，6個牡丹品種間POD、CAT活性變化不同。其中，日月錦、藍(lán)芙蓉2個品種POD活性比重度干旱時顯著增高;島津、烏金耀輝、八千代椿3個品種POD活性與重度干旱時差異不顯著。與各自重度干旱時的CAT活性相比，除日月錦顯著增大、八千代椿差異不顯著之外，其余4個品種顯著降低，但仍高于對照。表明供試牡丹葉內(nèi)的POD、CAT活性都及時響應(yīng)了復(fù)水處理，但復(fù)水處理后活性仍高于對照，這可能與干旱脅迫后期6種牡丹葉內(nèi)仍具有相對較高含量的H 2O 2、O- 2·（圖2）需要清除有關(guān)。

2.7 干旱脅迫下各牡丹品種葉內(nèi)APX活性變化

植物抗逆生理代謝中APX的主要功能是清除葉綠體過剩的H 2O 2。由圖7可以看出，土壤含水量正常時供試牡丹植株長勢良好，葉內(nèi)APX活性較低，且各品種之間并無顯著差異。但遭受干旱脅迫時各牡丹葉內(nèi)APX活性得以激活，即使在復(fù)水處理后的短時間內(nèi)，也維持在一個比對照顯著較高的活性狀態(tài)。其中日月錦、島津、烏金耀輝、藍(lán)芙蓉APX活性隨脅迫程度的增加逐漸增強(qiáng)，重度干旱時最高且分別比對照增加了78%、56%、141%、171%。但八千代椿和霓虹幻彩2個品種APX活性則隨脅迫程度的增加先升高后降低，中度干旱時最高且分別比對照增加了47%、78%。由此可見，干旱逆境時幾種牡丹依賴APX活性的增強(qiáng)，在清除葉綠體過剩H 2O 2方面，均發(fā)揮了有效的防御機(jī)能，只是品種間抗性有所差異。

2.8 抗旱性綜合評價(jià)

逆境下植物抗性能力的強(qiáng)弱，并非由某個單一或少量的幾個生理指標(biāo)所能決定[16，19]，而是調(diào)節(jié)機(jī)制下的許多生理指標(biāo)相互協(xié)作、共同作用時的綜合反映。為此，本研究以干旱脅迫下與牡丹抗性密切相關(guān)的幾類重要的指標(biāo)性物質(zhì)，即脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、MDA、O- 2·含量及SOD、POD、CAT、APX活性等為基礎(chǔ)，采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法，對試材品種進(jìn)行抗旱能力綜合評價(jià)。為了保持本次綜合評價(jià)的公平和科學(xué)性，評價(jià)時綜合考慮了3種不同脅迫條件下（即輕度、中度和重度干旱）的各品種的隸屬函數(shù)值（表2），求得總值（表3），而后按品種函數(shù)值的高低進(jìn)行抗性排序。最終結(jié)果耐旱能力綜合表現(xiàn)由強(qiáng)到弱的順序?yàn)樗{(lán)芙蓉>烏金耀輝>日月錦>島津>霓虹幻彩>八千代椿（表3）。為了將供試牡丹進(jìn)行科學(xué)有效的抗性分級，又對6個牡丹品種的抗旱性做了進(jìn)一步的聚類分析，圖8結(jié)果表明，歸為一級、抗旱性較強(qiáng)的為藍(lán)芙蓉和烏金耀輝;歸為二級、抗旱性一般的為日月錦、島津、霓虹幻彩;歸為三級、最不抗旱的為八千代椿。

3 討論與結(jié)論

許多研究認(rèn)為，植物遭受逆境脅迫時酶活性得以改變，原本處于動態(tài)平衡的活性氧產(chǎn)生與清除機(jī)制受到破壞，致使主要包括 O- 2·、H 2O 2在內(nèi)的ROS活性氧自由基大量積累，大量的高能態(tài)活性氧自由基能夠降解磷脂，損害細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂發(fā)生脫脂化或過氧化[20]，造成細(xì)胞膜透性增加并產(chǎn)生大量MDA，嚴(yán)重時引起細(xì)胞凋亡。因而MDA可以反映細(xì)胞膜損傷程度，其含量的高低常用作衡量植物遭受逆境脅迫嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)[21]。

本研究結(jié)果表明，幾個供試牡丹品種隨著干旱程度的增加MDA和 O- 2·含量逐漸升高，尤其是嚴(yán)重干旱時兩者含量升至最高。說明幾個種牡丹在受到干旱脅迫時，葉內(nèi)細(xì)胞膜都受到了活性氧自由基的毒害，發(fā)生了細(xì)胞膜脂化和磷脂降解現(xiàn)象。但就供試的6個品種而言，藍(lán)芙蓉和日月錦2個品種葉內(nèi) O- 2·含量及增幅相對較低，表明所受傷害相對較輕;而烏金耀輝、島津、八千代椿、霓虹幻彩則含量高增幅大，說明所受傷害相對較重。同時也表明6個牡丹品種對干旱脅迫逆境的抵御能力存在差異。逆境條件下，縱使環(huán)境變得不利于植物生長，內(nèi)部生理代謝發(fā)生紊亂，但植物也并非自甘受損地保持沉默、被動坐以待斃，反而往往會啟動響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行主動防御，產(chǎn)生某些特定蛋白和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，譬如SOD、POD、CAT、APX等保護(hù)酶類和可溶性糖、可溶性蛋白以及脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。前者清活性氧后者調(diào)控水流、離子或者去除有毒基團(tuán)[22]，多渠道、全方位地緩解植物所受傷害，提高其抗逆性。所以植物抗性生理研究中這些活性保護(hù)酶類和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，也是被廣泛認(rèn)可的重要研究指標(biāo)和鑒定品種抗逆能力強(qiáng)弱的重要依據(jù)。結(jié)合本研究結(jié)果表明，6種供試牡丹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)響應(yīng)程度品種間明顯存在差異，其中可溶性蛋白含量隨干旱程度的加深而逐漸升高，均重度干旱時最高。烏金耀輝和藍(lán)芙蓉可溶性糖含量隨脅迫程度的加劇逐漸升高;日月錦、島津、八千代椿、霓虹幻彩則先升高后降低。島津、烏金耀輝和藍(lán)芙蓉脯氨酸含量逐漸升高;但日月錦、八千代椿、霓虹幻彩則先升高后降低。3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)表現(xiàn)出的響應(yīng)性雖有不同，但都顯著高于各自的對照，在中度干旱或在重度干旱時含量最高?？梢姼H干旱時幾個供試牡丹都能借助于增加滲透物質(zhì)含量的應(yīng)對方式，達(dá)到降低細(xì)胞滲透勢維持良好膨壓、避免胞質(zhì)脫水過度的目的，進(jìn)一步改善根際干旱吸水[23]。就品種間3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)差別來講，基本都是藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津表現(xiàn)的響應(yīng)機(jī)制更為迅速有效，降低細(xì)胞滲透勢的能力更強(qiáng)，而日月錦、八千代椿、霓虹幻彩則表現(xiàn)相對較弱。

從保護(hù)酶活性響應(yīng)情況來看，SOD的重要作用是把高能態(tài)的 O- 2·化解成H 2O 2和無毒的 O- 2·，因而在歧化和清除 O- 2·方面發(fā)揮著關(guān)鍵性保護(hù)酶的功能。 O- 2·轉(zhuǎn)化而來的H 2O 2又可以在CAT的作用下進(jìn)一步被分解為無毒的H 2O和 O- 2·。同時真核細(xì)胞中普遍存在的POD，也能以具有強(qiáng)氧化性的H 2O 2作電子受體，催化諸多的底物分子參與反應(yīng)。因此POD和CAT一樣均在降低或清除H 2O 2造成的植物細(xì)胞毒害方面，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，POD的活性與組織細(xì)胞抗性強(qiáng)弱以及生理代謝也存在著密不可分的代謝關(guān)系[9-10，22]。至于APX，其主要作用是參與清除 O- 2·自由基和降解H 2O 2，減少對細(xì)胞的毒害，進(jìn)一步保護(hù)葉綠體和細(xì)胞組分。因此SOD、CAT、POD、APX之間的協(xié)同工作，在抑制細(xì)膜脂化、防止細(xì)胞膜系統(tǒng)過度受損方面都至關(guān)重要。本研究中干旱脅迫逆境明顯激活了供試牡丹葉內(nèi)SOD活性（圖6），6個品種葉SOD、CAT、POD和APX活性均顯著高于對照，隨脅迫程度增加而逐漸升高，POD活性前期升高后期降低，中度脅迫時活性最高;藍(lán)芙蓉、烏金耀輝、島津CAT活性隨干旱脅迫程度的增加逐漸升高，而日月錦、霓虹幻彩、八千代椿則先升后降。日月錦、島津、烏金耀輝、藍(lán)芙蓉APX活性隨脅迫程度的增加逐漸增強(qiáng);八千代椿和霓虹幻彩則先升后降。由此可見，干旱逆境時幾種牡丹依賴幾種關(guān)鍵保護(hù)酶活性的增強(qiáng)，有效地清除了葉綠體過剩H 2O 2和 O- 2·，充分均發(fā)揮了有效的防御機(jī)能。只是品種間抗性有所差異。譬如，藍(lán)芙蓉、烏金耀輝SOD活性增加幅度顯著高于其余幾個品種，證明它們歧化清除 O- 2·的能力明顯強(qiáng)于其他幾個品種，因而藍(lán)芙蓉、烏金耀輝中相應(yīng)的 O- 2·生成速率也較低，這2個品種細(xì)胞膜脂過氧化程度也就明顯較輕，因此最直接的表現(xiàn)即為這2個品種的膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量也較低。這種理論推測也正好與本研究中這2個品種葉內(nèi)MDA含量和增幅都顯著低于其余品種的結(jié)論吻合。就供試的6個牡丹品種來講，整個脅迫過程中POD、CAT、APX在清除H 2O 2方面均發(fā)揮了重要作用，但隨著干旱脅迫程度的加重，抗性較弱的品種如日月錦、霓虹幻彩、八千代椿等，H 2O 2過量的積累又反過來抑制了它們保護(hù)酶活性的增強(qiáng)[18]，因而表現(xiàn)出前升后降的變化趨勢[17]。此外本研究還表明，及時地對根際進(jìn)行復(fù)水，能夠有效地恢復(fù)牡丹植株生長，緩解干旱脅迫對植株造成的傷害，這在干旱地區(qū)或干旱季節(jié)牡丹栽培時我們應(yīng)該加強(qiáng)重視。

采用多性狀指標(biāo)隸屬函數(shù)值法，能科學(xué)有效地進(jìn)行作物品種間抗逆性能力強(qiáng)弱鑒定[3，16，19]。因此，本研究以此為依據(jù)，對6個牡丹品種抗旱能力進(jìn)行了綜合比較，并利用聚類分析法進(jìn)行了抗性分級，最終綜合評價(jià)結(jié)果為：抗旱性較強(qiáng)的一級品種是藍(lán)芙蓉和烏金耀輝;抗旱性一般的二級品種是日月錦、島津、霓虹幻彩;最不抗旱的三級品種是八千代椿。這種分級結(jié)果在牡丹的砧木選擇和抗性育種方面，也給我們提供了可參考的理論依據(jù)。

總而言之干旱脅迫條件下，牡丹植株的生理響應(yīng)機(jī)制是一個十分復(fù)雜的內(nèi)部多系統(tǒng)代謝調(diào)節(jié)過程，諸多問題尚待進(jìn)一步探求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金航，朱濟(jì)友，Jandug C M B，等. 干旱脅迫環(huán)境中黃櫨幼苗葉功能性狀變異與產(chǎn)地地理-氣候因子的關(guān)系[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，42（2）：68-78.

[2]汪婭琴，郭小蘭，李培培，等. 4個兔眼藍(lán)莓品種對持續(xù)干旱的生理響應(yīng)及其抗旱性評價(jià)[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2021，39（3）：186-196.

[3]莫言玲，鄭俊鶱，楊瑞平，等. 不同西瓜基因型對干旱脅迫的生理響應(yīng)及其抗旱性評價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，27（6）：1942-1952.

[4]Wang Q，Zhao R，Chen Q H，et al. Physiological and biochemical responses of two herbaceous peony cultivars to drought stress[J]. HortScience，2019，54（3）：492-498.

[5]Zhao D Q，Zhang X Y，F(xiàn)ang Z W，et al. Physiological and transcriptomic analysis of tree peony （ Paeonia section ?Moutan DC.） in response to drought stress[J]. Forests，2019，10（2）：135.

[6]烏鳳章.11個北高叢越橘品種對干旱脅迫的響應(yīng)[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2020，38（1）：36-45.

[7]孫曉剛，張 雪，丁紹文，等. 干旱脅迫對2種海棠品種葉片生理和光合特性的影響[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，47（12）：28-32，66.

[8]黃莉娟，趙麗麗，唐華江，等. 不同毛花雀稗種質(zhì)對干旱脅迫的響應(yīng)及其抗旱性評價(jià)[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，32（11）：2557-2563.

[9]種培芳，單立山，蘇世平，等. 甘肅旱區(qū)5個經(jīng)濟(jì)林樹種的苗期抗旱性綜合評價(jià)[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017，35（1）：198-204，247.

[10]李林瑜，方紫妍，艾克拜爾·毛拉，等. 自然干旱脅迫對兩種小檗幼苗生長和生理生化指標(biāo)的影響[J]. 北方園藝，2020（4）：80-86.

[11]李 軍，孔祥生，李金航，等. 逐漸干旱對牡丹生理指標(biāo)的影響[J]. 北方園藝，2014（16）：50-53.

[12]李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[13]王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 2版. 北京：高等教育出版社，2006.

[14]王愛國，羅廣華. 植物的超氧物自由基與羥胺反應(yīng)的定量關(guān)系[J]. 植物生理學(xué)通訊，1990，26（6）：55-57.

[15]Nakano Y，Asada K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts[J]. Plant and Cell Physiology，1981，22（5）：867-880.

[16]蔡建國，章 毅，孫歐文，等. 繡球抗旱性綜合評價(jià)及指標(biāo)體系構(gòu)建[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，29（10）：3175-3182.

[17]王自布，潘木引，冉曉燕.PEG-6000模擬干旱脅迫對菊花的生理響應(yīng)[J]. 貴州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，35（3）：18-22.

[18]李 磊，吳永彬，倪建中，等. 干旱脅迫對3種野牡丹科植株形態(tài)和生理特性的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（6）：49-56，173.

[19]劉丙花，趙登超，梁 靜，等. 4個品種核桃砧木幼苗干旱生理響應(yīng)及抗旱性評價(jià)[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2020，38（1）：11-19.

[20]Sarker U，Oba S.Drought stress effects on growth，ROS markers，compatible solutes，phenolics，flavonoids，and antioxidant activity in ?Amaranthus tricolor [J]. Applied Biochemistry and Biotechnology，2018，186（4）：999-1016.

[21]Chen X M，Qiu L L，Guo H P，et al. Spermidine induces physiological and biochemical changes in southern highbush blueberry under drought stress[J]. Brazilian Journal of Botany，2017，40（4）：841-851.

[22]孫歐文，楊倩倩，章 毅，等. 四個繡球品種對高溫干旱復(fù)合脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2019，55（10）：1531-1544.

[23]李永潔，李 進(jìn)，徐 萍，等. 黑果枸杞幼苗對干旱脅迫的生理響應(yīng)[J]. 干旱區(qū)研究，2014，31（4）：756-762.