外源水杨酸对2个杜鹃花品种抗旱性的影响

高晓宁，梁 雯，赵 冰

(西北农林科技大学 风景园林艺术学院，陕西 杨陵 712100)

杜鹃(Rhododendron)花是我国十大名花之一，具有较高的观赏价值，在生长过程中对水分比较敏感，土壤过湿或过干均不利于其生长，尤其在我国西北干旱地区，其引种驯化及园林应用更是受到极大的限制，因此，探究如何提高杜鹃花的抗旱性具有非常重要的意义。

水杨酸(salicylic acid)是植物生长的调节激素，也是植物抵抗逆境胁迫的关键信号分子[1]。研究表明，水杨酸能提高杜鹃花植株的抗寒性及耐热性，但水杨酸对杜鹃花抗旱性影响的研究还未见报道[2-3]。水杨酸提高植株抗旱性，是因为其能够显著提高植物叶片的相对含水量，促进叶绿素的合成，防止细胞膜氧化，提高细胞内的可溶性糖、可溶性蛋白等细胞渗透调节物质的浓度，保持过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性，从而减轻干旱胁迫对植物的伤害[4-13]。水杨酸溶液能提高诸多植物如高羊茅(Festucaarundinacea)[4]、小麦(Triticumaestivum)[6]、向日葵(Helianthusannuus)[7]、石蒜(Lycorisradiata)[8]、黄瓜(Cucumissativus)[9]、番茄(Lycopersiconesculentum)[10]等的抗旱性。本试验拟在前人研究的基础上，探讨水杨酸溶液对杜鹃花植株抗旱性的影响。

本研究采用盆栽控水法，通过对抗旱性较差的2个杜鹃花品种施用不同浓度的水杨酸，进行形态观察和生理指标测定，探究水杨酸对杜鹃花抗旱性的影响，为提高杜鹃花抗旱性提供解决途径，使其能在西北园林中得到广泛应用。

1 材料与方法

1.1 材料

通过前期杜鹃花抗旱性形态观察，试验选取杜鹃花‘宁波红’(Rhododendron‘Ningbo Hong’，NBH)和‘蓝茵’(Rhododendron‘Lan Yin’，LY)2个较不耐旱的品种为研究对象。‘宁波红’，春鹃，花桃红色、花瓣双套，花冠漏斗状，花期3-5月；‘蓝茵’，春鹃，花淡紫色、花瓣双套，花冠漏斗状，花瓣裂片短浅而敞，纸鸢形，花期3-5月。

1.2 方案设计

采用生长基本一致的1年生扦插苗作为试验材料，将植株移植于塑料花盆中，花盆上口径15 cm，下口径8 cm，高10 cm，盆土为松针泥炭土(V松针∶V泥炭=1∶1)，每盆1株，每盆盛土量一致，进行正常管理。采用环刀法测得土壤田间持水量为75.77%。

2016年6月在陕西省西北农林科技大学园林植物试验室(34°15′41.45″N，108°03′59.55″E)进行干旱胁迫。试验设置1个对照处理(CK)、1个干旱胁迫处理(DS)与5个不同浓度的水杨酸处理。对照处理的植株以清水灌溉，使土壤水分含量为田间持水量的75%～80%。水杨酸处理的植株在开始干旱胁迫的前3 d，每天分别用0.1(S1)、0.3(S2)、0.5(S3)、0.7(S4)、1(S5)mmol·L-1的水杨酸溶液喷施叶片表面。喷施清水与水杨酸溶液以叶片湿润而不滴水为标准,每天早中晚固定时间共喷施3次[6]。干旱胁迫处理与水杨酸处理的植株在干旱胁迫前均充分灌溉，使土壤含水量基本保持一致(保证各试验组在同一天达到重度胁迫)，之后采用自然干旱法，在土壤水分含量达到田间持水量的30%～35%(重度胁迫)时，用称重补水法控制土壤含水量使其维持在该标准7 d。于第8天8：00进行采样，选取植株成熟叶片，测定各项生理指标。

1.3 方法

1.3.1 形态观察 杜鹃花植株在遭受干旱胁迫时，首先受到影响的是植株幼叶，主要表现为幼叶反卷，之后成熟叶片表现萎蔫、下垂、皱缩等现象，老叶则会加速脱落[14](表1)。

表1 干旱胁迫下杜鹃花叶片受害等级标准Table 1 Standards of injured degree in leaves of Rhododendron under drought stress

1.3.2 生理指标测定及方法 叶片总含水量、自由水含量、束缚水含量以及相对含水量的测定参考明东风[15]的方法。并参照李合生[16]的方法进行叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素质量分数，可溶性糖及脯氨酸质量分数，细胞膜透性、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、SOD活性、POD活性的测定。可溶性蛋白质量分数及过氧化氢(H2O2)质量摩尔浓度采用试剂盒(南京建成生物工程研究所，A045及A064)法进行测定。采用紫外可见分光光度计(日本岛津，UV-2450型)测定吸光值。试验设3个重复。

1.4 试验数据处理

采用 Excel2013和SPSS22.0分析软件处理数据，采用T检验法分析同一处理不同品种在0.05水平上的差异显著性，Duncan’s检验法分析同一品种不同处理在0.05水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花形态表现的影响

由表2可得，与对照处理相比，干旱胁迫处理与水杨酸处理的植株叶片均有受害表现，且随着水杨酸浓度的升高，受害等级表现为先下降后上升。‘宁波红’的受害等级在水杨酸浓度为0.3、0.5 mmol·L-1时达到Ⅲ级，其余浓度下达到Ⅳ级；‘蓝茵’的受胁迫程度在水杨酸浓度为0.3、0.5、0.7 mmol·L-1时达到Ⅲ级，其余浓度下达到Ⅳ级。因此，就植株叶片生长表现而言，施加中等浓度的水杨酸溶液能在一定程度上提高杜鹃花植株的抗旱性。

表2 水杨酸对干旱胁迫下2个杜鹃花品种形态表现的影响Table 2 Effects of salicylic acid on morphological characteristics of two Rhododendron cultivars under drought stress

2.2 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花生理生化指标的影响

2.2.1 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花叶片水分含量的影响 由表3可知，相较于对照，经干旱胁迫处理的2个杜鹃花品种植株叶片的总含水量、自由水含量、束缚水含量以及相对含水量均降低，‘宁波红’的自由水与束缚水比值降低但‘蓝茵’的升高；且2个杜鹃花品种在对照处理、0.5、1.0 mmol·L-1水杨酸溶液处理下总含水量差异显著，在0.5 mmol·L-1及1.0 mmol·L-1水杨酸溶液处理下自由水含量差异显著，在对照处理下束缚水含量差异显著，在0.1 mmol·L-1水杨酸溶液处理下自由水与束缚水含量比值差异显著。

此外，不论施用何种浓度的水杨酸溶液，‘宁波红’植株叶片的总含水量以及自由水含量相较于干旱胁迫处理的植株叶片均显著升高；束缚水含量以及相对含水量也均升高，且在0.1、0.3、0.7 mmol·L-1水杨酸溶液处理下束缚水含量相较于干旱胁迫处理显著升高，甚至在水杨酸浓度为0.3 mmol·L-1时，束缚水含量相较于对照处理也显著升高，并在0.3、0.5、0.7 mmol·L-1水杨酸溶液处理下相对含水量相较于干旱胁迫处理显著升高；但水杨酸处理下植株的自由水与束缚水比值均比干旱胁迫下的高。同时，‘蓝茵’植株叶片的总含水量以及自由水含量相较于干旱胁迫处理的植株叶片均升高，且在0.7 mmol·L-1水杨酸溶液处理下差异显著；在1.0 mmol·L-1水杨酸溶液处理下束缚水含量相较于干旱胁迫处理降低，其余浓度处理下均升高；在0.1、0.3 mmol·L-1水杨酸溶液处理下相对含水量相较于干旱胁迫处理降低，其余浓度处理下均升高；并在0.1、0.5 mmol·L-1水杨酸溶液处理下自由水与束缚水比值均比干旱胁迫下的低。结果表明，施用一定浓度的水杨酸溶液可以缓解干旱胁迫引起的水分含量的变化，但2个杜鹃花品种的变化情况不同。

注：大写字母表示同一处理不同品种在0.05水平上的差异显著性，小写字母表示同一品种不同处理在0.05水平上的差异显著性。下同。

2.2.2 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花叶片叶绿素含量的影响 由表4可知，相较于对照处理，经干旱胁迫处理的2个杜鹃花品种植株叶片的叶绿素a、b及总叶绿素质量分数均降低，‘宁波红’的叶绿素a/b比值降低但‘蓝茵’的升高；且就叶绿素b质量分数而言，2个杜鹃花品种叶片在遭遇干旱胁迫时差异显著。此外，不论施用何种浓度的水杨酸溶液，2个杜鹃花品种植株叶片的叶绿素a以及总叶绿素质量分数相较于干旱胁迫处理下的均升高。‘宁波红’在1.0 mmol·L-1水杨酸处理下叶绿素b质量分数较干旱胁迫下的降低，在其余浓度水杨酸处理下均升高；‘蓝茵’在各个浓度水杨酸处理下叶绿素b质量分数较干旱胁迫下均升高。根据叶绿素a/b质量分数比值，发现‘蓝茵’在水杨酸溶液处理下比值较干旱胁迫下的均降低，而‘宁波红’在0.1、0.3、0.5、0.7 mmol·L-1水杨酸处理下比值升高。结果表明，水杨酸溶液可以在一定程度上提高叶片中叶绿素的含量，缓解干旱胁迫引起的光合抑制。

2.2.3 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花叶片渗透调节物质的影响 由表5可知，干旱胁迫处理导致2个杜鹃花品种植株的叶片可溶性蛋白质量分数降低，可溶性糖及脯氨酸质量分数升高；同时，‘宁波红’与‘蓝茵’在干旱胁迫处理后脯氨酸质量分数差异显著，在0.7 mmol·L-1水杨酸处理下可溶性蛋白质量分数差异显著。此外，不论施用何种浓度的水杨酸溶液，‘蓝茵’叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸质量分数相较于干旱胁迫处理的植株升高，‘宁波红’叶片中的可溶性蛋白质量分数亦均升高。然而，‘宁波红’植株在1.0 mmol·L-1水杨酸处理下可溶性糖质量分数与干旱胁迫处理的相比降低，在0.1 mmol·L-1水杨酸处理下脯氨酸质量分数亦降低，这说明过低或过高浓度的水杨酸溶液不能有效调控‘宁波红’植株的渗透调节物质。

表4 外源激素水杨酸对干旱胁迫下2个杜鹃花品种叶片叶绿素含量的影响Table 4 Effects of salicylic acid on chlorophyll content in leaf of 2 Rhododendron cultivars under drought stress mg·g-1

表5 水杨酸对干旱胁迫下2个杜鹃花品种叶片渗透调节物质的影响Table 5 Effects of salicylic acid on osmotic adjustment substance content in leaf of 2 Rhododendron cultivars under drought stress

2.2.4 水杨酸对干旱胁迫下杜鹃花叶片活性氧代谢的影响 由表6可知，干旱胁迫导致2个杜鹃花品种叶片细胞膜透性及MDA与H2O2质量摩尔浓度升高，SOD及POD活性降低；且2个杜鹃花品种在0.7 mmol·L-1水杨酸处理下细胞膜透性及MDA质量摩尔浓度差异显著，在0.5 mmol·L-1水杨酸处理下SOD活性差异显著，在干旱胁迫以及0.3、1.0 mmol·L-1水杨酸处理下POD活性差异显著。此外，不论施用何种浓度水杨酸溶液，‘宁波红’与‘蓝茵’叶片中POD活性与干旱胁迫处理下的相比均升高。‘宁波红’的细胞膜透性在各浓度水杨酸溶液处理下较干旱胁迫下的降低，SOD活性升高；而‘蓝茵’除在1.0 mmol·L-1水杨酸处理下细胞膜透性升高，SOD活性降低外，其余浓度下与‘宁波红’变化相同。‘宁波红’在1.0 mmol·L-1水杨酸处理下MDA质量摩尔浓度较干旱胁迫下升高， SOD活性降低，‘蓝茵’则在0.7、1.0 mmol·L-1水杨酸处理下MDA质量摩尔浓度升高，SOD活性降低，其余浓度下均表现为MDA质量摩尔浓度降低，SOD活性升高。

表6 水杨酸对干旱胁迫下2个杜鹃花品种叶片活性氧代谢的影响Table 6 Effects of salicylic acid on H2O2 and active oxygen scavenging systems in leaf of 2 Rhododendron cultivars under drought stress

3 结论与讨论

植物遭遇干旱胁迫后，外在形态表现为茎端的幼嫩部分和叶片发生萎蔫、下垂。试验结果表明施用适当浓度的水杨酸溶液，如‘宁波红’施用浓度为0.3、0.5 mmol·L-1时，‘蓝茵’施用的浓度为0.3、0.5、0.7 mmol·L-1时，能缓解干旱胁迫对杜鹃花植株叶片的伤害。此外，适宜浓度的水杨酸溶液能提高杜鹃花植株相对含水量并保持较低的自由水/束缚水，促进叶绿素的合成，保持较高的叶绿素a/b，提高对光能的利用，保持较低的细胞膜透性，积累较多的渗透调节物质保持细胞膨压，并调节SOD及POD活性抑制细胞膜伤害物质的产生，提高杜鹃花的抗旱性，这与A.B.Nicotra[17]等对植物遭受非生物胁迫后抗性提高时的机理研究相一致。

水分是保证植物正常生长及发育的重要因子[14]。本研究中‘宁波红’在水杨酸浓度为0.3、0.5 mmol·L-1时，‘蓝茵’在水杨酸浓度为0.3、0.5、0.7 mmol·L-1时，相比于干旱胁迫处理均保有较高的总含水量及自由水含量，此时植株受害状况较轻。这表明叶片中较高的水分可以抑制叶片萎蔫，保持繁茂，维持杜鹃花植株的外观形态。叶片自由水与束缚水比值常作为抗旱水分生理指标之一，它反映了原生质水合能力的强弱，比值越低，抗旱能力越强[18]。试验结果发现，‘宁波红’在干旱胁迫处理后比值达到最低，‘蓝茵’在0.1 mmol·L-1水杨酸处理下达到最低，而在较高浓度水杨酸处理下比值较高，这可能是因为较高浓度的水杨酸缓解了干旱胁迫过程中引起的伤害，不及干旱胁迫以及0.1 mmol·L-1水杨酸处理下植株受害严重，以致植物体较晚获得抗旱性。在干旱胁迫下，叶片相对含水量越高，表明植物叶片的抗脱水能力越强，抗旱性越强[4]。试验结果中，受害较轻的处理下植株相对含水量均较干旱胁迫下高。水分含量指标的变化表明水杨酸溶液能通过升高总含水量、自由水含量以及相对含水量来增强杜鹃花植株抗旱性。

叶绿素是植物进行光合作用的基础，在一定范围内，含量越高，光合能力越强[18]。干旱胁迫下，2个杜鹃花品种叶片的叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均呈现不同程度的下降，而在施用适当浓度的水杨酸后均升高，有效抑制杜鹃花光合作用的减弱，这与易小林[5]等对紫御谷(Pennisetumglaucum‘Purple Majesty’)，S.Hayat[6]等对小麦幼苗以及Q.Fariduddin[19]等对芥菜(Brassicajuncea)的研究结果一致。较高的叶绿素a/b也能反映植株光合能力的增强。‘宁波红’在水杨酸浓度为0.3、0.5、0.7、1.0 mmol·L-1时均保持较高的叶绿素a/b，表明水杨酸增强了‘宁波红’杜鹃花的光合能力。

植物通过积累可溶性糖、可溶性蛋白来降低细胞渗透势,增强植物的吸水、保水能力。此外，在干旱胁迫条件下许多植物体内大量积累脯氨酸作为渗透调节物质，其含量升高有利于提高植物对干旱胁迫的抗性。三者均是反应植物抗旱性的指标[8,20]。通过与对照组比较可以得出，适当浓度的水杨酸能提高杜鹃花叶片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等细胞渗透调节物质的浓度。但是过高或过低浓度的水杨酸反而会降低‘宁波红’杜鹃花叶片内细胞渗透调节物质的浓度，这与蒋明敏[8]等对石蒜、张冬野[10]等对番茄幼苗的研究结果一致。

当植物受到干旱胁迫时，细胞膜受到破坏，膜透性增加，并大量积累活性氧，如H2O2等，使细胞膜发生过氧化作用。膜脂过氧化的主要降解产物为MDA，能够破坏植物生物膜的结构[10,20]。为减轻活性氧对细胞膜造成伤害，植物在进化过程中相应形成了酶促和非酶促2大类保护系统。在酶促抗氧化系统中，SOD能催化超氧阴离子自由基生成O2和H2O2，减缓自由基对膜的伤害，POD可进一步清除H2O2，生成无害的O2[8,10]。本研究表明在遭遇干旱胁迫后，施加不同浓度的水杨酸溶液与不施加相比，细胞膜透性降低，但当浓度较高时，如水杨酸达到1.0 mmol·L-1时，细胞膜透性升高。郝敬虹[9]等对黄瓜幼苗、张冬野[10]等对番茄幼苗、左仲武[21]等对油松(Pinustabulaeformis)幼苗的研究也有相似的结果。水杨酸能提高杜鹃花SOD和POD组成的活性氧代谢，增强清除植物体内的阴离子自由基的能力，从而提高杜鹃花的抗旱性。但是高浓度的水杨酸反而会抑制活性氧代谢。这与单长卷[11]等对小麦幼苗、范丽霞[12]对结缕草(Zoysiajaponica)的研究结果一致。

综上所述，适宜浓度的水杨酸处理能通过调节植株细胞内的生理生化变化以及植株形态，缓解干旱对杜鹃花植株的伤害，从而提高杜鹃花植株的抗旱性。杜鹃花品种不同，适宜的水杨酸浓度也不同。同时，也应注意到过低浓度的水杨酸处理效用不高且过高浓度的水杨酸处理会对杜鹃花的抗旱性产生不利影响。外源水杨酸处理对杜鹃花缓解干旱胁迫具有一定的实践应用价值，但其机理还有待于进一步从光合作用、叶片结构以及分子机制等方面进行研究。

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