基于PEG胁迫的美丽异木棉等园林景观树种抗旱性评价*

陈水钦 叶龙华 莫云豹 陈新宇张卫华 潘 文 朱报著

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.仲恺农业工程学院 农业与生物学院，广东 广州 510225；3.广东省林业科技推广总站，广东 广州 510173）

水分是树木生产及正常生长代谢的基础[1-2],全世界约有1/3 的土地面积属于干旱和半干旱区域，而我国的干旱半干旱地区约占全国土地面积的1/2[3]。由于环境恶化，我国可利用的水资源快速减少，干旱现象日益严重[4]。干旱是严重影响植物生长发育的重要环境胁迫因子之一[5]。干旱胁迫已经成为植物生长的主要限制因素[6]。近年来,城市绿地面积不断增加,城市绿化用水量不断攀升,城市绿化用水与水资源紧张的矛盾也日趋突出,使用节水、耐旱园林树种是节约用水的有效途径,也是建设节水型城市绿地的最直接、有效的方式[7]。北方对园林植物的抗旱性研究起步较早，对五角枫Acer truncatum、紫叶小檗Berberis thunbergii、紫丁香Syringa oblata 等73 种常用园林树木分析了抗旱性强弱[8-10]。相比于北方树种，南方地区的园林树种抗旱研究存在树种偏少、分析方法简单等现状，主要集中在紫荆Cercis chinensis、紫薇Lagerstroemia indica[11-12]等树种，远远无法满足目前抗旱园林绿化树种需求。另外，所有园林植物对水分胁迫都有一定的耐受性，但园林树木的抗旱性程度随物种不同有所差异[13]，因此本研究以南方常用的27 个园林树种为研究对象，开展PEG 水分胁迫模拟干旱处理，测定了不同胁迫程度以及不同胁迫时间下生理指标的变化，综合评价抗旱能力,以期为城市绿化提供抗旱树种，提升绿地持有量。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验地在广东省林业科学研究院苗圃(23°36′5″N、113°9′35″E)内进行，该地属亚热带季风性气候类型，年平均年降水量2 015 mm,平均相对湿度为69%。7—9 月气温较高，平均最高气温可达32.8℃，平均年日照时数为1 636.8 h，年平均气温22.3℃。

1.2 试验材料

采用播种育苗，选取生长健壮，苗高相对一致的美丽异木棉Ceiba speciosa、黄花风铃木Handroanthus chrysanthus、蓝花风铃木Tabebuia impetiginosa、金花风铃木Tabebuia autea、火焰木Spathodea campanulata、蓝花楹Jacaranda mimosifolia、本地木棉Bombax malabaricum、广宁红花油茶Camellia semiserrata、杜鹃红山茶Camellia azalea、小叶紫薇Lagerstroemia indica、大叶紫薇Lagetstroemia speciosa、 黄 槐Cassia surattensis、无忧树Saraca asoca、宫粉羊蹄甲Bauhinia variegata、红花羊蹄甲Bauhinia blakeana、铁刀木Cassia siamea、腊肠树Cassia fistula、仪花Lysidice rhodostegia、凤凰木Delonix regia、穗花棋盘脚Barringtonia racemosa、美花红千层Callistemon citrinus、深山含笑Michelia maudiae、樱花Prunus serrulata、红花银桦Grevillea banksii、国庆花Koelreuteria bipinnata、澳洲火焰木Brachychiton acerifolius、红 花 荷Rhodoleia championii 27 种 木本花卉为材料，株高30 cm。

1.3 试验方法

采用PEG 水分胁迫来模拟干旱处理，每个树种选取3 株生长较为一致的健壮苗木，进行水分胁迫处理，以单株为1 个重复，共计3 次重复。先在1/2 Hoagland 营养液中过渡2 d，然后用1/2 Hoagland 营养液和汕头华大进口分装的聚乙二醇6 000（Polyethylene glycol 6 000）配制以下渗透势的溶液：0 MPa（CK），-0.3 MPa（相当于PEG-6 000 含量50 g/L），-0.5 MPa（相当于PEG-6 000含量150 g/L）， -2.0 MPa（相当于PEG-6 000 含量300 g/L）。在实验室把苗木洗净后放入不同渗透势的PEG 溶液中，分别进行轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫水分处理，每种胁迫分别处理12、24、36 h，同时以不加PEG 的1/2 Hoagland 营养液中的苗木作为对照。各处理均在实验室内进行，室内温度为26 ℃左右，相对湿度为75%～85%。不同树种、处理的相同指标均选择早上8:00 时同时取样进行指标测定。

1.4 测定方法

1.4.1 电导率测定 取幼苗第2～6 片展开叶（自上而下数），取样后将叶片先用自来水冲洗除去表面污物，然后用去离子水冲洗2 遍，再用滤纸吸干叶片表面水分，避开主叶脉，用打孔器打取3 个直径为0.8 cm 的圆片，用去离子水冲洗3 次，放入内有20 mL 去离子水的三角瓶中，室温放置15 h，用电导仪（DDS-307 型）在室温下测定溶液的电导率值（R），再盖上瓶盖，在富华仪器有限公司生产的420 型三用水箱中沸水浴30 min，将组织全部杀死后冷却至室温，在同样的条件下测定各瓶溶液的电导率值(R1)，以叶片杀死前的电导率占杀死后的电导率的百分数来表示膜的相对透性。

相对电导率＝R/R1×100 1.4.2 相对含水量（RWC）和相对水分亏缺（RWD）测定 采样后称取鲜叶质量后用蒸馏水浸泡叶片24 h，然后称饱和鲜质量，最后在105℃下烘8 h 称干质量，根据公式计算：RWC=（鲜叶质量-干质量）/（饱和鲜质量-干质量）×100，RWD=（1-RWC）×100。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2007 和SPSS 软件分析。本文的条形图使用R 语言ggplot2 包绘制，系统聚类图使用R 语言基础包绘制，R 语言版本为4.0.2[14]。

采用多维空间（欧几米德）En 多向量理论综合评定抗旱性，在每一个指标中找出最大的标准值，用其做除数分别除其他各数值，求得的商构成“矩阵坐标表”，然后根据公式Pi2=(1-aij)2（P:“矩阵坐标表”中商的离差；a:矩阵坐标；i:1～27；j:1～2）计算离差平方，最后按横行将各指标的离差平方求和，根据离差平方和的大小排出评价序号。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对生长状况的影响

27 个树种幼苗经轻度、中度、重度水分胁迫后，通过外部生长状况比较可以看出，在轻度水分胁迫下，各树种生长状况差异不明显，都能正常生长；在中度水分胁迫下，27 个树种表现各异，出现不同程度的失水状态，其中黄花风铃木、金花风铃木、本地木棉叶片萎蔫，变枯黄，穗花棋盘脚、美花红千层、红花银桦、蓝花风铃木、澳洲火焰木、红花荷、国庆花、蓝花楹正常生长；在重度胁迫下，大部分树种叶片萎蔫严重，胁迫处理10 d 后穗花棋盘脚、红花荷、深山含笑、红千层、红花银桦、蓝花风铃木、澳洲火焰木生长正常，其他树种出现死亡。由此可见，从外部形态对水分胁迫的耐受能力上来看，穗花棋盘脚、红花荷、深山含笑、美花红千层、红花银桦、蓝花风铃木、澳洲火焰木具有较高的耐旱能力。

2.2 水分胁迫对相对电导率的影响

细胞膜是细胞与环境进行物质交换的主要通道，对维持细胞微环境和正常代谢起着非常重要的作用，逆境条件下的细胞膜相对电导率（relative electrical conductivity，REC）反映了膜的稳定性。相对电导率方差分析表明，27 个树种之间和不同处理间以及树种和处理的交互作用都达到了极显著差异（P＜ 0.01）。同时对电导率值进行分析，由图1 看出，随着胁迫程度的增加，27 个树种叶片的相对电导率值均呈增加趋势。没有进行水分胁迫时，27 个树种叶片相对电导率介于21.912%～59.977%之间，经轻度水分胁迫时，大多数树种出现相对电导率降低的现象，说明在树种在遭受胁迫初期，对干旱胁迫产生一定的防疫反应，使细胞膜得到修复，但是随着胁迫程度的逐渐加深，电导率迅速增大，质膜进一步破坏，叶片也出现萎蔫水渍状。中度水分胁迫后，27 个树种的相对电导率值显著增加，分别是对照的1.64、1.00、0.84、1.73、1.83、1.16、0.88、1.17、1.26、1.74、1.43、0.67、0.95、1.13、1.71、0.80、1.20、1.13、2.54、0.81、1.43、1.06、2.35、1.10、1.76、0.66、0.94 倍，其中凤凰木和樱花和对照相比，增加到2 倍以上，说明其细胞膜已经遭到较大破坏。黄槐、澳洲火焰木、穗花棋盘脚、红花荷、铁刀木、金花风铃木、美丽异木棉、无忧树8 个树种的叶片相对电导率和对照相比，增加的倍数小于1，其中澳洲火焰木和黄槐仅增加0.66 倍和0.67 倍。当进行重度胁迫后，叶片电导率值增加到50%以上，和对照相比樱花增加到3.5 倍，凤凰木3.8 倍，穗花棋盘脚表现出较强的耐受能力。

图1 不同水分胁迫处理对园林植物叶片相对电导率的影响Fig. 1 Effects of different water stress treatments on relative electrical conductivity of garden plant leaves

图2 不同水分胁迫处理对园林植物叶片相对含水量的影响Fig. 2 Effects of different water stress treatments on relative water content of garden plant leaves

2.3 水分胁迫对相对含水量的影响

对27 个树种不同胁迫处理下的相对含水量进行方差分析表明，27 个树种之间和不同处理间以及树种和处理的交互作用都达到了极显著差异（P＜ 0.01）。

从图2 可以看出，未进行水分胁迫时，27 个树种叶片相对含水量都高于70%，水分胁迫后27个树种的RWC 值都有所降低，严重水分胁迫后，27 个树种叶片相对含水量显著下降，其中红花荷下降了13.949%，澳洲火焰木下降了17.641%，说明具有较高的抗脱水能力，樱花失水最快，严重胁迫后失水达到67%，将27 个树种抗脱水能力从高到底进行排序为红花荷＞ 广宁红花油茶＞ 澳洲火焰木＞ 红花银桦＞ 深山含笑＞ 杜鹃红山茶＞ 腊肠树＞ 穗花棋盘脚＞ 无忧树＞ 大叶紫薇＞ 蓝花风铃木＞ 金花风铃木＞ 本地木棉＞ 仪花＞ 本地火焰木＞ 美丽异木棉＞ 美花红千层＞ 黄槐＞ 铁刀木＞黄花风铃木＞ 宫粉羊蹄甲＞ 蓝花楹＞ 红花羊蹄甲＞ 凤凰木＞ 国庆花＞ 小叶紫薇＞ 樱花。

表4 抗旱能力综合评定Tab. 4 Comprehensive evaluation of drought resistance

2.4 水分持续胁迫对相对电导率和相对含水量的影响

对不同胁迫处理分别处理12、24、36 h 后，测定各处理下的27 个树种的相对电导率和相对含水量。通过对同一胁迫处理下不同处理时间进行方差分析表明，在轻度胁迫下，不同处理时间无显著差异，而27 个树种间差异达到极显著（P＜0.01）；中度胁迫下，27 个树种间差异达到极显著，不同处理时间达到显著（P＜ 0.05），说明随着胁迫程度的加深，27 个树种胁迫不同时间，表现出不同的耐受力；当胁迫程度达到重度胁迫时，树种间和不同处理间均达到极显著差异。

2.5 抗旱能力综合评估

采用多维空间（欧几米德）En 多向量理论综合评定27 个树种的抗旱性，根据离差平方和大小排出评价序号。离差平方和的值越小说明抗旱能力强，反之则树种抗旱性差。将27 个树种不同处理水平下的值取平均值，计算离差平方和进行抗旱性的综合排序，见表4。

从表4 可知，27 个树种的抗旱性能力大小排序为：穗花棋盘脚＞ 美花红千层＞ 澳洲火焰木＞深山含笑＞ 杜鹃红山茶＞ 红花荷＞ 本地木棉＞ 黄槐＞ 蓝花楹＞ 红花银桦＞ 凤凰木＞ 铁刀木＞ 蓝花风铃木＞ 广宁红花油茶＞ 无忧树＞ 小叶紫薇＞ 樱花＞ 宫粉羊蹄甲＞ 金花风铃木＞ 红花羊蹄甲＞ 国庆花＞ 美丽异木棉＞ 黄花风铃木＞ 大叶紫薇＞ 仪花＞ 腊肠树＞ 本地火焰木。

3 结论与讨论

植物抗旱性是通过抗旱鉴定指标来体现的，以生理生化指标开展抗旱性研究是最为活跃的领域。所涉及的指标较多,包括水分生理指标（叶水势、相对水分亏缺、叶持水力P-V 技术测出的各种水分参数）、膜透性、根系活力、酶活性、渗透调节物质、净光合速率、水分利用效率、干旱条件下的荧光特性等。目前许多学者对于抗旱性鉴定的生理生化指标做了大量的研究[15-17]。耿云红[16]研究表明植物叶片电解质损失超过50%后，即使恢复水分供应，植物也将会受到永久损伤导致无法完全恢复。同时原生质膜透性对逆境反应较为敏感，在许多逆境条件下均观察到膜透性增大。逆境条件下的膜透性可以反映了膜的稳定性。通过判别植物组织受伤害程度，测定在水分胁迫下的电解质渗出率的变化程度来鉴别其抗旱性的研究已有很多报道[19-20]。对植物抗旱生理尤其水分生理的研究表明,相对含水量、叶片保水力、束缚水含量以及束缚水/自由水是评价植物抗旱性强弱的重要指标[21-25]；张卫华等[26]利用主成分分析确定了9 个指标对抗旱性的贡献率，表明影响相思抗旱性的主要原因是与渗透调节有关的相对电导率、相对含水量、自然水分亏缺和可溶性糖、游离脯氨酸5 个指标，其中相对电导率、相对含水量、自然水分亏缺可以作为研究抗旱性的主要指标。本文研究结果得出同样的结论，在干旱胁迫下，抗旱性强的植物可保持较高的组织含水量。相对电导率、相对含水量[27]、自然水分亏缺[28]等植物的水分生理指标是判别植物抗旱性强弱的重要依据。

27 个树种的抗旱性能力大小排序为：穗花棋盘脚＞ 美花红千层＞ 澳洲火焰木＞ 深山含笑＞ 杜鹃红山茶＞ 红花荷＞ 本地木棉＞ 黄槐＞ 蓝花楹＞红花银桦＞ 凤凰木＞ 铁刀木＞ 蓝花风铃木＞ 广宁红花油茶＞ 无忧树＞ 小叶紫薇＞ 樱花＞ 宫粉羊蹄甲＞ 金花风铃木＞ 红花羊蹄甲＞ 国庆花＞ 美丽异木棉＞ 黄花风铃木＞ 大叶紫薇＞ 仪花＞ 腊肠树＞本地火焰木。深圳市日昇园林绿化有限公司测定了香樟、火力楠、美丽异木棉等12 个园林树种的净光合速率等指标进行抗旱性评价，结果显示美丽异木棉、大叶紫薇等抗旱性较差[11]；田治国等[29]对紫薇、银杏、紫叶李等9 种乔木抗旱性研究显示紫薇的抗旱性最差，均与本试验结果一致。因此，在园林植物耐旱、节水配置中可以优选穗花棋盘脚、蓝花楹、黄槐、红花荷、蓝花风铃木、杜鹃红山茶、深山含笑、本地木棉、美花红千层、澳洲火焰木等树种。