干旱胁迫对马银花形态和生理指标的影响

倪 川，王智苑，郑 雯，邹小兴

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.福建省环境信息中心，福建 福州 350001； 3.福建省金皇环保科技有限公司，福建 福州 350001)

马银花(RhododendronovatumLindl.Planch.ex Maxim.)也称清明花，为中国特有种，分布于我国东南部、南部、西南部十几个省份[1]。马银花花色清新淡雅，颜色丰富多样，且具有较耐旱、抗污染、耐修剪、萌枝能力强等优点，是极佳的园林观赏树种，具有广阔的开发前景[2-3]。目前，马银花的研究主要集中在繁殖技术[2-4]、资源状况与生长规律[5]、化学成分[1，6]等方面，而关于马银花干旱胁迫的反应机理鲜见报道。

当前，由于全球环境恶化，高温干旱已成为限制植物生长的一个重要因素，而城市水体除了水质较差之外，也常由于降水量短缺，受到干旱的影响，因此更迫切要求种植节水耐旱的园林观赏植物[7]。马银花作为重要的城市绿化灌木，其耐旱性备受关注。李畅等[8]等对马银花种子萌发期的耐旱性进行研究，表明其种子萌发期具有一定的耐旱性。之后，杨华等[9]研究了马银花适应城镇高温环境的能力，表明马银花可在连续42 ℃/31 ℃(昼14 h/夜10 h)高温正常生长5 d，具有较佳的耐高温性。高温作为一个非人为可控制的因素，常常与干旱紧密相关，因此，研究马银花干旱胁迫的反应机制，能为马银花的栽培管理提供科学的灌溉依据。有研究表明，植物遭受干旱胁迫时，细胞内活性氧迅速积累，导致细胞膜损伤和膜的选择透性改变或者丧失，为了应对不良的生存环境，植物会增加有机渗透调节物质和提高抗氧化酶的活性，以减轻或消除逆境胁迫造成的危害[9-11]。因此，本研究通过盆栽控水法人工模拟土壤干旱条件，观测不同水平干旱胁迫下马银花的形态指标和生理指标响应，探讨马银花的干旱适应机制及策略，为更好地指导马银花的引种栽培、资源开发和推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为4年生马银花实生苗，由浙江省林科院提供；盆栽试验所用的棕色塑料盆的规格为17 cm(高)×20 cm(上口径)；试验土为沙质壤土，其主要理化性质为：田间持水量为26%，pH值为6.14，土壤有机质、铵态氮、全氮、全磷和全钾含量分别为：23.74、1.75、1.53、1.34、27.12 g·kg-1。

1.2 试验设计

1.2.1 缓苗 于2019年6月10日，将4年生的马银花实生苗移栽于福建农林大学的温室大棚，缓苗60 d。大棚的温度为20～25 ℃，空气湿度60%，基质为田间持水量26%的砂质壤土。

1.2.2 移栽 2019年8月10日，选取长势一致、健康无病虫害的幼苗，移栽到装有6 kg试验土的塑料盆中，每盆1株，所有塑料盆均放置在塑料薄膜上，以防植物根系从地表吸水，进行30 d的常规水分管理，使之适应大棚内环境。

1.2.3 控水处理 从2019年9月10日开始，对马银花进行30 d的控水处理。共设置4个土壤水分梯度，即适宜水分(对照CK)、轻度胁迫(LS)、中度胁迫(MS)、重度胁迫(HS)，其盆栽土含水量分别占土壤饱和含水量的80%、60%、40%、20%，每个处理18个重复。采用称重法控制土壤水分，即每天17∶00—18∶00用电子秤(感量为5 g)称重并调节水分状况，保证各个处理的土壤含水量均达到设定的水平。在处理后的第5天、10天、15天、20天、25天，分别选取当年生功能叶，迅速带回实验室测定各项指标的含量。

1.3 测定方法

1.3.1 植物外观形态评价 根据马银花的生长状况及叶片状况(叶片形态、色泽、枯萎量)，划分为8个等级，于第25天统计最终形态指标，对胁迫期内的马银花外观形态的变化进行评价，见表1。

表1 马银花生长发育状况评价等级

1.3.2 生理指标测定方法 叶片相对含水量采用饱和称重法；相对电导率采用浸泡法；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法；可溶性糖(WSS)采用蒽酮法；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250法；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法。以上生理指标测定方法均参照《植物生理生化试验原理和技术》[12]，每一指标均设3次重复。

1.4 数据分析

利用Excel 2003对数据进行初步的整理、计算与绘图。在SPSS 18.0软件进行统计分析及图表分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对马银花叶片外观形态的影响

由表2可知，对照组(CK)的植株生长状况多数属于Ⅰ级状态，即植株生长旺盛，叶色正常，叶片饱满，无萎蔫现象出现，其中有15株出现少量幼叶，3株略带病斑。在轻度干旱胁迫(LS)下，植株多数属于Ⅱ级状态，即植株生长较为正常，叶色变化不明显，只有少数几株叶片长斑或褐化，并带有叶缘萎蔫失水的现象。在中度干旱胁迫(MS)下，有1/2的植株属于Ⅴ级和Ⅵ级状态，即植株呈半致死状态，叶片萎蔫发黄、长斑褐化，并出现某些老叶一触即落、新叶萎蔫干枯的现象；而另一半的植株大部分为Ⅱ级和Ⅲ级。说明在中度干旱条件下，半数植株仍处在轻度到中度的过渡阶段。在重度干旱胁迫(HS)下，植株的外观形态与其它的干旱处理有着明显的差异，即大部分植株处于Ⅶ级状态，仅有少数呈现Ⅵ级状态，其植株基本呈半致死状态，叶片萎蔫卷曲、发黄、褐化并长斑，老叶一触即落。

表2 处理25 d后不同干旱胁迫下各个评定等级的株数

2.2 干旱胁迫对马银花生理指标的影响

2.2.1 叶片相对含水量(RWC) 由图1可知，干旱胁迫显著降低马银花叶片的RWC，叶片相对含水量排序为：重度(HS)<中度(MS)<轻度(LS)<对照(CK)，且随着干旱胁迫时间的延长，不同干旱处理的叶片RWC均下降。从5 d开始，中度和重度干旱处理的RWC已明显低于其它2种处理，且随着干旱胁迫时间的进一步延长，差异更明显。在25 d时，轻度、中度、重度胁迫的含水量较对照组分别下降了18.9%、49.8%、71.9%。

2.2.2 电解质渗透量 电解质渗透量是衡量细胞膜受损程度的重要指标。由图2可知，干旱胁迫提高了叶片电解质渗透量：电解质渗透量从高到低为重度(HS)>中度(MS)>轻度(LS)>对照(CK)，且随着干旱胁迫时间的延长，3种干旱处理的叶片电解质含量均呈上升趋势。其中，对照组的电解质含量均最低，且变化平缓；轻度干旱处理10 d后的电解质含量迅速增加，且显著高于对照组；在中度和重度干旱处理下，从第5天开始，电解质就一直保持较为平稳的上升趋势，且都明显高于对照组。

图1 干旱胁迫对马银花相对含水量的影响图2 干旱胁迫对马银花电解质渗透量的影响

2.2.3 丙二醛含量(MDA) 由图3可知，随着干旱胁迫程度的增加及时间的延长，马银花叶片的丙二醛含量逐渐升高，各处理的丙二醛含量均高于对照。其中，轻度胁迫5 d时，MDA含量接近对照，之后呈缓慢上升趋势；中度和重度胁迫5 d时MDA含量已明显高于对照，在胁迫5～15 d时，呈缓慢上升趋势，在胁迫15 d后MDA含量迅速增加。

2.2.4 可溶性糖含量(WSS) 由图4可知，加大干旱胁迫程度会增加马银花叶片的WSS含量，且随着胁迫时间的延长，不同干旱处理的WSS含量均呈上升趋势。其中，在轻度(LS)和中度(MS)干旱胁迫下，WSS含量变化平缓，且与对照组(CK)差异不明显；而在重度(HS)干旱胁迫下，WSS含量第10天开始急剧增加，在第20天达到最大值，与对照差异明显。

图3 干旱胁迫对马银花丙二醛含量的影响图4 干旱胁迫对马银花可溶性糖含量的影响

2.2.5 可溶性蛋白含量 由图5可知，干旱胁迫提高了马银花叶片可溶性蛋白的含量，叶片可溶性蛋白含量排序为重度(HS)>中度(MS)>轻度(LS)>对照(CK)。其中，轻度胁迫对可溶性蛋白含量的影响不显著；中度胁迫第5天开始可溶性蛋白含量缓慢上升，到第20天可溶性蛋白含量突然激增，并超过重度胁迫；重度胁迫5 d后可溶性蛋白含量已达到5.99 mg·g-1，显著高于其它胁迫处理，且随着胁迫时间的增加，可溶性蛋白含量无明显变化。

图5 干旱胁迫对马银花可溶性蛋白含量的影响图6 干旱胁迫对马银花POD酶活性的影响图7 干旱胁迫对马银花CAT酶活性的影响图8 干旱胁迫对马银花SOD酶活性的影响

2.2.6 POD、CAT和SOD酶活性 由图6～图8可知，随着胁迫程度的加剧，马银花叶片的POD、CAT和SOD酶活性降低，POD、CAT和SOD酶活性排序均为重度(HS)<中度(MS)<轻度(LS)<对照(CK)。随着干旱时间的延长，不同胁迫处理的POD、CAT和SOD酶活性呈先升后降的变化趋势。即胁迫初期的第5 d最低，明显低于对照，之后呈逐渐上升的趋势，并在胁迫后期(20 d)达到最大值，20 d后呈逐渐下降的趋势。其中，中度胁迫的变化幅度明显高于重度和轻度胁迫，即POD、CAT和SOD酶活性在中度胁迫时最高。

3 讨论

3.1 马银花在不同干旱胁迫强度下外观形态的变化

本试验中，随着干旱胁迫程度的加剧和时间的延长，马银花的生长发育受到抑制，叶片的萎蔫干枯现象越来越明显。其中轻度胁迫下，绝大部分植株生长发育良好；中度胁迫下，有半数植株生长受明显抑制；重度胁迫的植株基本处于半死亡状态。这表明马银花可在轻度干旱胁迫(田间持水量40%～45%)的土壤种植。在中度干旱胁迫下，有半数植株仍处在轻度到中度胁迫的过渡阶段，表明通过耐旱性筛选，可能会获得抗旱性较强的马银花品种，具体工作有待进一步深入研究。

3.2 马银花在不同干旱胁迫强度下叶片膜脂过氧化作用的变化

研究发现，随着干旱胁迫程度的加剧及时间的延长，马银花叶片的相对含水量缓慢降低，而电解质渗透率和丙二醛含量均逐渐升高。表明马银花遭受水分胁迫时，一方面植株水分散失超过吸收，导致植物组织含水量下降；另一方面，膜结构破坏引起植物代谢絮乱，导致大量离子外渗使电解质渗透率升高，并最终积累大量的MDA[13]。本研究结果与胡肖肖等[13]、李娟等[14]分别在国旗红等4个杜鹃品种以及西鹃(Rhododendronhybridiu)、毛鹃(Rhododendronpulchrum)研究中发现干旱胁迫会降低植株叶片的相对含水量，提高电解质渗透率和MDA含量的研究结果一致。

3.3 马银花在不同干旱胁迫强度下叶片渗透调节物质的变化

在干旱胁迫下，植物细胞内积累大量的有机渗透调节物质(包括可溶性糖和可溶性蛋白等)，以便维持细胞膨压，防止细胞被动脱水，以减轻或消除逆境胁迫造成的危害[9，11，14]。本研究中，随胁迫程度的加剧和时间的延长，可溶性蛋白含量不断增加，在胁迫5 d之后中度和重度胁迫就明显高于对照。说明干旱胁迫抑制马银花体内正常蛋白质的合成，同时也会诱导胁迫蛋白的产生[14]，为了应对不断加剧的水分亏缺，诱导蛋白的激增可能是可溶性蛋白含量增加的主要原因。这与周媛等[15]对胭脂蜜等6个杜鹃品种研究发现，随着干旱胁迫时间不断延长，可溶性蛋白质随着干旱胁迫时间的增加呈先增加后减小，可溶性糖含量总体呈下降变化较平缓的趋势一致。

3.4 马银花在不同干旱胁迫强度下抗氧化酶活性的变化

本研究中，随着胁迫时间的延长，不同干旱处理的酶活性均呈先增加后降低的变化趋势，表明马银花对干旱胁迫表现出一定的适应性，但随着胁迫时间的加长可能一定程度干扰SOD、POD 和CAT 活性以及酶彼此之间的互作过程。导致POD、CAT、SOD酶活性在不同程度胁迫过程中随着时间变化，活性也随之变化，即干旱胁迫诱导了大量自由基的产生，此时马银花植物通过提高抗氧化酶的量来清除体内过多的活性氧。随着胁迫程度的加剧，马银花叶片的POD、CAT 和SOD酶活性逐渐降低，与李娟等[14]针对西鹃、毛鹃随着干旱胁迫时间的延长，抗氧化酶呈先增加后减小的趋势一致。

4 结论

综上所述，随着干旱胁迫程度的加剧及时间的延长，马银花的生长发育受到一定影响，通过观测形态指标和生理指标，表明马银花属于耐旱性植物。中度干旱条件下生理指标的变化幅度大，说明在一般干旱的区域有一定的抗旱能力。马银花的抗旱阈值为水分含量30%～50%，干旱生长极限为20 d。在园林绿化与生产运用中，马银花具有忍耐中度干旱胁迫(田间持水量的40%～45%)的潜能，其复水后的生长发育状况有待进一步研究。