吳雪儀，劉銳敏，潘 瀾，譚廣文，楊文麗

（1.廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林業(yè)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中會(huì)遭受各種生物（蟲害、病菌、雜草等）或非生物（干旱、洪澇、鹽堿等）脅迫的危害。干旱作為最重要的非生物脅迫之一，會(huì)引起植物水分虧缺、細(xì)胞水勢(shì)和膨壓降低，造成葉片萎蔫，還會(huì)破壞細(xì)胞原生質(zhì)體和生物膜系統(tǒng)，改變細(xì)胞膜透性，進(jìn)而影響植物正常生命活動(dòng)甚至導(dǎo)致植物死亡［1-2］。但是植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中也形成了對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，包括通過減少水分散失維持葉片組織含水量［3］、進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)從而降低細(xì)胞滲透勢(shì)［4-5］、提高保護(hù)酶活性減緩膜脂過氧化程度以及調(diào)節(jié)丙二醛（MDA）含量的變化等調(diào)節(jié)機(jī)制以適應(yīng)干旱脅迫［6-7］，所以短期或輕度干旱脅迫對(duì)植物的傷害是可逆的［8］。

在城市綠地面積不斷增長(zhǎng)和城市水資源緊缺的雙重背景下，探索既能滿足植物正常生長(zhǎng)發(fā)育需求的同時(shí)節(jié)約綠化用水成為了近年研究的熱點(diǎn)?；ㄈ~鵝掌柴（Scheff l era odoratacv.Variegata）、 龍 船 花（Ixora chinensis）、白 蟾（Gardeniajasminoidesvar.fortuniana）、狗牙花（Ervatamiadivaricata）、軟枝黃蟬（Allemandacathartica）和紅背桂（Excoecaria cochinchinensis）是華南地區(qū)園林綠化中常用的灌木，盡管已有學(xué)者研究了花葉鵝掌柴在生物脅迫下的生理和熒光特性［9］、干旱脅迫下龍船花生長(zhǎng)和光合指標(biāo)變化［10］、白蟾的抗污染性能［11］、狗牙花和紅背桂的鹽脅迫適應(yīng)機(jī)制等［12］，但尚未發(fā)現(xiàn)比較以上6種植物抗旱生理特性的報(bào)道。本文通過研究干旱脅迫及復(fù)水對(duì)花葉鵝掌柴等6種園林灌木生理生化指標(biāo)的影響，利用主成分分析法對(duì)其抗旱能力的強(qiáng)弱進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，豐富園林植物抗旱性研究數(shù)據(jù)，為選擇適宜的抗旱型園林綠化植物并實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)板栗園（113°21′E、23°09′N）。試驗(yàn)苗為花葉鵝掌柴、龍船花、白蟾、狗牙花、軟枝黃蟬和紅背桂的實(shí)生容器苗，挑選健壯、生長(zhǎng)整齊一致的植株，每種45株，移栽到規(guī)格為15 cm×15 cm的營(yíng)養(yǎng)袋中，基質(zhì)中荷蘭土與黃土1∶1均勻混合。苗木生長(zhǎng)基本情況見表1。

表1 供試6種園林灌木苗木生長(zhǎng)情況

1.2 試驗(yàn)方法

2017年10月，采用人工模擬自然干旱脅迫的方法，在試驗(yàn)前1 d澆水至飽和狀態(tài)，往后11 d內(nèi)不再澆水，直至12 d時(shí)復(fù)水（即澆水至飽和狀態(tài)）。對(duì)供試植物進(jìn)行0（CK）、4、8、12 d及復(fù)水后第4 天（R4）5種控水處理，并測(cè)定6種植物各項(xiàng)生理指標(biāo)。干旱脅迫期間6種灌木營(yíng)養(yǎng)袋中的土壤絕對(duì)含水量變化見表2。各指標(biāo)樣品采集于測(cè)定當(dāng)天早上8：00～9：00進(jìn)行，每次測(cè)定選擇5株植物進(jìn)行采樣，采其第3～8片大小均一的功能葉，用自來水將葉片表面污物沖洗干凈后用蒸餾水沖洗3次，隨后用濾紙將葉片表面水分吸干。將葉片剪碎混合后測(cè)定指標(biāo)，重復(fù)測(cè)定3次。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

土壤含水量采用德國(guó)IMKO的AZS-100定時(shí)定位TDR土壤水分儀測(cè)定；葉片組織含水量采用烘干稱重法測(cè)定、可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250法［13］測(cè)定；葉綠素含量采用分光光度法測(cè)定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法［14］測(cè)定；葉片質(zhì)膜透性（相對(duì)電導(dǎo)率）采用電導(dǎo)儀法［14-15］測(cè)定；SOD活性采用氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）光化還原法進(jìn)行測(cè)定；MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法［16］測(cè)定；葉片可溶性糖含量采用蒽酮-濃硫酸法［16-17］測(cè)定。

表2 干旱脅迫期間土壤絕對(duì)含水量（%）變化

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 19.0軟件和Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。用主成分分析法計(jì)算各個(gè)抗旱指標(biāo)的得分，評(píng)價(jià)各灌木的抗旱能力。分析前，利用Z-score法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

式中，Z為標(biāo)準(zhǔn)化后所得的數(shù)據(jù)，xi為某項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際觀察值，為某項(xiàng)指標(biāo)的平均值，s為標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片組織含水量的影響

干旱脅迫處理期間，龍船花、狗牙花、軟枝黃蟬、紅背桂的葉片組織含水量在8 d、12 d時(shí)顯著小于對(duì)照，白蟾葉片組織含水量逐漸降低至脅迫12 d時(shí)顯著低于對(duì)照，其中龍船花和白蟾降幅較大，分別為38.11%和29.30%（圖1）?；ㄈ~鵝掌柴在干旱前期（0～4 d）小幅上升后逐漸降低并在12 d時(shí)顯著小于對(duì)照，其降幅最小（僅9.48%）。復(fù)水4 d后6種園林灌木葉片組織含水量均有所上升，其中花葉鵝掌柴、龍船花和紅背桂恢復(fù)到對(duì)照水平，其他植物仍顯著低于對(duì)照。

圖1 干旱脅迫下6種園林灌木葉片組織含水量的變化

2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，干旱脅迫處理期間，花葉鵝掌柴和狗牙花葉片葉綠素含量在脅迫4、8和12 d時(shí)均顯著大于對(duì)照?；ㄈ~鵝掌柴葉片葉綠素含量持續(xù)升高，與其他植物相比增幅最大、達(dá)169.79%，而狗牙花葉片葉綠素含量增加后保持穩(wěn)定、增幅為67.33%。龍船花葉片葉綠素含量在干旱脅迫8 d、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照。白蟾和軟枝黃蟬葉片葉綠素含量逐漸升高，在干旱脅迫12 d時(shí)顯著大于對(duì)照。紅背桂葉片葉綠素含量在干旱脅迫12 d時(shí)相比對(duì)照增加了28.42%，但無顯著差異。復(fù)水4 d后6種園林灌木葉片的葉綠素含量均有下降，其中狗牙花、軟枝黃蟬和紅背桂恢復(fù)到對(duì)照水平，其余植物仍顯著高于對(duì)照。

圖2 干旱脅迫下6種園林灌木葉片葉綠素含量的變化

2.3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片脯氨酸含量的影響

由圖3可知，干旱脅迫處理期間，6種園林灌木葉片脯氨酸含量持續(xù)上升，其中花葉鵝掌柴、龍船花和紅背桂在脅迫4 d開始顯著大于對(duì)照，白蟾和軟枝黃蟬在脅迫8 d、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，狗牙花在脅迫12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，6種灌木葉片的脯氨酸含量均在脅迫12 d時(shí)達(dá)最大值。花葉鵝掌柴葉片脯氨酸含量增幅最大，其次為軟枝黃蟬和龍船花，增幅分別為143.72%、114.52%和85.73%，白蟾增幅最小、僅為42.10%。復(fù)水4 d后，狗牙花葉片脯氨酸含量恢復(fù)到對(duì)照水平，其余幼苗仍顯著大于對(duì)照。

圖3 干旱脅迫下6種園林灌木葉片游離脯氨酸含量的變化

2.4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片可溶性蛋白含量的影響

干旱脅迫處理期間，6種園林灌木植物葉片的可溶性蛋白含量持續(xù)升高，其中花葉鵝掌柴、白蟾和軟枝黃蟬在脅迫4 d起顯著大于對(duì)照，軟枝黃蟬的整體增幅最大、為118.64%（圖4）。龍船花和紅背桂葉片可溶性蛋白含量在脅迫8 d、12 d顯著大于對(duì)照，而狗牙花在12 d時(shí)達(dá)到最大值并顯著高于對(duì)照水平。6種園林灌木中，紅背桂可溶性蛋白含量的上升幅度最小，僅為30.54%。復(fù)水4 d后，白蟾和狗牙花葉片可溶性蛋白含量顯著下降并恢復(fù)到對(duì)照水平，其余植物顯著大于對(duì)照。

圖4 干旱脅迫下6種園林灌木葉片可溶性蛋白含量的變化

2.5 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片可溶性糖含量的影響

干旱脅迫期間，6種園林灌木葉片可溶性糖含量隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，其中花葉鵝掌柴、龍船花、白蟾、狗牙花和紅背桂的可溶性糖含量在脅迫8 d、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，軟枝黃蟬在12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，6種灌木可溶性糖含量均在12 d時(shí)達(dá)到最大值（圖5）。花葉鵝掌柴和白蟾可溶性糖含量增幅最大、分別是對(duì)照的15.16倍和5.01倍，狗牙花增幅最小、僅為對(duì)照的2.53倍。復(fù)水4 d后，花葉鵝掌柴的葉片可溶性糖含量雖有下降，但仍顯著高于對(duì)照，其余植物均恢復(fù)到對(duì)照水平。

圖5 干旱脅迫下6種園林灌木葉片可溶性糖含量的變化

2.6 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片SOD活性的影響

干旱脅迫處理期間，6種園林灌木葉片的SOD活性隨著干旱脅迫程度加重而持續(xù)上升。圖6顯示，花葉鵝掌柴、龍船花、軟枝黃蟬和紅背桂葉片的SOD活性在干旱脅迫4、8、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，并在12 d時(shí)到最大值，其中紅背桂升幅高達(dá)113.09%。狗牙花葉片SOD活性在干旱8 d和12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，白蟾小幅上升后在12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，其整體升幅最小、僅8.95%，這兩種植物葉片的SOD活性均在12 d時(shí)到最大值。復(fù)水后，白蟾、狗牙花和紅背桂葉片的SOD活性均恢復(fù)至對(duì)照水平，其他植物仍顯著大于對(duì)照。

圖6 干旱脅迫下6種園林灌木葉片SOD活性的變化

2.7 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木相對(duì)電導(dǎo)率的影響

從圖7可以看出，龍船花和白蟾葉片的相對(duì)電導(dǎo)率在干旱脅迫第4、8、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，在12 d達(dá)到最大值。花葉鵝掌柴、狗牙花、軟枝黃蟬和紅背桂葉片的相對(duì)電導(dǎo)率在干旱脅迫8 d、12 d時(shí)顯著大于對(duì)照。6種植物中以軟枝黃蟬葉片的相對(duì)電導(dǎo)率增幅最大、為41.73%，花葉鵝掌柴最小、僅3.46%。復(fù)水4 d后，軟枝黃蟬和龍船花的相對(duì)電導(dǎo)率仍顯著高于對(duì)照，其余植物與對(duì)照相比無顯著差異。

圖7 干旱脅迫下6種園林灌木葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化

2.8 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)6種園林灌木葉片MDA含量的影響

干旱脅迫處理期間，6種園林灌木葉片的MDA含量持續(xù)升高，均在脅迫12 d達(dá)到最大值（圖8）。花葉鵝掌柴、龍船花、白蟾、軟枝黃蟬和紅背桂葉片MDA含量在脅迫8 d和12 d時(shí)顯著大于對(duì)照，而狗牙花葉片的MDA含量在脅迫12 d時(shí)顯著大于對(duì)照。龍船花和白蟾葉片的MDA含量在6種灌木中增幅較大、分別是對(duì)照的4.45倍和4.44倍，花葉鵝掌柴增幅最小、僅為對(duì)照的1.87倍。復(fù)水4 d后，龍船花葉片MDA含量恢復(fù)到對(duì)照水平，其余植物雖有回落但仍顯著高于對(duì)照。

圖8 干旱脅迫下6種園林灌木葉片MDA含量的變化

2.9 6種園林灌木的抗旱性綜合評(píng)價(jià)

植物的抗旱性是各指標(biāo)的綜合反映結(jié)果，主成分分析法通過系統(tǒng)分析各抗旱指標(biāo)從而全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)植物抗旱能力。各主成分得分是其加權(quán)值，主成分所對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率是其權(quán)重，根據(jù)主成分的特征向量計(jì)算出各抗旱指標(biāo)的得分，按得分多少評(píng)定各樹種的抗旱能力［18］。對(duì)6種園林灌木的8項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，根據(jù)特征值＞1的提取原則確定了3個(gè)主成分［19］，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到95.001%，很大程度上代表了原始指標(biāo)的信息（表4）。由表5可知，第一主成分特征根為3.554、方差貢獻(xiàn)率為44.298%，包括了葉綠素含量、葉片組織含水量、可溶性蛋白含量和MDA含量等指標(biāo)信息；第二主成分特征根為2.502、方差貢獻(xiàn)率為31.276%，主成分系數(shù)較大的為相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖含量和SOD活性；第三主成分特征根為1.554、方差貢獻(xiàn)率為19.426%，其中脯氨酸含量和MDA含量系數(shù)較大。說明葉綠素含量、葉片組織含水量、可溶性蛋白含量、MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖含量和SOD活性是反映供試園林灌木干旱脅迫的重要指標(biāo)，其次為脯氨酸含量。通過對(duì)各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定，6種園林灌木植物抗旱性由強(qiáng)到弱的排序?yàn)榛ㄈ~鵝掌柴＞狗牙花＞紅背桂＞軟枝黃蟬＞白蟾＞龍船花（表6）。

表4 6種園林灌木干旱脅迫生理指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率

表5 6種園林灌木干旱脅迫生理指標(biāo)的主成分分析結(jié)果

表6 干旱脅迫下6種園林灌木植物的綜合評(píng)定結(jié)果

3 結(jié)論與討論

干旱脅迫下植物葉片組織含水量大幅下降，影響葉綠素的生物合成，并促進(jìn)已合成葉綠素的分解，導(dǎo)致葉片葉綠素含量減少［20］。有研究表明，抗旱性強(qiáng)的植物葉片結(jié)構(gòu)特征有利于減少水分損失［3］，且葉綠素含量減少的幅度較低［21］。在本試驗(yàn)中，6種園林灌木植物葉片組織含水量隨著干旱程度的加重而逐漸下降，其中花葉鵝掌柴雖顯著下降，但降幅最小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的保水能力。而6種灌木葉綠素含量持續(xù)上升，可能是由于組織含水量的下降使葉綠素呈相對(duì)濃縮的狀態(tài)，從而提高了葉片單位鮮重中的含量［22］，也可能與植物的補(bǔ)償效應(yīng)有關(guān)［23］，或因?yàn)槿~綠素不降解或降解過程受阻導(dǎo)致植物葉片滯綠［24］等原因造成的，這與桑子陽等［20］研究結(jié)果相似。

滲透調(diào)節(jié)機(jī)制有助于降低植物水勢(shì)，維持細(xì)胞膨壓。滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)種類繁多，其中脯氨酸能為干旱脅迫下的植物提供自由水從而維持正常生命活動(dòng)［25］，可溶性蛋白可顯著增強(qiáng)植物細(xì)胞的持水力、增加束縛水含量和原生質(zhì)彈性［26］，而可溶性糖有助于維持細(xì)胞原生質(zhì)滲透勢(shì)、維持細(xì)胞膨壓，有效保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)從而減輕機(jī)械損傷，一般認(rèn)為抗旱性強(qiáng)的品種透調(diào)節(jié)物質(zhì)累積量較多［6，27］。本研究結(jié)果表明，6種灌木葉片脯氨酸含量均在脅迫最嚴(yán)重時(shí)（12 d）達(dá)到最大值，說明脯氨酸的累積量與脅迫程度呈正相關(guān)，說明脯氨酸的大量積累有利于植物抵御干旱。6種灌木植物葉片的可溶性蛋白和可溶性糖含量隨著干旱脅迫程度的加重而升高，這與胡義等［25］在香樟、任磊等［28］在茶菊上的研究結(jié)果一致，說明干旱脅迫下植物通過積累可溶性蛋白和可溶性糖增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力，抵抗干旱脅迫帶來的傷害。其中軟枝黃蟬和花葉鵝掌柴這兩項(xiàng)指標(biāo)增幅大于其他植物，表明其適應(yīng)干旱脅迫環(huán)境的能力較強(qiáng)，抗旱性較好。植物的6種細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)相互協(xié)同作用，以忍耐干旱脅迫對(duì)細(xì)胞造成的損害。復(fù)水后6種灌木各項(xiàng)滲透調(diào)節(jié)指標(biāo)均有下降，其中白蟾可溶性蛋白含量、狗牙花脯氨酸和可溶性蛋白含量、除花葉鵝掌柴外其他植物可溶性糖含量均恢復(fù)至對(duì)照水平，說明復(fù)水后土壤干旱脅迫得以緩解，各植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)逐漸向正常水平逆轉(zhuǎn)。

植物體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）在逆境脅迫下會(huì)大量積累，從而破壞植物葉片細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、功能與透性，所以通常認(rèn)為葉片膜系統(tǒng)是植物受害的最初和關(guān)鍵部位［29］。SOD作為植物參與清除ROS的關(guān)鍵抗氧化酶，能減輕植物因ROS積累造成的傷害［30］。在本試驗(yàn)中，6種灌木植物葉片的SOD活性持續(xù)上升，說明植物修復(fù)機(jī)制與氧化損傷是同步進(jìn)行的。植物葉片MDA含量的變化可反映膜脂過氧化和細(xì)胞膜損害程度，而相對(duì)電導(dǎo)率與細(xì)胞質(zhì)膜透性相關(guān)，且抗旱性強(qiáng)的植物MDA和相對(duì)電導(dǎo)率增幅較?。?1］。6種灌木葉片MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率均隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加而持續(xù)上升，說明MDA含量的大量積累破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致滲透勢(shì)增大?；ㄈ~鵝掌柴葉片MDA含量和細(xì)胞膜透性增幅較小，表明該植物抗膜脂過氧化能力強(qiáng)，細(xì)胞膜受損程度低，抗旱性較強(qiáng)。相反，龍船花兩項(xiàng)指標(biāo)增幅均較大，說明其葉片過氧化程度嚴(yán)重，抗旱性較差。復(fù)水4 d后，白蟾、狗牙花和紅背桂葉片SOD活性、龍船花的MDA含量以及除龍船花外其余5種灌木相對(duì)電導(dǎo)率均恢復(fù)至對(duì)照水平，其他植物雖下降但仍顯著大于對(duì)照。這說明復(fù)水在不同程度上緩解了干旱脅迫對(duì)植物的傷害，植物體內(nèi)的自由基含量隨著水分條件改善而降低。

植物的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，受眾多生理因素的共同影響，而各生理指標(biāo)所提供的信息會(huì)有重疊或疏漏，所以利用單一指標(biāo)去評(píng)價(jià)植物抗旱性是片面且不可靠的［32］。當(dāng)涉及多種植物多個(gè)指標(biāo)時(shí)，由于各指標(biāo)所反映的植物抗旱性順序往往不一致，利用常規(guī)的判別方法難以得到準(zhǔn)確結(jié)果。通過利用主成分分析法對(duì)各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定得出，6種灌木抗旱性強(qiáng)弱從高到低的排序?yàn)榛ㄈ~鵝掌柴、狗牙花、紅背桂、軟枝黃蟬、白蟾、龍船花，為抗旱型園林綠化植物的篩選提供參考。