周媛++董艷芳++童俊++毛靜++徐冬云++何朝斌

摘要：以6個(gè)杜鵑（Rhododendron L.）品種胭脂蜜[Rhododendron obtusum （Lindl.） Planch. cv. Yanzhimi]、鴛鴦錦（R. obtusum cv. Yuanyangjin）、花蝴蝶（R. hybridum Hort. cv. Variegated Butterfly）、紫宸殿[R. indicum （L.） Sweet. cv. Zichendian]、錦袍（R. hybridum cv. Jinpao）、紫鶴（R. championiae Hook. cv. Zihe）為研究對(duì)象，比較了干旱脅迫下不同杜鵑品種的外觀形態(tài)、生理指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，所有杜鵑品種葉片出現(xiàn)了不同程度的下垂、萎蔫甚至死亡的情況，其中錦袍的受傷害程度相對(duì)最輕。MDA含量呈持續(xù)上升或先升后降的趨勢(shì)；可溶性蛋白含量變化較平緩，總體呈下降的趨勢(shì)，其中紫鶴在干旱第10天時(shí)含量達(dá)到最高；葉綠素含量呈先下降后上升的變化趨勢(shì)；初始熒光（F0）總體呈現(xiàn)下降再平緩上升的狀態(tài)，其中花蝴蝶與紫鶴在10 d后急劇下降直至消失，這與外觀形態(tài)表現(xiàn)一致；最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）與PSII潛在活性（Fv/F0）變化規(guī)律一致，除2個(gè)干旱敏感品種花蝴蝶和紫鶴急劇降低以外，其他品種均保持平穩(wěn)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：杜鵑（Rhododendron L.）；干旱脅迫；抗旱性；生理響應(yīng)；葉綠素?zé)晒鈪?shù)

中圖分類號(hào)：S685.21+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）18-4730-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.026

杜鵑是杜鵑花科（Ericaceae）杜鵑花屬（Rhododendron L.）木本植物的總稱，別名映山紅、滿山紅等，其種類繁多、花色艷麗、姿態(tài)優(yōu)美，為世界上著名的觀賞花卉，對(duì)世界園林植物有著重大影響；也是中國(guó)傳統(tǒng)十大名花之一，有“花中西施”的美譽(yù)[1，2]。干旱是影響園林植物正常生長(zhǎng)并導(dǎo)致其觀賞性下降的重要因素，不同的杜鵑（種、品種）其耐旱性具有顯著的不同；李娟[3]對(duì)西鵑（R. hybridum Hort.）和毛鵑（R. pulchrum Sweet.）進(jìn)行了干旱處理，并對(duì)西鵑和毛鵑的葉片含水量、葉片相對(duì)含水量和葉綠素、脯氨酸、蛋白質(zhì)含量以及過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性等生理特性做了比較，得出西鵑抗旱性大于毛鵑的結(jié)論。黃承玲等[4]對(duì)持續(xù)干旱條件下高山類型杜鵑露珠杜鵑（R. irroratum Franch.）、迷人杜鵑（R. agastum Balf. f. et W. W. Smith）、大白杜鵑（R. decorum Franch.）的保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、丙二醛（MDA）含量和質(zhì)膜相對(duì)透性進(jìn)行了測(cè)定，并進(jìn)行抗旱評(píng)價(jià)，得出丙二醛含量和保護(hù)酶活性可以作為高山類型杜鵑抗旱性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)結(jié)論。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是研究植物光合作用的機(jī)制和探測(cè)光合生理狀況的一種新興技術(shù)，能夠快速靈敏、無(wú)損傷地反映光合系統(tǒng)Ⅱ（Photosynthetic system Ⅱ，PSⅡ）對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面的動(dòng)態(tài)，被認(rèn)為是研究植物光合能力及對(duì)環(huán)境脅迫響應(yīng)的有效手段[5-7]。在杜鵑抗旱性研究中，關(guān)于生理指標(biāo)的研究相對(duì)較多，但是將生理指標(biāo)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)相結(jié)合來(lái)比較杜鵑抗旱性的報(bào)道相對(duì)較少。為了更全面地了解杜鵑在干旱脅迫條件下的生理響應(yīng)機(jī)制，課題組對(duì)前期篩選出的觀賞價(jià)值高的5個(gè)杜鵑品種與目前園林中栽培應(yīng)用較多的1個(gè)杜鵑品種進(jìn)行了干旱脅迫條件下的外觀形態(tài)、生理指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，以期綜合反映杜鵑對(duì)干旱逆境的抗性，從而為杜鵑的抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2014年6～10月在武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林業(yè)果樹(shù)科學(xué)研究所內(nèi)進(jìn)行。供試材料為6個(gè)杜鵑品種，分別為胭脂蜜[R.obtusum（Lindl.） Planch. cv. Yanzhimi]、鴛鴦錦（R. obtusum cv. Yuanyangjin）、花蝴蝶（R. hybridum cv. Variegated Butterfly）、紫宸殿[R. indicum（L.）Sweet. cv. Zichendian]、錦袍（R. hybridum cv. Jinpao）、紫鶴（R. championiae Hook. cv. Zihe）。前5個(gè)品種為前期篩選出的觀賞價(jià)值高的品種，紫鶴為園林綠化市場(chǎng)上常見(jiàn)栽培種。所有參試品種均為大棚內(nèi)常規(guī)管理的扦插盆苗，選取二年生生長(zhǎng)一致、健壯的盆苗參加試驗(yàn)。

1.2 取樣及方法

在溫室內(nèi)采用盆栽控水法實(shí)施水分脅迫處理，并保持與室外的通風(fēng)。干旱處理為先給盆苗澆清水至飽和后不再澆水，每隔5 d在上午8：00-9：00采葉片樣，采樣后立即剪碎，混合均勻后對(duì)樣品進(jìn)行生理生化指標(biāo)（MDA、可溶性蛋白、葉綠素含量）檢測(cè)；試驗(yàn)期間觀察記錄植株葉片形態(tài)變化，以葉片傷害率表示葉片萎蔫程度，直至供試植株葉片嚴(yán)重萎蔫為止。葉片傷害率計(jì)算公式：

葉片傷害率=（單株葉片萎蔫數(shù)/單株葉片數(shù)）×100%。

在測(cè)定生理指標(biāo)的同時(shí)進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)檢測(cè)，葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用OS-1p便攜式脈沖調(diào)制熒光測(cè)定儀（美國(guó)OPTI-sciences 公司）檢測(cè)，選擇每一參試品種的葉片，都以6個(gè)葉片作為重復(fù)，分別進(jìn)行初始熒光值（Minimal fluorescence，F(xiàn)o）、最大熒光值（Maximal fluorescence，F(xiàn)m）、暗適應(yīng)最大可變熒光（Fv=Fm-Fo）等有關(guān)熒光參數(shù)的測(cè)定；在葉片測(cè)定前充分暗適應(yīng)30 min，然后測(cè)定初始熒光Fo，此時(shí)葉片PSII反應(yīng)中心全部處于開(kāi)放狀態(tài)；之后用強(qiáng)飽和脈沖光激發(fā)，使原初電子受體全部處于還原狀態(tài)，激發(fā)最大熒光Fm；根據(jù)測(cè)得的熒光參數(shù)，可得PSII的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），非光化學(xué)猝滅（Non-photochemical quenching，NPQ，葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量的下降稱淬滅，由光合作用引起的熒光淬滅稱之為光化學(xué)淬滅，由熱耗散引起的熒光淬滅稱之為非光化學(xué)猝滅）按Kooten等[8]的公式計(jì)算，

NPQ=Fm′/Fm′-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片外觀形態(tài)的影響

干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片傷害的輕重程度見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，在干旱處理5 d時(shí)，各杜鵑品種基本上生長(zhǎng)良好，僅花蝴蝶部分葉片出現(xiàn)了失水下垂萎蔫現(xiàn)象；在干旱處理10 d時(shí)，除紫宸殿、錦袍無(wú)明顯傷害外，其他品種葉片開(kāi)始出現(xiàn)明顯萎蔫，其中花蝴蝶與紫鶴的萎蔫較為嚴(yán)重，整體植株瀕臨死亡，因此10 d以后不再進(jìn)行這2個(gè)品種的生理與光合指標(biāo)檢測(cè)；至干旱15 d時(shí)，胭脂蜜與鴛鴦錦葉片出現(xiàn)了明顯萎蔫，而紫宸殿與錦袍仍然處于傷害較輕的狀態(tài)；至干旱20 d時(shí)，所有杜鵑品種均出現(xiàn)大面積葉片萎蔫，但錦袍的傷害程度相對(duì)最輕。

2.2 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片生理指標(biāo)的影響

2.2.1 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片MDA含量的影響 植物在逆境條件下，往往發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，MDA是其產(chǎn)物之一，通常利用它作為膜脂過(guò)氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度。干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片MDA含量的影響情況見(jiàn)圖1。從圖1可知，干旱脅迫會(huì)使所有杜鵑品種的MDA含量呈上升趨勢(shì)或先升后降的變化趨勢(shì)，其中紫宸殿與錦袍在干旱5 d與15 d出現(xiàn)峰值，并且15 d的峰值要高于5 d的峰值；花蝴蝶與紫鶴在干旱5 d即達(dá)到高峰，之后迅速下降；胭脂蜜與鴛鴦錦的MDA含量在干旱脅迫下平緩上升，其中胭脂蜜在10 d達(dá)到最大值后平緩下降。

2.2.2 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片可溶性蛋白含量的影響 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片可溶性蛋白含量的影響情況見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，杜鵑葉片可溶性蛋白含量除紫鶴先降低后急劇升高以外，大部分品種的可溶性蛋白含量變化較平緩，基本呈現(xiàn)緩和波動(dòng)狀態(tài)。其中胭脂蜜、鴛鴦錦與紫宸殿是前期緩慢下降、后期緩慢增加；而花蝴蝶與錦袍是前期緩慢增加、后期緩慢下降。

2.2.3 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片葉綠素含量的影響 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片葉綠素含量的影響情況見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，干旱脅迫后不同杜鵑品種葉片葉綠素含量變化趨勢(shì)基本呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢(shì)，其中花蝴蝶與紫鶴在干旱5 d后急劇上升，而其他品種在15 d以后才開(kāi)始明顯上升，以鴛鴦錦在后期上升的幅度相對(duì)較大。

2.2 干旱脅迫下杜鵑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化

2.3.1 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片F(xiàn)o的影響 Fo是暗適應(yīng)下的初始熒光，可反映捕光色素復(fù)合體（Light Harvest Complex of PSⅡ，LHCII）與PSⅡ的結(jié)合狀態(tài)。干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)F0的影響情況見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，干旱脅迫后不同杜鵑品種的Fo變化趨勢(shì)不同，基本趨勢(shì)是脅迫初期略有下降，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)Fo上升，其中干旱敏感品種花蝴蝶在脅迫5 d后急劇上升，紫鶴則一直下降，都在脅迫5 d后由于葉片失水萎蔫死亡，F(xiàn)o也檢測(cè)不到；而其他4個(gè)品種在干旱10 d后Fo才開(kāi)始增加，其中胭脂蜜與紫宸殿在處理15 d后Fo增加幅度加大，而錦袍與鴛鴦錦變化較平緩，這與其葉片外觀形態(tài)的變化是一致的。

2.3.2 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片F(xiàn)v/F0的影響 Fv/Fo可以反映PSII的潛在活性，干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fo的影響情況見(jiàn)圖5。從圖5可見(jiàn)，干旱脅迫后不同杜鵑品種的Fv/Fo變化規(guī)律不同，其中花蝴蝶與紫鶴從干旱初始就一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在5 d后急劇下降；而干旱脅迫10 d前，其他4個(gè)杜鵑品種的變化趨勢(shì)不大，在干旱脅迫10 d后，除鴛鴦錦變化不明顯外，其他品種均有小幅增加，但在15 d后均下降。

2.3.3 干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片F(xiàn)v/Fm的影響 Fv/Fm表示植物葉片PSII最大或潛在的光化學(xué)效率，適宜環(huán)境條件并經(jīng)充分暗適應(yīng)的葉片F(xiàn)v/Fm一般保持在0.75～0.85之間，當(dāng)植物遭受逆境脅迫時(shí)，F(xiàn)v/Fm會(huì)明顯降低；干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm的影響情況見(jiàn)圖6。從圖6可見(jiàn)，干旱脅迫后不同杜鵑品種的Fv/Fm變化趨勢(shì)不同，如紫鶴在干旱處理 5 d后就發(fā)生急劇下降，在干旱處理10 d時(shí)已接近于0；花蝴蝶在干旱處理10 d后發(fā)生急劇下降；而其他品種胭脂蜜、紫宸殿、錦袍、鴛鴦錦在干旱處理過(guò)程中變化不明顯，一直保持著較穩(wěn)定的狀態(tài)，只是在干旱脅迫15 d后略有降低。

3 討論

植物抗旱能力受多因素影響，測(cè)定外觀形態(tài)、生理指標(biāo)與光合指標(biāo)可以較全面地反映植物對(duì)干旱逆境的抗性。從外觀形態(tài)看，杜鵑品種花蝴蝶與紫鶴較早出現(xiàn)傷害癥狀，而紫宸殿與錦袍較晚出現(xiàn)，表明后兩者抗旱性較強(qiáng)。MDA含量與細(xì)胞膜相對(duì)透性具有相關(guān)性，是植物受傷害程度的標(biāo)志之一；一般MDA含量越高，植物受傷害程度越重。本研究表明MDA含量總體呈上升趨勢(shì)，其中花蝴蝶與紫鶴是在干旱脅迫初期迅速上升，至峰值后又迅速下降；紫宸殿與錦袍出現(xiàn)2個(gè)峰值，這與黃承玲等[4]在迷人杜鵑等高山杜鵑上的研究結(jié)果一致，表明植物感受到干旱脅迫后，會(huì)啟動(dòng)防御機(jī)制來(lái)抑制膜脂過(guò)氧化進(jìn)程；后期隨著脅迫程度增加，防御系統(tǒng)損傷較大，導(dǎo)致MDA又急劇上升。干旱脅迫使6個(gè)杜鵑品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性明顯增強(qiáng)，這與前人的研究結(jié)果一致[9]。

杜鵑的可溶性蛋白含量變化趨勢(shì)較平緩，主要呈現(xiàn)先增加后降低或從脅迫初始就持續(xù)降低的狀態(tài)；末期的上升可能是由于葉片水分急劇喪失、以至單位鮮重范圍內(nèi)的葉片數(shù)量增加導(dǎo)致。有研究認(rèn)為，可溶性蛋白具有滲透調(diào)節(jié)功能，脅迫初期的可溶性蛋白增加可維持細(xì)胞保持較低的滲透勢(shì)，以抵抗水分脅迫帶來(lái)的傷害[10]。另有報(bào)道認(rèn)為，逆境脅迫誘導(dǎo)了某些調(diào)控蛋白表達(dá)，導(dǎo)致可溶性蛋白增加[11]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)參試杜鵑品種可溶性蛋白含量變化平緩，可能是由于杜鵑的可溶性蛋白含量與干旱脅迫關(guān)系較弱的緣故。

葉綠素總含量在一定程度上反映了植物同化物質(zhì)的能力，干旱脅迫下葉綠素含量的變化可以指示植物對(duì)干旱脅迫的敏感性。植物受到干旱脅迫后，由于葉片嚴(yán)重失水，常常造成細(xì)胞質(zhì)的破壞，葉綠素也隨之降解。研究顯示，抗旱性強(qiáng)的植物，其葉片葉綠素含量表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，而抗性弱的則表現(xiàn)為上升[12]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。較早出現(xiàn)傷害癥狀的花蝴蝶與紫鶴在干旱脅迫初期急劇上升，而其他品種在脅迫前期下降，至脅迫末期才緩慢上升，并且紫宸殿、錦袍與鴛鴦錦的上升幅度較小。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定可以更清晰地顯示植物光合作用中對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散和分配情況。Fo是暗適應(yīng)下的初始熒光，一般認(rèn)為，逆境脅迫下類囊體膜結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致Fo緩慢增加，反映了PSII反應(yīng)中心失活或LHCII與PSII的分離[13，14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，大部分參試杜鵑品種的Fo基本表現(xiàn)為在干旱脅迫初期略微下降，而后期緩慢上升，其中花蝴蝶與紫鶴在10 d后急劇下降至無(wú)，這與花蝴蝶與紫鶴較早出現(xiàn)失水萎蔫傷害癥狀較一致。Fv/Fo可以反映PSII的潛在活性，試驗(yàn)中除對(duì)干旱敏感的花蝴蝶與紫鶴Fv/Fo在脅迫5 d后迅速下降外，其他品種一直處于平緩波動(dòng)狀態(tài)。Fv/Fm是PSII最大或潛在光化學(xué)效率，在逆境脅迫下常被用于指示PSII的受損程度，F(xiàn)v/Fm的下降與Fo的上升相伴出現(xiàn)是光抑制發(fā)生的標(biāo)志。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Fv/Fm與Fv/Fo變化規(guī)律一致，除2個(gè)干旱敏感杜鵑品種急劇降低以外，其他品種均保持平穩(wěn)狀態(tài)，表明干旱脅迫對(duì)杜鵑葉片PSII的傷害不是漸進(jìn)式的，而是突發(fā)式的，在沒(méi)有達(dá)到品種耐熱閾值時(shí)對(duì)PSII沒(méi)有造成明顯傷害，而達(dá)到某一閾值時(shí)對(duì)PSII的傷害可突然導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的水平，繼而使葉片或整株植物死亡。

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