5 种杜鹃对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价

齐 鸣，王 俊，张 明，倪晓明，杨 梅

（1.杭州西湖风景名胜区灵隐管理处，浙江 杭州 310013；2.杭州西湖风景名胜区花港管理处，浙江 杭州 310007）

杜鹃花是杜鹃花科(Ericaceae)杜鹃花属(Rh-ododendron)植物，其花色多样、品种丰富、姿形优美，既是中国传统的十大名花之一，也是世界著名的观赏植物之一。目前，杭州地区所用的杜鹃花品种大多缺乏芳香，且抗旱性较差、养护成本较高［1］，而专门针对芳香杜鹃应用研究的报道并不多见。为了提高杭州地区木本芳香植物的应用水平，本试验以新引进的4种芳香杜鹃为试验材料，1个杭州应用最为广泛的品种胭脂蜜为对照［2-4］，采用盆栽控水方式，研究不同程度的干旱胁迫对5 种杜鹃的叶片形态和生理指标的影响，并对5 种杜鹃的抗旱性进行综合评价，以期筛选出抗旱性强的芳香杜鹃品种，为杭州地区芳香杜鹃的推广应用提供参考和借鉴［5-6］。

1 材料与方法

1.1 试验材料

4种芳香杜鹃材料均引自金华市永根杜鹃花培育有限公司，胭脂蜜为杭州本地栽培种，均为生长健壮的3年生苗，各品种特性见表1。2021年3月将长势一致的盆栽苗进行换盆处理，栽培基质按黄泥∶普通园土∶腐叶土=5∶3∶2比例配制，基质中加入少量过磷酸钙。每盆栽培基质基本一致，浇水养护1月后开始进行干旱胁迫试验。

表1 5种参试材料的品种特性

1.2 试验方法

试验于2021年4月15日在杭州西湖风景名胜区灵隐管理处花卉基地大棚内进行。干旱胁迫前充分灌溉杜鹃盆土，停止灌溉后待其自然落干。待土壤水分降至试验所需的干旱胁迫程度后用JCTR-4G便携式土壤温度、水分、盐分、pH速测仪测定土壤含水量，用称质量补水法控制土壤含水量在相应的干旱胁迫程度范围内［7］。

参考相关的研究资料［7-8］并结合杭州夏秋高温和干旱持续时间，设置干旱胁迫处理温度为35 ℃，干旱胁迫处理时间分别为10、20、30 d。处理第1天，测定土壤含水量并设为对照组(CK)(对照的土壤含水量为田间最大持水量的70%~85%)［1］。干旱胁迫10、20、30 d分别达到轻度干旱(LD)(土壤含水量为田间最大持水量的50%~70%)、中度干旱(MD)(土壤含水量为田间最大持水量的30%~50%)、重度干旱(SD)(土壤含水量为田间最大持水量的10% ~30%)。每个处理5盆，每盆1株。分别在干旱胁迫处理的第1天、第10天、第20天、第30天观察记录植物叶片形态。其中，叶片形态评价参照文献［5,9］进行。同时选取中部成熟叶片，剪碎混匀后进行相关生理生化指标测定，每种杜鹃每个处理设置3次重复。

1.3 抗旱指标的测定方法

1.3.1 旱害指数统计 叶片萎蔫通常是植物受干旱胁迫最为直观的表现。因此，以叶片的形态表现为依据，划分干旱胁迫对杜鹃影响的程度最为方便。参考已有的旱害分级资料［9］及杜鹃的植物学特性，并结合本试验的观察结果，将杜鹃植株受害程度分为5个级别。分级标准如下：

Ⅰ级(生长正常)：叶片正常生长，无受害症状。

Ⅱ级(轻度萎蔫)：30%以下叶片萎蔫并失去应有的光泽，叶片卷曲不足10%，无焦枯。

Ⅲ级(中度萎蔫)：50%以上叶片萎缩，超过30%叶片卷曲，10%以下叶片焦枯。

Ⅳ级(重度萎蔫)：70%以上叶片萎缩且叶片卷曲超过50%，颜色显著深于该品种的正常颜色，50%以上叶片变黄，30%左右叶片焦枯。

Ⅴ级(极重度萎蔫)：茎叶超过90%完全萎缩，80%以上叶片完全变黄，50%以上叶片焦枯，甚至整株死亡。

每隔2 d观察1次。调查时，每种杜鹃随机选择长势均匀的植株5株，每株随机调查60张叶片，共调查300张叶片，记录叶片的形态变化与相应伤害级值的叶片数。按如下公式计算5种杜鹃旱害指数。其值越低，说明受害程度越轻。

旱害指数＝(1S1+2S2+3S3+4S4+5S5)/调查叶片总数，其中，S1~S5为各级值下伤害的叶片数。

1.3.2 生理指标的测定 采用烘干和饱和称重法测定叶片相对含水量(RWC)和自然饱和水分亏缺(WSD)，通过以下公式进行计算：叶片相对含水量(%)=(Wf-Wd)/(Wt-Wd)×100%，其 中，Wf为 鲜 重，Wd为干重，Wt为饱和鲜重。叶片自然饱和水分亏缺(%)=1-相对含水量(%)。生理指标的测定参考李合生［10］的方法：采用电导法测定叶片细胞膜透性。相对电导率采用浸泡法通过电导仪进行测定，通过以下公式进行计算：相对电导率(%)=(Ta-Tc)/(Tb-Tc)×100%，其中，Ta为35 ℃处理不同时间后冷却至室温下的电导率，Tb为100 ℃水浴后冷却至室温后电导率，Tc为室温25 ℃下的电导率。脯氨酸(Proline)含量采用茚三酮显色法测定；叶片可溶性蛋白质含量(Soluble protein)采用考马斯亮蓝染料结合法测定；可溶性糖(Soluble sugar)含量采用蒽酮比色法测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外可见光法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定。

1.4 抗旱性综合评价

根据干旱胁迫后测定的各项指标，采用模糊数学中的隶属函数值法进行抗旱性综合评价［11］。如果某一指标与抗旱性呈正相关，则采用隶属函数计算，计算公式为：Xµ=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。若某一指标与抗旱性呈负相关，则采用反隶属函数计算，计算公式为：Xµ=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中：Xµ为某品种某一指标的隶属值，Xi为某品种某一指标的测定值，Xmax、Xmin分别为某一测定指标所有供试材料中的最大值、最小值。将各指标的抗旱隶属函数值累加后求其平均值，以平均隶属函数值排序，平均值越大，抗旱性越强。参考已有的隶属函数的定级标准［11］并结合本试验的结果，确定抗旱分级为：隶属度≥0.7为强抗；隶属度≥0.6为抗；隶属度≥0.4为中抗；隶属度≥0.3为弱抗；隶属度＜0.3为不抗。以此标准对抗旱性进行定级。试验数据采用Excel 2013和SPSS 19.0统计软件进行方差分析，并对同类数据进行差异显著性检验［12］。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对杜鹃叶片形态和生理指标的影响

2.1.1 对植株叶片形态的影响 从表2可知，随着干旱胁迫程度的加剧，植株受害加重。在轻度干旱胁迫下，刺毛杜鹃、岭南杜鹃、麂角杜鹃、马银花的叶片未出现明显的形态变化，对照品种胭脂蜜出现轻度的萎蔫。随着干旱胁迫天数的增加，土壤含水量持续降低，不同品种的受害程度均明显加剧。在干旱胁迫20 d后，刺毛杜鹃、岭南杜鹃、麂角杜鹃3个品种的叶片均出现较为明显的萎蔫现象，而胭脂蜜萎蔫最为严重，大部分叶片出现萎蔫、少量卷曲。干旱胁迫30 d后，所有品种均受到伤害，其中，胭脂蜜受害最为严重，叶片完全萎缩、枯黄，旱害指数为4.20；刺毛杜鹃受害较轻，旱害指数为3.16。5种杜鹃的抗旱性排序为：刺毛杜鹃＞麂角杜鹃＞岭南杜鹃＞马银花＞胭脂蜜。

表2 干旱胁迫下5种杜鹃的旱害指数

2.1.2 对植株生理指标的影响

2.1.2.1 对叶片相对含水量和饱和水分亏缺的影响 由图1可知，干旱胁迫当天，5种杜鹃叶片相对含水量基本一致。干旱胁迫10 d后开始出现差异，胭脂蜜与马银花差异不显著，岭南杜鹃与马银花差异也不显著。但与麂角杜鹃均有显著差异。说明胭脂蜜与马银花失水较为严重。随着干旱胁迫时间的延长，差异越发明显。20 d后马银花的相对含水量在参试的4个芳香杜鹃品种中最低，为56.83%；其次为麂角杜鹃，为65.43%；再次为刺毛杜鹃，为70.70%；岭南杜鹃的最高，为72.13%。但以上4个品种均显著高于对照胭脂蜜的32.63%。干旱胁迫30 d后，4个品种间差异更为显著，其中，马银花的相对含水量最低，为24.53%；麂角杜鹃和岭南杜鹃次之，分别为35.60%和31.20%；刺毛杜鹃的最高，仍保持42.10%。4个芳香杜鹃品种的叶片相对含水量均显著高于对照胭脂蜜，此时，胭脂蜜的相对含水量仅为12.50%。

图1 干旱胁迫下5种杜鹃的相对含水量

由图2可知，对参试5个品种的自然饱和水分亏缺分析来看，结论与相对含水量的表现完全一致。即干旱胁迫30 d后，5种杜鹃的自然饱和水分亏缺均非常严重，均在50%以上。尤其以胭脂蜜亏缺最多，达到了87.50%。这说明胭脂蜜的抗旱能力最差；其次分别为马银花、岭南杜鹃、麂角杜鹃，饱和水分亏缺分别达到了75.47%、68.80%、64.40%；亏缺最少的是刺毛杜鹃，仅为57.90%。

图2 干旱胁迫下5种杜鹃的自然饱和水分亏缺

2.1.2.2 对叶片相对电导率的影响 由图3可知，5种杜鹃干旱胁迫10 d后电导率变化趋势并不明显，20 d后变化开始明显，干旱胁迫30 d后相对电导率持续增高。此时，相对电导率最高的是胭脂蜜，其次是马银花，相对电导率分别为67.55%和50.38%，最低为刺毛杜鹃，仅为35.31%，说明这2种杜鹃细胞受损最严重。在整个干旱胁迫过程中，叶片相对电导率增幅最大的是胭脂蜜；其次是岭南杜鹃和马银花，分别增加0.81和0.75倍；增幅最小的是刺毛杜鹃，仅增加0.31倍。由此说明刺毛杜鹃、岭南杜鹃、麂角杜鹃对干旱有较强的抵抗力，其中以刺毛杜鹃的抗干旱能力最强。

图3 干旱胁迫下5种杜鹃的相对电导率

2.1.2.3 对叶片渗透调节物质的影响 由图4可知，随着干旱胁迫程度的加剧，5种杜鹃的可溶性蛋白含量均不断地增加，但增加幅度明显不同。其中，刺毛杜鹃、麂角杜鹃的增加幅度较大，胭脂蜜和马银花的增加幅度较小。干旱胁迫30 d后，可溶性蛋白含量最高的是刺毛杜鹃，为4.27 mg/g；其次为麂角杜鹃，为3.88 mg/g；胭脂蜜的可溶性蛋白质含量最低，仅为3.18 mg/g。与开始干旱胁迫时相比，可溶性蛋白质含量增幅最大的是刺毛杜鹃，达83.26%；胭脂蜜的增幅最小，仅为40.71%。由此可知，抗旱性较强的是刺毛杜鹃和麂角杜鹃，最弱的是胭脂蜜。

图4 干旱胁迫下5种杜鹃的可溶性蛋白质含量

由图5可知，5种杜鹃经过干旱胁迫30 d后，叶片的可溶性糖含量均呈不断上升的趋势，且差异非常显著，其中增幅最大的是麂角杜鹃，达118.18%；其次为岭南杜鹃和马银花，增幅分别为83.47%和76.93%；增幅最小的是胭脂蜜，仅为49.85%。可溶性糖含量最高的为岭南杜鹃，为63.7 μg/g；其次为麂角杜鹃和刺毛杜鹃，分别为52.08和45.41 μg/g；马银花的最低，仅为32.82 μg/g。5种杜鹃的平均可溶性糖含量为45.94 μg/g。因此，从该指标来看，抗旱性较强的为麂角杜鹃和岭南杜鹃，其次为刺毛杜鹃，马银花和胭脂蜜的抗旱性较差。

图5 干旱胁迫下5种杜鹃的可溶性糖含量

由图6可知，在不同程度干旱胁迫下，5种杜鹃的游离脯氨酸(Pro)含量与对照相比增加均较明显。变化趋势最明显的是刺毛杜鹃和麂角杜鹃。干旱胁迫30 d后增幅最明显的是胭脂蜜，为86.76%；其次是麂角杜鹃和马银花，增幅分别为62.86%和58.77%；最小的为岭南杜鹃，增幅仅为32.41%。但从干旱胁迫30 d后的游离脯氨酸含量来看，最高的为刺毛杜鹃，其次为麂角杜鹃和岭南杜鹃，最低的为胭脂蜜，含量分别为164.66、136.61、112.27和87.59 μg/g。由此说明，刺毛杜鹃具有较强的通过增加游离脯氨酸含量来抵抗干旱胁迫的能力，而胭脂蜜则相对较差。

图6 干旱胁迫下5种杜鹃的游离脯氨酸含量

由图7可知，在30 d干旱胁迫后，杜鹃叶片的丙二醛(MDA)含量不断积累，所有杜鹃的MDA含量均有不同程度的增加，但增加的幅度存在显著的差异，增加较多的是胭脂蜜和马银花。干旱胁迫30 d后，胭脂蜜和马银花的MDA含量最高，均为0.048 μmol/g，分别比开始干旱胁迫时增加了2.69和2.00倍；其次是麂角杜鹃，为0.038 μmol/g，比开始干旱胁迫时增加了1.11倍；较低的为刺毛杜鹃和岭南杜鹃，分别为0.023和0.026 μmol/g，分别比开始干旱胁迫时增加了1.40和1.27倍。由此说明在严重干旱胁迫下刺毛杜鹃和岭南杜鹃的受害程度较轻。

图7 干旱胁迫下5种杜鹃的丙二醛含量

2.1.2.4 植物抗氧化酶系统 由图8可知，随着干旱胁迫时间的延长，5种杜鹃的超氧化物歧化酶(SOD) 活性均呈先上升后下降的趋势，且幅度不一。干旱胁迫30 d后，5种杜鹃的SOD酶活性存在显著差异，平均为334.48 U/mg，其中刺毛杜鹃、岭南杜鹃、麂角杜鹃的SOD酶活性比较接近，分别为366.16、370.96和369.62 U/mg。而胭脂蜜的SOD活性最低，仅为275.08 U/mg。在轻度干旱胁迫条件下，马银花和胭脂蜜的SOD酶活性增幅较大，分别在初始基础上增加了11.04%和18.87%，说明这2种杜鹃对干旱胁迫最为敏感。在中度干旱胁迫下，增幅较大的是刺毛杜鹃和胭脂蜜，分别在初始基础上增加了36.38%和28.46%；其他3种杜鹃的SOD酶活性增幅相对较小，分别为19.02%、21.03%和23.15%。说明随着干旱胁迫程度进一步加剧，植物体内的SOD酶活性进一步增加，对干旱的抵抗力进一步加强，尤以岭南杜鹃、麂角杜鹃和刺毛杜鹃最为突出，SOD酶活性分别达到370.96、369.62和366.16 U/mg。但干旱胁迫30 d以后，5种杜鹃的SOD酶活性则呈下降的趋势，而且非常明显，说明5种杜鹃对干旱的抵抗能力已到极限，体内SOD酶活性不再增加，反而下降。

图8 干旱胁迫下5种杜鹃的超氧化物歧化酶活性

由图9可知，5种杜鹃过氧化氢酶(CAT)活性的变化趋势与SOD酶活性类似，随着干旱胁迫时间的延长，所有品种均不断地上升，但幅度不一，干旱胁迫30 d后持续下降。说明后期5种杜鹃的CAT酶活性均受到不同程度的抑制。干旱胁迫30 d后，5种杜鹃的CAT酶活性存在较大差异，平均为315.55 U/mg，其中岭南杜鹃的酶活性最高，为358.41 U/mg；其次为刺毛杜鹃和麂角杜鹃，CAT酶活性分别为335.46和326.08 U/mg；马银花和胭脂蜜的CAT酶活性较低，分别为283.35和274.43 U/mg。干旱胁迫结束后，CAT活性增幅最大的是岭南杜鹃，比对照增加了40.43%；增幅较小的是马银花和胭脂蜜，仅分别增加了19.53%和13.46%。由此可见，岭南杜鹃、刺毛杜鹃和麂角杜鹃具有较高的通过调节CAT酶活性来抵抗干旱胁迫的能力。

图9 干旱胁迫下5种杜鹃的过氧化氢酶活性

2.2 5个杜鹃品种抗旱性的综合评价

隶属函数分析结果表明(表3)：刺毛杜鹃、岭南杜鹃和麂角杜鹃的隶属函数值均在0.7以上，属于强抗旱品种；而胭脂蜜和马银花的隶属函数值在0.3以下，属不抗旱类型。5个品种抗旱性强弱排序为：刺毛杜鹃＞岭南杜鹃＞麂角杜鹃＞马银花＞胭脂蜜。这与实际观测的结果基本一致。

表3 5种杜鹃各项生理指标的抗旱隶属函数值及其排名

3 小结与讨论

本研究发现，5种杜鹃对干旱胁迫的敏感程度不同，同一杜鹃在不同干旱胁迫时间所表现的旱害程度也不一样。其中，胭脂蜜对干旱最为敏感，旱害指数最高，抗旱性最差，这与胡肖肖等［4］的研究结论基本一致。而刺毛杜鹃在整个干旱胁迫过程中，旱害指数都低于其余4个品种，抗旱性最强，且干旱胁迫10 d后仍能保持正常生长。这与杨华等［13］的研究结论完全一致。4种杜鹃的旱害指数均低于对照胭脂蜜，说明抗旱性均优于胭脂蜜；5种杜鹃叶片相对含水量的变化也从另一个侧面印证了这一点。本研究发现，同种杜鹃在不同干旱胁迫处理下水分降低的幅度不一样且随着干旱胁迫程度的加剧，下降幅度明显增大。所有杜鹃在干旱胁迫后，相对含水量均有不同程度的降低，且差异明显。研究表明干旱胁迫30 d后，相对含水量最高的是刺毛杜鹃，其次为麂角杜鹃，最低为胭脂蜜。

细胞膜透性和膜脂过氧化程度可以反映植物在干旱胁迫下的受害程度［6］。干旱胁迫使得细胞内物质大量外渗，电导率增大，细胞膜脂过氧化程度加深，从而影响细胞膜结构与功能［14-15］。本研究表明，随着干旱胁迫程度的加重，所有杜鹃品种的相对电导率均升高。与对照相比，4种杜鹃在重度干旱胁迫下相对电导率有了不同程度的提高，差异显著，表明4种杜鹃在干旱胁迫下，叶片细胞膜均受到了不同程度的损伤，但均不及胭脂蜜，这与李娟等［1］的研究结果一致。而胭脂蜜的相对电导率提高最为明显，说明胭脂蜜受害最为严重。抗旱性强的刺毛杜鹃的相对电导率在前20 d干旱胁迫中，变化不明显，仅在30 d后开始增加；而抗旱性弱的品种胭脂蜜和马银花则在干旱胁迫开始时就上升明显。

渗透调节是植物在干旱逆境下的一种适应性反应。可溶性蛋白质和可溶性糖是重要、有效的有机渗透调节物质，能反映植物抵抗干旱胁迫的能力［10］。一般情况下，随着干旱胁迫时间的延长，植物体内可溶性蛋白质和可溶性糖的含量会增加，以增强植物抵抗干旱胁迫的能力［9］。本试验也证明了这一点，干旱胁迫处理使得5种杜鹃的可溶性蛋白质和可溶性糖的含量与对照相比明显增加。在5种杜鹃品种中，增幅最小的为胭脂蜜，说明其他4种杜鹃的抗旱性明显优于对照胭脂蜜；增加较多的为刺毛杜鹃和麂角杜鹃，说明其抗旱性明显优于其他几个品种。

在环境干旱胁迫下，植株体内膜脂过氧化作用将加剧，引起膜脂过氧化产物(MDA)的增加，同时激活清除这些活性氧的保护酶系统，如CAT、POD和SOD等，清除体内产生的活性氧［16］。本研究表明，在干旱胁迫下，杜鹃叶片的CAT活性、SOD活性先上升后下降，说明保护酶系统活性不断增强，但在重度干旱胁迫后的酶系统活性可能受到抑制。在中度和重度干旱胁迫下，刺毛杜鹃、麂角杜鹃和岭南杜鹃的CAT、SOD酶活性均显著高于其他品种，说明在干旱胁迫下这3种杜鹃叶片抗氧化能力较强。这一点与李畅等［17］的研究结论基本一致。

在干旱胁迫后，5种杜鹃叶片内的MDA含量一直升高，说明伤害程度不断加深。而刺毛杜鹃、岭南杜鹃和麂角杜鹃的MDA含量显著低于其余2种杜鹃，说明这3种杜鹃受害较轻，受害最严重的是胭脂蜜和马银花。

观察5种杜鹃叶片特点也可以发现有差异，刺毛杜鹃、岭南杜鹃、麂角杜鹃的叶片均为革质，刺毛杜鹃的叶片还有刺毛分布，而岭南杜鹃的叶片较小，这减少了水分的蒸发，有利于保持叶片的水分。此外，刺毛杜鹃还有一个特点就是根系比较发达，所以表现出较强的抗旱性。而胭脂蜜和马银花的叶片较薄、保水能力较差、蒸腾作用明显，故表现了较弱的耐旱性。这一点通过此次研究得到了印证。刺毛杜鹃、麂角杜鹃、岭南杜鹃因其芳香且耐旱、养护成本低，有望在今后替代杭州地区的现有部分品种。

本试验仅仅是对芳香杜鹃抗旱性研究的初步尝试，由于受试验条件的限制，干旱胁迫天数划分过于粗略，获得的仅为初步结论。由于植物的抗旱性常受多种环境因素的影响，要想准确了解这几种杜鹃的抗旱性，最好能再从空气湿度、光照条件、土壤营养条件等［18-20］方面进行进一步研究。