李 艷，王 慶，劉國宇，張 燕，楊群力，杜勇軍，李仁娜，王 瑋

（1.陜西省西安植物園 陜西省植物研究所，陜西 西安 710061；2.陜西省植物資源保護(hù)與利用工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710061)

中國是干旱半干旱面積較大的國家，其中干旱地區(qū)占30.8%，半干旱地區(qū)占21.7%[1]。 2017年7月，關(guān)中地區(qū)連續(xù)14 d日最高氣溫高達(dá)40 ℃以上，園林管護(hù)中灌水任務(wù)加大，城市水資源和城市環(huán)境維護(hù)用水需求產(chǎn)生矛盾。缺水、少水嚴(yán)重制約著植物的生長發(fā)育，限制了園林綠化及其美化效果。園林植物良好的耐旱性可以在土壤缺水狀態(tài)下較長時(shí)間保持較好的觀賞效果，同時(shí)在管理過程中有效降低城市綠地養(yǎng)護(hù)成本，因此研究園林植物的抗旱性，對一些抗旱性良好的植物種類及品種進(jìn)行篩選和培育成為現(xiàn)代園林植物研究工作中亟待解決的問題。

頂花板凳果Pachysandra terminalis Sieb.et Zucc 在我國主要分布在甘肅、陜西、四川、湖北、浙江等地，其資源豐富，但相關(guān)研究相對滯后，文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在其藥理研究上[2]。迷迭香Rosmarinus officinalis Linn 是傳統(tǒng)的香料植物，廣泛用于食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生及化妝品開發(fā)等方面，其抗旱性及其園林應(yīng)用鮮有報(bào)道[3]。大吳風(fēng)草Farfugium japonicum (L.f.) Kitam.和蜘蛛抱蛋Aspidistra elatior Blume 在華東地區(qū)園林中廣泛應(yīng)用，綠化效果好，相關(guān)研究主要集中在耐蔭性上[4-5]，其抗旱性研究鮮有報(bào)道，也未見其在陜西有引種栽培及園林應(yīng)用。

利用盆栽干旱脅迫的方法對園林用途相同但不同科屬的園林觀賞植物進(jìn)行抗旱性研究及綜合評價(jià)的報(bào)道較少，相關(guān)研究主要集中在幾種同屬植物或一種植物在盆栽干旱脅迫下的生理指標(biāo)變化。本文以在關(guān)中地區(qū)首次引種并且表現(xiàn)良好的4 種多年生常綠地被植物頂花板凳果、大吳風(fēng)草、迷迭香和蜘蛛抱蛋為材料，通過自然高溫條件及人工控水持續(xù)干旱脅迫處理，進(jìn)行植物形態(tài)觀察，并對其土壤含水量、植物萎蔫系數(shù)、丙二醛（MDA）含量、葉片保護(hù)酶、可溶性蛋白含量和可溶性總糖等指標(biāo)進(jìn)行測定。通過綜合比較，探討其抗旱機(jī)理，為園林綠地中針對地被植物的選擇提供一定參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為盆栽頂花板凳果、大吳風(fēng)草、迷迭香和蜘蛛抱蛋，均為2年生苗，其中頂花板凳果和迷迭香為2年生扦插苗，大吳風(fēng)草為2年生播種苗，蜘蛛抱蛋為2年生分株苗。來源見表1，栽培基質(zhì)相同，均為配制相同的壤土，管理方法相同。

表1 4種常綠地被植物概況Table 1 The general situations of four evergreen ground cover plants

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在西安植物園太陽能溫室進(jìn)行，時(shí)間為2017年8月，采用盆栽控水試驗(yàn)。花盆規(guī)格均為18 cm×20 cm，選用的植株已經(jīng)完全適應(yīng)盆栽環(huán)境，無緩苗現(xiàn)象，無病蟲害，生長健壯，株高和冠幅較為一致的苗木?？厮幚砀鶕?jù)盆栽環(huán)境設(shè)置4個(gè)基質(zhì)水分處理，即適宜含水量(CK)、輕度干旱(A1)、中度干旱(A2)、重度干旱(A3)，即利用稱量法保持栽培基質(zhì)含水率分別為30%、18%、12%、及9%左右（誤差±1%），每種植物每個(gè)處理5 盆，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。8月28日開始通過控水使得4 個(gè)處理達(dá)到各自要求（前期進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn)，按照結(jié)果進(jìn)行控水）。試驗(yàn)開始后，每隔2 天測定基質(zhì)含水量，及時(shí)進(jìn)行適量補(bǔ)水，保持每個(gè)處理的基質(zhì)含水量基本保持恒定（誤差±1%），并記錄各自形態(tài)表現(xiàn)，20 d 后采集植株中部葉片測定相關(guān)指標(biāo)，重復(fù)3 次，每個(gè)重復(fù)始期相隔2 d。

隨著盆內(nèi)土壤含水量的降低，4 種植物依次出現(xiàn)萎蔫，當(dāng)每種植物莖葉全部出現(xiàn)萎蔫初時(shí)（再次補(bǔ)充水分可恢復(fù)生長），測定土壤含水量即為整株萎蔫時(shí)的含水量。待葉片產(chǎn)生永久萎蔫時(shí)，即葉片處于萎蔫狀態(tài)后補(bǔ)充水分不能恢復(fù)原狀，此時(shí)測定土壤含水量，3 次重復(fù)共測定3 次，其平均值即為4 種植物的萎蔫系數(shù)[6]。

采用烘干稱重法測定土壤含水量，葉片保護(hù)酶中用氮藍(lán)四唑（NBT）法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性、用愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶（POD）活性、用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）質(zhì)量摩爾濃度，用考馬斯亮藍(lán)法測定葉片可溶性蛋白含量，用蒽酮比色法測葉片可溶性總糖（WSC），用磺基水楊酸法測定葉片游離脯氨酸的含量，用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）[7-9]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理與圖表繪制采用Excel 2010 完成，數(shù)據(jù)差異顯著性分析用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行。同時(shí)利用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法對4 種常綠地被植物的抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)。利用公式X=(X0-Xmin)/(Xmax-Xmin)計(jì)算4 種植物中各指標(biāo)的具體隸屬值，并將各抗旱隸屬值進(jìn)行累計(jì)平均，得出綜合隸屬值，以此來綜合評價(jià)其抗旱性。式中X0為每種植物的某一指標(biāo)的脅迫指數(shù)，Xmin為指標(biāo)脅迫指數(shù)中的最小值，Xmax為指標(biāo)脅迫指數(shù)中的最大值。

2 結(jié)果和分析

2.1 干旱脅迫中4 種常綠地被植物的形態(tài)變化

從表2中看出，4 種地被植物均有一定的抗旱能力。對照中栽培基質(zhì)平均含水量為30.12%，植株表現(xiàn)正常，葉片翠綠平展；當(dāng)水分脅迫處于輕度干旱（A1，栽培基質(zhì)平均含水量為18.96%）時(shí)，四種植物的外部形態(tài)均沒有明顯變化；當(dāng)處于中度干旱（A2，栽培基質(zhì)平均含水量為12.28%）時(shí)，大吳風(fēng)草葉片稍有萎蔫，其余3 種植物無顯著變化；當(dāng)處于重度干旱（A3，栽培基質(zhì)平均含水量為9.26%）時(shí)，大吳風(fēng)草整株除了新葉芽直立外，其余所有葉片均呈不同程度的萎蔫狀態(tài)，頂花板凳果和迷迭香僅在頂部葉片略有卷曲，蜘蛛抱蛋僅表現(xiàn)在葉片光澤度減少，葉片平展。由此可見，從外部形態(tài)特征的變化來看，4 種常綠地被植物的抗旱性略有差異。

表2 干旱脅迫對4種常綠地被植物外部形態(tài)的影響?Table 2 Effect of drought stress on external form of four evergreen ground cover plants

2.2 4 種地被植物萎蔫系數(shù)的測定

由圖1可知，頂花板凳果、大吳風(fēng)草、迷迭香、蜘蛛抱蛋分別在土壤含水量為7.71%、8.63%、6.78%、7.5%時(shí)整株葉片開始萎蔫，當(dāng)重新給予水分后均能恢復(fù)正常生長及觀賞性。當(dāng)土壤含水量達(dá)到3.18%、3.43%、3.01%、3.15%時(shí)產(chǎn)生永久萎蔫，也就是干旱臨界值，即此時(shí)干旱脅迫的植株不再從土壤中吸收水分，從而萎蔫死亡。4 種植物的萎蔫系數(shù)分別是3.18%、3.43%、3.01%、3.15%，其中迷迭香同其他3 種差異顯著。

2.3 干旱脅迫對4 種植物葉片游離脯氨酸含量的影響

圖1 4 種常綠地被植物萎蔫系數(shù)Fig.1 Wilting coefficient of four evergreen ground cover plants

由圖2可知，大吳風(fēng)草和迷迭香葉片脯氨酸含量隨著干旱脅迫的程度的增加呈現(xiàn)增長趨勢，且隨著脅迫程度加大，脯氨酸急劇增加，輕度干旱脅迫（A1）、中度干旱脅迫（A2）和重度干旱脅迫（A3）之間差異顯著。在重度干旱脅迫下，大吳風(fēng)草脯氨酸含量為157.278，分別是CK、A1、A2 的11.73 倍、5.16 倍、2.52 倍； 迷 迭 香脯氨酸含量為470.969，分別是CK、A1、A2 的18.59 倍、6.44 倍、2.79 倍。頂花板凳果在重度干旱脅迫（A3）下脯氨酸含量劇增，分別是A1、A2的20.81 倍和14.28 倍，差異顯著。在逆境脅迫下，有些植物游離脯氨酸會(huì)大量積累，且積累指數(shù)與植物的抗逆性有關(guān)[20]，所以，從這個(gè)角度看頂花板凳果、大吳風(fēng)草和迷迭香在干旱脅迫條件加劇情況下，其自衛(wèi)反應(yīng)更強(qiáng)烈。蜘蛛抱蛋在A1 條件下呈下降趨勢，隨著干旱脅迫的增加又有上升，游離脯氨酸含量整體呈下降趨勢。說明蜘蛛抱蛋在受到干旱脅迫之初（A1），其脯氨酸氧化降解的過程并未受到抑制，因此含量下降。當(dāng)干旱脅迫持續(xù)加強(qiáng)（A2），脯氨酸氧化降解過程才開始受到抑制，這樣葉片細(xì)胞中的脯氨酸含量又有所回升。但長時(shí)間重度干旱脅迫下（A3）蜘蛛抱蛋葉片積累的脯氨酸不足以來維持細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致含量再次下降。

圖2 4 種常綠地被植物在不同干旱脅迫條件下葉片游離脯氨酸含量Fig.2 Effect of drought stress on free proline content in leaves of four evergreen ground cover plants

2.4 干旱脅迫對4 種植物葉片MDA 含量的影響

由圖3可知，干旱脅迫程度的增加同大吳風(fēng)草和迷迭香葉片中的MDA 含量呈正相關(guān)。數(shù)據(jù)顯示，中度干旱脅迫（A2）及重度干旱脅迫（A3）下，大吳風(fēng)草的MDA 含量分別是0.01 和0.014，是土壤正常含水量（CK）的2.0 倍、2.8 倍，迷迭香的MDA 含量分別是0.01 和0.011，是土壤正常含水量（CK）的2.0 倍、2.2 倍，且差異均顯著。蜘蛛抱蛋、頂花板凳果在受到干旱脅迫初時(shí)，MDA 的含量先下降，分別從0.022 和0.014 下降到0.012和0.011，隨著脅迫加劇，含量增加，當(dāng)達(dá)到重度干旱脅迫時(shí)，MDA 含量又有所下降，但整體呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，各處理之間差異不顯著。MDA是植物器官在逆境條件下膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物之一，其含量的增加反映了質(zhì)膜的損傷程度。由分析可以看出，在干旱脅迫下，頂花板凳果、蜘蛛抱蛋膜脂過氧化程度較輕，受傷害程度相對較小。

圖3 干旱脅迫下4 種常綠地被植物葉片MDA 的量的變化Fig.3 Effect of drought stress on MDA content in leaves of four evergreen ground cover plants

2.5 干旱脅迫對葉片可溶性糖和可溶性蛋白的影響

可溶性糖是植物抵御干旱環(huán)境下的一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，維持植物正常生理代謝[10-12]。目前普遍認(rèn)為在一定限度內(nèi)，干旱脅迫后的可溶性糖的含量變化幅度會(huì)存在顯著差異。本次實(shí)驗(yàn)中蜘蛛抱蛋在干旱脅迫前期，葉片中可溶性糖含量有顯著增加，從0.035 g/g 增加到0.067 g/g，但隨著干旱脅迫的程度加劇，可溶性糖含量逐漸下降[13]，從0.03 g/g 下降到0.017 g/g，甚至低于對照。這同側(cè)柏苗[14]研究類似，即可溶性糖含量隨著干旱脅迫程度加深也呈現(xiàn)先升后降的變化。另外，大吳風(fēng)草、頂花板凳果以及迷迭香葉片可溶性糖含量也隨著脅迫程度加劇整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢，分別由0.041 g/g、0.096 g/g、0.032 g/g 下降到0.008 g/g、0.033 g/g、0.009 g/g。4 種常綠地被植物葉片可溶性蛋白含量在隨著干旱脅迫程度的加劇會(huì)有程度較小的上下浮動(dòng)，雖趨勢均有所增加，但差異不顯著。說明在干旱脅迫條件下，部分蛋白質(zhì)的合成受到抑制，合成速率下降，而與此同時(shí)，為了維持其正常的生理代謝又需要合成一些新的蛋白質(zhì)，即干旱誘導(dǎo)蛋白。這對植物在干旱的適應(yīng)過程中起到保護(hù)作用，可以提高植物對干旱的耐脅迫能力。

圖4 干旱脅迫下4 種常綠地被植物葉片可溶性糖的含量變化Fig.4 Effect of drought stress on soluble sugar content in leaves of four evergreen ground cover plants

圖5 干旱脅迫下4 種常綠地被植物葉片可溶性蛋白的含量變化Fig.5 Effect of drought stress on soluble protein content in leaves of four evergreen ground cover plants

2.6 干旱脅迫對葉片保護(hù)酶活性的影響

由表3分析可知，3 種保護(hù)酶在干旱脅迫條件下均有所增加。頂花板凳果的SOD 和CAT 隨著干旱脅迫程度的加劇，其含量增長率達(dá)到39.06%和159.28%，而POD 含量沒有顯著變化。大吳風(fēng)草的POD 和CAT 的含量隨著干旱脅迫程度的加劇，其最高值分別是對照的2.09 倍和3.39 倍，增長率達(dá)到109.37%、239.31%，顯著增加。但當(dāng)大吳風(fēng)草達(dá)到重度干旱脅迫時(shí)，其CAT 含量急速從102.88 下降到51.49，說明大吳風(fēng)草在干旱脅迫到重度時(shí)，其自身已經(jīng)失去了對CAT 酶的調(diào)動(dòng)能力。迷迭香在干旱脅迫過程中，其3 種保護(hù)酶均呈現(xiàn)上升趨勢，僅POD 含量變化較顯著，增長率達(dá)到68.19%。蜘蛛抱蛋在這個(gè)過程中3 種保護(hù)酶的變化同大吳風(fēng)草規(guī)律一致。由此說明，3 種葉片保護(hù)酶在干旱脅迫過程中，不同的植物種類在不同脅迫階段其含量變化趨勢并不完全一致。雖響應(yīng)不同，但3 種保護(hù)酶具有一定的協(xié)同能力，來共同抵御脅迫造成的膜傷害，也表明了其具有較強(qiáng)的主動(dòng)適應(yīng)能力。

2.7 4 種常綠地被植物抗旱性的綜合評價(jià)

根據(jù)表4數(shù)據(jù)顯示，在干旱脅迫下，4 種常綠地被植物的各指標(biāo)對干旱脅迫中的響應(yīng)不同，由于單一的指標(biāo)不能完全反映其抗旱性的強(qiáng)弱，因此利用含量變化和抗旱性呈正相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)綜合得到的隸屬函數(shù)平均值來評價(jià)其抗旱性強(qiáng)弱。其中，迷迭香最高，抗旱性最強(qiáng)。其次為頂花板凳果和蜘蛛抱蛋，二者雖然綜合隸屬值略有不同，但抗旱性沒有顯著差異性，大吳風(fēng)草的抗旱性在這四種植物中最弱。

表3 干旱脅迫對4種常綠地被植物葉片保護(hù)酶活性的影響?Table 3 Effect of drought stress on protective enzyme activity content of four evergreen ground cover plants

表4 4種常綠地被植物抗旱性綜合評價(jià)Table 4 Comprehensive evaluation on the drought resistance of four evergreen ground cover plants

3 討論與結(jié)論

植物萎蔫現(xiàn)象是植物虧水脅迫環(huán)境下表現(xiàn)出的一種生命體征。土壤干旱引起植物組織脫水導(dǎo)致生長受到抑制產(chǎn)生萎蔫，從葉片的舒展性和卷曲程度上有所表現(xiàn)，這也是植物早期萎蔫表現(xiàn)的特征之一，同時(shí)萎蔫系數(shù)的減少同植物抗旱性呈正相關(guān)。因此，定量定性地辨識(shí)植物的萎蔫狀態(tài)，對判斷其生理狀態(tài)以及提高園林綠地水資源高效利用具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

滲透調(diào)節(jié)是植物忍耐干旱的一種適應(yīng)性反應(yīng)。在干旱條件下，細(xì)胞會(huì)通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持膨壓，以保持植物正常的生理活動(dòng)。本研究發(fā)現(xiàn)，在游離脯氨酸、可溶性蛋白這兩種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中，隨著干旱脅迫的程度越大，二者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均成上升趨勢，但可溶性蛋白增幅較小，游離脯氨酸增幅較大。可見這4 種植物在干旱脅迫狀態(tài)下，游離脯氨酸的含量變化是敏感指標(biāo)，但并不都呈正相關(guān)性。

可溶性糖也是一種重要的滲透調(diào)節(jié)劑，可維持細(xì)胞膨壓，因此被認(rèn)為是對干旱忍耐的適應(yīng)物質(zhì)[15]。本次研究中，蜘蛛抱蛋和頂花板凳果中的可溶性糖在不同的干旱脅迫條件下均有一定的增加后繼而下降，大吳風(fēng)草和迷迭香的可溶性糖均呈現(xiàn)下降趨勢。分析認(rèn)為可溶性糖雖具有滲透調(diào)節(jié)作用，但因品種間和品種內(nèi)差異而存在調(diào)節(jié)程度的差別[16-17]?？扇苄蕴呛恳恢背式档挖厔?，表明在干旱脅迫下，可溶性糖不參與滲透調(diào)節(jié)[17]，可能是由于其轉(zhuǎn)化為合成可溶性蛋白和氨基酸的碳架，增加了可溶性蛋白、游離脯氨酸等的含量所引起；或者是由于干旱脅迫引起可溶性糖在植物體內(nèi)的分配比例發(fā)生改變，更傾向于根和莖的分配，以維持細(xì)胞膨壓所致；也可能是由于干旱下植物葉綠素遭到破壞，引起其光合速率降低，光合同化產(chǎn)物不斷減少所致，具體原因有待進(jìn)一步研究。

逆境脅迫下，SOD、POD、CAT 3 種保護(hù)酶是主要的氧自由基清除劑，其活性越高，清除能力越強(qiáng)，植物的抗逆性就越強(qiáng)。本研究中頂花板凳果的CAT、大吳風(fēng)草的POD 和CAT、蜘蛛抱蛋的CAT 含量成倍增加，說明其在干旱脅迫下具有較高的協(xié)同作用。

植物在干旱環(huán)境中生長、繁殖或生存的能力，是受多種因素影響的復(fù)雜綜合性狀，并通過多個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)，目前尚未有一個(gè)合適的、統(tǒng)一的評價(jià)方法[18-20]。本研究中4 種地被植物材料幾個(gè)生理指標(biāo)的變化趨勢出現(xiàn)了不一致性，如果僅僅從單一因素來評價(jià)植物的抗旱性，存在一定的局限性[21]。隸屬函數(shù)分析提供了一種多指標(biāo)測定基礎(chǔ)上對材料的特性進(jìn)行綜合評價(jià)的方法，可以在一定程度上提高鑒定的準(zhǔn)確性[22-24]。因此，本研究綜合了其在干旱脅迫條件下的形態(tài)變化和各項(xiàng)生理指標(biāo)，并利用隸屬函數(shù)方法綜合評價(jià)了其抗旱性，其強(qiáng)弱順序?yàn)椋好缘悖卷敾ò宓使?＞蜘蛛抱蛋＞大吳風(fēng)草，也驗(yàn)證了基于生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析對4 種常綠地被植物抗旱性綜合評價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性，這就為園林綠化企業(yè)在地被植物的選擇和合理應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

植物抗旱能力的判定是一個(gè)綜合過程，本文僅從其形態(tài)特征及生理生化指標(biāo)的變化方面進(jìn)行了研究，下一步可從葉片解剖構(gòu)造、光合器官等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及光合響應(yīng)等多角度進(jìn)行研究、探討。另外，園林植物在應(yīng)用配置的過程中，合理選擇并利用植物的抗旱性和節(jié)水性，對西北高溫干旱區(qū)域園林綠地景觀的可持續(xù)性發(fā)展具有很重要的意義。