摘要：目的研究5種熱帶花灌木在不同水分脅迫處理下生理及形態指標的變化，以揭示植物對旱澇脅迫的響應規律。方法以黃蟬(Allemanda schottii)、梔子(Gardenia jasminoides)、斑葉鵝掌藤(Schefflera arboricola‘Variegata’)、鐘花蒲桃(Syzygium campanulatum)和狗牙花(Tabernaemontana divaricata)5種熱帶花灌木為試驗材料，對其進行正常供水(CK)、干旱(CD)、水淹(CF)、旱澇交替(FD)4個水分脅迫處理，觀察不同水分脅迫處理下植物的形態變化并測定各項生理指標，并用模糊隸屬函數法進行植物抗逆性的綜合評價。結果干旱脅迫下鐘花蒲桃葉片受害最嚴重(VI級)，5種花灌木的SOD活性均下降、丙二醛含量均上升，斑葉鵝掌藤葉綠素含量顯著下降(P<0.05)；淹水脅迫顯著影響植物的外部形態，梔子長出新根，黃蟬形成肥大皮孔并長出大量新根和新葉，斑葉鵝掌藤大量葉片萎蔫、根部嚴重腐爛，狗牙花大量落葉，淹水脅迫下5種花灌木的葉綠素含量顯著下降(P<0.05)、可溶性蛋白含量下降、丙二醛含量上升，斑葉鵝掌藤和狗牙花的SOD活性顯著下降(P<0.05)；旱澇交替脅迫下黃蟬和鐘花蒲桃的葉片形態分別表現為I級和II級，5種花灌木的葉綠素含量均下降，除狗牙花SOD活性上升外，其他4種植物均下降。結論綜合隸屬函數和植物形態分析，5種花灌木耐旱性從強到弱依次為斑葉鵝掌藤、狗牙花、黃蟬、梔子、鐘花蒲桃；耐澇性從強到弱依次為梔子、鐘花蒲桃、黃蟬、斑葉鵝掌藤、狗牙花；對旱澇交替脅迫的適應性從強到弱依次為黃蟬、鐘花蒲桃、斑葉鵝掌藤、狗牙花、梔子。黃蟬可配置于雨水花園和濱水河岸帶等環境，斑葉鵝掌藤和狗牙花是建設屋頂花園、節水型綠地的優良植物材料，梔子和鐘花蒲桃可配置于濱水綠地、淡水濕地或土壤較為濕潤的環境。


面對城市化發展給城市帶來的一系列雨洪問題，一些發達國家通過長期探索和研究，提出了新的雨洪管理理念和技術體系，如低影響開發(LID)和綠色雨水基礎設施(GSI)等[1]，而植物的合理選擇與配置是長期維持低影響開發與綠色雨水基礎設施性能的關鍵因素之一[1]。另一方面，華南地區水資源豐富，水體形式多樣，濱水區植物景觀因兼具景觀異質性和自然性的特征而成為展現城市自然生態新形象的景觀類型，在城市藍色廊道的規劃和建設中得到廣泛重視[2]。因此，研究植物對水分的適應性并選擇合適的植物對華南地區海綿城市的構建和濱水植物景觀營造具有重要意義。


以往園林植物水分逆境的研究多集中于干旱或水澇等單一脅迫因子方面，選取的指標涉及生長指標[3-4]、生理生化指標[5-6]等，而以花灌木為研究對象，以園林應用為目標的抗旱耐澇性研究則很少。黃蟬(Allemanda schottii)、梔子(Gardenia jasminoides)、斑葉鵝掌藤(Schefflera arboricola‘Variegata’)、鐘花蒲桃(Syzygium campanulatum)和狗牙花(Tabernaemontana divaricata)是常用熱帶園林花灌木，常叢植、片植于城市公園、道路和居住區等園林綠地，具有觀賞期長，花色(葉色)鮮明的熱帶特色。因此，本研究通過觀測不同水分脅迫處理下5種花灌木的形態變化，測定、分析4項生理指標，應用模糊隸屬函數法探究植物的抗逆性。研究成果不僅加深了熱帶園林灌木對水分逆境的認知，還為園林花灌木的合理配置應用和養護管理提供科學依據，并為低影響開發設施在華南地區的建設及濱水植物景觀營造提供參考。


1.材料與方法


1.1試驗材料和設計


以黃蟬、梔子、斑葉鵝掌藤、鐘花蒲桃和狗牙花等5種熱帶花灌木為試驗材料，每種選擇生長良好、高度一致的300盆苗木，2016年11月15日開始試驗。苗圃內設置透明塑料及遮光網，以防止雨水等處理外的其他因素影響。


在參考前人研究[7-8]的基礎上，將試驗分為前期(0~14 d)、中期(15~28 d)和后期(29~42 d)3個階段，設置正常供水(CK)、干旱(continuous drought，CD)、水淹(continuous flooding，CF)和旱澇交替(flooding-drought，FD)4個處理，每個處理75株，42 d后，每個處理隨機選取15株進行取樣。其中，CK和CD處理分別為保持田間持水量的70%~80%和50%~55%，土壤水分含量采用稱重法測定[9]；水淹狀態為盆內水面超過土壤表面以上5 cm；旱澇交替處理為前期水淹，中期干旱，后期恢復至正常供水。


1.2指標測定與數據處理


脅迫14、28和42 d時，分別觀察5種植物4個處理的形態變化，包括葉片和莖、根系變化，主要是葉色、葉形等，淹水處理的莖上有無粗大皮孔形成，有無不定根生成等。參考相關文獻[10]，將葉片萎蔫程度定為6級：I級為長勢良好，葉色正常，葉片沒有萎蔫；II級為生長一般，葉色基本正常，葉片開始萎蔫；III級為葉片開始失水卷曲、稍下垂，葉色發黃或發灰，葉萎蔫量<20%；IV級為葉片嚴重失水，葉柄變軟，葉萎蔫量占20%~50%；V級為葉片卷曲下垂，葉萎蔫量占50%~80%；VI級為葉片全部萎蔫。


采用分光光度法測定葉片葉綠素，采用考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白質，氮藍四唑(NBT)法測定SOD活性，硫代巴比妥酸比色法測定MDA含量[11]。試驗結束時對各項指標進行測定，每個處理重復3次。


采用Excel整理原始數據，以“平均值±標準誤(mean±SE)”表示。采用SPSS 19.0軟件進行數據分析，用Duncan’s檢驗法進行差異顯著性分析，顯著性水平設定為0.05，并采用Origin 8.5繪圖；采用模糊隸屬函數法進行植物抗逆性的綜合評價。隸屬函數的基本計算方法為R(Xj)=(Xj?Xmin)/(Xmax?Xmin)，如果指標與抗逆性呈負相關，則：R(Xj)=1?(Xj?Xmin)/(Xmax?Xmin)。式中，Xj為指標測定值，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標的最小值和最大值[12]。


2.結果與分析


2.1旱澇脅迫對5種花灌木葉綠素的影響


由圖1可知：CF組中5種花灌木的葉綠素總量都顯著下降(P<0.05)，其中狗牙花下降幅度最大，為46.00%，鐘花蒲桃下降幅度最小，為9.69%。CD組中斑葉鵝掌藤的葉綠素總量降低了14.49%，與CK組差異顯著(P<0.05)；而其他4種花灌木的葉綠素總量則升高，其中狗牙花和梔子顯著高于CK組(P<0.05)。FD組中5種花灌木葉綠素總量都降低，黃蟬、梔子、斑葉鵝掌藤、鐘花蒲桃和狗牙花的葉綠素總量分別降低了21.59%、25.80%、13.58%、10.30%和23.02%。

圖1旱澇脅迫下5種花灌木的生理指標


2.2旱澇脅迫對5種花灌木SOD活性的影響


由圖1可知：CF組中梔子的SOD活性升高，而黃蟬、斑葉鵝掌藤、鐘花蒲桃和狗牙花SOD活性分別下降了3.57%、13.93%、5.92%和8.88%，其中斑葉鵝掌藤和狗牙花顯著降低(P<0.05)。CD組的5種花灌木SOD活性都下降，其中鐘花蒲桃、狗牙花和梔子顯著降低(P<0.05)。FD組中只有狗牙花的SOD活性升高，其他4種花灌木都下降，其中黃蟬和梔子顯著降低(P<0.05)。說明旱澇交替脅迫下，黃蟬和梔子的SOD活性并未恢復至對照水平。


2.3旱澇脅迫對5種花灌木丙二醛含量的影響


由圖1可知：CF組和CD組中5種花灌木的丙二醛含量均上升，CF組中斑葉鵝掌藤和狗牙花的丙二醛含量與CK組差異顯著(P<0.05)；CD組中鐘花蒲桃、狗牙花和梔子的丙二醛含量與CK組差異顯著(P<0.05)。說明干旱脅迫下鐘花蒲桃、狗牙花和梔子膜質過氧化程度高，膜系統受傷害嚴重。FD組中梔子和鐘花蒲桃的丙二醛含量下降，斑葉鵝掌藤和狗牙花的丙二醛含量顯著上升(P<0.05)，分別上升44.46%和26.37%。說明旱澇交替脅迫下，梔子和鐘花蒲桃都已恢復正常水平，斑葉鵝掌藤細胞膜質過氧化嚴重，不能恢復正常水平。


2.4旱澇脅迫對5種花灌木可溶性蛋白含量的影響


由圖1可知：5種花灌木在旱澇脅迫下可溶性蛋白含量的變化各不相同。CF組中5種花灌木的可溶性蛋白含量都降低，其中鐘花蒲桃和斑葉鵝掌藤顯著降低(P<0.05)。CD組中，黃蟬、梔子、斑葉鵝掌藤和鐘花蒲桃的可溶性蛋白含量分別升高了8.15%、2.17%、7.26%和5.18%，而狗牙花的可溶性蛋白含量降低了4.16%。FD組中，黃蟬、鐘花蒲桃和狗牙花的可溶性蛋白含量都升高，梔子和斑葉鵝掌藤可溶性蛋白含量都下降，其中黃蟬、梔子與CK組差異顯著(P<0.05)。


2.5 5種熱帶花灌木旱澇脅迫能力綜合評價


2.5.1耐旱性評價


5種花灌木耐旱性從強到弱依次為斑葉鵝掌藤、狗牙花、黃蟬、梔子、鐘花蒲桃，此結果與形態表現一致(表1)。干旱脅迫下，黃蟬、梔子、斑葉鵝掌藤和狗牙花葉片都表現為發黃萎蔫，鐘花蒲桃葉片表現為卷曲萎蔫。脅迫42 d時，幾乎全部鐘花蒲桃的葉片都有不同程度的卷曲，表現為VI級；超過1/2的梔子下部葉片發黃萎蔫，表現為V級；黃蟬大多數葉片發黃萎蔫，同時還伴有大量落葉，也表現為V級。


表1 5種熱帶花灌木旱澇脅迫能力綜合評價


2.5.2耐澇性評價


5種花灌木耐澇性從強到弱依次為梔子、鐘花蒲桃、黃蟬、斑葉鵝掌藤、狗牙花(表1)。淹水脅迫下，植物葉片伴隨有不同程度的發黃萎蔫和脫落，莖基部及根系變化各不相同。梔子主要表現為下部葉片發黃、焦枯，出現癥狀較晚，淹水脅迫42 d，梔子新根量增多；黃蟬和鐘花蒲桃在整個淹水期間都有新葉萌發，后期部分葉片萎蔫。幾乎全部黃蟬在淹水脅迫14 d形成少量肥大皮孔，后期一直長出大量新根；淹水脅迫42 d有幾株鐘花蒲桃長出呈螺旋狀排列的短粗紅色不定根，分布在莖基部和靠近水面處；斑葉鵝掌藤和狗牙花葉片發黃萎蔫情況出現較早，狗牙花葉片脫落情況明顯；大部分狗牙花在淹水脅迫14 d，形成肥大皮孔，從莖基部分布到水面交界處；斑葉鵝掌藤在淹水脅迫28 d根開始腐爛，脅迫42 d時，根腐爛嚴重，葉片大多萎蔫，表現為V級；而狗牙花葉片脫落嚴重，表現為VI級。


2.5.3旱澇交替適應性評價


5種花灌木對旱澇交替脅迫的適應性從強到弱依次為黃蟬、鐘花蒲桃、斑葉鵝掌藤、狗牙花、梔子(表1)。旱澇交替脅迫下，前14 d所有植株葉片表現與淹水脅迫組相同。復水后，黃蟬和鐘花蒲桃恢復明顯，都萌發了新葉，分別表現為I級和II級；而狗牙花不斷脫葉，脅迫結束時全部植株脫葉嚴重，表現為VI級。


3.討論


水分脅迫時植物正常的生理代謝會受到抑制，使植物的生理生化過程等各方面發生一系列的變化，這是植物對環境脅迫的反應以及對環境改變的適應結果[13]。葉綠素作為植物體光合作用的基礎物質，其含量的高低直接反映了植物的生長狀態和光合能力的高低，大量研究表明逆境脅迫會不同程度的降低植物體葉片中葉綠素的含量[14]，本試驗中淹水脅迫下，植物的葉綠素含量都顯著降低(P<0.05)，說明淹水脅迫對植物的葉綠素含量影響顯著。干旱脅迫下，梔子和狗牙花的葉綠素含量顯著升高(P<0.05)，可能是葉片相對含水量降低，單位鮮重材料中葉綠素含量升高所致[15]。


在正常情況下，植物體內的抗氧化酶系統通常使活性氧維持在動態平衡狀態[16]，當受到水分脅迫時就會打破植物細胞中的活性氧平衡，活性氧積累，使植物受到氧化傷害[17]，這時作為抗氧化系統第一道防線的超氧化物歧化酶(SOD)會起到清除活性氧的作用[15-16]，因此，SOD活性能夠反映其抗氧化的能力。本試驗中淹水脅迫下斑葉鵝掌藤和狗牙花的SOD活性顯著下降(P<0.05)，與馬劍等[18]對文冠果幼苗的研究結果一致，可能是試驗后期，其已無法適應淹水環境，SOD清除不了大量產生的過氧離子導致活性明顯下降。因此，在綠地中應用時應避免將其種植在易積水的地方。本試驗中干旱脅迫下鐘花蒲桃和梔子的SOD活性顯著下降(P<0.05)，導致氧自由基積累，膜的完整性遭到破壞，說明其在干旱脅迫下抗氧化能力較弱。


在逆境脅迫下，植物往往發生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化作用的產物之一，其含量高低是細胞膜脂過氧化作用和植物受逆境脅迫損傷程度的重要指標[19]。本試驗中淹水和干旱脅迫下5種花灌木的丙二醛含量都上升，與艾星梅等[20]在干旱和淹水脅迫下千層金MDA含量都呈持續上升趨勢的研究結果一致，且丙二醛含量上升幅度大小與植物耐旱耐澇性強弱基本一致，說明丙二醛含量可以有效地反映植物對水分脅迫的適應性。旱澇交替脅迫下，斑葉鵝掌藤和狗牙花的丙二醛含量顯著升高(P<0.05)，說明其細胞受傷害較大。


可溶性蛋白作為植物滲透調節溶質的重要組成部分，其含量的增加有助于抵御逆境產生的不利影響，增強植株對外界環境的適應性[21]。本試驗中5種花灌木在淹水脅迫下的可溶性蛋白含量都下降，可能是淹水脅迫抑制了蛋白質的合成并誘導蛋白質的降解，使植物體內蛋白質含量下降；其中斑葉鵝掌藤和鐘花蒲桃顯著下降(P<0.05)，顯示其對淹水脅迫較敏感。干旱脅迫下斑葉鵝掌藤和黃蟬的可溶性蛋白含量升幅較大，說明其在干旱脅迫下可產生可溶性蛋白增強適應性。旱澇交替脅迫下黃蟬可溶性蛋白含量顯著升高(P<0.05)，梔子則顯著下降(P<0.05)，說明在經歷淹水—干旱—復水后，黃蟬還是可以產生大量可溶性蛋白保護自身抵御水分脅迫，而梔子可能對旱澇交替環境的適應能力較差。


4.結論


5種花灌木的抗旱性從強到弱依次為斑葉鵝掌藤、狗牙花、黃蟬、梔子、鐘花蒲桃；5種花灌木的耐澇性從強到弱依次為梔子、鐘花蒲桃、黃蟬、斑葉鵝掌藤、狗牙花；對旱澇交替脅迫的適應性從強到弱依次為黃蟬、鐘花蒲桃、斑葉鵝掌藤、狗牙花、梔子。綜合5種花灌木在旱澇脅迫下生理響應和形態變化，表明黃蟬既耐澇又耐旱，可配置于雨水花園和濱水河岸帶等環境；斑葉鵝掌藤和狗牙花耐旱而不耐澇，是建設屋頂花園、節水型綠地的優良植物材料；梔子和鐘花蒲桃耐澇而不耐旱，可配置于濱水綠帶、淡水濕地或土壤較為濕潤的環境等。