杜鹃花对各种非生物逆境胁迫的抗性研究进展

耿兴敏，胡才民，杨秋玉，全大治

(1.南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037； 2.江苏省中国科学院南京中山植物园，江苏 南京 210014)

杜鹃花是杜鹃花科杜鹃属植物(RhododendronL.)的总称，具有较高的观赏价值，是我国传统十大名花之一，被誉为“花中西施”。全世界杜鹃属植物约有1 000种，我国有近570种，占半数以上，资源非常丰富[1]。杜鹃不仅有很高的观赏价值，还具有很高的药用、食用价值[2]。

近年来，杜鹃花在园林绿化、室内陈设等方面的广泛应用，大大促进了国内杜鹃花产业的发展，各地纷纷展开野生杜鹃引种驯化工作。但由于野生杜鹃主要分布在高海拔地区，喜酸性的疏松土壤，不耐盐碱[3]。引种地与原产地在气温、湿度、土壤性状等自然条件方面存在诸多差异，引种地夏季的高温、干旱及土壤的盐渍等各种逆境并存，严重影响了杜鹃花在我国城市中的推广应用。

1 杜鹃抗性机理研究

1.1 杜鹃耐热性研究

杜鹃属植物不同亚属间、组间，甚至同一组的亚组、系之间的不同杜鹃品种的耐热性都不同[4-5]。同一个种因种子来源、产地等的不同，耐热性也有差异。原产于高纬度地区的杜鹃耐热性不一定好，如：常绿杜鹃亚属的台湾杜鹃(R.formosanum)耐热性比较好，但来源于台湾较高纬度地区的另两个种：森氏杜鹃(R.morii)和玉山杜鹃(R.pseudochrysanthum)耐热性比较差。Ca2+处理能在一定程度上提高高山杜鹃的耐热性[6]。

杜鹃受到高温胁迫的氧化伤害可能与 抗坏血酸(AsA)含量显著下降和过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)含量大幅增加有关，其植物体能诱导增加抗氧化保护酶活性、提高脯氨酸含量以提高其抗氧化能力，从而减轻高温引发的活性氧毒害[7]。王凯红等(2011)也认为H2O2、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及 MDA等与杜鹃耐热性密切相关，可以用于杜鹃耐热性的鉴定[8]。容丽等(2009)对13种杜鹃属植物的叶片解剖特征及其生态适应性的研究认为气孔密度、气孔长宽比等性状因其差异小可作为评价杜鹃耐热性的叶片解剖结构鉴定指标[9]。但张春英(2006)在对4种常绿杜鹃花叶片耐热性的指标研究中发现叶片气孔总面积、细胞膜相对透性、游离脯氨酸含量与植物耐热性存在相关性；气孔密度、超氧化物歧化酶活性与植物耐热性无相关性[10]。

高温胁迫会引起西洋杜鹃光合作用被抑制，净光合速率(Pn)都下降，气孔导度随着处理时间的延长均显著下降，胞间CO2浓度随着处理时间的延长均显著升高，蒸腾速率随着处理时间的延长则表现出先升高后下降的趋势，非气孔因素是导致西洋杜鹃光合作用下降的主要因素[11]。这与Ranney(1995)等对高温胁迫对杜鹃光合作用影响的研究结果相同[12]。

1.2 杜鹃抗寒性研究

杜鹃属植物种类繁多，杜鹃的抗寒性是与自然分布区中冬温的严酷度相关，抗寒种类起源于高寒地区，敏感种类起源于温暖地区[13]。美国东北部的酒红杜鹃(R.catawbiense)能耐-32 ℃的低温，是抗寒育种的重要种质资源[3]，也有些报道表明部分品种能够耐-40℃的低温[14]。Vainola等发现二倍体杜鹃品种比四倍体品种更加耐寒[14]。耐寒的杜鹃品种在叶片结构上存在一些共同的形态特征，如杜鹃叶为典型的异面叶，气孔器仅分布于下表皮，上表皮均无气孔器；下表皮均由 1 层细胞组成，排列紧密；栅栏组织由 1～3 层长柱状细胞组成，排列紧密；海绵组织细胞较短，排列较疏松；均有表皮附属物等[15]。

随着冬季气温的降低，杜鹃抗寒性增强，并且在低温适应过程中，杜鹃可以通过提高体内膜保护系统的活性来清除活性氧，降低MDA在体内积累，防止膜脂过氧化作用，维持膜结构的完整性和稳定性[16]。这期间叶片相对含水量、自由水和淀粉含量下降，束缚水、可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量增加[17-18]。

磷脂酰甘油的脂肪酸组成比总磷脂脂肪酸组成与杜鹃抗寒性之间存在着更密切的相关性。抗寒杜鹃品种自身或在耐寒适应过程中会积累较多的不饱和脂肪酸，较高的不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比值有利于杜鹃的抗寒[19]。植物的膜脂脂肪酸不饱和度和磷脂酰甘油的饱和脂肪酸水平可作为抗寒性鉴别的较为可靠的生理指标。低温半致死温度可以准确且直观地反应杜鹃的耐寒性[16，18]。杜鹃叶片的黄酮含量与杜鹃低温胁迫受寒程度成反比，含较高黄酮含量的杜鹃品种抗寒性强，因此黄酮含量也被暗示可以作为杜鹃抗寒性的一个鉴定指标[20]。

Marian等人在21种杜鹃的耐寒性研究中发现了11种脱水蛋白的存在，大部分杜鹃冬季叶片脱水蛋白含量明显高于夏季叶片，并且发现25 kDa脱水素存在于几乎所有的杜鹃花中，除了一种热带的杜鹃(R.brookeanum)以外，该脱水蛋白与杜鹃叶片耐寒性显著相关[21]。Lim 等发现杜鹃叶片抗寒能力随着叶龄和发育时间的增长而正相关，且伴随着25 kDa脱水素的含量增加。25 kDa脱水素可以作为一种遗传标记来区分抗寒和不抗寒杜鹃品种[22]。短日照处理能够引起抗寒性增加并同时诱导25 kDa脱水素和合成，且短日照和低温诱导同时处理会使叶片的抗寒性和25 kDa脱水素含量达到最大[23]。Peng等人发现来自酒红杜鹃的RcDhn5基因(编码酸性SK2型脱水蛋白)在拟南芥转基因植物中的过量表达提高了拟南芥的抗寒性，这进一步说明了RcDhn5基因表达有利于植物抗寒性的提高[24]。

Hui Wei等人以冬季采收的经过低温锻炼的杜鹃叶片(CA)和夏季采收的未经过低温锻炼的杜鹃叶片(NA)为实验材料，两者耐寒性存在显著差异。通过表达序列标签(EST)分子标记，发现CA和NA的叶片基因表达存在显著不同，暗示杜鹃叶片的低温适应与其渗透调节机理、脱水耐性、光抑制能力和光合作用调节能力等密切相关[25]。

1.3 杜鹃耐旱性研究

不同杜鹃品种耐旱性存在显著差异，张长芹等比较了云锦杜鹃、马缨花、露珠杜鹃、大白花杜鹃等6种野生杜鹃的耐旱性，发现云锦杜鹃和马缨花较耐旱，这或许与其较发达的须根系有关[26]。但也有其它研究表明云锦杜鹃耐旱性较差[27-28]，这可以推测露珠杜鹃等的耐旱性更差。李波等认为盆栽西洋杜鹃和毛鹃对干旱胁迫有较好的适应性，并且西洋杜鹃比毛鹃能更好地适应干旱环境[29]。

轻度水分胁迫会引起杜鹃叶片净光合速率的降低，同时伴随着气孔导度和胞间CO2浓度的下降，表明叶片净光合速率的降低主要是受气孔限制因素的作用所致[27]。轻度干旱胁迫下，一般水分利用效率(WUE)没有显著变化[27-28]，细胞膜没有出现破坏[29]，而叶片中色素含量呈上升趋势[30]，这或许是水分抑制与叶片浓缩综合作用的结果。干旱胁迫严重时，WUE值显著下降，叶片MDA含量和相对电导率显著增加，细胞膜结构受损严重[27-28]。伴随着气孔导度的继续下降和胞间CO2浓度的上升，净光合速率显著下降，因此严重干旱胁迫所引起的净光合速率的下降是由非气孔限制因素引起的[27]。光合效率的下降是由于光合反应中心遭到破坏，电子传递效率下降，光抑制加剧[28，30]，也或许与叶绿素合成减少与降解加速有关[30]。黄承玲等(2011)研究表明MDA和保护酶活性与高山杜鹃抗旱性密切相关，可以作为杜鹃耐旱性的评价指标[31]。

1.4 杜鹃盐碱抗性研究

杜鹃花适合在pH值4.0～6.0的土壤中生长，多数种的最适pH值在4.5～5.5之间[32]。如兴安杜鹃和迎红杜鹃2年生实生苗在pH5.5的基质中生长状态最佳[33]。鹿角杜鹃，马银花，映山红等杜鹃种子萌发的适宜pH值范围在5～6.5之间[34]。因此，杜鹃花属植物被认为是典型的酸性土壤指示植物，喜酸怕碱的栽培要求是限制杜鹃花在中性或碱性土质中应用的一个重要因子。但也有一些杜鹃品种有一定的耐碱性, 如云锦杜鹃[35]等。Preil和Ebbinghaus对7个开放授粉原种和11组杂交系列的杜鹃实生苗进行耐碱筛选，也筛选出部分耐碱种质[36]。

通常认为杜鹃对盐胁迫比较敏感。但Giel等人研究了高浓度钙盐及pH对杜鹃花的影响，结果表明较高pH限制了杜鹃花酸性磷酸酶的活性，导致非限制脱氢酶(DHA)含量的升高，与高浓度钙盐作用相比，pH对杜鹃花生长的影响更为密切[37]。吴月燕等研究发现皋月杜鹃(R.indicum)幼苗能耐一定的低盐，但随着盐胁迫的加重，植株生长受阻甚至死亡。随着盐胁迫程度的增加，CAT、POD等抗氧化酶出现先升高后降低的趋势，可溶性蛋白质和叶绿素含量显著下降，MDA含量显著提高，细胞膜结构受损加重，叶绿体结构和功能被破坏[38]。

2 其它非生物胁迫及逆境交叉适应性研究

仪民等研究发现高浓度SO2对杜鹃植株具有氧化胁迫效应，但杜鹃细胞能通过增强其抗氧化酶基因表达来提高自身清除自由基的能力，增强植株对环境SO2的适应性[39]。赵财等研究发现高铁胁迫对杜鹃幼叶的不良影响要大于对老叶的不良影响[40]。且当杜鹃生长于碱性土壤中，因铁元素满足不了其生理需求，会导致叶片失绿枯弱，不利于营养物质的积累[33，35]。

植物具有逆境交叉适应的能力，即某种非致死逆境条件，不仅可以增强植物对这种逆境的适应能力，而且可以同时增强对其它逆境的适应性[41-42]。有研究表明紫外线辐射处理可以提高杜鹃耐寒性[43-44]，适当的水分胁迫预处理也可以提高杜鹃的耐寒性[45-46]。但柯世省和杨敏文研究表明水分胁迫减弱了云锦杜鹃对高温的抵抗能力，随着水分胁迫的加重光合最适温度也有所下降，同时高温也会加剧水分胁迫的影响[28]。这或许与水分(或高温)胁迫程度有关，适当的胁迫预处理可以增强植物对其它逆境的适应性，但当前一种胁迫过于严重时，也会降低植物对另一种胁迫的适应性。

3 研究展望及存在问题分析

杜鹃在引种驯化过程中，往往同时受到高温、强光、土壤盐碱等各种胁迫，冬季低温也会影响其正常的生长发育。但有关杜鹃逆境交叉适应的研究报道还鲜见报道，因此有关杜鹃逆境交叉适应的胁迫预处理条件及逆境交叉适应性机理还有待于进一步研究。

杜鹃属植物种类繁多，对各种胁迫的抗性存在显著差异，综上结果可以说明同一指标与植物抗性的相关性因杜鹃种的不同而有所差异，有的指标对于某几种杜鹃来说，与某种有相关性，但是对其他的杜鹃品种却未必能得到一致的结果。故单一指标难以准确而真实地反应杜鹃属植物抗性的强弱，应采用多种指标的综合评价。杜鹃花属植物的种类极其丰富，其抗性研究工作任重而道远，还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 孔海燕.中国花协杜鹃花分会成立20周年 推动杜鹃花应用 摸清杜鹃种质资源[J].中国花卉园艺半月刊，2006，11：28.

[2] 陈刚，金慧子，李雪峰，等.杜鹃花属植物的化学成分及药理研究进展[J].药学实践杂志，2008，26(4)：255-257.

[3] 余树勋.杜鹃花[M].北京：金盾出版社，1992.

[4] Arisumi K I, Eisuke M, Yusuke S, et al. Breeding for the heat resistant Rhododendrons Ⅱ: Differences of heat resistance among species and hybrids[J]. Mem Fac Agr Kagoshima Univ,1983,19:65-71.

[5] Arisumi K I, Eisuke M, Yusuke S, et al. Breeding for the heat resistant Rhododendrons Ⅳ: The reliability of early selection of seedlings on to the heat resistance[J]. Mem Fac Agr Kagoshima Univ,1989,25:75-82.

[6] 赵冰,付玉梅,丁惠惠，等.Ca2+处理对秦岭高山杜鹃耐热性的影响[J].西北林学院报,2010,25(6):29-32.

[7] 周广,孙宝腾,张乐华，等.井冈山杜鹃叶片抗氧化系统对高温胁迫的响应[J].西北植物学报,2010,30(6):1149-1156.

[8] 容丽,陈训,汪小春.百里杜鹃杜鹃属13种植物叶片解剖结构的生态适应性[J].安徽农业科学,2009,37(3):1084-1088.

[9] 王凯红，凌家慧，张乐华，等.两种常绿杜鹃亚属幼苗耐热性的主成分及隶属函数分析[J].热带亚热带植物学报,2011,19(5):412-418.

[10] 张春英,戴思兰.常绿杜鹃花叶片耐热性指标研究[C]∥2006年中国园艺学会观赏园艺专业委员会年会，2006：409-412.

[11] 郑宇,何天友,陈凌艳，等.高温胁迫对西洋杜鹃光合作用和叶绿素荧光动力学参数的影响[J].福建农林大学学报：自然科学版，2012,41(6):608-615.

[12] Ranney T G, Blazich F A, Warren S L. Heat tolerance of selected species and populations of Rhododendron[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science,1995,120(3):423-428.

[13] 朱红，邱新军.杜鹃属的抗寒性[J].江西农业大学学报，1992,14(2)：150-155.

[14] Anu V. Genetic and physiological aspects of cold hardiness in Rhododendron[M]. Helsinki: Gummerus Kirjapaino Oy,2000.

[15] 刘旭颖，沈向群，张艳红.耐寒杜鹃叶片结构研究[J].湖北农业科学，2010，49(8):1903-1905.

[16] 鲍思伟.云锦杜鹃低温半致死温度对自然降温的适应[J].西南民族大学学报：自然科学版，2005,31(1)：99-102.

[17] 鲍思伟.自然降温过程中云锦杜鹃抗寒适应性研究——水分、渗透调节物的动态变化与低温半致死温度的关系[J].福建林业科技,2005,32(2)：13-16.

[18] 张艳红,沈向群.辽宁园林杜鹃花抗寒能力研究[J].江苏农业科学，2009(3)：220-222.

[19] 沈曼.不同抗寒性的杜鹃品种叶片磷脂和脂肪酸组成差异性比较分析[J].南京林业大学学报，1997，21(2)：66-69.

[20] Swiderski A, Muras P, Koloczek H. Flavonoid composition in frost-resistant Rhododendron cultivars grown in Poland[J]. Scientia horticulturae,2004,100(1):139-151.

[21] Marian C O, Krebs S L, Arora R. Dehydrin variability among rhododendron species: a 25-kDa dehydrin is conserved and associated with cold acclimation across diverse species[J]. New phytologist.2003,161(3):773-780.

[22] Lim C C, Krebs S L, Arora R A. 25-kDa dehydrin associated with genotype and age-dependent leaf freezing-tolerance in Rhododendron:a genetic marker for cold hardiness[J]. Theor Appl Genet,1999,99:912-920.

[23] Marian C O, Eris A, Krebs S L, et al. Environmental Regulation of a 25 kDa Dehydrin in Relation to Rhododendron Cold Acclimation[J]. Amer Soc Hort Sci, 2004,129(3):354-359.

[24] Peng Y h, Reyes J L, Wei H, et al. RcDhn5, a cold acclimation-responsive dehydrin from Rhododendron catawbiense rescues enzyme activity from dehydration effects in vitro and enhances freezing tolerance in RcDhn5-overexpressing Arabidopsis plants[J]. Physiologia Plantarum,2008,134:583-597.

[25] Wei H, Dhanaraj A L, Rowland L J, et al. Comparative analysis of expressed sequence tags from cold-acclimated and non-acclimated leaves of Rhododendron catawbiense Michx[J].Planta,2005,221:406-416.

[26] 张长芹,罗吉凤,苏玉芬.六种杜鹃花的耐旱适应性研究[J].广西植物,2002,22(2):174-176.

[27] 柯世省,杨敏文.水分胁迫对云锦杜鹃光合生理和光温响应的影响[J].园艺学报,2007,34(4)：959-964.

[28] 柯世省，杨敏文.水分胁迫对云锦杜鹃光合特性日变化的影响[J].福建林业科技,2007,34(3):10-13,22.

[29] 李波，吴月燕，崔鹏.水分胁迫对2种基因型杜鹃生理生化特性的影响[J].浙江农业学报，2011,23(5)：988-994.

[30] 何丽斯，苏家乐，刘晓青，等.模拟干旱胁迫对高山杜鹃光合生理特性的影响[J].苏州科技学院学报：自然科学版，2011,28(4)：62-66.

[31] 黄承玲，陈训，高贵龙.三种高山杜鹃对持续干旱的生理响应及抗旱性评价[J].林业科技,2011,47(6):48-55.

[32] 王玉华，王丽云.碱性水土地区盆栽杜鹃花缺铁黄化防治的研究[J].北京林业大学学报，1997,19(2):63-68.

[33] 徐娟，曹玉峰，田艳丽，等.不同pH值对对兴安杜鹃及迎红杜鹃生理特性的影响[J].林业科技，2009，34(5):58-59.

[34] 岳媛，耿兴敏.贮藏温度及不同pH值、栽培基质等对杜鹃种子发芽的影响[J].种子，2013，32(4):37-39.

[35] 郁书君，陈锡明，李贞植.云锦杜鹃的耐碱反应[J].园艺学报，2008,35(5):715-720.

[36] Preil W, Ebbinghaus R. Breeding of lime tolerant Rhododendron rootstocks[J]. Acta Horticulturae,1994,364:61-70.

[37] Giel P, Bojarczuk K. Effects of high concentrations of calcium salts in the substrate and its pH on the growth of selected Rhododendron[J]. Acta Societatis Botanicorum Poliniae，2011,80(2):105-114.

[38] 吴月燕，李波，张燕忠，等.盐胁迫对杜鹃生理生化与叶绿体亚显微结构的影响[J].浙江大学学报,2011,37(6):642-648.

[39] 仪民，仪慧兰，王变珍，等.杜鹃对SO2胁迫的抗氧化防护效应[J].西北植物学报，2008，28(6):1155-1159.

[40] 赵财,陈训,杨松，等.高铁胁迫对大白杜鹃生理效应的影响[J].贵州农业科学，2010,38(6):69-71.

[41] Sabehat A, Weiss D, Lurie S. Heat-shock proteins and cross-tolerance in plants[J]. Physiol Planta,1998,103:437-441.

[42] Bowler C, Fluhr R. The role of calcium and activated oxygens as signals for cross-adaptation[J]. Trends Plant Sci,2000,5:241-246.

[43] Dunning C A, Chalker-Scott L, Scott J D. Exposure to ultraviolet-B radiation increases cold hardiness in Rhododendron[J].Physiol Plant,1994,92:516-520.

[44] Chalker-Scott L, Scott J D. Elevated Ultraviolet-B radiation induces cross-protection to cold in leaves of rhododendron under field conditions[J]. Photochemistry and photobiology,2004,79(2):199-204.

[45] Anisko T, Lindstrom O M. Cold hardiness of evergreen azaleas is increased by water stress imposed at three dates[J]. Amer Soc Hort Sci,1996,121(2):296-300.

[46] Anisko T, Lindstrom O M. Cold hardiness and water relations parameters in Rhododendron cv. Catawbiense Boursault subjected to drought episdes[J]. Physiologia Plantarum,1996,98(1):147-155.