高温胁迫对鹿角杜鹃的生理及生长影响

杨 华,宋绪忠,王秀云

(浙江省林业科学研究院, 浙江 杭州 310023)

杜鹃花是指杜鹃花科(Ericaceae)杜鹃属(Rhododendron)中的所有种类，是中国重要的花卉之一，有上千年的栽培历史，深受人们的喜爱。全世界的杜鹃花约有960种，广泛分布于世界各地，但许多种类因长期适应当地凉爽湿润的生长环境，对于夏季超过35 ℃高温的地区难以进行引种，如露珠杜鹃(R.irroratumFranch.)、秦岭高山杜鹃[R.lapponicum(L.) Wahl.][1]、井冈山杜鹃(R.jinggangshanicumTam)[2]。另外一些种类对温度适应范围广，却因缺少相关的引种试验，对其适应性了解甚少，极少被人们使用。目前进行耐高温分析的杜鹃花种类有西洋杜鹃(R.hybridumKer Gawl.)[3]、马银花(R.ovatumFranch.)[4]、毛棉杜鹃(R．moulmainenseHook. f.)、红棕杜鹃(R．rubiginosumFranch.)[5]等，为了使更多的野生杜鹃花种类得到广泛有效的利用，开展一系列杜鹃花耐高温研究势在必行。

鹿角杜鹃(R.latoucheaeFranch.)又名麂角杜鹃[6]，属常绿灌木，产于我国浙江、江西、福建、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州等9省(区)，分布于海拔500～2 000 m的山坡灌丛林[7-8]，其花冠大，色淡雅，量多，花朵具有淡淡香味。关于鹿角杜鹃的研究，主要在群落结构调查、生态作用、繁育等方面[9-12]，因其分布在海拔较高的山区林分下层，一般认为其耐高温能力不高。通过查询各城市历年天气可知，我国东南及中南部的多数城市到了夏季，最高气温可达35 ℃以上，太阳直接照射下更是达到40 ℃以上，这对许多绿化植物来说是一种严峻考验。然而本课题组在城市中引种鹿角杜鹃多年，从观察记录来看，其适应城市高温环境的能力较强。因此，本研究通过人工模拟4个温度梯度，利用人工气候箱，观察鹿角杜鹃叶片生理指标变化情况及生长情况，分析其适应高温环境的能力，为其推广应用于城市绿化、庭院、公园及盆栽提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用苗为6年生，平均株高48 cm，将其室外栽培于基质为黄土∶泥炭∶珍珠岩(2∶1∶1)的塑料容器(25 cm×35 cm)中，下午无直射光照。于8月下旬，将试验苗放入不同温度梯度的人工气候箱内(26X-1500B，宁波海曙赛福实验仪器厂，中国)，进行耐高温胁迫试验，光照强度为2 200～3 000 lx。

1.2 试验方法

试验设对照[昼14 h/夜10 h (25 ℃/21 ℃)，CK]、轻度胁迫(32 ℃/25 ℃)、 中度胁迫(38 ℃/28 ℃)和 重度胁迫(42 ℃/31 ℃)4个处理，每个处理9株，共处理14 d。处理第1 、5、10天早上采集叶片进行相对电导率、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性等指标分析，选取顶端向下第3～6片成熟叶片用于试验，重复3次，第10天时避开已变褐色的叶片。处理的第7、14天早上在实验室内固定条件进行光合特性测定。每天观察植物生长情况，保证土壤湿度，见盆土表面干燥时适时浇水，一般每次为500～1 000 mL。

1.3 指标测定方法

相对电导率、MDA含量的测定方法参照文献[13]；SOD活性的测定方法参照文献[14]。使用仪器有紫外可见分光光度计(UV759S，上海精密科学仪器有限公司，中国)、高速台式冷冻离心机(CT15RT，上海精密科学仪器有限公司，中国)、实验室电导率仪[FE30，梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司，中国]。测定相同叶位的功能叶片的净光合速率(photosynthetic rate，Pn)、气孔导度(stomatal conductance，Gs)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr)、胞间CO2浓度(inter-cellular CO2concentration，Ci)、大气CO2浓度(atmospheric CO2concentration，Ca)。测定时叶室面积为6 cm2，样品室流速为500 μmol·s-1，光照强度固定为500 μmol·m-2·s-1。使用便携式光合作用测定系统(LI-6400，美国LI-COR公司，美国)进行测定。水分利用效率(water use efficiency，WUE)计算公式：Ewu=Pn/Tr；气孔限制值(stomata limitation，Ls)计算公式：Ls=(Ca-Ci)/Ca

1.4 数据处理

统计分析使用Excel 2010、SPSS 11.5等软件，所有数据取平均值进行绘图，多重比较采用最小显著差异法(least significant difference，LSD)进行。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对鹿角杜鹃的生理影响

由图1(a)可见，随着胁迫温度的升高，相对电导率出现先下降后上升的趋势，但处理1 d时各胁迫处理变化不明显。在同一胁迫下，随着处理时间的延长，相对电导率逐渐升高，处理10 d时，重度胁迫下，相对电导率明显增加，达到96.8%。由图1(b)可见，随着处理时间的延长，在CK、轻度胁迫下,SOD活性呈上升趋势；在中度胁迫下，SOD活性呈先下降后上升的趋势；在重度胁下，SOD活性变化不大。在相同处理时间，SOD活性随着胁迫温度的升高呈先上升后下降的趋势，处理10 d时，轻度胁迫下，SOD活性最高，达到438.9 U·g-1。由图1(c)可见，MDA含量随着处理时间的延长，在CK、轻度胁迫、中度胁迫下，呈先增加后减少的趋势；在重度胁迫下，MDA含量呈先减少后增加的趋势。处理5 d时，MDA含量随着胁迫温度的升高而减少；而处理10 d时，MDA含量随着胁迫温度的升高而增加。

注：不同大小写字母表示同一处理时间，不同胁迫处理间差异分别达极显著(P<0.01)和显著水平(P<0.05)。Note: different upper and lower case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) or significant differences (P<0.05) between different temperatures at the same time.

图1 高温胁迫下鹿角杜鹃的生理指标
Figure1PhysiologicalindexesofR.latoucheaeaftertemperaturetreatment

2.2 高温胁迫对光合参数的影响

从图2(a)可以看出：随着处理时间的延长及胁迫温度的升高，Pn基本表现为逐渐下降的趋势，处理14 d时，重度胁迫下，Pn几乎为零，失去了光合作用能力，与植株生长表现一致。方差分析显示，处理7 d时，不同胁迫处理间Pn无显著差异；处理14 d时，不同胁迫处理间Pn呈极显著差异。从图2(b)、(c)可以看出，处理7 d时，在中、重度胁迫下，Tr、Gs明显比其它两个处理高，Tr分别是轻度胁迫的2.7和3.3倍，Gs分别是轻度胁迫的2.6和3.5倍；处理14 d时，中、重度胁迫下，Tr却较处理7 d时分别下降41%和77%，Gs分别下降48%和84%。方差分析显示，处理7 、14 d时，各胁迫处理间Tr、Gs呈极显著差异。从图2(d)可以看出，在CK和重度胁迫下，Ci随着处理时间的延长而升高，另外两个胁迫处理则相反。处理14 d时，重度胁迫下，叶片中CO2明显积累，达到369.5 μmol·mol-1，只低于室外CO2浓度的4.5%。方差分析显示，处理7 d时，各胁迫处理间呈显著差异，处理14 d时，各胁迫处理间呈极显著差异。

注：不同大小写字母表示同一处理时间，不同胁迫处理间差异分别达极显著(P<0.01)和显著水平(P<0.05)。Note: different upper and lower case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) or significant differences (P<0.05) between different temperatures at the same time.

图2 高温胁迫下鹿角杜鹃的光合参数
Figure2PhotosyntheticparametersofR.latoucheaeFranch.aftertemperaturetreatment

2.3 高温胁迫对水分利用效率及气孔限制值的影响

从图3(a)可以看出：随着胁迫温度的升高，处理7 、14 d时，WUE不断下降，且中、重度胁迫下WUE值较小，重度胁迫处理14 d时，WUE几乎为零，与Pn表现一致。从图3(b)的Ls变化情况来看，处理7 d时，中、重度胁迫下，Ls降低明显，分别是轻度胁迫的60%和48%；处理14 d时，重度胁迫下，Ls值最小，为0.045。中度胁迫下，Ls随处理时间的延长有所增加，而Pn降低，说明光合作用是气孔限制；而在重度胁迫下，Ls和Pn都随处理时间的延长而降低，说明光合作用是非气孔限制。

注：不同大写字母表示同一处理时间，不同胁迫处理间差异达极显著水平(P<0.01)。Note: different upper case letters indicate extremely significant differences (P<0.01) between different temperatures at the same time.

图3 高温胁迫下鹿角杜鹃的水分利用效率及气孔限制值
Figure3WUEandLsofR.latoucheaeaftertemperaturetreatment

2.4 高温胁迫对植株生长的影响

通过对植株进行不同高温胁迫处理试验，观察鹿角杜鹃植株生长情况。重度胁迫下，处理5 d 时，有两株鹿角杜鹃植株老叶开始出现褐色，表现出受伤害的症状；处理7 d时，有6株出现老叶叶片掉落的现象；处理8 d时，有6株当年生叶开始出现褐色；处理12 d时，有6株当年生叶也开始掉落；处理14 d，有6株90%的叶片掉落；处理14 d后，放在自然环境下9株全都死亡。其它高温胁迫处理的鹿角杜鹃叶片则无明显变化。

3 讨论与结论

在CK、轻度胁迫下，随处理时间的延长，鹿角杜鹃的SOD逐渐升高，膜脂过氧化产物相对减少，MDA积累后下降，Pn和Tr略有升高，WUE和Ls略有下降，植株生长正常。在中度胁迫下，随着处理时间的延长，鹿角杜鹃则表现出不同的变化：处理1 d，SOD就处于高活性状态，MDA积累变化并不明显，说明此时SOD保持较强的清除活性氧的能力，以调节植物生理生化状态适应高温环境，而王凯红等[15]对另外5种杜鹃幼苗研究时，在38 ℃时SOD活性下降，植株已受到损伤。中度胁迫下鹿角杜鹃的Pn和Tr略有下降，而WUE和Ls略有升高，以维持正常的生理功能。此时光合作用是气孔限制的，一定的高温胁迫使其光合能力有所下降，但最终植株生长也表现正常，这与黄溦溦等[16]研究希蒙得木[SimmondsiaChinensis(Link.) Schneider]时结果相同。重度胁迫下，鹿角杜鹃无法长时间正常生长，从处理的第5天开始，老叶变褐、干枯，表现出生长的不适应，此时，MDA含量减少，相对电导率略为上升，膜结构破坏情况并不明显；第7天时，老叶脱落，WUE明显低于其它3个处理，Tr和Gs高于其它3个处理，之后植株的生长情况越来越差，与植株的生理状况变差相关联；第10天，相对电导率出现了一个明显高峰，MDA含量也明显增加，说明此时叶片细胞膜受到明显伤害[17-22]，郑宇等[3]在研究西洋杜鹃时也得到相同结果；第14天时，叶片基本全部掉落，Tr、Gs和Ls降至最低，Pn和WUE几乎下降为零，植株慢慢死亡。Ci随着时间延长而上升，而Ls和Pn都随时间延长而降低，说明光合作用是非气孔限制，高温是引起变化的原因，这与郑宇等[23]对西洋杜鹃的研究相同。在整个处理过程，SOD的活性变化不明显，SOD活力水平的高低可以反映植物对某种逆境抵抗能力的大小[24-25]，有可能鹿角杜鹃的SOD在42℃高温环境下已无法进行自我调节来抵抗这种重度高温的胁迫。

研究显示，在连续中度胁迫的高温环境地区，鹿角杜鹃可以正常生长，与同亚属的马银花的耐高温能力相比，可耐高温时间相对更短[4]，但与高山杜鹃[26]、桃叶杜鹃(R.annaeFranch.)[27]相比，它们也是MDA含量随温度升高及时间延长而显著增加，虽然SOD活性也增加了，但是在38 ℃高温时对生长不利，鹿角杜鹃耐高温能力相对更强，适合应用于我国东南及中南部省份城市绿化。5 d以内的短暂的42 ℃高温下鹿角杜鹃也是可以适应的，采取遮阴、喷灌等常规措施有利于保持其健康生长。