干旱胁迫对虎舌红生理特性的影响

刘晓慧 陈菊艳 龙海燕 邓伦秀

摘    要：研究干旱胁迫下虎舌红幼苗的生物量及其分布格局、抗氧化特性的变化，以揭示其抗旱机理。以两年生虎舌红实生苗为试验材料，通过盆栽试验，设置对照（CK）、轻度干旱胁迫（LD）、中度干旱胁迫（MD）和重度干旱胁迫（SD）4个处理水平，分析幼苗生物量、根冠比、叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量以及抗氧化酶（SOD）活性的差异性。结果表明：与CK相比，随着干旱胁迫的增强虎舌红地茎、叶片数、根长和侧根数呈先上升后下降趋势，苗高逐渐减小，根冠比先上升后降低;叶绿素含量变化不显著;SOD活性呈升高-降低-升高的趋势;MDA含量呈先上升后下降趋势;Pro含量均升高。综合而言，虎舌红有一定的抗旱性，轻度干旱胁迫有利于虎舌红的生长，重度干旱胁迫对虎舌红生长有一定程度的抑制作用。

关键词：虎舌红;干旱胁迫;生物量;生理指标

中图分类号：S859.84         文献标识码：A          DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.01.001

Effects of Drought Stress on Physiological Characteristics of Ardisia mamillata Hance

LIU Xiaohui， CHEN Juyan， LONG Haiyan， DENG Lunxiu

（Guizhou Academy of Forestry， Guiyang，  Guizhou 550005， China）

Abstract： To analyze the biomass accumulation and distribution pattern of Ardisia mamillata Hance， the antioxidant characteristics of the leaves and roots under drought stress for revealing the drought resistance mechanism and to provide some theoretical basis. Taking the tow-years old seedlings of Ardisia mamillata Hance as the experiment material and using pot experiment， four treatment groups were set including the control， light drought stress， moderate drought stress and severe drought stress，the difference in biomass， rootshootratio， malondialdehyde（MDA） content， prolinecontent and antioxidant enzyme activities was analyzed. The results showed that with the increase of drought stress， the seeding ground diameter，leaf number， root length， lateral root branching were increased first and then decreased. The length of above-ground part was decreased， the root-shoot ratio increased first and then decreased. The chlorophyll content did not change significantly， the SOD activity showed an increase-decrease-increase trend， the content of MDA was increased first， and then decrease， the proline increased gradually. The results suggested Ardisia mamillata Hance had a certain drought tolerance potential， light drought stress was beneficial for it to grow， while severe drought stress inhibited the growth significantly.

Key words： Ardisia mamillata Hance; drought stress; biomass; physiological index

虎舌紅（Ardisia mamillata Hance）又名红毛毡、毛凉伞，为紫金牛科紫金牛属多年生常绿小灌木，原产我国南部，1987年庐山植物园考察团在庚岭山脉考察野生花卉资源时，在江西大余县境内的深山老林中发现并进行了引种栽培[1]。虎舌红全株紫红色，叶倒卵形，叶缘有细锯齿，正背两面疏生腺点，密被紫红色厚长绒毛，形似老虎舌头[2]。虎舌红花期6—8月，果实成熟后呈鲜红色，周年挂果，果叶相映呈现出喜庆祥和的观赏效果。在1999年昆明世界园艺博览会上，江西参展的虎舌红荣获国际室内观叶植物大奖第1名，2001年第五届中国花卉博览会（广东顺德）上虎舌红再获大奖[3]并一举跻身于世界级花卉新秀的宝座，2019年北京世界园艺博览会上，贵州省林业科学研究院参展的虎舌红自然杂交品种“万紫千红”荣获室内观叶植物金奖。虎舌红不仅有良好的观赏价值还有很高的药用价值：其成份龙脑内服有开窍醒神、外用清热止痛、防腐止痒的功效;石竹烯类具有一定的平喘作用;没药醇可消炎、灭菌、愈合溃疡、溶解胆石、护肤等;金合欢醇是一种天然保幼激素，对昆虫起着保幼及成虫期促腺作用[4]。

干旱是制约植物生长主要因素，对植物造成的损失超过其他非生物因素。干旱胁迫通过关闭气孔、损伤细胞膜、降低细胞内光合酶活性、以及调节植物内源激素、小分子渗透调节物质等多种方式降低植物光合能力，影响植物生理生长[5]。虎舌红喜水喜阴，但浇水过多易形成根腐病[6]，适合虎舌红生长的土壤持水量是多少目前并没有明确数据支持，国内外对虎舌红的研究主要集中在生物形态特征观察[7- 8]、有效成份[9-10]，栽培技术[11]等方面，干旱胁迫对虎舌红生长的研究未见报道。本试验以虎舌红两年生实生苗为试验材料，通过4个水分梯度，研究干旱胁迫对虎舌红生长的影响，以期为虎舌红的生产及研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料与试验地点

试验于2019年6月在贵州省林业科学研究院中试基地温室内进行，选取长势良好，无病虫害，叶色、大小规格一致的虎舌红两年生实生苗，6月1日称质量虎舌红苗，将整体质量控制一致，并进行炼苗，6月15日进行预试验，按照试验方法进行水分预控制，于7月1日进行严格控水处理，7月31日进行各项指标的测定，基质为蛭石∶泥炭（1∶3，V∶V）。

1.2 试验设计

试验采取随机区组试验，设置4个水分处理梯度，每个处理3个重复，每个重复5盆，其中土壤含水量分别为田间持水量的100%±5%（对照，CK）、80%±5%（轻度水分胁迫，LD）、60%±5%（中度水分胁迫，MD）、40%±5%（重度水分胁迫，SD）。控水法在李进平等[12]的方法上进行改进，试验开始时称盆质量（Z1）和土质量（Z2），并用烘干法测定土壤含水量（Cs）和土壤的田间持水量（FC）。土壤干质量（Z3）=Z2 /（1+Cs），土壤相对含水量（RWC）=Cs / FC ，根据公式可以得出，要保持一定的含水量，盆中土壤质量（Z2）=Z3×（1+RWC×FC），于正式控水前测量Z1=0.25 kg，Z2=7.5 kg，CS=11.11%，FC=37.2%，按照上述方法，计算4个梯度分别要保持盆中土质量，于控水期间的每天下午6点称质量，补充当天失去的水分，使各处理保持在设定的土壤含水量。

1.3 测定指标及方法

生物量指标的测定：测定苗木的总长、苗高、地径、叶片数、根长和侧根数，测定每个处理的根、茎、叶的干质量和鲜质量。

生理指标的测定：叶绿素含量用丙酮提取法测定，超氧岐化物酶（SOD）活性的用氮蓝四唑光化还原法测定[13]，丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸比色法测定[13]，游离脯氨酸（Pro）用磺基水杨酸法测定。1.4 数据分析

用SPSS 25.0和Microsoft Excel 2019进行数据统计分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对虎舌红生长的影响

2.1.1 生长指标 虎舌红的苗高随着干旱胁迫的加剧而显著降低，与CK相比，LD降低了11.11%，MD降低了23.23%，SD降低了47.47%。虎舌红的地茎随着干旱胁迫的加剧呈现先增加后降低的趋势，与CK相比，LD和MD分别增加了2.7%，5.62%，但差异不显著，SD显著降低了21.69%。虎舌红叶片数随着干旱胁迫程度的加剧先增加后降低，与CK相比，LD处理后虎舌红叶片数增加了13.67%，MD降低了5.04%，但差异均不显著，SD的叶片数显著减少了55.40%。一定程度的干旱胁迫促进了虎舌红的根长，与CK相比，LD和MD根长均显著增加，分别增加了28.96%，24.59%，SD增加了0.55%但差异不显著。虎舌红的侧根数随着干旱胁迫的加剧呈现先增加后降低的趋势，与CK相比LD侧根数增加了8.51%，MD和SD的侧根数分别降低了34.04%，29.79%（表1）。 2.1.2 生物量 虎舌红的鲜质量随着干旱胁迫的加剧呈现先上升后降低的趨势（表2）。根、茎、叶以及总鲜质量在轻度胁迫时最高，分别为6.11，3.91，18.73，28.75 g，重度胁迫最低分别为1.87、1.52、6.44，9.83 g。与CK相比，根鲜质量在轻度胁迫下显著增加了51.24%，重度胁迫下显著降低了53.71%;茎鲜质量在重度胁迫下显著降低了58.81%;叶鲜质量和总鲜质量在轻度胁迫下无显著变化，中度胁迫降低了35.26%，24.17%，重度胁迫降低了64.96%，62.35%，且差异显著。

虎舌红的干质量在轻度胁迫下无显著变化，随着干旱胁迫的加剧，根、茎、叶以及总干质量显著降低。与CK相比，各干质量重在中度胁迫下分别降低了9.04%，11.76%，24.28%，18.42%，重度胁迫下最低，降低了62.77%，58.82%，55.35%，57.99%分别为0.7，0.35，1.71，2.76 g（表2）。虎舌红的根冠比随着干旱胁迫程度的加剧呈现先升高后降低的趋势（图1），与CK相比，LD和MD处理下，虎舌红根冠比差异不显著，SD处理下虎舌红根冠比降低了36%，且差异显著。

2.2 干旱胁迫对虎舌红生理性状影响

2.2.1 干旱胁迫对虎舌红叶片叶绿素含量的影响 虎舌红的叶绿素含量对干旱胁迫的响应不显著，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素色素含量和叶绿素含量浓度在轻度胁迫和重度胁迫下降低，类胡萝卜素Cc含量升高，但差异均不显著。重度胁迫下则相反，与CK相比，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素色素和叶绿素浓度含量升高，类胡萝卜素含量降低，但差异不显著。

2.2.2 干旱胁迫对虎舌红超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量和游离脯氨酸（Pro）含量的影响 虎舌红的SOD活性与CK相比，在中度干旱胁迫下最低为136.6 U·g-1，重度胁迫下升高了80.29%（图2）。MDA含量随着干旱胁迫的加剧呈现先上升后降低的趋势，且各处理之间差异显著（图3），与CK相比，轻度胁迫下MDA含量升高了23.57%，中度胁迫下MDA含量最低为16.55 umol·g-1，降低了49.19%，重度胁迫后MDA含量降低了27.92%。虎舌红Pro含量在干旱胁迫下均出现了不程度的增加（图4），与CK相比，LD处理Pro含量升高了22.58%，MD处理后Pro含量最高为1.21 mg·g-1，重度胁迫后，Pro含增加了15.46%。

3 结论与讨论

干旱胁迫对虎舌红生长有不同程度的影响，重度干旱下虎舌红生长表型、生物量积累都显著降低。轻度和中度干旱胁迫可以显著增加虎舌红的根长，轻度胁迫可以增加虎舌红侧根数，中度胁迫使虎舌红侧根数减少，但差异不显著，重度胁迫使虎舌红根长和侧根数显著减少，这与虎舌红根鲜质量、干质量的积累趋势一致，即轻度和中度胁迫可以在一定程度上增加根的生物量积累，重度干旱胁迫抑制根的生物量积累。轻度干旱对虎舌红的叶片、茎的影响不显著，中度干旱使叶片的干质量、鲜质量减少，与干旱胁迫对虎舌红苗高影响趋势一致。轻度干旱下虎舌红总生物量积累无显著变化，中度胁迫和重度胁迫可以使虎舌红鲜质量和干质量显著降低。这一结果表明，在干旱胁迫下虎舌红对自身根系和苗高的调节与干旱胁迫程度有关，一定范围内的干旱胁迫对虎舌红物质积累和生长表型有促进作用，但是当干旱胁迫加剧时，干旱胁迫严重抑制虎舌红的生长。

根系是植物吸收矿质元素和水分的主要途径，发生干旱胁迫时，植物根系最先感受到土壤水分的减少，根系感受到环境胁迫的刺激时会产生信号并向地面运输，从而发生一系列的生理生化及生长响应[14]。增加根冠比是植物应对干旱胁迫的重要手段。研究发现，一定程度的干旱胁迫对植物的生长有促进作用，何小三等[15]的研究表明，中度、重度干旱胁迫对不同油茶品种的株高、地径及生物量等均有显著负面影响，轻度干旱胁迫反而会促进某些油茶品种的生长，赵广兴等[16]研究表明白茎盐生草幼苗通过增大根冠比和质膜相对透性，减小叶片肉质化程度、叶片相对含水量，株高和冠幅的增长量也减小，减小气孔长度、气孔宽度、气孔开度来适应干旱胁迫。本试验中轻度干旱胁迫下虎舌红长势最好，表现为地茎、根长、叶片数、侧根数以及总的鲜质量和干质量以及根冠比最大，说明轻度干旱胁迫处理对虎舌红起到一定的“炼苗”作用，有利于虎舌红的生长，这与李剑威等[17]发现轻度干旱胁迫有利于薄壳核桃幼苗生长，以及吕亮雪等[18]发现一定程度的干旱胁迫能起到“炼苗”作用，对多年生落花生的生长有促进作用的研究结果一致。

植物应对干旱胁迫手段多种多样，其内源激素的传导、内源物质的变化是主要手段，当发生干旱胁迫时植物水分亏缺，导致植物细胞膜脂过氧化，使细胞膜受到伤害而膜透性增加，同时干旱胁迫会引起植物总RNA、相对含水量（RWC）以及叶片叶绿素含量的减少，并且与叶绿素B相比，叶绿素A减少显著[19]。在一定程度上叶绿素含量的高低可以反映植物光合作用的水平，干旱胁迫可以在一定程度上抑制植物叶绿素的合成，崔颖等[20]研究表明在轻度干旱胁迫对地果幼苗影响不大，随着干旱胁迫时间的延长和程度的增加，叶绿素总含量不断降低，且重度胁迫下降的速度大于轻度和中度胁迫，说明叶绿素受幼苗体内产生的超氧自由基破坏程度加剧。对葡萄藤长期干旱胁迫试验的研究表明，试验组（极度干旱胁迫）相对于CK（田间持水量在90%以上）蒸腾作用和气孔导度更高，但是光合作用不受影响[21]。本试验中干旱胁迫处理叶绿素含量无显著变化，与田宏先等[22]的研究结果一致，说明干旱胁迫下虎舌红光合作用受影响不显著，这可能与虎舌红叶片结构有关，本试验中试验材料虎舌红全株覆茸毛，叶片呈红色且叶绿素含量低而花青素含量高，这种叶片结构特征具有一定的抗干旱特性。但本试验中对光合作用的指标测定较少，接下来的研究中需对其气孔导度、叶片结构等生理参数进行进一步的测定分析。

植物体内SOD活性、MDA含量以及Pro含量可以判断植物受到胁迫后细胞的损伤程度和抗干旱胁迫能力。本研究中，轻度干旱胁迫下，虎舌红SOD活性和MDA含量显著增加，中度干旱胁迫显著降低，重度干旱胁迫SOD活性显著升高，MDA含量显著降低，而与CK相比，干旱胁迫处理后虎舌红Pro显著升高，说明虎舌红受到干旱胁迫时主要通过增加渗透调节物质抵御干旱胁迫的侵害，中度干旱胁迫处理虎舌红SOD、MDA都显著降低，这可能是由于虎舌红前期的干旱胁迫锻炼一定程度上增加了虎舌红的抗旱性，而重度胁迫下虎舌红SOD、MDA急剧上升，表明重度干旱胁迫已对虎舌红造成了较为严重的膜质过氧化。干旱胁迫下，植物体内MDA、Pro含量随着干旱胁迫时间加长而变化，江登辉等[23]对樱花的研究表表明，MDA含量在胁迫初期保持相对稳定的状态，随着胁迫时间的延长缓慢上升;脯氨酸含量在胁迫初期显著升高，第10天积累量最大，到后期逐渐降低，而本试验测定时间固定。因此，进一步的研究中需要对干旱胁迫虎舌红SOD、MDA、和Pro等参数进行动态测定。添加外源物质可以减少干旱胁迫的损害，Yildizli等[24]对辣椒的研究发现，添加外源肌醇可以有效的减少过氧化氢（H2O2）、膜損伤、抗坏血酸过氧化物酶（AP）、过氧化氢酶（CAT）、脯氨酸（Pro）等，从而降低干旱胁迫对植物的抑制抑制作用。此外，外源NO在小麦对干旱胁迫的响应中起到重要的作用[25]。

综上所述，虎舌红有一定的抗旱性，轻度干旱胁迫有利于虎舌红的生长，在日常生产管理过程中可以轻微的进行控水，但是当土壤田间持水量小于60%±5%时需要进行补水。植物在干旱胁迫条件下的生长受多种因素的影响，对干旱胁迫的响应也很复杂。虎舌红作为观赏性药用植物，在实际生产中叶片颜色、有效药用成分含量等受环境影响较大，且其应对干旱胁迫的响应机理未明确，在下一步的研究中本课题组将结合根系活力、叶片解剖结构、叶片色差变化、有效成分含量变化以及分子生物学等手段进行研究。

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收稿日期：2021-08-17

基金项目：百层次人才（黔科合平台人才[2020]6017）; 金花茶与虎舌红苗木培育技术标准化示范项目（[2019]TG02号）

作者简介：刘晓慧（1990—），女，河北张家口人，助理工程师，硕士，主要从事野生观赏植物资源保护与利用方面研究。

通讯作者简介：邓伦秀（1969—），女，贵州遵义人，研究员，博士，主要从事林木种质资源方面研究。