水淹胁迫下桃金娘叶片生理及荧光特性研究

尹若汐，宋雨欣，丘建煌，杨通文，韩维栋

（广东海洋大学 滨海农业学院，广东 湛江 524088）

桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa），又名山稔、岗稔、桃娘等，为桃金娘科桃金娘属常绿小灌木，叶厚革质，深绿亮丽，花数朵聚生于叶柄上，花期4～6月，花色呈紫红或桃红且带白晕，后转而浅白，是红黄壤土丘陵一带特色景观。原产于我国华南低海拔丘陵山区及南亚地区，广泛分布于中国东南部、南部至西南部，南亚、东南亚以及日本等地也有分布［1-2］。桃金娘不仅可用于乡土景观绿化，也因具备良好的水土保持能力而可用于荒山复绿［3］。目前，虽对桃金娘的研究有大量报道，但均集中在桃金娘根、茎、叶的化学组成成分、桃金娘扦插繁殖技术、桃金娘果实提取物分析等方面，未针对桃金娘响应环境胁迫进行研究，无法做到“树尽其用”。研究水分胁迫对桃金娘叶绿素荧光特性及抗性生理特征的影响，有利于揭示其在逆境条件下对水分胁迫响应的方式和程度。

水分胁迫是指植物所处的环境中水分状态超出植物正常生长的生态幅，从而遭受到伤害的一种环境条件的统称［4］。植物受到水分胁迫后在外观形态、生理、生态特性等方面均会发生相应变化，如叶片发黄下垂、产生黑斑并掉落，光合作用下降，呼吸紊乱，代谢异常，植物的正常生长发育乃至存活率均受影响［5-8］。目前，水分胁迫等逆境对桃金娘生理特性及荧光参数的影响的研究报道尚属空白。

本试验以一年生桃金娘苗为材料，研究桃金娘在不同程度水分胁迫下的生理特性和叶绿素荧光特性，以期揭示其在亲水环境中适应性，为桃金娘的园林应用栽培提供相应的理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省湛江市广东海洋大学湖光岩校区林学基地内，为热带北缘季风气候，年平均气温在22.7～23.5℃，年平均雨量1 395.5～1 723.1 mm，年平均日照时数1 714.8～2 038.2 h。4～9 月为多雨季节，8 月雨量最多；10 月～次年3 月雨量较少。低压、热带风暴、台风登陆影响较为频繁。

1.2 实验材料与设计

2021 年3 月29 日选取生长情况良好、株高一致的桃金娘幼苗60 株栽植于塑料花盆（内径15.5 cm，高16.2 cm）中，以红壤土、沙土为基质，按3 ：1 拌匀，每盆一株。栽植后，每日正常浇水，控制盆土含水量一致，直至新生功能叶成熟。

2021 年5 月21 日，开始对所有植株采用双套盆法进行水淹胁迫试验：单因素试验设计，设置3个处理水平，分别为重度水淹胁迫，幼苗处于水涝状态（P1）、轻度水淹胁迫，幼苗处于水渍状态（P2）、对照组，幼苗正常生长发育（CK），每处理20 个重复共60盆，其中重度水淹胁迫处理的水面保持在高于内盆盆土5 cm 以上；轻度水淹胁迫处理的水面保持在内盆高度1/2 处。胁迫试验期间，每5 d 对P1、P2 进行换水处理，定期续水，保证其水面与盆土面始终维持在相应高度；P3 于每晚18：00 正常浇水，控制盆土含水量与实验处理前一致。

1.3 指标测定与方法

1）生长状况。水淹胁迫模拟试验期间，每隔10 d 观察各处理组桃金娘幼苗植株形态并加以记录，并于50 d试验结束后统计苗木生长状况。

2）生理指标。试验于50 d 处理结束后采集各处理叶片测定生理指标，每个指标均作三次重复：用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（Methylene dioxyamphetamine,MDA）含量；可溶性糖（Soluble sugar，SS）含量用蒽酮比色法测定；用酸性茚三酮法测定脯氨酸（Proline，Pro）含量；总超氧化物歧化酶（Total superoxide dismutase，T-SOD）和过氧化物酶（Peroxidase，POD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）的活性分别采用黄嘌呤氧化酶法、铂酸铵法和钼酸铵法测定，其中T-SOD 以每克组织1 mL 反应液中SOD 抑制率达50%时所对应的SOD 量为一个SOD 活力单位（U），POD 以37℃条件下，每克组织每分钟催化1 ug底物的酶量定义为一个酶活力单位，CAT 以每毫升组织匀浆每秒钟分解1 umoL 的H2O2的量为一个活力单位；用乙醇浸提法测定叶绿素a、叶绿素b 及叶绿素总含量。以上指标均按照样本鲜重计算，下同。用电导法测定质膜透性（电解质渗漏率）。

3）叶绿素荧光参数测定。选取桃金娘幼苗植株中部生长状态良好的新生功能叶分别于试验0、10、20、30、40、50 d 进行测定。用氟笔FP110 PARFluor Pen FP110Monitoring Pen MP 100 荧光计（捷克，PSI 公司），测定光合样叶的初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、量子产量（QY）、OJIP-叶绿素荧光诱导动力学（OJIP 曲线）、PSII 的潜在活性（Fv/Fo）、潜在最大光能效率（Fv/Fm）、光猝灭系数（Qp）和非光猝灭系数（NPQ）等荧光参数。

1.4 数据分析

本试验采用Microsoft Excel 2010 对试验数据进行统计整理，运用IBM SPSS Statistics 22.0 软件进行单因素方差分析、多重比较（LSD法）分析。

2 结果与分析

2.1 水淹胁迫对桃金娘幼苗生长的影响

重度水淹胁迫（P1）10 d 后，部分植株出现下部叶片变黄、下垂等现象；20 d 后，桃金娘幼苗部分叶片出现少量黑斑，下部水淹处叶片完全变黑掉落，随着胁迫试验继续进行，幼苗生长受限，胁迫结束后，叶片大面积出现黑斑，部分叶呈水渍状褐化，根部变黑，幼苗生长发育状况不良，但无死亡植株。在轻度水淹胁迫（P2）下，幼苗胁迫症状出现的时间较晚，植株整体生长发育情况表现在植株形态上未受明显限制，出现胁迫症状的植株其程度也较低（表1）。表明桃金娘幼苗对土壤水渍胁迫产生的胁迫有较强的忍耐性，但在长时间的水淹情况下，涝害胁迫加剧，使其生长发育均受到不良影响。

表1 水分胁迫对桃金娘幼苗生长的影响Tab. 1 Effects of water stress on the growth of R. tomentosa seedlings

2.2 水淹胁迫对桃金娘幼苗抗性生理影响

2.2.1 水淹胁迫对桃金娘幼苗抗氧化酶的影响

不同水淹胁迫处理对桃金娘幼苗抗氧化酶含量的影响如表2 所示。CAT 含量变化显著，经重度水淹胁迫（P1）处理后的幼苗CAT 含量最高，为11.65 U/mL，相较于对照组（CK）的CAT 含量（5.77 U/mL）增加了101.91%，经轻度水淹胁迫（P2）处理后的幼苗CAT 含量最低，仅3.81 U/mL，比对照组（CK）降低了33.97%，CAT 含量从高到低依次为P1＞CK＞P2；由表2 可知，随着水分胁迫程度的加深，POD 的活力呈现先减后增的趋势：对照组（CK）的POD 含量最高，达1.58 U/g，而轻度水淹胁迫（P2）处理后的POD 含量最低，仅0.28 U/g，重度水淹胁迫（P1）处理后的POD 含量为0.87 U/g，P1、P2 比CK的POD 含量分别降低了44.94%和82.28%，POD 含量从高到低依次为CK＞P1＞P2。总SOD 与CAT 和POD 活力的变化趋势相反：随着水分胁迫程度的加深，总SOD 含量在50 d 试验期内呈现先上升后下降的趋势：重度水淹胁迫（P1）的总SOD 含量为75.62 U/g，而轻度水淹胁迫（P2）的总SOD 含量最高，为110.46 U/g，对照组（CK）总SOD 含量最低，为63.87 U/g。经P1 与P2 处理后的总SOD 含量相比对照组（CK）分别增加了18.40%和72.95%。不同处理桃金娘幼苗的总SOD 含量从高到低依次为P2＞P1＞CK。

表2 不同水分胁迫下桃金娘幼苗的SOD、CAT和POD活性Tab. 2 SOD、CAT and POD activities of R. tomentosa seedlings under different water treatments

2.2.2 水淹胁迫对桃金娘幼苗抗性指标的影响

不同水分胁迫处理对桃金娘幼苗相关抗性指标含量的影响如表3 所示。Pro 含量随着水分胁迫程度的加深变化显著，在重度水淹胁迫（P1）下的含量最高，为196.77 ug/g，其次为轻度水淹胁迫（P2），达174.05 ug/g，而对照组（CK）的Pro 含量最低，仅69.15 ug/g，Pro 含量由高到低依次为P1＞P2＞CK；SS 含量随着水分胁迫程度的加深而升高，重度水淹胁迫（P1）处理下的SS 含量最高，达39.49 ug/g，而轻度水淹胁迫（P2）处理下的含量为28.99 ug/g，对照组（CK）SS 含量最低，仅19.81 ug/g，SS 含量由高到低依次为P1＞P2＞CK；水分胁迫程度越深，电解质渗透率越高，重度水淹胁迫（P1）下的电解质渗透率最高，达36.50%，轻度水淹胁迫（P2）下的电解质渗透率为29.07%，而正常处理（CK）下的电解质渗透率最低，为26.57%，电解质渗透率由高到低依次为P1＞P2＞CK；轻度水淹胁迫（P2）下的MDA 含量较之对照组（CK）稍微下降，分别为42.26 nmoL/mL 和44.29 nmoL/mL，而重度水淹胁迫（P1）处理下的MDA 含量最高，为65.12 nmoL/mL，MDA 含量随水分胁迫程度的加深呈先下降后上升趋势，由高到低依次为P1＞CK＞P2。

表3 不同水分胁迫下桃金娘幼苗的电导率及脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量Tab. 3 Effects of different water treatments on electrolyte leakage and free proline，soluble sugar and malondialdehyde content of R. tomentosa seedlings

2.2.3 水淹胁迫对桃金娘幼苗叶绿素含量的影响

不同水淹胁迫对桃金娘幼苗的叶绿素含量影响如表4所示。叶绿素含量随着水分胁迫程度的加深呈现下降趋势：叶绿素a 的含量在正常处理（CK）下最高，为0.108 mg/g，而在重度水淹胁迫（P1）和轻度水淹胁迫（P2）的处理下有所下降，且分别为0.057 mg/g 和0.059 mg/g，叶绿素a 含量由高到低依次为CK＞P2＞P1；叶绿素b 的含量变化与a 相似，对照组（CK）含量最高，为0.034 mg/g，而重度水淹胁迫（P1）和轻度水淹胁迫（P2）处理下的含量均略微下降，为0.016 mg/g，即CK＞P1=P2；叶绿素总量同上，重度水淹胁迫（P1）和轻度水淹胁迫（P2）的含量分别为0.073 mg/g、0.075 mg/g，正常处理（CK）含量显著升高，为0.142 mg/g，叶绿素总量由高到低依次均为CK＞P2＞P1。

表4 不同水分胁迫对桃金娘幼苗的叶绿素含量影响Tab. 4 Effects of different water treatments on the chlorophy II a and b content of R. tomentosa seedlings 单位：mg/g

2.3 水淹胁迫对桃金娘幼苗叶绿素荧光特性影响

2.3.1 水淹胁迫对PSII 的潜在活性（Fv/Fo）和PSII潜在最大光能效率（Fv/Fm）的影响

PSII光化学反应状况的荧光参数包括Fv/Fm（最大光化学效率）和Fv/Fo（潜在活性）［9-10］。如表5 所示，随着水分胁迫程度的加深，Fv/Fo呈现下降趋势，且在水分胁迫下，PSII潜在活性均低于对照组。随着胁迫时间的延长，重度水淹胁迫（P1）和轻度水淹胁迫（P2）下PSII 的潜在活性总体上呈现下降趋势，对照组（CK）则呈上升趋势，50 d试验结束时CK的潜在活性相比P1、P2分别上升了26.09%和17.87%；重度水淹胁迫处理下（P1）桃金娘幼苗的潜在Fv/Fm经50 d 水淹胁迫处理后呈显著下降趋势，轻度水淹胁迫（P2）整体变化幅度不大，对照组（CK）的Fv/Fm 则呈显著上升趋势，50 d试验处理结束时Fv/Fm值由高到低依次为CK＞P2＞P1。由此可见，经水分胁迫后的桃金娘幼苗的PSII系统受到一定损害，潜在活性受损，光能转换效率也在一定程度受到限制。

表5 水分胁迫对桃金娘幼苗潜在活性（Fv/Fo）、潜在最大光能转换效率（Fv/Fm）的影响Tab. 5 Effects of different water treatments on Fv/Fo and Fv/Fm of R. tomentosa seedlings

2.3.2 水淹胁迫对PSII 的光猝灭系数（Qp）和非光猝灭系数（NPQ）及有效量子产率（Qy）的影响

光化学淬灭系数反映的是PSII 天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，又在一定程度上反映了PSII 反应中心的开放程度；非光化学淬灭系数是一种保护机制，反映的是PSII 反应中心以热的形式耗散掉的光能部分，对光合机构起一定的保护作用［11-12］；QY 代表光环境下PSII 有效量子产额，反映植物对光能的有效转化能力，其数值 与PSII 光 能转换率 呈正比关 系［13］。如表6 所示，随着水淹胁迫程度的加深，各处理组Qp 总体上均呈现先升后降的趋势，P1、P2 处理组Qp 含量在短时间（0～10 d）胁迫下上升，随着处理时间的增加，含量呈下降趋势，且均大于对照组；随着的处理时间的增加，三个处理组的NPQ 总体呈上升趋势，均大于对照组，且随着胁迫程度的加深，含量呈现上升趋势；随着的处理天数的增加，P1、P2处理组Qy 含量在短时间（0～10 d）胁迫下上升，随着处理时间的增加，呈下降趋势，CK 总体上呈下降趋势。随着胁迫程度加深，Qy 总体上呈现先增后减的趋势，50 d 试验结束后由大到小依次为P2＞CK=P1。由此可见，水分胁迫下，PSII 反应中心开放程度降低，以热的形式耗散掉的光能变大，桃金娘幼苗实行自我保护机制，呈现出一定的抗性。

表6 水分胁迫对桃金娘幼苗Qp（光猝灭系数）、NPQ（非光猝灭系数）、Qy（有效量子产率）的影响Tab. 6 Effects of different water treatments on Fv/Fo and Fv/Fm of R. tomentosa seedlings

3 结论与讨论

不同的植物在水淹胁迫处理中表现出来的形态、生理代谢等特征变化情况不同，反映出各植物抗水淹能力也有所差异［14］。研究表明，水涝加剧时，植物生长受抑，植株叶颜色变浅，边缘呈现坏死症状，如连香、枫杨［15］。在本试验中，P1、P2与CK相比，桃金娘幼苗仍然存活，表明桃金娘具有一定的水淹适应能力，但随着试验时间的增加，P1出现了叶片发黄、卷曲和变黑及掉落等现象，而P2症状较轻；说明长时间的水淹胁迫会影响桃金娘幼苗的正常生长发育。

水淹胁迫促使植物产生活性氧自由基，当其超过一定限度时，就会打破平衡，诱导植物保护酶活性的提高，以清除活性氧来减少、清除细胞所受伤害，有效地使其恢复平衡状态［16-18］。水分胁迫下，植物体内的SOD 活性越高，植物抗氧化能力越强。轻度或短期水分胁迫下植物SOD 活性呈上升趋势，在严重或长期胁迫条件下则相反［19］。本研究得出的结论也证实了这一点：P2的桃金娘幼苗总SOD 含量显著高于对照组，而P1 的总SOD 含量略高于对照组，相较于P2 则呈显著下降趋势。水淹胁迫下的CAT 含量呈现为P1显著高于CK 和P2，而P2的桃金娘幼苗CAT 活力低于对照组，重度水淹胁迫中桃金娘幼苗的CAT 活性有一个较大的增加，说明在长时间轻度水淹胁迫下，酶系统中CAT 可能不起主要防御作用。POD 活性的变化趋势与CAT 基本同步。这说明酶活性越高、消除自由基的能力越强，即重度水淹胁迫下桃金娘表现出的抗逆性也越强。

MDA 是膜脂质过氧化产物之一，其含量越高，生物体过氧化强度和膜系统受损程度越高［20］。经50 d 重度水淹胁迫处理后的桃金娘幼苗MDA 含量较之CK 显著上升，表明重度水淹对桃金娘植株膜透性损伤较为严重，而P2 的MDA 含量略低于CK，结合保护酶的变化趋势，说明P2 的总SOD 酶活性高，抑制了MDA产生。渗透调节物质主要分有机物（如Pro、SS 等）和无机物（如K+等）两大类。Pro 作为渗透调节物质，在水淹胁迫条件下含量的上升是植物的自我调节过程［21］。长时期水淹胁迫下的桃金娘幼苗随着胁迫程度的加深，Pro含量呈迅速累积趋势，其积累有利于保护膜组织，说明桃金娘渗透调节能力较强。SS 含量变化趋势与Pro 大体相同，水淹胁迫可增加桃金娘叶片SS含量，且随着胁迫程度的增加，其含量上升越显著。因而SS不仅参与到桃金娘的渗透调节过程中，也可作为表观其抗逆性的重要信号物质。

水淹胁迫会使光合色素合成的数量相对减少，在一定程度上影响到植物光合系统的运转［22］。本次试验中，随着胁迫程度及时间的增加，P1和P2的桃金娘幼苗的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量较之于正常处理组均呈下降趋势，表明在长时间重度水淹胁迫会导致光合色素含量减少，从而引起光合作用的降低。

植物对光能的吸收、传递和转化能力与光合作用强弱紧密相关，其中包括植物的叶绿素荧光参数［23］。试验结果表明，水淹胁迫下的环境对桃金娘幼苗叶片的光化学活性均有影响。本研究发现，水淹胁迫下的桃金娘幼苗叶片荧光叶绿素参数Fo 随着胁迫程度的加深而上升，Fv/Fm 及Fv/Fo 则随着胁迫程度的加深而下降。这说明桃金娘叶片PSII 天线色素吸收的能量流向光化学的部分减少，更多以热耗散和荧光形式散失，原初光能转换效率降低，潜在活性受损，光合作用原初反应过程受抑制，这与黄艳萍等［24］、黄婧文等人［25］的研究结果一致。与CK相比，桃金娘各水淹胁迫处理下的Qp、Qy随着胁迫程度的加深而下降，表明桃金娘在水分胁迫下PSII反应中心的开放程度降低，光能利用能力降低；NPQ 随胁迫程度的加深而上升，表明桃金娘实行自我保护机制，增加热耗散以适应水淹胁迫环境，这与王飞等人［26］的研究结果一致。

综上所述，桃金娘具有一定的耐涝性，但在长时期重度水淹胁迫下植株生长受限，叶片大量出现黑斑并脱落，部分现存叶片出现水渍状褐化，膜脂过氧化严重，MDA含量显著上升，叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总含量均减少，光合作用降低。桃金娘可实施自我保护机制，通过提高CAT、SOD、SS 及Pro含量来减免伤害。因此，桃金娘在园林绿化中可具体应用于滨水景观中，主要作为水源湿生植物（即河道植物景观中的过渡带植物，根系发达、扎根能力强，常种植于河道常水位以上坡岸，且具备一定的耐水湿和水土保持能力）及岸陆陆生植物（常种植于陆地面或水体边缘湿润的土壤中，但根系无法适应长期浸泡于水中，规划时重点以植物允许被水体淹没的时长为依据）种植。