牡丹(Paeonia suffruticosa)，芍药科，芍药属，是我国的传统名花，有数千年的自然生长和2 000多年的人工栽培历史，具有重要的观赏价值、药用价值、食用价值和商品价值(王莲英，1997; 李嘉钰，1998)。牡丹生长耐旱怕涝，过多的土壤水分易造成烂根，但水分不足，又会使牡丹生长发育受阻，影响观赏价值。侯小改等(2006; 2007)、吕长平等(2007)曾对不同土壤水分条件下盆栽牡丹的光合色素含量、光合特性、丙二醛含量、保护酶活性等进行了研究，但不同耐旱性的牡丹品种在水分胁迫下的理化特性变化规律尚未见报道。本研究采用控水的方法，对水分胁迫下不同牡丹品种的生理生化差异进行比较，旨在为筛选牡丹耐水分胁迫的评价指标提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料及处理

试验材料选用牡丹洛阳红(P. suffruticosa cv. Luoyanghong)和胡红(P. suffruticosa cv. Huhong) 2个品种(由洛阳市国际牡丹园提供，生产上胡红的耐旱性比洛阳红强)，每个品种选取长势一致、4年株龄的植株各12株。试验于2007— 2008年在河南科技大学周山校区进行，2007年10月进行选株桶栽，桶容积约20 L (桶上口直径30 cm，下口直径28 cm，高30 cm)，每桶1株，栽培土壤为洛阳市市郊大田中的表层土壤，牡丹移栽后合理管理使其健康生长。于2008年5月进行试验，将试验用苗随机分成水分饱和组、对照组(CK)、轻度干旱组和重度干旱组。4组的土壤含水量分别控制在田间最大持水量(正式控水前先测出桶中土壤的田间最大持水量)的100%，75% (CK)，50%，25%。采用称量法控制土壤含水量，每天18: 30称量补水(浇水由侧管注入桶底部)。各处理和对照的土壤相对含水量在设定范围之内5天后选取牡丹完全展开的叶片(从顶部数第2 ~ 3叶)进行各项指标的测定，重复3次。

1.2 试验方法

净光合速率(P_n)用CIRAS-1型便携式光合仪(英国PP-system)，采用开放式气路于晴天10: 00进行测定。可溶性蛋白质测定采用考马斯亮蓝法(王宪泽，2002)，过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法(孙群等，2006)，可溶性糖测定采用蒽酮比色法，过氧化氢酶(CAT)活性测定采用紫外吸收法(赵世杰等，2002)，细胞膜相对透性测定采用电导法(朱广廉等，1990)，游离脯氨酸测定采用磺基水杨酸法(朱广廉等，1983)，超氧阴离子自由基()产生速率采用羟胺氧化法(王爱国等，1990)测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氯化硝基四氮蓝唑(NBT)光还原法，氨基酸总量测定采用酸性茚三酮法(孔祥生等，2008)。

1.3 数据分析

试验数据使用Excel(Office 2003)绘图，用SPSS(版本13.0)软件进行方差分析，多重比较采用LSD测验。

2 结果与分析 2.1 水分胁迫对牡丹叶片净光合速率(P_n)影响

在不同土壤水分处理下，洛阳红和胡红的P_n变化趋势相同(图 1)，土壤含水量为25% ~ 75%时，胡红的P_n大于洛阳红，土壤含水量为100%时，胡红的P_n小于洛阳红。在水分饱和及重度干旱条件下，胡红的P_n分别比CK(5.58 μmol CO₂· m^{－ 2} s^{－ 1})降低94.27%和76.52%，洛阳红的P_n分别比CK (5.02 μmol CO₂· m^{－ 2} s^{－ 1})降低82.47%和86.25%，差异均达显著水平(P＜0.05)。

2.2 水分胁迫对牡丹叶片可溶性蛋白和氨基酸总量的影响

由图 2可以看出，土壤相对含水量在25% ~ 75%时，2个品种牡丹的可溶性蛋白含量随着相对含水量的升高而增加，土壤水分饱和时，2个品种牡丹的可溶性蛋白含量降低，且在同一土壤相对含水量条件下胡红的可溶性蛋白含量均极显著高于洛阳红(P＜0.01)。在CK条件下，胡红的可溶性蛋白含量(8 678.07 μg·g^{－ 1} FW)分别比水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下提高6.10%，0.89%和11.62%，洛阳红的可溶性蛋白含量(7 264.83 μg·g^{－ 1} FW)则分别提高5.61%，1.76%和27.87%。多重比较表明:在重度干旱和水分饱和条件下2个品种牡丹的可溶性蛋白含量与CK差异达显著水平(P＜0.05)。

2个品种牡丹叶片的氨基酸总量在不同土壤相对含水量条件下的变化趋势相同(图 3)，均在CK条件下含量最低。在水分胁迫下，2个品种牡丹的氨基酸总量均增加，洛阳红在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下的氨基酸总量分别比CK (307.21 mg·g^{－ 1} FW)增加40.87%，10.66%和44.04%，胡红在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下的氨基酸总量分别比CK(311.37 mg·g^{－ 1} FW)增加45.66%，5.61%和34.14%。多重比较表明:在水分饱和和重度干旱条件下2个品种牡丹的氨基酸总量均显著高于轻度干旱和CK条件下的氨基酸总量(P＜0.05)。

2.3 水分胁迫对牡丹体内可溶性糖和游离脯氨酸含量的影响

随着土壤相对含水量的减少，2个品种牡丹的可溶性糖含量均先降低而后升高，在25%土壤相对含水量下达到最大值，并且胡红的可溶性糖含量均高于洛阳红(图 4)。在水分饱和、轻度干旱和重度干旱下，洛阳红的可溶性糖含量分别比CK (33.57 mg · g^{－ 1} FW)增加19.01%，4.74%和22.88%，胡红则分别比CK(35.48 mg·g^{－ 1} FW)增加15.81%，9.98%和30.10%。多重比较表明:在重度干旱和水分饱和条件下2个品种牡丹的可溶性糖含量与CK相比差异均达显著水平(P＜0.05)，在干旱条件下2个品种牡丹的可溶性糖含量差异达显著水平(P＜0.05)。

水分胁迫对2个品种牡丹体内游离脯氨酸含量的影响如图 5。在不同土壤相对含水量下，游离脯氨酸含量的变化趋势相同，并且胡红的游离脯氨酸含量均显著低于洛阳红(P＜0.05)。在CK条件下，洛阳红(39.27 μg·g^{－ 1} FW)和胡红(17.50 μg·g^{－ 1} FW)的游离脯氨酸含量均最低，在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下，洛阳红的游离脯氨酸含量分别比CK增加420.75%，164.33%和476.27%，胡红的游离脯氨酸含量分别比CK增加388.66%，253.88%和764.95%。在不同水分胁迫下，2个品种牡丹的脯氨酸含量与CK相比差异均达到显著水平(P＜0.05)。

2.4 水分胁迫对牡丹体内超氧阴离子自由基()产生速率的影响

由图 6可以看出，在CK条件下洛阳红和胡红的产生速率均最低，分别为16.06 μmol·min^{－ 1} g^{－ 1} FW和13.62 μmol·min^{－ 1} g^{－ 1} FW。水分胁迫下，2个牡丹品种的产生速率均增加，但增加的幅度有异。在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下，洛阳红的产生速率分别比CK增加38.85%，23.72%和163.51%;而胡红的产生速率分别比CK增加45.96%，16.74%和51.25%。多重比较表明:洛阳红和胡红在水分饱和及重度干旱下的产生速率与CK差异均达显著水平(P＜0.05)，在重度干旱条件下洛阳红和胡红的产生速率差异达极显著水平(P＜0.01)。

2.5 水分胁迫对牡丹细胞膜相对透性的影响

由图 7可知，在CK条件下，洛阳红和胡红细胞膜相对透性最低，分别为9.85%和9.33%。在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下2个品种牡丹的细胞膜相对透性均增加，与CK相比，洛阳红细胞膜相对透性分别增加59.80%，31.27%和132.08%，胡红细胞膜相对透性分别增加151.55%，28.51%和100.73%。多重比较表明:在水分饱和及重度干旱条件下2个品种牡丹的细胞膜相对透性与CK差异均达显著水平(P＜0.05)，在重度干旱条件下洛阳红的细胞膜相对透性显著高于胡红，在水分饱和条件下洛阳红的细胞膜相对透性显著低于胡红。

2.6 水分胁迫对牡丹体内保护酶活性的影响

牡丹SOD活性对不同土壤相对含水量的响应如图 8所示，在CK条件下洛阳红和胡红的SOD活性均最高，分别为355.39 U·g^{－ 1} FW和360.28 U·g^{－ 1} FW，在水分胁迫下洛阳红和胡红的SOD活性均降低，除水分饱和条件下洛阳红的SOD活性高于胡红外，轻度干旱和重度干旱条件下洛阳红的SOD活性均显著低于胡红(P＜0.05)。在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下洛阳红的SOD活性分别比CK降低2.41%，6.82%和8.39%，胡红的SOD活性分别比CK降低6.31%，2.06%和2.82%。多重比较表明:洛阳红在轻度干旱和重度干旱条件下SOD活性与CK差异达显著水平(P＜0.05)，胡红在重度干旱和水分饱和条件下SOD活性与CK差异达显著水平。

图 9表明，洛阳红的CAT活性在CK条件下最高(26.78 U·g^{－ 1} min^{－ 1} FW)，在水分饱和、轻度干旱和重度干旱条件下CAT活性分别比CK降低23.49%，15.68%和44.96%，差异均达显著水平(P＜0.05)。胡红的CAT活性在重度干旱下最高(23.37 U·g^{－ 1} min^{－ 1} FW)，比CK提高24.37%，在水分饱和条件下最低，比CK降低25.07%，差异均达显著水平(P＜0.05)。

由图 10可知，在不同土壤相对含水量条件下洛阳红的POD活性变化幅度较小，重度干旱条件下POD活性(25.63 U·g^{－ 1} min^{－ 1} FW)比CK增加57.14%，差异达显著水平(P＜0.05)。胡红的POD活性变化幅度较大，与CK的POD活性(17.89 U·g^{－ 1} min^{－ 1} FW)相比，水分饱和条件下降低39.18%，轻度干旱和重度干旱条件下分别提高110.90%和216.27%，差异均达显著水平(P＜0.05)。在轻度干旱和重度干旱条件下，洛阳红和胡红的POD活性差异达极显著水平(P＜0.01)。

3 讨论

1) 水分胁迫与2个品种牡丹叶片P_n的关系水分胁迫抑制植物的光合作用已在许多植物上得到证实(侯小改等，2006; 伍维模等，2007; 曹晶等，2007)。本研究表明:在水分胁迫下2个品种牡丹的光合作用均受到抑制，但胡红在干旱条件下P_n的下降幅度小于洛阳红，在水分饱和条件下P_n的下降幅度大于洛阳红，这不仅进一步证实胡红的耐旱性比洛阳红强，而且也说明胡红的耐水渍能力比洛阳红弱。

2) 水分胁迫与2个品种牡丹体内可溶性蛋白和游离氨基酸总量的关系植物体内的可溶性蛋白质大多是参与各种代谢的酶类，它是了解植物抗逆性的一个重要指标(史玉炜等，2007)。干旱胁迫不仅直接影响蛋白质的合成能力，而且会引起蛋白质降解，从而使植物体内蛋白质含量减少(薛青武，1998)。本试验结果表明:在不同水分胁迫条件下2个品种牡丹的可溶性蛋白含量均降低，且在干旱胁迫下，随胁迫程度的增加而下降加剧，这与陈立松等(1999)、贾虎森等(2001)、惠竹梅等(2007)在果树上的研究结果一致，可能是由于水分胁迫抑制了牡丹体内正常蛋白质合成，促进原有蛋白质分解的缘故。氨基酸既是蛋白质的分解产物，也是蛋白质合成的原料，蛋白质合成受阻及分解加速势必会引起氨基酸总量增加。本试验测得，洛阳红和胡红体内的氨基酸总量均在CK条件下最低，不同水分胁迫下增加，与可溶性蛋白的变化趋势正好相反。在重度干旱条件下，洛阳红的可溶性蛋白含量降低幅度大于胡红，而氨基酸总量的增加幅度大于胡红，说明在重度干旱条件下耐旱性强的胡红其可溶性蛋白质和氨基酸代谢比耐旱性弱的洛阳红稳定; 在水分饱和条件下2个品种牡丹的可溶性蛋白和氨基酸总量变化与重度干旱条件下相反说明洛阳红忍耐水渍的能力比胡红强。

3) 水分胁迫与2个品种牡丹体内渗透调节物质变化的关系渗透调节是植物在干旱胁迫下降低渗透势和维持一定膨压、抵御干旱胁迫的自身生理调节(单长卷等，2006)，可溶性糖和游离脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质。本试验结果表明:在水分胁迫下，洛阳红和胡红体内的可溶性糖和游离脯氨酸含量均呈现上升趋势，且游离脯氨酸的增加幅度明显高于可溶性糖，说明水分胁迫下，洛阳红和胡红的渗透调节能力增强，游离脯氨酸是牡丹体内的主要渗透调节物质。在重度干旱胁迫下胡红体内的可溶性糖和游离脯氨酸含量的增加幅度均高于洛阳红，这与孙景宽等(2008)对沙枣(Elaeagnus angustifolia)和孩儿拳头(Grewia biloba var. parviflora)的研究结果一致，表明在重度干旱条件下耐旱性强的胡红比耐旱性弱的洛阳红有更好的渗透调节能力。

4) 水分胁迫与2个品种牡丹体内、细胞膜相对透性和保护酶活性变化的关系大量研究表明:植物在遭受逆境胁迫过程中，产生超氧阴离子自由基及过氧化氢、羟自由基等活性氧累积，对细胞膜系统造成伤害(曹慧等，2001)，使细胞膜相对透性增加。本试验结果表明:水分胁迫下洛阳红和胡红体内的产生速率升高、细胞膜相对透性增加。2个品种相比，水分饱和条件下胡红的产生速率和细胞膜相对透性变化幅度均高于洛阳红，重度干旱条件下洛阳红的产生速率和细胞膜相对透性变化幅度均高于胡红，说明水渍对胡红的伤害程度大于洛阳红，而重度干旱对洛阳红的伤害程度大于胡红。

在水分胁迫下，植物细胞中活性氧的积累是造成细胞伤害乃至死亡的主要原因，氧自由基的清除剂可分为酶促和非酶促2大类，其中酶促系统主要有SOD，POD和CAT等。SOD是植物体内清除活性氧系统的第一道防线，对防止活性氧自由基的毒害至关重要(王玉刚等，2006); POD和CAT能有效地阻止H₂O₂在植物体内积累，使细胞内活性氧维持在一个低水平，对植物体起到保护作用(Mishra et al., 1993; 时连辉等，2005; 孙国荣等，2003)。这些酶活性越高，清除活性氧自由基的能力越强，植物的抗逆性越强(张卫华等，2005; 彭立新等，2004; 李迎春等，2008; 叶勇等，2001; 汤玉喜等，2008)。本试验结果表明:耐旱性不同的牡丹品种保护酶活性的变化对水分胁迫的反应不同。干旱胁迫下，SOD活性在2个品种牡丹体内均降低，但胡红的降低幅度小于洛阳红，POD活性在2个品种牡丹体内均提高，但胡红的增加幅度显著大于洛阳红，CAT活性在洛阳红体内降低，在胡红体内升高; 在饱和水分下，2个品种牡丹的SOD，POD和CAT活性均降低，但胡红的下降幅度大于洛阳红。说明胡红的抗旱能力比洛阳红强，而抗水渍能力比洛阳红弱。