杜鹃(Rhododendron)是中国十大名花之一，其种类繁多，花色艳丽，具有很高的观赏价值、经济价值和药用价值，园林应用广泛。根据杜鹃的产地来源、亲缘关系、形态习性和观赏特征，常把杜鹃的栽培品种分成东鹃、毛鹃、西鹃、夏鹃4类^[1]。由于起源与地理环境的不同，各杜鹃品种对环境的适应性有所不同^[2]，因此对于不同类型的杜鹃品种，其栽培管理需要采取相应的措施，这在一定程度上限制了杜鹃的推广应用。

在园林绿化及室内观赏栽培中，杜鹃最常受到干旱的影响^[3-4]，缺水会导致其生长受阻、病变、甚至死亡^[5]。目前，针对杜鹃园艺品种耐旱性研究主要集中在土壤水分胁迫对杜鹃叶片形态、光合特性、细胞膜透性等生理生化指标影响及抗旱性评价^[6]。很多杜鹃品种虽经过良好的引种驯化，但实际应用中仍存在高温、水分不足等因素，导致杜鹃生长不良的现象。文中选用4个观赏价值好且较耐旱的品种，通过人工设置不同干旱梯度，了解其对杜鹃叶片形态，生理指标的影响，旨在分析不同干旱处理下杜鹃的抗旱机制，探讨不同杜鹃品种的抗旱性，为杜鹃引种驯化、抚育管理、园林应用提供科学的理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料与处理

选取杭州西湖景区及灵隐胜境广场内观赏价值较好的4个杜鹃品种(表 1)：‘大青莲'(‘Daqinglian'，DQL)、‘胭脂蜜'(‘Yanzhimi'，YZM)、‘国旗红'(‘Guoqihong'，GQH)和‘玉蝴蝶'(‘Yuhudie'，YHD)。采用4年生扦插苗经1 a地栽后的苗木作为试验材料，2016年6月，将长势一致的杜鹃苗木定植于高25 cm，口径38 cm，底径26 cm的塑料花盆内，每盆种植1株，盆土为普通园土，每盆盛土量约15 kg，置于杭州植物园科研中心温室大棚，经过30 d生长适应后，选择生长良好、大小相似的苗木进行试验。

用环刀法测得盆栽土壤田间持水量为25.25%，并采用盆栽控水法人工模拟干旱胁迫，通过控制盆土的重量，对4个杜鹃品种进行不同梯度的干旱胁迫处理：对照(CK)、轻度干旱(T₁)、中度干旱(T₂)、重度干旱(T₃)。对照处理土壤含水量为田间持水量的75%~85%；轻度干旱处理土壤含水量约为田间持水量的50%~60%；中度干旱处理土壤含水量约为田间持水量的30%~40%；重度干旱处理土壤含水量约为田间持水量的20%~25%，每个处理每个品种3个重复，每个重复3株。

1.2 抗旱指标的测定方法 1.2.1 旱害指数统计

观察并记录植株在受到水分胁迫时叶片形态的变化，根据观察结果将植株受害程度分为5个级别，分级标准如下：0级(正常生长), 即植株叶色正常，叶尖、叶缘不向内反卷，无叶柄向下弯曲；1级(轻度萎焉)，即叶片主叶脉向下弯曲，叶片无焦枯；2级(中度萎焉)，即叶片卷缩，叶尖、叶缘变色，有叶片焦枯迹象，少量叶片脱落；3级(重度萎焉)，即植株叶片大部分焦黄，皱缩严重，叶片大部分脱落；4级(极度萎焉)，即大量叶片脱落，植株甚至枯死^[7]。按如下公式(1) 计算各杜鹃旱害指数，其值越低，受害程度越低。

$旱害指数 = \left( {0 \cdot {S_0} + 1{S_1} + 2{S_2} + 3{S_3} + 4{S_4}} \right)/总株数$

(1)

式中：S为相应旱害级别的株数。

1.2.2 生理指标测定

采用烘干和饱和称重法测定叶片相对含水量(relative water content，RWC)和饱和水分亏缺，电导法测定相对电导率(relative electric conductivity，REC)，硫代巴比妥酸法测定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，蒽酮比色法测定可溶性糖含量，紫外可见光法测定过氧化氢酶(catalase，CAT)活性，试验方法参照李合生等方法进行改良优化^[8]。用Li-6400XT型便携式光合仪(Li-COR，美国)的荧光叶室测定最大光化学效率(F_v/F_m)。

1.3 数据处理

抗旱系数(C_DR)^[9]的计算按照公式(2)。

${C_{{\rm{DR}}}}/\% = 干旱胁迫下指标值/对照指标值 \times 100$

(2)

隶属函数法综合各项指标进行抗旱性评价^[10]，与抗旱性正相关的指标直接采用公式(3)，负相关的则用1-Z_ij表示。

${Z_{ij}} = ({X_{ij}} - {X_{ij{\rm{min}}}})/({X_{j{\rm{max}}}} - {X_{j{\rm{min}}}})$

(3)

式中：i表示某个品种；j表示某项指标；Z_ij为第i个品种第j项指标的隶属函数值；X_ij表示第i个品种第j项指标的测定值；X_jmin为所有品种第j项指标的最小值；X_jmax为所有品种第j项指标的最大值。

采用Origin 9.0绘图软件作柱状图；SPSS 16.0统计软件进行主成分分析和单因素方差分析(one-way ANOVA)，同类数据显著性差异运用Duncan检验法进行多重比较。

2 结果与分析 2.1 干旱胁迫下4个杜鹃品种的旱害症状和旱害指数

正常条件下，叶片平展，无卷缩，生长正常。轻度胁迫下，4个杜鹃品种的植株都出现了轻微的旱害症状，‘大青莲'、‘国旗红'旱害症状较轻，‘胭脂蜜'旱害症状较严重，超过80%植株出现轻度萎焉症状。中度胁迫时，所有植株都出现旱害症状，‘胭脂蜜'旱害程度较严重，有50%植株出现中度萎焉症状，少量叶片脱落，叶尖、叶缘黄化，有叶片焦枯现象，极少数植株出现叶片大部分焦枯，皱缩严重的迹象，而‘国旗红'总体上旱害症状相对较轻，大多出现轻微萎焉症状，少数出现中度萎焉症状。重度胁迫下，各品种植株叶片失水程度加重，‘胭脂蜜'约50%植株出现全株的叶片焦枯现象，处于极度萎焉状态，甚至有植株枯死，而‘国旗红'的叶片焦黄程度较其余品种轻，但叶片掉落数量也较多，总体上表现出较强的耐旱性。

根据旱害分级标准计算所得的旱害指数可以客观地反映植株在干旱胁迫下的耐受能力。从表 1可以看出，植株在轻度胁迫下，旱害指数不高，说明植株对干旱胁迫有一定的耐受能力，随着胁迫程度的加重，旱害指数呈不断增长的趋势，根据旱害指数平均值的大小，可将4个杜鹃品种抗旱性进行排序为：‘国旗红'>‘玉蝴蝶'>‘大青莲'>‘胭脂蜜'。

2.2 各生理生化指标的抗旱性分析 2.2.1 干旱胁迫对杜鹃过氧化氢酶活性的影响

随着胁迫程度增强，除‘玉蝴蝶'之外，其余3个品种均呈先上升后下降的趋势，且幅度不一(图 1)。在对照条件下，4个杜鹃品种CAT活性差异不大，平均为5.108 U·mg^-1，其中‘胭脂蜜'的活性最高，为6.207 U·mg^-1。轻度干旱胁迫下，各杜鹃品种CAT活性都有小幅度的上升，‘玉蝴蝶'的上升幅度最小，仅为0.803 U·mg^-1，‘国旗红'上升幅度最大，为4.458 U·mg^-1。中度胁迫下，‘大青莲'和‘国旗红'CAT活性均出现大幅度的上升，‘玉蝴蝶'和‘胭脂蜜'却上升幅度不大，但4个杜鹃品种CAT活性存在显著差异(P < 0.05)，与对照相比，‘国旗红'增幅最大，为16.304 U·mg^-1，‘玉蝴蝶'最小，为1.668 U·mg^-1。重度胁迫下，除‘玉蝴蝶'外，其余3个品种CAT活性较中度干旱胁迫均有所下降，‘国旗红'下降幅度最大，为7.992 U·mg^-1。

2.2.2 干旱胁迫对杜鹃可溶性糖含量的影响

与对照相比，在轻度干旱胁迫下，‘大青莲'、‘胭脂蜜'、‘国旗红'的可溶性糖含量均有所下降，分别下降14.37%、8.35%、7.37%，而‘玉蝴蝶'稍上升12.35%(图 2)。中度干旱胁迫下，4个杜鹃品种均有较大幅度的上升，除‘大青莲'外，其余3个品种可溶性糖含量较对照呈显著性差异(P < 0.05)，且‘玉蝴蝶'上升幅度最大，为7.999 mg·g^-1。重度干旱胁迫下，各杜鹃品种可溶性糖含量无明显差异，‘玉蝴蝶'的可溶性糖含量较中度干旱胁迫有所下降，其余品种均上升。

2.2.3 干旱胁迫对杜鹃丙二醇含量的影响

除‘玉蝴蝶'外，其余3种杜鹃叶片的MDA含量在干旱胁迫下总体呈先下降后上升的趋势(图 3)，且各品种之间存在显著性差异(P < 0.05)。正常水分条件下，各品种之间的MDA含量差异较小，‘大青莲'最高，为0.659 μmol·L^-1，平均为0.541 μmol·L^-1。轻度干旱胁迫下，‘大青莲'、‘胭脂蜜'、‘国旗红'均有小幅度下降，中度干旱胁迫下，MDA含量均有较大幅度的上升，‘玉蝴蝶'和‘胭脂蜜'MDA含量与对照差异显著(P < 0.05)，‘玉蝴蝶'增幅最大，为57.20%。重度干旱胁迫下，叶片MDA含量仍保持上升，但各品种上升幅度不一，‘胭脂蜜'和‘国旗红'增幅较小。

2.2.4 干旱胁迫对杜鹃相对电导率的影响

从图 4可知，4种杜鹃叶片的相对电导率在干旱胁迫下总体表现出上升趋势，且所有测定值均高于正常水分条件下的相对电导率。轻度干旱胁迫下，‘大青莲'上升幅度最大，比对照增加22.11%，‘国旗红'上升幅度最小，仅增长2.93%，总体上变化不大。中度干旱胁迫下，相对电导率都明显高于对照(P < 0.05)，增幅从小到大依次为‘国旗红'>‘大青莲'>‘胭脂蜜'>‘玉蝴蝶'。重度干旱胁迫下，相对电导率继续上升，‘胭脂蜜'增幅最大，‘大青莲'增幅最小。

2.2.5 干旱胁迫对杜鹃叶片相对含水量的影响

对照条件下，4种杜鹃相对含水量差异不大，但随着土壤含水量的减少，植物叶片相对含水量呈现逐渐降低的规律(图 5)。轻度干旱胁迫下，‘大青莲'、‘玉蝴蝶'、‘国旗红'相对含水量与对照差异显著(P < 0.05)，其中‘大青莲'下降16.57%，降幅最大。中度胁迫下，4者降低幅度从小到大依次为：‘国旗红' < ‘胭脂蜜' < ‘玉蝴蝶' < ‘大青莲'。重度干旱胁迫使4个杜鹃品种相对含水量大幅降低，平均降幅为69.49%，‘大青莲'相对含水量仅19.95%，‘国旗红'含水量最大，为39.95%。

2.2.6 干旱胁迫对杜鹃叶片饱和水分亏缺的影响

叶片水分饱和亏缺随着土壤水分的降低而上升(图 6)。轻度干旱胁迫下，‘大青莲'变化幅度较对照上升最多，增长了2.48倍，‘胭脂密'的增幅最小，仅11.31%。中度胁迫下，4个杜鹃品种增幅超过对照1倍，差异显著(P < 0.05)，‘玉蝴蝶'增加了6.36倍，增幅最大，‘胭脂密'为1.57倍，增幅最小，相对含水量较高的品种‘国旗红'增幅为1.99倍。重度胁迫时，所有品种的饱和水分亏缺都显著增加，增幅最大的为‘大青莲'，增加了15.97倍，而‘胭脂密'增幅最小，为4.18倍。

2.2.7 干旱胁迫对杜鹃叶片可溶性蛋白含量的影响

从图 7可知，轻度胁迫下，除‘玉蝴蝶'较对照增长7.42%外，其余3个品种均有所下降，‘大青莲'、‘胭脂密'和‘国旗红'分别下降了4.99%、17.68%、14.79%。中度胁迫时，除‘胭脂密'可溶性蛋白含量较对照低，其余3个品种均大于对照，‘玉蝴蝶'增长了40.03%，增幅最大，‘国旗红'增幅最小，为25.59%。重度胁迫时，‘大青莲'和‘玉蝴蝶'可溶性蛋白含量相较中度胁迫有所下降，分别下降了24.15%、33.32%，而‘国旗红'和‘胭脂密'反而有很大的增加，分别增加了111.30%和72.88%，增幅超过50%。

2.2.8 干旱胁迫对杜鹃叶片最大光化学效率的影响

随着胁迫程度的加深，4个杜鹃品种的F_v/F_m均出现下降的趋势(图 8)。在轻度干旱胁迫下，F_v/F_m较对照稍有下降，其中‘国旗红'下降幅度最大，为3.90%，‘玉蝴蝶'下降幅度最小，为1.81%。中度胁迫下，变化仍然不大，与对照比较发现，‘大青莲'降幅最小，仅为1.34%，‘玉蝴蝶'降幅最大，为7.07%，其余两个品种约为5%。重度胁迫下，4个杜鹃品种的F_v/F_m均出现显著性下降(P < 0.05)，其中‘大青莲'降幅最大为98.02%，‘国旗红'降幅最低，为20.92%。

2.3 4个杜鹃品种的抗旱性综合评价 2.3.1 主成分分析

选择7个生理生化指标以及1个叶绿素荧光指标进行测定，将胁迫条件下的测定值与对照非胁迫下的测定值的比值作为主成分分析的值。主成分分析结果表明，第1个主成分贡献率约为50%，第2个主成分贡献率约为31%，两个主成分的累积贡献值已超过80%，因此可以把这两个主成分作为抗旱性评价的重要指标。在此基础上，分析了PC1和PC2的载荷矩阵，其中过氧化氢酶、可溶性糖、丙二醛、相对电导率、相对含水量的载荷值分别是0.831、0.926、0.957、0.887、0.994，为较大特征向量。因此可以将这5个生理指标作为杜鹃抗旱性分析及评价的重要指标。

2.3.2 隶属函数法综合评价

根据主成分分析，选取过氧化氢酶活性、可溶性糖、相对电导率、丙二醛、相对含水量这5个贡献值较大的指标，进行隶属函数分析，根据隶属函数平均值排序，结果表明：抗旱性由强到弱依次为‘国旗红'＞‘玉蝴蝶'＞‘大青莲'＞‘胭脂蜜'。

3 讨论与结论 3.1 讨论

逆境条件下植物外部形态发生明显变化，叶片受到的影响最直接，植株通过自我形态调整，如叶片萎焉、方位改变和叶角变化以适应不良环境^[11]。目前已有众多研究者采用叶片萎焉级别分级来鉴定植株在干旱胁迫下的叶片受害程度，级别越高，受害程度越大^{[7, 12]}。本研究中，随着干旱胁迫程度的加重，植株叶片出现叶脉向下垂挂或者反卷弯曲的现象，严重时叶片由下向上发生程序性焦枯，有的品种叶片大量脱落，然后植株焦枯死亡。根据4个杜鹃品种对不同土壤水分胁迫的控制所产生的旱害症状进行分级，并运用旱害指数对4个杜鹃品种进行了抗旱性的直接客观性评价。试验发现，各品种对干旱胁迫的敏感程度不同，同一胁迫程度下所表现的旱害程度也不一样。其中，‘胭脂蜜'对干旱最为敏感，旱害指数最高，抗旱性最差；而‘国旗红'在整个干旱胁迫过程中，旱害指数都低于其余3个品种，抗旱性最强。

植物的抗旱性与植株的水分状况相关，叶片相对含水量能很好地反映植物的水分状况和萎焉程度，因此通常被作为衡量植物水分状况的指标^[13]。通过相关性分析和主成分分析，叶片相对含水量与杜鹃抗旱性密切相关。在本研究中所有的杜鹃品种在干旱胁迫后，相对含水量均有不同程度降低，而抗旱性强的品种降低幅度小，抗旱性弱的品种降低幅度大。

原生质膜是植物细胞内外的一层屏障，可以有效地防御水分胁迫等逆境引起的伤害，从而维持细胞结构的稳定性。植物处于干旱环境时，细胞膜最直接、最明显的伤害表现为：细胞膜透性增大，稳定性降低，大量离子外渗，叶片细胞膜外渗液的电导率增大，细胞膜的选择透性改变或丧失，从而导致细胞膜损伤^[14]。本研究结果显示，随着干旱胁迫程度的加重，所有杜鹃品种的相对电导率均升高，但上升幅度不一，与对照相比，‘大青莲'、‘玉蝴蝶'、‘胭脂蜜'和‘国旗红'在重度干旱胁迫下相对电导率分别提高了239.67%、319.94%、355.51%、278.15%，表明4个杜鹃品种在干旱胁迫下，叶片细胞膜均受到不同程度的损伤，这与李娟等^[15]在杜鹃对干旱胁迫下的研究结果一致。

渗透条件是植物在干旱逆境下的一种适应性反应，可溶性糖是重要、有效的有机渗透调节物质，细胞通过积累渗透调节物质来维持膨压，以维持植物正常的生理过程^[16-17]。在干旱胁迫条件下，渗透调节物质积累有利于提高植物的抗逆性，随着水分胁迫程度加深，叶片中的可溶性糖含量增加^[18]。本研究结果表明，随着干旱胁迫的加重，‘大青莲'、‘胭脂蜜'、‘国旗红'这3种杜鹃叶片的可溶性糖含量不断积累，马芳蕾等^[19]研究也有类似结论，而‘玉蝴蝶'在重度胁迫下，其可能为了防止植株脱水，当含量超过耐受的阈值时，可溶性糖含量开始下降。

在环境胁迫下，植株体内会产生破坏植物分子的物质，如H₂O₂、·OH、O₂^·-等，使膜脂过氧化作用加剧，引起膜脂过氧化产物(MDA)的增加，同时产生清除这些活性氧的保护酶系统，如CAT、POD和SOD等，清除体内产生的活性氧^[20]。本研究结果表明，干旱胁迫下，杜鹃叶片的CAT活性先上升后下降，而MDA含量一直升高，说明干旱胁迫前期对保护酶系统活性升高有诱导作用，而重度胁迫下使叶片CAT酶活性受到抑制。在中度和重度干旱胁迫下, ‘国旗红'的CAT活性显著高于其它品种，说明干旱胁迫下‘国旗红'叶片抗氧化能力较强，其叶片内MDA含量显著低于其余品种，这是‘国旗红'抗旱性强于其它品种的生理原因。这与洪震等^[21]在研究3种乡土园林地被植物对干旱胁迫的生理响应的结果相一致。

3.2 结论

植株抗旱性是一个受多种因素影响的复杂数量性状。本研究根据前人研究的基础上，结合杜鹃的自身特性，测定了4个杜鹃品种的抗旱性相关指标，采用主成分分析和相关性分析对所测的生理指标进行筛选，最后利用隶属函数法分析了4种杜鹃在干旱胁迫下主要的生理响应因子。结果表明：4种杜鹃在干旱胁迫下的抗旱能力从高到低依次为‘国旗红'>‘玉蝴蝶'>‘大青莲'>‘胭脂蜜'，这与实际观测杜鹃的旱害症状结果相一致。在园林植物应用中，选择观赏特性好、耐旱性强的杜鹃品种，有利于后期对植物的水肥管理和栽培养护。

致谢: 特别感谢杭州植物园张鹏翀、应求是和郭帅等老师对本试验研究提供的帮助与支持！