林雪燕 侯健 林俊兰 宗语馨 金睿哲 薛秋华

(福建农林大学 a.园林学院，b.国际学院；福建 福州 350002)

芳香植物指可以通过叶、花、果、根等各器官或整株散发出香气，并兼具一定药用价值的植物类群[1]。其具药食同源功效[2]，可趋避植食性昆虫，改善果[3]、菜[4]、茶园[5]土壤理化性质，部分可作为燃料、绿肥使用和优秀的蜜源植物。其特定挥发性成分对预防和治疗疾病具有显著效果，为康复景观、盲人花园、疗愈花园等保健绿地的主要应用植物[6]。

全球气候变暖干热化导致植物干旱胁迫普遍存在，城市环境美化绿化消耗大量水资源，选择抗旱性强的植物可保护生态环境和降低园林的建设、养护成本[7]。干旱使植物的形态和内部生理生化发生变化，包括：植物叶片含水量下降、抗氧化酶系统的稳定和平衡、渗透调节物质的合成与分解、光合作用等[8]。

芳香植物物种丰富，综合应用价值高，具良好的开发前景，对其逆境生理研究报道较少。本研究对3种功能性强的芳香植物神香草(Hyssopusofficinalis)、柠檬香茅(Cymbopogoncitratus)、蝶豆(Clitoriaternatea)进行盆栽控水试验，通过对比不同胁迫时间下3种芳香植物的形态和生理生化变化，探讨它们对自然干旱胁迫的生理生化响应，运用模糊隶属函数法进行抗旱性综合排序，以期为3种芳香植物的引种栽培与应用推广的水分管理提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料来自福建农林大学园林学院实践基地。选择长势均匀、生长健壮的1年生盆栽神香草、柠檬香茅、蝶豆进行试验。3种植物材料均栽种在高16cm、上口径17cm、下口径13cm的塑料盆中。

1.2 试验设计

2021年8月采用盆栽控水模拟自然干旱胁迫的方法，将3种芳香植物浇水饱和后放入智能光照培养箱25℃/20℃(12 h/12 h，昼/夜)进行试验，智能光照培养箱白天光照强度为3 000Lux，相对湿度为60%。分别在第2、4、6、8、10、12d(预试验中3种材料的全部叶片枯萎时间为12d)后选择成熟叶片混合取样，以第1次取样作为对照组(CK)。每个处理设置3次重复。

1.3 测定指标及方法

取样时记录3种植物生长状态，划分干旱等级[8]。叶片相对含水量(RWC)采用浸提法；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法(TBA)；细胞膜透性(CMP)采用相对电导率法；可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法；可溶性蛋白(SP)含量采用考马斯亮蓝G-250法；脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法；叶绿素(Chl)总浓度采用乙醇提取法。生理生化指标的测定方法参考《植物生理生化实验原理和技术》[9]。

1.4 数据处理与分析

数据整理和制图使用Excel 2016软件，使用SPSS 20.0软件对自然干旱胁迫下3种植物指标进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，采用Duncan法进行多重比较，差异显著水平为0.05，用字母标记差异显著性。

采用模糊隶属函数法对3种芳香植物进行抗旱性综合评定。隶属值计算公式为：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(公式1)

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(公式2)

式中：Xi为指标测定值，Xmax为对应指标的最大值，Xmin为对应指标的最小值，R(Xi)为对应指标的隶属度。隶属函数(公式1)计算正相关指标，反隶属函数(公式2)计算负相关指标，将各植物的指标隶属值进行累加计算综合值，综合值越大，抗旱性越强。

2 结果与分析

2.1 自然干旱胁迫下3种芳香植物的形态变化

干旱6d，神香草叶缘开始失水萎蔫，柠檬香茅新叶边缘开始卷曲。干旱8d神香草植株部分萎蔫变软；柠檬香茅老叶边缘开始卷曲，新叶失水皱缩；蝶豆新叶开始卷曲，叶子因失水闭合，成熟叶片厚度变薄。干旱10d，神香草大部分叶片萎蔫，生长受抑制；柠檬香茅1/3叶片卷曲萎蔫；蝶豆新叶卷曲，嫩梢耷拉，1/2老叶枯萎变黄，成熟叶片变得更薄。干旱12d，神香草枝条全部耷拉，叶片全部失水皱缩；柠檬香茅3/4以上叶片萎蔫；蝶豆整株植株枯萎，老叶开始脱落。神香草和柠檬香茅复水后当天即恢复生长状态，蝶豆新芽次日挺立，老叶脱落后一周内有新芽长出(见表1)。

表1 干旱对3种芳香植物的伤害等级

2.2 自然干旱胁迫下3种芳香植物叶片相对含水量的变化

3种植物的叶片相对含水量在自然干旱胁迫下均下降。3种植物的叶片相对含水量分别显著下降了16.29%、15.46%、22.76%(p<0.05)(见图1)。

图1 自然干旱胁迫下3种植物叶片相对含水量的变化

2.3 自然干旱胁迫下3种芳香植物的抗氧化酶活性变化

自然干旱胁迫中，神香草的SOD活性在第4d显著下降18.56%(p<0.05)，第10d达最大值，为CK的1.21倍，差异水平显著(p<0.05)。柠檬香茅的SOD活性先显著上升(p<0.05)，第4d达最大值，后期平缓变化，各处理组的SOD活性均显著高于CK(p<0.05)。蝶豆的SOD活性在干旱胁迫过程中呈波浪变化，具双峰现象，在胁迫第6、10d其活性分别较CK增加11.23%、13.12%(见图2)。

图2 自然干旱胁迫下3种植物SOD活性的变化

神香草的POD活性在干旱第6d时下降，第8d显著上升(p<0.05)，较CK增加47.32%。柠檬香茅的POD活性在胁迫初期显著下降(p<0.05)，第6d其POD活性为CK的60.87%；第10d柠檬香茅POD活性有最小值，为CK的20.00%；胁迫12d后柠檬香茅POD活性急速上升超过CK值。蝶豆的POD活性先升后降，在第4d有最大值，为CK的1.86倍；随后POD活性下降(见图3)。

图3 自然干旱胁迫下3种植物POD活性的变化

神香草的CAT活性先降后升，干旱第6d其活性最小，与CK无显著差异(p>0.05)；第12d其CAT活性有最大值。干旱胁迫6d，柠檬香茅CAT活性下降至CK的51.11%(p<0.05)；随后上升，在第8d有最大值，为CK的1.4倍；第10、12d其CAT活性均显著小于CK。蝶豆的CAT活性在干旱胁迫前6d显著上升至CK的1.74倍(p<0.05)；随后迅速下降，在第10d有最小值，为CK的81.94%；胁迫12d后其活性上升至高于CK值(见图4)。

图4 自然干旱胁迫下3种植物CAT活性的变化

2.4 自然干旱胁迫下3种芳香植物的膜稳定性变化

神香草的MDA含量随着干旱胁迫的时间延长呈波动变化，干旱4d及以后的MDA含量均高于CK值。干旱胁迫前8d，柠檬香茅的MDA含量显著升高至CK的1.43倍(p<0.05)；干旱第10d的MDA含量虽有些许下降，仍较CK高出38.99%；干旱12d后MDA含量最高，为CK的1.55倍。自然干旱胁迫下蝶豆的MDA含量变化趋势和神香草较为相似，在干旱10d有最大值，含量为CK的1.88倍(见图5)。

图5 自然干旱胁迫下3种植物MDA含量的变化

自然干旱胁迫下，3种芳香植物的细胞膜透性总体增大。神香草的细胞膜透性随着胁迫时间延长而增大，在干旱12d后显著高于CK值(p<0.05)，增加了62.23%。干旱8d柠檬香茅的细胞膜透性显著增加至CK的1.17倍(p<0.05)，干旱10、12d后的细胞膜透性与CK差异显著(p<0.05)，12d后的细胞膜透性为CK的1.55倍。蝶豆的细胞膜透性在干旱前6d无显著变化(p>0.05)；干旱8d显著增大，为CK的1.96倍(见图6)。

图6 自然干旱胁迫下3种植物细胞膜透性的变化

2.5 自然干旱胁迫下3种芳香植物的渗透调节物质含量变化

神香草的可溶性糖含量随干旱胁迫呈先降后升趋势，干旱第10d，神香草可溶性糖含量急速上升，较第8d上升了7.6倍(p<0.05)。柠檬香茅的可溶性糖含量随胁迫时间呈S形变化，胁迫第10d可溶性糖含量最高，较CK高出13.79%；胁迫12d后含量显著下降至低于CK50.03%(p<0.05)。蝶豆的可溶性糖含量先升后降，胁迫8d前期含量变化平缓；10d后其含量可达最高值，为CK的2.21倍(见图7)。

图7 自然干旱胁迫下3种植物可溶性糖含量的变化

3种植物的可溶性蛋白在自然干旱胁迫下呈波动变化。干旱第8d，神香草的可溶性蛋白有最低值，为CK的84.84%。干旱过程中，神香草的可溶性蛋白含量均低于CK值。干旱10d，柠檬香茅的可溶性蛋白量与CK无显著差异(p>0.05)，其他处理均与CK差异显著(p<0.05)。干旱胁迫4d，蝶豆的可溶性糖含量显著下降至CK的73.72%(p<0.05)；胁迫10d后其含量与CK无显著差异(p>0.05)(见图8)。

图8 自然干旱胁迫下3种植物可溶性蛋白含量的变化

神香草的脯氨酸含量在干旱前6d先降后升，在干旱后6d先降后升；干旱胁迫6d后其含量最低，为CK的77.54%；干旱12d后其含量较第10d快速增加至CK的2.66倍，差异水平显著(p<0.05)。柠檬香茅的脯氨酸含量先增后降再升；干旱胁迫6d后其脯氨酸含量均显著高于CK值(p<0.05)。蝶豆的脯氨酸含量变化趋势呈先升后降趋势，在干旱10d达最大值，为CK的9.01倍；干旱12d其含量下降，但仍显著高出CK5.44倍(见图9)。

图9 自然干旱胁迫下3种植物脯氨酸含量的变化

2.6 自然干旱胁迫下3种芳香植物的叶绿素浓度变化

神香草的叶绿素浓度呈S形变化，第6d达最大值，浓度为CK的1.21倍；第10d，其叶绿素浓度有最小值，为CK的71.20%。柠檬香茅的叶绿素浓度先升后降再升，第6d其含量显著高出CK39.30%(p<0.05)；干旱12d，其叶绿素浓度为CK的1.53倍。蝶豆的叶绿素浓度在第6d达最小值，为CK的63.98%；第10d其叶绿素浓度显著跃升至CK的1.88倍(p<0.05)；12d后其叶绿素浓度为CK的1.64倍，差异水平显著(p<0.05)(见图10)。

图10 自然干旱胁迫下3种植物叶绿素浓度的变化

2.7 隶属函数值与抗旱性综合分析

利用模糊数学隶属函数法综合评价3种芳香植物抗旱能力，神香草的综合隶属函数值为4.22，柠檬香茅的综合隶属函数值为4.95，蝶豆的综合隶属函数值为4.04。3种芳香植物的抗旱性排序为柠檬香茅>神香草>蝶豆(见表2)。

表2 3种芳香植物指标综合隶属函数值的抗旱性评价

3 讨论与结论

植物叶片对环境变化具有极强的敏感性，影响着植物的生存能力和生长。干旱胁迫下，植物叶片会出现卷曲或萎蔫现象，以防止叶片失水过多，减缓叶片衰老与脱落。本研究中3种芳香植物对于自然干旱的反应不一致。在干旱6d神香草、柠檬香茅叶片因失水而发生卷缩，干旱8d蝶豆叶片叶缘开始卷缩，综合叶片相对含水量分析，柠檬香茅叶片的保水能力强于神香草和蝶豆。白瑞琴等[11]研究发现自然干旱胁迫8—12d后神香草开始出现叶片萎蔫现象，与本研究结果相似。3种植物在试验后复水都能快速恢复生长，均能较好适应干旱胁迫。

植物在遭受逆境胁迫时产生活性氧，自由基含量过多会影响细胞的正常生命活动，需要通过抗氧化防御系统清除[12]481-489。SOD、POD、CAT是植物体内的抗氧化防御系统的主要抗氧化酶，三者之间具有协同作用，能够有效地清除活性氧自由基，减轻或避免活性氧对脂膜的攻击，防止膜损伤[12]481-489。自然干旱下，神香草的SOD活性先降后升再降，在干旱前期神香草处于正常生长状态，SOD活性下降为正常生理反应；随干旱时间的延长，神香草感受到了干旱胁迫，其SOD活性显著增强以适应干旱胁迫，干旱后期虽然其SOD活性有下降，但仍高于CK，说明长期干旱胁迫下神香草SOD起着重要作用；柠檬香茅、蝶豆的SOD活性变化较神香草的平缓，干旱胁迫下柠檬香茅的SOD活性均较CK的高；干旱后期蝶豆的SOD活性与CK的差异不显著，说明SOD作为抗氧化防御系统的第一种酶，能够及时有效地清除干旱下3种植物的超氧根离子，减轻干旱对植物的伤害。本试验中神香草、柠檬香茅POD在短期干旱处理并不起作用，中度干旱激发神香草POD活性；虽然在干旱过程中两者的POD活性无明显变化趋势，但长期胁迫激发神香草、柠檬香茅的POD活性，两者POD均能较好适应干旱处理；蝶豆的POD活性在短期干旱处理下升高，随后下降，说明短期轻度干旱能够激发神香草的POD活性，蝶豆POD活性不适应中、后期自然干旱处理。神香草的CAT活性在干旱胁迫过程中不具有显著差异，CAT不能作为神香草的抗旱指标；干旱处理下柠檬香茅最强的CAT活性与CK不具有显著差异，干旱不能激发柠檬香茅CAT活性。蝶豆的CAT活性在干旱胁迫下变化幅度大，干旱10d作为激发蝶豆CAT活性的时间点，随后持续干旱使CAT活性降低。3种芳香植物的SOD、POD、CAT活性在干旱胁迫下变化复杂，相互协调。SOD、POD可作为神香草、柠檬香茅抗旱性指标，3种酶均能作为蝶豆的抗旱性指标。

植物受到胁迫后体内产生活性氧自由基进而产生过氧化产物，MDA为过氧化产物之一，其含量的变化体现了膜脂过氧化作用的程度[13]624-634。MDA能够与蛋白质或核酸等形成聚合物破坏细胞膜，细胞内的电解质因为细胞膜透性增大而外渗，表现在可测量的相对电导率上[14]。3种植物的MDA含量和细胞膜透性变化较为一致，可认为是膜脂过氧化引起了膜损伤，说明本试验处理的有效性。干旱前期3种植物的MDA含量和细胞膜透性变化较为平缓，说明干旱胁迫程度低时，对膜脂过氧化反应及膜透性的影响较小，植物对于干旱变化有一定的防御作用，其中有其他的生理反应参与进来[15]。3种植物的MDA含量、细胞膜透性可作为抗旱性鉴定指标。

3种植物受到干旱胁迫时，体内的渗透调节物质含量发生明显变化，以缓解、抵抗干旱胁迫带来的伤害。本研究中干旱前6d，3种植物的可溶性糖、可溶性蛋白、神香草脯氨酸含量均小于CK，说明这3种物质在相对应的植物中对短期干旱胁迫的敏感性较低；随着干旱胁迫时间延长至10d，3种植物可溶性糖含量均升高来适应长期干旱[13]624-634，这与刘芳等[16]在迷迭香(Rosmarinusofficinalis)的干旱试验结果一致。3种植物的可溶性蛋白含量在干旱胁迫下并无明显升高，可能干旱抑制了蛋白质合成。干旱12d后神香草脯氨酸含量升高，柠檬香茅脯氨酸显著高于CK，蝶豆的脯氨酸含量先升后降，在干旱10d后有最大值，干旱12d后其含量显著高于CK，3种植物通过积累脯氨酸含量来提高原生质胶体的稳定性，减缓因干旱引起的伤害[17]，这与白瑞琴等[11]在几种芳香植物上的研究结果较为一致。可溶性糖、脯氨酸可作为3种植物的抗旱性鉴定指标。

叶绿体是植物进行光合作用场所，叶绿素起捕获光能、吸收光能的作用。叶绿素浓度是叶片生理活性变化、光合机能大小有关的指标[18]。测量叶绿素浓度能够及时了解植物对于逆境的反应及生长状况。本试验中，中度适当干旱能够提高神香草的叶绿素浓度，后期持续干旱其光合作用受抑制；自然短、中期干旱对柠檬香茅、蝶豆的光合作用影响较小，长期中度干旱能够显著提高两者叶绿素浓度，增强两者光合作用。

3种芳香植物自然干旱试验下其各个指标变化没有共同规律，应用模糊隶属函数法综合评价3种植物，可有效反映3种植物的抗旱性差异。3种植物的抗旱性排序为：柠檬香茅>神香草>蝶豆。模糊隶属函数法已被应用来评价紫苜蓿(Medicagosativa)[19]、马铃薯(Solanumtuberosum)[20]等的抗旱性，运用此方法评价本研究中3种芳香植物的抗旱性，结果更为科学可靠。