干旱胁迫下小粒咖啡叶片生理和解剖结构特性及其抗旱性评价

Physiological and anatomical traits and drought resistance evaluation of Coffeaarabica under drought stress

摘要

目的 分析干旱胁迫下6个小粒咖啡品种叶片的生理特性、解剖结构及其与抗旱性的关系，为抗旱咖啡品种选育奠定基础。 方法 以‘NY002’、‘132’、‘397’、‘036’、‘CC24’和‘360’ 6个咖啡品种6月龄幼苗为研究对象，采用人工盆栽控水法，设置对照（保持土壤含水量为75%）和干旱胁迫处理（浇足水后土壤自然干旱），分别在干旱胁迫0，20，30，40，50 d采集叶样测定生理指标和观察解剖结构特征，利用主成分分析、隶属函数分析和聚类分析对6个咖啡品种抗旱性进行综合评价。 结果 ①随着干旱胁迫时间的延长，各品种叶片的相对电导率和丙二醛含量均呈逐渐升高趋势，并在胁迫20 d后大幅度显著升高；②随着干旱胁迫时间延长，各品种叶片过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均呈先上升后下降趋势，CAT和POD活性均在胁迫40 d达到峰值，而SOD活性则在胁迫20 d达到峰值；③叶片解剖结构指标在品种间均存在不同程度的差异，品种‘132’的叶片厚度、海绵组织厚度和叶片疏松度最大，品种‘397’的上表皮厚度、上下角质层厚度、栅栏组织厚度和栅海比最大，品种‘036’的下表皮厚度和叶片紧密度最大；④各品种抗旱性综合度量值D为0.481~2.066，抗旱性可分为极强（‘397’（2.066），‘036’（2.043））、较强（‘132’（1.505））、中等（‘NY002’（0.993），‘CC24’（0.834））和最弱（‘360’（0.481））4类。 结论 咖啡抗旱性与其叶片生理特性及其解剖结构特征密切相关，其中与叶片上表皮厚度、过氧化氢酶活性、栅栏组织厚度和上角质层厚度关系较密切，指标权重均大于0.170，并以‘397’的抗旱性最强，‘360’的抗旱性最弱。

Abstract

Objective This study aims to investigate the physiological and anatomical traits of six coffee varieties （Coffeaarabica） under drought stress and their relationship with drought resistance，so as to lay a foundation for screening drought-resistant coffee varieties. Method Six-month-old seedlings of six coffee varieties，namely ‘NY002’，‘132’，‘397’，‘036’，‘CC24’ and ‘360’，were used as experimental materials.An artificial potted water control method was adopted，including a control group （soil moisture maintained at around 75%） and a drought stress group （natural drying after watering）.Leaf samples were collected at 0，20，30，40 and 50 days of drought stress to determine physiological indices and observe leaf anatomical structure characteristics. Principal component analysis，subordinate function analysis and cluster analysis were used to comprehensively evaluate drought resistance of the six coffee varieties. Result ① With prolonged drought stress，relative electrical conductivity and malondialdehyde content in the leaves of all varieties showed a gradual increasing trend， with a significant sharp rise after 20 days of stress.② With prolonged drought stress，the activities of catalase （CAT），peroxidase （POD） and superoxide dismutase （SOD） in the leaves of each variety initially increased and then decreased.The activities of CAT and POD both reached the peak at 40 days of stress，while the SOD activity peaked at 20 days of stress.③ Leaf anatomical structure indices varied among varieties to different extents.Variety ‘132’ had the largest leaf thickness，spongy tissue thickness and spongy ratio.Variety ‘397’ showed the highest upper epidermis thickness，upper and lower cuticle thickness，palisade tissue thickness and palisade-to-spongy ratio.Variety ‘036’ exhibited the maximum lower epidermis thickness and cell tense ratio.④ The comprehensive drought resistance value D of each variety ranged from 0.481 to 2.066.Drought resistance was divided into four grades： extremely strong （Grade Ⅰ，including varieties ‘397’ （2.066） and ‘036’ （2.043）），strong （Grade Ⅱ，including variety ‘132’ （1.505）），moderate （Grade Ⅲ，including varieties ‘NY002’ （0.993） and ‘CC24’ （0.834）） and the weakest （Grade Ⅳ，including variety ‘360’ （0.481））. Conclusion Drought resistance of coffee is closely related to leaf physiological characteristics and anatomical structures，among which upper epidermis thickness，activities of catalase，palisade tissue thickness and upper cuticle thickness have a relatively close correlation，with their index weights all exceeding 0.170.Variety ‘397’ showed the strongest drought resistance，while variety ‘360’ was the weakest.

Graphical abstract

关键词

小粒咖啡 / 干旱胁迫 / 生理特性 / 叶片解剖结构 / 抗旱性评价

Key words

Coffeaarabica / drought stress / physiological characteristics / leaf anatomical structure / drought resistance evaluation

咖啡是多年生常绿灌木或小乔木，属于茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea）植物，与茶叶、可可并称世界三大无酒精饮料，是热带亚热带国家和地区主要的经济收入来源^［1］。目前世界上栽培的咖啡种主要有大粒咖啡（C.liberica Bull ex Hiern）、中粒咖啡（C.canephora Pierre）和小粒咖啡（C.arabica L.），中粒咖啡和小粒咖啡已成规模化种植，两者产量约占世界咖啡总产量的99%^［2-3］。中国于100多年前引进种植咖啡，主要分布于云南省和海南省，至今已有一个多世纪的种植历史^［4-5］。其中，云南省主要种植品种为小粒种，是小粒种咖啡在国内种植最早的省份，也是国内小粒咖啡的主产区，种植面积、产量和综合产值占据全国98%以上，已发展成为云南省主要的高原特色农业产业之一，同时也是深度契合国家“一带一路”倡议、承担关键角色的重要产业之一^［6-9］。

云南咖啡种植地主要集中在西南部、南部的11个地州（市）的42个县（市）及干热河谷地带^［6］，这些咖啡种植区54.7%处于干旱次高风险区到高风险区之间^［10］，旱季和雨季区分明显，旱季降雨量只有全年的15%左右，是中国干旱频发的主要地区之一^［11］。近年这些种植区的太阳辐射和气温呈总体上升的趋势，而相对湿度呈降低的趋势^［12］。小粒咖啡原产于埃塞俄比亚，生活在热带雨林下层，已适应了荫蔽或半荫蔽、温凉和湿润的生长环境，对干旱较敏感^［13-14］。小粒咖啡生长在干旱环境下各生长发育期都会受到严重影响，特别是开花期。云南的春旱发生于每年3-6月，此时也正值小粒咖啡的开花集中期，小粒咖啡植株光合生理过程和生长受到干旱严重抑制，咖啡果的产量和品质降低，严重影响云南咖啡产业的可持续发展^{［11，15］}。

由于小粒咖啡是从国外引进的经济性作物，相关研究在国内起步相对较晚，特别是在抗旱方面的研究甚少。目前，相关研究主要集中在干旱胁迫对咖啡生长、开花、果实品质、光合特性和生理生化特征的影响，以及响应干旱胁迫的分子机制等方面^［16-18］，而通过干旱胁迫下叶片解剖结构特征来揭示和评价咖啡抗旱能力的研究鲜有报道。植株叶片是进行光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理活动的主要器官，叶片细胞结构与植物抗旱能力密切相关，是揭示和评价植株抗旱能力强弱的主要指标之一^［19-20］。目前在芒果^［21］、苹果^［22］、油茶^［23］和猕猴桃^［24］等植物上已有通过叶片解剖结构特征来评价植物抗旱能力的报道。因此，亟需明确干旱胁迫下咖啡叶片解剖结构、生理生化方面的变化特征及其与抗旱性的关系，为选育具有高抗旱性的咖啡品种奠定理论基础。为此，本研究以保藏在云南农业大学热带作物学院咖啡种质资源圃中，具有较强锈病和炭疽病抗性以及较高产量的6份小粒咖啡种质资源为研究对象，考察了其在干旱胁迫下叶片解剖结构，生物膜受损程度（相对电导率和丙二醛含量），以及抗氧化酶（POD、SOD和CAT）活性变化，并结合主成分分析、隶属函数分析和聚类分析综合评价上述种质资源的抗旱性，筛选出具有高抗旱性的小粒咖啡种质资源，为今后进一步培育抗旱咖啡新品种提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

该研究的供试材料为云南农业大学热带作物学院康平基地培育的6个小粒咖啡品种6月龄袋装苗。其中，‘397’和‘132’种子引自云南省德宏热带农业科学研究所，‘CC24’和‘NY002’引自雀巢咖啡中心试验地，‘360’引自东帝汶，‘036’引自哥斯达黎加。

1.2 试验设计

该试验于2024年3-11月在云南农业大学普洱校区塑料大棚内进行，试验期间大棚内的相对湿度为30%~70%，气温为16~38 ℃，平均光照强度为3 500 lx。于2024年3月5日选取无病、长势均匀的6个咖啡品种的6月龄袋装苗，移栽到装有3 kg营养土（土与商品有机肥按照体积比8.5∶1.5混匀）的营养袋（规格为11 cm×17 cm）中，每袋1株，浇足定根水，继续培育180 d，期间进行常规管理。2024年9月开始进行干旱胁迫处理，每个咖啡品种分别设置干旱胁迫和对照2个处理组，每组各20株袋装苗，每个咖啡品种共40株。干旱胁迫前6个咖啡品种植株营养袋中土壤含水量保持在75%；干旱胁迫开始后，对照组按常规浇水，土壤含水量持续保持在75%左右，处理组停止浇水，让土壤自然干旱。在干旱胁迫的第0，20，30，40，50天时（土壤含水量分别为75%，50%~60%，40%~50%，30%~40%，20%~30%），分别采集6个咖啡品种对照组和处理组植株从下往上第3对叶片，每个品种每个时间点按要求采集任意4 株叶片样品，并将其置于装有液氮的泡沫盒中，快速冷冻后带回实验室，做好标签后保存于-80 ℃冰箱中用于后续生理指标的测定。同时，于干旱胁迫的第50天，同样采集6个咖啡品种对照组和处理组植株从下往上的第4对叶片，制作石蜡切片用于叶片解剖结构的观察。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 生理生化指标

参照郝建军等的《植物生理学实验技术》^［25］，分别采用电导仪法、硫代巴比妥酸法、紫外吸收法、氮蓝四唑光化还原法和愈创木酚法测定咖啡叶片样品的相对电导率（REC）、丙二醛（MDA）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性和过氧化物酶（POD）活性。

1.3.2 叶片解剖结构观察及结构指标测定

根据周乃富等^［26］的石蜡切片法制备切片，切片厚约5 μm。用MOTIC-M150S显微镜和Case Viewer软件观察和测量叶片厚度（LT）、上表皮厚度（UET）、下表皮厚度（LET）、上角质层厚度（UC）、下角质层厚度（LC）、栅栏组织厚度（PT）、海绵组织厚度（ST），并计算栅海比（P/S，栅栏组织厚度/海绵组织厚度）、叶片紧实度（CTR，栅栏组织厚度/叶片厚度）和叶片疏松度（SR，海绵组织厚度/叶片厚度）。每个切片观察和测量5个不同视野，取其平均值作为指标测定值。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2021进行数据处理及柱状图的绘制，使用R语言进行指标间相关性分析及相关性图绘制，使用IBM SPSS Statistics 26进行单因素方差分析、主成分分析和聚类分析。多重比较采用新复极差法（Duncan’s），显著性水平设为0.05（P<0.05）。

1.4.1 隶属函数值

参考王谧等^［27］的隶属函数法对6个小粒种咖啡进行抗旱性综合评价。在计算各指标与抗旱性相关的隶属函数值时，如果指标与抗旱性呈正相关用公式（1），如果指标与抗旱性呈负相关用公式（2）。

R（X_ij ）=（X_ij –X_min）/（X_max–X_min）。（1）

R（X_ij ）=1-（X_ij –X_min）/（X_max–X_min）。（2）

式中：R（X_ij ）和X_ij 分别表示i品种j指标的隶属函数值和测定值，X_min和X_max分别表示j指标中6个咖啡品种的最小值和最大值。

1.4.2 抗旱性综合度量值

根据6个小粒咖啡品种测定的各项指标对应的隶属函数值（R（X_ij ）），同时再结合主成分分析法获得的6个品种每个指标对应的权重（W_j ），计算6个品种分别对应的抗旱性综合度量值D^［28-30］，D值越大则抗旱性越强。其计算公式为：

D={\sum }_{j=\mathrm{1}}^n\left[R\left(X_{ij}\right)\bullet W_j\right]。（3）

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对6个咖啡品种叶片相对电导率和丙二醛含量的影响

图1显示，6个咖啡品种叶片相对电导率（REC）随着干旱胁迫时间增加均呈逐渐上升的趋势，并在干旱胁迫后50 d时达到最大值。其中，在干旱胁迫20 d时，‘397’、‘CC24’的叶片REC就显著增加，其余品种虽也有所增加，但未达显著水平；在胁迫30 d时，各品种叶片REC均进一步大幅显著增加，并以‘036’增幅最大（86.16%），‘CC24’增幅最小（29.44%）；在胁迫40 d时，各品种叶片REC的增幅较胁迫30 d时减小，品种‘CC24’、‘132’、‘036、‘360’增幅仍达到显著水平；在胁迫50 d时，各品种叶片的REC增幅均进一步缩小，与胁迫40 d差异均未达显著水平。

从图1还可知，随着干旱胁迫时间延长，‘NY002’叶片丙二醛（MDA）含量先增加后降低（胁迫40 d时达到峰值），而其余品种均呈逐渐增加趋势（胁迫50 d时达到峰值）。其中，在干旱胁迫20 d时，除‘NY002’和‘132’外，其余品种叶片MDA含量均比胁迫前显著增加，并以‘360’增幅最大（155.59%）；在干旱胁迫30 d时，各品种叶片MDA含量均比胁迫20 d进一步显著增加，并以‘NY002’增幅最大（276.71%）；在胁迫40 d时，各品种叶片中MDA含量较胁迫30 d增幅减小，但除‘NY002’、‘360’外增幅均达显著水平；在胁迫50 d时，叶片中MDA含量除‘NY002’比胁迫40 d显著降低外，其余品种MDA含量仍不同程度增加，但‘397’、‘CC24’增幅未达显著水平。在整个试验期间，咖啡品种‘360’叶片MDA含量的增幅最大，比干旱胁迫前显著增加了869.16%。

2.2 干旱胁迫对6个咖啡品种叶片抗氧化酶活性的影响

6个咖啡品种叶片的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均随着干旱胁迫时间的延长而呈先上升后下降的趋势，CAT和POD活性均在干旱胁迫40 d时达到最高值，而SOD活性均在干旱胁迫20 d时达到峰值（图2）。其中，干旱胁迫20 d时，‘CC24’和‘360’叶片CAT活性就显著上升，其余品种则上升不显著；胁迫30 d时，各品种叶片CAT活性均迅速增加，且比胁迫20 d增加显著；胁迫40 d时，各品种叶片CAT活性均达到最大值（469.87~588.80 U/g），与干旱胁迫前相比显著增加85.08%~274.24%，且除‘036’外也比胁迫30 d显著增加；胁迫50 d时，各品种叶片CAT活性均开始下降，且除品种‘NY002’和‘036’外均比胁迫40 d显著降低（图2-A）。

同时，如图2-B所示，在干旱胁迫20 d时，各咖啡品种叶片POD活性均比胁迫前不同程度增加，但仅‘132’、‘360’增幅达到显著水平；胁迫30 d时，各品种叶片POD活性均比胁迫20 d进一步增加，但仅品种‘CC24’增加显著；胁迫40 d时，各品种叶片POD活性均迅速上升至最大值（1.24~1.49 U/g），比干旱胁迫前显著增加140.04%~333.33%；胁迫50 d时，各品种POD活性均比胁迫40 d时不同程度降低，但仅‘NY002’、‘036’和‘CC24’降幅显著。整个试验期间，品种‘036’叶片POD活性增幅最大，与干旱胁迫前相比显著增加了333.33%。

另外，图2-C显示，6个咖啡品种叶片SOD活性在干旱胁迫20 d时就迅速显著增加，并达到最大值（0.371~0.444 U/g），与干旱胁迫前相比显著增了151.06%~248.63%；在胁迫30~40 d时，各品种叶片的SOD活性迅速下降，且降幅均达到显著水平；在胁迫50 d时，各品种SOD活性比40 d时进一步降低，但降幅减小，且仅品种‘132’和‘036’降幅达到显著水平。

2.3 干旱胁迫对6个咖啡品种叶片解剖结构的影响

表1显示，6个咖啡品种叶片厚度以‘132’最大，‘360’最小，平均为330.60 μｍ，‘132’、‘397’、‘CC24’之间无显著性差异，但都显著高于其余品种；上表皮厚度以‘397’最大，‘360’最小，‘036’与‘397’相近并显著高于其他品种，‘360’与‘NY002’间无显著性差异，但显著低于其余品种。下表皮厚度以‘036’最大，它与‘397’无显著性差异，两者均显著大于‘NY002’、‘CC24’、‘360’，‘360’最小。上角质层厚度以‘397’最大，并与除‘036’以外品种差异显著，虽‘CC24’最小，但其与‘NY002’、‘132’、‘360’之间均无显著性差异。下角质层厚度以‘397’最大，但与‘NY002’、‘132’、‘036’之间均无显著差异，这四者都显著高于其余两品种，其余两品种间无显著差异。栅栏组织厚度以‘397’最大，但仅与‘CC24’、‘360’差异显著，所有品种都显著高于‘360’。海绵组织厚度以‘132’和‘CC24’较大，并均显著大于其余品种，而两者间无显著差异。栅海比以‘397’和‘036’较大，显著大于除‘NY002’以外的品种，并以‘360’最小。叶片紧实度以‘036’最大，但与‘397’、‘NY002’之间无显著差异，却显著高于其余3个品种，其余3品种间差异不显著。叶片疏松度以‘397’最小，并与其余品种差异显著，而其余品种间均无显著性差异。

2.4 6个咖啡品种抗旱性综合评价

2.4.1 抗旱性指标间的相关性分析

15个抗旱性指标间的Spearman相关系数矩阵图如图3所示。

由图3可知，6个咖啡品种叶片的REC与MDA含量、POD活性、CAT活性呈极显著正相关，与叶片厚度显著正相关，与下角质层厚度呈显著负相关；MDA含量与POD活性、CAT活性呈极显著正相关，与叶片厚度显著正相关，与下角质层厚度呈显著负相关；POD活性与CAT活性呈极显著正相关，与叶片厚度呈显著正相关，与下角质层厚度呈极显著负相关；CAT活性与下角质层厚度呈显著负相关；叶片厚度与海绵组织厚度呈极显著正相关，与栅栏组织厚度呈显著正相关，与叶片紧实度呈显著负相关；上表皮厚度与下表皮厚度、栅栏组织厚度呈极显著正相关；海绵组织厚度与栅海比、叶片紧实度均呈极显著负相关，与叶片疏松度呈显著正相关；栅栏组织厚度与栅海比、叶片紧实度均呈极显著正相关，与叶片疏松度呈极显著负相关；栅海比与叶片紧实度呈极显著正相关，与叶片疏松度呈极显著负相关。可见，15个抗旱指标间存在一定程度的关联性，数据所反映的信息在一定程度上有所重叠，直接利用这些指标很难准确地对6个小粒咖啡品种的抗旱性做出客观评价。所以，有必要进一步根据各品种测定指标对应的隶属函数值，同时再结合主成分分析法得到的各品种每1指标对应的权重，计算出6个小粒咖啡品种分别对应的抗旱性度量值D，综合分析评价品种抗旱性。

2.4.2 抗旱性指标的主成分分析

对6个咖啡品种的15个抗旱性指标进行主成分分析，参考武燕奇等^［31］的方法，提取累计方差贡献率大于80%的前5个主成分用作咖啡抗旱性评价综合指标。结果（表2）显示，前5个主成分的累计方差贡献率达到82.209%，且特征值都大于1，说明前5个主成分较好地保留了15个指标的绝大部分信息。其中，主成分1的方差贡献率最大（28.709%），REC、MDA含量和POD活性的绝对载荷值较高，分别为0.925，0.917和0.830；主成分2的方差贡献率为23.779%，栅海比和叶片紧实度的绝对载荷值较高，分别为0.931和0.846；主成分3的方差贡献率为13.620%，上表皮厚度和下表皮厚度的绝对载荷值较高，分别为0.579和0.576；主成分4的方差贡献率为8.817%，其SOD活性的绝对载荷值最高（0.575）；主成分5的方差贡献率为7.284%，其叶片厚度的绝对载荷值较高（-0.483）。

先根据每个主成分中每个指标对应的载荷值和每个主成分对应的特征值，计算出5个主成分表达式：

F₁=0.446x₁+0.442x₂+0.400x₃+0.378x₄-0.117x₅+0.305x₆+0.148x₇+0.092x₈+0.102x₉-0.188x₁₀+0.269x₁₁+0.205x₁₂-0.054x₁₃+0.020x₁₄+0.052x₁₅

F₂=-0.019 6x₁+0.001x₂-0.067x₃+0.007x₄-0.152x₅-0.025x₆+0.274x₇+0.174x₈+0.219x₉+0.082x₁₀-0.268x₁₁+0.412x₁₂+0.493x₁₃+0.448x₁₄-0.354x₁₅

F₃=-0.127 6x₁-0.172x₂-0.231x₃-

0.039 7x₄+ 0.240x₅+0.334x₆+0.405x₇+0.403x₈+0.304x₉+0.372x₁₀+0.313x₁₁+0.044x₁₂-0.191x₁₃-0.190x₁₄+0.016x₁₅

F₄=0.052x₁+0.035x₂+0.004x₃+0.231x₄+0.500x₅-0.268x₆-0.087x₇-0.365x₈+0.387x₉+0.229x₁₀+0.081x₁₁+0.137x₁₂+0.054x₁₃+0.297x₁₄+0.402x₁₅

F₅=0.123x₁+0.116x₂-0.017x₃+0.412x₄-0.107x₅-0.462x₆+0.347x₇+0.322x₈-0.175x₉+0.267x₁₀-0.3351x₁₁-0.315x₁₂-0.118x₁₃-0.026x₁₄+0.156x₁₅

再根据5个主成分的权重，结合5个主成分的特征值计算得出综合模型的表达式：

F=0.142x₁+0.136x₂+0.079x₃+0.184x₄-

0.001x₅+0.082x₆+0.213x₇+0.135x₈+0.170x₉+0.066x₁₀+0.046x₁₁+0.180x₁₂+0.085x₁₃+0.117x₁₄-0.024x₁₅

在综合模型表达式中，指标前系数越大，表示权重越大，越能反映咖啡品种的抗旱性。15个指标中，表征咖啡品种抗旱性指标排序依次为上表皮厚度（0.213）、CAT活性（0.184）、栅栏组织厚度（0.180）、上角质层厚度（0.170）、相对电导率（0.142）、MDA含量（0.136）、下表皮厚度（0.135）、叶片紧实度（0.117）、栅海比（0.085）、叶片厚度（0.082）、POD活性（0.079）、下角质层厚度（0.066）、海绵组织厚度（0.046）、叶片疏松度（0.024）、SOD活性（0.001）。

2.4.3 咖啡品种抗旱性隶属函数分析

根据隶属函数法，求出6个咖啡品种每个指标的隶属函数值，同时结合每个指标对应的权重，求出抗旱性综合度量值D，最后依据D值对品种抗旱性排序。抗旱性综合度量值越大，抗旱性越强。由表3可知，抗旱性综合度量值D最大的品种为‘397’（2.066），最小的品种为‘360’（0.481）。6个咖啡品种抗旱性表现为：‘397’（2.066）>‘036’（2.043）>‘132’（1.505）>‘NY002’（0.981）>‘CC24’（0.834）>‘360’（0.481）。

2.4.4 6个咖啡品种抗旱性聚类分析

基于抗旱性综合度量值，采用系统聚类法对6个咖啡品种进行聚类。结果（图4）显示，在欧氏距离为5处，6个咖啡品种根据抗旱性可分为4大类。其中，第Ⅰ类品种抗旱性极强，为 ‘397’和‘036’；第Ⅱ类品种抗旱性较强，为‘132’；第Ⅲ类品种抗旱性中等，为‘NY002’和‘CC24’；第Ⅳ类品种抗旱性最弱，为‘360’。

3 讨论

相对电导率和丙二醛含量在一定程度上能反映细胞膜受损伤的程度以及抗旱强度，是衡量植物抗旱能力强弱的重要指标^［32-33］。当植物遭遇干旱胁迫时，细胞膜结构受损发生改变，透性增大，胞内电解质外渗，导致细胞外液电导率增大^［34］。同时，植株体内膜脂过氧化反应会启动，使活性氧在体内积累，最终致使膜脂过氧化反应的终产物丙二醛含量升高^［35］。植株在干旱胁迫下体内丙二醛含量上升的幅度越小，其抗旱性越强。万一峰等^［36］研究发现，随着干旱胁迫时间的延长，青钱柳叶片相对电导率和丙二醛含量均逐渐升高，且两者呈极显著正相关。李雪霞等^［37］研究也表明，随着干旱胁迫时间的延长，4个北美冬青品种叶片相对电导率和丙二醛质量分数均不同程度增加，且干旱胁迫强度越大，增加幅度越大。该研究结果也表明，6个小粒咖啡品种叶片相对电导率和丙二醛含量随着干旱胁迫时间延长均逐渐增加，但各品种的增加趋势和幅度不同，说明此时各品种细胞膜受损伤程度不同，但相对电导率和丙二醛含量在胁迫20 d后均与干旱胁迫前存在显著差异，同时相关性分析也表明两指标间具有极显著正相关关系。

当植株遭受干旱胁迫时，其体内活性氧生成与清除的动态平衡系统遭到破坏，活性氧清除机制的效能受到显著抑制，最终导致活性氧在植株体内不断累积。与此同时，植物体内的光反应也受到相应的影响，产生大量会与OH^-结合使植物细胞 DNA受损的超氧阴离子自由基（O₂^-·），而这些干旱胁迫诱导植株体内所产生的O₂^-·，会在CAT、SOD和POD等抗氧化酶的相互协调下被清除，以此减少活性氧的毒害作用^［38-39］。该研究中，随干旱胁迫时间的延长，6个咖啡品种叶片的CAT、SOD和POD活性均呈现先升高后降低的趋势，这可能是因为6个咖啡植株在干旱胁迫初期通过增强体内SOD、POD和CAT活性以清除干旱胁迫所产生的O₂^-·，以适应干旱环境；随着干旱胁迫时间的延长及干旱强度的增大，咖啡植株体内SOD、POD和CAT不足以及时清除过量的活性氧，咖啡植株体内活性氧生成与清除的动态平衡遭到破坏，抗氧化酶活性随之下降，咖啡植株受到干旱胁迫伤害。以上研究结果与干旱胁迫下4个苹果砧木资源幼苗^［22］和6个绣球品种幼苗^［40］的相关研究结果一致。

植物对干旱胁迫的适应能力可以通过叶片形态以及解剖结构反映出来，因此叶片形态及解剖结构可以作为评价植物抗旱性的一类重要指标^［41］。通常抗旱性和保水性较强的植物，其叶片也相对较厚^［42］。同时，抗旱能力强植株的上下表皮厚度和上下角质层厚度均比抗旱能力弱的厚，更利于植株阻隔外界的热量，减少植物叶片水分蒸发量，降低叶片水分过量蒸发造成的伤害^［43］。叶片栅栏组织是细胞水分储存的重要场所，栅栏组织越厚，保水能力越强，植物抗旱能力也越强。此外，植物进行光合作用的细胞器叶绿体大量存在于叶片栅栏组织中。海绵组织中细胞排列疏松，存在着大量空隙，导致植物蒸腾作用较强，不利于组织中水分储存^［23］。栅海比是衡量植物抗旱强度的重要指标之一，栅海比越大的植株，其栅栏组织也较发达，保水和储水能力也较强，抗旱性也较好^［24］。叶片紧实度和叶片疏松度是栅栏组织和海绵组织分别与叶片厚度的比值，一般来讲，植株保水性越好叶片紧实度越大，植株保水性越差叶片疏松度越大^［44］。该研究结果表明，小粒咖啡品种‘132’的叶片厚度、海绵组织厚度和叶片疏松度最大，品种‘397’的上表皮厚度、上下角质层厚度、栅栏组织厚度和栅海比最大，品种‘036’的下表皮厚度和叶片紧密度最大。由此可见，植物的抗旱能力及抗旱性是由多种叶片解剖结构指标共同决定的，不能通过单一指标评价植物的抗旱性。

同时，该研究结果表明，6个咖啡品种叶片的各项指标在干旱胁迫下均有不同程度的变化，且排序不一，说明咖啡植株的抗旱性不是由某个指标决定，而是由多项指标相互作用共同影响的结果，所以仅通过某个指标来评价6个咖啡品种的抗旱性不够准确全面，需要采用较全面且适合的方法来对其进行综合分析。目前，在芒果^［21］、板栗^［31］、茶树^［45］、澳洲坚果^［46］等多种植物上已经广泛应用了结合主成分分析、隶属函数分析和聚类分析的抗旱性综合评价方法。所以该研究结合主成分分析和隶属函数分析计算出6个咖啡品种的抗旱性综合度量值，并根据抗旱性综合度量值进行抗旱性的排序，最后结合抗旱性综合度量值运用聚类分析对6个咖啡品种的抗旱性进行系统聚类。结果表明，6个咖啡品种抗旱性可划分为4大类，第Ⅰ类品种为‘397’和‘036’，其D值分别为2.066和2.043，抗旱性极强；第Ⅱ类品种为‘132’，其D值为1.505，抗旱性较强；第Ⅲ类品种为‘NY002’和‘CC24’，其D值分别为0.993和0.834，抗旱性中等；第Ⅳ类品种抗为‘360’，其D值为0.481，抗旱性最弱。植物的抗旱性受多种因素的影响，该研究仅通过生理特性和叶片解剖结构特征评价了6个小粒咖啡品种的抗旱性，后续可结合遗传基因等进行更深入的综合评价，更有效地开展抗旱品种的选育。

4 结论

随着干旱胁迫时间的延长，6个小粒咖啡品种叶片的REC和MDA含量均逐渐升高，叶片CAT、POD和SOD活性均呈先上升后下降趋势，但均高于干旱胁迫前；各品种间叶片解剖结构在干旱胁迫下均有不同程度的差异，品种‘132’的叶片厚度、海绵组织厚度和叶片疏松度最大，品种‘397’的上表皮厚度、上下角质层厚度、栅栏组织厚度和栅海比最大，品种‘036’的下表皮厚度和叶片紧密度最大；6个咖啡品种抗旱性与其叶片生理特性和叶片解剖结构密切相关，其抗旱性综合度量值D为0.481~2.066，抗旱性表现为‘397’（2.066）>‘036’（2.043）>‘132’（1.505）>‘NY002’（0.981）>‘CC24’（0.834）>‘360’（0.481），即品种‘397抗旱性最强，‘360’抗旱性最弱。

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基金资助

国家级大学生创新训练计划项目(202410676035S)

云南省科技厅重点研发计划-云南省咖啡产业绿色发展国际联合研发中心项目(202303AP140010)

云南省咖啡重点实验室项目(202449CE340030)

云南省大学生创新训练计划项目(S202410676053)

云南省大学生创新训练计划项目(S202410676054)

云南农业大学热带作物学院教育教学改革项目(202508)