伯樂樹幼苗對不同土壤含水量的生理生態(tài)響應(yīng)

劉菊蓮，夏麗芝，鄭偉成，季國華，葉飛英，胡有金，陶月良

（1. 浙江九龍山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，浙江 遂昌323300；2. 溫州科技職業(yè)學(xué)院, 浙江 溫州 325006;3. 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 浙江 溫州 325035）

伯樂樹幼苗對不同土壤含水量的生理生態(tài)響應(yīng)

劉菊蓮1，夏麗芝2，鄭偉成1，季國華1，葉飛英1，胡有金1，陶月良3

（1. 浙江九龍山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，浙江 遂昌323300；2. 溫州科技職業(yè)學(xué)院, 浙江 溫州 325006;3. 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 浙江 溫州 325035）

為了明確伯樂樹幼苗對土壤含水量的響應(yīng)，比較研究了不同土壤含水量下伯樂樹幼苗的形態(tài)學(xué)指標(biāo)及相關(guān)光合參數(shù)。結(jié)果表明，在土壤相對含水量大于40%時，不同處理之間的蒸騰速率無顯著差異 （P＞0.05）；40%土壤含水量的條件下，水分利用效率和氣孔限制值較高（P＜0.05），而此時的表觀光合速率、CO2利用效率和蒸騰速率均最低（P＜0.05）。隨著土壤含水量的降低，伯樂樹幼苗葉片的最大光合速率（Pmax）、光補(bǔ)償點（VLCP）、光飽和點（VLSP）、最大羧化速率（Amax）和羧化效率（RCU）整體上均呈下降趨勢，而CO2補(bǔ)償點（VCCP）和CO2飽和點（VCSP）均呈上升的趨勢。100%與40%處理相比，兩者除暗呼吸速率（Rn）未達(dá)到顯著差異 （P＞0.05） 外，其余參數(shù)差異的均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。形態(tài)學(xué)指標(biāo)的結(jié)果也顯示，在土壤含水量相對較高的環(huán)境下（100%和80%），伯樂樹幼苗的株高、冠幅、分枝數(shù)和生物量等均較大（P＜0.05），表現(xiàn)出良好的生長態(tài)勢。綜合本次實驗結(jié)果表明，較高的土壤相對含水量（＞60%）有利于伯樂樹的生長發(fā)育。建議在進(jìn)行伯樂樹幼苗繁育時，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾油寥篮俊?/p>

伯樂樹；幼苗；土壤含水量；形態(tài)；光合

伯樂樹Bretschneidera sinensis又名鐘萼木，落葉喬木。它是我國特有的單種科植物，是第三紀(jì)熱帶植物區(qū)系的孑遺種，對研究被子植物的系統(tǒng)發(fā)育及古地理、古氣候等具有重大的科學(xué)價值。由于伯樂樹星散分布，個體數(shù)量極少，被列為國家一級保護(hù)植物[1]。目前國內(nèi)外對伯樂樹的研究較少，主要集中在人工育苗[2-3]、系統(tǒng)分類[4-6]、化學(xué)成分[7]、種子休眠特性[8-9]及分子水平[10-11]上。

土壤水分狀況是影響林木生長的關(guān)鍵因素之一。目前，全球性的水資源缺乏問題已經(jīng)越來越突出。由于降水的季節(jié)和地域分布極不均勻，水資源短缺日趨明顯，土壤有效含水量逐年減少[2,12]。據(jù)預(yù)測，我國的干旱和半干旱區(qū)在未來將變得更加干旱[13-14]。這必將影響植物個體的生長、發(fā)育和繁殖，以及陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布和生產(chǎn)力[15]。因此，對植物與土壤水分關(guān)系的探討已成為植物生理生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點[16-17]。根據(jù)對湖北木林子國家級自然保護(hù)區(qū)、湖南壺瓶山國家級自然保護(hù)區(qū)、浙江九龍山國家級自然保護(hù)區(qū)、浙江烏巖嶺國家級自然保護(hù)區(qū)以及浙江的江山、福建的蒲州等地進(jìn)行野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，伯樂樹主要分布在水溝兩側(cè)，在陰濕環(huán)境下伯樂樹生長較好。然而，目前尚未見伯樂樹幼苗對水分的響應(yīng)的報道。明確伯樂樹幼苗對不同土壤含水量的光合生理響應(yīng)，有利于進(jìn)一步研究伯樂樹的適宜生境特征，進(jìn)而為伯樂樹的繁育和合理保護(hù)，以及開發(fā)利用等提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料與處理

種子于2011年10月采自浙江九龍山國家級自然保護(hù)區(qū)，同時收集原生土壤帶回實驗室。清水洗去種子的肉質(zhì)外種皮，置于室內(nèi)稍做晾干。將洗凈的種子置于濕沙中貯藏，種沙比為1∶1，沙子含水量介于5.1%～6.0%，定期翻動種子并檢查溫度與水分狀況。

2012年3月將萌動的種子播種在裝有土壤（pH值7.2、有機(jī)質(zhì)15.7 g/kg、全氮1.2 g/kg、速效磷23.0 mg/kg、速效鉀126.0 mg/kg）的塑料箱（46 cm×34 cm×22 cm）中，室內(nèi)測定土壤的最大持水量（26.9%±1.4），視為100%含水量，其他土壤相對含水量（80%、60%和40%）按比例減少加水量即可獲得。利用電子秤稱量箱子和土壤的重量，計算水分的流失，然后補(bǔ)加水分，使其含水量在相應(yīng)處理的±5%以內(nèi)波動。玻璃溫室中培養(yǎng)，8:00至18:00進(jìn)行補(bǔ)光。每個處理 3個重復(fù)，每箱留苗20株。

1.2 測量及計算方法

光合速率的測定：9:00～11:30時，采用美國LI-cor公司生產(chǎn)的Licor-6400型便攜式光合作用測定系統(tǒng)測定伯樂樹幼苗的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、大氣CO2濃度（Ca）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等。另外計算氣孔限制值（Ls） =1-Ci/Ca[18]，水分利用效率（WUE）=Pn/Tr[19]和 CO2利用效率（CUE）=Pn/Ci[20]。

光響應(yīng)曲線的測定：設(shè)定溫度為25℃，CO2濃度為 400 μmol·mol-1，空氣相對濕度為 50% ～ 70%，光源誘導(dǎo)30 min后，應(yīng)用Li-6400-02B紅藍(lán)光光源提供不同的光合有效輻射強(qiáng)度（PARμmol·m-2s-1），分別在PAR為1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol·m-2s-1下測定不同含水量下伯樂樹葉片的Pn（μmolCO2·m-2s-1），然后擬合光響應(yīng)曲線[21]，得出最大光合速率 （Pmax）、初始量子效率 （α）、暗呼吸速率 （Rn）、光補(bǔ)償點 （LCP）和光飽和點 （LSP）。

CO2響應(yīng)曲線的測定：設(shè)定PAR為800 μmol·m-2s-1作為測定光強(qiáng)，光源誘導(dǎo)30 min后，采用Li-6400液化CO2鋼瓶提供不同的CO2體積分?jǐn)?shù)，分別在CO2濃 度 為 1 000、800、600、400、200、150、100、80 和 50 μmol·mol-1的條件下測定葉片Pn，然后根據(jù)公式：A=[(CU*Ci*Amax)/(CU*Ci+Amax)]-Rd擬合CO2響應(yīng)曲線，得出最大羧化速率（Amax）、表觀羧化速率（CU）、光下呼吸速率（R）、CO2補(bǔ)償點（CCP）和CO2飽和點（CSP）[22-23]。

所有數(shù)據(jù)測定于2012年7月25～30日進(jìn)行，此時伯樂樹處于旺盛生長期。每處理隨機(jī)選5株長勢較為一致的幼苗，取自下而上第二片復(fù)葉完全展開的頂葉，結(jié)果取平均值。測量結(jié)束，全株挖出，分別測量其株高、冠幅、分枝數(shù)、根長，以及烘干前后的根、莖和葉的重量，分別計算出根、莖和葉的相對含水量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運用SPSS12.0擬合光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線；SPSS12.0進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤含水量對伯樂樹葉片光合參數(shù)的影響

在土壤相對含水量較高（100%和80%）情況下，伯樂樹幼苗葉片的CO2利用效率均最高（P＜0.05）；在土壤相對含水量大于40%時，不同處理之間的伯樂樹幼苗的蒸騰速率無顯著差異 （P＞0.05）；40%土壤含水量的條件下，水分利用效率和氣孔限制值較高（P＜0.05），而此時的光合速率、CO2利用效率和蒸騰速率均最低（P＜0.05） （見表1）。

2.2 不同土壤含水量對伯樂樹幼苗葉片光響應(yīng)的影響

通過模型擬合光響應(yīng)曲線參數(shù)見表2。由表2可知，隨著土壤含水量的降低，伯樂樹幼苗葉片的最大光合速率（Pmax）、光補(bǔ)償點（LCP）和光飽和點（LSP）整體上均呈下降趨勢。100%和40%處理兩者相比，除暗呼吸速率未達(dá)到顯著差異 （P＞0.05） 外，其余參數(shù)差異的均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

表1 不同土壤含水量下伯樂樹幼苗光合速率參數(shù)的比較（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差）?Table 1 Effects of water gradients on photosynthetic parameters of B. sinensis seedlings (mean ± SD)

表2 不同土壤含水量下伯樂樹幼苗光響應(yīng)參數(shù)的比較（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Table 2 Effects of water gradients on photoresponse parameters of B. sinensis seedlings (mean±SD)

2.3 不同土壤含水量對伯樂樹幼苗葉片CO2響應(yīng)曲線的影響

不同土壤含水量處理下的伯樂樹幼苗葉片CO2響應(yīng)曲線擬合參數(shù)見表3。由表3可知，隨著土壤含水量的下降，伯樂樹幼苗葉片的最大羧化速率（Amax）和羧化效率（CU）呈下降趨勢；而CO2補(bǔ)償點（CCP）和CO2飽和點（CSP）均呈上升的趨勢。

2.4 伯樂樹幼苗形態(tài)對不同土壤含水量的響應(yīng)

由表4可知，與其他處理相比，在40%相對土壤含水量下，伯樂樹的幼苗根冠比最大，但其處理下幼苗的株高、冠幅、生物量、根長、根和莖的含水量均較?。≒＜0.05），其分枝數(shù)也較少（P＜0.05）。而100%土壤相對含水量下的伯樂樹幼苗株高、冠幅、生物量、分枝數(shù)等均最高（P＜0.05）。

表3 不同土壤含水量下伯樂樹幼苗CO2響應(yīng)參數(shù)的比較（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Table 3 Effects of water gradients on CO2 response parameters of B. sinensis seedlings (mean ± SD)

表4 不同土壤含水量下伯樂樹幼苗形態(tài)學(xué)的影響（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Table 4 Effects of water gradients on characteristics of B. sinensis seedlings (mean ± SD)

3 討論與結(jié)論

水作為光合作用的原料之一，當(dāng)其供應(yīng)不足時，直接導(dǎo)致光合速率的降低。因此，蒸騰速率作為一個重要的水分參數(shù)，反映了植物的耗水能力。氣孔通過調(diào)節(jié)蒸騰，降低或抵抗水分脅迫對植物生理活動的影響[24]。植物通過氣孔的關(guān)閉來控制水分的損失，但必然限制了碳的獲取，因此，陸生植物必須取得一個在碳固定與水分消耗之間的折中點[25-26]。水分利用效率（WUE）則可以看作這一折中點的測度[27]。植物通過提高水分利用效率來減輕干旱對其的傷害[28]。40%相對土壤含水量下，伯樂樹幼苗的水分利用效率最高（P＜0.05），說明伯樂樹對干旱環(huán)境具一定的適應(yīng)能力。

Farquhar等[29]認(rèn)為，引起光合速率降低的氣孔和非氣孔限制因素可以根據(jù)葉片胞間CO2濃度和氣孔限制值的變化來判斷。伯樂樹幼苗在干旱脅迫下，氣孔導(dǎo)度降低，導(dǎo)致Tr、Pn和Ci降低，Ls值增大，說明其光合速率的下降主要受氣孔限制所致。在土壤含水量較低的情況下，伯樂樹的根系吸水不能滿足蒸騰作用的要求，葉片氣孔部分關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度降低，以此減少葉片的蒸騰失水，從而減輕脅迫對光合器官的傷害。這也是伯樂樹對干旱脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)。

研究表明，初始量子效率值高說明其葉片光能轉(zhuǎn)化效率高[30]。隨著土壤含水量的降低，伯樂樹葉片的初始量子效率整體呈下降趨勢，說明較高的土壤含水量有利于伯樂樹進(jìn)行光合作用。光飽和點的高低反映了光合機(jī)構(gòu)暗反應(yīng)過程對同化力最大需求量的多少。暗反應(yīng)能力越強(qiáng)所需要的同化力越多，光飽和點也相應(yīng)越高[31]。在不同環(huán)境條件下，光補(bǔ)償點和光飽和點將會發(fā)生變化[32]。隨著土壤含水量的降低，伯樂樹幼苗葉片的光飽和點以100%和80%含水量下較高（P＜0.05）。然而，伯樂樹幼苗葉片的光補(bǔ)償點和飽和點均較低，推測這與幼苗培養(yǎng)的光照條件較低有關(guān)。

伯樂樹幼苗葉片的最大羧化速率（Amax）和羧化效率（CU）隨土壤含水量的下降而下降，從而導(dǎo)致其CO2補(bǔ)償點（CCP）和CO2飽和點（CSP）相對較高（P＜0.05），進(jìn)而影響植物生長率及干物質(zhì)量。在40%相對土壤含水量下，伯樂樹的幼苗根冠比最大，但其處理下幼苗的株高、冠幅、生物量、根長、根和莖的含水量均較?。≒＜0.05），其分枝數(shù)也較少（P＜0.05）。這也是植物在形態(tài)和生理方面應(yīng)對抗旱的策略[33-34]。根據(jù)對湖北木林子國家級自然保護(hù)區(qū)、湖南壺瓶山國家級自然保護(hù)區(qū)、浙江九龍山國家級自然保護(hù)區(qū)、浙江烏巖嶺國家級自然保護(hù)區(qū)以及浙江的江山、福建的蒲州等地進(jìn)行野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，伯樂樹主要分布在水溝兩側(cè)，在陰濕環(huán)境下伯樂樹生長較好。張榮京[35]調(diào)查也表明，伯樂樹在溫暖潮濕的熱帶山地林中生長狀況良好。由此，可看出水分是伯樂樹分布的主要限制因子之一。

綜合本實驗研究表明，在土壤含水量相對較高的環(huán)境下（100%和80%），伯樂樹幼苗葉片的表觀光合速率、最大光合速率、最大羧化速率、初始量子效率和羧化效率等光合參數(shù)值均較高，從而使幼苗在株高、冠幅、分枝數(shù)、生物量等方面表現(xiàn)出良好的生長態(tài)勢。建議在進(jìn)行伯樂樹幼苗繁育時，應(yīng)適當(dāng)增加土壤含水量。

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Response of photosynthetic physiology ofBretschneidera sinensisseedlings to different soil water contents

LIU Ju-lian1, XIA Li-zhi2, ZHENG Wei-cheng1, JI Guo-hua1, YE Fei-ying1, HU You-jin1, TAO Yue-liang3
(1. Administration Bureau of Jiulong Mountain Nature Reserve, Suichang 323300, Zhejiang, China; 2. Wenzhou Vocational College of Science and Technology, Wenzhou, 325006, Zhejiang, China; 3. College of Life and Environmental Sciences, Wenzhou University,Wenzhou 325035, Zhejiang, China)

In order to investigateBretschneidera sinensisseedlings’ response of photosynthetic physiology to different soil water contents, the morphological indicators and related photosynthetic parameters of the seedlings under conditions of different soil water contents were compared and studied. The results show that when the soil water relative content was greater than 40%, the transpiration rate(Tr) of the different treatments was no signif i cant difference (P＞0.05); With soil water relative content 40%, the water use eff i ciency(RWUE) and stomatal limitation value (VLS) were higher(P＜0.05); As the soil water contents decreasing, the maximum photosynthetic rate (Pmax), light compensation point (VLCP), light saturation point (VLSP), maximum carboxylation rate (Amax) and carboxylation rate(RCU) were all decreased on the whole, while the CO2compensation point (VCCP) and CO2saturation point (VCSP) increased with soil water decreasing; Compared the treatments with soil water relative content 100% and 40%, the differences of these photosynthetic parameters were all signif i cant (P＜0.05) except the mitochondrial respiration (Rn) (P＞0.05). The morphological indicators also indicate that the plant height, crown width, branch number and biomass maintained at the highest levels under relative high soil water contents (26.90%±1.41 and 21.52 %± 1.10), showing good growth momentum. The fi ndings reply that higher soil relative water content (＞ 60%) will be in favor of the growth ofB.sinensisseedlings.

Bretschneidera sinensis; young seedling; soil water content; morphology; photosynthetic physiology

S714.5；Q949.748.6

A

1673-923X(2015)06-0015-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.06.004

2014-03-14

浙江省教育廳項目（Y2013117）；遂昌縣科技重點項目“珍稀瀕危植物——伯樂樹資源保護(hù)技術(shù)及示范推廣”資金資助

劉菊蓮，碩士，工程師

劉菊蓮，夏麗芝，鄭偉成，等. 伯樂樹幼苗對不同土壤含水量的生理生態(tài)響應(yīng)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2015,35(6):15-19.

[本文編校：吳 彬]