水肥對(duì)漢源花椒幼苗抗逆生理的影響

*通信作者:龔偉,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事林木水肥管理和森林培育研究。E-mail:gongwei@sicau.edu.cn

水肥對(duì)漢源花椒幼苗抗逆生理的影響

王景燕1,龔偉1*,李倫剛1,唐海龍1,肖千文1,胡文2,芶國(guó)軍3

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林業(yè)生態(tài)工程省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川雅安 625014;2 漢源縣林業(yè)局,四川雅安 625300;3 漢源縣科技局,四川雅安 625300)

摘要:以漢源花椒幼苗為試驗(yàn)材料,設(shè)置30%、50%、70%田間持水量(FWC)水平,施肥水平為全量NPK(肥料中純N、P2O5和K2O用量分別為150、60和150 kg·hm-2)、半量NPK和不施肥,并通過(guò)盆栽控制試驗(yàn)研究了不同水肥處理漢源花椒幼苗抗逆生理特性,運(yùn)用隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)水肥處理對(duì)抗逆性的影響,探索漢源花椒抗逆性對(duì)水肥條件的響應(yīng)機(jī)理,為實(shí)際生產(chǎn)提供最佳水肥管理技術(shù)。結(jié)果顯示:(1)漢源花椒幼苗地徑(D)和苗高(H)、葉片可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素和游離脯氨酸含量,以及過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性及抗逆性隸屬度均隨施肥量的增加而增加,隨土壤水分含量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì),且50% FWC處理最高;葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量均隨施肥量的增加而降低,隨土壤水分含量的增加呈先降低后增加的變化趨勢(shì),且50% FWC處理最低。(2)漢源花椒幼苗抗逆性隸屬度與植株D、H和D2H呈顯著正相關(guān);抗逆性隸屬度(y)與土壤水分含量(x4)和施肥量(x5)的關(guān)系式為:y=-1.662-0.001 085x42-0.17x52+0.100 7x4+0.420 8x5(n=27,R2=0.989);最適宜于促進(jìn)漢源花椒幼苗植株生長(zhǎng)的土壤水分為46.4%田間持水量、并配合施用純N、P2O5和K2O分別為185、74和185 kg·hm-2的肥料組合。研究表明,適宜的土壤水分含量和肥料施用量對(duì)促進(jìn)漢源花椒幼苗植株生長(zhǎng)和抗逆性提高具有重要作用和意義。

關(guān)鍵詞:漢源花椒;水肥管理;植株生長(zhǎng);抗逆性

收稿日期:2014-05-07;修改稿收到日期:2014-11-17

基金項(xiàng)目:國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2011BAC09B05);四川省“十二五”育種攻關(guān)項(xiàng)目(2011NZ0098-10);四川省科技富民強(qiáng)縣項(xiàng)目;校地合作項(xiàng)目共同資助

作者簡(jiǎn)介:王景燕(1980-),女,博士,主要從事林木水肥管理和森林培育方面研究。E-mail:wangjingyan@sicau.edu.cn

中圖分類號(hào):Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

Effects of Water and Fertilizer on Physiological Characteristics of Stress

Resistance ofZanthoxylumbungeanumMaxim.‘Hanyuan’ Seedling

WANG Jingyan1,GONG Wei1*,LI Lungang1,Tang Hailong1,

XIAO Qianwen1,HU Wen2,GOU Guojun3

(1 Sichuan Provincial Key Laboratory of Ecological Forestry Engineering,Sichuan Agricultural University,Ya’an,Sichuan 625014,China;2 Hanyuan Forestry Bureau,Ya’an,Sichuan 625300,China;3 Hanyuan Science and Technology Bureau,Ya’an,Sichuan 625300,China)

Abstract:Water and fertilizer are two key factors for promoting plant growth.Our objective was to select appropriate water and fertilizer management measure for promoting plant growth and stress resistance of Zanthoxylum bungeanum Maxim.‘Hanyuan’ (ZBMH).With the ZBMH seedling as test material,a pot experiment was conducted to study the coupling effects of water and fertilizer on physiological characteristics of stress resistance,and the subordinate function was applied to comprehensively evaluate the impact of water and fertilizer on stress resistance.Water levels included 30%,50% and 70% field water capacity (FWC);fertilizer application levels included NPK,1/2 NPK and no fertilizer,and N,P2O5 and K2O fertilizer application rate in NPK was 150,60 and 150 kg·hm-2,respectively.Results showed that:(1)The basediameter (D),height (H),soluble sugar and protein,chlorophyll and free proline contents,peroxidase and catalase activities,and subordinatedegree of stress resistance (SDSR) in leaf increased with the fertilization increase,but firstly increased and thendecreased with the soil water content increase,and the highest values were observed in 50% FWC.On the contrary,relative conductivity and malondialdehyde content in leafdecreased with the fertilization increase,while firstlydecreased and then increased with the soil water content increase,and the lowest values were observed in 50% FWC.(2)The SDSR significantly and positively correlated withd,H andd2H of ZBMH seedling (P<0.05).The relationship of SDSR (y) with soil water content (x4) and fertilization level (x5) can bedescribed as y=-1.662-0.001 085x42-0.17x52+0.100 7x4+0.420 8x5(n=27,R2=0.989).The optimal combination of water and fertilizer was 46.4% FWC,185 kg·hm-2 of N,74 kg·hm-2 of P2O5,and 185 kg·hm-2 of K2O.It was suggested that appropriate soil water content and fertilizer application is important to promote plant growth and stress resistance of ZBMH seedling.

Key words:ZanthoxylumbungeanumMaxim.‘Hanyuan’;water and fertilizer management;plant growth;stress resistance

花椒(Zanthoxylumbungeamum)是蕓香科(Rutaceae)花椒屬植物,是中國(guó)傳統(tǒng)的食用調(diào)料、香料、油料和醫(yī)藥原料[1-2]。花椒中提煉的揮發(fā)油,也是中國(guó)重要的出口香辛料精油之一[3]。目前,中國(guó)的花椒產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷日本、新加坡、馬來(lái)西亞、泰國(guó)等東南亞國(guó)家[4]。由于具有生長(zhǎng)快、耐干旱貧瘠、栽培管理方便和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn),花椒已成為西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)山區(qū)農(nóng)民解決勞動(dòng)就業(yè)和脫貧致富的理想水土保持經(jīng)濟(jì)樹種[5]。但在生產(chǎn)實(shí)踐中,土壤水分虧缺會(huì)導(dǎo)致花椒樹體衰弱、病蟲害發(fā)生和落花落果率增加,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致花椒樹體死亡,影響生態(tài)功能的正常發(fā)揮[6];長(zhǎng)期不施肥或偏施氮肥,忽視其他養(yǎng)分的施用,會(huì)造成養(yǎng)分不平衡,進(jìn)而影響花椒植株的生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)[5,7]。目前,已有一些花椒屬植物在逆境條件下的生理特性研究,如不同花椒品種的抗凍性[8]和抗旱性[9]比較、低溫脅迫對(duì)花椒花期保護(hù)酶系統(tǒng)[10]的影響、水分脅迫對(duì)頂壇花椒[11]和椿葉花椒[12]相關(guān)抗逆性酶活性的影響、農(nóng)藥脅迫對(duì)花椒有機(jī)物含量的影響[13]等。迄今,有關(guān)水肥耦合方面的研究多集中于大田作物、蔬菜和果樹上[14-15],且有關(guān)干旱脅迫、鹽脅迫、高溫和低溫脅迫及重金屬脅迫等對(duì)植物抗逆性影響的研究相對(duì)較多[16],但有關(guān)水肥耦合對(duì)花椒抗逆性影響方面的研究尚未見報(bào)道。

漢源花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.‘Hanyuan’)又名清椒、娃娃椒、子母椒和貢椒,是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、漢源縣林業(yè)局和科技局相關(guān)工作人員共同努力選育出的優(yōu)良鄉(xiāng)土花椒新品種,主產(chǎn)于邛崍山脈大相嶺泥巴山南麓,其以色澤丹紅、油重粒大、酥麻爽口、芳香濃郁而聞名于世[17],其揮發(fā)油含量比其它花椒高出近1倍[18]。鑒于此,本試驗(yàn)以漢源花椒為材料,采用盆栽控制試驗(yàn)對(duì)不同水肥條件下花椒的抗逆性進(jìn)行比較研究,探索漢源花椒抗逆性對(duì)水肥條件的響應(yīng)及提高其抗逆性的最佳水肥管理措施,為制定科學(xué)合理的漢源花椒水肥管理措施提供參考。

1材料和方法

1.1　盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤為漢源縣泥巴山南麓的山地黃棕壤,在此土壤上長(zhǎng)期進(jìn)行花椒種植。采集0～20 cm土層土壤樣品,風(fēng)干清除植物殘?bào)w,然后過(guò)5 mm篩,充分混勻。首先,多點(diǎn)采集有代表性的土壤樣品共計(jì)約1 kg用于測(cè)定盆栽前土壤理化性質(zhì),其具體結(jié)果為:有機(jī)質(zhì)16.0 g·kg-1,全氮1.1 g·kg-1,全磷0.6 g·kg-1,全鉀13.2 g·kg-1,堿解氮110.5 mg·kg-1,速效磷48.3 mg·kg-1和速效鉀81.4 mg·kg-1,pH 6.7,田間持水量36.2%;其次,取風(fēng)干土5.3 kg(相當(dāng)于5.1 kg烘干土),其中2/3先裝入花盆(直徑20 cm,高25 cm)中,另1/3與需添加的肥料充分混勻后再裝在上部,盆內(nèi)土壤厚度約20 cm。

水肥試驗(yàn)采用土壤水分和施肥量二因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì),共計(jì)9個(gè)處理組合,每個(gè)處理組合重復(fù)3次,每重復(fù)種植3盆(每個(gè)處理總計(jì)為9盆);土壤水分含量設(shè)置30%、50%和70%田間持水量3個(gè)水平,分別簡(jiǎn)寫為30% FWC、50% FWC和70% FWC;肥料采用N(尿素)、P(過(guò)磷酸鈣)、K(硫酸鉀)配施,施肥水平設(shè)置為全量NPK(其中純N 150 kg·hm-2,P2O560 kg·hm-2,K2O 150 kg·hm-2)、半量NPK和不施肥(對(duì)照),分別簡(jiǎn)寫為N150P60K150、N75P30K75和N0P0K0,盆內(nèi)具體施肥量按單位面積進(jìn)行折算,所有肥料均一次性施入。

在2012年3月初將經(jīng)催芽處理后的漢源花椒種子在每個(gè)裝好土、施好肥并調(diào)好水分的盆中央附近均勻播種10粒,待出苗后每盆保留1株能代表該盆平均生長(zhǎng)狀況的漢源花椒幼苗。實(shí)驗(yàn)在溫室大棚內(nèi)完成(本試驗(yàn)中溫室大棚只避雨不控制溫度和濕度),從實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束整個(gè)過(guò)程各處理土壤水分采用稱重法進(jìn)行調(diào)控。

1.2　測(cè)定項(xiàng)目及方法

在8月上旬,測(cè)定漢源花椒幼苗的苗高和地徑,并選擇每個(gè)植株上相同方向和葉位的葉片(從頂部向下第3～5片發(fā)育成熟的葉片)進(jìn)行各抗逆性指標(biāo)測(cè)定[19]。地徑和苗高分別采用游標(biāo)卡尺和卷尺進(jìn)行測(cè)定?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y(cè)定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定;相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測(cè)定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定;葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提比色法測(cè)定;游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定;過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定,以每克鮮葉每分鐘催化產(chǎn)生0.1 μg底物的酶量定義為一個(gè)酶活性單位(U·g-1·min-1)[20];過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用鉬酸銨比色法測(cè)定,以每克鮮葉每秒鐘分解1 μmol H2O2所需的酶量定義為一個(gè)酶活力單位(U·g-1·s-1)[21-22];盆栽土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參照《中國(guó)林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編(營(yíng)造林卷)》進(jìn)行[23]。

1.3　數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0和Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,不同處理植株生長(zhǎng)及其抗逆性指標(biāo)各變量之間的顯著性檢驗(yàn)及多重比較分別采用單因變量多因素方差分析(univariate)和最小顯著極差法(SSR);采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對(duì)每個(gè)處理可溶性糖、可溶性蛋白、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、葉綠素和游離脯氨酸數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換[若指標(biāo)與抗逆性呈正相關(guān),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公式為:X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin);否則,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公式為:X(u)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)],然后將每個(gè)處理各抗逆性指標(biāo)的隸屬度值累加后求其平均值,值越大抗逆性就越強(qiáng);采用Matlab 2013軟件對(duì)水肥條件與抗逆性的隸屬度關(guān)系進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1　水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗地徑和苗高的影響

漢源花椒幼苗地徑和苗高結(jié)果見圖1。各處理中,地徑和苗高在50% FWC+N150P60K150條件下最大,而在70%FWC+N0P0K0條件下最小。在相同水分條件下,地徑和苗高均隨施肥量的增加而增加;不同施肥處理間的地徑和苗高均差異顯著(P<0.05);與N0P0K0處理相比,N75P30K75和N150P60K150處理的地徑平均值分別增加17.5%和23.3%,苗高平均值分別增加17.3%和26.7%。在相同施肥條件下,地徑和苗高均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化,最大值出現(xiàn)在50% FWC時(shí);不同水分處理間的地徑和苗高均差異顯著(P<0.05);與70% FWC處理相比,30% FWC和50% FWC處理的地徑平均值分別增加32.3%和54.1%,苗高平均值分別增加45.7%和78.9%?？梢?施肥和適宜的土壤水分含量均有利于漢源花椒幼苗的生長(zhǎng)。

圖1　不同水肥處理漢源花椒幼苗地徑(Ⅰ)和苗高(Ⅱ)

2.2　水肥處理對(duì)漢源花椒葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的影響

由圖2可知,不同水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的影響顯著。各處理中,葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均在70%FWC+N0P0K0條件下最高,而在50%FWC+N150P60K150條件下最低。在相同水分條件下,葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均隨施肥量的增加而降低;與N0P0K0處理相比,N75P30K75和N150P60K150處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率平均值分別降低15.5%和19.0%,葉片MDA含量平均值分別降低5.7%和11.4%;相同水分條件下,葉片相對(duì)電導(dǎo)率在N75P30K75與N150P60K150處理間無(wú)顯著差異,但兩者均顯著低于N0P0K0處理,同時(shí)葉片丙二醛含量在3個(gè)施肥水平間的差異也不顯著。在相同施肥條件下,葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均隨土壤水分含量的增加呈先降低后增加的趨勢(shì)變化,最大值出現(xiàn)在70% FWC時(shí),而最小值出現(xiàn)在50% FWC時(shí),且50% FWC處理顯著低于其余水分處理;與70% FWC處理相比,30% FWC和50% FWC處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率平均值分別降低26.5%和54.5%,葉片MDA含量平均值分別增加10.0%和40.0%。以上結(jié)果說(shuō)明施肥和適宜的土壤水分含量均能降低漢源花椒幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量,對(duì)減免膜損傷具有重要作用。

2.3　水肥處理對(duì)漢源花椒葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖3可知,不同水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的影響顯著。各處理中,葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均在50% FWC+N150P60K150條件下最高,而在70% FWC+N0P0K0條件下最低。在相同水分條件下,葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均隨施肥量的增加而增加;與N0P0K0處理相比,N75P30K75和N150P60K150處理的葉片可溶性糖含量平均值分別增加11.9%和17.6%,葉片可溶性蛋白含量平均值分別增加10.6%和15.8%,葉片游離脯氨酸含量平均值分別增加5.1%和11.0%。在相同水分條件下,N75P30K75與N150P60K150處理的葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量無(wú)顯著性差異,而兩者均顯著高于N0P0K0處理;N150P60K150處理的葉片可溶性糖顯著高于N0P0K0處理,而兩者與N75P30K75處理均無(wú)差異顯著性。在相同施肥條件下,葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化,最大值出現(xiàn)在50% FWC時(shí),而最小值出現(xiàn)在70% FWC時(shí);與70% FWC處理相比,30% FWC和50% FWC處理的葉片可溶性糖含量平均值分別增加36.1%和53.1%,葉片可溶性蛋白含量平均值分別增加15.8%和29.9%,葉片游離脯氨酸含量平均值分別增加46.9%和64.3%。以上結(jié)果說(shuō)明合理的施肥和適宜的土壤水分含量是增加漢源花椒幼苗葉片可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量的關(guān)鍵,土壤水分過(guò)高和過(guò)低都不利于這3種葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累。

圖2　不同水肥處理漢源花椒幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率(Ⅰ)和MDA含量(Ⅱ)

2.4　水肥處理對(duì)漢源花椒葉片過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶的影響

不同水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗葉片過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的影響顯著(圖4)。各水肥處理中,葉片POD和CAT活性均在50% FWC+N150P60K150條件下最高,而在70% FWC+N0P0K0條件下最低。在相同水分條件下,葉片POD和CAT活性均隨施肥量的增加而增加;與N0P0K0處理相比,N75P30K75和N150P60K150處理的葉片POD活性平均值分別增加5.1%和11.0%,葉片CAT活性平均值分別增加24.5%和32.9%;三施肥水平處理間的葉片POD和CAT活性差異均達(dá)到了顯著水平。在相同施肥條件下,葉片POD和CAT活性均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化,最大和最小值分別出現(xiàn)在50% FWC和70% FWC處理;與70% FWC處理相比,30% FWC和50% FWC處理的葉片POD活性平均值分別增加21.6%和49.6%,葉片CAT活性平均值分別增加36.5%和63.8%。以上結(jié)果說(shuō)明合理的施肥量和適宜的土壤水分含量對(duì)于提高漢源花椒幼苗葉片過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性和促進(jìn)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用,而土壤水分含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低葉片過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性并對(duì)膜系統(tǒng)穩(wěn)定性造成潛在的危害。

圖3　不同水肥處理漢源花椒幼苗葉片可溶性糖(Ⅰ)、

2.5　不同水肥處理對(duì)漢源花椒葉片葉綠素的影響

不同水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗葉片葉綠素含量也影響顯著(圖5)。各水肥處理中,葉片葉綠素含量在50% FWC+N150P60K150條件下最高,而在70% FWC+N0P0K0條件下最低。在相同水分條件下,葉片葉綠素含量均隨施肥量的增加而增加;與N0P0K0處理相比,N75P30K75和N150P60K150處理的葉片葉綠素含量平均值分別增加17.0%和30.8%;三施肥水平處理間的葉片葉綠素含量差異均達(dá)到了顯著水平。在相同施肥條件下,葉片葉綠素含量均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化,最大和最低值分別出現(xiàn)在50% FWC和70% FWC處理;與70% FWC處理相比,30% FWC和50% FWC處理的葉片葉綠素含量平均值分別增加28.7%和50.2%。這說(shuō)明合理的施肥量配比和適宜的土壤水分含量能促進(jìn)漢源花椒幼苗葉片葉綠素含量的提高,而土壤水分過(guò)高和過(guò)低都會(huì)降低葉片葉綠素含量。

圖4　不同水肥處理漢源花椒幼苗葉片

2.6　不同水肥處理漢源花椒抗逆性綜合評(píng)價(jià)

由圖6可知,不同水肥處理對(duì)漢源花椒幼苗抗逆性隸屬度值的影響顯著。各處理中,抗逆性隸屬度在50% FWC+N150P60K150條件下最大,而在70% FWC+N0P0K0條件下最小。抗逆性隸屬度在相同水分條件下均隨施肥量的增加而增加,而在相同施肥條件下則均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)漢源花椒幼苗抗逆性隸屬度(y)與植株地徑(x1,D)、苗高(x2,H)和D2H(x3)的線型回歸發(fā)現(xiàn),抗逆性隸屬度與地徑(y=1.609x1-0.746,r=0.956,n=27,P<0.01)、苗高(y=0.012x2-0.511,r=0.978,n=27,P<0.01)和D2H(y=0.007x3+0.113,r=0.938,n=27,P<0.01)均呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明施肥和適宜的土壤含水量有利于促進(jìn)漢源花椒幼苗植株的生長(zhǎng)和

抗逆性的提高,增強(qiáng)了植株抵抗不良自然災(zāi)害的能力。通過(guò)擬合得出隸屬度(y)與土壤水分含量(x4)和施肥量(x5,其中全量NPK值為1,半量NPK值為0.5,不施肥值為0)的二元二次回歸方程為:y=-1.662-0.001 085x42-0.17x52+0.100 7x4+0.420 8x5(n=27,R2=0.989),根據(jù)這一方程可以建立漢源花椒抗逆性與水肥條件的關(guān)系。另外,通過(guò)以上方程可預(yù)測(cè)在土壤水分含量為46.4% FWC和施肥量中尿素為185 kg N·hm-2、過(guò)磷酸鈣為74 kg P2O5·hm-2和硫酸鉀為185 kg K2O·hm-2時(shí)對(duì)提高漢源花椒幼苗植株抗逆性的效果最好。

圖5　不同水肥處理漢源花椒幼苗葉片葉綠素含量

圖6　不同水肥處理漢源花椒幼苗植株抗逆性隸屬度(Ⅰ)及其與水肥條件的關(guān)系(Ⅱ)

3討論

可溶性糖和可溶性蛋白是細(xì)胞重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),其含量的增加有利于提高植物對(duì)逆境脅迫的耐受能力,進(jìn)而增強(qiáng)植物對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)性。劉杜玲等[9]的研究發(fā)現(xiàn),各種源花椒可溶性蛋白含量均隨土壤水分含量的增加而降低,在土壤相對(duì)含水量為55%～60%時(shí)最低,然后隨水分含量的增加而增加;劉飛等[24]報(bào)道,花椒可溶性糖含量隨著溫度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化;何興愛等[13]的研究結(jié)果表明,農(nóng)藥脅迫使花椒可溶性糖含量增加,但在棉蚜危害后花椒可溶性糖含量則下降;張衛(wèi)華等[25]指出,相思樹可溶性糖含量隨水分脅迫的增加而增加,但水分脅迫會(huì)使其蛋白質(zhì)合成受阻或者蛋白質(zhì)分解導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量降低;Li等[26]認(rèn)為,白刺花和刺旋花可溶性糖含量在不同的月份具有明顯的差異,并呈現(xiàn)出6月>5月>7月>8月>9月的變化規(guī)律。本研究結(jié)果顯示,漢源花椒幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量均隨土壤水分含量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)變化,兩者均隨施肥量的增加而增加。這與劉杜玲等[9]和張衛(wèi)華等[25]的研究結(jié)果有一定的差異,可能與處理時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān),前者處理時(shí)間為20d,后者處理時(shí)間為1d,而本試驗(yàn)處理時(shí)間為5個(gè)月左右,另外試驗(yàn)環(huán)境或條件等差異也可能是導(dǎo)致差異的另一原因。適度的逆境脅迫和脅迫的初期體內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量的增加有利于植物抵抗不良環(huán)境脅迫的危害,但長(zhǎng)時(shí)間的不良環(huán)境脅迫或超過(guò)了植物的正常承受范圍可能會(huì)影響植物生長(zhǎng)和相關(guān)代謝過(guò)程而使其含量降低。原因在于可溶性糖和可溶性蛋白不僅是逆境條件下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和保護(hù)性物質(zhì),也是植物光合作用的產(chǎn)物或代謝過(guò)程的產(chǎn)物[20]。植物體內(nèi)可溶性糖含量的增加可使細(xì)胞液濃度增加,能降低細(xì)胞的滲透勢(shì),這樣使植物體可以在不降低細(xì)胞膨壓的情況下通過(guò)降低水勢(shì)來(lái)促進(jìn)植物體進(jìn)行水分吸收;另外,可溶性糖含量的增加能降低細(xì)胞液的凝固點(diǎn)進(jìn)而提高植物的抗凍性[13]。因此,施肥和適宜的土壤水分條件能促進(jìn)漢源花椒幼苗的生長(zhǎng)及可溶性糖和可溶性蛋白含量的增加,對(duì)漢源花椒抗逆性的提高具有重要的作用。

另外,脯氨酸在水中具有較好的溶解性,它能與生物聚合體通過(guò)氫鍵相結(jié)合,并使生物聚合體經(jīng)脯氨酸的羥基和亞胺基增強(qiáng)對(duì)水的親和力,植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的增加能降低細(xì)胞內(nèi)液水勢(shì)[22]。游離脯氨酸還可作為解毒劑防止蛋白質(zhì)遭受過(guò)氧化物的攻擊后變性,提高其溶解度和防止聚沉;另外,對(duì)活性氧·OH和1O2也具有專一的消除作用[12,27]。在受到不同的環(huán)境脅迫時(shí),植物體內(nèi)游離脯氨酸含量通常會(huì)有變化,其變化量與逆境條件和植物對(duì)該逆境的抗性有關(guān)[28]。如水分脅迫條件下3種榆科幼苗組織內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)游離脯氨酸含量增加[29];隨著水分脅迫的增加椿葉花椒游離脯氨酸含量逐漸增加,但其積累量很低[12];在高溫脅迫條件下隨著溫度的升高花椒游離脯氨酸含量也持續(xù)增加[24];水分脅迫條件下適量施用氮肥有利于水稻品種“巴西陸稻”葉片中游離脯氨酸含量的增加[30];土沉香幼苗在相同水分條件下游離脯氨酸含量隨施氮量的增加而顯著增加,水分脅迫處理的游離脯氨酸含量低于正常水分處理[22]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),漢源花椒幼苗游離脯氨酸含量均隨水分含量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)變化,施肥能增加游離脯氨酸含量且隨施肥量的增加而增加,說(shuō)明適宜的土壤水分含量和施肥有利于漢源花椒幼苗游離脯氨酸含量的增加,水分過(guò)高或過(guò)低會(huì)降低漢源花椒幼苗游離脯氨酸含量,這與楊曉清等[22]的研究結(jié)果相同?；ń飞a(chǎn)中土壤水分含量過(guò)高或排水不良會(huì)對(duì)花椒生長(zhǎng)造成一定的影響,且水分過(guò)多容易引發(fā)病蟲危害[31]。據(jù)報(bào)道,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)游離脯氨酸可以緩解淹水脅迫傷害,植株體內(nèi)游離脯氨酸含量的增加對(duì)促進(jìn)植物正常生理活動(dòng)的進(jìn)行和提高抗?jié)承跃哂兄匾饔肹32-33]。因此,在今后的花椒生產(chǎn)管理中可以通過(guò)施用適量的肥料促進(jìn)植株生長(zhǎng)以提高花椒植株體內(nèi)游離脯氨酸含量和增加雨季花椒的抗?jié)承浴?/p>

細(xì)胞膜是植物遭受逆境出現(xiàn)傷害的主要部位,質(zhì)膜透性增加是植物組織受害的表現(xiàn),逆境條件下膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性是植物抵御逆境危害的基礎(chǔ)[11]。植物受到逆境脅迫后會(huì)使體內(nèi)活性氧含量增加,當(dāng)超出其自身清除能力時(shí)活性氧便會(huì)攻擊蛋白質(zhì)致使質(zhì)膜過(guò)氧化[22,34-35],進(jìn)而使細(xì)胞衰老、MDA含量增加、質(zhì)膜的透性增大、電解質(zhì)外滲和相對(duì)電導(dǎo)率增加[11]。王有科等[8]的研究發(fā)現(xiàn),3個(gè)花椒品種(‘秦安1號(hào)’、油椒和大紅袍)的相對(duì)電導(dǎo)率均先隨溫度的降低而增加,在-30 ℃以下時(shí)電導(dǎo)率均基本停滯而不再隨溫度降低而變化,MDA含量總體上隨著溫度的降低呈先增加后降低的趨勢(shì)變化(其最大值出現(xiàn)在-20～-30 ℃),相同溫度條件下相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均隨低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加;劉杜玲等[9]的研究結(jié)果表明,各種源花椒MDA含量均隨土壤水分含量的降低而增加;劉飛等[24]報(bào)道,在高溫脅迫下花椒相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增加;楊曉清等[22]研究顯示,土沉香幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量在水分脅迫條件下均隨施氮量的增加而降低,但在正常水分條件下卻隨施氮量的增加而增加。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),漢源花椒幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均隨土壤水分含量的增加而先降低后增加,而隨施肥量的增加而降低,即土壤水分過(guò)高或過(guò)低對(duì)漢源花椒幼苗植株生長(zhǎng)和膜的穩(wěn)定性有不利的影響,而施肥對(duì)植株生長(zhǎng)和膜的穩(wěn)定性有促進(jìn)作用。這與楊曉清等[22]在正常水分條件下的研究結(jié)果有一定的差異,原因可能與氮肥用量過(guò)高或養(yǎng)分不平衡而影響植株生長(zhǎng)及其抗逆性有關(guān)。據(jù)報(bào)道,CO2濃度升高能顯著降低水分脅迫條件下蠶豆葉片MDA含量和減緩小麥葉片活性氧代謝速率,提高抗氧化酶活性和降低水分脅迫引起的氧化損傷[36]。因此,施用適量的肥料和CO2氣肥并調(diào)控適宜的土壤水分含量能有效地促進(jìn)植物生長(zhǎng)及提高植物細(xì)胞膜穩(wěn)定和抗逆性。

雖然盆栽試驗(yàn)?zāi)軐?duì)水肥及其他環(huán)境條件進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)控、排除天氣干擾和限制,且管理較方便[40],它是目前植物抗逆性評(píng)價(jià)與鑒定的一種快速而準(zhǔn)確有效的方法[41]。但在一般情況下,盆栽植株受容器限制對(duì)肥水緩沖能力較弱,且盆栽根域容積越小植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的抑制越大[42],導(dǎo)致盆栽試驗(yàn)結(jié)果通常與大田試驗(yàn)會(huì)有一定的差異。相比之下,大田試驗(yàn)最直觀和最貼近生產(chǎn)實(shí)際[40]。本試驗(yàn)采用的是盆栽試驗(yàn),且土層淺、容器小、植株小,與自然界中的漢源花椒植株及其生長(zhǎng)的土壤環(huán)境等有一定的差異。因此,在大田環(huán)境中漢源花椒在不同水肥條件下的抗逆性還有待進(jìn)一步研究。

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(編輯:裴阿衛(wèi))