不同土壤含水率對(duì)太行紅豆杉幼苗生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

鄧 哲，姚素梅，孟 麗，張玉豪

（河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

0 引 言

太行紅豆杉屬南方紅豆杉，是南方紅豆杉自然狀態(tài)的最北界，分布稀少。相比南方紅豆杉太行紅豆杉具有更耐嚴(yán)寒、更耐干旱、更耐貧瘠等優(yōu)良特性。由于紅豆杉的生長(zhǎng)速度緩慢，且紅豆杉中的紫杉醇量極低且獲取途徑較為單一，以至于紫杉醇的消費(fèi)一直都處于供不應(yīng)求的狀態(tài)[1]。尤其是近年來，紅豆杉野生資源保護(hù)不及時(shí)以及人為對(duì)太行山野生紅豆杉資源的掠奪和砍伐等因素，使得太行山野生紅豆杉資源遭到毀壞性的破壞，致使河南省太行紅豆杉自然資源瀕于枯竭。因此太行紅豆杉資源亟須人工保護(hù)以及培育馴化，研究并掌握太行紅豆杉的生理和生態(tài)習(xí)性，進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)姆椒涌旆敝程屑t豆杉，恢復(fù)再生太行山河南省內(nèi)的野生紅豆杉資源。保護(hù)及開發(fā)角度應(yīng)該從各個(gè)方面出發(fā)，如光照、肥料、水分等，賀川江等[2]以正常澆水量的百分比為梯度研究東北紅豆杉的耐旱性，研究表明在灌溉充足的條件下，東北紅豆杉的生長(zhǎng)最佳；鄭理喬等[3]水分脅迫對(duì)南方紅豆杉的影響研究表明干旱或者水澇都會(huì)影響幼苗的成活率；趙昌瓊等[4]研究表明曼地亞紅豆杉在田間最大持水率的80%以上時(shí)有利于其光合作用。截至目前，太行紅豆杉在田間持水率上的水分控制卻未見報(bào)道，本試驗(yàn)從紅豆杉生長(zhǎng)量、可溶性蛋白、丙二醛、葉綠素、黃酮和多糖等方面研究了太行紅豆杉對(duì)不同土壤含水率的響應(yīng)，以期為太行紅豆杉資源的保護(hù)、開發(fā)、利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用株苗為經(jīng)過 1 a馴化的生長(zhǎng)均勻一致的4～5 a生太行紅豆杉盆栽苗。試驗(yàn)基質(zhì)成分為：園土、稻殼雞糞分別以6∶1的比例混合均勻。試驗(yàn)在2018年 3月 2日于河南科技學(xué)院藥用植物栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，盆內(nèi)栽培基質(zhì)基本相同，距盆沿保持相同距離，紅豆杉植株放置于空曠遮陽通風(fēng)處按照每盆間隔25～40 cm的距離擺放。試驗(yàn)通過控制土壤含水率處理共設(shè)置了5個(gè)試驗(yàn)梯度：土壤含水率為田間質(zhì)量持水率的90%～100%（W1）、80%～90%（W2）、70%～80%（W3）、60%～70%（W4）、50%～60%（W5）。每個(gè)處理選取6株太行紅豆杉幼苗，共計(jì)30株。每隔2 d測(cè)量1次土壤含水率，如果達(dá)到土壤含水率下限澆水至土壤含水率上限來控制水分保持在梯度內(nèi)，對(duì)紅豆杉幼苗進(jìn)行為期90 d的不同土壤含水率處理，研究不同程度的土壤含水率對(duì)紅豆杉的生理特性、生長(zhǎng)指標(biāo)及相關(guān)品質(zhì)的影響。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

生長(zhǎng)性狀指標(biāo)于測(cè)定項(xiàng)目開始前完成測(cè)量，測(cè)定項(xiàng)目分別于5月下旬至6月上旬之間完成，太行紅豆杉生長(zhǎng)量分別采用鋼尺、游標(biāo)卡尺、皮尺和葉面積分析儀進(jìn)行測(cè)量；葉綠素a、葉綠素b量測(cè)定采用分光光度法測(cè)定[5]；黃酮測(cè)定采用超聲波提取分光光度法[6-7]進(jìn)行測(cè)定；多糖測(cè)定采用苯酚硫酸法[8-9]進(jìn)行測(cè)定；可溶性蛋白測(cè)定用考馬斯亮藍(lán)法[10]進(jìn)行測(cè)定；丙二醛測(cè)定采用紫外-可見分光光度法[11]進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)記錄處理采用Microsoft Excel 2007統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)分析處理采用DPS7.05處理，數(shù)據(jù)處理結(jié)果以平均數(shù)±SD表示，顯著性分析采用Duncan多重比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)性狀的影響

表 1為不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)性狀的影響。從表1可以看出，W2處理下的太行紅豆杉幼苗在株高、地徑、冠幅、葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)均達(dá)到最佳，且分別為W1處理苗高的1.11倍、地徑的1.27倍、冠幅的1.12倍、葉面積指數(shù)的1.16倍，且2個(gè)處理在各個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)方面上均存在極顯著差異。

表1 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)性狀的影響Table 1 Effects of soil moisture content on the characters in taxus chinensis seedings

由表1可知，W1處理與其他處理的株高呈顯著差異，W3、W4處理的紅豆杉幼苗株高也極顯著高于W1處理；而W5處理極顯著低于W1處理，比W1處理的降低了6.9%，表明W5處理明顯限制了太行紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)。在地徑生長(zhǎng)中，W2處理的生長(zhǎng)達(dá)到最大為7.76 mm，W3處理次之為7.11 mm，二者差異顯著，且與其他3個(gè)處理有極顯著差異，W1、W4、W5處理之間無顯著性差異，W5處理仍是最低為5.95 mm，比W1處理的降低了2.8%。W2處理冠幅最大為58.26 cm，其與W5、W1處理之間存在極顯著差異；W5處理最小為48.93 cm，比W1處理降低了6.2%；W3、W4處理均與 W1處理存在顯著差異。W1與 W3處理葉面積指數(shù)沒有差異，但與其他處理均存在極顯著差異，W4處理時(shí)葉面積指數(shù)最低為 2.39，比 W1處理的降低了31.1%。以上從各生長(zhǎng)指標(biāo)角度分析說明不同土壤含水率處理的太行紅豆杉幼苗對(duì)其生長(zhǎng)影響不同，但株高、地徑、冠幅以及葉面積指數(shù)的變化都隨著處理中土壤含水率的降低而表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，且表現(xiàn)共同的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為W2處理，證明該處理對(duì)太行紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)促進(jìn)作用最強(qiáng)，最為全面。

2.2 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗可溶性蛋白量的影響

不同土壤含水率處理太行紅豆杉幼苗葉片中可溶性蛋白質(zhì)量測(cè)定結(jié)果如圖1所示，其中W2、W3、W4、W5處理的可溶性蛋白量均高于 W1處理，不同處理的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為可溶性蛋白量隨著干旱程度的增加而增加。在 W1處理時(shí)可溶性蛋白量最低為1.19 ug/g，W4處理可溶性蛋白量最高為1.65 ug/g，比 W1處理增高了 42.0%且存在極顯著差異；W2、W3、W1處理無顯著性差異，W4和W5處理無顯著性差異但都與W1處理表現(xiàn)極顯著差異。

圖1 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗可溶性蛋白量的影響Fig.1 Effects of soil moisture content on soluble protein in taxus chinensis seedings

2.3 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗丙二醛量的影響

圖 2為不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗丙二醛量的影響。如圖2所示，W2處理丙二醛量最低為12.03 nmol/g，比 W1處理丙二醛量降低了 14.1%，并且存在極顯著差異，說明此處理適宜于紅豆杉的生長(zhǎng)，隨著土壤水分脅迫嚴(yán)重程度的增加，其處理組中丙二醛量呈上升趨勢(shì)，在 W5處理時(shí)丙二醛量達(dá)到最高為15.82 nmol/g，是W1處理的1.13倍，并且與該處理存在極顯著差異。

圖2 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗丙二醛量的影響Fig.2 Effects of soil moisture content on Malonaldehyde intaxus chinensis seedings

2.4 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗葉綠素量的影響

表2為不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗葉綠素量的影響。如表2所示，不同土壤含水率處理中，葉綠素a量在太行紅豆杉幼苗葉片中表現(xiàn)為：W2處理中葉綠素a量最高，為1.51 mg/g，比W1處理高14.4%且具有極顯著性差異，隨著土壤含水率的減少呈現(xiàn)出減弱趨勢(shì)，在60%～70%處理時(shí)葉綠素a量達(dá)到最低為1.11 mg/g；不同土壤含水率處理下，葉綠素b的量在太行紅豆杉幼苗葉片中表現(xiàn)為：W2處理最高，為0.49 mg/g比W1處理高8.9%，二者之間差異顯著；W3、W4、W5處理均低于W1處理，其中W3與W1處理無顯著性差異，W4、W5處理均與W1處理有顯著性差異。

不同土壤含水率處理，太行紅豆杉幼苗葉綠素總量和葉綠素 a量表現(xiàn)基本一致，W2處理中總?cè)~綠素量仍是最高為2.00 mg/g，比W1處理高13.0%，二者存在極顯著性差異；W3處理次之，隨著土壤含水率的降低而呈減弱趨勢(shì)，W4處理和W5處理都比W1處理低且存在極顯著差異。綜上，W2處理葉綠素量最高，有利于太行紅豆杉的光合作用，有利于生長(zhǎng)。

2.5 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉多糖量的影響

圖 3為不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗多糖量的影響。如圖3所示，在對(duì)太行紅豆杉幼苗葉片中多糖量的測(cè)定中，各個(gè)處理中均呈極顯著差異，且表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，W2處理多糖量最小量，為54.86 mg/g，后多糖量隨水分脅迫的增強(qiáng)而呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，且在 W4的處理時(shí)多糖量達(dá)到最大量為149.21 mg/g。不同土壤含水率處理多糖量從高到低次序?yàn)閃4處理>W5處理>W3處理>W1處理>W2處理，W4處理有利于太行紅豆杉多糖的產(chǎn)生和累積。

表2 不同土壤含水率處理對(duì)紅豆杉幼苗葉綠素量的影響Table 2 Effects of soil moisture content on Chlorophyll in taxus chinensis seedings

2.6 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉黃酮量的影響

圖 4為不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗黃酮量的影響。如圖4所示，在對(duì)太行紅豆杉幼苗葉片中黃酮量的測(cè)定中，W1處理黃酮量最低，為 45.29 mg/g，W3處理為 W1黃酮量的 1.94倍，達(dá)到最高為 87.66 mg/g，與其他處理均存在極顯著性差異。各處理均與W1處理表現(xiàn)極顯著性差異，隨著土壤含水率的遞減，太行紅豆杉中黃酮量的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為先增加后減少，且在W3處理時(shí)黃酮積累量達(dá)到最大，說明適度的土壤含水率處理有利于太行紅豆杉中黃酮量的產(chǎn)生與累積。

圖3 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗多糖量的影響Fig.3 Effects of soil moisture content on polysaccharide in taxus chinensis seedings

圖4 不同土壤含水率對(duì)紅豆杉幼苗黃酮量的影響Fig.4 Effects of soil moisture content on flavone in taxus chinensis seedings

3 討 論

土壤含水率是影響植物正常生長(zhǎng)的一個(gè)重要因子，趙昌瓊等[4]研究表明土壤含水率維持在田間最大持水率的 80%以上時(shí)，對(duì)曼地亞紅豆杉光合作用有利。本研究中太行紅豆杉與其結(jié)論相似，在W2處理下，植株的株高、地徑、冠幅、葉面積指數(shù)等都達(dá)到最大值，證明此條件下對(duì)太行紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)、發(fā)育促進(jìn)作用最強(qiáng)；在此處理?xiàng)l件下葉綠素a、葉綠素 b和總?cè)~綠素量均達(dá)到最高，說明此時(shí)的土壤含水率有利于植物葉綠素量的積累，有利于植物進(jìn)行光合作用。

可溶性蛋白作為滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)之一，在干旱脅迫下可束縛更多的水分，進(jìn)而提升植物的抗旱性。太行紅豆杉幼苗葉片中可溶性蛋白量的測(cè)定結(jié)果表明，在W4和W5處理下，可溶性蛋白量基本達(dá)到最大且二者之間無差異性。這與劉丹等[12]的研究結(jié)果一致，在重度和中度干旱條件下更有利于銀杏葉片可溶性蛋白質(zhì)量的積累。相關(guān)研究表明，水分脅迫會(huì)誘導(dǎo)樹木體內(nèi)某類特定的可溶性蛋白質(zhì)的生成，這類可溶性蛋白質(zhì)可促使植物抗旱性增強(qiáng),并適應(yīng)干旱環(huán)境[13]。由此推斷干旱脅迫刺激了紅豆杉可溶性蛋白的轉(zhuǎn)換或者合成，可能是紅豆杉為了避免干旱脅迫帶來的傷害，誘導(dǎo)了某些抗旱基因的表達(dá)產(chǎn)生的抗逆性蛋白質(zhì)，以維持紅豆杉植株的正常生理生化反應(yīng)。MDA量是反映細(xì)胞膜脂過氧化水平的重要指標(biāo),水分脅迫引起的膜脂過氧化作用破壞了質(zhì)膜結(jié)構(gòu)[14]。在對(duì)太行紅豆杉幼苗的不同土壤含水率處理中，丙二醛量表現(xiàn)為不同土壤含水率處理組別之間差異極顯著，在 W2處理?xiàng)l件下丙二醛量達(dá)到最低有利太行紅豆杉的正常生長(zhǎng)，隨著土壤含水率的逐漸減少，處理組中丙二醛量逐步升高，且W5處理?xiàng)l件下丙二醛量達(dá)到最高此時(shí)不利于太行紅豆杉生長(zhǎng)，可能原因是隨著干旱脅迫的增加紅豆杉植株在處理后期產(chǎn)生衰老物質(zhì)，加劇紅豆杉細(xì)胞膜膜脂過氧化程度致使其通透性加深。這與胡宏遠(yuǎn)等[15]的研究結(jié)果相同。整體而言，W2處理對(duì)紅豆杉幼苗的生長(zhǎng)性狀有促進(jìn)作用，使其生長(zhǎng)狀況表現(xiàn)良好，是太行紅豆杉幼苗生長(zhǎng)的適宜條件。

朱燦燦等[16]通過對(duì)銀杏葉內(nèi)總黃酮量研究，在不同干旱脅迫條件下總黃酮的量具有不同的變化趨勢(shì)，隨著干旱脅迫加劇導(dǎo)致總黃酮量變化幅度增大，其中，中度干旱脅迫條件處理對(duì)總黃酮量影響的變幅最大。干旱脅迫對(duì)不同植物不同部位黃酮的影響是不一致的，崔大練等[17]研究表明大吳風(fēng)草隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加葉片總黃酮量逐漸增加而根狀莖的總黃酮量逐漸降低。李光躍等[18]在對(duì)黃芪的研究中表明適度的干旱脅迫能夠促進(jìn)黃芪中黃酮的積累，但過度干旱脅迫則不利于其積累。本試驗(yàn)中太行紅豆杉在W3處理?xiàng)l件下葉片中黃酮量高于其他處理，且差異極顯著，與李光躍等[18]研究結(jié)論一致適度缺水亦有利于太行紅豆杉葉片中黃酮量的積累。尹志榮等[19]研究表明不同滴灌量對(duì)不同品種枸杞的多糖生成有不同的效果。梁建萍等[20]研究表明輕度干旱脅迫有利于蒙古黃芪根部多糖和皂苷等次生代謝物質(zhì)的累積，與該試驗(yàn)結(jié)果相似。本試驗(yàn)中太行紅豆杉葉片多糖量在W4處理下最高，并且差異極顯著。試驗(yàn)表明，適宜的土壤含水率處理分別有利于太行紅豆杉幼苗中黃酮、多糖成分的合成與累積。

太行紅豆杉推廣種植時(shí)，就田間最大持水率而言，以W2處理土壤含水率培養(yǎng)其植株生長(zhǎng)量達(dá)到最佳，但其葉片中營養(yǎng)成分黃酮和多糖累積相對(duì)較少，黃酮量在W3處理土壤含水率處理時(shí)最佳，而多糖量在W4處理土壤含水率處理最佳。

4 結(jié) 論

1）在W2（80%～90%）土壤含水率處理下盆栽太行紅豆杉的苗高增長(zhǎng)量、地徑增長(zhǎng)量、冠幅增長(zhǎng)量以及葉面積指數(shù)和葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素量均達(dá)到最大，說明此時(shí)最有利紅豆杉的生長(zhǎng)。

2）在W3（70%～80%）土壤含水率處理時(shí)黃酮量達(dá)到最高，說明此時(shí)有利于紅豆杉葉片中黃酮的產(chǎn)生與積累；在W4（60%～70%）土壤含水率處理多糖量達(dá)到最大，此時(shí)有利于紅豆杉葉片中多糖的產(chǎn)生和積累。