不同土壤水分條件下華西花楸幼苗生長特性和生理響應

陳菊艷 龍海燕 徐超然 鄧倫秀

(貴州省林業(yè)科學研究院，貴州 貴陽 550005)

華西花楸(SorbuswilsonianaC. K. Schneid.)是薔薇科(Rosacea)花楸屬落葉小喬木或喬木，主要分布于湖南、湖北、四川、貴州、云南、廣西等地[1]，貴州主要分布于納雍、赤水、習水、都勻、大方以及梵凈山、雷公山等地，生于海拔1300～2500m的中高山常綠落葉闊葉混交林中。華西花楸樹姿優(yōu)美，枝葉茂密，秋季變紅，花期5月，白色頂生花多而密集，果期9-11月，大型橘紅色或橙黃色果實經久不落[2]，甚為美觀，是尚未開發(fā)的優(yōu)良造林和園林綠化樹種。近年來，隨著貴陽市“千園之城”的建設要求實現“一園一特”“多園多彩”的要求[3]，特色鄉(xiāng)土樹種成為打造特色景觀的重要資源，華西花楸正是這種特色鄉(xiāng)土觀果樹種。目前國內外關于華西花楸的研究只有實生苗培育技術及苗木質量分級有相關報道[4]，其他方面的研究還處于空白。

植物對環(huán)境的適應取決于環(huán)境的水分供應狀況，樹木對水分的需要及其對水分條件的要求和適應，是水分關系上的重要特性[5]。在華西花楸引種栽培中，土壤水分是關鍵因素之一。為此，本試驗對華西花楸盆栽實生幼苗采用人工控水的方法，對不同土壤水分條件下華西花楸幼苗的生長特性、生物量和葉片光合色素、SOD、POD活性以及MDA、Pro含量的變化進行研究，以探討華西花楸對水分適應的生理特性，為該樹種的遷地保育及園林應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物及處理

用華西花楸的種子培育幼苗，種子采于納雍縣大坪箐(107.58°E，28.82°N)，2017年10月采種，采種母樹高10m，胸徑20cm，冠幅5m×6m，將種子處理后，按濕沙和種子3:1混合均勻放于土陶花盆中儲藏，第二年3月種子有10%露白即播種，播種后加強水肥管理，到5月初幼苗長出真葉后，選擇長勢較好的幼苗，栽植于花盆中(花盆直徑21cm、高15cm)，盆土選用黃心土：珍珠巖=4∶1(V∶V)，黃心土于上盆前兩個星期用0.1%的多菌靈進行消毒處理。在自然條件下正常生長。到7月初選擇長勢較一致的植株150盆進行控水實驗，分為5組，即5個處理，每處理10盆，3個重復。土壤含水量分別為田間持水量的100% ～105%(1號)、80% ～85%(2號)、60% ～65%(3號)、40%～45%(4號)、20%～25%(5號)。待土壤水分自然干燥至設定標準后開始測定，用電子秤稱盆重，使各處理土壤含水量穩(wěn)定在設計范圍內。從開始控制水分起，至達到設定的含水量大約需要1～2周，以后每天下午17：00用電子秤稱盆、托盤、苗木及土壤總重量，按試驗設計的含水量補充當天消耗的水分，使土壤水分含量控制在設定范圍內。試驗于9月20日結束，實驗結束后測定各項指標。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 生長指標

(1)株高：從植株基部至最高點的長，用直尺(精確到：1mm)測定；(2)地徑：苗木土痕處的直徑，用游標卡尺測定；(3)冠幅：植株南北和東西方向的寬度，用直尺(精確到：1mm)測定，取平均值。以上各處理選取10株為1組，重復3次，取平均值。

1.2.2 生物量測定

將采集的植株地上部分與根系樣品先在 105℃下殺青30 min，然后在70℃下烘干至恒重，稱量。葉生物量比=葉片干質量/總干重；莖生物量比=莖干質量/總干重；根生物量比=根干質量/總干重；根冠比=地下部分干質量/地上部分干質量；植株含水量：植株含水量(%)=[(植株鮮重一植株干重)/植株鮮重]×100%[6]。

1.2.3 生理指標含量

各生理生化指標參照李合生、張志良的方法測定[6-7]。(1)光合色素：采用丙酮-乙醇混合液提取法測定；(2)過氧化物酶(POD)活性：采用愈創(chuàng)木酚法；(3) 丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸法；(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性：采用氮藍四唑(NBT)光化還原法；(5)游離脯氨酸：采用酸性茚三酮比色法測定。以上各指標所需材料均在上午8：00對各處理隨機采5枚相同部位的成熟葉片，去除葉柄和中脈，剪碎混合均勻，用722型分光光度計測定，每個處理各指標均重復3次，取平均值。

1.3 數據處理

利用Excel2008軟件進行數據的整理和圖、表處理；用SPSS18.0軟件進行方差分析及其它統(tǒng)計分析處理。

2 結果與分析

2.1 不同土壤水分條件下華西花楸幼苗生長特性

從表1可知，不同土壤水分處理下華西花楸苗高存在顯著差異(P<0.01)，即隨著土壤含水量的不斷增加，苗高逐漸增長，苗高最大的是1號處理，最小的是4號處理，1號處理與4號和5號處理之間存在極顯著性差異(P<0.01)，2號與4號、5號處理之間有顯著差異(P<0.05)，1號、2號、3號處理之間無顯著差異，4號和5號處理之間無顯著性差異；華西花楸的地徑也隨著土壤水分的增加呈現出增加的趨勢，地徑的大小為：1號>3號>4號>2號>5號，1號處理與2號和5號處理之間有顯著差異(P<0.05)，其他處理之間均無顯著差異；華西花楸植株的葉片數也隨著土壤水分的增加呈現出增加的趨勢，葉片數最多的是1號處理，最少的是4號處理，4號和5號處理之間無顯著差異，1號處理和5號處理之間有極顯著差異(P<0.01)，1號處理和4號處理之間有顯著差異(P<0.05)；華西花楸植株的根長呈現出隨土壤水分的增加而增加的趨勢，根長最長的是1號處理，最短的是4號處理，各處理間均無顯著差異；華西花楸植株根幅的大小為：1號>3號>2號>4號>5號，1號、2號、3號處理之間均無顯著差異，4號處理和5號處理之間無顯著差異，1號、2號、3號處理與4號和5號處理之間有顯著差異(P<0.05)；華西花楸植株的側根數隨著土壤水分的增加呈現出增加的趨勢，側根數的多少為：1號>2號>3號>4號>5號，各處理間均無顯著差異。隨著土壤水分的增加，華西花楸生長特性的各項指標均表現出增長的趨勢，這表明較多的水分有利于苗木的生長。

表1 不同土壤水分條件下華西花楸的生長狀況

2.2 不同土壤水分條件對華西花楸生物量和分配的影響

2.2.1不同土壤水分條件對華西花楸生物量的影響

不同土壤水分條件對華西花楸生物量的積累產生了明顯影響。從表2可知，隨著土壤水分的不斷增加，鮮重和干重表現出先增后減的趨勢。其中，根鮮重的大小順序為：4號(1.034g)>3號(1.020g)>5號(0.898g)>2號(0.608g)>1號(0.590g)，3號處理和4號、5號處理之間無顯著差異，3號、4號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)；莖鮮重的大小順序為：4號(1.568g)>3號(1.280g)>5號(1.142g)>1號(0.666g)>2號(0.622g)，4號處理和1號、2號處理之間有極顯著差異(P<0.01)，3號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)，其他各處理間均無顯著差異；葉鮮重和莖鮮重的大小順序基本一致，都表現出4號處理最大，2號處理最小，4號處理和1號、2號處理之間有極顯著差異；總鮮重的大小順序為：4號(6.236g)>3號(6.080g)>5號(5.102g)>1號(2.606g)>2號(2.652 g)，3號、4號處理和1號、2號處理之間有極顯著差異(P<0.01)，5號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)；根干重的大小順序為：4號(0.328g)>3號(0.326g)>5號(5.102g)>1號(0.268g)>2號(0.260g)，各處理間均無差異；莖干重的大小順序為：4號(0.532g)>5號(0.388g)>3號(0.372g)>1號(0.276g)>2號(0.274g)，4號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)；葉干重的大小順序為：3號(1.044g)>4號(1.036g)>5號(0.846g)>1號(0.490g)>2號(0.436g)，3號、4號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)；總干重的大小順序為：4號(1.896g)>3號(1.742g)>5號(1.502g)>1號(1.034g)>2號(0.970g)，3號、4號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)。這表明隨著土壤水分的增加鮮重和干重均呈現出先增加后減小的趨勢，均表現出4號處理最好，說明適量的水分有利于生物量的積累。

表2 不同土壤水分條件下華西花楸的生物量變化

2.2.2不同土壤水分條件對華西花楸生物量分配的影響

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土壤含水量的不同顯著影響植株的生物量分配。從表3可以看出，華西花楸的葉生物量比隨著土壤含水量的增加表現出先增加后減小的趨勢，其中3號處理葉生物量比最大，2號處理最小，3號、5號處理和1號、2號處理之間有極顯著差異(P<0.01)，4號處理和1號、2號處理之間有顯著差異(P<0.05)；莖生物量比變化趨勢也隨著土壤含水量的增加表現出先增加后減小的趨勢，但是增加的很少，最大的是4號處理，最小的是2號處理，3號、4號、5號處理和1號、2號處理之間有極顯著差異(P<0.01)；根重比和根冠比則呈現相反的趨勢，隨著土壤含水量的增加，根重比和根冠比逐漸增加，最大的是2號處理，最小的是4號處理；土壤含水量對生物量分配的影響說明隨著水分的增加，植株光合產物主要用于地下部分生物量的增加。以上分析表明，水分使植株的生物量向上集中，根冠比降低。同時適當的水分可以增加單株生物量。隨著土壤含水量的增加，華西花楸植株含水量大致呈現先上升后減小的趨勢，3號處理植株含水量最大，1號處理最小。說明華西花楸在某個范圍的水分條件下，具有一定的保水能力，如果超出這個范圍，在水分的重度脅迫下植株會因失水而受損害，表現出含水量偏低。

表3 不同土壤水分條件下華西花楸的生物量分配

2.3 不同土壤水分條件下華西花楸幼苗生理指標

2.3.1不同土壤水分條件下華西花楸幼苗光合色素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，它存在于植物細胞內的葉綠體中，是葉片進行光合作用時捕獲光能的重要物質[8]，在不同土壤水分下葉綠素含量的變化，可以指示植物對水分的敏感性。從表4可以看出，隨著土壤含水量的逐漸提高，華西花楸的葉綠素a(Chla)、葉綠素a/b(Chla/b)及葉綠素總量a+b(Chla+b)的含量呈先減少后增加的趨勢，葉綠素a(Chla)、葉綠素a+b(Chla+b)的多少順序為：5號>4號>1號>3號>2號，葉綠素a(Chla)在各處理間無顯著性差異(P>0.05)，葉綠素a+b(Chla+b)在5號和2號、3號處理間有顯著差異(P<0.05)，葉綠素b(Chlb)隨水分的增加而逐漸減少，5號處理和其他處理間有顯著差異(P<0.05)，葉綠素a/b(Chla/b)最大值出現在1號處理，但是各處理間均無顯著差異，表明不同水分處理對華西花楸葉片光合潛力的影響不大。由表4可以看出，隨著水分的增加，葉綠素a/b(Chla/b)值表現為先減后增的趨勢，但是增減幅度都不太大，說明水分的不斷增加，不利于葉綠素含量的增加。而類胡蘿卜素(Caro)的作用主要是防止光照傷害葉綠素，華西花楸葉片中類胡蘿卜素(Caro)含量隨著土壤水分的不斷增加逐漸減小。方差分析表明，各處理間均無顯著差異。可見水分的增加不利于類胡蘿卜素(Caro)含量的積累。

表4 不同光照條件下野扇花葉片的光合色素含量

2.3.2不同土壤水分條件下華西花楸幼苗的SOD酶活性變化

超氧化物歧化酶(SOD)是保護酶系統(tǒng)的關鍵酶，具有維持活性氧代謝平衡、保護膜結構的功能[9]。圖1所示，隨著土壤相對含水量的逐漸增大，幼苗葉片中SOD酶的活性總體呈上升的趨勢，1號處理葉片中SOD酶活性明顯高于2號和5號處理，1號處理和3號、4號處理無顯著差異。2號處理SOD酶活性略有下降，但是和5號處理之間無顯著性差異(P>0.01)，和3號處理有顯著差異(P<0.05)，和1號和4號處理有極顯著差異(P<0.01)。1號、3號、4號酶活性較5號處理有所提高，分別提高了384.78%、328.26%、363.04%。2號處理SOD酶活性略有下降，低于5號處理23.91%。

圖1 不同水分條件下幼苗的SOD酶活性變化

圖2 不同水分條件下幼苗的POD酶活性變化

2.3.3不同土壤水分條件下華西花楸幼苗的POD酶活性變化

過氧化物酶(POD)是植物體內清除活性氧的另一個重要酶類。試驗結果如圖2所示，隨著土壤相對含水量的逐漸增大，幼苗葉片中POD的活性呈上升的趨勢，1號處理顯著高于其他處理，POD酶的活性含量大小順序為：1號>4號>3號>2號>5號，POD酶的活性含量分別比5號處理提高了360.00%、130.00%、150.00%、210.00%。2號、3號、4號、5號處理之間無顯著差異(P>0.05)，1號處理和5號處理之間有極顯著差異(P<0.01)，1號處理和2號、3號、4號處理之間有顯著差異(P<0.05)。

2.3.4不同水分條件下幼苗的MDA酶活性變化

丙二醛(MDA)含量是反映細胞膜脂過氧化作用的重要指標[10]，其含量的高低反映植物細胞膜受傷害程度。由圖3可知，隨著土壤水分的增大，華西花楸葉片的 MDA含量呈增加的趨勢，各處理中增加的速度相對緩慢，且各處理均無顯著差異，MDA含量大小順序為：2號>1號>3號>4號>5號，MDA含量分別比5號處理提高了33.20%、36.02%、24.08%、23.55%。葉片MDA含量與土壤相對含水量之間表現出密切相關，但是華西花楸葉片細胞膜的受傷程度和土壤相對含水量關系不大。

圖3 不同水分條件下幼苗的MDA酶活性變化

圖4 不同水分條件下幼苗的游離脯氨酸含量

2.3.5不同土壤水分條件下華西花楸幼苗的游離脯氨酸含量的變化

一般認為植物體內游離脯氨酸含量不高，只有水分脅迫時，才迅速增加。脯氨酸含量的提高是水分脅迫下植物的自衛(wèi)反應之一，其含量的增加，是通過質量作用定律進行滲透調節(jié)，維持細胞一定的含水量和膨壓勢，從而增強植物的抗旱能力和抗逆性， 當水分脅迫達到一定程度時會導致植物體內游離脯氨酸的積累，進行滲透調節(jié)，以適應水分脅迫環(huán)境[11]。由圖4可知，隨著土壤水分的逐漸增大，幼苗體內游離脯氨酸的含量呈現先上升后下降的趨勢。4號處理下游離脯氨酸的含量顯著高于1號處理下的含量，4號處理和2號、3號、5號處理之間無顯著差異(P>0.05)，1號處理和3號、5號處理之間有顯著差異(P<0.05)。3號和4號處理下，脯氨酸含量顯著上升，和5號處理相比分別提高了4.41%、13.24%。1號和2號處理下，脯氨酸的含量下降，和5號處理相比分別提高了27.94%、11.76%。

在試驗過程中，隨著土壤含水量的加大，華西花楸幼苗體內脯氨酸含量增加說明幼苗出現了適應這種水分條件的滲透調節(jié)反應。

3 討論

(1)在自然條件下，植物與水分的關系，較重要的是土壤水分。本研究表明，土壤水分不同導致華西花楸幼苗的形態(tài)指標和生理指標均有不同程度的差異。土壤水分在一定范圍內，華西花楸均能正常生長，但是生長及生物量明顯受到影響，土壤含水量越大(到100%～105%的田間持水量)時，苗高、地徑、葉片數、根長、根幅、側根數均表現出較好的生長勢，在土壤含水量較低的時候，華西花楸具有一定的適應性和抵抗能力，產生一種缺水補償效應，能夠正常生長，但是外部形態(tài)表現為植株低矮、葉片狹小，植株萎焉。

生物量影響植物發(fā)育和結構的形成[12]，而光合作用是構成植物生物量的基礎[13]。在幾種土壤水分條件下華西花楸的根生物量、莖生物量、葉生物量、總生物量表現為隨著土壤水分的增加均呈現出先增加后減小的趨勢，適量的水分有利于生物量的積累，促進生長，總生物量增加，而過多的水分出現干物質積累較少，光合能力降低，生長受到抑制。土壤含水量使華西花楸干物質分配發(fā)生了改變，隨著土壤含水量的不斷增加，生物量優(yōu)先向根系分配，根冠比增大，表現出在2號處理下最大，而葉生物量比、莖生物量比則在3號、4號處理下較好，植株含水量在3號處理下最大。

葉綠素是捕獲光能的光合色素，抗旱性越強的植物在水分脅迫下葉綠素含量變化幅度也越小[14-15]。試驗結果表明，隨著水分的增加，葉綠素含量表現為先減后增的趨勢，但是增減幅度都不太大，說明水分的不斷增加，不利于葉綠素含量的增加，但是影響都不大。而類胡蘿卜素(Caro)的作用主要是防止光照傷害葉綠素，華西花楸葉片中類胡蘿卜素(Caro)含量隨著土壤水分的不斷增加逐漸減小?？梢娝值脑黾硬焕陬惡}卜素(Caro)含量的積累，葉綠素的增減在各處理間無顯著差異，表明葉綠素不是影響不同土壤含水量下華西花楸抗氧化性強弱的主要因素。

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)是生物體內清除活性氧的主要保護酶[16]。酶活性越高，有效消除自由基的能力也越強，植物的抗逆性也越強[17-18]。本實驗中，隨著土壤相對含水量的逐漸增大，華西花楸幼苗葉片中SOD、POD的活性總體呈上升的趨勢，說明華西花楸在不同土壤水分下改變保護酶活性來適應不同的環(huán)境，阻止膜脂過氧化，從而使細胞膜免受傷害，同時也表明華西花楸有較強的清除自由基的能力，能夠適應不同的水分環(huán)境條件。

丙二醛(MDA)是具有細胞毒性的物質，能與膜結構上的蛋白質和酶結合、交聯使之失去活性，從而破壞生物膜的結構與功能。MDA含量的高低，反映膜脂過氧化水平和膜結構的受害程度[19-20]，MDA積累越多，表明組織的保護能力越弱[21]，使植物抗逆性和抗衰老能力越弱[22]。本研究中，隨著土壤水分的增強，華西花楸葉片的MDA含量呈增加的趨勢，各處理中增加的速度相對緩慢，且各處理均無顯著差異。說明土壤含水量的不同會導致膜質過氧化和細胞膜系統(tǒng)的變化，說明在土壤含水量低的時候，華西花楸能保持較低的MDA含量，膜脂過氧化程度輕，表明華西花楸對這種土壤含水量有較好的適應能力，但是這種變化對華西花楸的影響是非常小的。

游離脯氨酸(Pro)是植物在干旱環(huán)境下的有效滲透調節(jié)物質之一[23]，Pro的積累可以降低植物細胞內的水勢，提高細胞濃度，維持細胞膨壓，防止原生質過度脫水，從而維持正常生命活動[24]?？购敌栽綇姡溆坞x脯氨酸含量越高，在重度脅迫下可能下降[25-26]。本研究表明，隨著土壤水分的逐漸加大，幼苗體內游離脯氨酸的含量呈現先上升后下降的趨勢，在田間持水量為40%～45%時，含量最大，在田間持水量為100%～105%時，含量最小，這表明水分的不同在一定程度上能提高華西花楸的滲透調節(jié)能力，有助于細胞或組織的持水，從而保證組織水勢下降時細胞膨壓得以維持。

4 結論

(1)不同土壤水分條件下華西花楸幼苗在生長、生物量積累和生理生化等方面均對不同土壤含水量表現出明顯的響應，在不同土壤含水量條件的耐受能力及適應能力不同。在土壤含水量為田間持水量的100%～105%(1號處理)下總是促進生長發(fā)育，其苗高、地徑、葉片數、根長、根幅、側根數表現最好，提高了幼苗葉片抗氧化能力；在土壤含水量為田間持水量的80%～85%(2號處理)下，可以保證較高的滲透調節(jié)作用，但是抗氧化酶活性(SOD、POD)相比1號處理有所下降，導致其生長、生物量也有所下降；在土壤含水量為田間持水量的60%～65%(3號處理)時，幼苗的生長發(fā)育也較1、2號處理有所下降，但是生物量積累在此處理下出現明顯的轉折，表現出隨水分的減少，逐漸增加，且植株含水量最大，同時滲透調節(jié)和抗氧化能力都較好；在土壤含水量為田間持水量的40%～45%(4號處理)時，苗高、地徑等形態(tài)指標有所下降，但是生物量積累還是較好，滲透調節(jié)物質和抗氧化能力和3號處理下相似；在土壤含水量為田間持水量的20%～25%(5號處理)時，形態(tài)指標下降，生物量積累減緩，SOD和POD活性較低，但是從實驗觀察中發(fā)現此時華西花楸幼苗表現為植株低矮、葉片狹小，植株萎焉等脅迫癥狀，但是到實驗結束時，幼苗并未死亡，可能植株是通過積累游離脯氨酸來調節(jié)細胞的吸水能力，保持植株的正常生長。這說明華西花楸幼苗具有較強的適應能力，適合應用在不同的水分環(huán)境下。

(2)通過對華西花楸幼苗在不同土壤水分條件下的生長、生理進行研究可知，華西花楸對水分適應的范圍較大，這將為華西花楸幼苗的培育、造林、園林應用提供一定的依據，從而實現對這一珍貴觀果樹種的有效保護和合理利用。由于本研究是在盆內進行的，在干旱條件下華西花楸沒有任何地下水可供利用，且在試驗期間溫度較高，溫室大棚內的熱效應較強，水份散失快，因此，在大田生產中的實際抗旱能力應比本實驗所提及的要好。