花椒耐澇種質(zhì)資源的篩選研究

龔霞, 陳政, 李佩洪, 唐偉, 曾攀, 吳銀明

四川省植物工程研究院，四川 資中 641200

花椒原產(chǎn)中國，為蕓香科花椒屬落葉、半落葉小喬木或灌木，栽培歷史悠久，分布廣，適應(yīng)性強，耐旱不耐澇。隨著全球氣候變暖，我國多地出現(xiàn)持續(xù)性暴雨天氣，水淹成為植物最主要的逆境脅迫因子之一，可能造成農(nóng)業(yè)林業(yè)作物的減產(chǎn)，甚至是死亡。水淹會導致土壤中氧氣和光照的不足、致葉綠素的降解、氣孔關(guān)閉、葉片加速衰老凋落、光合速率降低等變化[1]。植物的生長能夠直觀地判斷植物受到淹水影響的程度，因在淹水過程中，植物的形態(tài)會隨之發(fā)生改變。因此，篩選出耐澇性強的花椒品種有助于花椒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，具有重大意義。

目前，對花椒屬植物的抗逆性研究有冬季低溫條件下花椒保護酶活性[2-3]、不同花椒品種抗旱性比較[4]、水分脅迫條件下椿葉花椒抗氧化酶活性[5]、抗凍劑處理下花椒抗寒性[6]、水肥處理下漢源花椒抗逆性[7]等。但有關(guān)澇漬脅迫對花椒抗逆性方面的研究報道甚少，本研究以四川省植物工程研究院前期優(yōu)選出的6種花椒種質(zhì)資源為基礎(chǔ)開展試驗，從中篩選出耐澇性強的材料，以期為花椒優(yōu)良種品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在四川省植物工程研究院資中試驗站（內(nèi)江市資中縣明興寺鎮(zhèn)），海拔 308 m，N29°44.29′，E104°56.38′，年均氣溫 17.4 ℃，極端最低氣溫?3.2 ℃，極端最高氣溫 41.9 ℃，年均日照時數(shù) 1246.5 h，年均降雨量1007.7 mm，降雨量主要分布在4—9月，土壤為沙壤土，pH值7.0。

1.2 供試材料

試驗材料為四川省植物工程研究院前期通過系統(tǒng)調(diào)查，對比分析初步優(yōu)選出的6個優(yōu)良花椒種質(zhì)資源材料的1年生實生苗（見表1）。

表1 試驗材料基本情況Tab.1 Basic information of test materials

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗處理

2018年3月，在試驗站大棚內(nèi)，將各試驗材料定植于 460 mm×320 mm×170 mm 的塑料周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，試驗用土為圃內(nèi)土∶泥炭土∶珍珠巖=6∶3∶1，每個周轉(zhuǎn)箱裝18 kg試驗土。共設(shè)102個試驗處理，每個材料設(shè)16個淹水處理和1個對照處理，每個處理1箱，每箱9株，緩苗3個月（6月初）后進行淹水處理。每種材料選擇17箱生長基本一致、無病蟲害的健康植株，其中16箱放入人工淹水槽中進行淹水處理，保持水面高于土壤表面3~5 cm，淹水時長為6 h~96 h，每增加 6 h 為 1 個處理共 16 個處理，1 箱為對照組。每個處理淹水時間結(jié)束后，取出瀝水進行常規(guī)肥水管理，觀察其生長情況。

1.3.2 調(diào)查指標及調(diào)查方法

淹水處理結(jié)束后連續(xù)4周，每周觀察植株的形態(tài)變化、受害情況，淹水處理后1個月調(diào)查植株株高和基徑生長量。出現(xiàn)葉片和徑萎焉、干枯、變色、死亡的植株為受害植株，其中死亡的為澇害死亡植株，并計算其受害指數(shù)。

（1）株高、基徑脅迫指數(shù)：株高用卷尺測量，以土壤表面徑到苗頂端的距離為株高；基徑用游標卡尺測量，以距離土面1 cm處的徑粗為基徑；后一次測量值與前一次測量值之差為株高或基徑生長量。并按公式PSI=PHS/PHC計算出株高脅迫指數(shù)和基徑脅迫指數(shù)。其中，PSI為生長量脅迫指數(shù)，PHS為澇漬脅迫下的生長量，PHC為對照組生長量。

（2）受害程度分級按表2進行分級，澇害指數(shù)按以下公式計算：

表2 澇害分級及各級代表值Tab.2 Waterlogging classification and representative values at all levels

1.4 統(tǒng)計分析方法

數(shù)據(jù)處理、分析與繪圖采用Excel 2003進行。用模糊隸屬函數(shù)法對6個花椒種質(zhì)材料的新梢生長量、基徑生長量以及澇害情況的測定值進行轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)值進行累加，取平均值對各試驗材料的耐澇能力進行綜合評價。隸屬函數(shù)值法的計算公式如下:

若某項指標與耐澇性呈負相關(guān)，則公式轉(zhuǎn)換為：

式中，U（Xij）為i樹種第j個指標的隸屬函數(shù)值，Xij為i樹種第j個指標的觀測值，Xjmin為所有樹種第j個指標的最小值，Xjmax為所有樹種第j個指標的最大值。U(Xij)值越大，耐澇性越強。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長情況比較

2.1.1 株高生長量

對不同種類的花椒種質(zhì)資源材料在不同澇漬脅迫時間下的株高生長量脅迫指數(shù)進行方差分析（見表3），結(jié)果顯示，資源材料種類和澇漬脅迫時間對株高生長量脅迫指數(shù)的影響均達到了極顯著水平。

表3 資源材料種類和澇漬脅迫時間對株高生長量脅迫指數(shù)影響的方差分析Tab.3 Variance analysis of the effect of resource types and waterlogging stress time on plant height growth stress index

由圖1可見，在不同澇漬脅迫時間下，不同花椒種質(zhì)資源材料的株高生長量脅迫指數(shù)不同，表明其耐澇性不同；隨澇漬脅迫時間的加長，各花椒種質(zhì)材料的株高生長量逐漸減小，株高生長量脅迫指數(shù)逐漸減小，但不同花椒種質(zhì)材料減小的幅度不同。在澇漬脅迫48 h以前，川植-2的株高生長量脅迫指數(shù)最大，表明澇漬脅迫至48 h以前，其耐澇性均最強；澇漬脅迫直至54 h時，川植-3的株高生長量脅迫指數(shù)超過川植-2和其他幾個種質(zhì)材料，直至澇漬脅迫96 h時，其仍然維持較高的株高生長量脅迫指數(shù)，為0.1842，表明川植-3隨澇漬脅迫時間的增加，其耐澇性逐漸增強，說明其具有較強的自我保護意識；南路大紅袍雖然在澇漬脅迫6 h時株高脅迫指數(shù)最小，為0.2111，但隨澇漬脅迫時間的增加，其株高脅迫指數(shù)下降幅度較小，變化較為平緩，表明其耐澇性一直處于較低的水平；川植-1和七月椒的株高生長量脅迫指數(shù)分別在澇漬脅迫90 h和96 h以后急劇下降為0，表明此時植株已死亡或停止生長。由各種質(zhì)材料的株高脅迫指數(shù)的平均值可以看出，各種質(zhì)材料在澇漬脅迫下株高生長量由大到小依次為：川植-2>川植-3>九葉青>七月椒>川植-1>南路大紅袍。

圖1 不同澇漬脅迫下各花椒種質(zhì)的株高生長量脅迫指數(shù)Fig.1 Stress index of plant height growth of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources under different waterlogging stress conditions

2.1.2 基徑生長量

對不同花椒種質(zhì)資源在不同澇漬脅迫時間下的基徑脅迫指數(shù)進行方差分析，結(jié)果表明，不同資源材料類型和不同的澇漬脅迫時間對基徑生長量脅迫指數(shù)的影響均達到了極顯著水平（見表4）。

表4 資源種類和澇漬脅迫時間對基徑脅迫指數(shù)影響的方差分析Tab.4 Variance analysis of the effect of resource types and waterlogging stress time on basal diameter stress index

由圖2可知，各花椒種質(zhì)材料隨澇漬脅迫時間的增加，基徑生長量逐漸減小，基徑生長量脅迫指數(shù)逐漸減小，種質(zhì)不同，減小的幅度不同。與對照組相比，川植-3在整個處理過程中，基徑生長量脅迫指數(shù)的變化較其他幾個種質(zhì)材料的變化小、變化較為平緩，且維持在較高的水平，在澇漬脅迫至96 h時，其他幾個材料的基徑脅生長量迫指數(shù)迅速降低接近為0時，川植-3的基徑生長量脅迫指數(shù)仍維持在0.3556；其次為川植-2、七月椒和南路大紅袍，三者在澇漬脅迫至84 h以前差異不明顯，84 h以后，七月椒和南路大紅袍基徑生長量脅迫指數(shù)迅速下降，至96 h時，南路大紅袍基徑生長量脅迫指數(shù)僅為0.0682，七月椒基徑生長量脅迫指數(shù)下降至0，所有植株停止生長，川植-2在澇漬脅迫84 h-96 h之間變化不明顯，96 h以后基徑生長量脅迫指數(shù)急劇下降至0；在澇漬脅迫下，基徑生長量脅迫指數(shù)變化最為劇烈是九葉青和川植-1，九葉青在澇漬脅迫6 h后基徑生長量脅迫指數(shù)迅速下降，但澇漬脅迫至18 h以后基徑生長量脅迫指數(shù)變化相對平緩，至96 h時，基徑生長量脅迫指數(shù)維持在0.0655，川植-1隨脅迫時間增加，基徑生長量脅迫指數(shù)急劇下降，至90 h時，基徑生長量脅迫指數(shù)下降至0。由各種質(zhì)材料的基徑生長量脅迫指數(shù)的平均值可以看出，在整個澇漬脅迫過程中，各材料的基徑生長量由大到小依次為：川植-3>川植-2>南路大紅袍>七月椒>川植-1>九葉青。

圖2 不同澇漬脅迫下各花椒種質(zhì)的基徑生長量脅迫指數(shù)Fig.2 Stress index of basal diameter growth of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources under different waterlogging stress conditions

2.2 形態(tài)變化及受害情況

本試驗發(fā)現(xiàn)，花椒受澇漬脅迫達到一定程度后，植株開始出現(xiàn)葉片發(fā)黃、萎焉、焦枯、莖干枯、植株死亡等澇害癥狀。部分耐澇性強的植株，在一定時間的澇漬脅迫解除后，受害葉片部分脫落后，植株還能恢復正常的生長。川植-3在澇漬脅迫60 h以前表現(xiàn)均正常，澇漬脅迫至66 h才出現(xiàn)葉片的輕微萎焉，澇漬脅迫84 h后第4周才出現(xiàn)植株死亡；川植-2在澇漬脅迫42 h均未出現(xiàn)澇害癥狀，澇漬脅迫48 h在淹水結(jié)束第2周才表現(xiàn)出少量黃葉、萎焉，澇漬脅迫54 h第一周便出現(xiàn)植株死亡；九葉青在澇漬脅迫36 h時，未出現(xiàn)任何澇害癥狀，澇漬脅迫至42 h時，第3周植株出現(xiàn)輕微的黃葉，至澇漬脅迫54 h時，出現(xiàn)植株死亡；其次為川植-1在澇漬脅迫30 h時無任何澇害現(xiàn)象，澇漬脅迫36 h第一周時間出現(xiàn)澇害癥狀，第二周出現(xiàn)植株死亡。而七月椒和南路大紅袍在澇漬脅迫6 h后第一周便陸續(xù)出現(xiàn)澇害癥狀，分別在澇漬脅迫6 h和24 h第1周出現(xiàn)植株死亡。

圖3—圖8為各花椒種質(zhì)資源經(jīng)過不同時間的澇漬脅迫后四周內(nèi)，澇害指數(shù)隨時間增加的變化圖。由圖可見，同一種質(zhì)資源材料在相同澇漬脅迫時間后，隨時間的增加，澇害癥狀逐漸加重，澇害指數(shù)逐漸增加；同一種質(zhì)資源材料隨澇漬脅迫時間的增加，澇害指數(shù)逐漸增大，但不同種質(zhì)資源材料增大的幅度不同，其中，七月椒增加幅度最大，第4周時澇漬脅迫78 h及以后者澇害指數(shù)均增加為100.00%，植株全部死亡；其次為川植-1，第4周時澇漬脅迫90 h及其以后者澇害指數(shù)增加為100.00%；再者為川植-2，在第4周時澇漬脅迫96 h處理的植株澇害指數(shù)增加為100.00%；增加幅度最小的為川植-3，澇漬脅迫96 h第4周其澇害指數(shù)僅為55.56%；其次為九葉青和南路大紅袍。另外，在相同澇漬脅迫時間下，不同種質(zhì)資源材料也呈現(xiàn)不同程度的澇害，在澇漬脅迫≤30 h時，九葉青、川植-1、川植-2、川植-3均未表現(xiàn)出澇害癥狀，尤以川植-3最為明顯，在澇漬脅迫66 h后第4周澇害指數(shù)僅為5.56%；而七月椒和南路大紅袍對澇漬脅迫較為敏感，在澇漬脅迫6 h后第4周澇害指數(shù)分別達22.22%、12.50%。

圖3 A在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.3 Changes of waterlogging damage index of A with different waterlogging stress time

圖4 B在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.4 Changes of waterlogging damage index of B with different waterlogging stress time

圖5 C在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.5 Changes of waterlogging damage index of C with different waterlogging stress time

圖6 D在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.6 Changes of waterlogging damage index of D with different waterlogging stress time

圖7 E在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.7 Changes of waterlogging damage index of E with different waterlogging stress time

圖8 F在不同澇漬脅迫時間后澇害指數(shù)隨時間變化圖Fig.8 Changes of waterlogging damage index of F with different waterlogging stress time

由表5不同花椒種質(zhì)的平均澇害指數(shù)可見，各種質(zhì)材料澇害程度由小到大依次為：川植-3<九葉青<川植-2<川植-1<南路大紅袍<七月椒。

表5 各花椒種質(zhì)的平均澇害指數(shù)Tab.5 Average waterlogging damage index of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources

2.3 耐澇性綜合評價

表6為各花椒種質(zhì)材料的耐澇性綜合評價隸屬值，由表可知，各種質(zhì)材料的耐澇性強弱依次為：川植-3>川植-2>九葉青>川植-1>七月椒>南路大紅袍。

表6 耐澇性綜合評價隸屬值Tab.6 Subordinate value of comprehensive evaluation of waterlogging tolerance

3 結(jié)論和討論

（1）水分作為植物吸收養(yǎng)分過程的有效載體，是植物幼苗生長期間的重要限制因素。雖然水分是植物生長所必需的因子，但是當供給水分高于土壤的需求時會產(chǎn)生水分脅迫。水分脅迫是植物最普遍的脅迫形式之一，植物長時間受到逆境脅迫，會影響其生長嚴重時還會導致死亡[8]。抗逆性強的植株對逆境的脅迫不敏感，生長受到的影響較小。

（2）植物在澇漬脅迫下，葉片相對含水量減少，氣孔阻力增大，使得氣孔導度下降，不同程度的造成葉片萎蔫[9]。本試驗發(fā)現(xiàn)，各花椒材料在受到澇漬脅迫時，首先表現(xiàn)為葉片萎蔫，隨著澇漬脅迫時間的加長，葉片逐漸干枯、脫落，最后植株死亡；解除澇漬脅迫后，部分恢復的受害植株會出現(xiàn)短時間的葉片發(fā)黃、脫落等現(xiàn)象。

（3）作物的抗逆性是一個受多種因素影響的復雜數(shù)量性狀，且不同品種的抗逆機制存在差異，從而使得不同品種在逆境條件下對某一具體指標的反應(yīng)也不盡相同。因而單一指標難以全面、準確地反映作物品種抗逆性的強弱，應(yīng)用多指標來綜合評價作物對逆境的適應(yīng)能力。采用綜合指標方法進行評價能克服單一指標評價的缺點，本試驗采用隸屬函數(shù)法對6種花椒資源材料的一年生幼苗淹水處理后的生長量以及受害情況等進行綜合評價。評價結(jié)果顯示，各花椒種質(zhì)資源材料的耐澇性強弱依次為：川植-3>川植-2>九葉青>川植-1>七月椒>南路大紅袍。

（4）長期生產(chǎn)實踐表明：竹葉花椒（Zanthoxylum armatumDC.）耐澇性普遍強于花椒（Zanthoxylum bungeanumMaxim.）。本試驗結(jié)果顯示：除川植-3外，其余花椒（種）種質(zhì)資源耐澇性普遍不如竹葉花椒（種）種質(zhì)資源，與實際生產(chǎn)相符。其中花椒（種）種質(zhì)材料川植-3表現(xiàn)出明顯優(yōu)于竹葉花椒的耐澇性，可能與其長期惡劣的野外生存環(huán)境有關(guān)，使其對于瘠薄、潮濕環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。因此，川植-3可作為優(yōu)良耐澇花椒新品種培育材料加以利用。

本試驗是在人工淹水條件下進行的，且僅從表觀形態(tài)方面對花椒種質(zhì)資源的苗期耐澇性進行的研究，而栽培環(huán)境下的澇漬脅迫有所不同，本試驗未考慮不同澇漬脅迫的交替變化、環(huán)境溫度、濕度對植株耐澇性表現(xiàn)的影響，且隨著植株的生長，其耐澇表現(xiàn)可能會有所變化，花椒種質(zhì)資源在不同環(huán)境中的耐澇性及其內(nèi)部機理還需進一步研究。在實際生產(chǎn)中，花椒品種的選擇既要考慮品種本身的耐澇性，同時也要考慮當?shù)氐牧⒌貤l件，合理選擇適合當?shù)氐幕ń菲贩N。