氯化鋅控根處理對(duì)櫸樹容器苗生長及生理特性的影響

劉澤茂，晏 昕，吳 文，張于卉，喻方圓

（1.南京林業(yè)大學(xué) a.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心；b.林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.高郵市林業(yè)技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 高郵 225600；3.上海市林業(yè)總站，上海 200040）

櫸樹Zelkova serrata為榆科Ulmaceae 櫸屬Zelkova落葉喬木，是我國的特有種，其樹形優(yōu)美，冠幅龐大，葉色季相變化豐富，是重要的硬闊葉用材樹種和園林綠化景觀樹種[1-3]。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市綠化的發(fā)展，市場對(duì)于優(yōu)質(zhì)櫸樹苗的需求量在持續(xù)增加。然而，櫸樹種子萌發(fā)率較低，自然更新速度慢，再加上大規(guī)?？撤ズ蜌夂蜃兓仍?，櫸樹的數(shù)量越來越少，分布范圍變窄成為了瀕危樹種，已被列為我國Ⅱ級(jí)保護(hù)植物和國際自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）的瀕危物種紅色名錄[4-5]。改進(jìn)育苗技術(shù)，盡快培育優(yōu)質(zhì)櫸樹苗木以滿足日益增長的市場需求已迫在眉睫[4]。使用容器育苗的方法，有利于通過機(jī)械化模式提高育苗的質(zhì)量和效率。根系是容器苗培育的重點(diǎn)，而根系畸形對(duì)于容器幼苗的培育則是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)[6]。由于育苗容器內(nèi)部空間有限，苗木側(cè)根常會(huì)沿著容器壁不斷向下生長，使得根的活躍生長點(diǎn)聚集在容器下部，導(dǎo)致根系在容器下部纏繞成團(tuán)[7-8]。根系畸形會(huì)使得苗木側(cè)根數(shù)量減少，影響根系構(gòu)型，減弱根系功能，使得苗木對(duì)非生物脅迫等更敏感，嚴(yán)重影響其移栽后的成活率和田間表現(xiàn)[8-11]。

為了解決根系畸形的問題，在容器苗培育的過程中常采用一些控根技術(shù)，按其原理可分為：空氣控根、物理控根和化學(xué)控根。其目的均為在根系頂端去除生長點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)根系的修剪[9]。采用空氣控根和物理控根的容器，不僅其制作工藝較難,使得容器的造價(jià)相對(duì)較高，且空氣控根時(shí)必須將容器架空放置才能獲得好的效果[9]，并且架空放置一方面提高了育苗成本，另一方面還加速了基質(zhì)中水分和養(yǎng)分的流失[12]。而化學(xué)控根工藝簡單，價(jià)格相對(duì)便宜，對(duì)育苗環(huán)境要求也相對(duì)較低，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛[13-14]。

櫸樹的根系較發(fā)達(dá)且根系水平延伸距離較大[15]，在其容器育苗時(shí)易因根系纏繞盤旋而出現(xiàn)根系畸形。但目前關(guān)于櫸樹容器苗控根方面的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以櫸樹為試驗(yàn)對(duì)象，研究不同濃度氯化鋅試劑對(duì)其容器苗根系形態(tài)及生理狀況的影響，以期解決櫸樹容器苗培育中的根系畸形問題，從而為櫸樹優(yōu)質(zhì)苗木培育提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于上海市寶山區(qū)森林植被種質(zhì)資源基地（121°28′48′′E，31°24′36′′N）。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明；年日照時(shí)數(shù)約為1 900 h；年降水量約為1 142 mm；年平均氣溫15.3℃，無霜期約230 d，適宜櫸樹的生長。

在2019年4月上旬，將2018年11月中旬采集于江蘇新沂的櫸樹種子經(jīng)過NaOH處理后洗凈，在穴盤中進(jìn)行播種。待苗高長至約為5 cm 時(shí)，取正常生長、長勢一致的幼苗，將其移栽至白色無紡布容器（12 cm×18 cm，直徑×高）中。事先按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求（見1.2），在容器內(nèi)壁及底部均勻地涂上不同濃度的氯化鋅試劑，且涂層的厚度不超過0.5 mm。使用的育苗基質(zhì)為泥炭∶珍珠巖∶有機(jī)肥=7∶2∶1（體積比）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。氯化鋅試劑設(shè)置4 個(gè)水平，分別為0、60、120、180 g/L，共3 個(gè)處理組和1 個(gè)對(duì)照。每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30 株幼苗。試驗(yàn)于2019年6月中旬開始，至11月中下旬結(jié)束。

1.3 苗木形態(tài)指標(biāo)測定

1.3.1 苗高、地徑

11月苗木生長停止后，測量所有櫸樹容器苗的苗高和地徑。用卷尺測量苗高，精度為0.1 cm；用游標(biāo)卡尺測量地徑，精度為0.01 mm，并計(jì)算高徑比。

1.3.2 根系指標(biāo)

11月苗木生長停止后，于每小區(qū)隨機(jī)抽取5株櫸樹容器苗。用水將根系清洗干凈后，將每小區(qū)的5 株櫸樹容器苗分別單獨(dú)置于EPSON 掃描儀下掃描獲得透射圖像，再用WinRHIZO PRO 2007 軟件分析根系的圖像。測定的根系指標(biāo)包括根系總長、根表面積和根系總體積。通過觀察得出直徑大于1 mm 的一級(jí)側(cè)根數(shù)（主根上的細(xì)根不包括在內(nèi)）。

1.3.3 生物量

在進(jìn)行根系掃描后，將上述每小區(qū)5 株櫸樹容器苗分別按地上部分、地下部分分開，地下部分中的細(xì)根（直徑≤2 mm）也被單獨(dú)分開，裝入牛皮紙信封，放入烘箱中烘干，先于105℃殺青30 min，再于70℃烘至恒質(zhì)量，使用電子天平（精度為0.001 g）稱質(zhì)量，最后將細(xì)根的生物量納入地下部分的生物量。

1.4 苗木生理指標(biāo)測定

在根系掃描后、生物量測定前，從1.3.3 每小區(qū)5 株櫸樹容器苗中取出少量新鮮側(cè)根混合后進(jìn)行可溶性糖含量、淀粉含量、可溶性蛋白含量、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量的測定。具體方法為：從每一小區(qū)的混合樣品中各隨機(jī)取1 份0.2 g 的新鮮根系，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量和淀粉含量[16]，采用考馬斯亮藍(lán)B-250 法測定可溶性蛋白含量[17]，采用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性[18]，采用氮藍(lán)四唑法（NBT 法）測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[18]，采用巴比妥酸顯色法（TBA 法）測定MDA 含量[18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有測定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差顯示。采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行方差分析及Duncan 多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗生長狀況的影響

2.1.1 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗苗高、地徑、高徑比的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗苗高、地徑、高徑比的影響如表1所示。苗高由大到小依次為T2、T1＞T3＞CK，各處理與對(duì)照差異顯著，T2、T1、T3處理下苗高分別比對(duì)照提高了34.39%、30.62%和17.86%。。地徑由大到小依次為T2＞T3、T1＞CK，各處理與對(duì)照差異顯著，T2、T3、T1處理下地徑分別相較對(duì)照提高了22.06%、15.53%和11.47%。

表1 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗苗高、地徑、高徑比的影響?Table 1 Effects of zinc chloride treatments on the height,diameter and height-diameter ratio of Z.serrata container seedlings

高徑比由大到小依次為T1＞T2＞T3、CK，T1、T2明顯增加了櫸樹容器苗的高徑比，分別提高了17.19%和10.09%。

2.1.2 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗生物量的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗各部分生物量的影響如表2所示。地上部分生物量和地下部分生物量由大到小依次都為T2＞T1＞T3＞CK，且對(duì)于兩部分生物量，各處理與對(duì)照均差異顯著。T2、T1、T3處理下地上部分生物量比對(duì)照分別增加了106.07%、73.99%和53.74%，地下部分生物量比對(duì)照分別增加了82.75%、67.69%和42.36%。

表2 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗生物量的影響Table 2 Effects of zinc chloride treatments on the dry weight of Z.serrata container seedlings

細(xì)根生物量由大到小依次為T2、T1＞T3＞CK，且各處理與對(duì)照均差異顯著。T2、T1、T3處理下細(xì)根生物量比對(duì)照分別增加132.76%、100.00%和60.34%。

根莖比由大到小依次為CK＞T1、T3＞T2，T2、T3、T1處理下的根莖比相較于對(duì)照處理分別降低了14.08%、9.86%和5.63%。

2.1.3 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗根系形態(tài)的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響如表3所示。一級(jí)側(cè)根數(shù)由大到小依次為T2、T1＞T3＞CK，各處理與對(duì)照差異顯著，T2、T1、T3處理下一級(jí)側(cè)根數(shù)比對(duì)照分別增加了65.02%、47.70%和37.10%。

表3 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of zinc chloride treatments on the root morphological indexes of Z.serrata container seedlings

根系總長和根系表面積由大到小依次均為T2＞T3、T1＞CK，且各處理與對(duì)照差異顯著，T2、T3、T1處理下根系總長比對(duì)照分別增加了50.12%、34.97%和31.54%。

根系總體積由大到小依次為T2、T1＞T3＞CK，各處理與對(duì)照差異顯著，T2、T1、T3處理下根系總體積比對(duì)照分別增加了72.97%、58.38%和33.82%。

2.1.4 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗不同直徑根系長度的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗不同直徑的根系長度的影響如表4所示。直徑在0 至0.5 mm 的根系長度由大到小依次為T2＞T3、T1＞CK，T2、T3、T1處理下根系長度比對(duì)照分別增加了41.97%、24.62% 和23.24%；直徑在0.5 至1.0 mm 的根系長度由大到小依次為T2、T1、T3＞CK,T2、T1、T3處理下根系長度比對(duì)照分別增加了50.10%、46.57%和44.25%；直徑在1.0 至1.5 mm的根系長度由大到小依次為T2＞T3、T1＞CK，T2、T3、T1處理下根系長度比對(duì)照分別增加了89.45%、61.30% 和54.90%；直徑在1.5 至2.0 mm 的根系長度由大到小依次為T2、T3、T1＞CK，T2、T3、T1處理下根系長度比對(duì)照分別增加了36.13%、30.26%和21.52%。對(duì)于直徑在0 至0.5 mm、0.5 至1.0 mm、1.0 至1.5 mm 和1.5 mm 至2.0 mm 的根系長度，各處理組與對(duì)照組均有顯著性差異。直徑在2.0 至2.5 mm 的根系長度由大到小依次為T2＞T3＞CK、T1；直徑在2.5 至3.0 mm 的根系長度由大到小依次為T2、T3＞CK、T1；直徑在3.0 至3.5 mm 的根系長度由大到小依次為T1＞T3、T2＞CK；直徑在3.5 至4.0 mm 的根系長度由大到小依次為T2＞T3＞T1＞CK；直徑在4.0 至4.5 mm 的根系長度由大到小依次為T2＞T3、T1＞CK；在直徑大于4.5 mm 的根系長度方面，由大到小依次為CK＞T1、T2＞T3，對(duì)照組顯著大于處理組，說明氯化鋅處理會(huì)抑制主根的生長?？傮w來說，氯化鋅的控根處理對(duì)細(xì)根（直徑≤2.0 mm）的生長有明顯的促進(jìn)作用，對(duì)主根（直徑＞4.5 mm）的生長有明顯的抑制作用。

表4 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗不同直徑根系長度的影響Table 4 Effects of zinc chloride treatments on the root length of Z.serrata container seedlings with different diameters

2.2 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗根系生理狀況的影響

2.2.1 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗根系營養(yǎng)狀況的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響如表5所示?？扇苄蕴呛坑纱蟮叫∫来螢門2、T1、T3＞CK，對(duì)照組與處理之間差異顯著，T2、T1、T3處理下可溶性糖含量相較于對(duì)照分別增加了24.19%、22.63%和16.33%。淀粉含量由大到小依次為T1＞T2、T3＞CK，對(duì)照組與處理之間差異顯著，T1、T2、T3處理下淀粉含量相較于對(duì)照分別增加了145.05%、99.54%和68.95%。而對(duì)于可溶性蛋白含量，各處理和對(duì)照間均沒有顯著性差異。

表5 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系營養(yǎng)狀況的影響Table 5 Effects of zinc chloride treatments on the root nutritional status of Z.serrata container seedlings

2.2.2 氯化鋅控根對(duì)櫸樹容器苗根系保護(hù)酶活性及丙二醛含量的影響

氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量的影響如表6所示。POD 活性由大到小依次為T2、T3、T1＞CK，SOD 活性由大到小依次為T3＞T2＞T1＞CK，且各處理結(jié)果均與對(duì)照存在顯著性差異。說明氯化鋅處理下，櫸樹容器苗根系中POD 和SOD 的活性有顯著地增加。且SOD 的活性隨氯化鋅濃度的增大而顯著地增大，POD 的活性受氯化鋅濃度的影響不大。MDA 含量大小為T1、T3、T2＞CK，各處理均與對(duì)照存在顯著性差異。且櫸樹容器苗根系的丙二醛含量受氯化鋅濃度的影響不大。

表6 氯化鋅處理對(duì)櫸樹容器苗根系保護(hù)酶活性及丙二醇含量的影響Table 6 Effects of zinc chloride treatments on the protective enzyme activities and MDA content in roots of Z.serrata container seedlings

3 結(jié)論與討論

苗木的根系有固定植物的機(jī)械功能和吸收、運(yùn)輸植物生長所需的水分及養(yǎng)分的生理功能，還是促進(jìn)芽和葉生長的激素來源，生長較快的根系能夠從更廣闊的土壤區(qū)域吸收養(yǎng)分，苗木的田間表現(xiàn)直接受其根系形態(tài)的影響，根系完整是容器苗優(yōu)于裸根苗的主要特點(diǎn)[12,19-20]。本研究中，氯化鋅控根處理能顯著地促進(jìn)櫸樹容器苗根系生長及其形態(tài)的改善，主要體現(xiàn)在顯著增加了櫸樹容器苗的一級(jí)側(cè)根數(shù)、根系的總長、表面積和體積，這可能有助于提高其移栽后的田間表現(xiàn)。本研究中，氯化鋅控根處理顯著地增加了櫸樹容器苗的苗高和地徑，這可能對(duì)幼苗的田間生長有益，因?yàn)闃湟毫髁颗c木質(zhì)部中可用的面積成正比，莖直徑的增加則意味著更多的木質(zhì)部結(jié)構(gòu)，使得從根部到葉片的樹液流量更高，同時(shí)地徑與苗木根系大小及抗逆性關(guān)系緊密；而苗高的增加也意味著更高的生產(chǎn)力[12,14]。碳水化合物是苗木非常重要的組成物質(zhì)，苗木被起出后至造林前，其生命活動(dòng)全靠貯藏的碳水化合物所維持。苗木體內(nèi)的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物主要包括可溶性糖和淀粉，是參與植株生命代謝的重要物質(zhì)[21]。更大的根系和莖直徑分別增加了水分的吸收和向葉面的運(yùn)輸，從而賦予了苗木更大的抗逆能力并且促進(jìn)了苗木的生長[22]。這可以解釋為何在本試驗(yàn)中，氯化鋅處理能顯著增加櫸樹容器苗根系中可溶性糖和淀粉的含量及其抗逆能力（通過根系中POD 和SOD的活性的顯著增加體現(xiàn)）。

樹木的細(xì)根（直徑≤2mm）是樹木與土壤物質(zhì)交換的活躍部位，在樹木從土壤吸取養(yǎng)分和水分的過程中發(fā)揮著重要的作用[23-24]。樹木的細(xì)根通過物理作用等方式嵌入土壤，有生長快，壽命短，更新快的顯著特點(diǎn)，是植物與環(huán)境之間養(yǎng)分和水分交換的主要器官，其快速死亡的特點(diǎn)還有助于土壤中有機(jī)物質(zhì)的積累和物種多樣性的豐富，從而促進(jìn)森林系統(tǒng)的碳循環(huán)[25-28]。本試驗(yàn)中，氯化鋅控根處理對(duì)細(xì)根（直徑≤2.0 mm）的生長均有明顯的促進(jìn)作用，對(duì)主根（直徑＞4.5 mm）的生長均有明顯的抑制作用；而對(duì)于直徑在2.0 到4.5 mm 之間的根系來說，氯化鋅處理對(duì)其生長的影響結(jié)果比較復(fù)雜，目前還難以得出明確結(jié)論，需要進(jìn)行更多的研究加以探究和證實(shí)。以往的研究結(jié)果表明，化學(xué)控根會(huì)改變苗木新根生長點(diǎn)在垂直方向上的分布，增加根系中上層的新根生長點(diǎn)數(shù)量，使得根系生長更接近于自然狀態(tài)，這不僅促進(jìn)了土壤表面附近的根生長，還可能會(huì)改善其莖的垂直穩(wěn)定性[14,29]。本試驗(yàn)中，氯化鋅處理可能也改變了櫸樹容器苗根生長點(diǎn)的位置分布，使得其集中于根的上半部分。作為一種植物必需元素，生長環(huán)境中適當(dāng)?shù)匿\濃度有利于植物的生長發(fā)育。Tang 等[30]對(duì)圓錐南芥Arabis paniculata的水培試驗(yàn)結(jié)果表明，營養(yǎng)液中加入適當(dāng)?shù)匿\時(shí)，可以刺激其生物量和葉綠素濃度的增加。Liu 等[31]對(duì)毛竹Phyllostachys pubescens的研究結(jié)果也顯示，毛竹的根系形態(tài)參數(shù)在低鋅處理下有所增加。而據(jù)Palusińska 等[32]對(duì)煙草Nicotiana tabacum的水培試驗(yàn)結(jié)果顯示，大量的基因參與調(diào)控了煙草根的不同部位對(duì)培養(yǎng)液中鋅的吸收、保留或有效的重新分布以及向枝條的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致煙草根的頂部、中部和基部中的鋅含量并不相同。故筆者大膽推測，可能櫸樹根系對(duì)于生長環(huán)境中鋅的吸收、保留或轉(zhuǎn)運(yùn)也具有縱向特異性，這使得根系中上部分，即根生長點(diǎn)較為集中的地方鋅的含量有利于櫸樹容器苗根系的生長發(fā)育，進(jìn)一步促進(jìn)了櫸樹容器苗細(xì)根的生長發(fā)育。當(dāng)然，還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)才能證明此猜測是否正確。

一般認(rèn)為植物體內(nèi)的丙二醇（MDA）含量可反映其膜脂過氧化的程度[33]。本試驗(yàn)中，氯化鋅處理顯著增加了櫸樹容器苗體內(nèi)的MDA 含量，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)所用的化學(xué)試劑對(duì)櫸樹容器苗有輕微的重金屬脅迫作用，導(dǎo)致其體內(nèi)產(chǎn)生了大量的活性氧。而當(dāng)植物處于脅迫狀態(tài)，使得體內(nèi)活性氧增加時(shí)，其體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)和抗氧化酶也會(huì)相應(yīng)地增加，以繼續(xù)維持體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除之間的平衡[34]。但是當(dāng)活性氧過多，以至于超出抗氧化系統(tǒng)的清除能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其膜系統(tǒng)遭到破壞或損傷，細(xì)胞中的電解質(zhì)外滲，影響正常的生理代謝活動(dòng)，最終導(dǎo)致植物部分受損、生長受到抑制甚至整體死亡[33]。故判斷能否選用某一濃度的化學(xué)試劑在控根時(shí)使用的一條重要依據(jù)，就是看它對(duì)苗木的重金屬脅迫是否在苗木的可接受范圍內(nèi)。當(dāng)植物體內(nèi)的活性氧過多，以至于抗氧化酶無法將其及時(shí)清除時(shí)，MDA 作為過氧化產(chǎn)物與酶結(jié)合抑制酶活性，會(huì)導(dǎo)致POD 和SOD 活性的降低[35]。故可從測定苗木體內(nèi)POD 和SOD活性的角度入手，對(duì)能否使用該化學(xué)試劑來控根做出初步的判斷。本試驗(yàn)中，氯化鋅處理顯著增加了櫸樹容器苗根系中POD 和SOD 的活性。高濃度的氯化鋅處理下，POD 的活性雖然比中等濃度氯化鋅處理下的活性有所降低，但并沒有顯著性的差異。故180 g/L 的氯化鋅對(duì)櫸樹容器苗的重金屬脅迫作用仍在可接受的范圍內(nèi)。

綜合來看，本試驗(yàn)中，氯化鋅控根處理對(duì)櫸樹容器苗的生長發(fā)育和根系形態(tài)改善的促進(jìn)效果，基本上隨著濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。120 g/L 的氯化鋅處理最有利于櫸樹容器苗的生長發(fā)育和根系形態(tài)的改善，與對(duì)照相比，其一級(jí)側(cè)根數(shù)增加了65.02%，根系總長增加了50.12%，根系表面積提高了38.85%，根系體積提高了72.97%，細(xì)根生物量增加了132.76%，細(xì)根長度增加了44.95%。故建議使用120 g/L 的氯化鋅作為櫸樹容器苗化學(xué)控根的試劑。