外源鈣對(duì)高溫期鐵冬青幼苗生理特性的影響

張光貴

(廣東省夯實(shí)生態(tài)環(huán)境有限公司，廣東 博羅 516100)

1 引言

鐵冬青(IlexrotundaThunb.)，別名救必應(yīng)、熊膽木、萬紫千紅等，屬冬青科亞熱帶常綠樹種，樹體高可達(dá)20 m，枝葉繁茂，花呈黃色，而果熟時(shí)紅若丹珠，既能形成隱蔽的環(huán)境，又能產(chǎn)生色彩豐富的景色效果，是理想的園林觀賞樹種[1,2]。鐵冬青葉子燃燒時(shí)僅形成黑色小圈，防火效果優(yōu)良。此外，鐵冬青入藥具有清熱解毒、消腫止痛的作用，枝葉能作造紙?jiān)?，樹皮可提制染料和栲膠，木材作細(xì)工用材，開發(fā)利用價(jià)值極高。鐵冬青一般生于海拔400～1100 m的山坡常綠闊葉林中和林緣，野外多生于山間林緣和向陽(yáng)山坡或溪谷兩旁，喜溫暖濕潤(rùn)氣候和疏松肥沃、排水良好的酸性土壤。目前，主要分布我國(guó)長(zhǎng)江流域以南、朝鮮、日本等地[3,4]。

鐵冬青為耐蔭樹種，過高的熱量條件尤其在幼苗期，會(huì)受到明顯的高溫脅迫傷害，從而導(dǎo)致苗木生長(zhǎng)受到抑制甚至直接脫水萎蔫而亡。廣東省屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱條件充沛，尤其在7～8月份，氣溫一般高達(dá)35～39 ℃，極易發(fā)生熱害。研究證明，鈣作為植物生長(zhǎng)中重要營(yíng)養(yǎng)元素，參與多種生理代謝過程[5～9]，在提高植株抗逆性方面效果明顯[10～15]。因此，本研究以廣東博羅縣7月份在自然條件下培育的鐵冬青幼苗為試驗(yàn)材料，通過設(shè)置不同濃度的氯化鈣處理，探討了外源鈣對(duì)高溫期鐵冬青幼苗相關(guān)生理指標(biāo)的變化，以期揭示鈣在提高鐵冬青耐熱性方面的應(yīng)用潛力，為鐵冬青的高效栽培提供科學(xué)參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣東省博羅縣，地理位置114°17′44″ E，23°11′12″ N，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫22 ℃，7月份最高氣溫33～37 ℃，最低氣溫24～27 ℃，年平均降雨量為1918 mm，年平均日照1872 h，無霜期長(zhǎng)達(dá)357～362 d。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，于2020～2021年在苗圃地進(jìn)行試驗(yàn)。以廣東境內(nèi)生長(zhǎng)的形質(zhì)優(yōu)良的鐵冬青優(yōu)樹為采種母樹，以培育的高徑生長(zhǎng)量無顯著差異的1年生鐵冬青實(shí)生苗為試驗(yàn)材料，采用盆栽法進(jìn)行研究。試驗(yàn)用盆規(guī)格為直徑40 cm、深30 cm，供試土壤為風(fēng)干土12 kg，其堿解氮、速效鉀、速效磷及鈣含量分別為68.3、46.2、15.4和1.7 mg/kg。2021年6月30日，以不施鈣(氯化鈣)處理為對(duì)照(CK，C0)，設(shè)CaCl2濃度分別為3(C1)、6(C2)、9(C3)和12(C4)g/株，共5個(gè)處理，以基肥形式一次性施入鈣肥，每處理3重復(fù)，每重復(fù)栽種50盆。試驗(yàn)期間除施肥外，其他苗木管理措施按常規(guī)方法進(jìn)行。

2.2.2 指標(biāo)測(cè)試

分別于施鈣肥后氣溫高于35 ℃的第2(7月2日)、8(7月8日)、16(7月16日)、30(7月30日)d的14:00左右，采集各處理植株中上部功能葉進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測(cè)試。其中，試驗(yàn)期間氣溫的變化如圖1。

圖中黑色實(shí)線表示高溫線，黑色圓點(diǎn)為采樣測(cè)試指標(biāo)時(shí)間點(diǎn)

測(cè)試指標(biāo)主要包括：

葉綠素含量。采用手持式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定活體葉綠素。每株選取1片功能葉，每片葉隨機(jī)選取5個(gè)不同部位，每重復(fù)測(cè)試3株，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。

可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性參照李合生[16]的方法進(jìn)行測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行制圖，用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，用LSD法進(jìn)行處理間多重比較(P<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉綠素含量變化

光合作用是與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的生理代謝活動(dòng)，為植物提供物質(zhì)來源與能量來源[17～19]。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，其含量高低直接反映植株光合能力的變化 。由圖2可知，在高溫條件下，不同施鈣處理間供試植株葉片葉綠素含量差異顯著。其中，施鈣2 d(7月2日)時(shí)，C3(9 g/株)≈C4(12 g/株)>C0(0 g/株)≈C1(3 g/株)≈C2(6 g/株)；施鈣8 d(7月8日)時(shí)，C2≈C3≈C4>C0≈C1；而施鈣30 d(7月30日)后，C3>C2>C1>C0≈C4。這說明，施鈣影響了高溫條件下鐵冬青幼苗葉片中葉綠素水平，短期(2～8 d)內(nèi)施用較高濃度的鈣(9～12 g/株 CaCl2)能顯著增加葉片中葉綠素含量，但施鈣30 d時(shí)以9 g/株施用量的效果最佳，而在12 g/株施用量處理下，葉片中葉綠素含量與對(duì)照處理(C0)無差異，均顯著低于3～9 g/株施鈣處理。

圖中不同小寫字母表示同一觀測(cè)時(shí)間不同鈣處理間顯著差異性(P<0.05)，下同

3.2 可溶性蛋白含量變化

蛋白質(zhì)合成和降解與植物耐熱性密切相關(guān)，通常耐熱性越強(qiáng)，蛋白質(zhì)種類越豐富，含量越高[15]。從圖3可以看出，在整個(gè)試驗(yàn)期間，施用9 g/株 CaCl2處理葉片中可溶性蛋白含量，除在施鈣早期(2 d)與12 g/株施鈣處理無差異外，在施鈣8～30 d期間均顯著高于其他任何施鈣處理。值得注意的是，在12 g/株 CaCl2處理下，隨著施鈣時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。這說明，施用9 g/株 CaCl2能顯著增加葉片中蛋白含量，但過高濃度的施鈣量在施鈣后期則會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量下降。

圖3 外源鈣對(duì)高溫期鐵冬青幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

3.3 MDA含量及抗氧化酶活性變化

質(zhì)膜透性反映植株遭受逆境脅迫的傷害程度。MDA含量越高，代表質(zhì)膜透性越大[14,15]。由圖4可以看出，在整個(gè)試驗(yàn)施鈣處理期間，MDA含量隨處理時(shí)間增加呈上升趨勢(shì)。但整體上看，無施鈣C0處理下葉片中MDA含量最高，而C3和C4處理下MDA含量較低。從保護(hù)膜系統(tǒng)的3種抗氧化酶活性變化來看，隨著施鈣處理時(shí)間延長(zhǎng)，SOD活性呈先上升后下降趨勢(shì)，而POD和CAT活性呈逐漸下降趨勢(shì)。其中，各施鈣處理SOD 活性峰值出現(xiàn)在施鈣后第8 d，POD、CAT活性峰值則出現(xiàn)在第2 d，且在任一觀測(cè)時(shí)間3種抗氧化酶活性均以C3處理下較高，而對(duì)照C0處理下較低。這說明，施用適量的外源鈣顯著降低了鐵冬青幼苗在高溫期遭受的脅迫傷害，抗氧化酶活性增強(qiáng)，質(zhì)膜透性減小。

圖4 外源鈣對(duì)高溫期鐵冬青幼苗葉片MDA含量及抗氧化酶活性的影響

4 結(jié)論與討論

由于全球氣候變暖，近年來我國(guó)多地正遭受著高溫?zé)崂说奶鞖?。大量研究表明，在?5 ℃的持續(xù)高溫環(huán)境條件下，植物會(huì)遭受不同程度的生理性熱害，嚴(yán)重時(shí)直接造成植株死亡[14]。鐵冬青開發(fā)利用前景廣闊，是廣東省重要的造林樹種[2]。試驗(yàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鐵冬青環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，抗逆性好，喜溫暖濕潤(rùn)環(huán)境，為耐蔭樹種，但其幼苗對(duì)環(huán)境光照與熱量條件較為敏感，尤其在光照與熱量充沛的夏季高溫期幼苗死亡現(xiàn)象極為嚴(yán)重。探索在35 ℃以上高溫期降低鐵冬青幼苗熱害的措施，對(duì)光熱充足的廣東省開展鐵冬青高效培育具有重要的生產(chǎn)意義。鈣是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一，同時(shí)作為第二信使，調(diào)控著光合、呼吸、水分代謝等多種重要生理代謝過程[5]。本試驗(yàn)以氯化鈣作為外源鈣，通過施用0～12 g/株 CaCl2發(fā)現(xiàn)，高溫期不同鈣處理下鐵冬青幼苗生理指標(biāo)變化明顯。

以往研究證明，鈣是葉綠體行使其功能所必需重要組成成分，增施外源鈣可使葉綠體數(shù)量增加，光合能力增強(qiáng)[20]。植物遭受高溫?zé)岷r(shí)，葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞，光合色素降解，進(jìn)而引起葉綠素含量下降[15]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，施鈣能迅速增加高溫期鐵冬青幼苗葉片中葉綠素含量，但在施鈣30 d后，高濃度的鈣施量卻未能顯著改善葉片中綠素水平。這表明了適量的鈣施用，有效緩解了鐵冬青幼苗遭受的生理熱害，葉綠素含量增加，但鈣同時(shí)作為第二信使，高濃度外源鈣可能會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子增加，從而導(dǎo)致磷酸鹽發(fā)生沉淀，ATP能量減少，酶活性降低，生理代謝活動(dòng)紊亂，進(jìn)而出現(xiàn)鈣毒害現(xiàn)象。本試驗(yàn)在9 g/株 CaCl2處理下，整個(gè)試驗(yàn)期間葉綠素含量呈上升趨勢(shì)且顯著高于其他任何施鈣處理，而在12 g/株 CaCl2處理下則表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，表明高溫期供試鐵冬青幼苗CaCl2的施用量閾值為9 g/株。

蛋白質(zhì)含量與植物耐熱性有關(guān)，通常耐熱品種蛋白含量高于不耐熱品種[21]。在施用9 g/株 CaCl2處理下，高溫期鐵冬青幼苗葉片中蛋白含量顯著增加，說明該鈣處理下鐵冬青幼苗的耐熱性增強(qiáng)。高溫會(huì)抑制幼苗的生長(zhǎng)，并造成幼苗死亡，究其原因主要在于其膜系統(tǒng)完整性遭到破壞。植物通過增加保護(hù)膜系統(tǒng)的抗氧化酶活性，可實(shí)現(xiàn)抗逆能力增強(qiáng)。在本試驗(yàn)期間，MDA含量整體表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，但均以9 g/株 CaCl2處理下MDA含量最低，這反映了在高溫期無論施鈣與否鐵冬青幼苗均遭受到了一定的熱害，質(zhì)膜透性逐漸加大，但9 g/株 CaCl2的施用量能有效降低MDA含量。SOD、POD和CAT 3種抗氧化酶活性，在9 g/株 CaCl2處理下均表現(xiàn)最高。從試驗(yàn)期間3種酶活性變化趨勢(shì)來看，SOD為先上升后下降，而POD、CAT為逐漸下降趨勢(shì)，酶活性峰值各出現(xiàn)在第8 d和第2 d，說明相較SOD，POD、CAT對(duì)外源鈣敏感性更強(qiáng)，更適合作為判斷鐵冬青幼苗對(duì)外源鈣生理響應(yīng)的可靠指標(biāo)。