外源赤霉素對(duì)須彌紅豆杉生長(zhǎng)生理指標(biāo)的影響

高文于, 楊紅, 邢震, 柳文杰, 呂慶鑫, 顧琪, 余應(yīng)鵬

西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院, 西藏 林芝, 860000

須彌紅豆杉(Taxus wallichiana)又稱為喜馬拉雅紅豆杉，其原變種曾稱為云南紅豆(Taxus yunnanensis)[1-2]，是紅豆杉科紅豆杉屬植物，有植物界的“活化石”之稱，屬國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物， 1995 年被瀕危野生動(dòng)植物物種國(guó)際貿(mào)易公約列入瀕危物種[3-4]。紅豆杉屬植物的葉片、嫩枝、樹(shù)皮、根部均含有紫杉醇成分[5]，是天然的抗癌植物。廣泛運(yùn)用于醫(yī)藥領(lǐng)域，用于臨床治療晚期乳腺癌、肺癌、卵巢癌及頭頸部癌、軟組織癌和消化道癌等多種疾病[6]。目前以紅豆杉為原料的生物提取方法是生產(chǎn)紫杉醇的重要途徑，但近年來(lái)由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，紅豆杉資源遭受掠奪式的開(kāi)采，導(dǎo)致野外紅豆杉種群遭受破壞嚴(yán)重，天然資源銳減，造成紫杉醇原料短缺的現(xiàn)狀。須彌紅豆杉是我國(guó)紅豆杉屬植物中紫杉醇含量最高的1 種[7]，其含量接近曼地亞紅豆杉(Taxusmediacv.'Hicksii')和歐洲紅豆杉(Taxus baccata)[8]，具有良好的開(kāi)發(fā)利用前景。通過(guò)人工培育紅豆杉是實(shí)現(xiàn)紅豆杉資源可持續(xù)利用的重要生產(chǎn)手段，目前紅豆杉生長(zhǎng)速度緩慢是實(shí)現(xiàn)其規(guī)?；a(chǎn)的主要阻力，尋找一種能有效促進(jìn)紅豆杉幼苗生長(zhǎng)，縮短其生長(zhǎng)周期的施肥方法顯得尤為重要。

葉面施肥打破了土壤根部施肥的傳統(tǒng)方式，是一種直接、高效的施肥措施，具有養(yǎng)分利用率高、環(huán)境污染小、針對(duì)性強(qiáng)、施用方法簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[9]。近年來(lái)，有關(guān)紅豆杉葉面施肥的研究已有報(bào)道，王琛[10]發(fā)現(xiàn)紅豆杉葉面施氮可以促進(jìn)紅豆杉生物量的增長(zhǎng)和提高其光合效率，仝川等[11]研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施稀土混合肥可以明顯提高了紫杉醇和10-DAB 的含量且其持續(xù)作用時(shí)間較長(zhǎng)，李志良等[12]亦有研究表明不同葉面肥處理對(duì)紅豆杉枝條生長(zhǎng)均具有促進(jìn)作用。赤霉素(Gibberellin,GA)是5 大類常見(jiàn)植物激素之一，是林木生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，有促進(jìn)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)、提前開(kāi)花結(jié)果、增強(qiáng)植物抗逆性、提高作物產(chǎn)量、延緩植物衰老等作用[13-14]。大量研究表明，通過(guò)噴施外源赤霉素，可以增加作物產(chǎn)量[15]，促進(jìn)植株株高、地徑、葉片的生長(zhǎng)，促進(jìn)植物根系的發(fā)育和開(kāi)花結(jié)實(shí)，促進(jìn)光合作用和內(nèi)源激素的積累[16-18]。赤霉素在紅豆杉苗木培育的應(yīng)用主要集中在種子萌發(fā)、扦插育苗等方面[19-20]，而對(duì)多年生苗木生理和生長(zhǎng)的研究較少。通過(guò)對(duì)須彌紅豆杉葉面噴施不同濃度的赤霉素溶液，測(cè)定須彌紅豆杉生長(zhǎng)指標(biāo)及其葉片生理指標(biāo)，旨在探究噴施外源赤霉素對(duì)須彌紅豆杉生長(zhǎng)和生理的影響，以期為縮短人工栽培紅豆杉的生長(zhǎng)周期提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院苗圃培育的5 年生須彌紅豆杉扦插苗，苗木生長(zhǎng)狀況良好且規(guī)格較一致，平均苗高87.9 cm，平均地徑0.96 cm。采用容器盆栽（規(guī)格為直徑×高=18 cm×45 cm），定植時(shí)間為2020 年5 月4 日；基質(zhì)為田園土：腐殖土∶珍珠巖=3∶1∶1（質(zhì)量比）。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在西藏農(nóng)學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院苗圃日光大棚內(nèi)進(jìn)行，位于西藏東南部的林芝市巴宜區(qū)八一鎮(zhèn)（29°40′22.8534″N，94°20′28.2768″E），海拔2 965 m，屬于高原溫帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，整體表現(xiàn)為雨熱同期，多夜雨，光照強(qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)，日溫差大，年溫差小的特點(diǎn)。年平均降雨量650 mm，平均大氣壓70.6 kPa，年平均溫度為8.6℃，最熱月平均氣溫為15.6℃，最冷月平均氣溫為0.2℃，≥10℃的有效積溫為1 800℃—2 200℃，年總輻射量6.1×109-7.0×109J·m-2，光合有效輻射為2.5×109-3.0×109J·m-2，全年無(wú)霜期177 d。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以赤霉素為外源激素，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。設(shè)置20 mg·L-1（G1）、40 mg·L-1（G2）、60 mg·L-1（G3）、80 mg·L-1（G4）和100 mg·L-1（G5）5 個(gè)質(zhì)量濃度梯度，以蒸餾水作為對(duì)照（CK）。

試驗(yàn)于2021 年8 月12 日—2021 年10 月12 日進(jìn)行，自8 月12 日開(kāi)始每周噴灑赤霉素溶液1 次，共噴施8 次。施肥方法：在傍晚使用噴霧設(shè)備人工對(duì)各組植株逐株噴霧，噴至葉片開(kāi)始滴水為止，每次噴施后葉面保持30 min 以上的濕潤(rùn)狀態(tài)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：

在葉面施赤霉素前（8 月12 日）用卷尺和游標(biāo)卡尺對(duì)紅豆杉植株的株高（H1）和地徑（D1）進(jìn)行第一次測(cè)量，9 月12 日對(duì)植株的株高（H2）和地徑（D2）進(jìn)行第二次測(cè)量，10 月12 日對(duì)植株的株高（H3）和地徑（D3）進(jìn)行第三次測(cè)量。株高、地徑增長(zhǎng)量及高徑比計(jì)算公式如下。

1.4.2 生理指標(biāo)測(cè)量：

于2021 年10 月12 日下午，從不同赤霉素處理的紅豆杉植株上中下部外圍，東西南北四個(gè)方向均勻取樣進(jìn)行混合，帶回實(shí)驗(yàn)室用蒸餾水清洗葉面。進(jìn)行葉綠素、丙二醛、脯氨酸、超氧化物歧化酶含量的測(cè)定，生理指標(biāo)測(cè)定參考《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》。葉綠素（cholrophyll，CHL）含量采用丙酮法測(cè)定；丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定；脯氨酸（proline Pro）含量測(cè)定采用酸性茚三酮比色法；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定。各生理指標(biāo)計(jì)算公式如下：

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，不同組別之間的差異性顯著采用單因素方差分析法分析，作圖以及相關(guān)性分析采用Origin-21 和SPSS-26結(jié)合進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源赤霉素對(duì)須彌紅豆杉株高生長(zhǎng)的影響

由圖1 可知，噴施一定濃度的外源赤霉素可以促進(jìn)須彌紅豆杉株高的生長(zhǎng)，但濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致植株生長(zhǎng)減慢。在噴施外源赤霉素的第1 個(gè)月，株高增長(zhǎng)量以G3 處理最佳，其次分別為G4、G5、G2、G1，分別比CK 高91.86%、79.19%、66.06%、54.30%、20.81%，且G3、G4 處理與CK 差異顯著（P＜0.05）。噴施外源赤霉素的第2 個(gè)月，株高增長(zhǎng)量以G4 處理最佳，其次分別為G3、G2、G5、G1，分別較CK 高84.69%、75.60%、59.81%、59.33%、19.62%，除G1 外，其他處理均與CK 之間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）?？傇鲩L(zhǎng)量表現(xiàn)為G3 處理下促進(jìn)效果最佳，其次依次為G4、G5、 G2、 G1， 分別較CK 高83.95%、 81.86%、62.79%、56.98%、20.23%，顯著性水平表現(xiàn)為G2、G3、G4、G5 處理與CK 之間差異顯著（P＜0.05）?？梢?jiàn)，通過(guò)噴施外源赤霉素可以促進(jìn)須彌紅豆杉株高的增長(zhǎng)，且以G3 處理表現(xiàn)最佳，對(duì)須彌紅豆杉2 次株高增長(zhǎng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第1 個(gè)月的增長(zhǎng)量高于第2 個(gè)月，這可能是外源赤霉素的突然輸入打破了原有的植物激素平衡，激發(fā)了植株體內(nèi)的內(nèi)源赤霉素調(diào)節(jié)機(jī)制，而隨著時(shí)間的延后，這種激發(fā)效應(yīng)逐漸減弱，表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)速率下降。

圖1 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉株高增長(zhǎng)的影響Fig. 1 Effects of different concentrations of gibberellin on the height growth of Taxus wallichiana

2.2 外源赤霉素對(duì)紅豆杉地徑生長(zhǎng)的影響

由圖2 可知，噴施外源赤霉素可促進(jìn)須彌紅豆杉地徑的生長(zhǎng)，但隨著赤霉素濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。第1 個(gè)月的地徑增長(zhǎng)量表現(xiàn)為：G4＞G3＞G5＞G2＞G1＞CK，其值分別為0.49、0.49、0.38、0.35、0.28、0.25 mm，生長(zhǎng)量分別較CK 高出了91.71%、89.76%、48.29%、36.10%、9.76%，且G4處理與CK 和G1 處理差異顯著（P＜0.05）；第2 個(gè)月的增長(zhǎng)量表現(xiàn)為：G3＞G4＞G2＞G5＞G1＞CK，其值分別為0.56、0.53、0.48、0.42、0.34、0.27 mm，分別較CK 高出了112.26%、100.47%、80.66%、58.02%、28.77%，各處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。地徑總增長(zhǎng)量表現(xiàn)為：G3＞G4＞G2＞G5＞G1＞CK，其值分別為1.05、1.02、0.83、0.80、0.62、0.52 mm，分別較CK 粗101.20%、96.16%、58.75%、53.24%、19.42%，其中G3、G4 處理與CK 差異顯著（P＜0.05）?？梢?jiàn)，通過(guò)噴施外源赤霉素可以促進(jìn)須彌紅豆杉地徑的增長(zhǎng)，且以G3 處理表現(xiàn)最佳，對(duì)須彌紅豆杉2 次地徑增長(zhǎng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第2 個(gè)月的增長(zhǎng)量高于第1 個(gè)月。

圖2 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉地徑增長(zhǎng)的影響Fig. 2 Effects of different concentrations of gibberellin on the growth of ground diameter of Taxus wallichiana

2.3 外源赤霉素對(duì)紅豆杉高徑比的影響

由圖3 可知，G1、G2、G3、G4 處理的高徑比均高于CK，分別是CK 的1.09、1.09、1.04、1.08 倍；G5 處理低于CK，是CK 的0.98 倍?？梢?jiàn)，通過(guò)噴施外源赤霉素，可明顯促進(jìn)須彌紅豆杉株高的增長(zhǎng)，而對(duì)地徑增長(zhǎng)的影響遠(yuǎn)小于株高。

圖3 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉高徑比的影響Fig. 3 Effects of different concentrations of gibberellin on height-todiameter ratio of Taxus wallichiana

2.4 外源赤霉素對(duì)紅豆杉葉綠素含量的影響

由圖4 可知，不同濃度外源赤霉素處理后，須彌紅豆杉葉片中葉綠素 a 含量均高于CK（1.10 mg·g-1），表現(xiàn)為：G3 處理下葉綠素a 含量最高（1.49 mg·g-1），其次為G2、G4、G1、G5，分別是CK 的1.33、1.30、1.22、1.20、1.14 倍，其中G2、G3 處理與其他處理之間差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），G1 和G4 處理與G5 和CK 之間差異亦顯著（P＜0.05）。不同濃度外源赤霉素處理下葉綠素b 含量亦均高于CK（0.44 mg·g-1），表現(xiàn)為：G2＞G3＞G1＞G4＞G5，分別是CK的1.26、1.13、1.09、1.09、1.05 倍，G2 處理與CK之間差異顯著（P＜0.05）。各處理葉綠素總量均高于CK（1.55 mg·g-1），表現(xiàn)為：G2＞G3＞G4＞G1＞G5＞CK，其值分別為：2.00、1.98、1.84、1.82、1.73、1.55 mg·g-1，分別是CK 的1.29、1.28、1.19、1.17、1.12 倍，G2 和G3 處理與CK 和G5 處理之間差異顯著（P＜0.05）?？梢?jiàn)，噴施赤霉素促進(jìn)了植株葉綠素的合成或抑制了葉綠素的分解，導(dǎo)致葉綠素含量高于CK。

2.5 外源赤霉素對(duì)紅豆杉丙二醛含量的影響

由圖5 可知，隨著噴施外源赤霉素濃度的升高，須彌紅豆杉葉片中MDA 含量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，均高于CK（3.71 μmol·g-1），表現(xiàn)為：G3 處理下MDA 含量最高（4.99 μmol·g-1），其次為G4、G2、G5、G1，分別是CK 的1.34、1.27、1.22、1.18、1.04 倍，其中G3 處理與CK 和G1 處理之間差異顯著（P＜0.05），其余各處理間無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)，通過(guò)噴施外源赤霉素在一定程度上對(duì)須彌紅豆杉植株造成了脅迫，且以G3 處理下脅迫最嚴(yán)重。

圖5 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉葉片丙二醛含量的影響Fig. 5 Effects of different concentrations of gibberellin on malondialdehyde content in leaves of Taxus wallichiana

2.6 外源赤霉素對(duì)紅豆杉脯氨酸含量的影響

由圖6 可知，隨著噴施外源赤霉素濃度的增高，脯氨酸含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，表現(xiàn)為CK＞G1＞G5＞G2＞G4＞G3，其值分別為：0.32、0.21、0.12、0.11、0.11、0.14 mg·g-1，分別是CK 的0.34、0.36、0.39、0.43、0.67 倍，且G3 和G4 處理與CK之間差異顯著（P＜0.05），其余各處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

圖6 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉葉片脯氨酸含量的影響Fig. 6 Effects of different concentrations of gibberellin on proline content in leaves of Taxus wallichiana

2.7 外源赤霉素對(duì)紅豆杉超氧化物歧化酶含量的影響

由圖7 可知，隨著赤霉素濃度的增高，SOD 含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，均低于CK（28.39 μ·gFW-1·h-1），表現(xiàn)為G3 處理下SOD 含量最低，為19.06 μ·gFW-1·h-1,其次為G2、G4、G5、G1，分別是CK 的0.67、0.72、0.77、0.84、0.97 倍，其中G2 和G3 處理與CK 差異顯著（P＜0.05），其余各處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05）?？梢?jiàn)，噴施外源赤霉素可導(dǎo)致須彌紅豆杉葉片內(nèi)SOD 含量降低，且以G3 處理下效果最明顯。

圖7 不同濃度赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉葉片超氧化物歧化酶含量的影響Fig. 7 Effects of different concentrations of gibberellin on superoxide dismutase content in leaves of Taxus wallichiana

3 討論及結(jié)論

3.1 外源赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉苗木質(zhì)量的影響

通過(guò)噴施外源赤霉素，須彌紅豆杉株高和地徑的增長(zhǎng)量均隨赤霉素濃度的升高呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。0—100 mg·L-1濃度范圍內(nèi)的赤霉素對(duì)須彌紅豆杉的株高和地徑的生長(zhǎng)均有不同程度的促進(jìn)作用，以G3（60 mg·L-1）處理下效果最為明顯。李毓琦[21]對(duì)降香黃檀盆栽幼苗進(jìn)行葉面噴施赤霉素試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在50 mg·L-1濃度的處理下，降香黃檀的株高和地徑增長(zhǎng)量達(dá)最大值，江雪等[22]在研究外源赤霉素對(duì)毛竹實(shí)生苗生長(zhǎng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)葉面噴施60 mg·L-1的赤霉素對(duì)毛竹株高的增長(zhǎng)效果最好，研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相近。可見(jiàn)，通過(guò)葉面噴施外源赤霉素可以促進(jìn)須彌紅豆杉的生長(zhǎng)，但是會(huì)導(dǎo)致其高徑比增加，抗逆性減弱，這可能主要與赤霉素的生理機(jī)制有關(guān)。研究表明，赤霉素作為激素類藥物，對(duì)植物最重要的作用就是通過(guò)增加植物莖的生長(zhǎng)來(lái)增加其生物量[23-24]，一定濃度赤霉素的噴施為紅豆杉的生長(zhǎng)提供了有利的激素條件，能促使其快速生長(zhǎng)，可明顯縮短其生長(zhǎng)周期，但會(huì)降低苗木的抗逆性。

3.2 外源赤霉素處理對(duì)須彌紅豆杉生理情況的影響

葉綠素是影響植物光合作用的主要指標(biāo)，亦是植物吸收和傳遞光能并轉(zhuǎn)化成有機(jī)物質(zhì)的重要色素[25-26]。有研究表明，通過(guò)外源噴施赤霉素，可以提高植物葉片葉綠素含量，減慢葉片葉綠素的降解速率[27-28]，研究結(jié)果與之一致，葉綠素a 含量以G3（60 mg·L-1）的處理最高，葉綠素b 含量以G2（40 mg·L-1）處理最高，但葉綠素a 遠(yuǎn)高于葉綠素b，葉綠素總量以G2（40 mg·L-1）處理最高。赤霉素濃度為G3（60 mg·L-1）時(shí)，有利于須彌紅豆杉合成葉綠素a，當(dāng)赤霉素濃度為40 mg·L-1（G2）時(shí)，可促進(jìn)須彌紅豆杉葉綠素b 的合成。一般地，葉綠素a 和葉綠素b 均有吸收和傳遞光能的作用，而部分葉綠素a 還可以直接將光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，由此可見(jiàn)，須彌紅豆杉生長(zhǎng)以G3（60 mg·L-1）處理最佳的重要原因可能是其葉綠素a 含量遠(yuǎn)高于葉綠素b 含量所致。

MDA 是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的分解產(chǎn)物，其大量積累會(huì)對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用[29-30]。研究通過(guò)噴施外源赤霉素，使須彌紅豆杉葉片的MDA 含量有不同程度的升高，以60 mg·L-1處理下含量最高?？梢?jiàn)，外源噴施赤霉素對(duì)須彌紅豆杉的生長(zhǎng)造成了脅迫，導(dǎo)致其MDA 含量升高。隨著外源赤霉素濃度的增加，須彌紅豆杉葉片MDA 含量先升后降，而Pro和SOD 含量則是先降后升，且在G3 處理（60 mg·L-1）下MDA 含量最高，Pro 和SOD 含量最低。前人研究表明，植物體丙二醛含量與細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶含量呈反比[31-32]，研究中MDA 和SOD 的變化關(guān)系與前人對(duì)防御酶系統(tǒng)的變化趨勢(shì)研究一致。王翠平等[33]有研究表明Pro 可能通過(guò)活性氧（ROS）的作用對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用,研究通過(guò)外源噴施赤霉素，加快了須彌紅豆杉的生長(zhǎng)速度，而使Pro 含量降低，其原因可能與植物自身內(nèi)部調(diào)節(jié)有關(guān)，目的是適應(yīng)須彌紅豆杉快速生長(zhǎng)的需求。前人對(duì)云南紅豆杉、南方紅豆杉和曼地亞紅豆杉生長(zhǎng)節(jié)律的研究表明，9—10 月份紅豆杉生長(zhǎng)速度變慢，朝休眠期過(guò)渡[34-36]。8—10 月份對(duì)須彌紅豆杉噴施外源赤霉素，對(duì)其造成脅迫，原因可能是8—10 月份須彌紅豆杉生長(zhǎng)速度減慢，開(kāi)始朝休眠期過(guò)渡，而外源赤霉素打破了原本的生長(zhǎng)模式，促使其生長(zhǎng)，因此，對(duì)植株造成了脅迫，使其抗逆性減弱。