郭星，謝飛*，閆倩倩，曹秀文，楊帆

(1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州730070；2.甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅 甘南 747000)

白龍江干旱河谷位于青藏高原東緣與秦嶺西段交匯處，是長江上游北部水系的生態(tài)脆弱帶和敏感區(qū)，也是我國西部重要的大尺度生態(tài)過渡帶和生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)之一[1-3]。由于地質(zhì)變遷、氣候變化、焚風效應(yīng)以及人為因素等[3]，造成白龍江干旱河谷植被生態(tài)系統(tǒng)水土流失加劇，具有向荒漠化發(fā)展的趨勢。

黃腐酸(fulvic acid，F(xiàn)A)，又稱旱地龍，含有植物所需的多種營養(yǎng)元素和16種氨基酸以及多種生長活性因子[4]。作為一種抗蒸騰劑，能有效控制葉片氣孔的開張度，減少葉片蒸騰作用，并促進根系生長，對抵御季節(jié)性干旱和熱風有十分顯著的效果[5-7]。目前對黃腐酸的研究主要著重于農(nóng)作物及經(jīng)濟樹種上，對大規(guī)模造林樹種的研究較少[8-11]。

本研究以白龍江干旱河谷抗逆性較強的狼牙刺(Sophoradavidii)、河朔蕘花(Wikstroemiachamaedaphne)、華西小石積(Osteomelesschwerinae)、酸棗(Ziziphusjujuba)、荊條(Vitexnegundo)5個灌木樹種為研究對象，采用盆栽進行干旱脅迫試驗，通過對不同濃度黃腐酸處理幼苗的生理指標的測定與分析，綜合評價不同濃度黃腐酸對5個灌木抗旱性的影響，旨在找出能夠有效增強苗木抗旱性的濃度配比，為白龍江干旱河谷脆弱生態(tài)區(qū)植被重建與恢復(fù)過程中提高苗木存活率提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

選擇生長較為一致的1年生狼牙刺、河朔蕘花、華西小石積、酸棗、荊條幼苗為試驗材料，苗木均為2015年9月播種于白龍江林業(yè)管理局位于武都區(qū)兩水鎮(zhèn)的兩水林場，地理坐標位于E 104°47′45″，N 33°25′57″，海拔1108 m，年平均降水量480 mm，年平均氣溫14.2 ℃，全年無霜期245 d。2016年4月移栽于花盆中，每盆一株，花盆規(guī)格為直徑30 cm，高25 cm，每盆裝土3.2 kg，所用土壤來源于苗木所在苗圃地，土壤最大田間持水量為25.3%，盆栽完成后對苗木進行常規(guī)管理。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年7月開始，每個樹種選擇生長良好、長勢一致的幼苗，采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置了5個處理水平，其黃腐酸噴施濃度分別為：CK(0 mg·L-1)、T1(100 mg·L-1)、T2(200 mg·L-1)、T3(300 mg·L-1)、T4(400 mg·L-1)，各處理重復(fù)3次。于傍晚進行噴施，隔1 d噴施1次，共計噴施3次，并加入5%的表面活性劑吐溫-20以減少表面張力。噴施黃腐酸的同時停止?jié)菜?，處理開始后第7天采集樣本莖中部葉片放入冰箱中保鮮，進行相關(guān)生理指標的測定，測定時每個樣本重復(fù)3次[12-13]。

1.3 指標測定

可溶性糖(soluble sugar, SS)含量采用蒽酮比色法測定[14]，可溶性蛋白(soluble protein, SP)含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[15]，過氧化物酶(peroxide enzyme, POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[16]，丙二醛(malondialdehyde, MDA)活性采用硫代巴比妥酸法測定[17]，葉綠素(chlorophyll, Chl)含量采用乙醇法測定[18]。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析；利用隸屬函數(shù)法進行抗旱性的綜合評價。

隸屬函數(shù)值的計算公式如下[19-20]：

式中：u(Xij)為i樹種j指標的隸屬函數(shù)值；Xij為i樹種j指標的測定值；Ximax和Ximin分別為指標的最大值和最小值。

根據(jù)多項指標與抗旱性的關(guān)系，運用隸屬函數(shù)計算出不同樹種各項指標的平均隸屬函數(shù)值，平均隸屬函數(shù)值越大，表示抗旱性越強[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 對可溶性糖的影響

研究發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)可溶性糖含量與抗旱能力存在一定的相關(guān)性：在干旱脅迫條件下，同一種植物可溶性糖含量多的抗旱性較強[22]。干旱脅迫下5種幼苗的可溶性糖含量隨FA濃度的升高呈先增大后減小的趨勢(表1)，說明FA對干旱脅迫下可溶性糖含量的降低具有一定的延緩作用。狼牙刺各處理間可溶性糖含量的排序為處理T1>CK>T2>T3>T4，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了15.65%，說明T1處理可以有效延緩干旱脅迫條件下狼牙刺可溶性糖含量的降低，而T2、T3、T4處理濃度過高。河朔蕘花各處理間可溶性糖含量的排序為處理T2>T3>T1>T4>CK，T1、T2和T3處理顯著高于T4及CK(P<0.05)，說明T1、T2、T3處理濃度在干旱脅迫下均明顯對河朔蕘花的可溶性糖含量的降低具有延緩作用，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了19.50%。華西小石積各處理間可溶性糖含量的排序為處理T1> CK>T2>T3>T4，T1處理濃度效果顯著高于其他處理濃度(P<0.05)，與CK相比提高了17.18%，初步說明T1處理濃度可有效抑制干旱脅下華西小石積可溶性糖含量的降低。酸棗各處理間可溶性糖含量的排序為處理T2>T1>CK>T3>T4，各處理間差異顯著(P<0.05)，T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了30.66%。荊條各處理間可溶性糖含量的排序為處理T3>T2>T4>T1>CK，T3處理濃度效果最佳，顯著高于其他處理濃度(P<0.05)，與CK相比提高了12.33%。

表1 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗可溶性糖的影響Table 1 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble sugar in five seedlings (μg·g-1FW)

注：同行不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note： Different letters in the same row mean significant differences at 0.05 level among treatments. The same below.

2.2 對可溶性蛋白的影響

除華西小石積外，不同濃度的FA對干旱脅迫下的4種幼苗可溶性蛋白含量的降低均有抑制作用，說明FA對可溶性蛋白的降解具有一定的延緩作用(表2)，從而減少干旱條件下胺類物質(zhì)對植物的毒害。狼牙刺各處理間可溶性蛋白含量的排序為處理T2>T3>T1>CK>T4，T2處理可溶性蛋白含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了56.03%。河朔蕘花各處理間可溶性蛋白含量的排序為處理T3>T4>T2>T1>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了24.98%。華西小石積FA處理后的可溶性蛋白含量均低于CK處理，這可能是由于T1～T4濃度的FA對華西小石積濃度過高或過低所引起，過高則成為另一種脅迫條件加速華西小石積可溶性蛋白的降解，過低則未能有效抑制其可溶性蛋白的降解。酸棗各處理間可溶性蛋白含量的排序為處理T2>T1>T3>CK>T4，T1和T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了66.45%。荊條各處理間可溶性蛋白含量的排序為處理T1>T2>T3>T4>CK，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了27.90%。

2.3 對過氧化物酶的影響

植物在受到干旱脅迫時會發(fā)生活性氧積累而引起氧化脅迫，同時會響應(yīng)產(chǎn)生過氧化物酶來清除活性氧以抵御這種脅迫，減少由于干旱引起的氧化脅迫對植物造成的不良影響，從而提高植物的抗旱性[23]。適宜濃度的FA，在干旱脅迫下不同程度的延緩了幼苗過氧化物酶的活性降低(表3)。狼牙刺各處理間過氧化物酶活性的排序為處理T2>T1>T3>CK>T4，T1和T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了76.30%。河朔蕘花各處理間過氧化物酶活性的排序為處理T1>T2>T3>T4>CK，說明FA各處理濃度均對河朔蕘花過氧化物酶活性的降低具有延緩作用，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了226.34%，效果顯著。華西小石積各處理間過氧化物酶活性的排序為處理T3>T2>T1>T4>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了192.49%。酸棗各處理間過氧化物酶活性的排序為處理T2>T3>T4>T1>CK，T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了56.83%。荊條各處理間過氧化物酶活性的排序為處理T3>T2>T1>T4>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了154.69%。

表2 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗可溶性蛋白的影響Table 2 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble protein in five seedlings (μg·g-1FW)

表3 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗過氧化物酶的影響Table 3 Effects of different concentrations of fulvic acid on peroxide enzyme in five seedlings (U·g-1)

2.4 對丙二醛的影響

水分脅迫條件下，植物組織或器官脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生丙二醛，因此其含量的多少可作為衡量干旱脅迫下植物膜系統(tǒng)受傷害程度的指標。在干旱脅迫下經(jīng)過FA處理的狼牙刺，其4個處理均有降低丙二醛含量或抑制丙二醛產(chǎn)生的效果(表4)，處理效果為T4>T3>T2>T1，T4處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，效果最佳，與CK相比其丙二醛含量降低了55.57%。河朔蕘花的4個處理中，除T4處理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，且T4處理與CK差異不顯著(P>0.05)，說明低濃度的FA對河朔蕘花過氧化反應(yīng)的發(fā)生沒有明顯效果。經(jīng)過FA處理的華西小石積，4個處理下的丙二醛含量均低于CK，處理效果為T3>T2>T4>T1，T3處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，與CK相比其丙二醛含量降低了64.60%。酸棗的4個處理中，除T1處理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，T1處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，初步說明T1處理效果最佳。在干旱脅迫下經(jīng)過FA處理的荊條丙二醛的含量，隨著FA濃度的增大呈先降低后升高的趨勢，處理效果為T2>T1>T3>T4，T2處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，與CK相比其丙二醛含量降低了26.29%。說明低濃度的FA能夠有效抑制荊條過氧化反應(yīng)的發(fā)生，但當濃度達到一定程度后則有可能成為一種脅迫環(huán)境。

2.5 對葉綠素的影響

葉片是綠色植物進行光合作用的主要器官[24]，植物的生長狀況和產(chǎn)量是由光合作用所決定的，光合作用直接受到葉綠體功能的影響，而其功能的好壞又是由內(nèi)部色素含量的多少所決定的尤其是葉綠素含量[25]。由表5可看出，狼牙刺各處理間葉綠素a含量的排序為處理T2>T3>T1>CK>T4，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了22.74%。河朔蕘花各處理間葉綠素a含量的排序為處理T2>T3>CK>T4>T1，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了37.65%。華西小石積經(jīng)4濃度的FA處理后，其葉綠素a含量均低于CK，F(xiàn)A不僅沒能延緩葉綠素a的減少而且出現(xiàn)促進葉綠素a下降的現(xiàn)象，這可能是由于華西小石積的葉綠素a對FA過于敏感，或是FA誘導(dǎo)了華西小石積其他生理活動。酸棗各處理間葉綠素a含量的排序為處理T2>T3>T1>T4>CK，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了106.93%。荊條各處理間葉綠素a含量的排序為處理T1>T2>T3>T4>CK，T1處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了50.28%。

表4 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗丙二醛的影響Table 4 Effects of different concentrations of fulvic acid on malondialdehyde in five seedlings (mmol·g-1FW)

表5 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗葉綠素a的影響Table 5 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl a in five seedlings (μg·g-1FW)

表6 不同濃度的黃腐酸對5種幼苗葉綠素b的影響Table 6 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl b in five seedlings (μg·g-1FW)

由表6可看出，狼牙刺各處理間葉綠素b含量的排序為處理T2>T1>T3>CK>T4，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了22.74%。河朔蕘花各處理間葉綠素b含量的排序為處理T2>T3>CK>T1>T4，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了37.65%。華西小石積葉綠素b處理結(jié)果與葉綠素a相似，經(jīng)4濃度的FA處理后其葉綠素b含量均低于CK。酸棗各處理間葉綠素b含量的排序為處理T2>T1>T3>T4>CK，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了141.26%。荊條各處理間葉綠素a含量的排序為處理T2>T1>T3>T4>CK，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了141.26%。

2.6 黃腐酸對5種灌木抗旱性影響評價

如果用單一指標來確定各樹種的最佳FA處理濃度，結(jié)果不盡相同，且過于片面，因此需綜合FA對各指標的影響評價FA對各樹種抗旱性提高的最佳濃度。通過計算各樹種幼苗不同濃度FA處理下各生理指標的隸屬函數(shù)值，綜合評價干旱脅迫下FA對抗旱性的影響(表7)。其中，丙二醛含量與植物抗旱性呈負相關(guān)關(guān)系，運用反隸屬函數(shù)計算。由表7可看出，F(xiàn)A對狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條4個樹種抗旱性提高的最佳濃度為200 mg·L-1，而華西小石積則是CK條件下抗旱性最高，F(xiàn)A對華西小石積的抗旱性不僅沒有提高反而有所下降。

表7 黃腐酸處理的5種灌木生理指標隸屬函數(shù)值及排序Table 7 Subordinate function values and drought resistance of five shrubs physiological indexes treated with fulvic acid

3 討論

本試驗結(jié)果表明，干旱脅迫下對5種灌木幼苗經(jīng)不同濃度FA處理后，可溶性糖、可溶性蛋白、過氧化物酶、丙二醛、葉綠素a、葉綠素b這6個指標的多重比較表明，各抗旱指標在5個處理水平間差異顯著(P<0.05)，初步說明不同濃度的FA處理對5種灌木幼苗的抗旱性指標上存在差異，通過FA對抗旱性影響可以確定其最佳處理濃度。

在干旱脅迫條件下，F(xiàn)A對各生理指標均有不同程度的影響，隨著FA濃度的升高，狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條的可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、過氧化物酶指標先升高后降低，丙二醛含量先降低后升高。說明適量濃度的FA能夠抑制狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素含量的減少，延緩過氧化物酶活性的降低，抑制過氧化反應(yīng)的發(fā)生，降低丙二醛含量或抑制丙二醛產(chǎn)生的效果，但當FA濃度到達一定程度后，不僅沒能提高上述4種灌木幼苗抗旱性，反而降低了抗旱性能，成為另一種脅迫條件。而隨著FA濃度的升高，對華西小石積幼苗的影響則是可溶性糖、過氧化物酶指標先升高后降低，可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、丙二醛呈降低趨勢，說明FA延緩了華西小石積幼苗可溶性糖含量、過氧化物酶活性的下降及丙二醛的積累，同時促進了可溶性蛋白、葉綠素a和葉綠素b含量的下降。

植物抗旱性強弱是由多個因子相互作用的結(jié)果，是一個較為復(fù)雜的體系。在抗旱性選擇過程中不能單獨運用一項抗旱指標而達到選擇目標，這樣缺乏科學(xué)性和存在風險性。單一的抗旱指標難以充分反映出植物對干旱立地條件適應(yīng)的綜合能力，只有采用多項指標的綜合評價，才能較為準確地評價植物的抗旱水平[26-27]。多個指標的綜合評價，可使單個指標評價抗旱性帶來的片面性受到其他指標的彌補、緩和，從而使評價結(jié)果更加真實準確。種培芳等[28]根據(jù)光合、熒光、水分、滲透調(diào)節(jié)以及酶活性，利用隸屬函數(shù)法對4個地理種群紅砂(Reaumuriasongarica)的抗旱性做了評價，高紅霞等[29]根據(jù)可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸及葉綠素含量對紅砂的抗旱性優(yōu)良家系進行了選擇，姜中珠等[30]用葉水勢、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛等指標研究了多效唑?qū)γ缒究购敌缘挠绊?。本試驗通過對干旱脅迫條件下FA各濃度處理后各樹種幼苗的生理指標綜合評價得出，F(xiàn)A對5種苗木抗旱性提高的程度依次為：酸棗>河朔蕘花>荊條>狼牙刺>華西小石積。

4 結(jié)論

在干旱脅迫條件下，對白龍江干旱河谷狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條、華西小石積5種灌木用不同濃度FA噴施處理，通過測定苗期的可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、過氧化物酶、丙二醛6個抗旱性指標，分析探討了FA對5種灌木苗期抗旱性的影響。本研究表明，F(xiàn)A能夠有效提高狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條抗旱性，且最佳處理濃度為200 mg·L-1，而100～400 mg·L-1的FA處理與對照相比均降低了華西小石積的抗旱性，這可能是由于FA誘導(dǎo)了華西小石積某種生理活動，也有可能是華西小石積對于FA過于敏感，致使試驗所用FA濃度過高導(dǎo)致成為華西小石積的一種脅迫條件，具體對華西小石積抗旱性增強的最適濃度還需進一步研究論證。