白文玉，馮茂松，鐵烈華，汪亞琳，高嘉翔，賴 娟，戴曉康

(四川農(nóng)業(yè)大學林學院，長江上游森林資源保育與生態(tài)安全國家林業(yè)和草原局重點實驗室，長江上游林業(yè)生態(tài)工程四川省重點實驗室，四川 成都 611130)

四川榿木(Alnusledgeriana)為樺木科(Betulaceae)榿木屬(Alnus)落葉喬木，根系具有根瘤，可有效改良土壤，其適應性強、繁殖容易、生長迅速且材質(zhì)優(yōu)良，生態(tài)和經(jīng)濟價值較高，是集用材、造紙和生態(tài)防護等為一體的多功能樹種，已經(jīng)成為我國西南地區(qū)的速生用材樹種和四川省重要的鄉(xiāng)土樹種，以及長江防護林工程及國家造林項目的重要樹種[1-4]。

林木優(yōu)良無性系的選育是林業(yè)研究的重要內(nèi)容之一[5]。生物量是植物的基本生物學特征和功能性狀之一，反映了植物的物質(zhì)積累狀況和對環(huán)境資源利用的能力[6-7]。植物生物量及其在各器官(枝、葉、干、根)的分配特征受植物體自身遺傳特性和外界環(huán)境條件的共同影響[8-10]，反映了其對外界環(huán)境的適應策略及能力，是衡量林木優(yōu)良無性系的重要指標[11-12]。四川榿木不同無性系長期處于各種生境中，受遺傳變異和自然選擇的影響，其生長情況、對環(huán)境的適應能力和生物量分配特征等可能發(fā)生了明顯變化，這為其良種育苗提供了繁育材料。已有研究主要集中在混交林營造[13]、種源選擇[14]、生物固氮[15]以及光合特征[16]等方面，但對四川榿木種子園建設中不同無性系生物量及其分配特征的研究還鮮見報道。為此，本研究依托國家級榿木種子園和良種基地建設平臺，調(diào)查無性系嫁接幼苗各器官生物量，研究四川榿木不同無性系1年生嫁接幼苗各器官的生物量及其分配特征，探索四川榿木無性系嫁接幼苗對環(huán)境的適應策略和能力，為其優(yōu)良無性系的篩選提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省平昌縣元山鎮(zhèn)的榿木良種育苗基地(107°7′57.4″E，31°37′18.6″N)，屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，海拔650 m，年均降雨量1 200 mm，早春時具有明顯的季節(jié)性干旱現(xiàn)象。年均氣溫為16.8 ℃，四季分明，年均日照時間為1 239.3 h，無霜期297 d?；仄孪驗闁|南方，坡度約10°，具有灌溉條件，光照充足，土壤為紫色壤土，呈弱酸性，土層深度大于40 cm。

1.2 試驗材料

2015年12月，在四川省宣漢縣、巴中市恩陽區(qū)和金堂縣分別選擇出林相整齊的15～20 年生四川榿木純林，采用優(yōu)勢木對比法篩選出自然整枝良好、樹干通直、無病蟲害的四川榿木優(yōu)樹共34株[宣漢(編號XH)16株，恩陽(編號EY)11株，金堂(編號JT)7株]，每株采集穗條約200枝。采集穗條時選擇樹冠中上部生長健壯、葉芽飽滿、粗度3～5 mm，長度30～50 cm的1年生枝條，編號分別為宣漢1～16(XH1～XH16)、恩陽1～11(EY1～EY11)、金堂1～7(JT1～JT7)。將采集好的穗條打捆，用濕報紙包裹，登記好編號，并盡快帶回實驗室，保存于4 ℃冰柜中待用。

2015年11月，將苗圃地劃分為3個區(qū)組，每個區(qū)組包含若干個1.2 m × 6.0 m的小區(qū)，選擇生長健壯、長勢基本一致、無病蟲害的當年生四川榿木實生營養(yǎng)袋苗(種子采自平昌縣四川榿木母樹林)，按株行距20 cm × 20 cm進行栽植，作為砧木。2016年1月初，采用隨機區(qū)組設計方法，將采集的四川榿木優(yōu)樹的穗條嫁接于長勢基本一致、無病蟲害的砧木上，每小區(qū)內(nèi)約嫁接100株(成活率45%～60%)，同株優(yōu)樹上采集的穗條重復3次(嫁接于3個小區(qū))。掛上對應的標號牌，登記好編號，搭建小拱棚，及時澆水、除草。當嫁接幼苗成活并經(jīng)過煉苗后，去除小拱棚，此后根據(jù)土壤水分條件適當澆水，定時除草，常規(guī)田間管理。

1.3 試驗方法

2016年8月中旬，測定小區(qū)內(nèi)所有嫁接幼苗(平均約50株)的株高和基徑，根據(jù)測定結(jié)果在每個小區(qū)內(nèi)選出3株平均株作為待測植株，將待測植株全株挖起測定各器官生物量。

將待測植株按器官(主干、側(cè)枝、葉、根)進行分離，用精度為0.01 g的電子天平分別稱量待測植株主干、側(cè)枝和葉的鮮質(zhì)量。將根系帶回實驗室洗凈表土，利用Epson Expression 10000XL 110數(shù)字化掃描儀(Seiko Epson Corp.,Nagano,Japan)測定根系直徑(d)，按照根系粗度進行分級。根徑分級標準為細根(d<1 mm)、中根(1 mm ≤d≤ 2 mm)、粗根(d>2 mm)。根系掃描后，將植株的主干、側(cè)枝、葉、粗根、中根和細根放入烘箱105 ℃殺青30 min，在烘箱里65 ℃烘干至質(zhì)量恒定，分別稱其干質(zhì)量。

分別計算植株的地上部分生物量(主干干質(zhì)量+側(cè)枝干質(zhì)量+葉干質(zhì)量)、地下部分生物量(粗根干質(zhì)量+中根干質(zhì)量+細根干質(zhì)量)、總生物量(地上部分生物量+地下部分生物量)、葉生物量比(葉生物量/總生物量)、側(cè)枝生物量比(側(cè)枝生物量/總生物量)、主干生物量比(主干生物量/總生物量)、粗根生物量比(粗根生物量/總生物量)、中根生物量比(中根生物量/總生物量)、細根生物量比(細根生物量/總生物量)、根冠比(地下部分生物量/地上部分生物量)。植株葉、側(cè)枝和主干的相對含水量計算公式：相對含水量=(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/鮮質(zhì)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和SPSS 25.0統(tǒng)計分析軟件(IBM SPSS,Chicago,USA)對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)計算無性系嫁接幼苗鮮質(zhì)量、相對含水量、生物量等指標的平均值和標準偏差，并用Excel 2010作圖。采用系統(tǒng)聚類方法對四川榿木無性系嫁接幼苗生物量及其分配進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 無性系嫁接幼苗鮮質(zhì)量和含水量特征

經(jīng)測定，四川榿木無性系嫁接幼苗鮮質(zhì)量和含水量特征見圖1、圖2。

圖1 四川榿木不同無性系地上部分鮮質(zhì)量的差異Fig.1 Differences of the aboveground parts of fresh mass in different Anus ledgeriana clones

無性系嫁接幼苗地上部分各器官鮮質(zhì)量表現(xiàn)為葉>主干>側(cè)枝，EY11的葉、側(cè)枝、主干以及地上部分鮮質(zhì)量均最大，XH3葉片鮮質(zhì)量最小(57.59 g)，EY1側(cè)枝、主干和地上部分鮮質(zhì)量最小。XH6、XH8、XH16、EY1、EY4、EY9、EY11、JT3、JT6地上部分各器官相對含水量表現(xiàn)為葉>主干>側(cè)枝，其他無性系地上部分各器官相對含水量表現(xiàn)為葉>側(cè)枝>主干。無性系嫁接幼苗葉片相對含水量為62.20%～72.79%，側(cè)枝相對含水量為49.23%～69.20%，主干相對含水量為50.38%～54.41%。

圖2 四川榿木不同無性系地上部分相對含水量的差異Fig.2 Differences of the aboveground parts of relative water content in different A.ledgeriana clones

2.2 無性系嫁接幼苗生物量特征

各無性系幼苗生物量見圖3、圖4，無性系XH2、XH7、XH10、XH14、XH15、EY5、EY6、EY10地上部分各器官生物量表現(xiàn)為葉>主干>側(cè)枝，其他無性系地上部分各器官生物量表現(xiàn)為主干>葉>側(cè)枝，其中EY11的葉、側(cè)枝、主干以及地上部分生物量均最大，分別為68.72、15.16、74.73和159.06 g，EY1的葉、側(cè)枝、主干以及地上部分生物量均最小(圖3)。四川榿木不同無性系地下部分生物量的差異見圖4。

圖3 四川榿木不同無性系地上部分生物量的差異Fig.3 Differences of the aboveground parts of biomass in different A.ledgeriana clones

圖4 四川榿木不同無性系地下部分生物量的差異Fig.4 Differences of the underground parts of biomass in different A.ledgeriana clones

由圖4可知，無性系JT5地下部分各根徑生物量表現(xiàn)為粗根>中根>細根，其他無性系地下部分各根徑生物量表現(xiàn)為粗根>細根>中根，四川榿木無性系嫁接幼苗粗根生物量為10.55～32.64 g，中根生物量在0.57～3.38 g，細根生物量為1.32～4.40 g。EY9總生物量最大(199.41 g)，是無性系XH6總生物量最小值的3.7倍。可見，四川榿木不同無性系嫁接幼苗生物量存在較大差異。

2.3 無性系嫁接幼苗各器官生物量分配特征

經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)(圖5)，無性系JT5生物量分配表現(xiàn)為主干>葉>側(cè)枝>粗根>中根>細根，無性系XH2、XH7、XH10、XH14、XH5、EY5、EY6和EY10生物量分配表現(xiàn)為葉>主干>側(cè)枝>粗根>細根>中根，其他無性系則表現(xiàn)為主干>葉>側(cè)枝>粗根>細根>中根。其中EY10葉的生物量占比最大(36.05%)，XH4葉生物量占比最小(31.40%)，XH3側(cè)枝生物量占比最小(5.96%)，EY2主干生物量占比最大(41.04%)，而EY6則具有最大側(cè)枝生物量占比(8.50%)和最小的主干生物量占比(32.27%)。

圖5 四川榿木不同無性系各器官生物量分配比Fig.5 Allocation ratio of biomass in different A.ledgeriana clones

經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)(圖6)，無性系XH11根冠比最大為0.37，EY2根冠比最小為0.24?？梢?，四川榿木不同無性系嫁接幼苗生物量分配存在差異。

圖6 四川榿木不同無性系根冠比Fig.6 Root-shoot ratio of different A.ledgeriana clones

2.4 不同無性系嫁接幼苗聚類分析

系統(tǒng)聚類分析表明，在平均歐式距離約13處，可將34個四川榿木無性系嫁接幼苗按照生物量劃分為3類(圖7)。

由圖7可以看出，第1類包含15個無性系(XH1、XH4、XH5、XH9、XH12、XH13、EY2、EY3、EY7、EY8、JT1、JT2、JT4、JT5、JT7)，第2類包含7個無性系(XH8、XH16、EY4、EY9、EY11、JT3、JT6)，第3類包含12個無性系(XH2、XH3、XH6、XH7、XH10、XH11、XH14、XH15、EY1、EY5、EY6、EY10)。其中，第2類無性系植株總生物量和各器官生物量均最大，第1類無性系生物量次之，第3類無性系生物量最小。

圖7 四川榿木不同無性系生物量聚類分析Fig.7 Cluster analysis of A.ledgeriana clones based on biomass

經(jīng)測算可知(表1)，第2類無性系與第1、3類相比較，分配給側(cè)枝和細根的生物量最多；第1類無性系植株與第2、3類比較，側(cè)枝和主干生物量占比較大，而葉片和細根生物量占比最?。坏?類無性系植株與第1、2類相比較，葉片生物量占比最大，側(cè)枝和主干生物量占比最小，粗根生物量占比最大但是其生物量明顯小于第1、2類。可見，3類四川榿木無性系嫁接幼苗生物量及其分配特征存在明顯差異。

表1 四川榿木不同無性系生物量終聚類中心分布Table 1 Final cluster center distribution of biomass in different A.ledgeriana clones

3 討 論

3.1 嫁接幼苗生物量分配特征

植物生物量是植物物質(zhì)和能量積累的基本體現(xiàn)[17]，生物量的大小表明植物利用和積累空間資源的能力[18]，而植物器官水分含量的高低則表明其抗旱能力的強弱[19]。本研究中，四川榿木嫁接幼苗葉片和主干相對含水量均在50%以上，側(cè)枝相對含水量為49%～69%，表明四川榿木嫁接幼苗抗旱能力較強，對環(huán)境具有一定的適應能力。

植物同化產(chǎn)物可在代謝源-庫之間運輸，且同化運輸具有優(yōu)先供應生長點的特點[20]。本研究中，四川榿木嫁接幼苗主干和葉片分配的生物量較高，而側(cè)枝分配的生物量最低。這表明主干可能是1年生四川榿木嫁接幼苗地上部分主要的代謝庫，而葉片不僅是主要的代謝源還是重要的代謝庫，主干和葉片是同化產(chǎn)物優(yōu)先供應的生長點。

3.2 嫁接幼苗生物量分配特點及其環(huán)境適應能力

生物量分配可以反映植物對環(huán)境的適應策略和能力[21-22]。通過對四川榿木無性系嫁接幼苗生物量及其分配聚類分析表明，34個四川榿木無性系嫁接幼苗按照生物量被劃分為3類。四川榿木不同無性系嫁接幼苗栽培于相同的環(huán)境條件中，并給予相同的管理措施，但是不同無性系嫁接幼苗的長勢不同，這可能主要是因為四川榿木不同無性系間遺傳性狀存在差異，從而導致其生物量分配特征不同。這與李鑫等[23]對不同地理種源云南松幼苗生物量分配及其異速生長的研究結(jié)果相似。

與第1、3類無性系相比，第2類無性系嫁接幼苗的總生物量最大，嫁接幼苗分配給側(cè)枝和細根的生物量最大。植物對土壤水分和礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收主要是通過細根(根毛區(qū))完成的，細根分配的生物量較多說明根系對養(yǎng)分的吸收更強，根系可以吸收更多的水分、礦質(zhì)營養(yǎng)元素等供地上部分生長所需，這潛在地增加了植物適應土壤水分和養(yǎng)分變化的能力[24-25]。不僅如此，根系對礦質(zhì)元素的吸收能力還會影響同化產(chǎn)物的運輸能力。因此，通常細根生物量越大，植物體代謝源-庫之間物質(zhì)運輸越快，植物適應環(huán)境變化(如倒春寒、季節(jié)性干旱)的能力越強[26-27]。而本試驗地位于少日照地區(qū)(年日照時間<1 300 h)，側(cè)枝的生物量分配較高說明幼苗冠層截獲光合輻射的能力越強[20]，這潛在地增加了植物適應少日照環(huán)境的能力。可見，第2類無性系嫁接幼苗累計的生物量最大，且生物量分配較均勻，可以很好地適應當?shù)赝寥浪疅釛l件、光照條件等。

此外，第1類無性系總生物量次于第2類無性系，側(cè)枝和主干生物量占比較大，葉片和細根生物量占比最小，說明雖然第1類無性系同化產(chǎn)物主要運輸?shù)絺?cè)枝和主干，幼苗接收光能的面積較大，但是由于細根生物量較少，根系吸收養(yǎng)分的能力較差，這表明第1類無性系適應當?shù)厣偃照盏哪芰^強，但是對土壤水熱條件的適應能力不強。這與舒文將等[28]對棱角山礬幼苗研究結(jié)果相似。

根冠比可以反映植株地上部分及地下部分生長關系及植物自身對環(huán)境的適應能力[29]。一般情況下，植物在受到干旱脅迫[30-31]和鹽脅迫[32]時會增加根冠比，以提高其對環(huán)境的適應能力。本研究中四川榿木無性系根冠比存在一定的差異，第3類無性系根冠比大于第1類和第2類無性系，這表明第3類四川榿木無性系嫁接幼苗可能受到了干旱脅迫或鹽脅迫。進一步分析發(fā)現(xiàn)，第3類無性系的葉片生物量占比最大，主干、側(cè)枝和細根生物量占比較低，粗根和中根生物量占比最大但是其生物量明顯小于第1、2類。第3類無性系嫁接幼苗根系生物量主要分配給了粗根和中根，而細根生物量及其分配比例均較低。說明第3類無性系幼苗雖然根系分配的生物量較大，但是其根系活性較低，嫁接幼苗只是保留著砧木原有的根系，但是沒有及時生長出新根(細根)吸收土壤水分和礦質(zhì)養(yǎng)分[33]，幼苗雖然生長出了完整的葉片，可以進行光合作用，但是光合作用積累的同化產(chǎn)物不多，同化產(chǎn)物只能就近運輸(胞內(nèi)或胞間運輸)到光合葉片，滿足光合細胞自身所需，而長距離運輸?shù)絺?cè)枝、主干、細根的能力較差[34]，對光照條件和土壤水熱條件的適應能力可能最差。

此次研究了四川榿木不同無性系1年生嫁接幼苗的生物量及分配特征。為了進一步了解不同無性系四川榿木嫁接幼苗的環(huán)境適應策略和能力，今后應整合不同無性系四川榿木嫁接幼苗生長、光合、生理特征等指標，綜合評價其環(huán)境適應策略和能力。