高宗淵

(寧夏回族自治區(qū)固原市六盤山林業(yè)局掛馬溝國(guó)有林場(chǎng)，寧夏 固原 756500)

1 引言

落葉松(Larixgmelinii(Rupr.) Kuzen.)為松科，落葉松屬喬木，高可達(dá)35 m。落葉松的木材抗壓及抗彎曲的強(qiáng)度大，且堅(jiān)實(shí)、耐腐朽，是建筑、橋梁、家具等優(yōu)良用材[1]。落葉松根系發(fā)達(dá)，樹(shù)勢(shì)高大，是優(yōu)良的園林綠化樹(shù)種，在水源涵養(yǎng)、生態(tài)平衡和景觀維持等方面發(fā)揮著重要作用[2]。

近年來(lái)，隨著全球氣候格局的變化，降水在空間和時(shí)間上發(fā)生明顯的變化，加劇了我國(guó)干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)壓力，限制了局部區(qū)域農(nóng)業(yè)和林業(yè)發(fā)展[3]。干旱環(huán)境下，植物的覆蓋率降低，水土流失加重，土壤貧瘠化加劇，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤生物活性降低[4]。由于土壤中水分缺乏，植物根系水分吸收量減少，同時(shí)也降低了植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，引起水分和養(yǎng)分的虧缺[5]。在干旱脅迫條件下，植物往往總是首先通過(guò)不斷調(diào)整其形態(tài)的生長(zhǎng)和各器官生物量的分配來(lái)最大限度地減小干旱脅迫所帶來(lái)傷害，并適應(yīng)干旱環(huán)境[6]。研究表明，隨著干旱脅迫強(qiáng)度加劇，植物的葉片數(shù)、葉面積、基徑及株高迅速下降[7]。干旱脅迫還會(huì)影響植物光合能力，導(dǎo)致葉片的葉綠素發(fā)生降解，含量降低，光合作用的能力迅速減弱[8]。此外植物在脅迫環(huán)境下，逐步形成了自我保護(hù)機(jī)制，通過(guò)滲透調(diào)劑物質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)等抗性機(jī)制，來(lái)抵御外來(lái)脅迫[9]。研究干旱脅迫下樹(shù)木生長(zhǎng)和生理變化有助于抗旱機(jī)理的研究，因此，本研究設(shè)計(jì)了不同干旱程度，研究落葉松對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制，以期深入了解落葉松對(duì)氣候變化的響應(yīng)，為干旱地區(qū)的栽培提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2021年在固原市六盤山森林公園簡(jiǎn)易防雨棚中進(jìn)行，該地區(qū)是典型的大陸性氣候，年平均氣溫在5.8～7.8 ℃，年降水量306.9 mm，全年降水時(shí)間和空間上分布不均勻，在夏季常出現(xiàn)間歇性輕度干旱。試驗(yàn)用土壤為灰鈣土，基礎(chǔ)肥力為pH=7.28，有機(jī)質(zhì)14.56 g/kg，全氮1.67 g/kg，堿解氮84.25 mg/kg，速效磷 52.17 mg/kg，速效鉀86.44 mg/kg。試驗(yàn)材料為2年生落葉松幼苗。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)法，以正常水分為對(duì)照(CK)：土壤田間持水量為70%～75%；設(shè)置3個(gè)干旱處理，分別為輕度干旱：田間持水率55%～60%(LD)；中度干旱：田間持水率45%～50%(MD)；重度干旱：田間持水率35%～40%(SD)。將準(zhǔn)備好的風(fēng)干土過(guò)篩，裝入盆中，每盆裝土12 kg，然后澆透水，放置2 d后，進(jìn)行落葉松幼苗的移栽，隨后各處理進(jìn)行常規(guī)管理15 d，進(jìn)行緩苗。緩苗結(jié)束后將幼苗轉(zhuǎn)移到防雨棚中，進(jìn)行干旱處理，采用稱重法和EM-50進(jìn)行水分控制。處理45 d后進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

2.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

處理結(jié)束后利用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量株高和基徑。

2.3.2 丙二醛和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測(cè)定

葉片丙二醛含量的采用TBA比色法測(cè)定。脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250法，可溶性糖的測(cè)定采用蒽酮-硫酸比色法。

2.3.3 抗氧化酶活性的測(cè)定

在處理完成后，每個(gè)處理隨機(jī)選擇3株落葉松，取中部葉片，迅速保存在放置冰袋的泡沫盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室，在低溫環(huán)境下，將取回的葉片剪成小塊，進(jìn)行備用。用研磨法加入5 mL濃度為0.01 M，pH值為7.8的磷酸緩沖液經(jīng)過(guò)研磨、離心得到酶液，測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。

2.3.4 油茶幼苗光合參數(shù)的測(cè)定

選擇晴朗天氣條件下的8：30～ 11：30，使用Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定葉片的凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Cr)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)光合參數(shù)。重復(fù)3次進(jìn)行測(cè)量。

2.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)收集整理和作圖，并用SPSS24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱程度對(duì)落葉松生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

不同干旱程度下落葉松生長(zhǎng)指標(biāo)見(jiàn)表1，株高隨著干旱程度的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，LD處理和CK沒(méi)有顯著差異，MD和SD顯著低于CK。地徑隨著干旱程度的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，LD處理和CK沒(méi)有顯著差異，MD和SD顯著低于CK。說(shuō)明輕度干旱對(duì)落葉松生長(zhǎng)的影響較小。

表1 不同干旱程度下落葉松生長(zhǎng)指標(biāo)

3.2 干旱程度對(duì)落葉松光合參數(shù)的影響

光合作用是植物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要過(guò)程。由表2可知，不干旱程度顯著影響油落葉松苗的光合化參數(shù)，隨著土壤含水量的降低，凈光合速率呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為SD

表2 不同干旱程度下落葉松光合參數(shù)

3.3 干旱程度對(duì)落葉松抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶是清除活性氧的重要物質(zhì)。從表3可以看出，干旱對(duì)落葉松幼苗抗氧化酶活性有顯著的影響。SOD活性隨干旱程度的增加呈先增加后降低，從大到下依次是MD>SD>LD>CK，處理間在0.05水平上差異均顯著，LD、MD和SD處理顯著高于CK，分別高出1739%、34.00%和12.89%。POD活性隨干旱程度的增加呈先增加后降低，從大到下依次是MD>LD>SD>CK，處理間在0.05水平上差異均顯著，LD、MD和SD處理顯著高于CK，分別高出48.89%、69.16%和16.48%。CAT活性處理間在0.05水平上差異均顯著，LD、MD和SD處理顯著高于CK，分別高出71.20%、90.40%和49.21%。說(shuō)明干旱提高了抗氧化酶活性，但是當(dāng)干旱程度過(guò)重抗氧化酶活性降低。

表3 不同干旱下落葉松抗氧化酶活性

3.4 干旱程度對(duì)落葉松丙二醛和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

丙二醛含量是反映植物受到傷害程度的重要指標(biāo)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠維持細(xì)胞內(nèi)部的滲透平衡。從表4可以看出，丙二醛含量隨著干旱程度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，各處理均顯著高于CK。脯氨酸含量隨著干旱程度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)，各處理均顯著高于CK，LD、MD和SD分別比CK高出45.46%、60.63%和62.80%，MD和SD處理間沒(méi)有顯著差異?？扇苄蕴呛侩S著干旱程度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，在MD處理下達(dá)到最大值，從大到小依次為MD>SD>LD，處理間的差異均顯著，LD、MD和SD分別比CK高出23.24%、52.26%和38.85%?？扇苄缘鞍缀繌拇蟮叫∫来螢镸D>LD>SD，處理間的差異均顯著，LD、MD和SD分別比CK高出68.30%、76.74%和52.10%。

表4 不同干旱程度下落葉松丙二醛和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

4 討論

干旱是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的主要環(huán)境脅迫之一。干旱脅迫下，植物通常表現(xiàn)出葉片變小、植株生長(zhǎng)停滯，而長(zhǎng)期過(guò)低的土壤水分則會(huì)使植物產(chǎn)生不可逆的傷害。光合作用在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。本研究結(jié)果表明，隨著干旱程度的增加，落葉松株高、地徑、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率逐漸下降，主要是由于脅迫下植株的葉綠素含量較低，光合作用所需要的水分不能及時(shí)補(bǔ)充，從而影響光合作用的正常進(jìn)行。且干旱脅迫下植物基礎(chǔ)代謝水平降低，植株含水量下降，細(xì)胞液濃度增加，物質(zhì)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)運(yùn)受到影響，從而降低了植株的株高、地徑等形態(tài)指標(biāo)。在輕度水分脅迫下，落葉松幼苗生長(zhǎng)下降幅度不大，說(shuō)明幼苗可以承受輕度脅迫。

植物在受到干旱脅迫后，體內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧破壞細(xì)胞膜的完整性，增大膜透性，使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)外滲[13]，發(fā)生膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，丙二醛是膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，是衡量細(xì)胞膜受到傷害的重要指標(biāo)，含量越高說(shuō)明逆境造成的傷害越大[14]。本研究結(jié)果表明，隨著干旱程度的增加，丙二醛含量增加，說(shuō)明干旱程度越高，對(duì)落葉松的傷害越大。

植物體在受到外界傷害時(shí)，會(huì)啟動(dòng)自身的防御系統(tǒng)，滲透調(diào)節(jié)和抗氧化酶是被認(rèn)為植物對(duì)干旱脅迫的重要適應(yīng)方式。在干旱脅迫下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠?yàn)榫S持正常的滲透平衡，增大細(xì)胞原生質(zhì)濃度，提高植物的抗逆性[15]?？寡趸赶到y(tǒng)能通過(guò)清除活性氧來(lái)保護(hù)植物細(xì)胞[16]。研究結(jié)果表明，干旱脅迫下顯著增加了落葉松脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量和SOD、POD和CAT活性，說(shuō)明滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性的增加是落葉松應(yīng)對(duì)干旱脅迫的重要生理機(jī)制。本研究中，抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著增加，且隨干旱程度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)的脅迫植物可通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)維持正常代謝，當(dāng)脅迫程度超過(guò)植物體的承受范圍這種自身調(diào)節(jié)機(jī)制功能下降。

綜合比較，隨著干旱程度的增加，落葉松幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和光合參數(shù)呈逐漸減小的趨勢(shì)，在輕度干旱下影響較小?？寡趸负蜐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著增加，且隨干旱程度的增加呈先升高后降低。說(shuō)明在干旱脅迫下植物通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性以抵抗傷害，當(dāng)傷害程度超過(guò)植物承受范圍調(diào)節(jié)能力下降。因此，落葉松幼苗可以在輕度干旱下正常生長(zhǎng)，隨著干旱程度的加重，對(duì)落葉松幼苗的傷害增加。