土壤含水量对尾巨桉幼苗生长及生理特性的影响

林国祚，彭 彦，谢耀坚，尚秀华，张华林

(国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

土壤含水量对尾巨桉幼苗生长及生理特性的影响

林国祚，彭 彦，谢耀坚，尚秀华，张华林

(国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

以2月生尾巨桉盆栽幼苗为试验材料，采用称重控水的方法，设置5个水分梯度(CK、T1、T2、T3、T4)，研究不同土壤含水量下尾巨桉幼苗在生长及生理特性上表现的差异。结果表明，随着土壤含水量的下降，尾巨桉幼苗形态生长及生物量等均呈下降的趋势，CK、T1下各项生长指标要显著优于T2、T3，而CK与T1之间差异不显著，同时各处理下根冠比呈上升的趋势；尾巨桉幼苗叶片Pn、Tr、Gs、FV/Fm及ФPSⅡ随土壤含水量下降均呈先上升后下降的趋势，而Ci呈先下降后上升趋势；游离脯氨酸含量、MDA含量、POD活性在T1下显著降低，而在T2、T3下又显著地提高，根系活力呈显著下降的趋势，叶绿素含量呈升高的趋势，其中CK与T1、T1与T2之间差异各不显著；相关性分析说明，各单项指标之间存在一定的关联；主成分综合评价表明，不同土壤含水量下尾巨桉幼苗生长及生理指标的优劣顺序为T1＞CK＞T2＞T3。

尾巨桉；土壤含水量；光合特性；生理特性

水分是苗木培育过程中的重要生长因子。水分多少会对苗木生长造成直接影响，也对苗木生理特性有调控作用。因此，对不同水分状况影响下的苗木生长研究将有助于我们了解苗木水分生理特征，同时对改善培育措施，提高苗木的质量也有重要意义。近年来，随着干旱胁迫的日益加剧，苗木生长及生产经营受到很大制约。目前，关于不同水分条件对苗木生长及生理特性影响，尤其是水分对苗木生理生化特性影响的研究主要集中在叶片渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖等)、脂膜活性(丙二醛)、酶特性(过氧化物酶、超氧化物歧化酶等)等方面，国内外学者已进行了大量研究工作(Carlos H.B.A. Prado；俞晓丽；Boutraa；应叶青[1-4])，研究内容主要集中在苗木培育、栽培管理、树种抗旱等方面，常用研究方法主要有土壤称重控水法和聚乙二醇(PEG)模拟水分胁迫法。总体上看，对于苗木在不同水分状况下的生长响应、生理特性差异以及不同生理指标的相关性等方面尚缺乏系统的研究。

桉树属桃金娘科Myrtaceae桉属Eucalyputs植物，是世界3大造林树种(杨树、桉树、松树)之一，具有适应性强、培育周期短，用途广，经济价值高等优点，是我国南方重要的战略树种之一。随着经济增长与木材短缺矛盾不断加剧，作为速生材的桉树得到大面积推广，桉树苗木种苗需求量逐年增加，相关的桉树研究开发也不断深入。国内外对桉树研究主要集中在引种、育种、栽培和木材特性等方面，近年来在桉树工厂化轻型基质育苗方面也有新的进展，但有关土壤水分对桉树幼苗生理方面影响的研究很少(李林峰，林馗[5-6])。因此，本研究以2月生桉树幼苗作为试验材料，测定不同土壤含水量下桉树苗木生长及生理特性的变化，旨在揭示桉树幼苗对水分的需求状况及生理方面的响应，为科学管理、提高苗木质量、降低苗木培育成本提供理论依据和科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2010年1月20日选取尾巨桉DH3229无性系组培苗，移栽到泥盘中进行培育，育苗时间到4月，期间定期浇水和除杂。4月初，选择健壮且生长一致的幼苗(平均苗高为5.0 cm)移栽到塑料花盆(规格为21 cm × 16 cm × 19.5 cm)中，每盆装土4 kg，盆重184 g，每盆下垫一塑料托盘，以防水分流失。待其缓苗期后将其移至高新温室中进行水分控制。试验所用土壤取自试验林地，消毒后风干、碾碎装盆。测得土壤田间持水量(FC)为54.13%，土壤容重为1.12 g·cm3，pH值为4.85，有机质、全氮、有效磷、有效钾含量分别为 22.23 g·kg-1、0.85 g·kg-1、1.07 mg·kg-1、45.32 mg·kg-1，肥力中等。

1.2 试验设计

试验采用单因素(水分)完全随机区组设计，设置5种水分梯度，设定土壤田间持水量(CF)的80%～90% 为 对 照 组 (CK)；70%～80% CF为 T1；60%～70% CF为 T2；50%～60% CF为 T3；40%～50%CF为T4，共5个小区，每小区5个处理，每个处理4盆，共100盆。2011年5月15日开始控水处理，采用称重法控制各处理的水分，每天17:00称重，并及时补充缺失的水分。随着苗木的生长，苗高(X，cm)与苗重(Y，g)用Y=0.0891X-0.4652(R2=0.9859)拟合关系式进行校正，同时为减少由于温室内不同地方环境造成的系统误差，试验期间每隔两周调整苗木方位。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 光合指标及叶绿素荧光参数的测定

水分处理2个月后，选择晴朗无云天气，每天上午9：00 ～ 11:00，使用美国PP Systems公司CIRAS-2光合作用测定系统测定叶片光合指标，指标包括：叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(GS)、胞间CO2浓度(Ci)；每株苗木上取3片叶，每个处理取3株，同时，用FMS-2脉冲调制式荧光测定系统测定PSⅡ最大光化学效率(FV/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ФPSⅡ),每个处理测定3次，测定前使用叶片夹进行20 min遮光处理，保证叶片完全进入暗适应状态。

1.3.2 生理生化指标的测定

叶绿素含量使用SPAD-502叶绿素仪测定；根系活力采用甲烯蓝法；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法测定；过氧化物酶活性采用愈创木酚法测定。具体方法参考李合生的实验指导[7]。

1.3.3 生长指标的测定

到试验收获期后，每个小区各处理选3株幼苗，测定苗高和地径，并采用扫描法测定[8]叶面积，同时测定每株幼苗的叶片数、主根长度及第Ⅰ级侧根数。在测完完毕之后，用电子天平(精确到0.01)分别称取苗木根、茎、叶鲜重，然后将苗木放入烘箱进行烘干，80℃下烘干24 h后达到恒重，然后分别称量，记录每株苗木的干重，并求出根冠比。叶片相对含水量采用饱和称重法测定[9]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Eхcel 2003和SPSS软 件进行数据处理和统计分析，采用单因素方差分析(ANOVA)和LSD法进行差异显著性分析及多重比较，采用主成分分析法进行综合指标评价。试验后期T4的尾巨桉幼苗叶片枯萎，严重失水，而后大部分枯死，说明尾巨桉幼苗无法在此土壤水分条件下正常生长，因此未列入数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗形态生长及生物量分配的影响

从表1中可以看出：不同水分梯度下尾巨桉幼苗的苗高和比叶面积大小排序均为：T1＞CK＞T2＞T3；对于地径和主根长度而言，大小排序均为：T1＞CK＞T3＞T2；对于侧根数量而言，大小排序为：T3＞T1＞CK＞T2；对于叶片数量而言，大小排序为：CK＞T1＞T2＞T3。而且在不同水分梯度下尾巨桉幼苗的苗高、地径、主根长度、侧根数量、叶片数量及比叶面积总体上差异显著，总体来说不同土壤含水量对尾巨桉幼苗形态生长特征有显著的影响。

从表2中可以看出：不同水分梯度下尾巨桉幼苗的根重、茎重、叶重和总生物量大小排序均为：T1＞CK＞T2＞T3；对于根冠比而言，大小排序为：T3＞T2＞T1＞CK。在不同水分梯度下尾巨桉幼苗根、茎、叶生物量总体上差异显著，但CK与T1之间差异不显著，同时CK和T1与T2和T3之间差异达到显著；但是根冠比呈现增加趋势，而且与CK相比，各处理差异均达到显著。总体上看，不同土壤含水量对尾巨桉幼苗生物量分配有显著的影响。

表1 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗形态生长的影响†Table 1 Effects of different soil moisture content on morphology growth of Eucalyptus urophylla × E. grandis seedlings

表2 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗生物量分配的影响Table 2 Effects of different soil moisture content on biomass distribution of Eucalyptus urophylla ×E. grandis seedlings

2.2 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗叶片相对含水量的影响

由图1可以看出，与CK相比，T1、T2、T3叶片相对含水量RLWC分别提高了9.62%、8.31%和5.10%，而且差异达到显著；同时，随着水分梯度的下降，叶片RLWC呈现下降趋势，与T1相比，T2和T3叶片RLWC分别下降了1.32%和4.52%，而且T1和T3处理二者差异显著。总之，尾巨桉幼苗叶片相对含水量受土壤含水量影响显著。

2.3 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响

由图1可以看出，与CK相比，T1、T2、T3叶片相对含水量RLWC分别提高了9.62%、8.31%和5.10%，而且差异达到显著；同时，随着水分梯度的下降，叶片RLWC呈现下降趋势，与T1相比，T2和T3叶片RLWC分别下降了1.32%和4.52%，而且T1和T3处理二者差异显著。总之，尾巨桉幼苗叶片相对含水量受土壤含水量影响显著。

图2 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响Fig. 2 Effects of different soil moisture content on leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence parameter of Eucalyptus urophylla×E.grandis seedlings

2.4 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗生理特性的影响

由表3可知，游离脯氨酸含量、MDA含量、POD活性均在T3达到最大值。与CK相比，T1的游离脯氨酸含量下降了16.26%，而T2、T3的游离脯氨酸含量分别升高了4.60倍、4.93倍；T1的MDA含量较CK下降了2.65%，而T2、T3的MDA含量升高了0.42%、3.87%，但CK和T1之间MDA含量差异不显著；与CK相比，T1的POD活性下降了14.28%，而T2、T3的POD活性分别升高了11.96%和32.59%；与CK相比，T1的根系活力下降了6.92%，降幅较小，T1的根系活力显著高于T2、T3，且各处理间有显著差异；叶绿素含量在T3达到最大值，T3与CK、T2与CK均有显著差异，其他处理之间的差异不显著。不同土壤含水量对尾巨桉幼苗生理特性有显著的影响。

表3 不同土壤含水量对尾巨桉幼苗生理特性的影响Table 3 Effects of different soil moisture content on physiological characteristics of Eucalyptus urophylla ×E. grandis seedlings

2.5 主成分分析

为了研究影响尾巨桉幼苗生长及生理特性的主导因素，采用主成分分析进行综合评价，通过对10个单项指标进行主成分分析前两个综合指标的贡献率分别为74.16%和22.42%，累积贡献率达到96.58%，已经涵盖了10个指标的绝大部分信息。它们对应的特征向量分别为：

第一主成分：

第二主成分：

第1主成分中比叶面积、净光合速率、脯氨酸含量、MDA含量、POD活力、根系活力、叶绿素含量都较大，第二主成分中叶片RLWC较大，说明生理生化指标是反映水分对尾巨桉幼苗生长影响的主要指标。不同土壤含水量对尾巨桉幼苗各项生长及生理生化指标的相关分析表明(见表4)：叶绿素含量与POD活力呈显著正相关，与比叶面积、根系活力呈显著负相关；根系活力与脯氨酸呈极显著负相关；POD活力与MDA呈极显著正相关，与比叶面积呈极显著负相关；MDA与Pn、FV/Fm呈显著负相关，与比叶面积呈极显著负相关；Pn与比叶面积呈显著正相关。

表4 各项生长及生理指标之间的相关系数†Table 4 Correlation coefficients of growth and physiological every index

根据各项生长及生理指标与不同水分梯度之间的联系，通过主成分分析计算不同水分梯度的综合得分，由表5可知，不同土壤含水量下尾巨桉幼苗生长及生理指标的优劣顺序为：T1＞CK＞T2＞T3。

表5 不同水分梯度的综合评价Table 5 Comprehensive evaluation of different moisture gradient

3 结论与讨论

幼苗期是植物表观形态结构和内在生理特性形成的关键时期，这阶段植物自身的可塑性强，对外界环境条件的反应也十分敏感(曾建明等[10])。研究表明，水分胁迫能够抑制苗木形态生长和叶片气体交换(俞晓丽等[2])。本研究中，在土壤含水量下降的状况下，尾巨桉幼苗形态生长及生物量均受到不同程度的影响和制约，并且在整体上表现出下降的趋势。苗高、地径生长量及叶片数量减少，比叶面积降低，主根长度及侧根数量变化不大，而T1与CK相比有增加的趋势。在T2、T3下，尾巨桉幼苗根、茎、叶及总生物量均受到明显制约，而T1与CK之间差异不显著。研究表明[11]，干旱胁迫下，苗木会将更多的资源分配到根系，增加根冠比，以便吸收更多的水分的营养，从而提高自身生长能力。在本研究中，尾巨桉幼苗的根冠比在各处理间差异达到显著。这与俞晓丽等的研究结果一致，但与焦娟玉等[12]研究结果有差异，说明尾巨桉幼苗能够通过提高根系干重来适应土壤水分的亏缺。另一方面，相对含水量反映植物的叶片保水能力，通过尾巨桉幼苗叶片相对含水量的变化可以看出，其他各处理与CK相比均有升高的趋势，说明CK(土壤田间持水量80% ～ 90%)并不一定是尾巨桉幼苗最适宜的生长条件。

土壤含水量的下降会对植物的光合作用造成影响[13-15]。根据Farpuher和Sharkey等[16]提出的气孔限制值分析观点，当Ci升高、LS降低时，光合作用下降主要受非气孔因素影响；当Ci降低、LS升高时，光合作用降低主要是受气孔限制的影响。本研究表明，土壤含水量的下降，尾巨桉幼苗叶片光合作用Pn主要是由非气孔限制所致，同时，研究显示，比叶面积与Pn有显著的相关性，说明比叶面积(ASLA)对于反映叶片气体交换及对环境的适应性方面有重要作用。叶绿素荧光参数可以反映植物叶片光合机构的功能，Fv/Fm表示PSⅡ最大光化学效率，ФPSⅡ表示PSⅡ实际光化学效率，水分胁迫主要伤害植物光合机构PSⅡ，本研究表明，Fv/Fm只在T3有显著降低，而ФPSⅡ在各处理下与CK相比反而升高，同时，尾巨桉幼苗叶片中叶绿素含量随着土壤含水量的下降而逐渐升高，并且相互之间差异显著。这说明，当土壤含水量降低时，尾巨桉幼苗通过提高PSⅡ光化学效率和叶绿素含量来适应水分亏缺，减轻光化学系统的损伤。

植物在生长过程中受到环境胁迫时，通常会首先通过生理生化作用进行自身调节，进而在生长量方面进行表观形态体现。因此，通过研究植物体内生理生化物质多少的变化，可以作为反映植物受到逆境伤害程度的重要指标。渗透调节是植物适应干旱环境的重要生理机制，植物通过积累游离脯氨酸和可溶性糖等物质来降低渗透势，从而维持正常体内生理活动。在本研究中，T2、T3的游离脯氨酸含量较CK和T1显著升高，这与杜社妮等[17]，安玉艳等[18]研究结果一致，即在T2和T3的水分条件下尾巨桉幼苗受到了一定程度的干旱胁迫，从而导致了游离脯氨酸含量的升高。MDA作为衡量膜脂过氧化作用的重要指标，能反映植物对逆境的适应性，本研究中，CK、T2、T3三个处理下MDA含量均要高于T1，而CK与T2差异不显著，这与薛立等[19]，刘奕清等[20]研究一致，表明土壤水分含量过多和过少都会对尾巨桉幼苗膜系统造成伤害。POD作为活性氧防御物质，能够消除植物体内产生的H2O2对细胞膜的毒害。本研究发现，随着土壤含水量下降，尾巨桉幼苗POD活力逐渐升高，对清除体内活性氧，减轻干旱胁迫伤害有积极作用。这与范苏鲁等[21]、金忠民等[22]研究结果相似。根系是吸收水分和养分的主要器官，同时也能够最直接感受土壤含水量的变化，本研究中随着土壤含水量下降，根系活力逐渐降低，其中T2、T3的根系活力显著降低，这与黄鹤丽等[23]、严美玲等[24]研究结果类似，说明此时尾叶桉幼苗根系不能进行正常的生长，从而不能提供地上部分的营养物质，而且根系活力与脯氨酸含量有极显著相关性，其中的原因和原理还有待进一步的研究。

植物对逆境的适应性是多因素综合作用的结果，其各因素之间有存在着一定的相关性。通过运用主成分分析对尾巨桉幼苗10个单项指标进行综合评价，得出相互独立的两个综合指标；相关分析表明，各指标之间具有很强的关联，进而为深入研究生理变化机制提供一定的参考。最后，通过主成分分析对4种处理下尾巨桉生长及生理特性进行综合得分评价。结果说明：T1＞CK＞T2＞T3。但是由于试验测定的生长及生理指标有限性和局限性，尚未能做更全面的评价，还需要考虑其他指标，如细胞质膜透性及多种酶活性等，同时观察不同时期的变化，才能更加全面的反映各指标对水分因子的响应变化过程，以期能全面、科学的阐述植物苗木对水分逆境的适应机理，为科学合理的苗木管理提供理论依据和技术支持。

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Effects of soil moisture content on growth and physiological characteristics of Eucalyptus urophylla ×E. grandis seedlings

LIN Guo-zuo,PENG Yan,XIE Yao-jian,SHANG Xiu-hua,ZHANG Hua-lin
(China Eucalypt Research Center,Zhanjiang 524022,Guangdong,China)

A pot eхperiment was conducted to study the differences of growth and physiological characteristics performance of 2-monthold Eucalyptus urophylla ×E. grandis seedlings by using the method of weighing and controlled-water content，. setting five moisture gradient (CK、T1、T2、T3、T4). The results show that the form growth and biomass showed a decreasing trend with the decline of soil water content. Every growth indeх in treatment of CK，T1were obviously higher than those of T2、T3, while there were no significant difference between the CK and T1, meanwhile root shoot ratio of each treatment showed an upward tendency; the net photosynthetic(Pn)、Transpiration rate(Tr)、Stomatal conductance(Gs)、FV/Fmand ФPS Ⅱ appeared trends of first decreasing after increasing, while, Intercellular CO2concentration (Ci) took a trend of first rising then decreasing； free proline conten，MDA，POD activity in the treatment of T1decreased significantly, but increased under T2and T3, root activity decreased significantly, but chlorophyll content increased and there were no significant differences among the treatments of CK and T1、T1and T2. The correlation analysis shows that there were some correlations among each single indeх. Principal components analysis shows that the growth and physiological indeхes’ quality evaluation of Eucalyptus urophylla ×E. grandis seedlings under different soil water content were in order from big to small:: T1＞CK＞T2＞T3.

Eucalyptus urophylla ×E. grandis; soil water content; photosynthetic characteristics; physiological characteristics

S751; S792.39

A

1673-923X(2012)02-0035-07

2011-10-12

林业公益性行业科研专项“桉树生态经营及产业升级关键技术研究”(201104003)；轻型有机基质在林木育种中应用示范(2009GB24320480)

林国祚(1986—)，男，山东烟台人，硕士研究生，主要研究方向：工厂化育苗；Email：linguozuo123@163.com

谢耀坚(1961—)，男，湖南湘潭人，博士，研究员；主要从事桉树育种研究；E-mail:хieyj@21cn.com

[本文编校:罗 列]