土壤pH值对极小种群毛枝五针松生理特性的影响1)

康洪梅　张珊珊　杨文忠　李云琴

(云南珍稀濒特森林植物保护和繁育国家林业局重点实验室(云南省林业科学院)，昆明， 650201)



土壤pH值对极小种群毛枝五针松生理特性的影响1)

康洪梅张珊珊杨文忠李云琴

(云南珍稀濒特森林植物保护和繁育国家林业局重点实验室(云南省林业科学院)，昆明， 650201)

摘要幼苗建成期是毛枝五针松(Pinuswangii)天然更新的关键阶段，为找出影响毛枝五针松幼苗存活的关键生态因子，采用植物生理学方法，研究在7个酸碱度土壤培育下，毛枝五针松松针超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶活性(POD)活性和脯氨酸、可溶性糖质量分数及丙二醛(MDA)摩尔质量浓度的变化。结果表明：毛枝五针松在弱碱土壤中抗逆性更强，形态观察得知其在弱碱性土壤中生长更好；生理指标测定结果表明，土壤在pH=7.69～8.42时最适宜毛枝五针松幼苗的生长发育。

关键词极小种群植物；毛枝五针松；土壤酸碱度；生理特性

毛枝五针松(Pinuswangii)隶属于松科(Pinaceae)松属(Pinus)白松亚属(Subgenus)，是云南特有种[1]，被列为国家Ⅱ级重点保护野生植物、IUCN极度濒危种[2]和优先拯救保护的极小种群野生植物[3-4]。2011年7—11月笔者在云南省文山州毛枝五针松的分布区开展了深入细致的调查研究。结果显示：毛枝五针松野生资源稀少，仅有358株，木材蓄积量仅为22.844 4 m3，种群数量小，自然更新差[5]。同时毛枝五针松的天然分布区主要是石灰岩地区，其木材致密、具香气，是当地百姓制作家具的优良材料，遭偷砍盗伐严重，所以加强毛枝五针松的拯救保护迫在眉睫。

植物的生长对土壤酸碱度的适应能力是有一定范围的，超出其生长范围就会直接或间接影响植物的生长发育，甚至对植物产生毒害作用[6-7]。毛枝五针松分布于云南省文山州麻栗坡、西畴和马关3个县的石灰岩地区，分布地土壤为石灰岩风化的红色石灰岩土，土壤瘠薄，呈碱性[5]。土壤酸碱度对毛枝五针松幼苗的培育起关键作用，人工培育毛枝五针松发现其幼苗存活率极低。目前国内外对毛枝五针松的研究极少，仅有的相关报道为毛枝五针松野生资源调查[5]以及12个五针松属植物的亲缘关系分析的研究[8]；而对毛枝五针松的苗木培育、关键生态因子等方面的研究还未见报道。本研究通过测定7个土壤酸碱度(主要是碱性)梯度下，毛枝五针松幼苗松针内超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性和脯氨酸、可溶性糖质量分数及丙二醛摩尔质量浓度的变化，来分析土壤酸碱度对毛枝五针松幼苗生长的影响，从而得出毛枝五针松种苗繁育的最适土壤酸碱度，为极小种群毛枝五针松的合理保护提供依据。

1材料与方法

1.1材料

供试材料为种植在云南省林业科学院的盆栽1年生毛枝五针松实生苗，土壤带盆质量为2.0 kg；实验前，所有幼苗的处理条件一样，选取株高、长势相对均匀的幼苗进行处理实验；室内试验于云南大学植物科学研究所内进行。

1.2方法

1.2.1毛枝五针松幼苗处理

因毛枝五针松野外生存环境为石灰岩山地，土壤偏碱性(pH>7.0)，故本研究对实验材料进行7个pH值梯度处理。处理1(T1)：10 mL浓盐酸(HCl)稀释至500 mL(2% HCl)；处理2(T2)：5 mL浓盐酸稀释至500 mL(1% HCl)；处理3(T3)：500 mL蒸馏水；处理4(T4)：2 g氢氧化钠(NaOH)溶于500 mL蒸馏水中(0.2% NaOH)；处理5(T5)：4 g氢氧化钠溶于500 mL蒸馏水中(0.4% NaOH)；处理6(T6)：6 g氢氧化钠溶于500 mL蒸馏水中(0.6% NaOH)；处理7(T7)：8 g氢氧化钠溶于500 mL蒸馏水中(0.8% NaOH)。每个盆浇入300 mL处理液，每个处理5个重复；然后每隔1 d对每个盆进行20 mL水分补充，直至实验结束。为了减小其他气候因素的影响，试验过程在气候相对稳定的温室大棚中进行，处理时间为2014年7月23日—8月4日。

处理1 d后测定土壤pH值，取花盆中央土壤约2 cm3，于干燥烧杯中，加入与所取土壤等体积的蒸馏水，混匀，用pH计进行测定，得出T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7的pH梯度分别为4.99、6.37、7.69、8.42、9.96、10.29、11.27。

1.2.2测定指标及方法

处理结束后取每个pH梯度的毛枝五针松松针进行生理成分测定。过氧化物酶活性测定采用愈创木酚比色法[9]，超氧化物歧化酶活性采用试剂盒(上海生工生物)进行测定，脯氨酸质量分数测定采用茚三酮显色法[10]，丙二醛摩尔质量浓度测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[10]，可溶性糖质量分数测定采用蒽酮法[11]；采用Microsoft Office Excel 2007对数据进行初步分析，用SPSS 19.0的单因素方差分析(One-way ANOVA)对不同pH梯度下生理成分进行数据显著度分析。

2结果与分析

2.1过氧化物酶活性活性

在不同的土壤pH值处理下，毛枝五针松松针过氧化物酶活性活性出现显著差异(P<0.05)。以pH=7.69(蒸馏水)处理后过氧化物酶活性活性作为对照，则pH=6.37、pH=8.42的处理松针过氧化物酶活性活性均显著高于蒸馏水处理的过氧化物酶活性活性55.98 U·g-1·min-1(P<0.05)；pH=9.96时过氧化物酶活性活性与蒸馏水处理对比差异不显著(P>0.05)；而pH值最大的两个处理(pH=10.29、pH=11.27)过氧化物酶活性活性分别是14.01和34.37 U·g-1·min-1，远远低于蒸馏水处理(表1)。6.37

2.2超氧化物歧化酶活性

随着土壤pH值的变化，毛枝五针松幼苗松针的超氧化物歧化酶值出现显著差异(P<0.05)，超氧化物歧化酶活性最高出现在pH=7.69时，达32.60 U·g-1；pH值过大或过低时，松针超氧化物歧化酶活性均较低，最小为pH=11.27处理时，仅为13.75 U·g-1，与最大值差异显著(P<0.05)；pH=6.37、pH=8.42和pH=9.96时超氧化物歧化酶活性也相对较高(表1)。超氧化物歧化酶活性变化也显示出在土壤酸碱度不同的状况下，毛枝五针松松针中超氧化物歧化酶对其土壤的酸碱逆境状态的抗性的不同，土壤6.37

2.3脯氨酸质量分数

毛枝五针松松针脯氨酸质量分数在pH=7.69和pH=8.42处理后最高，分别为15.40和15.18 mg·g-1，与其他处理差异显著(P<0.05)；pH≤6.37处理和pH≥9.96处理后，脯氨酸质量分数在同一水平，约7 mg·g-1，差异不显著(P>0.05)(表1)。这说明毛枝五针松在土壤强酸强碱状态下，对逆境的适应能力低下，仅在7.69≤pH≤8.42范围内能生成大量的脯氨酸来抵抗逆境，是对逆境的一种适应性反应。

2.4丙二醛摩尔质量浓度

植物体内丙二醛摩尔质量浓度能直接反应植物的受危害程度，它与植物的抗逆性呈负相关。表1所示，毛枝五针松在pH=7.69处理后丙二醛摩尔质量浓度最低，仅6.35 nmol·g-1，其受损伤程度最低；其次是pH=9.96的处理，丙二醛摩尔质量浓度为7.74 nmol·g-1；pH=8.42和pH=6.37处理后，毛枝五针松松针中丙二醛摩尔质量浓度也较低；丙二醛摩尔质量浓度最高的处理是pH最大时也就是pH=11.27处理，此时达15.72 nmol·g-1，与6.37≤pH≤9.96范围内的丙二醛摩尔质量浓度差异显著(P<0.05)。毛枝五针松在6.37≤pH≤9.96内，产生的丙二醛相对较少，抗逆性较强。

2.5可溶性糖质量分数

毛枝五针松在土壤酸碱度在pH=8.42和pH=7.69处理后，毛枝五针松松针中可溶性糖质量分数较高，分别为4.94和5.25 mg·g-1，与pH>8.42处理的可溶性糖质量分数1.80 mg·g-1呈显著差异(P<0.05)；土壤pH<6.37及pH=9.96时，毛枝五针松可溶性糖质量分数保持中等水平，约3.5 mg·g-1，与其他处理均差异不显著(P>0.05)。碱性条件下，可溶性糖质量分数随着土壤碱性的增强而降低，说明强碱性土壤会抑制毛枝五针松幼苗的生长。而7.69≤pH≤8.42土壤状况下毛枝五针松可溶性糖质量分数均最高，这在一定程度上反应出毛枝五针松适宜生长在弱碱性土壤环境下，此时抗逆性最强。

表1　土壤pH值对毛枝五针松生理特性的影响

注：同列不同小写字母代表不同土壤酸碱度处理之间的差异显著(P<0.05)。

2.6形态观察结果

采用不同梯度处理后毛枝五针松生长状况表现出不同，10 d后明显表现出在两个酸性土壤条件下毛枝五针松生长明显比碱性条件下生长的更健康。酸碱处理15 d后，土壤pH≥9.96处理后的毛枝五针松全部萎焉发黄；而6.37≤pH≤8.42处理的毛枝五针松无萎焉现象，直到处理20d后，pH≥9.96处理的毛枝五针松全部死亡；6.37≤pH≤8.42处理后的毛枝五针松则一直保持健康存活状态。

3结论与讨论

土壤pH值对植物的生长有着重要的影响，尤其是对植物幼苗阶段的生长和土壤养分的有效利用起关键作用[11]。由于植物自身遗传特性和对环境适应性的差异，不同植物的生长发育对土壤pH值的要求不同[12]。本研究综合分析表明：pH=7.69～8.42范围内的土壤相对更有利于毛枝五针松幼苗的生长，毛枝五针松在酸性土壤条件下更适宜生存。王庆等的研究表明多叶羽扇在酸性土壤条件下，抗性增强，且其最适土壤pH=6.7，此时其抗性最强[13]。蓝莓生长的适宜土壤pH值范围与土壤类型有关，pH值过高或过低都会影响蓝莓的生长，在大兴安岭暗棕壤土上，矮丛蓝莓“美登”最适宜pH值范围为4.0～4.5，半高丛蓝莓“北村”最适宜pH值范围为4.5～5.0[14]。王京元等的研究表明，大豆在pH=6.6～7.8的土壤上都能正常生长，酸性的土壤环境有利于植物生长素的合成，而碱性土壤则起抑制作用，大豆株高随土壤pH值的升高而呈现下降的趋势[15]。土壤酸碱度对植物生长的影响通过间接影响土壤理化因素、生物因素[16]和直接影响植物的形态、吸收、生长发育和产量来实现[17]。土壤pH值会影响莴苣、芹菜各部位对Cd、Zn的吸收，随土壤pH升高Cd、Zn浓度呈下降趋势[18]。在盆栽条件下，雁山普通野生稻适宜的土壤pH值范围为6.0～7.4，在此pH值范围内环境对其生长起促进作用[13]。过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶、脯氨酸、丙二醛和可溶性糖均能一定程度上反映植物的抗逆性强弱，本研究通过对它们的测定得出，毛枝五针松在土壤酸碱度为pH=7.69～8.42时更适宜生长，相对其他非石灰岩地区物种更适应弱碱性土壤，相反对酸性土壤的适应性较弱。

毛枝五针松幼苗培育和种群保护的指导建议：毛枝五针松种群数量极少，野外生存状况堪忧，人工扩大种群范围，保护其生境尤其重要。本研究结果表明毛枝五针松在弱碱性环境下生长更好，这对人工种苗繁育和人工种群的迁地保护提供了很好的参考。应在人工育苗时选择呈弱碱性的土壤或人工改善其土壤酸碱度，结合其他育苗措施能在一定程度上提高幼苗存活率。为扩大其种群数量，应将人工成功繁育的毛枝五针松回归自然；在此过程中应选择土壤酸碱度为弱碱性的土壤进行人工种群培育，为种群的存活和发展打下基础，更为有效保护极小种群植物毛枝五针松提供保证。

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Effects of Soil pH on Physiological Characteristics ofPinuswangii

Kang Hongmei, Zhang Shanshan, Yang Wenzhong, Li Yunqin

(Key Laboratory of Rare and Endangered Forest Plant of State Forestry Administration, Yunnan Academy of Forestry, Yunnan 650201, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(6)：4-6,10.

For the physiological index changes ofPinuswangiiunder different soil pH values, we tested five physiological indices in seedling needles with seven soil pH gradients by using the method of plant physiology. The indices tested were the activity of SOD, POD and the change of proline, soluble sugar and MDA content, while the morphological characters of seedlings were observed.P.wangiihas adaptability of alkalescent soil, it grew better in alkalescent soil than in other soil, and the soil pH of 7.69-8.42 is the most suitable for the growth and development ofP.wangii.

KeywordsPlant with extremely small populations;Pinuswangii; Soil pH; Physiological characteristics

第一作者简介：康洪梅，女，1987年9月生，云南珍稀濒特森林植物保护和繁育国家林业局重点实验室(云南省林业科学院)，研究实习员。E-mail:kanghongmei2005@126.com。 通信作者：杨文忠，云南珍稀濒特森林植物保护和繁育国家林业局重点实验室(云南省林业科学院)，副研究员。E-mail:wzyang2004@126.com。

收稿日期：2015年11年5日。

分类号Q945.31

1)国家自然科学基金项目(31460119)；国家林业局珍稀濒危物种野外救护与繁育项目(2014YB1004、2015YB1021)；云南省应用基础研究青年项目(2013FD075)；云南省极小种群物种拯救保护项目(2015SX1001、2016SX1018)。

责任编辑：戴芳天。