花椒耐涝种质资源的筛选研究

龚霞, 陈政, 李佩洪, 唐伟, 曾攀, 吴银明

四川省植物工程研究院，四川 资中 641200

花椒原产中国，为芸香科花椒属落叶、半落叶小乔木或灌木，栽培历史悠久，分布广，适应性强，耐旱不耐涝。随着全球气候变暖，我国多地出现持续性暴雨天气，水淹成为植物最主要的逆境胁迫因子之一，可能造成农业林业作物的减产，甚至是死亡。水淹会导致土壤中氧气和光照的不足、致叶绿素的降解、气孔关闭、叶片加速衰老凋落、光合速率降低等变化[1]。植物的生长能够直观地判断植物受到淹水影响的程度，因在淹水过程中，植物的形态会随之发生改变。因此，筛选出耐涝性强的花椒品种有助于花椒产业的健康发展，具有重大意义。

目前，对花椒属植物的抗逆性研究有冬季低温条件下花椒保护酶活性[2-3]、不同花椒品种抗旱性比较[4]、水分胁迫条件下椿叶花椒抗氧化酶活性[5]、抗冻剂处理下花椒抗寒性[6]、水肥处理下汉源花椒抗逆性[7]等。但有关涝渍胁迫对花椒抗逆性方面的研究报道甚少，本研究以四川省植物工程研究院前期优选出的6种花椒种质资源为基础开展试验，从中筛选出耐涝性强的材料，以期为花椒优良种品种的选育奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在四川省植物工程研究院资中试验站（内江市资中县明兴寺镇），海拔 308 m，N29°44.29′，E104°56.38′，年均气温 17.4 ℃，极端最低气温−3.2 ℃，极端最高气温 41.9 ℃，年均日照时数 1246.5 h，年均降雨量1007.7 mm，降雨量主要分布在4—9月，土壤为沙壤土，pH值7.0。

1.2 供试材料

试验材料为四川省植物工程研究院前期通过系统调查，对比分析初步优选出的6个优良花椒种质资源材料的1年生实生苗（见表1）。

表1 试验材料基本情况Tab.1 Basic information of test materials

1.3 试验方法

1.3.1 试验处理

2018年3月，在试验站大棚内，将各试验材料定植于 460 mm×320 mm×170 mm 的塑料周转箱内，试验用土为圃内土∶泥炭土∶珍珠岩=6∶3∶1，每个周转箱装18 kg试验土。共设102个试验处理，每个材料设16个淹水处理和1个对照处理，每个处理1箱，每箱9株，缓苗3个月（6月初）后进行淹水处理。每种材料选择17箱生长基本一致、无病虫害的健康植株，其中16箱放入人工淹水槽中进行淹水处理，保持水面高于土壤表面3~5 cm，淹水时长为6 h~96 h，每增加 6 h 为 1 个处理共 16 个处理，1 箱为对照组。每个处理淹水时间结束后，取出沥水进行常规肥水管理，观察其生长情况。

1.3.2 调查指标及调查方法

淹水处理结束后连续4周，每周观察植株的形态变化、受害情况，淹水处理后1个月调查植株株高和基径生长量。出现叶片和径萎焉、干枯、变色、死亡的植株为受害植株，其中死亡的为涝害死亡植株，并计算其受害指数。

（1）株高、基径胁迫指数：株高用卷尺测量，以土壤表面径到苗顶端的距离为株高；基径用游标卡尺测量，以距离土面1 cm处的径粗为基径；后一次测量值与前一次测量值之差为株高或基径生长量。并按公式PSI=PHS/PHC计算出株高胁迫指数和基径胁迫指数。其中，PSI为生长量胁迫指数，PHS为涝渍胁迫下的生长量，PHC为对照组生长量。

（2）受害程度分级按表2进行分级，涝害指数按以下公式计算：

表2 涝害分级及各级代表值Tab.2 Waterlogging classification and representative values at all levels

1.4 统计分析方法

数据处理、分析与绘图采用Excel 2003进行。用模糊隶属函数法对6个花椒种质材料的新梢生长量、基径生长量以及涝害情况的测定值进行转换，用转换后的数值进行累加，取平均值对各试验材料的耐涝能力进行综合评价。隶属函数值法的计算公式如下:

若某项指标与耐涝性呈负相关，则公式转换为：

式中，U（Xij）为i树种第j个指标的隶属函数值，Xij为i树种第j个指标的观测值，Xjmin为所有树种第j个指标的最小值，Xjmax为所有树种第j个指标的最大值。U(Xij)值越大，耐涝性越强。

2 结果与分析

2.1 生长情况比较

2.1.1 株高生长量

对不同种类的花椒种质资源材料在不同涝渍胁迫时间下的株高生长量胁迫指数进行方差分析（见表3），结果显示，资源材料种类和涝渍胁迫时间对株高生长量胁迫指数的影响均达到了极显著水平。

表3 资源材料种类和涝渍胁迫时间对株高生长量胁迫指数影响的方差分析Tab.3 Variance analysis of the effect of resource types and waterlogging stress time on plant height growth stress index

由图1可见，在不同涝渍胁迫时间下，不同花椒种质资源材料的株高生长量胁迫指数不同，表明其耐涝性不同；随涝渍胁迫时间的加长，各花椒种质材料的株高生长量逐渐减小，株高生长量胁迫指数逐渐减小，但不同花椒种质材料减小的幅度不同。在涝渍胁迫48 h以前，川植-2的株高生长量胁迫指数最大，表明涝渍胁迫至48 h以前，其耐涝性均最强；涝渍胁迫直至54 h时，川植-3的株高生长量胁迫指数超过川植-2和其他几个种质材料，直至涝渍胁迫96 h时，其仍然维持较高的株高生长量胁迫指数，为0.1842，表明川植-3随涝渍胁迫时间的增加，其耐涝性逐渐增强，说明其具有较强的自我保护意识；南路大红袍虽然在涝渍胁迫6 h时株高胁迫指数最小，为0.2111，但随涝渍胁迫时间的增加，其株高胁迫指数下降幅度较小，变化较为平缓，表明其耐涝性一直处于较低的水平；川植-1和七月椒的株高生长量胁迫指数分别在涝渍胁迫90 h和96 h以后急剧下降为0，表明此时植株已死亡或停止生长。由各种质材料的株高胁迫指数的平均值可以看出，各种质材料在涝渍胁迫下株高生长量由大到小依次为：川植-2>川植-3>九叶青>七月椒>川植-1>南路大红袍。

图1 不同涝渍胁迫下各花椒种质的株高生长量胁迫指数Fig.1 Stress index of plant height growth of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources under different waterlogging stress conditions

2.1.2 基径生长量

对不同花椒种质资源在不同涝渍胁迫时间下的基径胁迫指数进行方差分析，结果表明，不同资源材料类型和不同的涝渍胁迫时间对基径生长量胁迫指数的影响均达到了极显著水平（见表4）。

表4 资源种类和涝渍胁迫时间对基径胁迫指数影响的方差分析Tab.4 Variance analysis of the effect of resource types and waterlogging stress time on basal diameter stress index

由图2可知，各花椒种质材料随涝渍胁迫时间的增加，基径生长量逐渐减小，基径生长量胁迫指数逐渐减小，种质不同，减小的幅度不同。与对照组相比，川植-3在整个处理过程中，基径生长量胁迫指数的变化较其他几个种质材料的变化小、变化较为平缓，且维持在较高的水平，在涝渍胁迫至96 h时，其他几个材料的基径胁生长量迫指数迅速降低接近为0时，川植-3的基径生长量胁迫指数仍维持在0.3556；其次为川植-2、七月椒和南路大红袍，三者在涝渍胁迫至84 h以前差异不明显，84 h以后，七月椒和南路大红袍基径生长量胁迫指数迅速下降，至96 h时，南路大红袍基径生长量胁迫指数仅为0.0682，七月椒基径生长量胁迫指数下降至0，所有植株停止生长，川植-2在涝渍胁迫84 h-96 h之间变化不明显，96 h以后基径生长量胁迫指数急剧下降至0；在涝渍胁迫下，基径生长量胁迫指数变化最为剧烈是九叶青和川植-1，九叶青在涝渍胁迫6 h后基径生长量胁迫指数迅速下降，但涝渍胁迫至18 h以后基径生长量胁迫指数变化相对平缓，至96 h时，基径生长量胁迫指数维持在0.0655，川植-1随胁迫时间增加，基径生长量胁迫指数急剧下降，至90 h时，基径生长量胁迫指数下降至0。由各种质材料的基径生长量胁迫指数的平均值可以看出，在整个涝渍胁迫过程中，各材料的基径生长量由大到小依次为：川植-3>川植-2>南路大红袍>七月椒>川植-1>九叶青。

图2 不同涝渍胁迫下各花椒种质的基径生长量胁迫指数Fig.2 Stress index of basal diameter growth of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources under different waterlogging stress conditions

2.2 形态变化及受害情况

本试验发现，花椒受涝渍胁迫达到一定程度后，植株开始出现叶片发黄、萎焉、焦枯、茎干枯、植株死亡等涝害症状。部分耐涝性强的植株，在一定时间的涝渍胁迫解除后，受害叶片部分脱落后，植株还能恢复正常的生长。川植-3在涝渍胁迫60 h以前表现均正常，涝渍胁迫至66 h才出现叶片的轻微萎焉，涝渍胁迫84 h后第4周才出现植株死亡；川植-2在涝渍胁迫42 h均未出现涝害症状，涝渍胁迫48 h在淹水结束第2周才表现出少量黄叶、萎焉，涝渍胁迫54 h第一周便出现植株死亡；九叶青在涝渍胁迫36 h时，未出现任何涝害症状，涝渍胁迫至42 h时，第3周植株出现轻微的黄叶，至涝渍胁迫54 h时，出现植株死亡；其次为川植-1在涝渍胁迫30 h时无任何涝害现象，涝渍胁迫36 h第一周时间出现涝害症状，第二周出现植株死亡。而七月椒和南路大红袍在涝渍胁迫6 h后第一周便陆续出现涝害症状，分别在涝渍胁迫6 h和24 h第1周出现植株死亡。

图3—图8为各花椒种质资源经过不同时间的涝渍胁迫后四周内，涝害指数随时间增加的变化图。由图可见，同一种质资源材料在相同涝渍胁迫时间后，随时间的增加，涝害症状逐渐加重，涝害指数逐渐增加；同一种质资源材料随涝渍胁迫时间的增加，涝害指数逐渐增大，但不同种质资源材料增大的幅度不同，其中，七月椒增加幅度最大，第4周时涝渍胁迫78 h及以后者涝害指数均增加为100.00%，植株全部死亡；其次为川植-1，第4周时涝渍胁迫90 h及其以后者涝害指数增加为100.00%；再者为川植-2，在第4周时涝渍胁迫96 h处理的植株涝害指数增加为100.00%；增加幅度最小的为川植-3，涝渍胁迫96 h第4周其涝害指数仅为55.56%；其次为九叶青和南路大红袍。另外，在相同涝渍胁迫时间下，不同种质资源材料也呈现不同程度的涝害，在涝渍胁迫≤30 h时，九叶青、川植-1、川植-2、川植-3均未表现出涝害症状，尤以川植-3最为明显，在涝渍胁迫66 h后第4周涝害指数仅为5.56%；而七月椒和南路大红袍对涝渍胁迫较为敏感，在涝渍胁迫6 h后第4周涝害指数分别达22.22%、12.50%。

图3 A在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.3 Changes of waterlogging damage index of A with different waterlogging stress time

图4 B在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.4 Changes of waterlogging damage index of B with different waterlogging stress time

图5 C在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.5 Changes of waterlogging damage index of C with different waterlogging stress time

图6 D在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.6 Changes of waterlogging damage index of D with different waterlogging stress time

图7 E在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.7 Changes of waterlogging damage index of E with different waterlogging stress time

图8 F在不同涝渍胁迫时间后涝害指数随时间变化图Fig.8 Changes of waterlogging damage index of F with different waterlogging stress time

由表5不同花椒种质的平均涝害指数可见，各种质材料涝害程度由小到大依次为：川植-3<九叶青<川植-2<川植-1<南路大红袍<七月椒。

表5 各花椒种质的平均涝害指数Tab.5 Average waterlogging damage index of Zanthoxylum bungeanum germplasm resources

2.3 耐涝性综合评价

表6为各花椒种质材料的耐涝性综合评价隶属值，由表可知，各种质材料的耐涝性强弱依次为：川植-3>川植-2>九叶青>川植-1>七月椒>南路大红袍。

表6 耐涝性综合评价隶属值Tab.6 Subordinate value of comprehensive evaluation of waterlogging tolerance

3 结论和讨论

（1）水分作为植物吸收养分过程的有效载体，是植物幼苗生长期间的重要限制因素。虽然水分是植物生长所必需的因子，但是当供给水分高于土壤的需求时会产生水分胁迫。水分胁迫是植物最普遍的胁迫形式之一，植物长时间受到逆境胁迫，会影响其生长严重时还会导致死亡[8]。抗逆性强的植株对逆境的胁迫不敏感，生长受到的影响较小。

（2）植物在涝渍胁迫下，叶片相对含水量减少，气孔阻力增大，使得气孔导度下降，不同程度的造成叶片萎蔫[9]。本试验发现，各花椒材料在受到涝渍胁迫时，首先表现为叶片萎蔫，随着涝渍胁迫时间的加长，叶片逐渐干枯、脱落，最后植株死亡；解除涝渍胁迫后，部分恢复的受害植株会出现短时间的叶片发黄、脱落等现象。

（3）作物的抗逆性是一个受多种因素影响的复杂数量性状，且不同品种的抗逆机制存在差异，从而使得不同品种在逆境条件下对某一具体指标的反应也不尽相同。因而单一指标难以全面、准确地反映作物品种抗逆性的强弱，应用多指标来综合评价作物对逆境的适应能力。采用综合指标方法进行评价能克服单一指标评价的缺点，本试验采用隶属函数法对6种花椒资源材料的一年生幼苗淹水处理后的生长量以及受害情况等进行综合评价。评价结果显示，各花椒种质资源材料的耐涝性强弱依次为：川植-3>川植-2>九叶青>川植-1>七月椒>南路大红袍。

（4）长期生产实践表明：竹叶花椒（Zanthoxylum armatumDC.）耐涝性普遍强于花椒（Zanthoxylum bungeanumMaxim.）。本试验结果显示：除川植-3外，其余花椒（种）种质资源耐涝性普遍不如竹叶花椒（种）种质资源，与实际生产相符。其中花椒（种）种质材料川植-3表现出明显优于竹叶花椒的耐涝性，可能与其长期恶劣的野外生存环境有关，使其对于瘠薄、潮湿环境具有较强的适应性。因此，川植-3可作为优良耐涝花椒新品种培育材料加以利用。

本试验是在人工淹水条件下进行的，且仅从表观形态方面对花椒种质资源的苗期耐涝性进行的研究，而栽培环境下的涝渍胁迫有所不同，本试验未考虑不同涝渍胁迫的交替变化、环境温度、湿度对植株耐涝性表现的影响，且随着植株的生长，其耐涝表现可能会有所变化，花椒种质资源在不同环境中的耐涝性及其内部机理还需进一步研究。在实际生产中，花椒品种的选择既要考虑品种本身的耐涝性，同时也要考虑当地的立地条件，合理选择适合当地的花椒品种。