不同复壮措施对平欧杂种榛细根生理特性的影响1)

时文侠 卢明艳 史彦江 宋锋惠 张萍

(新疆农业大学，乌鲁木齐，830052) (新疆林业科学院经济林研究所) (新疆农业大学)

平欧杂种榛(CorylusheterophyllaFisch.×CorylusavellanaL.)是由引入的欧洲榛(CorylusheterophyllaFisch.)与我国原产的平榛(C.avellanaL.)通过种间远缘杂交选育而来的优良品种[1]。从2001年开始，新疆林业科学院陆续引进平欧杂种榛不同资源，开展引种、筛选与示范推广。目前，新疆多数榛园刚进入盛果期或正值盛果期，这一时期需要消耗大量营养物质，枝条和根系生长受限，树冠达到最大限度。在这种情况下，由于果园经营管理措施不当，其中主要是水肥管理不当、未能及时清园以及修剪不合理等问题，导致近年来，部分榛园的榛树出现了未老先衰现象，主要症状表现为刚进入盛果期或正值盛果期的榛树生长势态逐渐衰退，出现大量蕉叶和枯枝、甚至整株死亡的现象，榛果产量与品质下降，经济效益低下，需要及时进行更新复壮。有研究表明[2]，根系衰老早于叶片，根系衰老引发和加剧了叶片衰老，当叶片衰老逐渐开始的时候，根系的衰老己经较为严重。整个根系系统中,细根具有较高的周转速率,并且可通过高速率的周转向土壤中吸收大量养分物质，在一定程度上可以反应树体的活力状况[3]。

复壮是木本植物中一个极为关键的进程，它让植物重获生长潜力，从而恢复了植物在幼龄时期才具有的活跃生理及分子特性。国外有学者利用激素调节[4-7]、修剪促萌[8]、组织培养技术[9-11]，达到恢复树势的效果。目前，我国树木的更新复壮运用最多的还是修剪与配套管理措施相结合的方法。冯钰[12]的研究表明不论是轻度、中度或是重度回缩,只要加强管理,回缩后均能促进根系生长发育，更新根系。温健[13]的研究表明，平茬技术能够有效提高根系抗逆性，促进细根生长，更好的促进地上补偿生长，达到更新复壮的目的。王道明等人[14]虽然提出平欧杂种榛衰弱树可以采取平茬和回缩两种修剪方式进行更新复壮，但对更新后树体的生理生化特性并未做出研究。本研究根据平欧杂种榛的生长特性，以通过审定的5个品种的平欧杂种榛为材料，分别对平茬、回缩、对照3种不同处理下的平欧杂种榛细根生理指标(根系活力、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脯氨酸、丙二醛)进行研究，探究更新后平欧杂种榛细根生理特征的变化。通过本研究，阐明不同更新方式对平欧杂种榛细根生理特性影响，运用隶属函数法对榛树各品种不同处理细根的生理指标进行综合评价，比较各品种不同处理之间的差异。以期初步了解回缩和平茬后平欧杂种榛的生理机制，为平欧杂种榛的更新复壮提供参考。

1 材料与方法

试验地位于新疆乌鲁木齐市安宁渠农科院试验场平欧杂种榛栽培示范园，试验于2019年4月开始，以“新榛1号”、“新榛2号”、“新榛3号”、“新榛4号”、“新榛5号”为试验树种。试验树的选择：在同一片榛子实验地里，选择生长环境、树体长势和生长状况大致一致的榛树，10年生。每个品种3种处理：回缩、平茬、对照(不做处理，自由生长)，每个处理5个重复，共75株树。于2019年4月上旬对其进行修剪，回缩是剪断2年生以上枝段一部分，截口平整。树枝剪断后即用油漆涂封截面，以防止水分蒸发。平茬是据地面5～10 cm进行截杆，截口平整。树干锯断后即用油漆涂封截面并包裹塑料薄膜，以防止水分蒸发。

2019年7月下旬，采用根钻法获取距树干基部水平距离0～120 cm以内0～40 cm土壤里的根系，按东、南、西、北4个方向布设6～8个取样点，筛选出根系，迅速放入冰袋中保存，带回实验室，筛选出≤2 mm细根并迅速放在冰箱中-40°保存。

根系活力采用TTC法、可溶性蛋白采用考马斯亮蓝比法、超氧化物歧化酶采用氮蓝四唑法、过氧化氢酶采用紫外吸收法、过氧化物酶采用愈创木酚显色法、脯氨酸采用磺基水杨酸法测定、丙二醛采用硫代巴比妥酸法测定测量、具体测定方法参考李合生等[15]编著的植物生理生化实验原理和技术。

试验数据采用采用软件Microsoft Excel2016整理数据和制作图表，SPSS 19.0软件进行统计和单因素方差分析、双因素方差分析、相关性分析，并根据隶属函数法综合各项指标进行综合评价。具体计算公式如下[16]：

式中：X为各指标的当测值；Xmax为指标最大值；Xmin为指标最小值。将各指标的隶属函数值累加起来，求平均值，值越大，复壮效果就越好。

2 结果与分析

2.1 不同复壮处理对各品种平欧杂种榛细根根系活力的影响

由表1可知，5个平欧杂种榛品种平茬、回缩处理树组细根根系活力均值与对照树组相比分别提高了1.00、1.29倍，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理与对照树组相比根系活力分别提高了0.30、0.53倍，X2平茬、回缩处理比对照树组根系活力分别提高了1.11、1.55倍，X3平茬、回缩处理比对照树组根系活力分别提高了1.13、1.15倍，X4平茬、回缩处理比对照树组根系活力分别提高了1.77、2.08倍，X5平茬、回缩处理比对照树组根系活力分别提高0.68、1.15倍。5种品种根系活力大小顺序均为回缩、平茬、对照。方差分析结果显示，5个品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，除X3外，其他品种各处理之间呈显著差异(P<0.05)。说明通过回缩、平茬处理可以显著提高5个品种细根根系活力。

表1 不同处理时平欧杂种榛的根系活力

2.2 不同复壮处理对各品种平欧杂种榛细根丙二醛(MDA)的影响

由表2可知，5个品种平茬、回缩处理树组细根MDA质量摩尔浓度均值与对照树组相比降低了28.14%、31.9%，各处理之间无显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理与对照树组相比MDA质量摩尔浓度分别降低了28.30%、32.30%，X2平茬、回缩处理比对照树组MDA质量摩尔浓度分别降低了31.04%、32.75%，X3平茬、回缩处理比对照树组MDA质量摩尔浓度分别降低了26.34%、27.12%，X4平茬、回缩处理比对照树组MDA质量摩尔浓度分别降低37.58%、34.17%了，X5号平茬、回缩处理比对照树组MDA质量摩尔浓度分别降低35.86%、34.34%，5个品种各处理组MDA质量摩尔浓度明显低于对照树组。方差分析结果显示，5个品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，各处理之间无明显差异(P>0.05)。

表2 不同处理时平欧杂种榛细根的MDA质量摩尔浓度

2.3 不同复壮处理对各品种平欧杂种榛细根超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

由表3可知，5个品种平茬、回缩处理树组细根SOD活性均值与对照树组相比分别提高了16.23%、30.42%，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理较对照SOD活性分别提高了13.27%、42.62%，X2平茬、回缩处理较对照SOD活性分别提高了18.58%、40.37%，X3平茬、回缩处理较对照SOD活性分别提高了10.81%、12.82%，X4平茬、回缩处理较对照树组SOD活性分别提高了16.36%、33.50%，X5平茬、回缩较对照树组SOD活性分别提高了22.46%、29.18%。5种品种SOD活性由大到小顺序均为回缩、平茬、对照，方差分析结果显示，5个品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，X1、X2、X4平茬与回缩处理之间呈显著差异(P<0.05)，说明通过回缩、平茬处理可以显著提高5个品种SOD的活性。

表3 不同处理时平欧杂种榛细根的SOD活性

2.4 不同复壮处理对各品种的平欧杂种榛细根过氧化氢酶(CAT)活性的影响

由表4可知，5个品种平茬、回缩处理树组细根CAT活性均值与对照树组相比提高了31.52%、57.36%，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1回缩处理与对照相比CAT提高了150.54%，平茬提高了52.47%,X2回缩处理与对照相比CAT活性提高了24.52%，平茬提高了13.75%，X3回缩处理与对照相比CAT活性提高了29.40%、平茬提高了27.23%，X4回缩处理与对照相比CAT活性提高了44.10%，平茬提高了40.75%，X5回缩处理与对照相比CAT活性提高了70.35%、平茬47.29%。5个品种CAT活性由大到小顺序均为回缩、平茬、对照，方差分析结果显示，5个品种各处理之间、处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，说明通过回缩、平茬处理5个品种的CAT活性均得到显著提高。

表4 不同处理时平欧杂种榛细根的CAT活性

2.5 不同复壮处理对各品种的平欧杂种榛细根过氧化物酶(POD)活性的影响

由表5可知，5个品种平茬、回缩处理树组POD活性均值与对照树组相比均提高了38.67%、59.03%，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理与对照相比POD活性分别提高了46.47%、49.63%，X2平茬、回缩处理与对照相比POD活性，分别提高了24.86%、20.65%，X3平茬、回缩处理与对照相比POD活性分别提高了30.58%、80.75%，X4平茬、回缩处理与对照相比POD活性分别提高了33.24%、57.78%，X5平茬、回缩处理与对照相比POD活性分别提高了70.33%、84.72%。方差分析结果显示,5种品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，且X3、X4、X5平茬与回缩处理之间呈显著差异(P<0.05)，说明通过平茬、回缩处理可以显著提高5个品种细根的POD活性。

表5 不同处理时平欧杂种榛细根的POD活性

2.6 不同复壮处理对各品种的平欧杂种榛细根可溶性蛋白质量分数的影响

由表6可知，5个品种平茬、回缩处理树组细根可溶性蛋白质量分数均值与对照树组相比均提高了18.56%、26.14%，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理与对照相比可溶性蛋白质量分数分别提高了8.92%、11.69%，X2平茬、回缩处理与对照相比可溶性蛋白质量分数分别提高了14.53%、19.87%，X3平茬、回缩处理与对照相比可溶性蛋白质量分数分别提高了58.55%、73.51%，X4平茬、回缩处理与对照相比可溶性蛋白质量分数分别提高了10.25%、12.03%，X5平茬、回缩处理与对照相比可溶性蛋白质量分数分别提高了18.99%、37.77%。5种品种可溶性蛋白质量分数由大到小顺序均为回缩、平茬、对照。方差分析结果显示，5个品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05),且X5平茬与回缩处理之间呈显著差异(P<0.05)，说明通过平茬、回缩处理可以显著提高5个品种细根的可溶性蛋白质量分数。

表6 不同处理时平欧杂种榛细根的可溶性蛋白质量分数

2.7 不同复壮处理各品种平欧杂种榛细根脯氨酸质量分数的影响

由表7中可知，5个品种平茬、回缩处理树组细根脯氨酸质量分数均值与对照树组相比提高了63.27%、48.52%，各处理之间呈显著差异，各处理与对照之间呈显著差异；X1平茬、回缩处理与对照相比脯氨酸质量分数分别提高了23.04%、12.64%，X2平茬、回缩处理与对照相比脯氨酸质量分数分别提高了150.89%、53.5%，X3平茬、回缩处理与对照相比脯氨酸质量分数分别提高了52.31%、50.79%，X4平茬、回缩处理与对照相比脯氨酸质量分数分别提高了44.11%、47.87%，X5平茬、回缩处理与对照相比脯氨酸活性分别提高了60.94%、57.31%。方差分析结果显示,5种品种各处理与对照之间均呈显著差异(P<0.05)，且X1、X2、X4平茬与回缩处理之间呈显著差异(P<0.05)，说明通过平茬、回缩处理可以显著提高5个品种平欧杂种榛细根脯氨酸质量分数。

表7 不同处理时平欧杂种榛细根的脯氨酸质量分数

2.8 复壮处理与品种之间对平欧杂种榛细根各生理指标的影响

由表8可知，5个平欧杂种榛品种的细根根系活力、MDA质量摩尔浓度、SOD活性、CAT活性、POD活性、可溶性蛋白、脯氨酸质量分数不同处理之间呈极显著差异，品种之间呈极显著差异，而处理与品种互作除对MDA质量摩尔浓度影响不显著，对其他生理指标影响极显著。

表8 各生理指标双因素方差差异性

2.9 复壮处理下平欧杂种榛细根生理指标相关性分析

由表9可知，处理组与对照树组各品种平欧杂种榛细根根系活力、MDA、SOD、CAT、POD、可溶性蛋白、脯氨酸7个指标之间进行相关分析，回缩、平茬处理下5个平欧杂种榛品种细根的根系活力与SOD、CAT、POD、可溶性蛋白、脯氨酸呈极显著正相关，与MDA呈极显著负相关。

表9 各生理指标间相关性

2.10 不同复壮方式各品种平欧杂种榛细根各特征指标隶属函数法综合评价

本研究选取根系活力、MDA质量摩尔浓度、SOD活性、CAT活性、POD活性、可溶性蛋白质量分数、脯氨酸质量分数7个指标，采用隶属度函数法对平茬、回缩不同复壮处理与对照树组进行综合评价。结果如表10—表14所示，新榛1号平茬、回缩两种不同处理的细根生理指标隶属函数均值分别为处理组的3.47、4.47倍，由大到小总体表现为回缩、平茬、对照。新榛2号平茬、回缩两种不同处理的细根生理指标隶属函数均值分别为处理组的3.33、3.62倍，由大到总体小表现为回缩、平茬、对照。新榛3号平茬、回缩两种不同处理的细根生理指标隶属函数均值分别为处理组的3.00、4.67倍，由大到小总体表现为回缩、平茬、对照。新榛4号平茬、回缩两种不同处理的细根生理指标隶属函数均值分别为处理组的4.92、6.00倍，由大到小总体表现为回缩、平茬、对照。新榛5号平茬、回缩两种不同处理的细根生理指标隶属函数均值分别为处理组的3.83、4.67倍，由大到小总体表现为回缩、平茬、对照。

表10 新榛1号不同复壮方式细根各特征指标隶属函数法综合评价及排序

表11 新榛2号不同复壮方式细根各特征指标隶属函数法综合评价及排序

3 结论与讨论

根系是植物吸收土壤水分、养分，合成、贮存有机物质的重要器官，根系活力水平可以直接展现出根系新陈代谢活动的强弱及生长情况，在一定程度上可以反应树体的活力状况[17]。本研究表明，5个平欧杂种榛品种平茬、回缩处理根系活力明显高于对照树组，说明平茬、回缩复壮处理后与未处理的衰弱榛树相比细根新陈代谢增强、生长情况改善。这与李美美[18]和仲宸[19]的研究结果基本一致。

表12 新榛3号不同复壮方式细根各特征指标隶属函数法综合评价及排序

表13 新榛4号不同复壮方式细根各特征指标隶属函数法综合评价及排序

表14 新榛5号不同复壮方式细根各特征指标隶属函数法综合评价及排序

MDA是细胞膜膜质被氧化生成的产物，其积累反应出活性氧毒害程度，因此，MDA质量摩尔浓度的变化可以判断植物受害程度[20]。王震研究表明[21]，通过平茬可以降低四合木细根中MDA质量摩尔浓度，减轻活性氧大量累积产生的较为严重的毒害。本研究表明，5种品种平欧杂种榛各处理组MDA质量摩尔浓度明显低于对照树组，说明平茬、回缩复壮处理后与未处理的衰弱榛树相比细根细胞膜受损程度降低，活性氧含量减少，榛树受毒害程度降低。

SOD作为第一套清除活性氧机制的重要氧化酶，主要功能就是清除氧自由基[22]。许多研究表明[23-24]，提高SOD的活性能提高植物抗性,防止膜脂的过氧化，延缓植物的衰老，使植物维持正常的生长和发育。本研究表明，通过回缩、平茬处理可以显著提高5个品种SOD的活性，进而使得氧自由基含量降低，有效减轻脂膜受损程度，延缓植物衰老，提高植物的抗性,使植物可以维持正常的生长发育。CAT是活性氧保护酶系统中重要的一员，它起到了专一清除H2O2的作用[25]。有研究表明[26]，SOD与超氧根离子反应生成H2O2和O2，体内的H2O2再CAT生成O2和H2O，从而减轻活性氧对植物的损伤。本研究结果表明，通过回缩、平茬处理5个品种的CAT活性均得到显著提高，说明平茬、回缩复壮处理后与未处理的衰弱榛树相比清除H2O2的能力得到增强，植物受活性氧的伤害程度降低。POD与SOD、CAT共同组成第一套清除活性氧机制中最主要的3种氧化酶。有研究表明[19]，POD可在逆境胁迫和植物衰老时表达，清除H2O2，能够反映植物生长发育的情况以及对外界环境的适应性。本研究表明，通过平茬、回缩处理可以显著提高5个品种细根的POD活性，使得清除H2O2能力增强，提高了根系的抗性，获得重新生长的潜力。目前，关于平茬、回缩修剪对树木细根的抗氧化酶活性影响的研究鲜有报道，关于修剪对枝条、叶片的影响存在一定的研究。董雪[27]研究表明，平茬可以提高沙冬青叶片抗氧化酶(POD、SOD、CAT)活力，有助于细胞膜完整性的保护，提高了其抗逆境胁迫的能力。徐石兰[28]在龙眼不同时间修剪对树体酶活性的研究中发现，2—5月份回缩修剪能显著提高树体SOD、POD、CAT。

植物衰老的第一步就是蛋白质发生降解，因此很多人用蛋白质含量表示植物衰老程度的生理指标。同时有研究表明[29]，植物衰老过程中蛋白质降解损失总量的90%～95%为可溶性蛋白质。本研究表明，通过平茬、回缩处理可以显著提高5个品种细根的可溶性蛋白质量分数。说明，通过回缩、平茬处理可以减少可溶性蛋白降解量，进而延缓植物的衰老。脯氨酸作为植物抗逆的指标，受逆境胁迫后，游离脯氨酸积累量与植物的抗逆强度有关，适量的脯氨酸质量分数可以提高植物抗性，可以防止植物早衰[30]。有研究表明，试验结果显示，通过平茬、回缩处理可以显著提高5个平欧杂种榛品种细根脯氨酸质量分数，脯氨酸质量分数的增加说明了平茬、回缩复壮处理后细根的抗性增强，植物抗衰老能力增强。这与董雪[27]的研究结果基本一致。

植物抗早衰机制的形成是一个复杂的过程，其衰老机制也是一个由多基因控制。目前，还不存在用一个指标来说明植物抗衰老性是最好的。而且，在不同植物间或同种植物的不同部位同一指标也不相同，因此采用多指标综合评定方法评价会更加客观准确。本试验结果表明，平茬、回缩复壮后与对照树组的隶属函数值，虽然各品种处理组与对照树组各指标变化情况不一致，不同复壮措施对各品种细根生理状况影响也不同，但是平茬、回缩复壮处理后细根生理状况明显优于对照组。运用隶属函数法对各品种不同处理间榛树细根的生理指标进行综合评价,比较了各品种不同处理之间的差异，结果表明，5个平欧杂种榛品种的隶属函数值由大到小总体均呈现为回缩、平茬、对照。回缩因修剪量较大，具有刺激较重、更新复壮的作用[31]。因此，建议对平欧杂种榛更新复壮时采用回缩修剪。但在具体评定平欧杂种榛复壮效果，还应多方面综合评价，回缩程度、留枝强弱、伤口大小以及在回缩处是否留有生长势好的、位置适当的枝条等因素，同时结合水肥管理，才能使结果更加准确、科学。