外源钙对高温期铁冬青幼苗生理特性的影响

张光贵

(广东省夯实生态环境有限公司，广东 博罗 516100)

1 引言

铁冬青(IlexrotundaThunb.)，别名救必应、熊胆木、万紫千红等，属冬青科亚热带常绿树种，树体高可达20 m，枝叶繁茂，花呈黄色，而果熟时红若丹珠，既能形成隐蔽的环境，又能产生色彩丰富的景色效果，是理想的园林观赏树种[1,2]。铁冬青叶子燃烧时仅形成黑色小圈，防火效果优良。此外，铁冬青入药具有清热解毒、消肿止痛的作用，枝叶能作造纸原料，树皮可提制染料和栲胶，木材作细工用材，开发利用价值极高。铁冬青一般生于海拔400～1100 m的山坡常绿阔叶林中和林缘，野外多生于山间林缘和向阳山坡或溪谷两旁，喜温暖湿润气候和疏松肥沃、排水良好的酸性土壤。目前，主要分布我国长江流域以南、朝鲜、日本等地[3,4]。

铁冬青为耐荫树种，过高的热量条件尤其在幼苗期，会受到明显的高温胁迫伤害，从而导致苗木生长受到抑制甚至直接脱水萎蔫而亡。广东省属热带和亚热带季风气候区，雨热条件充沛，尤其在7～8月份，气温一般高达35～39 ℃，极易发生热害。研究证明，钙作为植物生长中重要营养元素，参与多种生理代谢过程[5～9]，在提高植株抗逆性方面效果明显[10～15]。因此，本研究以广东博罗县7月份在自然条件下培育的铁冬青幼苗为试验材料，通过设置不同浓度的氯化钙处理，探讨了外源钙对高温期铁冬青幼苗相关生理指标的变化，以期揭示钙在提高铁冬青耐热性方面的应用潜力，为铁冬青的高效栽培提供科学参考。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验地位于广东省博罗县，地理位置114°17′44″ E，23°11′12″ N，气候属南亚热带季风气候，年平均气温22 ℃，7月份最高气温33～37 ℃，最低气温24～27 ℃，年平均降雨量为1918 mm，年平均日照1872 h，无霜期长达357～362 d。

2.2 试验方法

2.2.1 试验材料与设计

在前期试验基础上，于2020～2021年在苗圃地进行试验。以广东境内生长的形质优良的铁冬青优树为采种母树，以培育的高径生长量无显著差异的1年生铁冬青实生苗为试验材料，采用盆栽法进行研究。试验用盆规格为直径40 cm、深30 cm，供试土壤为风干土12 kg，其碱解氮、速效钾、速效磷及钙含量分别为68.3、46.2、15.4和1.7 mg/kg。2021年6月30日，以不施钙(氯化钙)处理为对照(CK，C0)，设CaCl2浓度分别为3(C1)、6(C2)、9(C3)和12(C4)g/株，共5个处理，以基肥形式一次性施入钙肥，每处理3重复，每重复栽种50盆。试验期间除施肥外，其他苗木管理措施按常规方法进行。

2.2.2 指标测试

分别于施钙肥后气温高于35 ℃的第2(7月2日)、8(7月8日)、16(7月16日)、30(7月30日)d的14:00左右，采集各处理植株中上部功能叶进行相关生理指标测试。其中，试验期间气温的变化如图1。

图中黑色实线表示高温线，黑色圆点为采样测试指标时间点

测试指标主要包括：

叶绿素含量。采用手持式叶绿素测定仪测定活体叶绿素。每株选取1片功能叶，每片叶随机选取5个不同部位，每重复测试3株，根据记录数据计算平均值。

可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性参照李合生[16]的方法进行测定。

2.3 数据处理

数据采用Excel 2007进行制图，用SPSS19.0软件进行单因素方差分析，用LSD法进行处理间多重比较(P<0.05)。

3 结果与分析

3.1 叶绿素含量变化

光合作用是与植物生长发育密切相关的生理代谢活动，为植物提供物质来源与能量来源[17～19]。叶绿素是植物进行光合作用的场所，其含量高低直接反映植株光合能力的变化 。由图2可知，在高温条件下，不同施钙处理间供试植株叶片叶绿素含量差异显著。其中，施钙2 d(7月2日)时，C3(9 g/株)≈C4(12 g/株)>C0(0 g/株)≈C1(3 g/株)≈C2(6 g/株)；施钙8 d(7月8日)时，C2≈C3≈C4>C0≈C1；而施钙30 d(7月30日)后，C3>C2>C1>C0≈C4。这说明，施钙影响了高温条件下铁冬青幼苗叶片中叶绿素水平，短期(2～8 d)内施用较高浓度的钙(9～12 g/株 CaCl2)能显著增加叶片中叶绿素含量，但施钙30 d时以9 g/株施用量的效果最佳，而在12 g/株施用量处理下，叶片中叶绿素含量与对照处理(C0)无差异，均显著低于3～9 g/株施钙处理。

图中不同小写字母表示同一观测时间不同钙处理间显著差异性(P<0.05)，下同

3.2 可溶性蛋白含量变化

蛋白质合成和降解与植物耐热性密切相关，通常耐热性越强，蛋白质种类越丰富，含量越高[15]。从图3可以看出，在整个试验期间，施用9 g/株 CaCl2处理叶片中可溶性蛋白含量，除在施钙早期(2 d)与12 g/株施钙处理无差异外，在施钙8～30 d期间均显著高于其他任何施钙处理。值得注意的是，在12 g/株 CaCl2处理下，随着施钙时间延长呈现出明显的下降趋势。这说明，施用9 g/株 CaCl2能显著增加叶片中蛋白含量，但过高浓度的施钙量在施钙后期则会导致蛋白质含量下降。

图3 外源钙对高温期铁冬青幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响

3.3 MDA含量及抗氧化酶活性变化

质膜透性反映植株遭受逆境胁迫的伤害程度。MDA含量越高，代表质膜透性越大[14,15]。由图4可以看出，在整个试验施钙处理期间，MDA含量随处理时间增加呈上升趋势。但整体上看，无施钙C0处理下叶片中MDA含量最高，而C3和C4处理下MDA含量较低。从保护膜系统的3种抗氧化酶活性变化来看，随着施钙处理时间延长，SOD活性呈先上升后下降趋势，而POD和CAT活性呈逐渐下降趋势。其中，各施钙处理SOD 活性峰值出现在施钙后第8 d，POD、CAT活性峰值则出现在第2 d，且在任一观测时间3种抗氧化酶活性均以C3处理下较高，而对照C0处理下较低。这说明，施用适量的外源钙显著降低了铁冬青幼苗在高温期遭受的胁迫伤害，抗氧化酶活性增强，质膜透性减小。

图4 外源钙对高温期铁冬青幼苗叶片MDA含量及抗氧化酶活性的影响

4 结论与讨论

由于全球气候变暖，近年来我国多地正遭受着高温热浪的天气。大量研究表明，在≥35 ℃的持续高温环境条件下，植物会遭受不同程度的生理性热害，严重时直接造成植株死亡[14]。铁冬青开发利用前景广阔，是广东省重要的造林树种[2]。试验调查发现，铁冬青环境适应性强，抗逆性好，喜温暖湿润环境，为耐荫树种，但其幼苗对环境光照与热量条件较为敏感，尤其在光照与热量充沛的夏季高温期幼苗死亡现象极为严重。探索在35 ℃以上高温期降低铁冬青幼苗热害的措施，对光热充足的广东省开展铁冬青高效培育具有重要的生产意义。钙是植物生长必需的矿质营养元素之一，同时作为第二信使，调控着光合、呼吸、水分代谢等多种重要生理代谢过程[5]。本试验以氯化钙作为外源钙，通过施用0～12 g/株 CaCl2发现，高温期不同钙处理下铁冬青幼苗生理指标变化明显。

以往研究证明，钙是叶绿体行使其功能所必需重要组成成分，增施外源钙可使叶绿体数量增加，光合能力增强[20]。植物遭受高温热害时，叶绿体结构被破坏，光合色素降解，进而引起叶绿素含量下降[15]。本试验研究结果表明，施钙能迅速增加高温期铁冬青幼苗叶片中叶绿素含量，但在施钙30 d后，高浓度的钙施量却未能显著改善叶片中绿素水平。这表明了适量的钙施用，有效缓解了铁冬青幼苗遭受的生理热害，叶绿素含量增加，但钙同时作为第二信使，高浓度外源钙可能会引起细胞内钙离子增加，从而导致磷酸盐发生沉淀，ATP能量减少，酶活性降低，生理代谢活动紊乱，进而出现钙毒害现象。本试验在9 g/株 CaCl2处理下，整个试验期间叶绿素含量呈上升趋势且显著高于其他任何施钙处理，而在12 g/株 CaCl2处理下则表现为先上升后下降的趋势，表明高温期供试铁冬青幼苗CaCl2的施用量阈值为9 g/株。

蛋白质含量与植物耐热性有关，通常耐热品种蛋白含量高于不耐热品种[21]。在施用9 g/株 CaCl2处理下，高温期铁冬青幼苗叶片中蛋白含量显著增加，说明该钙处理下铁冬青幼苗的耐热性增强。高温会抑制幼苗的生长，并造成幼苗死亡，究其原因主要在于其膜系统完整性遭到破坏。植物通过增加保护膜系统的抗氧化酶活性，可实现抗逆能力增强。在本试验期间，MDA含量整体表现为上升趋势，但均以9 g/株 CaCl2处理下MDA含量最低，这反映了在高温期无论施钙与否铁冬青幼苗均遭受到了一定的热害，质膜透性逐渐加大，但9 g/株 CaCl2的施用量能有效降低MDA含量。SOD、POD和CAT 3种抗氧化酶活性，在9 g/株 CaCl2处理下均表现最高。从试验期间3种酶活性变化趋势来看，SOD为先上升后下降，而POD、CAT为逐渐下降趋势，酶活性峰值各出现在第8 d和第2 d，说明相较SOD，POD、CAT对外源钙敏感性更强，更适合作为判断铁冬青幼苗对外源钙生理响应的可靠指标。