干旱胁迫下灰木莲幼苗对施氮的生长生理响应

张立洋 杨异清 梁育兴

摘  要：以灰木蓮幼苗为试验材料，在人工控制环境条件下，分析了干旱胁迫下施氮对灰木莲幼苗的生长生理的影响。结果表明：与土壤含水率为75%的对照处理相比，在土壤含水率为30%时，供试幼苗遭受了明显的干旱胁迫伤害，高径生长量显著下降，高径比增大，叶片相对水分亏缺率（RWD）增加，SOD、POD、CAT活性降低，可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量减少。施氮改善了干旱胁迫下幼苗的生长生理表现，在供试0～5 g/L NH₄NO₃4个施氮处理中，以3 g/L NH₄NO₃的施用效果最佳，幼苗高径增量增加，高径比减小，SOD、POD、CAT活性升高，可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量上升。以苗高增量、地径增量、RWD及SOD、POD、CAT活性与可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量9个指标作为评价指标，通过主成分分析综合评价，供试4个施氮处理下幼苗抗旱能力表现为：3 g/L>1 g/L>5 g/L>0 g/L NH₄NO₃。研究认为，施氮能显著改善灰木莲幼苗的抗旱性，但用氮量应控制在适宜范围。

关键词：干旱胁迫；灰木莲；氮肥；抗性评价

Responses of growth and physiology to nitrogen application in Manglietia glauca seedlings under drought stress

Zhang Liyang^1， Yang Yiqing²， LIANG Yuxing¹

1 Deqing Forest Farm， Guangdong Province    Zhaoqing 526600， China

2 Forestry Technology Extension Station of Fengkai County， Zhaoqing City， Guangdong Province    Zhaoqing 526500， China

Abstract：In this experiment， the effects of nitrogen application on the growth and physiology ofManglietia glaucaseedlings under drought stress were analyzed by weighing method under artificially controlled environmental conditions. The results showed that compared with the control treatment with 75% soil moisture content， when the soil moisture content was 30%， the tested seedlings suffered obvious drought stress injury， the height diameter growth decreased significantly， the height diameter ratio increased， the relative water deficit rate （RWD） of leaves increased， the activities of SOD， POD and CAT decreased， and the contents of soluble sugar， soluble protein and free proline decreased. Nitrogen application improved the growth and physiological performance of seedlings under drought stress. Among the four nitrogen treatments of 0-5 g / L NH₄NO₃， the application of 3 g / L NH₄NO₃had the best effect. The height-diameter increment of seedlings increased， the height-diameter ratio decreased， the activities of SOD， POD and CAT increased， and the contents of soluble sugar， soluble protein and free proline increased. The nine indexes of seedling height increment， ground diameter increment， RWD， SOD， POD， CAT activity and soluble sugar， soluble protein and free proline content were used as evaluation indexes. Through the comprehensive evaluation of principal component analysis， the drought resistance of seedlings under four nitrogen treatments was as follows： 3 g/L>1 g/L>5 g/L>0 g/L NH₄NO₃. The results showed that nitrogen application could significantly improve the drought resistance ofM. glaucaseedlings， but the amount of nitrogen should be controlled in the appropriate range.

Keywords：Drought stress;Magnoliaceae glanca; Nitrogen fertilizer; Resistance evaluation

灰木莲（Magnoliaceae glanca）属木兰科单种属植物，是国家一级保护、濒危植物，其四季常绿、枝繁叶茂、花多且花期长，是优良的观赏绿化树种，加之生长迅速、干形通直、木材纹理细致，目前已成为我国重要的造林用材树种^[1-2]。灰木莲原产于越南及印度尼西亚，适生于南亚热带气候，在我国广东、广西、海南暖热条件充沛省区生长表现极^[3-5]。经调查发现，喜土层深厚、疏松、湿润的立地环境，对干旱忍耐能力较差^[6]。

在植物生长发育中，水分是最为重要的环境因子，是一切生命活动的基础^[7]。然而近年来，由于人类活动的影响，水资源污染严重，可利用水资源严重减少，同时由于日趋严重的温室效应，全球气候变暖明显，持续性、极端性干旱天气日益增多。研究干旱胁迫对植物的生长生理影响，是植物生理生态与抗性育种方面的热点与难点^[8-10]。氮是调控植物生长的核心营养元素^[11-12]。以往大量研究表明，通过施用氮肥能有效提升植物在逆境下的生长量，但有关氮肥对灰木莲抗旱性方面研究尚鲜少见^[13-14]。种子及幼苗对逆境胁迫较为敏感，是研究植物抗逆性的理想材料^[15]。为此，本试验以灰木莲幼苗为试验材料，在人工控制环境条件下，采用称重法，研究干旱胁迫下外施氮肥对灰木莲幼苗生长生理的影响，以期为干旱生境下灰木莲高效培育提供参考。

1.材料与方法

1.1 试验材料

在灰木莲试验林中，选择干形通直、生长健康的成年优树为采种母树，于2021年10月，待果实由浅绿色变为黄绿色、稍微开裂时进行采种。待自然晒干、去杂后存放于4℃冰箱备用。翌年2月将种子取出，用温水浸种过夜后进行沙床播種。待子叶出土时，按常规方法在苗圃进行苗木水肥管理。苗木长至20 cm时，选择高径生长量无显著差异的苗木移至装有等体积比的红壤、椰糠、珍珠岩的无纺布容器杯中备用。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

本试验于广东省德庆林场内，地理位置111°47'10″ E，23°9'3″ N，在人工控制环境条件下，参照前人研究方法[16]，采用双因素完全随机设计，设置2种土壤水分处理：对照（W0，75%土壤含水率）和干旱处理（W1，30%土壤含水率），利用称质量法进行土壤含水量控制，每2天称一次。4种施氮处理：0 g/L（N0）、1 g/L（N1）、3 g/L（N2）、5 g/L（N3）硝酸铵，每株施用量为100 mL，每10 d施1次。共8处理，每处理5重复，每重复10株苗，试验处理周期为60d。试验期间温度26±1℃，空气湿度75%～80%，光照强度55 μmol·m^-2·s^-1，光照时间16 h。

1.2.2 指标测定

生长指标：以幼苗高径生长增量表示，用卷尺、游标卡尺分别在试验处理前及处理8周后进行幼苗高度、地径的测量。

相对水分亏缺（RWD）：各处理每重复选取3株代表性植株，分别称取其叶鲜质量（Z0）后用水浸泡8小时，再称其饱和鲜质量（Z1），然后在105℃下烘8小时称质量（Z2）。计算：RWD（%）=（Z1-Z0）/（Z1-Z2）×100。

渗透调节物质含量：可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量参照尹丰满等^[17]方法进行测定。

抗氧化酶活性：超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性采用王尚堃^[18]方法进行测定。

1.3 数据处理

数据采用SPSS19.0统计软件进行不同处理间差异显著性分析（p<0.05）以及LSD多重比较与t-test两个处理间差异性比较，图表采用Excel进行制作。

2.结果与分析

2.1 对幼苗生长的影响

图1结果表明，任一施氮处理下，W1处理（30%土壤含水率）下苗高增量均显著低于W0处理（对照，75%土壤含水率）。这说明，在土壤含水率为30%时，供试灰木莲幼苗高度生长受到了明显的干旱胁迫作用。从施氮效果来看，在同一水分处理下，施氮量对幼苗高度生长影响显著，但土壤含水率不同，苗高生长变化趋势也不同。其中，在W0处理下，随着施氮量增加苗高增量逐渐增大；在W1处理下，随着施氮量增加，苗高增量呈先上升后下降的趋势。

由图2可以看出，在正常的75%土壤含水率下，随着施氮量增加，幼苗地径增量逐渐增大，但在施氮量≥3 g/L（N2）时，地径增量不再发生明显的变化；在30%土壤含水率条件下，随着施氮量增加，地径增量呈先上升后下降的趋势。从同一施氮处理下，两种水分处理间差异来看，除N2处理无显著差异外，任一施氮处理下的地径增量均以W0处理下的大。这说明，土壤含水率为30%时，供试幼苗地径受到了干旱胁迫的影响，但通过外施3 g/L的氮肥，能有效改善地径生长方面受到的干旱胁迫伤害。

高径比反映苗木质量，其比值越小，苗木质量越好。从图3可以看出，供试4个施氮处理中，均以N2处理下的苗木高径比最小。从两种水分处理间高径比差异来看，除N2处理外，同一施氮处理下，均以W1处理下的幼苗高径比大。这说明，干旱胁迫对苗木地径的影响大于苗高，导致苗木质量下降，而控制在适宜的施氮范围，能有效促进地径的生长，从而实现干旱条件下苗木质量的提升。

2.2 对幼苗生理指标的影響

由表2可以看出，施氮对供试灰木莲幼苗叶片各生理指标影响显著。其中，在W0处理下，均以N3处理下的相对水分亏缺率最高，SOD、POD、CAT活性最大，可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量最高。而在W1处理下，则以N2处理下的相对水分亏缺率最小，而SOD、POD、CAT活性最大，可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量最高。从同一施氮水平两种水分处理间各生理指标变化来看，除相对水分亏缺率均以W1处理大外，在N2处理下POD、CAT活性及可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量均以W1处理下的高。这说明，无论施氮与否，在土壤含水率为30%时，供试幼苗叶片均出现不同程度的水分亏缺，在3 g/L施氮处理下，供试幼苗生长量的改善可能与叶片中POD、CAT活性提高及渗调物质含量的增加有关。

2.3 不同施氮处理幼苗抗旱能力分析

综合本试验观测结果来看，在30%土壤含水率条件下，供试灰木莲幼苗受到了明显的干旱胁迫伤害。为进一步评价不同施氮水平下供试幼苗抗旱能力的差异，以W1处理下4个施氮水平幼苗的苗高、地径增量及叶片相对水分亏缺率（RWD）、SOD/POD/CAT活性、可溶性糖（S）/可溶性蛋白（PT）/游离脯氨酸（PL）含量等9个指标值，作为评价指数进行综合分析。表2相关性分析结果表明，各指标间相关系数较大，说明各指标间存在着明显的关联性与交叉作用。

由表3主成分分析结果可知，特征值大于1的成分仅为因子1，方差贡献率93.520%，因此选择因子1作为本试验主成分。通过SPSS 19.0统计软件分析，可以得出评价指数得分系数矩阵，再将各因子原始值转换为标准正态变量后，即获得因子1（F1）得分计算公式（见表4）。为更客观地反映各施氮处理下幼苗抗旱能力综合得分，将各处理幼苗抗旱能力的F1得分乘以因子1的方差贡献率（93.520%），即得各施氮处理幼苗抗旱能力综合得分。根据表4得分结果可以看出，供试4个施氮处理幼苗的抗旱能力大小为：N2>N1>N3>N0。

3.结论与讨论

灰木莲适生性强，但对土壤水分条件要求较高，属干旱敏感型树种^[6]。本试验研究发现，30%土壤含水率导致灰木莲幼苗遭受了明显的干旱胁迫伤害，高径生长量显著下降。以硝酸铵作为氮肥，通过外施0～5 g/L用量，在不同程度上改善了苗木生长情况。有趣的是，笔者观察到，在正常土壤水分条件（75%土壤含水率）下，施氮量越高，苗木高度增量越大，但地径在施氮量达3～5 g/L时并无明显变化，而在干旱条件（30%土壤含水率）下，苗高、地径增量最大值均出现在3 g/L施氮处理。这表明，正常生长条件下，过量施用氮肥导致灰木莲幼苗出现徒长，这与以往研究是一致的^[19]。然而，在干旱条件下，过量施氮则导致高径生长量的同时下降，这暗示了植株遭受干旱胁迫时，过量氮肥施用可能导致潜在的肥害问题。建议今后在应用氮肥来提升灰木莲抗旱性实践中，须将用氮量控制在合理范围内，以免造成肥害问题。此外，从氮肥提升幼苗的抗旱性效果来看，在3 g/L施氮处理下，干旱条件下幼苗高径比与正常条件下无统计学上差异。生产中，地径是评价苗木质量最为关键的指标。这反映了，氮肥提升灰木莲幼苗抗旱性的策略主要在于增加地径生长量。鉴于施氮量过多会导致徒长、肥害方面的问题，在降水量不足、土壤较为干旱的生境中，可通过控制林分密度，减少单位面积株数，增大林木直径生长量，从而以实现林分抗旱性改善。

氮素作为植物生长中最为重要的营养元素，一方面影响着营养元素间的吸收、运输、利用，另一方面参与多种代谢活动，影响着酶活性与代谢产物的合成^[20-21]。本试验中应用施氮有效提升了灰木莲幼苗抗旱性，从相关性分析结果可知，增加的高径生长量与膜系统保护酶（SOD、POD、CAT）活性及渗调物质（可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸）含量变化显著相关，相关系数达0.880～0.999。从干旱处理下，各施氮处理间酶活性与渗调物质含量差异性来看，氮肥对灰木莲幼苗的抗旱性提升与增加的膜系统抗氧化酶活性与渗调物质含量有关。结合不同施氮处理下幼苗抗旱性综合分析结果，评分排名与实际试验观察结果是一致的，这说明今后在进行抗旱性种质评价与筛选时，可以保护酶活性及渗调物质含量高低来作为灰木莲早期抗旱品种选育的指标。

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