干旱脅迫對(duì)不同土壤基質(zhì)下核桃楸幼苗的生理特性的影響

及 利 韓 姣 王 芳 王 君 宋 笛 張麗杰 祁永會(huì) 楊雨春*

(1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130033； 2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，哈爾濱 150040； 3.長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130033； 4.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，沈陽(yáng) 110866； 5.黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱 150081)

在全球氣候變化條件下，隨著溫度的升高和區(qū)域降水格局的變化，水資源匱乏日益嚴(yán)重，全球大多數(shù)地區(qū)處于干旱、半干旱狀態(tài)，且干旱半干旱區(qū)域正在不斷擴(kuò)大[1～2]。干旱脅迫影響植物的水分平衡，造成細(xì)胞失水，最終導(dǎo)致生理生化和外部形態(tài)的一系列協(xié)同變化[3～4]。相應(yīng)地，植物也能夠通過(guò)調(diào)節(jié)自身的生理生化反應(yīng)來(lái)適應(yīng)干旱脅迫[5]。

在逆境脅迫條件下，植物體內(nèi)自由基發(fā)生變化，進(jìn)而造成細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，對(duì)植物產(chǎn)生損害，而植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)等酶系統(tǒng)具有清除活性氧以及降低羥基自由基形成等的作用[6～7]。兩年生幀楠(Phoebezhennan)幼苗在重度水分脅迫條件下(15%田間持水量)脯氨酸(Pro)含量、SOD和CAT活性最高，在中度脅迫條件下(30%田間持水量)POD活性最大[8]。李力等[5]發(fā)現(xiàn)隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3種北美紅楓(Acerrubrum)幼苗的Pro含量呈逐漸升高的趨勢(shì)。李瑞姣等[9]研究表明隨脅迫程度的加深，日本莢蒾(Viburnumjaponicum)幼苗的MDA含量逐漸升高，同時(shí)，不同脅迫持續(xù)時(shí)間條件下，幼苗SOD、POD等活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。干旱通過(guò)影響植物葉片光合作用制約植物的生長(zhǎng)，許多植物在干旱脅迫下通過(guò)改變自身的生理生態(tài)特性來(lái)達(dá)到高效用水的目的[10～12]。脅迫條件下的葉片光合能力與葉綠素含量存在密切的關(guān)系，干旱能夠抑制葉綠素合成，同時(shí)加速葉綠素分解進(jìn)程[12]。張剛等[13]發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫加劇，不同種源文冠果(Xanthocerassorbifolium)的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢(shì)。在聚乙二醇(PEG)模擬脅迫條件下，4種苔蘚植物的葉綠素含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而降低[14]。

土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素和水分供應(yīng)狀況，是影響植物生產(chǎn)力的重要因素。土壤基質(zhì)及其相關(guān)物理化學(xué)特性與植物生長(zhǎng)有密切的關(guān)系[15]。在干旱脅迫條件下，具有充足氮素的土壤可提高幼苗葉片的滲透調(diào)節(jié)能力，同時(shí)也可降低其活性氧的產(chǎn)生，從而在一定程度上減輕干旱脅迫的傷害[8]。劉晚茍[16]研究發(fā)現(xiàn)，較高的土壤容重雖然對(duì)植物地上生長(zhǎng)有顯著影響，但水分條件揮發(fā)的作用更強(qiáng)烈。姚小蘭等[17]認(rèn)為基質(zhì)的保水性及其全氮和有機(jī)質(zhì)含量對(duì)幀楠幼苗生長(zhǎng)發(fā)揮著重要的促進(jìn)作用，而土壤基質(zhì)的其他因素作用并不明顯。目前，關(guān)于干旱脅迫的研究多集中于單一的土壤基質(zhì)，而不同基質(zhì)條件下幼苗對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)還不清楚。

核桃楸(Juglansmandshurica)是我國(guó)東北地區(qū)三大硬闊樹(shù)種之一，其材質(zhì)優(yōu)良，用途廣泛，具有較高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。目前對(duì)核桃楸培育方面的研究多集中于優(yōu)良種源、優(yōu)株的選擇、收集、保存和繁育等方面[18～21]，對(duì)核桃楸幼苗水分管理方面的報(bào)道較少。本研究以2年生核桃楸幼苗為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比幼苗在3種土壤基質(zhì)中不同干旱脅迫條件下的葉片光合、生理特征的變化，探究核桃楸對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性和耐旱生理機(jī)制，以期為核桃楸土壤選擇和培育過(guò)程中的水分管理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省長(zhǎng)春市凈月開(kāi)發(fā)區(qū)新立城鎮(zhèn)(43°33′～44°41′N(xiāo)，125°19′～125°24′E)，該地區(qū)氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均溫度為4.6℃，無(wú)霜期140～150 d，年平均降水量為600～800 mm。為避免降水對(duì)幼苗干旱脅迫造成影響，設(shè)置人工遮雨棚，遮雨棚兩側(cè)可打開(kāi)通風(fēng)。

1.2 試驗(yàn)材料

以吉林省露水河宏偉苗圃2年生核桃楸幼苗為實(shí)驗(yàn)材料，于2017年4月中下旬移栽到磚紅色塑料盆中(17 cm×12 cm)，置于遮雨棚內(nèi)進(jìn)行緩苗。分別向盆中裝入等體積的腐殖土、壤土和砂壤土(壤土∶沙土=1∶1)3種基質(zhì)。其中腐殖土采于針闊混交林地，土壤類(lèi)型為暗棕壤。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年7月，取3種土壤基質(zhì)樣品，分別測(cè)定其全氮、全磷、速效磷和土壤物理性質(zhì)等，隨即選取生長(zhǎng)一致的核桃楸幼苗分別栽植到不同基質(zhì)的盆中進(jìn)行控水試驗(yàn)。以土壤基質(zhì)和水分進(jìn)行兩因素完全正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在3種土壤基質(zhì)中分別設(shè)置4個(gè)水分脅迫梯度，水分梯度為CK(正常供水，80%田間持水量)、T1(輕度脅迫，60%田間持水量)、T2(中度脅迫，40%田間持水量)和T3(重度脅迫，20%田間持水量)，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)20盆幼苗(選取長(zhǎng)勢(shì)均一的苗木)，控水方式為整盆稱(chēng)重法。計(jì)算出理論上不同處理的土、盆、苗和該水分下的總重，隔天進(jìn)行差額補(bǔ)水。每20 d取樣1次，共取3次(取樣時(shí)間分別為8月8日、8月29日和9月20日)，每次選取每株幼苗上部往下數(shù)第3～5葉位成熟葉片，立即裝入帶有冰盒的冷藏箱中并帶回試驗(yàn)室放于-80℃超低溫冰箱中。由于在脅迫過(guò)程中幼苗自身重量在不斷變化，在每次取樣時(shí)破壞性取樣，再次測(cè)定整株苗重，校正理論上的整盆總重后再繼續(xù)進(jìn)行差額補(bǔ)水。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)

在水分脅迫前分別測(cè)定3種土壤基質(zhì)的土壤理化性質(zhì)(表1，數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)1.5)，測(cè)定土壤化學(xué)性質(zhì)包括全氮、全磷、有效磷，分別采用凱氏滴定法、硫酸—高氯酸—鉬銻抗比色法[22]、雙酸浸提法進(jìn)行測(cè)量；物理性質(zhì)中含水量和容重采用環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)定[23]，總孔隙度、通氣孔隙度、吸水倍數(shù)、滲水速率和蒸發(fā)速率參照衛(wèi)星等[24]的方法進(jìn)行測(cè)定。

表1 3種土壤基質(zhì)的理化性質(zhì)

Table 1 The physicochemical properties of three soil substrates

土壤基質(zhì)理化性質(zhì)Soil substrate physicochemical property腐殖土Humus壤土Loam砂壤土Sandy-Loam土壤容重Bulk density(g·cm-3)1.18±0.02b1.35±0.02a1.32±0.02a總孔隙度Total porosity(%)53.19±1.12b58.90±0.91a36.72±0.95c通氣孔隙度Aeration porosity(%)25.61±0.48a23.52±0.53a13.01±0.99b吸水倍數(shù)Water absorption capacity0.23±0.01b0.26±0.01a0.18±0.01c滲水速率Penetrate rate(g·min-1)4.49±0.04a4.01±0.12b3.04±0.18c蒸發(fā)速率Evaporation rate(g·h-1)0.59±0.01a0.50±0.01b0.37±0.01c全氮Total nitrogen(mg·g-1)7.09±0.78a3.11±0.05b1.20±0.03c全磷Total phosphorus(mg·g-1)0.71±0.04a0.34±0.09b0.32±0.01b速效磷Available phosphorus(mg·kg-1)13.10±0.82a5.04±0.21b12.75±0.69a

注：同一列不同字母表示不同處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，下同。

Note:The different letters in the same line indicate significant difference among the different treatments(P<0.05),the same as below.

1.4.2 生化指標(biāo)測(cè)定

葉綠素含量的測(cè)定參考并改進(jìn)了李合生等[25～26]的方法，采用紫外分光光度計(jì)比色法進(jìn)行。丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)及過(guò)氧化氫酶(CAT)含量的測(cè)定分別采用硫代巴比妥酸加熱法、酸性茚三酮顯色法、氮藍(lán)四唑光還原法、愈創(chuàng)木酚顯色法以及紫外分光光度吸收法進(jìn)行。

1.4.3 植物光合特性測(cè)定

在生長(zhǎng)季高峰時(shí)期(8月20日前后)選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣，于每天6:00～16:00利用CI-340手持式光合作用測(cè)量系統(tǒng)(CID Inc.,USA)，選取核桃楸幼苗完全展開(kāi)的第二到三節(jié)位的頂端葉片測(cè)定其光合特性，每2 h測(cè)定1次，每處理重復(fù)測(cè)定3次。測(cè)定的光合特性指標(biāo)包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)；利用SPSS19.0進(jìn)行單因素方差(One-way Anova)和多因素方差(Multi-way Anova)分析檢驗(yàn)不同處理間各指標(biāo)的差異(LSD,α=0.05)；用Sigmaplot 12.5作圖。所有數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)核桃楸葉綠素含量的影響

同一脅迫時(shí)間和脅迫處理下，3種土壤基質(zhì)幼苗葉綠素含量為腐殖土最大，壤土次之，且均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降的趨勢(shì)(圖1)。在60 d脅迫周期內(nèi)，3種土壤基質(zhì)中T3處理下的葉綠素a(Chl a)和葉綠素b(Chl b)含量均顯著低于CK(P<0.05)。腐殖土和砂壤土中，Chl a含量均隨著脅迫程度的加深而降低，其中在脅迫60 d時(shí)，腐殖土T3處理下的Chl a和Chl b分別為0.49和0.29 mg·g-1，比CK低65.41%和51.57%。同時(shí)，腐殖土中T3處理的Chl a/b在脅迫前期和后期均顯著低于CK，分別下降了5%和28%，表明隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，與Chl b相比，Chl a含量明顯減少。干旱脅迫、土壤基質(zhì)以及干旱脅迫和土壤基質(zhì)交互作用對(duì)核桃楸幼苗的Chl a、Chl b和總?cè)~綠素含量均有顯著影響，土壤基質(zhì)對(duì)幼苗葉綠素作用更加明顯，但對(duì)Chla/b均無(wú)顯著影響(P<0.05，表2)。

圖1 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗葉綠素含量的變化 A.腐殖土；B.壤土；C.砂壤土 CK、T1、T2和T3分別為正常供水、輕度干旱、中度干旱和重度干旱處理；圖中不同字母表示處理間存在顯著差異(P<0.05)；下同。Fig.1 Changes of chlorophyll content of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates A.Humus; B.Loam; C.Sandy-loam CK, T1, T2 and T3 stand for normal irrigation, light drought, moderate drought and severe drought respectively; The different letters in the same line indicate significant difference among the different drought treatments(P<0.05); The same as below.

2.2 干旱脅迫對(duì)核桃楸葉片丙二醛和脯氨酸的影響

整個(gè)脅迫周期內(nèi)，壤土和砂壤土中干旱脅迫對(duì)幼苗葉片MDA含量均存在顯著差異，隨著脅迫強(qiáng)度的加深而呈顯著增加的趨勢(shì)(P<0.05)，同時(shí)壤土和砂壤土的幼苗MDA含量在T3處理下顯著高于CK(圖2)。3種土壤基質(zhì)中幼苗對(duì)脅迫響應(yīng)不同的是，壤土和砂壤土中幼苗MDA含量隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸降低的變化規(guī)律，而腐殖土則是先降低后升高。干旱脅迫對(duì)幼苗葉片MDA含量影響顯著，但MDA含量在不同土壤基質(zhì)沒(méi)達(dá)到顯著差異(P<0.05,表3)。

表2 核桃楸幼苗葉綠素含量的雙因素方差分析

圖2 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗丙二醛含量的變化Fig.2 Changes of MDA content of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

圖3 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗脯氨酸含量的變化Fig.3 Changes of Pro content of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

Pro含量變化規(guī)律在3種土壤基質(zhì)中表現(xiàn)出一定的相似性，即均隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增高(圖3)，在脅迫60 d時(shí)，砂壤土中T3處理的Pro含量最高為83.37 mg·g-1，比CK高86.32%。同時(shí)，干旱脅迫對(duì)核桃楸幼苗Pro含量存在顯著影響，而土壤基質(zhì)以及干旱脅迫和土壤基質(zhì)交互作用對(duì)其不存在顯著影響(表3)。

表3 核桃楸幼苗丙二醛和脯氨酸的雙因素方差分析

Table 3 Two-way analysis of variance of MDA and Pro content in walnut seedlings

變異來(lái)源Source of variationdf丙二醛MDA脯氨酸ProFPFP干旱Drought30.9920.0404.4960.006土壤基質(zhì)Soil substrate20.9930.3762.3760.101干旱×土壤基質(zhì)Drought×soil substrate60.8640.5261.2560.289

2.3 干旱脅迫對(duì)核桃楸葉片POD、SOD和CAT酶活性的影響

隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各脅迫處理下核桃楸葉片POD、SOD和CAT活性均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，并在脅迫40 d時(shí)達(dá)到最大(圖4)。脅迫周期內(nèi)，總體上腐殖土基質(zhì)中的幼苗3種酶活性均隨著脅迫程度的加深而升高(P<0.05)，3種酶的變幅大小順序?yàn)椋篊AT>POD>SOD。壤土中幼苗葉片SOD和CAT活性在T2處理下最高，POD則是在T3處理達(dá)到最大。砂壤土中葉片酶活性變化規(guī)律各異，SOD活性隨著脅迫加深而升高，CAT活性則是在T2處理下最大(圖5～6)，這說(shuō)明在脅迫一定時(shí)間后，核桃楸幼苗能通過(guò)自身酶系統(tǒng)的調(diào)節(jié)適應(yīng)和修復(fù)了干旱脅迫帶來(lái)的損傷，且不同育苗基質(zhì)之間存在明顯差異，干旱、土壤基質(zhì)及其交互作用對(duì)POD存在顯著影響，而土壤基質(zhì)對(duì)SOD和CAT則不存在顯著影響(表4)。

2.4 干旱脅迫對(duì)核桃楸光合日變化的影響

幼苗凈光合速率(Pn)日變化在不同土壤基質(zhì)之間存在一定的差異，但3種土壤基質(zhì)幼苗表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，均為單峰型且在12:00時(shí)達(dá)到最高峰，分別為16.73、11.77、8.10 μmol·m-2·s-1(圖7)。隨著日照強(qiáng)度的降低，在下午時(shí)段的Pn呈逐漸降低的趨勢(shì)。同時(shí)，3種土壤基質(zhì)中各水分處理對(duì)Pn的影響均表現(xiàn)為隨著脅迫程度的加深而降低，且重度脅迫T3顯著低于CK處理(P<0.05)，這說(shuō)明不同基質(zhì)中核桃楸幼苗對(duì)脅迫表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律。3種土壤基質(zhì)中幼苗葉片蒸騰速率(Tr)日變化均為單峰型，與Pn相類(lèi)似，在中午12:00時(shí)蒸騰速率最高，分別為3.57、2.67、3.20 mmol·m-2·s-1(圖8)。同時(shí)，隨著脅迫處理程度的加劇，葉片的Tr均表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)，壤土和砂壤土中葉片的Tr對(duì)脅迫反應(yīng)比較敏感，T3處理下的Tr顯著低于CK(P<0.05)。

圖4 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗POD活性的變化Fig.4 Changes of POD activities of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

圖5 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗SOD活性的變化Fig.5 Changes of SOD activities of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

圖6 土壤基質(zhì)和干旱脅迫處理下核桃楸幼苗CAT活性的變化Fig.6 Changes of CAT activities of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

Table 4 Two-way analysis of variance of leafenzyme activity in walnut seedlings

變異來(lái)源Source of variationdf過(guò)氧化物酶POD超氧化物歧化酶SOD過(guò)氧化氫酶CATFPFPFP干旱Drought31.4440.0231.3170.0270.9220.043土壤基質(zhì)Soil substrate27.1970.0100.4570.6351.3720.261干旱×土壤基質(zhì)Drought×soil substrate63.1510.0391.3090.2651.1080.367

圖7 土壤基質(zhì)和水分脅迫下核桃楸幼苗凈光合速率日變化 A.腐殖土；B.壤土；C.砂壤土 下同。Fig.7 Daily variations of Pn of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates A.Humus; B.Loam; C.Sandy-loam The same as below.

圖8 土壤基質(zhì)和水分脅迫下核桃楸幼苗蒸騰速率日變化Fig.8 Daily variations of Tr of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

不同干旱脅迫條件下，幼苗葉片胞間CO2濃度(Ci)變化規(guī)律與Pn不同，在Pn下降時(shí)，輕度脅迫和中度脅迫的Ci也呈下降趨勢(shì)，為氣孔限制，而重度脅迫處理下的Ci則呈逐漸升高的趨勢(shì)，為非氣孔限制。不同基質(zhì)條件之間的氣孔限制和非氣孔限制發(fā)生的時(shí)間不同，T3處理在腐殖土中是12:00時(shí)最低，而在壤土和砂壤土中則是10:00時(shí)最低，分別為283.67和333.33 μmol·mol-1(圖9)。各土壤基質(zhì)中幼苗葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)與Pn變化規(guī)律一致，均為單峰型，且在12:00時(shí)達(dá)到最高。同時(shí)，隨脅迫程度的加深，葉片Gs呈逐漸降低的趨勢(shì)，重度脅迫T3處理下的Gs均低于其他處理(圖10)。

圖9 土壤基質(zhì)和水分脅迫下核桃楸幼苗胞間CO2濃度日變化Fig.9 Daily variations of Ci of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

圖10 土壤基質(zhì)和水分脅迫下核桃楸幼苗氣孔導(dǎo)度日變化Fig.10 Daily variations of Gs of J.mandshurica under drought treatments on soil substrates

2.5 不同基質(zhì)理化性質(zhì)對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

土壤物理性質(zhì)中，土壤容重與Chl a、Chl b、Chl a/b存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與MDA之間則存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而土壤滲透速率和蒸騰速率與葉綠素含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而與MDA則達(dá)到了顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。土壤養(yǎng)分含量方面，全氮和全磷顯著促進(jìn)了葉綠素含量的合成，而減緩了脅迫過(guò)程中MDA的積累。不同基質(zhì)的土壤理化性質(zhì)與抗氧化酶和光合參數(shù)不存在顯著相關(guān)(表5)。

3 討論

面對(duì)水分虧缺帶來(lái)的脅迫傷害時(shí)，植物正常的生理代謝會(huì)受到抑制，進(jìn)而發(fā)生形態(tài)特征和生理生化等一系列的變化[9]。在一定程度上，葉綠素的含量和比例能反映植物利用光能和適應(yīng)環(huán)境的能力，是植物對(duì)干旱脅迫反應(yīng)敏感性的生理指標(biāo)[27～28]。本研究中，3種土壤基質(zhì)中的核桃楸幼苗均隨著脅迫程度的加深，葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，T3處理下的Chl a/b也顯著低于CK，而且，隨著脅迫天數(shù)的增加，總?cè)~綠素、Chl a和Chl b含量逐漸降低(圖1)，說(shuō)明干旱脅迫抑制了葉綠素的合成[27,29～33]。同時(shí)，Chl a/b降低說(shuō)明Chl a受脅迫影響下降的幅度要高于Chl b，這與楊建偉等[28]的研究結(jié)果相一致，表明了干旱下核桃楸的光系統(tǒng)反應(yīng)中心可能比捕光天線系統(tǒng)更易受損[34]。此外，土壤全氮和土壤容重是造成3種土壤基質(zhì)間葉綠素含量存在差異的主要因子(表5)，說(shuō)明較好的土壤養(yǎng)分條件和保水能力有利于葉綠素的累積。

脯氨酸作為植物體內(nèi)滲透勢(shì)的主要調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，在植物面臨干旱脅迫時(shí)能夠調(diào)整植物體內(nèi)的水分平衡和膨壓，緩解或減輕脅迫造成的傷害[35]。隨著脅迫程度增高，脯氨酸積累的速度和數(shù)量越高[5,14,36]，這與本研究的結(jié)果相一致。同時(shí)，本研究還表明不同基質(zhì)對(duì)葉片Pro的積累影響不同，其大小順序?yàn)椋荷叭劳?壤土>腐殖土，說(shuō)明腐殖土良好的土壤條件緩解了干旱脅迫的損傷。作為膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，MDA含量的高低反映了植物膜脂過(guò)氧化和受傷害的程度[36]。本研究中，壤土和砂壤土中的幼苗MDA含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而降低，而腐殖土的則是先降低后升高(圖2)，表明脅迫前期幼苗發(fā)生了嚴(yán)重的膜脂過(guò)氧化作用，而在40 d脅迫中期時(shí)，由于幼苗酶系統(tǒng)的保護(hù)等作用清除了活性氧，降低了MDA含量，脅迫后期時(shí)不同基質(zhì)出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律，核桃楸幼苗適應(yīng)了干旱脅迫的鍛煉而小幅增加或MDA含量持續(xù)減少。POD、SOD和CAT酶活性在不同水分條件下存在一定的相似變化規(guī)律，總體上隨脅迫程度加深而升高(圖6)，重度脅迫導(dǎo)致酶活性的降低是由于不能及時(shí)地、有效地清楚氧自由基造成的[13,37]。而且，不同基質(zhì)中幼苗酶的變化規(guī)律不一，與壤土和砂壤土相比，腐殖土的POD和SOD活性在脅迫條件下變化幅度較小，可能是由于土壤條件較好的栽培基質(zhì)能夠緩解干旱脅迫對(duì)于核桃楸幼苗造成的損傷[8]。

表5 土壤理化性質(zhì)與幼苗生理指標(biāo)的Pearson相關(guān)分析

Table 5 Pearson correlation analysis between soil physicochemical properties and physiological characteristics of seedlings

生理特性Physiological characteristics土壤容重BD總孔隙度Tpor(%)通氣孔隙度Apor(%)吸水倍數(shù)Wabs滲透速率Rpen(g·min-1)蒸騰速率Reva(g·h-1)全氮N(mg·g-1)全磷TP(mg·g-1)有效磷AP(mg·g-1)葉綠素a Chl a(mg·g-1)-0.757**0.3020.5320.2870.631*0.660*0.816**0.620*0.252葉綠素b Chl a(mg·g-1)-0.644*0.3820.5630.3710.647*0.650*0.789**0.5070.117葉綠素a/b Chl a/b-0.821**0.1310.4000.1160.5090.5650.724**0.706*0.420丙二醛MDA(μmol·g-1)0.765**-0.356-0.638*-0.273-0.751**-0.744**-0.816**-0.778**-0.350脯氨酸PRO(mg·g-1)0.070-0.256-0.279-0.230-0.339-0.196-0.201-0.0660.086過(guò)氧化物酶POD(U·g-1·min-1)0.2480.2590.1230.2690.0150.047-0.080-0.170-0.375超氧化物歧化酶SOD(U·g-1)-0.3110.5720.613*0.5480.5680.605*0.4900.409-0.221過(guò)氧化氫酶CAT(U·g-1·min-1)-0.296-0.0700.072-0.1220.0810.1730.1650.3490.319凈光合速率Pn(μmol·m-2·s-1)-0.4880.2650.4370.2210.5230.4860.5550.4440.176蒸騰速率Tr(mmol·m-2·s-1)-0.1710.3870.4070.3760.4340.3300.3060.133-0.191胞間CO2濃度Ci(μmol·mol-1)0.067-0.401-0.378-0.395-0.372-0.289-0.2760.0180.270氣孔導(dǎo)度Gs(mol·m-2·s-1)-0.2100.5270.5180.5420.5190.4500.4200.183-0.310

*P<0.05；**P<0.01

水分虧缺能造成植物光合器官的損傷，進(jìn)而抑制光合作用，最終影響植物生長(zhǎng)[13,38]。隨著脅迫程度的加深，三種基質(zhì)中核桃楸幼苗的Pn、Tr和Gs均呈逐漸降低的趨勢(shì)，但Ci的變化規(guī)律在土壤基質(zhì)間并不一致(圖7～10)，砂壤土中，重度脅迫下Ci日變化的最低值出現(xiàn)在10:00，較腐殖土和壤土的12:00提前，這與范蘇魯?shù)萚39]的研究結(jié)果一致，這可能是較好的土壤基質(zhì)條件能夠緩解干旱脅迫對(duì)光合作用造成的影響。

綜上所述，土壤全氮、全磷和容重等指標(biāo)對(duì)不同基質(zhì)間幼苗葉綠素起決定性作用，相比于砂壤土，腐殖土和壤土有利于核桃楸幼苗的生長(zhǎng)，輕度至中度脅迫的水分范圍內(nèi)不會(huì)造成嚴(yán)重地影響，而重度脅迫對(duì)幼苗的葉綠素、滲透物質(zhì)和酶體系產(chǎn)生了嚴(yán)重地?fù)p傷，同時(shí)降低了核桃楸幼苗的光合生產(chǎn)力。未來(lái)的研究中應(yīng)綜合施肥、遮陰處理等培育措施，建立完整的核桃楸育苗和栽培體系，以期為核桃楸苗期管理提供科學(xué)依據(jù)。