砂生槐幼苗生長(zhǎng)及生理變化對(duì)切根強(qiáng)度的響應(yīng)

柳文杰，劉順漢，辛福梅，趙墾田

（西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，西藏 林芝860000）

根系作為植物適應(yīng)陸地生態(tài)環(huán)境的重要營(yíng)養(yǎng)器官之一，具有固著支撐、水土保持、吸收水分及礦質(zhì)養(yǎng)分等作用[1]。在苗木移栽過(guò)程中，很多樹種主根發(fā)達(dá)，須根和側(cè)根相對(duì)較少，為此，生產(chǎn)中需采用不同程度切除主根的方法抑制主根生長(zhǎng)，增加須根和側(cè)根的數(shù)量，以提高造林成活率。隨著精準(zhǔn)培育理念對(duì)森林培育的影響，切根作為干擾根系最重要的技術(shù)，越來(lái)越被人們所重視[2-4]。目前，切根已成為苗木培育過(guò)程中調(diào)節(jié)根系結(jié)構(gòu)的常見技術(shù)[5-6]，在楊樹[7]、油杉[8]、薄殼山核桃[9]等很多樹種上都已被廣泛應(yīng)用。苗木切根后其生長(zhǎng)和生理會(huì)發(fā)生什么變化，哪些變化會(huì)影響苗木質(zhì)量，都是切根干擾過(guò)程中需要深入了解的內(nèi)容。

砂生槐（Sophora moorcroftiana）為豆科槐屬灌木，亦稱“西藏狼牙刺”“金雀花”等，是青藏高原特有灌木樹種[10-11]，主要分布在海拔2 800～4 500 m的雅魯藏布江和年楚河等干旱河谷，是青藏高原地區(qū)防風(fēng)固沙、保持水土的優(yōu)良樹種之一[12]。目前，針對(duì)砂生槐灌叢的保護(hù)措施相對(duì)缺乏，其生長(zhǎng)環(huán)境受到的干擾較多，種群面積不斷減小。因此，砂生槐植被的重建對(duì)減弱干旱河谷生態(tài)退化、保護(hù)西藏高原生態(tài)屏障具有重要意義[10]。砂生槐作為深根性樹種，在苗木培育過(guò)程中，其發(fā)達(dá)的根系相互盤結(jié)，導(dǎo)致起苗時(shí)傷根極其嚴(yán)重，移栽后成活率顯著降低。切根作為抑制主根生長(zhǎng)、促進(jìn)側(cè)根萌發(fā)、改善根系分布、提高苗木質(zhì)量的主要措施，可大大提高苗木移栽成活率。為此，本研究以砂生槐幼苗為試驗(yàn)材料，對(duì)其進(jìn)行不同強(qiáng)度的切根處理，研究切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐苗木生長(zhǎng)及生理變化的影響，旨在為砂生槐優(yōu)質(zhì)壯苗生產(chǎn)提供技術(shù)支持，并初步探索切根干擾對(duì)苗木質(zhì)量影響的調(diào)控機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

砂生槐種子采自拉薩北山，于2018年3月25日種植于西藏農(nóng)牧學(xué)院苗圃內(nèi)，生長(zhǎng)1 年后，于2019年3月28日進(jìn)行切根試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將一年生砂生槐幼苗起苗后，分別進(jìn)行不切根（CK），切除1/5（C1/5）、1/4（C1/4）、1/3（C1/3）、1/2（C1/2）主根處理，每組30 株，用125 mg/L ABT1 號(hào)溶液浸泡各處理的根部1 h。將各處理后的幼苗栽植于m（腐殖質(zhì)）∶m（沙土）=1∶2 的花盆中，按時(shí)澆水，及時(shí)除草。于2019 年8 月30 日統(tǒng)計(jì)幼苗成活率、苗高、地徑。從各處理苗木中隨機(jī)抽取5 株，洗凈根部基質(zhì)，將苗木分為地上部和地下部，稱其鮮質(zhì)量后，置于烘箱中，先在105 ℃條件下殺青30 min，然后在80 ℃條件下烘干至恒量并稱量。同時(shí)，從各處理苗木中隨機(jī)選取根系5株和大小、高度、方向基本一致的葉片數(shù)枚，每個(gè)處理3 份，置于保溫箱內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室并測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

質(zhì)量采用1/萬(wàn)精密電子天平測(cè)定，苗高采用精度為0.1 cm的直尺測(cè)定，地徑采用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)定，單葉面積采用葉面積儀法測(cè)定。

過(guò)氧化物酶（peroxidase,POD）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）活性測(cè)定采用比色法，葉綠素含量測(cè)定采用丙酮浸提比色法，根系活力測(cè)定采用2，3，5－三苯基氯化四氮唑法，丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量測(cè)定采用雙組分分光光度法，脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮顯色法[13]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05進(jìn)行方差分析，處理間各指標(biāo)的顯著性比較采用新復(fù)極差法（鄧肯法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 成活率

由圖1可知：隨著切根強(qiáng)度的增加，砂生槐幼苗成活率呈下降趨勢(shì)。C1/5處理時(shí)砂生槐幼苗100%成活，直至C1/2時(shí)，成活率降至40%。CK處理的苗木成活率僅次于C1/5，為90%，高于其他3組切根處理。這說(shuō)明適度切根可以促進(jìn)砂生槐幼苗的成活，而過(guò)度切根會(huì)損傷苗木根系，導(dǎo)致苗木成活率下降。

圖1 不同切根強(qiáng)度下砂生槐幼苗的成活率Fig.1 Survival rates of S. moorcroftiana seedlings under different root-cutting intensities

2.1.2 苗高和地徑

不同切根強(qiáng)度下砂生槐幼苗苗高、地徑及高徑比之間存在差異。由表1可知：CK處理的砂生槐幼苗最高，達(dá)29.50 cm，與其他各組切根處理之間差異顯著（P＜0.05）；C1/2處理的幼苗最矮，僅為13.17 cm，較CK 降低了55.36%。CK 處理的砂生槐幼苗地徑最大，達(dá)6.13 mm，與C1/3 和C1/2 之間差異顯著（P＜0.05）；C1/5處理的地徑僅次于CK；C1/2處理的地徑最小，為3.79 mm，較CK 降低了38.17%。C1/5處理的高徑比最小，為3.18，與CK 之間差異顯著（P＜0.05），且CK處理的高徑比最大，達(dá)4.93。

表1 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗苗高、地徑和高徑比的影響Table 1 Effects of different root-cutting intensities on height,ground diameter and ratio of height to diameter of S.moorcroftiana seedlings

2.1.3 單葉生長(zhǎng)

由表2可知，單葉含水率以C1/5處理的最大，為61.13%，顯著高于C1/3 和C1/2 處理，但后二者間差異不顯著。不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗比葉重的影響不顯著，均在0.006 1～0.009 1 g/cm2之間。

2.1.4 生物量

由表3可知：CK處理的砂生槐幼苗地上部干質(zhì)量最大，達(dá)5.63 g，與其他處理之間差異顯著（P＜0.05），C1/2 處理的地上部干質(zhì)量最小，為1.57 g，較CK 處理降低了4.06 g，降幅為72.11%；地上部含水率以C1/5處理的最大，為54.20%，與C1/2處理之間差異顯著（P＜0.05），且C1/2最小，為47.28%。砂生槐幼苗地下部干質(zhì)量以CK 處理的最大，為8.94 g，與其他各處理之間差異顯著（P＜0.05），而C1/2 處理的最小，僅為1.78 g，較CK 降低了7.16 g，降幅為80.09%；不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗地下部含水率的影響不顯著，其值均在58.31%～62.87%之間。根冠比表現(xiàn)為C1/5＞CK＞C1/4＞C1/3＞C1/2，其中C1/5處理的最大，達(dá)1.81，與C1/4、C1/3和C1/2之間差異顯著（P＜0.05），而C1/2處理的最小，較C1/5降低了35.91%。

表2 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗單葉生長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of different root-cutting intensities on single leaf growth of S.moorcroftiana seedlings

表3 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗生物量的影響Table 3 Effects of different root-cutting intensities on biomass of S.moorcroftiana seedlings

2.2 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 葉綠素含量

由圖2 可知：隨著切根強(qiáng)度的增加，葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）和總?cè)~綠素（Chla＋Chlb）含量均呈降低的趨勢(shì)；Chla、Chlb 和Chla＋Chlb 含量以CK 處理的最高，分別為0.13、0.05 和0.18 mg/L，以C1/2 處理的最低，分別為0.07、0.02、0.09 mg/L，分別較CK降低了46.15%、60.00%、50.00%。

2.2.2 根系活力

圖2 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of different root-cutting intensities on chlorophyll(Chl)contents of S.moorcroftiana seedlings

由圖3可知：輕微的根系創(chuàng)傷，有利于提高移栽過(guò)程中根系的活力。C1/5處理的根系活力最強(qiáng)，其值為531.94 μg/（g·h），而C1/2 處理的活力最弱，其值為384.13 μg/（g·h），較C1/5 處理的活力降低了147.81 μg/（g·h），降幅為27.79%；CK和C1/4處理的根系活力與C1/5 之間差異顯著，而C1/3 和C1/2 處理之間差異不顯著。

圖3 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗根系活力的影響Fig.3 Effects of different root-cutting intensities on root activity of S.moorcroftiana seedlings

2.2.3 MDA 和脯氨酸含量

由表4可知：各處理下根系中的MDA含量遠(yuǎn)高于葉片，且葉片和根系中MDA 含量均在C1/2 處理時(shí)達(dá)到最大值，與CK、C1/4 和C1/5 之間差異顯著（P＜0.05）。根系中MDA 含量在C1/3 和C1/2 處理時(shí)最大，且二者間無(wú)顯著差異；在CK 處理下根系MDA 含量最小，且與除C1/5 外的其他切根處理間差異顯著（P＜0.05）。各處理下葉片和根系中脯氨酸含量較接近。葉片中脯氨酸含量在C1/5 處理時(shí)最高，為18.57 μg/g，但與CK間差異不顯著，與C1/3和C1/2 之間差異顯著（P＜0.05）；根系中脯氨酸含量在C1/2處理時(shí)最高，但各處理間差異均不顯著。

2.2.4 POD 和SOD 活性

由表5可知：隨著切根強(qiáng)度的增加，葉片中POD活性呈先降低后升高的趨勢(shì)，在C1/2處理時(shí)活性最高，其值為865.53 mg/（g·min），與其他各處理之間差異顯著（P＜0.05）；在C1/2 處理時(shí)根系POD 活性亦最大。隨著切根強(qiáng)度的增加，葉片SOD活性不斷提高，其中CK和C1/5與其他切根處理間差異顯著；根系中SOD 活性在C1/2 處理時(shí)最高，其值為263.16 U/g，且與除C1/5 外的其他各處理之間差異顯著（P＜0.05）。

3 討論與結(jié)論

苗木根系是否發(fā)達(dá)，直接影響著苗木移栽或造林的效果[14]。在西藏荒漠化治理及高寒、干旱等困難立地的植被恢復(fù)過(guò)程中，對(duì)苗木質(zhì)量的要求自然較高。切根作為苗木培育過(guò)程中最常見的干擾技術(shù)，可有效抑制根系頂端優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)苗木側(cè)根和須根生長(zhǎng)，調(diào)整苗木地上地下比例，有效減少苗木窩根，顯著提高苗木造林效果[15-16]。生長(zhǎng)于地上和地下的苗木的不同部分，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和信息物質(zhì)的交流和供求上存在著相互依賴和相互制約的關(guān)系[17]，切根后苗木原來(lái)的物質(zhì)交流和供求關(guān)系會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而調(diào)整其地上和地下的生長(zhǎng)和生理變化。

本研究中，不同強(qiáng)度切根后砂生槐幼苗成活率差異較大，C1/5處理時(shí)砂生槐幼苗100%成活，C1/2處理時(shí)成活率最低，僅有40%，CK 幼苗成活率為90%，僅次于C1/5處理，說(shuō)明適度的切根處理可以提高砂生槐幼苗的成活率，損傷過(guò)度將導(dǎo)致其成活率顯著降低。相關(guān)研究表明，濕地松裸根苗經(jīng)切根處理后，小徑級(jí)苗數(shù)量增加，但苗木造林后的保存率遠(yuǎn)高于對(duì)照[18]，而杉木切根后合格苗率比不切根處理提高了33.3%，但其切根苗比未切根苗造林成活率僅提高了1.34%[19]?？梢姡煌瑯浞N的苗木在切根后的表現(xiàn)不同，各樹種只有在適度的切根干擾下才能促進(jìn)側(cè)根生長(zhǎng)，提高苗木成活率；切根強(qiáng)度過(guò)大，使植物根系受損嚴(yán)重，破壞根系吸收養(yǎng)分的功能，反而會(huì)降低苗木成活率[20]。陳一群等[21]研究表明，切根能顯著促進(jìn)樟樹苗的地徑生長(zhǎng)，同時(shí)，降低苗木的高徑比；KAINER等[22]研究表明，經(jīng)切根處理后的苗木多為矮壯苗，根莖比下降，吸收根龐大，從而使水分吸收增多。本研究中，對(duì)照組砂生槐幼苗苗高、地徑和高徑比均最高，而C1/5處理的高徑比最小，根冠比表現(xiàn)為C1/5＞CK＞C1/4＞C1/3＞C1/2；CK生物量最大，C1/5次之，C1/2最小。說(shuō)明不同強(qiáng)度的切根均對(duì)根系造成了損傷，使得根系在一段時(shí)間內(nèi)吸收不到足夠的水分和養(yǎng)分，且這種限制作用隨著切根強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)，最終導(dǎo)致植株的光合速率下降，植株生長(zhǎng)受到抑制[23]，其生長(zhǎng)能力需要一定的時(shí)間恢復(fù)重建。而C1/5 處理的苗木高徑比最小，根系活力最大，表明適度切根有利于其根系功能的發(fā)揮和苗木質(zhì)量的提高。

表4 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗MDA和脯氨酸含量的影響Table 4 Effects of different root-cutting intensities on MDA and proline contents of S.moorcroftiana seedlings

表5 不同切根強(qiáng)度對(duì)砂生槐幼苗POD和SOD活性的影響Table 5 Effects of different root-cutting intensities on peroxidase(POD)and superoxide dismutase(SOD)activities of S.moorcroftiana seedlings

龔睿等[24]研究切根對(duì)豆梨容器苗生長(zhǎng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著切根強(qiáng)度的增加，葉綠素含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。本研究中，切根使砂生槐幼苗葉綠素含量明顯降低，隨著切根強(qiáng)度的增加，Chla、Chlb 和總?cè)~綠素（Chla＋Chlb）含量均呈降低的趨勢(shì)。這是由于切根破壞了原有的根系系統(tǒng)，使得根系吸收水分和養(yǎng)分的能力降低，導(dǎo)致葉片中水分和養(yǎng)分含量也隨之減少，從而影響葉綠素的合成，并可能會(huì)加速已合成葉綠素的分解，導(dǎo)致植物葉綠素含量下降[25]。對(duì)蘋果樹進(jìn)行切根處理后其根系活力顯著高于對(duì)照[26]，表明切根有提高根系活力的作用。本研究中，C1/5處理的根系活力最強(qiáng)，其次為對(duì)照和C1/4處理，C1/2 處理的根系活力最弱。說(shuō)明適度切根有利于根系活力的提高，但切根強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，植物所受損傷過(guò)強(qiáng)，會(huì)明顯降低植物根系活性，從而影響其地上生長(zhǎng)及成活?？芙ù錥27]研究斷根對(duì)紫花苜蓿的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷根會(huì)使紫花苜蓿葉片中MDA 含量升高。本研究中，葉片和根系MDA 含量均在C1/2 處理時(shí)最高，且均與CK、C1/5和C1/4處理之間差異顯著（P＜0.05）。葉片中脯氨酸含量在C1/5處理時(shí)最高，根系中，除C1/3處理外，脯氨酸含量隨切根強(qiáng)度的增加呈增加的趨勢(shì)，且在C1/2 處理時(shí)最高，表明C1/5處理時(shí)葉片的抗逆性最強(qiáng)，C1/2處理時(shí)根系的抗逆性最強(qiáng)。植物在逆境條件下，會(huì)通過(guò)積累大量的脯氨酸來(lái)抵御逆境[28]。本研究中，葉片和根系POD 和SOD 活性均在C1/2 處理時(shí)最大，且切根處理后葉片SOD活性均比CK高。植物在受到切根傷害后，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，與此同時(shí)，植物會(huì)啟動(dòng)應(yīng)急抗氧化防御系統(tǒng)，產(chǎn)生大量的POD 和SOD，通過(guò)清除體內(nèi)多余活性氧來(lái)降低細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，以增強(qiáng)植物抗逆性[29]。

綜合以上結(jié)果表明，適度切根會(huì)提高砂生槐幼苗成活率、葉片含水率、根系活力等，切根C1/5處理對(duì)砂生槐幼苗生長(zhǎng)和生理的促進(jìn)效果最佳。不同強(qiáng)度切根會(huì)對(duì)砂生槐苗木造成不同程度的傷害，切根強(qiáng)度越大，對(duì)砂生槐幼苗的傷害程度越大。在應(yīng)對(duì)傷害造成的逆境條件時(shí)，葉片和根系會(huì)通過(guò)不同的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中MDA含量、POD和SOD活性均在最強(qiáng)切根處理（C1/2）時(shí)最大，表明切根處理會(huì)提高砂生槐幼苗的抗逆性，有利于提高其移栽的成活率。對(duì)砂生槐苗木切根后其體內(nèi)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化及在相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的生長(zhǎng)、生理及生根情況還有待進(jìn)一步探索。