不同補灌處理對毛白楊生理特性的影響

張 林

（山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局科技服務(wù)中心，山西 朔州 038300）

毛白楊（Populus tomentosa L.）是我國北方地區(qū)城鎮(zhèn)綠化及四旁綠化的重要樹種，由于具有極強的適應(yīng)能力，所以在山西省各地市均有廣泛的栽培，由此也帶來了大量的苗木需求[1]。為適應(yīng)市場對苗木的需要，桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局近年來加大了毛白楊的育苗數(shù)量。多年的育苗實踐發(fā)現(xiàn)，在早春苗木發(fā)芽后至雨季到來之前常常遭遇水分脅迫的危害，這給培育優(yōu)質(zhì)壯苗帶來了一定挑戰(zhàn)，因此人工補充灌溉十分必要[2]。山西省作為水資源嚴(yán)重不足的地區(qū)之一，農(nóng)林生產(chǎn)中降低水資源消耗是緩解水資源矛盾的重要途徑，為此研究不同減量補灌水量對毛白楊生理特性的影響規(guī)律，對指導(dǎo)育苗實踐中科學(xué)高效利用水資源具有重要的理論與實踐意義。水分供應(yīng)量的高低直接影響毛白楊生長發(fā)育及生理生化反應(yīng)，灌水量不足導(dǎo)致毛白楊處于水分脅迫條件時，植株體內(nèi)會產(chǎn)生大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以維持細(xì)胞內(nèi)水分平衡[3]。同時，水分脅迫會使毛白楊植株內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧和H2O2，導(dǎo)致細(xì)胞膜受到傷害，影響植株正常生理活動的進(jìn)行[4]。SOD、POD 是植物在長期的進(jìn)化過程中形成的清除體內(nèi)多余自由基和H2O2的重要活性物質(zhì)[5]，SOD 和POD活性的升高表明植物體受到了一定的水分脅迫，因此，SOD 和POD 活性變化也可以作為判斷毛白楊是否遭受水分脅迫的重要指標(biāo)[6]。本試驗以常規(guī)補灌水量為對照，分析減少補灌量下毛白楊生理特性變化規(guī)律，揭示毛白楊的水分生理特征，為毛白楊育苗中節(jié)水灌溉和提高水分利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年3 月至2020 年7 月在山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林試驗局苗圃內(nèi)進(jìn)行，所選毛白楊苗木為2a 生扦插苗。該苗木于2018 年3 月在苗圃內(nèi)扦插育苗，栽培密度為40cm×40cm，試驗地土壤肥力狀況為堿解氮18.12mg/kg，P2O5為13.98mg/kg，K2O 為 94.56mg/kg，pH 值 7.83。

1.2 試驗設(shè)計

當(dāng)?shù)孛讞钣缰写耗┫某醭Ｒ?guī)灌溉中每隔20d 灌水1 次，每次灌水量為4200mL/株，共計灌水5 次。本試驗以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌水量為對照，設(shè)置4 個處理，即 T1 為對照，補灌水量為 4200mL/株；T2 補灌水量為 3360mL/株；T3 補灌水量為 2520mL/株；T4補灌水量為1680mL/株。在距離毛白楊主莖20cm的四周埋設(shè)深40cm 的塑料紙作為分隔帶，防止水分在不同植株之間互滲。每個處理選擇長勢一致的毛白楊苗木20 株，3 次重復(fù)。田間小區(qū)試驗，小區(qū)面積50cm×30m，隨機區(qū)組試驗設(shè)計。灌水時間分別為3 月 20 日、4 月 9 日、4 月 29 日、5 月 19 日、6 月 8日。試驗不考慮自然降雨的影響。

1.3 田間取樣

于4~7 月的每個月16 日到田間采集毛白楊葉片樣品，每處理選擇5 株苗木隨機摘取5 片葉，然后直接放入液氮中冷凍保存。生理指標(biāo)測定時，將各處理葉片剪碎后混勻，從中隨機選取葉片樣品進(jìn)行各項生理指標(biāo)的測定。其中，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法[7]，游離脯氨酸含量測定采用茚三酮法[7]，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[7]，SOD 活性采用 NBT 還原法[7]，POD 測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]。每項指標(biāo)共測定5 次，取平均值作為最終結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖表制作使用Excel 2010 版軟件，差異顯著性分析使用DPS7.05 版軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補灌處理對毛白楊可溶性蛋白含量的影響

由圖1 可知：毛白楊葉片內(nèi)可溶性蛋白含量在整個試驗期間表現(xiàn)出一直升高的變化，不同補灌處理對葉片內(nèi)可溶性蛋白含量的影響存在差異。4~7月，毛白楊葉片內(nèi)可溶性蛋白含量表現(xiàn)為隨著灌水量的降低而升高，其中T4 處理始終處于最高值，比對照提高了30.40%～85.47%，表明該處理與對照相比產(chǎn)生了水分脅迫，從而顯著提高了可溶性蛋白含量。4 月，T2、T3 分別高于對照 8.81%和 25.54%，無顯著差異，表明補灌水量降低至T3 水平并未顯著提高4 月份毛白楊葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量。5~7月，T3 比對照提高了24.08%～44.76%，表明該灌水量在5~7 月使毛白楊產(chǎn)生了水分脅迫，從而顯著提高了可溶性蛋白含量；T2 與對照相比分別提高了10.57%～18.46%，表明該處理雖然會使毛白楊可溶性蛋白含量升高，但是并未達(dá)到差異顯著水平。

圖1 毛白楊可溶性蛋白含量變化

2.2 不同補灌處理對毛白楊可溶性糖含量的影響

由圖2 可知：毛白楊可溶性糖含量在整個試驗期間表現(xiàn)為先降低后升高的變化趨勢，不同補灌處理對可溶性糖含量的影響存在差異。4~7 月，可溶性糖含量變化與可溶性蛋白相似，表現(xiàn)為隨著灌水量的降低而升高，T4 處理處于最高值，比對照提高了18.94%～35.54%，表明人工補灌水量降低至T4 水平時顯著提高了毛白楊葉片內(nèi)的可溶性糖含量；T3 比對照提高了14.11%～26.03%，表明灌水量降低至T3水平時與對照相比仍然會顯著提高毛白楊可溶性糖含量，也說明該灌水量與對照相比使毛白楊產(chǎn)生了顯著的水分脅迫；T2 比對照提高了5.92%～13.37%，差異不顯著，表明該灌水量與對照相比雖然產(chǎn)生了一定程度的脅迫，但是并未達(dá)到顯著水平。4~6 月，T3 與T4 之間無顯著差異，說明這兩個處理對毛白楊葉片內(nèi)可溶性糖含量的影響處于同一水平；5、7月T3 顯著高于T2 處理，表明T3 與T2 相比在這兩個月份使毛白楊產(chǎn)生了顯著的水分脅迫效應(yīng)。

圖2 毛白楊可溶性糖含量變化

2.3 不同補灌處理對毛白楊游離脯氨酸含量的影響

由圖3 可知：毛白楊葉片內(nèi)游離脯氨酸含量在整個試驗期間表現(xiàn)為一直升高的變化，不同補灌處理之間存在差異。從不同補灌處理來看，游離脯氨酸含量變化與可溶性蛋白、可溶性糖相似，表現(xiàn)為隨著灌水量的降低而升高，其中4~7 月T4 處于最高值，比對照提高了43.25%～91.96%，差異顯著，表明補灌水量的降低至T4 水平會對毛白楊產(chǎn)生顯著的水分脅迫，從而導(dǎo)致游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著升高。T3 比對照提高了23.16%～63.61%，差異顯著，表明補灌水量降低至T3 水平時仍然會顯著提高毛白楊葉片內(nèi)游離脯氨酸含量；5~7 月T3均顯著低于T4，說明灌水量從T3 降低至T4 水平后在這3 個月份仍然會顯著提高毛白楊葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量。T2 游離脯氨酸含量比對照提高了8.54%～22.14%，差異不顯著，說明補灌水量從T1 降低至T2 不會顯著提高毛白楊葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量；5~7 月T2 與T3 之間無顯著差異，表明補灌水量從T2 降低至T3 水平在這3 個月份不會對游離脯氨酸含量產(chǎn)生顯著影響。

圖3 毛白楊游離脯氨酸含量變化

2.4 不同補灌處理對毛白楊SOD 活性的影響

由圖4 可知：毛白楊SOD 活性在整個試驗期間表現(xiàn)為一直升高的變化趨勢，不同補灌處理對SOD活性影響存在差異。從各月份SOD 活性的變化上來看，隨著灌水量的降低SOD 活性升高的變化，T4 處理在整個試驗期間均處于最高值，比對照提高了31.37%～55.75%，差異顯著，表明補灌水量降低至T4 與對照相比顯著提高了毛白楊葉片內(nèi)的SOD 活性。T3 低于 T4 處理 2.03～4.47U/g，差異顯著，表明補灌水量從T4 升高至T3 會顯著降低毛白楊SOD活性；T3 均顯著高于對照，說明補灌水量與對照相比降低至T3 水平時會使毛白楊SOD 活性顯著升高。T2 比對照提高了7.89%～15.31%，無顯著差異，表明補灌水量降低至T2 水平時與對照相比雖然提高了SOD 活性，但差異未達(dá)到顯著水平。5、7 月，T3顯著高于T2 處理，表明在這兩個月份補灌水量從T2 降低至T3 顯著提高了SOD 活性。

圖4 毛白楊SOD 活性變化

2.5 不同補灌處理對毛白楊POD 活性的影響

由圖5 可知：毛白楊POD 活性在整個試驗期間表現(xiàn)為一直升高的變化，不同補灌水量對POD活性的影響存在差異。4~7 月，POD 活性變化趨勢與SOD 相似，均表現(xiàn)為隨著補灌水量的降低而升高的變化，其中T4 處理處于最高值，比對照提高了36.83%～70.13%，差異顯著，表明補灌水量降低至T4水平時與對照相比會顯著提高毛白楊葉片內(nèi)POD活性。5~7 月，T3 POD 活性低于 T4 處理 2.16～3.44U/g，差異顯著，表明補灌水量從T4 提高至T3水平在這3 個月份會顯著降低毛白楊POD 活性；T3 與對照之間存在顯著差異，表明補灌水量從T1降低至T3 會顯著提高毛白楊POD 活性。T2 高于對照0.71～2.03U/g，無顯著差異，表明毛白楊補灌水量從T1 降低至T2 雖然顯著升高了POD 活性，但是差異并不顯著。5~7 月，T3 均顯著高于T2，表明補灌水量從T2 降低至T3 在這3 個月份會顯著提高毛白楊POD 活性。

圖5 毛白楊POD 活性變化

3 討論

可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物生長過程中遇到水分、鹽堿脅迫等逆境條件時，其含量會顯著升高，因此，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化可以作為判斷植物是否遭遇水分脅迫的重要的指標(biāo)[9]。本試驗結(jié)果中，毛白楊可溶性蛋白含量隨著灌水量的降低表現(xiàn)出升高的變化，這說明補灌水量降低使毛白楊遭受到了一定的水分脅迫，這與馬斌等[10]研究結(jié)果一致；從不同補灌處理間比較來看，T3、T4 均顯著高于對照，這可能與這兩個處理使毛白楊產(chǎn)生了顯著的水分脅迫有關(guān)，而T2 與對照之間無顯著差異，表明T2 處理受到水分脅迫程度較小，這與崔穎等[11]研究結(jié)果一致。毛白楊可溶性糖含量在4 月份之后表現(xiàn)出降低的變化，侯忠輝[12]研究認(rèn)為這可能與可溶性糖對水分脅迫的反應(yīng)主要表現(xiàn)在早期，水分脅迫導(dǎo)致淀粉分解從而提高了可溶性糖含量，而這部分可溶性糖是植物適應(yīng)水分脅迫各種生理生化反應(yīng)的底物，隨著脅迫時間的延長，可溶性糖隨著消耗量的增加而降低，從而使毛白楊出現(xiàn)了5、6、7 月含量低于4月份的現(xiàn)象。Ibarra-Caballero[13]和Khedr[14]研究認(rèn)為，游離脯氨酸含量變化與植物受到的水分脅迫程度呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，植物生長過程中發(fā)生水分脅迫時游離脯氨酸會快速積累，并且脯氨酸也是植物逆境脅迫基因表達(dá)的重要活性物質(zhì)，因此，游離脯氨酸含量的增加可以作為判斷毛白楊補灌水量是否充足的重要指標(biāo)。從本試驗來看，在對照基礎(chǔ)上降低灌水量后毛白楊葉片內(nèi)游離脯氨酸含量均表現(xiàn)出升高的變化，其中T3、T4 與對照相比達(dá)到了顯著水平，說明T3、T4 的補灌水量已經(jīng)對毛白楊產(chǎn)生了顯著的水分脅迫效應(yīng)；T2 與對照之間無顯著差異，表明該灌水量還不會使毛白楊產(chǎn)生顯著的水分脅迫。Yin 研究認(rèn)為[15]，SOD 和 POD 是植物在長期進(jìn)化過程中形成的兩種重要抗氧化酶種類，其活性的變化與水分脅迫等逆境條件直接相關(guān)。本試驗結(jié)果中，補灌水量降低至T3、T4 水平時，毛白楊SOD、POD 活性均顯著升高，這說明這兩個補灌處理使毛白楊遭受到明顯的水分脅迫，而T2 與對照之間并無顯著差異，說明補灌水量降低至T2 處理不會使毛白楊產(chǎn)生明顯的水分脅迫，這與Edreva[16]研究結(jié)果一致。綜合分析來看，毛白楊補灌水量降低至3360mL/株既不會對毛白楊生理特性產(chǎn)生顯著影響，還可以起到節(jié)水灌溉的作用。

4 結(jié)論

（1）降低毛白楊補灌水量提高了其葉片內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量，當(dāng)補灌水量，降低至2520mL/株·次以下時會顯著提高3 種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量；灌水量降低至3360mL/株·次時并未對3 種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

（2）降低毛白楊補灌水量提高了SOD、POD 活性，其中灌水量降低至2520mL/株·次以下時兩種酶活性顯著高于對照，補灌水量降低至3360mL/株·次時并未對兩種抗氧化酶活性產(chǎn)生顯著影響。

（3）毛白楊早春補灌水量降低至3360mL/株·次不會對其生理特性產(chǎn)生顯著影響，因此建議育苗中早春補灌水量以3360mL/株·次為宜。