兩種源濕地松苗木生長特性和生理生態(tài)性狀

熊啟慧，靳藏馥，張 露*，程澤龍，謝金文，劉 瑤，蔣祥英

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院/江西省森林培育重點實驗室，江西 南昌 330045；2.江西省景德鎮(zhèn)楓樹山林場，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

【研究意義】濕地松（Pinus elliottii）作為世界性人工用材林主栽樹種，20 世紀(jì)引種我國成功后，現(xiàn)已覆蓋南方15 個省份，成為荒山綠化、生態(tài)防護(hù)、造林和采脂的主要樹種[1-2]。濕地松的研究涉及木材材性[3-4]、松脂產(chǎn)量[5-6]和松脂性狀[7]等方面，在濕地松體細(xì)胞胚胎發(fā)生[8]也開展了有益探討。濕地松極大的研究價值，使其良種繁育和造林十分重要。研究不同種源濕地松苗木的生長特性，探究不同種源苗木生理生態(tài)性狀對其生長性狀的影響，有利于尋找優(yōu)良種源作為造林種源，助力現(xiàn)有濕地松良種基地建設(shè)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】長期的生殖隔離和環(huán)境因子的共同作用，導(dǎo)致不同種源的同一樹種在生長發(fā)育和生理生態(tài)等方面產(chǎn)生了顯著差異[9-10]。種源試驗是在相同栽培條件下，觀察比較不同種源樹種的生產(chǎn)力和適應(yīng)力，選擇具有穩(wěn)定遺傳優(yōu)良性狀的個體或種群，為林木遺傳性狀改良提供思路[11]。陳存等[12]研究表明，不同種源美洲黑楊（Populus deltoides）的苗高、地徑、根莖葉生物量等生長性狀和葉綠素含量、凈光合速率等生理性狀存在顯著差異，基于此，對不同種源的苗木生長優(yōu)劣進(jìn)行了分類和排序。陳嘉靜等[13]研究發(fā)現(xiàn)不同種源刨花楠（Machilus pauhoi）葉面積和葉干重等葉片性狀具有顯著差異，蘇石誠等[14]也報道不同種源花櫚木（Ormosia henryi）總根長、根尖數(shù)等根系性狀具有顯著差異。松科樹種中，鄉(xiāng)土樹種華山松（Pinus armandii）[15]、云南松（Pinus yunnanensis）[16]等種源苗期研究取得了一定進(jìn)展，并已運用于生產(chǎn)實踐；而濕地松生長性狀和生理性狀的研究多探究不同試驗處理之間的異同[17-19]，對不同種源間生長及生理生態(tài)性狀差異的研究少有報道?！颈狙芯壳腥朦c】以美國和廣東兩種源濕地松種子所育一年生苗木為研究材料，利用t檢驗分析不同種源濕地松苗木生長性狀、針葉生理性狀和根葉生態(tài)性狀的異同，并通過相關(guān)分析揭示不同種源濕地松苗木各性狀間協(xié)同和權(quán)衡的機(jī)制，剖析濕地松生長特性與生理和生態(tài)性狀之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】對比分析兩種源濕地松苗木生長特性的異同，探究造成苗木生長差異的關(guān)鍵生理生態(tài)機(jī)制。研究結(jié)果可了解兩種源濕地松苗木在江西省的生長差異性及適應(yīng)性，為濕地松造林用種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

育苗地位于江西省景德鎮(zhèn)市國營楓樹山林場浮南分場（29°9′～29°35′N，117°3′～117°37′E）。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明，日照充足，日照時數(shù)2 000 h左右，年均積溫6 238 ℃，年平均溫度為17.1 ℃，年最高氣溫41.8 ℃，年最低氣溫-10.9 ℃，年平均降雨量1 650～1 850 mm。海拔約80 m，土壤類型為紅壤，pH值為4.6，肥力中等偏低[20]。

1.2 研究材料與試驗設(shè)計

濕地松種子來源于美國路易斯安那州和廣東省臺山市紅嶺種子園生產(chǎn)的良種。2020 年3 月催芽，當(dāng)芽苗長至2～3 cm 移栽入育苗容器內(nèi)，育苗容器為白色無紡布袋（口徑14 cm×高度16 cm），育苗基質(zhì)為黃心土，采用0.02%多菌靈消毒基質(zhì)。采用區(qū)組對比試驗設(shè)計，共設(shè)9 個區(qū)組，每個區(qū)組每個種源移栽50 株于育苗容器中，共900 株。容器苗置于遮蔭網(wǎng)下（遮陰率60%），并做好澆水、除草等常規(guī)管理工作，兩種源苗木管理方式一致。

1.3 樣本采集與指標(biāo)測定

1.3.1 苗木生長指標(biāo)測定 于2020 年11 月苗木生長停止后，從每個區(qū)組每個種源隨機(jī)選取10 株，共180株。

苗高和地徑測定：用卷尺測量苗高（SH，cm），用游標(biāo)卡尺測量地徑（GD，mm）。

測完苗高和地徑后做好標(biāo)記并挖苗，洗凈拭干，分為地下部分（根系）和地上部分（莖葉），裝入信封，用于測定相關(guān)生態(tài)和生物量指標(biāo)。

生物量測定：針葉和根系生態(tài)性狀測定完畢后，將分裝好的根系部分和莖葉部分置于105 ℃烘箱殺青30 min，于75 ℃烘干至恒重，用電子天平測定其地上和根系干重，即獲得單株地上生物量（AB，g）、根系生物量（RB，g）和整株生物量（TB，g）。

1.3.2 針葉生理指標(biāo)測定 于7 月苗木生長旺盛時，從每個區(qū)組每個種源隨機(jī)選取1 株標(biāo)準(zhǔn)株，兩種源共18株。每株采當(dāng)年生新鮮針葉，用濕紗布包裹帶回實驗室。采用95%乙醇研磨浸提法測定葉綠素含量（Chl，mg/g）、葉綠素a/b（Chl-a/b），采用蒽酮法測定可溶性糖含量（SSC，mg/g），采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白含量（SPC，mg/g），采用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶活性（POD，u/g），采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定超氧化物歧化酶活性（SOD，u/g），采用紫外吸收法測定過氧化氫酶活性（CAT，u/g），采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量（MDA，mmol/g）[21]。

1.3.3 根葉生態(tài)指標(biāo)測定與計算 樣本對象同苗木生長指標(biāo)測定，即兩種源各90株，共180株。

針葉性狀測定：從每個裝有莖葉的信封中隨機(jī)取10 根針葉用于測定針葉形態(tài)指標(biāo)，測完放回原信封。電子天平稱每根針葉重（NLW，g），直尺測定針葉長（L，mm），游標(biāo)卡尺測定針葉中部寬度作為針葉寬（D，mm），并計算針葉面積（LA，mm2）[22]：

式（3）中，L為針葉長；D為針葉寬。

根系性狀測定：從裝有根系的信封中取出所有根系進(jìn)行測定，測完放回原信封。用EPSON COLOR IMAGE SCANNER LA1600 根系掃描儀掃描根系，根系圖像分析軟件WinRHIZO 2012 測定并獲得總根長（RL，cm）、根總表面積（RSA，cm2）、根平均直徑（RAD，mm）以及根總體積（RV，cm3）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用獨立樣本t檢驗對比廣東和美國種源濕地松苗木觀測指標(biāo)和相關(guān)性狀的異同，用Pearson 法分別對兩種源苗木生長、生理和生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。采用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，Sigmaplot 12.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種源濕地松苗木生長特性

t檢驗分析表明，濕地松苗木苗高、地徑、地上生物量在兩種源間有顯著差異，表現(xiàn)為廣東種源苗木苗高、地徑、地上生物量的均值顯著高于美國種源，廣東種源苗木的根系生物量和整株生物量均值略高于美國種源（圖1）。從生物量構(gòu)成而言，美國種源苗木地上生物量均值占整株生物量均值的65.45%，廣東種源苗木地上生物量均值占整株生物量均值的65.63%，說明濕地松地上部分生物量為整株生物量主要組成部分（圖1）。

圖1 兩種源濕地松苗木生長性狀Fig.1 Growth traits of Pinus elliottii seedlings from two provenances

2.2 兩種源濕地松苗木針葉生理性狀

t檢驗分析表明，除可溶性糖和可溶性蛋白含量無顯著差異外，不同種源間苗木針葉其他生理性狀表現(xiàn)出顯著差異（圖2）。廣東種源苗木葉綠素含量、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性的平均值顯著高于美國種源；而美國種源苗木過氧化氫酶活性、丙二醛含量的均值極顯著高于廣東種源（圖2）。其中，廣東種源苗木過氧化物酶活性均值為美國種源的2倍，美國種源苗木過氧化氫酶活性均值以及丙二醛含量均值也約等于廣東種源的2 倍?？傮w看，8 個針葉生理性狀中廣東種源苗木6 個針葉生理性狀的表現(xiàn)優(yōu)于美國種源。

圖2 兩種源濕地松苗木針葉生理性狀Fig.2 Needle physiological traits of needleleaves of P.elliottii seedlings from two provenances

2.3 兩種源濕地松苗木根葉生態(tài)性狀

t檢驗分析表明，兩種源濕地松苗木高徑比、根冠比、根總表面積、根平均直徑和根總體積無顯著差異，而針葉面積、針葉重和總根長等3 個性狀有顯著差異（圖3）。具體表現(xiàn)為廣東種源針葉面積極均值顯著高于美國種源、針葉重均值顯著高于美國種源；而美國種源總根長極顯著高于廣東種源（圖3）?？傮w來看，廣東種源苗木針葉生態(tài)性狀表現(xiàn)優(yōu)于美國種源，而根系生態(tài)性狀反之。

圖3 兩種源濕地松苗木根葉生態(tài)性狀Fig.3 Ecological traits of roots and needle leaves of P.elliottii seedlings from two provenances

2.4 兩種源濕地松苗木觀測指標(biāo)與性狀的相關(guān)性

兩種源濕地松苗木生長性狀相關(guān)性分析表明：美國種源苗木苗高、地徑、地上生物量、根系生物量和整株生物量兩兩之間均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，其中苗高與地上生物量間的相關(guān)系數(shù)最高（0.98）。而廣東種源苗木苗高與地上生物量、根系生物量和整株生物量呈顯著正相關(guān)，地徑與根系生物量顯著正相關(guān)，地上生物量、根系生物量均與整株生物量顯著正相關(guān)，但苗高與地徑、地徑與地上生物量、地徑與整株生物量、地上生物量和地下生物量之間相關(guān)性不顯著（表1）。從各生長性狀間相關(guān)系數(shù)的變化范圍看，美國種源苗木為0.67～0.98，而廣東種源苗木卻為0.34～0.91（表1）?？梢?，不同種源間濕地松苗木生長性狀的相關(guān)性存在一定的差異。

表1 兩種源濕地松苗木生長性狀相關(guān)性分析（n=90）Tab.1 Correlation analysis among growth traits of P.elliottii seedlings for two provenances

從表2 可知，兩種源間濕地松苗木生理性狀的相關(guān)性差異較大。美國種源苗木葉綠素含量、葉綠素a/b、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性兩兩間呈顯著正相關(guān)，過氧化物酶活性與可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性顯著正相關(guān)。廣東種源苗木葉綠素含量與葉綠素a/b、可溶性糖含量、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性顯著正相關(guān)，葉綠素a/b 與過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性顯著正相關(guān)，過氧化物酶活性與超氧化物歧化酶活性之間、過氧化氫酶活性與丙二醛含量之間也呈顯著正相關(guān)（表2）。美國種源苗木相關(guān)系數(shù)最高值出現(xiàn)在可溶性糖含量與可溶性蛋白含量間，為0.92；而廣東種源苗木葉綠素含量與超氧化物歧化酶活性相關(guān)性最強(qiáng)，為0.85（表2）。

表2 兩種源濕地松苗木針葉生理性狀相關(guān)性分析（n=9）Tab.2 Correlation analysis of physiological traits of needle leaves of P.elliottii seedlings from two provenances

兩種源濕地松苗木生態(tài)性狀的相關(guān)分析表明，美國種源苗木高徑比與針葉面積、根總體積間為顯著正相關(guān)，針葉面積、針葉重與總根長、根總表面積間顯著正相關(guān)，根總體積與針葉面積、總根長、根總表面積顯著正相關(guān)；廣東種源苗木針葉面積、針葉重、總根長兩兩之間顯著正相關(guān)，根總體積與針葉重、總根長、根總表面積顯著正相關(guān)，根總表面積與根平均直徑顯著正相關(guān)（表3）。美國種源苗木根總表面積與針葉面積、總根長間的相關(guān)系數(shù)均為0.96，廣東種源苗木根總表面積與根平均直徑間的相關(guān)系數(shù)最高，為0.92（表3）。

兩種源濕地松苗木生長特性與針葉生理性狀相關(guān)性分析表明，葉綠素含量、可溶性蛋白含量與5 個生長性狀均顯著正相關(guān)，葉綠素a/b、過氧化物酶活性與苗高、地上生物量、整株生物量顯著正相關(guān)，可溶性糖含量與苗高、地上生物量、根系生物量、整株生物量顯著正相關(guān)，超氧化物歧化酶活性與苗高、地徑、地上生物量、整株生物量顯著正相關(guān)。然而，過氧化氫酶活性、丙二醛含量與地徑顯著負(fù)相關(guān)。濕地松苗木生長性狀和針葉生理性狀間，苗高與可溶性糖含量的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.90。（表4）

表4 濕地松苗木生長和生理性狀的相關(guān)性分析（n=18）Tab.4 Correlation analysis of growth and physiological traits of P.elliottii seedlings

濕地松苗木生長性狀與根葉生態(tài)性狀相關(guān)性分析表明，針葉面積、針葉重與5 個生長性狀均顯著正相關(guān)，根冠比與地徑、根系生物量、整株生物量顯著正相關(guān)，根總表面積與地上生物量，整株生物量顯著正相關(guān)，根總體積與苗高、地上生物量、根系生物量、整株生物量顯著正相關(guān)（表5）。相比于其他根葉生態(tài)性狀，苗高、地徑、地上生物量、整株生物量與針葉面積的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.61、0.94、0.87；而根系生物量與根冠比的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.88（表5）。

表5 濕地松苗木生長和生態(tài)性狀的相關(guān)性分析（n=180）Tab.5 Correlation analysis of growth and ecological traits of P.elliottii seedlings

3 討論

有關(guān)植物生長指標(biāo)和生理指標(biāo)的變異規(guī)律一直為學(xué)者所關(guān)注[23-25]，大多數(shù)研究表明不同種源間生長指標(biāo)和生理指標(biāo)具有顯著性差異。對美國和廣東兩種源濕地松苗木生長性狀和生理生態(tài)性狀的研究亦發(fā)現(xiàn)不同種源間濕地松苗木所測性狀表現(xiàn)出差異性。從生長性狀來看，廣東種源苗木苗高、地徑、地上生物量的平均值顯著高于美國種源，根系生物量、整株生物量略高但無顯著差異。而有研究表明，不同種源鵝掌楸（Liriodendron chinense）苗木的苗高、地徑、地下生物量、整株生物量等指標(biāo)存在顯著差異，地上生物量差異不顯著[26]。這與濕地松兩種源苗木的研究稍有區(qū)別，可能是鵝掌楸苗木為裸根苗，濕地松苗木為容器苗所致，其根系的生長受到育苗容器規(guī)格的限制[27。生理性狀方面，廣東種源苗木針葉葉綠素含量、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性的平均值顯著高于美國種源苗木，而美國種源苗木針葉過氧化氫酶活性、丙二醛含量的均值極顯著高于廣東種源。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的一類色素，葉綠素含量高說明苗木合成營養(yǎng)成分的能力越強(qiáng)，由此推測廣東種源濕地松苗木地上生物量顯著高于美國種源的原因可能與廣東種源苗木針葉葉綠素含量較高有關(guān)。除葉綠素含量外，過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性等與植物抗性相關(guān)。如對馬尾松（Pinus massoniana）的研究表明，馬尾松幼苗通過增加丙二醛含量，提高過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性可應(yīng)對低磷脅迫，且不同種源馬尾松幼苗丙二醛含量、酶活性變化程度不同[28]。生態(tài)性狀方面，廣東種源苗木針葉面積、針葉重的平均值顯著高于美國種源，而美國種源苗木總根長的平均值極顯著高于廣東種源。綜合生長性狀、生理性狀和生態(tài)性狀看，兩種源苗木的生長策略有所不同，廣東種源濕地松因其多數(shù)性狀表現(xiàn)更優(yōu)可能更適應(yīng)于江西生長。

為探究種源對濕地松苗木各性狀間相互關(guān)系的影響，對美國和廣東兩種源濕地松苗木生長性狀、生理性狀、生態(tài)性狀分別進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，不同種源濕地松苗木生長性狀相關(guān)關(guān)系存在差異，美國種源苗木苗高與地徑、地徑與地上生物量、地徑與整株生物量、地上生物量與根系生物量間呈顯著正相關(guān)，而廣東種源苗木以上指標(biāo)間無顯著相關(guān)性。表明相比于廣東種源苗木，美國種源苗木地上部分生長與根系生長聯(lián)系更為緊密。不同種源濕地松苗木針葉生理性狀相關(guān)性也存在明顯差異，體現(xiàn)為葉綠素含量、葉綠素a/b、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性6 個性狀中，美國種源苗木除葉綠素含量、葉綠素a/b與過氧化物酶活性間無顯著相關(guān)外，其余指標(biāo)兩兩間為顯著正相關(guān)，而廣東種源苗木除葉綠素含量、葉綠素a/b與過氧化物酶活性顯著正相關(guān)外，其余指標(biāo)相關(guān)性多不顯著。過氧化物酶能避免植物體細(xì)胞受損傷而氧化，葉綠素直接影響植物光合作用，這兩者間顯著相關(guān)有利于促進(jìn)苗木生長，這與劉麗等[29]對杉木（Cunninghamia lanceolata）的研究結(jié)果相似。根葉生態(tài)性狀中，兩種源差異表現(xiàn)為：美國種源苗木高徑比與針葉面積、根體積間，針葉面積與根總表面積、根總體積間，針葉重與根總表面積間顯著正相關(guān)；而廣東種源高徑比與其余生態(tài)性狀無顯著相關(guān)，針葉面積與針葉重間，針葉重與根總體積間，根總表面積與根平均直徑間為顯著正相關(guān)。結(jié)合美國種源苗木生長性狀間的相關(guān)性，可進(jìn)一步推測美國種源苗木根系生長過程中，通過改變苗木地徑、高徑比而影響地上部分生長。利用相關(guān)性分析進(jìn)一步了解濕地松苗木生長性狀和針葉生理性狀、根葉生態(tài)性狀間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，結(jié)果表明：濕地松苗木生長性狀和生理性狀、生態(tài)性狀間聯(lián)系緊密，且多為正相關(guān)關(guān)系。8 個生理性狀中葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等性狀與生長性狀相關(guān)性最為顯著。徐圓圓等[30]對柳杉（Cryptomeria fortunei）的研究亦反映葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量與苗高、地徑等性狀的生長顯著正相關(guān)。8個生態(tài)性狀中針葉面積、針葉重等性狀與生長性狀相關(guān)性最為緊密。王瑜等[31]對云南松的研究表明，當(dāng)苗木個體較小時，生物量的分配傾向于地上部分，尤其是苗木葉。吳際友等[32]在對不同種源閩楠（Phoebe bournei）苗期生長差異與早期選擇中提出，生長性狀的研究時間需要長一些，早期選擇存在不穩(wěn)定性，要長期持續(xù)測定。本研究僅對1 年生苗木的表型性狀和生理性狀進(jìn)行了統(tǒng)計分析，隨著苗木不斷生長不同種源濕地松苗期的生長規(guī)律可能存在不同，需要長期跟蹤觀測來深入了解其內(nèi)在調(diào)控機(jī)理。

4 結(jié)論

美國和廣東兩種源濕地松1 年生容器苗在江西表現(xiàn)不同，其生長性狀、生理性狀和生態(tài)性狀的表現(xiàn)及生長性狀、生理性狀和生態(tài)性狀內(nèi)各指標(biāo)的相互關(guān)系均存在顯著差異。且濕地松苗木苗高、地徑、地上生物量、根系生物量、整株生物量等生長性狀與針葉生理性狀、根葉生態(tài)性狀間相關(guān)性不同。廣東種源濕地松苗木生長更快，生理性狀和生態(tài)性狀表現(xiàn)出較優(yōu)水平，不同性狀間協(xié)同更強(qiáng)，為適宜在當(dāng)?shù)匕l(fā)展的優(yōu)良種質(zhì)材料。