沙棘無性系苗期對基質復水的響應

劉麗穎，胡建忠，殷麗強

（1. 沈陽農業大學林學院，遼寧 沈陽 1108663；2. 水利部沙棘開發管理中心，北京 100038；3. 山合林（北京）水土保持技術有限公司，北京 100038）

陸生植物在生長季節處于不斷守望之中，降雨后隨著土壤逐漸干旱，植物開始守望下一次降雨，本質上在土壤干旱—濕潤交替之中生長，一些植物也因此形成了一定的抗旱性[1-2]。盆栽干旱脅迫試驗是探討植物抗旱性的一種重要手段，因此有關研究偏向于適宜盆栽的作物和牧草等草本植物[3-4]，而林木因其特征只適合于苗期開展研究[5-6]。中國沙棘Hippophae rhamnoidessubsp.sinensis、蒙古沙棘H.rhamnoidessubsp.mongolica、中亞沙棘H.rhamnoidessubsp.turkestanica是我國自然分布和人工栽培的一些生態經濟型樹種，其中尤以中國沙棘種植范圍遍及三北大部分地區，有關干旱脅迫方面業已開展了一些研究[7-9]，為掌握其抗旱性能奠定了良好的基礎。國內目前栽培的蒙古沙棘多為引自俄羅斯等國的大果沙棘，以果大、果柄長和刺少為其主要特征，經濟效益突出，不足之處是其抗旱性較差；而中國沙棘恰恰相反，抗旱性較強，但經濟產量較低。因此兩個亞種間的雜交就于20世紀90年代開始了，并誕生了一些蒙中雜交沙棘無性系[10]。因此，選擇一些蒙中雜交沙棘無性系，開展干旱脅迫試驗，研究基質復水效果，對于確定其適宜種植范圍、開展沙棘工業原料林[11]的合理配置以及經營管理都十分重要。正是基于上述考慮，本文開展了對蒙中雜交沙棘無性系在苗期干旱脅迫后基質復水的研究。

1 材料與方法

試驗地選在沈陽農業大學校內試驗場。

試驗所用3個沙棘無性系為雜雌優2號、雜雌優10號和雜雌優54號，均為蒙古沙棘做母本、中國沙棘做父本雜交選育而來的雌性無性系品種。

試驗采用盆栽試驗方法。當年早春采集沙棘硬枝插條，平均長20 cm，平均基徑5.8 mm。3月下旬，插條生根粉浸泡4 h，扦插在花盆中?；ㄅ枭?3 cm，容積約8 L；扦插基質為培養土與石英砂體積比1:1的混合物。每個無性系扦插30盆，每盆2株。扦插花盆隨機擺放到溫室大棚中，噴壺定量澆水保持花盆基質相對濕度80%培養，至8月16日開展試驗。

試驗設計4個處理，每個處理6盆。1）對照：正常水分，基質相對濕度80%；2）中度脅迫：保持中度干旱，基質相對濕度50%；3）重度脅迫：保持重度干旱，基質相對濕度30%；4）復水：重度干旱脅迫后復水，先保持基質相對濕度30%至30 d，9月15日噴壺澆水恢復基質相對濕度達到對照水平，即80%。試驗開始前7 d，擬定脅迫處理的花盆停止澆水，自然降低基質相對濕度至設計所需水平。試驗期間每日9:00—10:00采用稱重法保持基質的設計含水量，即每天稱量1次基質水分自然消耗量，然后澆水補充至設定標準，將基質含水量控制在設定范圍內，同時準確記錄加水量。

9月20日，用LI-6400光合儀（美國，Li-Cor公司）測定葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和氣孔限制值等光合指標，每個處理測定3個樣株，樣葉為梢頂向下第5～8片葉，測定時間為9:00—11:00。9月21日，采樣測定葉片酶活性，每個處理采集3個樣株，樣葉為梢頂向下第5～12片葉。超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）4類抗氧化酶的活性，采用Chakraborty等[12]和李合生等[13]的方法測定。9月25日，采樣稱量法測定葉片質量，掃描儀測定葉片面積，每個處理測定3個樣株各50個葉片，樣葉為梢頂向下第5～14片葉。9月28日，用鋼卷尺、游標卡尺分別測定苗高、地徑，每個處理測定10～12個樣株。同日，采樣稱重法測定單株生物量，每個處理測定4個樣株。

所有數據均用SPSS 20.0進行統計分析。計算3個重復測定值平均數用于結果分析。

2 結果與分析

參試3個雜雌沙棘無性系受干旱脅迫和及時復水后，其不同表現主要通過對其樹高、地徑、生物量的測定（表1）來直接反映，而其機理則根據對葉性狀及其光合特性響應、抗氧化酶活性等來進行分析。

表1 生長指標統計

2.1 高徑生長的響應

2.1.1 樹高生長對復水的響應

雜雌優2號在中度、重度干旱脅迫和復水處理下的苗高分別為44.7 cm、42.7 cm、44.0 cm，與對照樹高67.0 cm相比均有明顯降低（p≤0.05），而中度、重度干旱脅迫和復水處理之間差異不顯著（p≤0.05）。表明重度干旱脅迫致使雜雌優2號苗高顯著降低，僅占對照苗高的63.7%；而經過重度干旱脅迫再復水處理后，苗高從重度脅迫的42.7 cm提高到44.0 cm，雖略有提高，但并沒有發生顯著改變。

雜雌優10號在中度和重度干旱脅迫處理下的苗高分別為57.0 cm、49.0 cm，僅相當于對照70.0 cm的81.4%、70.0%，苗高隨著干旱脅迫的加劇而顯著降低（p≤0.05）。復水處理后，雜雌優10號的苗高達55 cm，明顯高于重度干旱脅迫處理下的49 cm（p≤0.05），接近中度干旱脅迫處理水平的57 cm。

雜雌優54號的苗高在重度干旱脅迫后降低至38.0 cm，降低22%；復水處理后，雜雌優54號的苗高從38 cm增加到39 cm，并未發生顯著變化（p≤0.05）。

2.1.2 地徑生長對復水的響應

雜雌優2號在中度和重度干旱脅迫處理的地徑分別為7.2 mm和10.5 mm，相當于對照的82%和57%，其地徑隨著干旱脅迫的加劇而顯著降低（p≤0.05）；復水處理后，雜雌優2號的地徑達8.1 mm，明顯高于重度干旱脅迫的7.2 mm（p≤0.05），但仍低于中度干旱脅迫處理10.5 mm。

雜雌優10號的地徑在中度、重度干旱脅迫下分別降低至10.6 mm和8.5 mm，相當于對照的87%和70%；復水處理后地徑增至8.7 mm，但并未發生顯著改變（p≤0.05）。

雜雌優54號的地徑在中度干旱脅迫下達12.1 mm，比對照（12.5 mm）略有降低，但差異并不顯著（p≤0.05）；而在重度干旱脅迫下，地徑降低至10.5 mm，相當于對照的84%。經過復水處理后，雜雌優54號的地徑雖提高至11.2 mm，相當于對照12.1mm的90%，但與重度干旱脅迫處理（10.5 mm）之間的差異并不顯著（p≤0.05）。

2.2 生物量對復水的響應

表2列出了供試3個沙棘無性系在4種處理下的5個干物質占比測定值。雜雌優2號的枝占比、葉占比、根占比和株干物質總量，在干旱脅迫和復水處理后均發生了顯著改變，主干占比在各處理之間沒有發生顯著改變（p≤0.05）。枝占比隨著干旱脅迫的加劇，由對照的27.4%逐漸升高至中度脅迫時的31.7%，再到重度干旱脅迫時的33.9%，復水處理后降低至31.6%。葉占比在干旱脅迫后，先由對照的14.0%降低至中度脅迫時的13.7%，再到重度脅迫時的12.8%，而在復水處理后升高至14.4%（諸對比中的最高值）。根占比隨著干旱脅迫的加劇，先由對照的9.9%增加到中度脅迫時11.0%，后下降至重度脅迫時的7.5%，經過復水處理后又升高至8.9%，其值介于對照和中度脅迫處理之間。株干物質總量隨著干旱脅迫的加劇，由對照的32.5 g下降至中度脅迫時的22.5 g，后再顯著下降至重度脅迫時的18.0 g，復水后升高至20.2 g，比重度脅迫處理增加了2.2 g，相當于增長了12%。

表2 干物質量不同處理變化

雜雌優10號的葉占比、根占比和株干物質總量，在干旱脅迫和復水處理后多發生了顯著改變，主干占比和枝占比在各處理之間沒有發生顯著改變（p≤0.05）。葉占比在干旱脅迫后，由對照的15.2%降低至中度脅迫時的11.9%，再增加至重度脅迫時的12.9%，復水處理后繼續增高至16.1%。根占比隨著干旱脅迫的加劇，先由對照的9.8%增高至中度脅迫時的10.4%，又降低至重度脅迫時的8.6%，經過復水處理后又增長至9.1%。株干物質總量隨著干旱脅迫的加劇，由對照的29.6%下降至中度脅迫時的20.2%，而繼續降低至重度脅迫時的15.5%，而在復水處理后略微提升至17.7 g，相當于增長了14%。

雜雌優54號的葉占比和株干物質總量在干旱脅迫和復水處理后發生了顯著改變，主干占比、枝占比和根占比在各處理之間沒有發生顯著改變（p≤0.05）。葉占比在干旱脅迫后，由對照的14.0%下降至中度脅迫時的12.5%，再略升高至重度脅迫時的13.2%，復水后長至15.7%。株干物質總量隨干旱脅迫的加劇，由對照的27.4 g先下降至中度脅迫時的17.6 g，再繼續下降至重度脅迫時的15.2 g，經過復水處理后顯著增高至17.5 g，比重度干旱脅迫時增長了15%。

2.3 復水促進沙棘生長的原因分析

2.3.1 復水后沙棘葉性狀的響應

雜雌優2號復水后葉干重達28.3 mg，較重度干旱脅迫條件下（24.7 mg）增加3.6 mg，相當于增長了14.6%，但也只占中度干旱脅迫條件下葉干重（32.0 mg）的88.4%。雜雌優10號復水后葉干重達23.3 mg，較重度干旱脅迫條件下（19.3 mg）增加4.0 mg，相當于增長了20.7%，但占中度干旱脅迫條件下葉干重（29.3 mg）的79.5%。雜雌優54號復水后葉干重達18.0 mg，較重度干旱脅迫條件下（16.7 mg）增加1.3 mg，相當于增長了7.2%，但占中度干旱脅迫條件下葉干重（19.3 mg）的93.3%（表3）。說明葉干重在復水后，較重度干旱脅迫條件下數值有所提升，但比中度干旱脅迫條件下的數值還是有所不及。

表3 葉性狀不同處理變化

雜雌優2號復水后葉面積達3.2 cm2，與重度干旱脅迫處理下的3.0 cm2差異不顯著，但顯著低于中度干旱脅迫處理下的3.9 cm2（p≤0.05），占中度干旱條件下葉面積的82.1%。雜雌優10號復水后葉面積達3.0 cm2，較重度干旱脅迫下的2.5 cm2增加0.5 cm2，相當于增長了20.0%，但仍顯著低于中度干旱脅迫處理下的3.9 cm2（p≤0.05），占中度干旱條件下葉面積的76.9%。雜雌優54號復水后葉面積達到了中度干旱脅迫處理水平的2.2 cm2。同樣說明葉面積在復水后，不同無性系沙棘葉表現出不一樣的變化。

2.3.2 復水后沙棘光合特性的響應

表4列出了供試3個沙棘無性系在4種處理下的5個葉片光合特性測定值。參試3個沙棘無性系光合速率平均值，復水后為19.14 μmol/（m2·s），高于在重度干旱脅迫條件下的6.27 μmol/（m2·s），也高于在中度干旱脅迫條件下的12.53 μmol/（m2·s），較為接近正常水分條件下的光合速率數值22.12 μmol/（m2·s）。對每一個雜雌沙棘無性系來說，復水后光合速率不僅顯著高于重度干旱脅迫處理，而且還顯著高于中度干旱脅迫條件下的光合速率值（p≤0.05）。

表4 葉片光合特性不同處理變化

參試3個沙棘無性系蒸騰速率平均值，復水后為3.65 mmol/（m2·s），高于在重度干旱脅迫條件下的1.11 mmol/（m2·s），也高于在中度干旱脅迫條件下的2.39 mmol/（m2·s），占正常水分條件下的蒸騰速率數值5.22 mmol/（m2·s）的69.9%。與光合速率一樣，復水后蒸騰速率不僅顯著高于重度干旱脅迫處理，而且還顯著高于中度干旱脅迫條件下的蒸騰速率值（p≤0.05）。

參試3個沙棘無性系氣孔導度平均值，復水后為0.19 mol/（m2·s），高于在重度干旱脅迫條件下的0.05 mol/（m2·s），也高于在中度干旱脅迫條件下的0.12 mol/（m2·s），占正常水分條件下的氣孔導度數值0.26 mol/（m2·s）的73.1%，其中雜雌優2號甚至與對照處理差異不顯著（p≤0.05）。可見，與前2個指標一樣，復水后氣孔導度不僅顯著高于重度干旱脅迫處理，而且還顯著高于中度干旱脅迫條件下的氣孔導度值（p≤0.05）。

參試3個沙棘無性系胞間CO2濃度平均值，復水后為217.22 μmol/mol，接近重度干旱脅迫條件下的211.15 μmol/mol，高于中度干旱脅迫條件下的186.75 μmol/mol，較為接近正常水分條件下胞間CO2濃度平均值230.66 μmol/mol（占94.2%）。復水后雜雌優2號胞間CO2濃度與中度、重度干旱脅迫處理之間差異不顯著（p≤0.05）；雜雌優10號胞間CO2濃度達到最高值，顯著高于對照和干旱脅迫處理（p≤0.05）；雜雌優54號與重度脅迫處理之間差異不顯著，但是顯著高于中度干旱脅迫處理（p≤0.05）。

參試3個沙棘無性系氣孔限制值平均值，復水后為0.45，低于在重度干旱脅迫條件下的0.53，也低于在中度干旱脅迫條件下為0.53，較為接近正常水分條件下的氣孔限制值0.44。由于氣孔限制值為逆性指標，與前3個正向指標不同，復水后氣孔限制值既顯著低于重度干旱脅迫處理，而且還顯著低于中度干旱脅迫條件下的氣孔限制值（p≤0.05）。

2.3.3 葉片抗氧化酶活性對復水的響應

在重度干旱脅迫又進行復水處理后，3個雜雌沙棘的4種抗氧化酶活性均顯著低于重度干旱脅迫處理（p≤0.05）；并且雜雌優2號和雜雌優10號的4種抗氧化酶活性同時均顯著低于中度干旱脅迫處理，而雜雌優54號與中度干旱脅迫處理之間差異不顯著（p≤0.05）。3個雜雌沙棘在受到干旱脅迫時，抗氧化酶（SOD、APX、CAT、POD）活性均會顯著升高（p≤0.05），表明3個雜雌沙棘均具有一定抵抗干旱脅迫的能力。參見圖1～圖4，各對比間的關系看得更加明顯。

圖1 不同處理SOD活性變化

圖2 不同處理POD活性變化

圖3 不同處理CAT活性變化

圖4 不同處理APX活性變化

3 結論與討論

植物對干旱的適應能力不僅表現在干旱脅迫過程當中，在脅迫復水后植物的生長、形態、生理等指標能否基本恢復，也是對植物逆境適應的重要體現[14]，同時也是評價植物耐旱的重要方面。本研究發現，在基質相對濕度30%的重度干旱脅迫30 d后復水14 d，3個雜雌沙棘無性系的苗高和地徑具有不同的響應。雜雌優2號和雜雌優54號復水后的苗高與重度干旱脅迫處理相比并未發生顯著改變，而雜雌優10號復水后的苗高較重度干旱脅迫處理增高12.2%，且恢復至中度干旱脅迫處理水平；雜雌優2號復水后的地徑較重度干旱脅迫處理增加12.5%，但仍低于中度干旱脅迫處理，而雜雌優10號和雜雌優54號復水后的地徑與重度干旱脅迫處理相比并未發生顯著改變。表明雜雌優2號徑生長對復水的響應較敏感，雜雌優10號高生長對復水的響應較敏感，而雜雌優54號高生長和徑生長對復水的響應均不敏感。

生物量分配策略是植物對環境響應的重要表現形式，植物通過調節自身地上和地下生物量來適應環境變化[15]。本研究發現，復水后約兩周的時間，3個沙棘無性系的生物量較重度干旱脅迫處理增長了12.2%～15.1%。同時，不同無性系之間表現出不一樣的生物量分配策略。復水處理后，雜雌優2號主要通過降低枝占比，同時提高葉占比和根占比以增大總生物量；雜雌優10號主要通過提高葉占比和根占比以增大總生物量；雜雌優54號主要通過提高葉占比以增大總生物量。光合特性分析結果對此給予了說明，雜雌優2號和雜雌優10號在復水后主要將光合產物用于補償地上和地下部分生長，而雜雌優54號則將光合產物主要用于補償地上部分生長。

復水的作用，首先會反映在行光合作用的器官—葉上面[16]。與光合作用相關的光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度以及氣孔限制值等指標，在復水后均得以改善[17]。復水后3個沙棘雜雌無性系均緩解了重度水分脅迫，并且迅速恢復到中等干旱脅迫狀態，出現了向正常水分條件下有關光合、酶等指標特征值發展的趨勢。復水后土壤水分條件得到改善，必然會促進沙棘葉的形態和葉片酶系統作用的充分發揮[18-19]，從而在生長量上充分體現出來。本試驗在復水后，雜雌優2號和雜雌優10號葉干重較重度干旱脅迫分別增加了14.6%和20.7%，雜雌優10號葉面積較重度干旱脅迫增長20.0%，而雜雌優54號葉干重和葉面積則均恢復到中度干旱脅迫水平。3個沙棘無性系的抗氧化酶活性較重度干旱脅迫處理均顯著下降，并且向正常水分條件下的數值逼近。分析原因，復水后雜雌沙棘無性系擁有了正常的水分條件，解除了干旱脅迫的壓力，抗氧化酶活性自然也就隨之降低，并逐步接近正常水分條件下數值[20-21]。

本試驗復水處理后的生長時間不長，只有約2周時間，但亦然使處于重度干旱脅迫條件下的生長值，接近中等干旱脅迫條件下的生長值。同時，3個雜雌沙棘無性系復水后與正常水分條件下相比，樹高占66%～80%，地徑占63%～90%，雖有一定差距，但復水能讓沙棘得以生存并快速生長。充分說明了參試雜雌沙棘無性系有一定的抗旱性能，在自然情況下同樣如遇1個月持續干旱情況，再遇降水或灌水，沙棘即可恢復生長，從而為生產實踐中遭遇大旱情況采取灌水等措施提供了科學依據。

1985年底以來，我國在三北地區開展了有組織的沙棘資源建設和開發利用工作。35年來的實踐和研究均表明，沙棘可耐一度程度的大氣干旱，但對土壤水分有一定要求，低于一定閾值會生長不良甚至死亡。所以總體來看，沙棘是一種中生植物，它既非旱生，更不是沙生植物，不能人為故意拔高其抗旱性和適應性而無序發展。沙棘工業原料林的種植也一樣需要依據適地適樹原則，科學配置與維護，特別是依據其對干旱脅迫的響應策略，適時復水，才能維持其正常生長發育性能，實現其特有的生態經濟價值，助推三北地區經濟社會的高質量發展。