不同基質配比對伯樂樹幼苗生長與生理特性的影響

李浩銘，何慶海，余著成，石從廣，諸葛菲，王梅芳，李因剛

（1.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；2.中南林業科技大學 林學院，湖南 長沙 410004；3.江山仙霞嶺省級自然保護區管理中心，浙江 江山 324100）

伯樂樹Bretschneidera si nensis又名鐘萼木、冬桃，為伯樂樹科Bretschneideraceae 伯樂樹屬Bretschneidera高大喬木，是單種屬植物。伯樂樹在被子植物系統發育與古地理等方面研究中具有重要的科學價值[1]。該種以我國為分布中心，在我國長江流域以南的山區地帶呈零星分布，長期以來自然更新緩慢，加之人類活動加劇導致林地被毀，遭受到了嚴重破壞，處于珍稀瀕危境地，為國家二級保護植物[2-3]。目前，國內外學者主要在伯樂樹的地理分布、抗性生理、形態學、系統分類及人工育苗等[3-8]方面開展了相關研究。

一般來說，珍稀瀕危植物在由種子到幼苗的生長階段更容易受到不利因素的影響，幼苗的生長速度與成活率有著較為直接的聯系，并影響著苗木進一步成長為幼樹[9]。自然環境下，土壤透氣性較差是伯樂樹1 年生幼苗死亡的主要原因之一[10]。人工育苗是緩解伯樂樹瀕危的重要手段，在幼苗的人工繁育過程中環境條件對其生長同樣有至關重要的影響。

土壤、水分、光照、CO2等因子均對植物的生長有著重要的影響，其中土壤作為植物生長的基礎，可以固定植物根系，協調水肥，對植物的生長有著重要的作用。當前，林業生產中大量應用容器育苗來繁育種苗，且容器育苗的基質也各不相同。不同配比的基質存在容重、孔隙度和飽和含水量等差異，從而影響著苗木的生長發育[11]。伯樂樹自然種群的土壤以黃壤為主[12-13]。在相對含水量較高（100%和80%）的基質中，伯樂樹幼苗葉片的光合參數值較高，幼苗表現出良好的生長態勢[14]；另有研究認為在相對含水量為80%的基質中，幼苗生長較為適宜[15]。但上述研究的基質飽和持水量分別為26.9%和63.2%，二種基質持水量之間的差距較為明顯。哪種基質配比的土壤持水量更有助于伯樂樹幼苗生長，是解決人工育苗和苗圃建設中基質選擇的重要問題。

本試驗以黃壤為基礎，通過添加不同比例的沙石或珍珠巖，配置5 種不同栽培基質，觀測伯樂樹幼苗在不同基質條件下的生長節律、生長態勢和生理特性，探索適宜伯樂樹幼苗生長的基質，為其人工育苗的基質選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地位于浙江省杭州市西湖區，地理坐標為30°13′3″ N，120°01′27″ E，海拔為30 m。研究地點處于我國東南沿海的北部，屬典型的亞熱帶季風氣候，四季分明、雨量充沛，年均降水量為1 100～ 1 655 mm，年平均氣溫為15.4 ℃，無霜期達240 d 以上[16]。

1.2 試驗材料與設計

試驗用苗的種源地為江山仙霞嶺省級自然保護區。2018 年11 月，從伯樂樹野生種群的8 株健壯植株上采摘成熟、新鮮的果實，帶回實驗室進行處理和凈種后在室內陰干，將陰干后的種子置于溫室沙床上進行芽苗培育。2019 年春，待芽苗長出后移栽到10 cm（直徑）×12 cm（高）的無紡布容器內，基質為泥炭∶珍珠巖=6∶4（體積比），置于透光率為70%的連棟遮蔭大棚內培育。2020 年3 月，選取長勢良好、無病蟲害和生長基本一致的1 年生伯樂樹幼苗移栽到3 加侖塑料花盆中，設置黃壤∶珍珠巖=9∶1、黃壤∶珍珠巖=8∶2、黃壤∶沙石=9∶1 和黃壤∶沙石=8∶2 共4 種不同體積比的基質，并以黃壤作為對照（CK），沙石為普通市售園藝資材，粒徑為3～ 5 mm。實驗室測定5 種基質的物理性質如表1 所示。將試驗幼苗置于平整、空曠并鋪有黑色園藝地膜的圃地內。2020 年5 月1 日，在試驗苗上方搭建透光率為70%的遮蔭網，為保證幼苗的透氣通風，遮蔭網距離地面高度為2.0 m。試驗采用隨機區組設計，每個處理重復3 次，每個重復10 株，試驗期間各處理幼苗的水分與肥料施加情況一致。

表1 不同基質的物理性質（均值±標準差）Table 1 Physical properties of different substrates (Mean±SD)

1.3 數據測定

1.3.1 生長與形態指標測定 從2020 年6 月1 日開始每隔30 d 對試驗幼苗進行生長、形態指標測定。采用游標卡尺（精確到0.01 mm）測量每株試驗幼苗的地徑，用直尺（精確到0.1 cm）測量每株試驗幼苗的株高。生長90 d 后，對實驗幼苗進行隨機取樣，每個處理每個重復隨機取樣3 株。將試驗幼苗地上部分的莖、葉分別收獲并裝入紙袋中，之后將地下的根系從塑料花盆內取出，用自來水將根系沖洗干凈并吸干水分后裝入紙袋；將根、莖、葉置于105 ℃烘箱中殺青30 min，再調至80 ℃烘干至恒質量，稱取各部分的生物量，并計算根冠比。

于測量日的9:00—10:00，每個處理每個重復隨機選取3 株幼苗，每株幼苗采集中下部成熟葉片3 片，裝入塑封袋后盡快帶回實驗室。參照文獻[8]的方法，在實驗室內進行葉片厚度和比葉重的測定、計算。

1.3.2 生理指標測定 在進行生長、形態指標測定的同時，從5 個處理隨機選取幼苗3 株，每株選取中上部的成熟葉片3 片，置于塑封袋并編號后放入裝有冰袋的保溫盒中帶回實驗室。采用丙酮浸提法提取葉綠素，用分光光度計測定提取液的吸光度，每株測量3 次，然后計算葉綠素含量；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法，POD 活性測定采用愈創木酚比色法，SOD 活性測定采用氮藍四唑光還原法，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[17]。

1.4 數據分析

數據經Excel 處理后，使用SPSS 22.0 軟件進行方差分析，利用Origin 2018 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 基質對伯樂樹幼苗生長的影響

2.1.1 伯樂樹幼苗生長節律的變化 由圖1A 可知，在不同生長階段，伯樂樹幼苗高凈生長量在各處理間存在一定的差異性。處理30 d 時，HS1處理的苗高凈生長量顯著高于CK 和HZ1處理；處理60 d 時，HZ1處理的苗高凈生長量則顯著高于HS1處理。

圖1 不同基質對伯樂樹幼苗高(A)和地徑(B)凈生長量的影響Figure 1 Net increment of height,ground diameter of seedlings with different substrates

由圖1B 可知，伯樂樹幼苗地徑的凈生長量隨著試驗時間的增加而呈現放緩的趨勢；處理90 d 時，HZ1和HS1處理的幼苗地徑出現負增長現象，表明這2 種處理不利于幼苗生長，造成部分植株出現萎蔫。方差分析結果表明，只有在處理60 d 時，各處理間存在顯著差異，即HS2處理的地徑增長量顯著高于CK 處理（P＜0.05）。

2.1.2 伯樂樹幼苗生長形態的差異性 方差分析結果表明（圖2），在處理90 d 時，伯樂樹幼苗高在HS1和HS2處理表現最好，與CK 呈顯著差異（P＜0.05，圖2A）；地徑在各處理間沒有顯著差異（圖2B）；葉厚在各處理間差異性明顯，CK 的葉厚最厚，顯著厚于其他處理，HZ2處理葉厚最薄，HZ1、HS1、HS2處理葉厚處于中等水平，各處理間呈現顯著差異（P＜0.05，圖2C）；HZ1、HZ2、HS1與HS24 個處理的比葉重逐步增加，但處理90 d 時CK 的比葉重最高，與HZ1、HZ2處理均存在顯著差異（P＜0.05，圖2D)。伯樂樹幼苗生物量的差異性與地徑表現類似，HS1、HS2處理的生物量相對較高，但各處理間沒有顯著的差異性（圖2B、E）；HS1處理的生物量較高，但其根冠比卻最小，其根冠比與其他4 組處理間存在顯著差異（P＜0.05，圖2F）。

圖2 生長90 d 時在不同基質中伯樂樹幼苗各生長性狀的差異性Figure 2 The growth traits difference of Bretschneidera sinensis seedlings were grown on different substrates after 90 days

2.2 基質對伯樂樹幼苗生理指標的影響

2.2.1 葉綠素a+b、可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化 在試驗的不同時間段，同一基質處理的伯樂樹葉片的葉綠素a+b、可溶性糖和可溶性蛋白含量存在顯著差異（P＜0.05）。

如圖3A 所示，各基質配比處理伯樂樹幼苗葉片的葉綠素a+b 含量均呈現先增后減的趨勢，其中CK 的葉片葉綠素a+b 含量變化起伏最大。在處理60 d 時，CK 的葉片葉綠素a+b 含量達到最大，顯著高于其他處理的（P＜0.05），隨后劇烈下降；在處理90 d 時，顯著低于HS1處理（P＜0.05）。由圖3B 可知，隨著時間的增加，HZ1、HS1和HS2處理的葉片可溶性糖含量呈現先增后降的趨勢，而CK 和HZ2處理則呈現一直增加的趨勢；在處理30 d，各處理間沒有顯著差異；在處理60 d 和90 d 時，葉片可溶性糖含量在各處理間開始出現顯著差異（P＜0.05）；在處理90 d 時，HS2處理的葉片可溶性糖含量最低。由圖3C 可看出，葉片可溶性蛋白含量隨著處理時間的增加，變化趨勢更為復雜；CK 處理呈現一直增加趨勢，HS1處理的葉片可溶性蛋白含量呈現一直下降趨勢，HZ1、HZ2和HS2處理的葉片可溶性蛋白含量呈現先增后減趨勢；在處理90 d 時，CK 處理葉片可溶性蛋白含量最高，顯著高于其他處理（P＜0.05）。

圖3 不同基質對伯樂樹幼苗葉片葉綠素a+b(A)、可溶性糖(B)和可溶性蛋白(C)含量的影響Figure 3 Chlorophyll a+b,soluble sugar and soluble protein contents in leaves of seedlings with different substrates

2.2.2 MDA 含量和抗氧化酶活性的變化 由圖4A 可知，隨著時間的延長，不同基質處理的伯樂幼樹苗葉片MDA含量均呈現增加趨勢，其中CK 的葉片MDA 含量增長最快，增加了18.21%；HS1與HS22 個處理葉片MDA 含量增長較緩，分別增加了8.4%、10.32%。HS1處理在60～ 90 d 過程中，葉片MDA 含量增長減緩，90 d 后，與HS2處理達到相同水平，且顯著低于CK（P＜0.05）。HZ1、HZ2處理的葉片MDA 含量在90 d 后與CK 相比，沒有顯著差異。圖4B 中各基質處理的伯樂樹幼苗葉片SOD 酶活性均不同程度增加，其中以CK 的最高，提高了48.05%，HS1與HS2處理的葉片SOD 酶活性增加相對較少，分別提高了33.04%和38.46%。與MDA 類似，在90 d 時，HS1與HS2處理的葉片SOD 酶活性顯著低于CK 的。由圖4C 可知，POD 酶活性隨著處理時間的增加，呈現線性增長趨勢，各處理間葉片的POD 酶活性差異不顯著。

圖4 不同基質對伯樂樹幼苗葉片MDA 含量(A)和SOD(B)、POD(C)活性的影響Figure 4 MDA,SOD and POD contents in leaves of seedlings with different substrates

3 討論與結論

基質是植物生長發育的基礎，不同基質的物理性質不同，對植物的生長及生根會產生影響[10,18]。已有研究表明，伯樂樹幼苗生長對土壤飽和持水量的適應性存在模糊區間[13-14]。經過換算發現，適宜伯樂樹生長土壤的持水量范圍在26.9%～ 60.8%。伯樂樹野生生境的土壤以黃壤為主，黃壤來源廣泛，保水性強，是伯樂樹野外生存的重要基質，但黃壤黏性大，透氣率差，抑制根系呼吸。本試驗通過添加不同比例的砂石和珍珠巖，配置成5 種不同栽培基質，其飽和持水量為20.7%～ 26.5%。孔隙度的大小影響著土壤的透氣性和透水性，非毛管孔隙度越大，土壤透水透氣性越好，毛管孔隙度越大，土壤持水能力越強。本試驗在黃壤中添加砂石后飽和持水量變小（HS1、HS2），而珍珠巖由于其吸水的特性使得基質持水量更高（HZ1、HZ2）；非毛管孔隙度CK 最低，為2.17%，表明黃壤基質緊實，透氣性差，植物根系可能受到影響，生長減緩；非毛管孔隙度以HS2最高，為4.17%，其透水透氣性好，伯樂樹苗的生長指標優于其他處理的。因此，與基質的飽和持水量相比，基質的透氣性對伯樂樹幼苗生長的影響更大。

苗高和地徑等通常被作為苗木質量的預測指標[19]。本研究結果表明，HS1和HS2處理伯樂樹幼苗的苗高增長量較多，與CK 存在顯著差異（P＜0.05）；兩組處理幼苗的地徑和生物量積累也較高，但與其他處理沒有顯著差異。比葉重表示植物葉片有機物的積累情況，是衡量植物同化能力的一個重要指標[20]，各基質處理的幼苗比葉重隨著葉厚增加而增加，但在各處理間均沒有顯著差異。根冠比也被認為是幼苗質量的重要指標。本研究發現，處理90 d 時，HS1處理幼苗的根冠比要顯著低于CK 和HS2處理的（P＜0.05）。綜合來看，在本試驗的5 個處理中，在基質配比為黃壤∶沙石=8∶2 的處理（HS2）中伯樂樹表現出較好的生長態勢。

持水量的不同造成了伯樂樹幼苗葉片葉綠素含量的變化，由于葉綠素a 與光反應系統有關，而葉綠素b 則是與捕光蛋白相結合，基質的水分條件影響蛋白質及酶類物質的合成，進而影響了葉綠素的合成[21]。HZ1與HZ2處理的幼苗在處理90 d 時，其葉片葉綠素a+b 含量顯著低于另外3 個處理（P＜0.05），較高的持水量導致葉綠素總含量下降，符合植物在水分過多時所受非生物脅迫的生理變化特點。植物在水分過多的情況下葉片相對含水量減少，氣孔阻力增加，導致氣孔導度降低，造成葉片的萎蔫、根系缺氧，從而會影響植物的光合作用，導致葉綠素含量下降，影響植物的生長發育[22]。可溶性糖有利于調節植物細胞的滲透壓，保持細胞內壓強穩定，維持細胞的功能與正常運行，在水分過多的條件下，植物的可溶性糖含量隨時間增長而增加，當超過一定時間后又會出現下降趨勢[22]，與飽和持水量較高的HS1與HS2處理的幼苗葉片可溶性糖含量變化趨勢一致。可溶性蛋白具有較強的親水性，有利于維持細胞滲透勢，增強保水能力[23]，各處理的葉片可溶性蛋白含量先提高，是植物在水分充足甚至過量情況下對環境的適應，到處理90 d 時，葉片可溶性蛋白含量僅在CK 繼續上升，其他處理的均有所下降，表明其他處理的葉片可溶性蛋白合成路徑受到水分脅迫的影響，可溶性蛋白合成速度減緩。

MDA 可與細胞膜上的蛋白質、酶等物質結合交聯使之失活，從而破壞生物膜結構和功能，其含量高低可以反映植物在逆境下的受損程度[24]。本實驗中，葉片的MDA 含量呈現隨著處理時間的增加而增加的趨勢，CK 的葉片MDA 含量顯著高于HS1、HS2處理的，表明伯樂樹在HS1、HS2處理中受逆境的影響程度較小。植物處于逆境條件時細胞膜受到損害，活性氧和自由基大量增加，植物細胞發生膜質過氧化作用加劇，植物體內的保護酶體系通過抑制活性氧和自由基的生成，減少植物受到的損害[25]。葉片中SOD 酶活性和POD 酶活性的增強，表明植物的抗氧化及清除活性氧的能力提高，植物受到脅迫的程度增加。本研究表明，伯樂樹在持水量高的基質中，葉片中的SOD 和POD 酶活性持續增強，且CK 葉片中的SOD 酶活性處于較高水平，顯著高于HS1和HS2處理的。

綜上所述，伯樂樹幼苗在飽和持水量較高且非毛管孔隙度較小的基質條件下容易產生水分脅迫，這既不利于根系呼吸，也不利于其生長。在本試驗的5 種配比基質中，黃壤∶沙石=8∶2 的基質更有利于伯樂樹幼苗的生長。