干旱脅迫對文冠果根系發育及幼苗生長的影響研究

賴小平

(海東市樂都區林業和草原局，青海 海東 810799)

1 引言

在植物生長過程中，干旱環境對其影響比較大，一旦水分不足，將對植物生產發育產生限制。對于干旱及半干旱地區來說，要注意對耐旱樹種進行篩選，從而保證栽種效果，促進林業發展。干旱脅迫對植物的干擾主要通過2個方面來實現：一是形態學變化，植物生長時，會通過吸收更多水分來降低自身水分的流失，同時通過使部分葉片脫落或減緩葉面積增長等方式降低葉面積，削弱蒸騰作用[1，2]；二是生理生化反應，利用此反應應對干旱環境，在免于干旱脅迫時，利用積累的溶質使細胞滲透率降低，進而吸收更多外界水分確保細胞膨壓，使植物正常生理過程得以維持[3，4]。對植物在干旱脅迫條件下的生長情況進行研究，能夠掌握其抗旱性能以及耐旱機制，從而科學指導特殊地區營造林樹種選擇。

文冠果(XanthocerassorbifoliaBunge)屬無患子科文冠果屬，是我國珍稀木本油料植物，其種子有30%～36%的含油量，種仁含油率則遠高于55%，素有“北方油茶”的美譽[5]。文冠果樹高可達5 m，小枝粗壯且呈褐紅色，葉連柄長可達到30 cm，根系發達且具有高保水力，具有較強的抗寒、抗旱、抗病、抗風沙能力，可在溝谷、荒坡、沙地等不良條件下正常生長，因此成為干旱及半干旱地區營造林的優勢樹種[6，7]。文冠果不僅具有生態價值，同時具有經濟價值，其開發和利用潛力大，但是目前對于文冠果的研究，主要集中在育苗栽培、藥用價值、加工提取等方面，對于其抗旱性能的研究相對局限[8，9]。基于此，本研究將視角放在干旱脅迫對文冠果幼苗生長及根系活力的影響上，希望能夠為文冠果幼苗撫育和種植推廣提供一定參考。

2 實驗地概況

本次實驗開展地區為青海省海東市，地處黃河上游，北枕祁連，南濱黃河，西抱西寧，東望蘭州，屬半干旱大陸性氣候，以高寒和干旱為主要特點，日照時間長，晝夜溫差大，年平均氣溫3.2～8.6 ℃，年平均降雨量319.2～531.9 mm，年平均日照2708～3636 h，無霜期約90 d。

3 實驗方法

3.1 實驗材料

本次實驗材料選取本地培育的一年生文冠果盆栽苗(盆栽土土壤基本狀況如表1所示)。選取200株盆栽苗，確保根系長勢、地徑大小均勻，于2021年3月份將文冠果苗移栽到塑料桶內，桶內有機質與大田土的體積比為1∶1，每桶2株苗，然后進行飽和灌溉(37.56%)，控制好桶內水分，并使其接近田間持水量的飽和狀態，預留60d緩苗期[10]，并于當年6月份正式開展實驗。

表1 盆栽土土壤基本化學性質

3.2 實驗設計

采用人工供水方式對干旱條件進行模擬，設置4個處理梯度：①輕度干旱(S1)，土壤含水量15.0%～16.9%；②中度干旱(S2)，含水量11.3%～13.1%；③重度干旱(S3)，含水量(7.5%～9.4%)；④對照(S)，土壤含水量22.5%～24.4%。每個處理17株，均3次重復。為保證桶內土壤含水量滿足本次實驗要求，分別于每天8:00和20:00進行補充，采用稱重法，保證各處理間土壤含水量維持在預定水分脅迫范圍內，脅迫期間，陰雨天氣將材料放置在溫棚中，晴天則正常接受光照[11,12]。干旱脅迫處理30 d后，對地徑、根長(主根長度、一級側根長度)、葉片(葉片數、葉面積、可溶性糖含量、葉綠素含量)、幼苗生長情況(株高、單株鮮重、根莖葉干重)進行測量，并進行組間對比。

3.3 測定方法

測定每個處理地徑、株高、根長等指標，統計葉片數量。①葉綠素含量：每個處理采集3～5片葉片，置于保鮮盒內，帶回實驗室后采用丙酮酸乙醇混合法進行測定[13,14]；②可溶性糖含量：每個處理采集3～5片葉片采用改進硫代巴比妥酸法測定含量[15]；③葉面積：參照國內權威文獻[16,17]方法進行測定；④單株鮮重：脅迫處理后，桶土采用流水進行沖刷，土體松動后，將幼苗輕輕取出，蒸餾水清洗，吸干后在1/10000天平上稱重；⑤根莖葉干重：在105 ℃溫度下殺青，時間控制在20 min，然后置放于80 ℃烘箱中，烘干至恒重，稱取不同處理根、莖、葉干重，為保證實驗結果準確，每個處理測定6株，取平均值。

3.4 數據統計

4 結果

4.1 各處理間地徑的比較

實驗結果表明，隨著干旱脅迫等級持續增加，文冠果地徑呈降低趨勢，各處理間對比存在顯著差異(P<0.05 )。其中，S地徑最大，達到2.78 cm，S3地徑最小(2.41 cm)，S1和S2地徑分別為2.67 cm、2.54 cm，結果如圖1所示。

圖1 不同干旱脅迫水平下文冠果地徑的變化

4.2 各處理間根長的比較

通過對比發現，在主根長度和一級側根長度的比較上，S

4.3 各處理間葉片的對比

實驗結果表明，干旱脅迫越嚴重，文冠果葉片數量越少，葉面積也逐漸減少，各組間比較(P<0.05)；與此同時，葉片葉綠素含量測定結果顯示，S3

圖2 不同干旱脅迫水平下根長的變化

在明顯差異(P<0.05)，其中S組可溶性糖含量最低(4.62±0.02)nmol/g，S3可溶性糖含量最高(6.75±0.14)nmol/g，具體結果見表2。

表2 不同干旱脅迫水平下葉片相關指標的對比

4.4 各處理間幼苗生長情況的比較

株高、單株鮮重、根干重、莖干重、葉干重對比結果顯示，隨著干旱脅迫水平的增加，上述指標呈下降趨勢(P<0.05)。通過各處理間對比結果發現，土壤越干旱，文冠果株高、單株鮮重、根莖葉干重越低，具體結果見表3中內容。

表3 不同干旱脅迫水平下幼苗生產情況的變化

5 結論

本次實驗的主要目的在于分析干旱脅迫對文冠果根系發育以及幼苗植株生長狀況的影響，為保證實驗結果的準確性，分別設置3個處理，即輕度干旱、中度干旱和重度干旱，并設置正常對照，通過30 d的干旱脅迫，得到以下幾方面的結論。

(1)地徑、株高、根長、葉片數量、葉面積、單株鮮重、根莖葉干重是文冠果生長以及發育過程中對干旱脅迫的最直觀反映，本研究結果顯示，除根長(主根、一級側根)外，隨著干旱脅迫水平的持續增加，上述指標均隨之降低，且變化趨勢相同，這是文冠果生長時在形態上對于干旱脅迫的響應，當文冠果受到干旱脅迫時，其通過降低自身地徑延伸速度、生長高度、葉片面積等來減少水分的消耗量，并通過增加根長形成更加發達根系，從而適應干旱脅迫對自身正常生長的影響[18]，這與宋美華等[19]的報道結果相一致。也就是說，文冠果幼苗在遭遇干旱環境時，會對不同器官生物分配進行自我調節，從而更好地適應不良環境。

(2)葉綠素是反映植物葉片光合能力的主要指標，其含量高低對文冠果光合效率產生明顯影響。本次實驗結果顯示，在葉綠素含量對比上，干旱脅迫水平越大，文冠果葉片的葉綠素含量越低，考慮原因可能是文冠果幼苗缺失水分后，會導致葉綠素合成受到阻礙。路橦等[20]、沈智文[21]發現，當植物遭受到干旱環境的脅迫后，葉綠素降解速度加快，增強葉綠素酶活性的同時，導致葉綠素代謝過程受到嚴重破壞，進而使其含量迅速下降，這在陸昕等[22]對于不同種源文冠果受到干旱脅迫后生理變化相關研究中得到證實。

(3)可溶性糖屬于有機物質，具有滲透調節功能，是一種植物逆境脅迫下所產生的主要物質，能夠直觀反映植株的抗逆性。景文昭[23]通過研究認為，干旱程度加劇后，文冠果可溶性糖含量呈先減少后增加趨勢，而本實驗結果表明，干旱脅迫越嚴重，文冠果葉片中可溶性糖的含量越高，與李英杰等[24]的研究結論相同，并未出現先減后增的趨勢，主要原因在于本實驗幼苗滲透調節能力比較強，且干旱脅迫水平與文獻所設定的水平存在差異。結合胡楊等[25]報道內容以及本實驗結果認為，干旱脅迫對文冠果可溶性糖含量存在較大影響，該指標在文冠果幼苗抵御干旱逆境過程中發揮調節功能。

綜上所述，文冠果幼苗抗旱能力強，干旱脅迫對文冠果幼苗植株生長有一定影響，但是仍能保持較高根系活力。