干旱脅迫下灰木蓮幼苗對施氮的生長生理響應

張立洋 楊異清 梁育興

摘? 要：以灰木蓮幼苗為試驗材料，在人工控制環境條件下，分析了干旱脅迫下施氮對灰木蓮幼苗的生長生理的影響。結果表明：與土壤含水率為75%的對照處理相比，在土壤含水率為30%時，供試幼苗遭受了明顯的干旱脅迫傷害，高徑生長量顯著下降，高徑比增大，葉片相對水分虧缺率（RWD）增加，SOD、POD、CAT活性降低，可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量減少。施氮改善了干旱脅迫下幼苗的生長生理表現，在供試0～5 g/L NH₄NO₃4個施氮處理中，以3 g/L NH₄NO₃的施用效果最佳，幼苗高徑增量增加，高徑比減小，SOD、POD、CAT活性升高，可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量上升。以苗高增量、地徑增量、RWD及SOD、POD、CAT活性與可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量9個指標作為評價指標，通過主成分分析綜合評價，供試4個施氮處理下幼苗抗旱能力表現為：3 g/L>1 g/L>5 g/L>0 g/L NH₄NO₃。研究認為，施氮能顯著改善灰木蓮幼苗的抗旱性，但用氮量應控制在適宜范圍。

關鍵詞：干旱脅迫；灰木蓮；氮肥；抗性評價

Responses of growth and physiology to nitrogen application in Manglietia glauca seedlings under drought stress

Zhang Liyang^1， Yang Yiqing²， LIANG Yuxing¹

1 Deqing Forest Farm， Guangdong Province??? Zhaoqing 526600， China

2 Forestry Technology Extension Station of Fengkai County， Zhaoqing City， Guangdong Province??? Zhaoqing 526500， China

Abstract：In this experiment， the effects of nitrogen application on the growth and physiology ofManglietia glaucaseedlings under drought stress were analyzed by weighing method under artificially controlled environmental conditions. The results showed that compared with the control treatment with 75% soil moisture content， when the soil moisture content was 30%， the tested seedlings suffered obvious drought stress injury， the height diameter growth decreased significantly， the height diameter ratio increased， the relative water deficit rate （RWD） of leaves increased， the activities of SOD， POD and CAT decreased， and the contents of soluble sugar， soluble protein and free proline decreased. Nitrogen application improved the growth and physiological performance of seedlings under drought stress. Among the four nitrogen treatments of 0-5 g / L NH₄NO₃， the application of 3 g / L NH₄NO₃had the best effect. The height-diameter increment of seedlings increased， the height-diameter ratio decreased， the activities of SOD， POD and CAT increased， and the contents of soluble sugar， soluble protein and free proline increased. The nine indexes of seedling height increment， ground diameter increment， RWD， SOD， POD， CAT activity and soluble sugar， soluble protein and free proline content were used as evaluation indexes. Through the comprehensive evaluation of principal component analysis， the drought resistance of seedlings under four nitrogen treatments was as follows： 3 g/L>1 g/L>5 g/L>0 g/L NH₄NO₃. The results showed that nitrogen application could significantly improve the drought resistance ofM. glaucaseedlings， but the amount of nitrogen should be controlled in the appropriate range.

Keywords：Drought stress;Magnoliaceae glanca; Nitrogen fertilizer; Resistance evaluation

灰木蓮（Magnoliaceae glanca）屬木蘭科單種屬植物，是國家一級保護、瀕危植物，其四季常綠、枝繁葉茂、花多且花期長，是優良的觀賞綠化樹種，加之生長迅速、干形通直、木材紋理細致，目前已成為我國重要的造林用材樹種^[1-2]?；夷旧徳a于越南及印度尼西亞，適生于南亞熱帶氣候，在我國廣東、廣西、海南暖熱條件充沛省區生長表現極^[3-5]。經調查發現，喜土層深厚、疏松、濕潤的立地環境，對干旱忍耐能力較差^[6]。

在植物生長發育中，水分是最為重要的環境因子，是一切生命活動的基礎^[7]。然而近年來，由于人類活動的影響，水資源污染嚴重，可利用水資源嚴重減少，同時由于日趨嚴重的溫室效應，全球氣候變暖明顯，持續性、極端性干旱天氣日益增多。研究干旱脅迫對植物的生長生理影響，是植物生理生態與抗性育種方面的熱點與難點^[8-10]。氮是調控植物生長的核心營養元素^[11-12]。以往大量研究表明，通過施用氮肥能有效提升植物在逆境下的生長量，但有關氮肥對灰木蓮抗旱性方面研究尚鮮少見^[13-14]。種子及幼苗對逆境脅迫較為敏感，是研究植物抗逆性的理想材料^[15]。為此，本試驗以灰木蓮幼苗為試驗材料，在人工控制環境條件下，采用稱重法，研究干旱脅迫下外施氮肥對灰木蓮幼苗生長生理的影響，以期為干旱生境下灰木蓮高效培育提供參考。

1.材料與方法

1.1 試驗材料

在灰木蓮試驗林中，選擇干形通直、生長健康的成年優樹為采種母樹，于2021年10月，待果實由淺綠色變為黃綠色、稍微開裂時進行采種。待自然曬干、去雜后存放于4℃冰箱備用。翌年2月將種子取出，用溫水浸種過夜后進行沙床播種。待子葉出土時，按常規方法在苗圃進行苗木水肥管理。苗木長至20 cm時，選擇高徑生長量無顯著差異的苗木移至裝有等體積比的紅壤、椰糠、珍珠巖的無紡布容器杯中備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

本試驗于廣東省德慶林場內，地理位置111°47'10″ E，23°9'3″ N，在人工控制環境條件下，參照前人研究方法[16]，采用雙因素完全隨機設計，設置2種土壤水分處理：對照（W0，75%土壤含水率）和干旱處理（W1，30%土壤含水率），利用稱質量法進行土壤含水量控制，每2天稱一次。4種施氮處理：0 g/L（N0）、1 g/L（N1）、3 g/L（N2）、5 g/L（N3）硝酸銨，每株施用量為100 mL，每10 d施1次。共8處理，每處理5重復，每重復10株苗，試驗處理周期為60d。試驗期間溫度26±1℃，空氣濕度75%～80%，光照強度55 μmol·m^-2·s^-1，光照時間16 h。

1.2.2 指標測定

生長指標：以幼苗高徑生長增量表示，用卷尺、游標卡尺分別在試驗處理前及處理8周后進行幼苗高度、地徑的測量。

相對水分虧缺（RWD）：各處理每重復選取3株代表性植株，分別稱取其葉鮮質量（Z0）后用水浸泡8小時，再稱其飽和鮮質量（Z1），然后在105℃下烘8小時稱質量（Z2）。計算：RWD（%）=（Z1-Z0）/（Z1-Z2）×100。

滲透調節物質含量：可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量參照尹豐滿等^[17]方法進行測定。

抗氧化酶活性：超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性采用王尚堃^[18]方法進行測定。

1.3 數據處理

數據采用SPSS19.0統計軟件進行不同處理間差異顯著性分析（p<0.05）以及LSD多重比較與t-test兩個處理間差異性比較，圖表采用Excel進行制作。

2.結果與分析

2.1 對幼苗生長的影響

圖1結果表明，任一施氮處理下，W1處理（30%土壤含水率）下苗高增量均顯著低于W0處理（對照，75%土壤含水率）。這說明，在土壤含水率為30%時，供試灰木蓮幼苗高度生長受到了明顯的干旱脅迫作用。從施氮效果來看，在同一水分處理下，施氮量對幼苗高度生長影響顯著，但土壤含水率不同，苗高生長變化趨勢也不同。其中，在W0處理下，隨著施氮量增加苗高增量逐漸增大；在W1處理下，隨著施氮量增加，苗高增量呈先上升后下降的趨勢。

由圖2可以看出，在正常的75%土壤含水率下，隨著施氮量增加，幼苗地徑增量逐漸增大，但在施氮量≥3 g/L（N2）時，地徑增量不再發生明顯的變化；在30%土壤含水率條件下，隨著施氮量增加，地徑增量呈先上升后下降的趨勢。從同一施氮處理下，兩種水分處理間差異來看，除N2處理無顯著差異外，任一施氮處理下的地徑增量均以W0處理下的大。這說明，土壤含水率為30%時，供試幼苗地徑受到了干旱脅迫的影響，但通過外施3 g/L的氮肥，能有效改善地徑生長方面受到的干旱脅迫傷害。

高徑比反映苗木質量，其比值越小，苗木質量越好。從圖3可以看出，供試4個施氮處理中，均以N2處理下的苗木高徑比最小。從兩種水分處理間高徑比差異來看，除N2處理外，同一施氮處理下，均以W1處理下的幼苗高徑比大。這說明，干旱脅迫對苗木地徑的影響大于苗高，導致苗木質量下降，而控制在適宜的施氮范圍，能有效促進地徑的生長，從而實現干旱條件下苗木質量的提升。

2.2 對幼苗生理指標的影響

由表2可以看出，施氮對供試灰木蓮幼苗葉片各生理指標影響顯著。其中，在W0處理下，均以N3處理下的相對水分虧缺率最高，SOD、POD、CAT活性最大，可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量最高。而在W1處理下，則以N2處理下的相對水分虧缺率最小，而SOD、POD、CAT活性最大，可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量最高。從同一施氮水平兩種水分處理間各生理指標變化來看，除相對水分虧缺率均以W1處理大外，在N2處理下POD、CAT活性及可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量均以W1處理下的高。這說明，無論施氮與否，在土壤含水率為30%時，供試幼苗葉片均出現不同程度的水分虧缺，在3 g/L施氮處理下，供試幼苗生長量的改善可能與葉片中POD、CAT活性提高及滲調物質含量的增加有關。

2.3 不同施氮處理幼苗抗旱能力分析

綜合本試驗觀測結果來看，在30%土壤含水率條件下，供試灰木蓮幼苗受到了明顯的干旱脅迫傷害。為進一步評價不同施氮水平下供試幼苗抗旱能力的差異，以W1處理下4個施氮水平幼苗的苗高、地徑增量及葉片相對水分虧缺率（RWD）、SOD/POD/CAT活性、可溶性糖（S）/可溶性蛋白（PT）/游離脯氨酸（PL）含量等9個指標值，作為評價指數進行綜合分析。表2相關性分析結果表明，各指標間相關系數較大，說明各指標間存在著明顯的關聯性與交叉作用。

由表3主成分分析結果可知，特征值大于1的成分僅為因子1，方差貢獻率93.520%，因此選擇因子1作為本試驗主成分。通過SPSS 19.0統計軟件分析，可以得出評價指數得分系數矩陣，再將各因子原始值轉換為標準正態變量后，即獲得因子1（F1）得分計算公式（見表4）。為更客觀地反映各施氮處理下幼苗抗旱能力綜合得分，將各處理幼苗抗旱能力的F1得分乘以因子1的方差貢獻率（93.520%），即得各施氮處理幼苗抗旱能力綜合得分。根據表4得分結果可以看出，供試4個施氮處理幼苗的抗旱能力大小為：N2>N1>N3>N0。

3.結論與討論

灰木蓮適生性強，但對土壤水分條件要求較高，屬干旱敏感型樹種^[6]。本試驗研究發現，30%土壤含水率導致灰木蓮幼苗遭受了明顯的干旱脅迫傷害，高徑生長量顯著下降。以硝酸銨作為氮肥，通過外施0～5 g/L用量，在不同程度上改善了苗木生長情況。有趣的是，筆者觀察到，在正常土壤水分條件（75%土壤含水率）下，施氮量越高，苗木高度增量越大，但地徑在施氮量達3～5 g/L時并無明顯變化，而在干旱條件（30%土壤含水率）下，苗高、地徑增量最大值均出現在3 g/L施氮處理。這表明，正常生長條件下，過量施用氮肥導致灰木蓮幼苗出現徒長，這與以往研究是一致的^[19]。然而，在干旱條件下，過量施氮則導致高徑生長量的同時下降，這暗示了植株遭受干旱脅迫時，過量氮肥施用可能導致潛在的肥害問題。建議今后在應用氮肥來提升灰木蓮抗旱性實踐中，須將用氮量控制在合理范圍內，以免造成肥害問題。此外，從氮肥提升幼苗的抗旱性效果來看，在3 g/L施氮處理下，干旱條件下幼苗高徑比與正常條件下無統計學上差異。生產中，地徑是評價苗木質量最為關鍵的指標。這反映了，氮肥提升灰木蓮幼苗抗旱性的策略主要在于增加地徑生長量。鑒于施氮量過多會導致徒長、肥害方面的問題，在降水量不足、土壤較為干旱的生境中，可通過控制林分密度，減少單位面積株數，增大林木直徑生長量，從而以實現林分抗旱性改善。

氮素作為植物生長中最為重要的營養元素，一方面影響著營養元素間的吸收、運輸、利用，另一方面參與多種代謝活動，影響著酶活性與代謝產物的合成^[20-21]。本試驗中應用施氮有效提升了灰木蓮幼苗抗旱性，從相關性分析結果可知，增加的高徑生長量與膜系統保護酶（SOD、POD、CAT）活性及滲調物質（可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸）含量變化顯著相關，相關系數達0.880～0.999。從干旱處理下，各施氮處理間酶活性與滲調物質含量差異性來看，氮肥對灰木蓮幼苗的抗旱性提升與增加的膜系統抗氧化酶活性與滲調物質含量有關。結合不同施氮處理下幼苗抗旱性綜合分析結果，評分排名與實際試驗觀察結果是一致的，這說明今后在進行抗旱性種質評價與篩選時，可以保護酶活性及滲調物質含量高低來作為灰木蓮早期抗旱品種選育的指標。

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