不同基质配比对伯乐树幼苗生长与生理特性的影响

李浩铭，何庆海，余著成，石从广，诸葛菲，王梅芳，李因刚

（1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；3.江山仙霞岭省级自然保护区管理中心，浙江 江山 324100）

伯乐树Bretschneidera si nensis又名钟萼木、冬桃，为伯乐树科Bretschneideraceae 伯乐树属Bretschneidera高大乔木，是单种属植物。伯乐树在被子植物系统发育与古地理等方面研究中具有重要的科学价值[1]。该种以我国为分布中心，在我国长江流域以南的山区地带呈零星分布，长期以来自然更新缓慢，加之人类活动加剧导致林地被毁，遭受到了严重破坏，处于珍稀濒危境地，为国家二级保护植物[2-3]。目前，国内外学者主要在伯乐树的地理分布、抗性生理、形态学、系统分类及人工育苗等[3-8]方面开展了相关研究。

一般来说，珍稀濒危植物在由种子到幼苗的生长阶段更容易受到不利因素的影响，幼苗的生长速度与成活率有着较为直接的联系，并影响着苗木进一步成长为幼树[9]。自然环境下，土壤透气性较差是伯乐树1 年生幼苗死亡的主要原因之一[10]。人工育苗是缓解伯乐树濒危的重要手段，在幼苗的人工繁育过程中环境条件对其生长同样有至关重要的影响。

土壤、水分、光照、CO2等因子均对植物的生长有着重要的影响，其中土壤作为植物生长的基础，可以固定植物根系，协调水肥，对植物的生长有着重要的作用。当前，林业生产中大量应用容器育苗来繁育种苗，且容器育苗的基质也各不相同。不同配比的基质存在容重、孔隙度和饱和含水量等差异，从而影响着苗木的生长发育[11]。伯乐树自然种群的土壤以黄壤为主[12-13]。在相对含水量较高（100%和80%）的基质中，伯乐树幼苗叶片的光合参数值较高，幼苗表现出良好的生长态势[14]；另有研究认为在相对含水量为80%的基质中，幼苗生长较为适宜[15]。但上述研究的基质饱和持水量分别为26.9%和63.2%，二种基质持水量之间的差距较为明显。哪种基质配比的土壤持水量更有助于伯乐树幼苗生长，是解决人工育苗和苗圃建设中基质选择的重要问题。

本试验以黄壤为基础，通过添加不同比例的沙石或珍珠岩，配置5 种不同栽培基质，观测伯乐树幼苗在不同基质条件下的生长节律、生长态势和生理特性，探索适宜伯乐树幼苗生长的基质，为其人工育苗的基质选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究地位于浙江省杭州市西湖区，地理坐标为30°13′3″ N，120°01′27″ E，海拔为30 m。研究地点处于我国东南沿海的北部，属典型的亚热带季风气候，四季分明、雨量充沛，年均降水量为1 100～ 1 655 mm，年平均气温为15.4 ℃，无霜期达240 d 以上[16]。

1.2 试验材料与设计

试验用苗的种源地为江山仙霞岭省级自然保护区。2018 年11 月，从伯乐树野生种群的8 株健壮植株上采摘成熟、新鲜的果实，带回实验室进行处理和净种后在室内阴干，将阴干后的种子置于温室沙床上进行芽苗培育。2019 年春，待芽苗长出后移栽到10 cm（直径）×12 cm（高）的无纺布容器内，基质为泥炭∶珍珠岩=6∶4（体积比），置于透光率为70%的连栋遮荫大棚内培育。2020 年3 月，选取长势良好、无病虫害和生长基本一致的1 年生伯乐树幼苗移栽到3 加仑塑料花盆中，设置黄壤∶珍珠岩=9∶1、黄壤∶珍珠岩=8∶2、黄壤∶沙石=9∶1 和黄壤∶沙石=8∶2 共4 种不同体积比的基质，并以黄壤作为对照（CK），沙石为普通市售园艺资材，粒径为3～ 5 mm。实验室测定5 种基质的物理性质如表1 所示。将试验幼苗置于平整、空旷并铺有黑色园艺地膜的圃地内。2020 年5 月1 日，在试验苗上方搭建透光率为70%的遮荫网，为保证幼苗的透气通风，遮荫网距离地面高度为2.0 m。试验采用随机区组设计，每个处理重复3 次，每个重复10 株，试验期间各处理幼苗的水分与肥料施加情况一致。

表1 不同基质的物理性质（均值±标准差）Table 1 Physical properties of different substrates (Mean±SD)

1.3 数据测定

1.3.1 生长与形态指标测定 从2020 年6 月1 日开始每隔30 d 对试验幼苗进行生长、形态指标测定。采用游标卡尺（精确到0.01 mm）测量每株试验幼苗的地径，用直尺（精确到0.1 cm）测量每株试验幼苗的株高。生长90 d 后，对实验幼苗进行随机取样，每个处理每个重复随机取样3 株。将试验幼苗地上部分的茎、叶分别收获并装入纸袋中，之后将地下的根系从塑料花盆内取出，用自来水将根系冲洗干净并吸干水分后装入纸袋；将根、茎、叶置于105 ℃烘箱中杀青30 min，再调至80 ℃烘干至恒质量，称取各部分的生物量，并计算根冠比。

于测量日的9:00—10:00，每个处理每个重复随机选取3 株幼苗，每株幼苗采集中下部成熟叶片3 片，装入塑封袋后尽快带回实验室。参照文献[8]的方法，在实验室内进行叶片厚度和比叶重的测定、计算。

1.3.2 生理指标测定 在进行生长、形态指标测定的同时，从5 个处理随机选取幼苗3 株，每株选取中上部的成熟叶片3 片，置于塑封袋并编号后放入装有冰袋的保温盒中带回实验室。采用丙酮浸提法提取叶绿素，用分光光度计测定提取液的吸光度，每株测量3 次，然后计算叶绿素含量；丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法，POD 活性测定采用愈创木酚比色法，SOD 活性测定采用氮蓝四唑光还原法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[17]。

1.4 数据分析

数据经Excel 处理后，使用SPSS 22.0 软件进行方差分析，利用Origin 2018 软件作图。

2 结果与分析

2.1 基质对伯乐树幼苗生长的影响

2.1.1 伯乐树幼苗生长节律的变化 由图1A 可知，在不同生长阶段，伯乐树幼苗高净生长量在各处理间存在一定的差异性。处理30 d 时，HS1处理的苗高净生长量显著高于CK 和HZ1处理；处理60 d 时，HZ1处理的苗高净生长量则显著高于HS1处理。

图1 不同基质对伯乐树幼苗高(A)和地径(B)净生长量的影响Figure 1 Net increment of height,ground diameter of seedlings with different substrates

由图1B 可知，伯乐树幼苗地径的净生长量随着试验时间的增加而呈现放缓的趋势；处理90 d 时，HZ1和HS1处理的幼苗地径出现负增长现象，表明这2 种处理不利于幼苗生长，造成部分植株出现萎蔫。方差分析结果表明，只有在处理60 d 时，各处理间存在显著差异，即HS2处理的地径增长量显著高于CK 处理（P＜0.05）。

2.1.2 伯乐树幼苗生长形态的差异性 方差分析结果表明（图2），在处理90 d 时，伯乐树幼苗高在HS1和HS2处理表现最好，与CK 呈显著差异（P＜0.05，图2A）；地径在各处理间没有显著差异（图2B）；叶厚在各处理间差异性明显，CK 的叶厚最厚，显著厚于其他处理，HZ2处理叶厚最薄，HZ1、HS1、HS2处理叶厚处于中等水平，各处理间呈现显著差异（P＜0.05，图2C）；HZ1、HZ2、HS1与HS24 个处理的比叶重逐步增加，但处理90 d 时CK 的比叶重最高，与HZ1、HZ2处理均存在显著差异（P＜0.05，图2D)。伯乐树幼苗生物量的差异性与地径表现类似，HS1、HS2处理的生物量相对较高，但各处理间没有显著的差异性（图2B、E）；HS1处理的生物量较高，但其根冠比却最小，其根冠比与其他4 组处理间存在显著差异（P＜0.05，图2F）。

图2 生长90 d 时在不同基质中伯乐树幼苗各生长性状的差异性Figure 2 The growth traits difference of Bretschneidera sinensis seedlings were grown on different substrates after 90 days

2.2 基质对伯乐树幼苗生理指标的影响

2.2.1 叶绿素a+b、可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化 在试验的不同时间段，同一基质处理的伯乐树叶片的叶绿素a+b、可溶性糖和可溶性蛋白含量存在显著差异（P＜0.05）。

如图3A 所示，各基质配比处理伯乐树幼苗叶片的叶绿素a+b 含量均呈现先增后减的趋势，其中CK 的叶片叶绿素a+b 含量变化起伏最大。在处理60 d 时，CK 的叶片叶绿素a+b 含量达到最大，显著高于其他处理的（P＜0.05），随后剧烈下降；在处理90 d 时，显著低于HS1处理（P＜0.05）。由图3B 可知，随着时间的增加，HZ1、HS1和HS2处理的叶片可溶性糖含量呈现先增后降的趋势，而CK 和HZ2处理则呈现一直增加的趋势；在处理30 d，各处理间没有显著差异；在处理60 d 和90 d 时，叶片可溶性糖含量在各处理间开始出现显著差异（P＜0.05）；在处理90 d 时，HS2处理的叶片可溶性糖含量最低。由图3C 可看出，叶片可溶性蛋白含量随着处理时间的增加，变化趋势更为复杂；CK 处理呈现一直增加趋势，HS1处理的叶片可溶性蛋白含量呈现一直下降趋势，HZ1、HZ2和HS2处理的叶片可溶性蛋白含量呈现先增后减趋势；在处理90 d 时，CK 处理叶片可溶性蛋白含量最高，显著高于其他处理（P＜0.05）。

图3 不同基质对伯乐树幼苗叶片叶绿素a+b(A)、可溶性糖(B)和可溶性蛋白(C)含量的影响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变化 由图4A 可知，随着时间的延长，不同基质处理的伯乐幼树苗叶片MDA含量均呈现增加趋势，其中CK 的叶片MDA 含量增长最快，增加了18.21%；HS1与HS22 个处理叶片MDA 含量增长较缓，分别增加了8.4%、10.32%。HS1处理在60～ 90 d 过程中，叶片MDA 含量增长减缓，90 d 后，与HS2处理达到相同水平，且显著低于CK（P＜0.05）。HZ1、HZ2处理的叶片MDA 含量在90 d 后与CK 相比，没有显著差异。图4B 中各基质处理的伯乐树幼苗叶片SOD 酶活性均不同程度增加，其中以CK 的最高，提高了48.05%，HS1与HS2处理的叶片SOD 酶活性增加相对较少，分别提高了33.04%和38.46%。与MDA 类似，在90 d 时，HS1与HS2处理的叶片SOD 酶活性显著低于CK 的。由图4C 可知，POD 酶活性随着处理时间的增加，呈现线性增长趋势，各处理间叶片的POD 酶活性差异不显著。

图4 不同基质对伯乐树幼苗叶片MDA 含量(A)和SOD(B)、POD(C)活性的影响Figure 4 MDA,SOD and POD contents in leaves of seedlings with different substrates

3 讨论与结论

基质是植物生长发育的基础，不同基质的物理性质不同，对植物的生长及生根会产生影响[10,18]。已有研究表明，伯乐树幼苗生长对土壤饱和持水量的适应性存在模糊区间[13-14]。经过换算发现，适宜伯乐树生长土壤的持水量范围在26.9%～ 60.8%。伯乐树野生生境的土壤以黄壤为主，黄壤来源广泛，保水性强，是伯乐树野外生存的重要基质，但黄壤黏性大，透气率差，抑制根系呼吸。本试验通过添加不同比例的砂石和珍珠岩，配置成5 种不同栽培基质，其饱和持水量为20.7%～ 26.5%。孔隙度的大小影响着土壤的透气性和透水性，非毛管孔隙度越大，土壤透水透气性越好，毛管孔隙度越大，土壤持水能力越强。本试验在黄壤中添加砂石后饱和持水量变小（HS1、HS2），而珍珠岩由于其吸水的特性使得基质持水量更高（HZ1、HZ2）；非毛管孔隙度CK 最低，为2.17%，表明黄壤基质紧实，透气性差，植物根系可能受到影响，生长减缓；非毛管孔隙度以HS2最高，为4.17%，其透水透气性好，伯乐树苗的生长指标优于其他处理的。因此，与基质的饱和持水量相比，基质的透气性对伯乐树幼苗生长的影响更大。

苗高和地径等通常被作为苗木质量的预测指标[19]。本研究结果表明，HS1和HS2处理伯乐树幼苗的苗高增长量较多，与CK 存在显著差异（P＜0.05）；两组处理幼苗的地径和生物量积累也较高，但与其他处理没有显著差异。比叶重表示植物叶片有机物的积累情况，是衡量植物同化能力的一个重要指标[20]，各基质处理的幼苗比叶重随着叶厚增加而增加，但在各处理间均没有显著差异。根冠比也被认为是幼苗质量的重要指标。本研究发现，处理90 d 时，HS1处理幼苗的根冠比要显著低于CK 和HS2处理的（P＜0.05）。综合来看，在本试验的5 个处理中，在基质配比为黄壤∶沙石=8∶2 的处理（HS2）中伯乐树表现出较好的生长态势。

持水量的不同造成了伯乐树幼苗叶片叶绿素含量的变化，由于叶绿素a 与光反应系统有关，而叶绿素b 则是与捕光蛋白相结合，基质的水分条件影响蛋白质及酶类物质的合成，进而影响了叶绿素的合成[21]。HZ1与HZ2处理的幼苗在处理90 d 时，其叶片叶绿素a+b 含量显著低于另外3 个处理（P＜0.05），较高的持水量导致叶绿素总含量下降，符合植物在水分过多时所受非生物胁迫的生理变化特点。植物在水分过多的情况下叶片相对含水量减少，气孔阻力增加，导致气孔导度降低，造成叶片的萎蔫、根系缺氧，从而会影响植物的光合作用，导致叶绿素含量下降，影响植物的生长发育[22]。可溶性糖有利于调节植物细胞的渗透压，保持细胞内压强稳定，维持细胞的功能与正常运行，在水分过多的条件下，植物的可溶性糖含量随时间增长而增加，当超过一定时间后又会出现下降趋势[22]，与饱和持水量较高的HS1与HS2处理的幼苗叶片可溶性糖含量变化趋势一致。可溶性蛋白具有较强的亲水性，有利于维持细胞渗透势，增强保水能力[23]，各处理的叶片可溶性蛋白含量先提高，是植物在水分充足甚至过量情况下对环境的适应，到处理90 d 时，叶片可溶性蛋白含量仅在CK 继续上升，其他处理的均有所下降，表明其他处理的叶片可溶性蛋白合成路径受到水分胁迫的影响，可溶性蛋白合成速度减缓。

MDA 可与细胞膜上的蛋白质、酶等物质结合交联使之失活，从而破坏生物膜结构和功能，其含量高低可以反映植物在逆境下的受损程度[24]。本实验中，叶片的MDA 含量呈现随着处理时间的增加而增加的趋势，CK 的叶片MDA 含量显著高于HS1、HS2处理的，表明伯乐树在HS1、HS2处理中受逆境的影响程度较小。植物处于逆境条件时细胞膜受到损害，活性氧和自由基大量增加，植物细胞发生膜质过氧化作用加剧，植物体内的保护酶体系通过抑制活性氧和自由基的生成，减少植物受到的损害[25]。叶片中SOD 酶活性和POD 酶活性的增强，表明植物的抗氧化及清除活性氧的能力提高，植物受到胁迫的程度增加。本研究表明，伯乐树在持水量高的基质中，叶片中的SOD 和POD 酶活性持续增强，且CK 叶片中的SOD 酶活性处于较高水平，显著高于HS1和HS2处理的。

综上所述，伯乐树幼苗在饱和持水量较高且非毛管孔隙度较小的基质条件下容易产生水分胁迫，这既不利于根系呼吸，也不利于其生长。在本试验的5 种配比基质中，黄壤∶沙石=8∶2 的基质更有利于伯乐树幼苗的生长。