郭星，謝飛*，閆倩倩，曹秀文，楊帆

(1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州730070；2.甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，甘肅 甘南 747000)

白龍江干旱河谷位于青藏高原東緣與秦嶺西段交匯處，是長(zhǎng)江上游北部水系的生態(tài)脆弱帶和敏感區(qū)，也是我國(guó)西部重要的大尺度生態(tài)過(guò)渡帶和生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)之一[1-3]。由于地質(zhì)變遷、氣候變化、焚風(fēng)效應(yīng)以及人為因素等[3]，造成白龍江干旱河谷植被生態(tài)系統(tǒng)水土流失加劇，具有向荒漠化發(fā)展的趨勢(shì)。

黃腐酸(fulvic acid，F(xiàn)A)，又稱旱地龍，含有植物所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素和16種氨基酸以及多種生長(zhǎng)活性因子[4]。作為一種抗蒸騰劑，能有效控制葉片氣孔的開(kāi)張度，減少葉片蒸騰作用，并促進(jìn)根系生長(zhǎng)，對(duì)抵御季節(jié)性干旱和熱風(fēng)有十分顯著的效果[5-7]。目前對(duì)黃腐酸的研究主要著重于農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)樹(shù)種上，對(duì)大規(guī)模造林樹(shù)種的研究較少[8-11]。

本研究以白龍江干旱河谷抗逆性較強(qiáng)的狼牙刺(Sophoradavidii)、河朔蕘花(Wikstroemiachamaedaphne)、華西小石積(Osteomelesschwerinae)、酸棗(Ziziphusjujuba)、荊條(Vitexnegundo)5個(gè)灌木樹(shù)種為研究對(duì)象，采用盆栽進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同濃度黃腐酸處理幼苗的生理指標(biāo)的測(cè)定與分析，綜合評(píng)價(jià)不同濃度黃腐酸對(duì)5個(gè)灌木抗旱性的影響，旨在找出能夠有效增強(qiáng)苗木抗旱性的濃度配比，為白龍江干旱河谷脆弱生態(tài)區(qū)植被重建與恢復(fù)過(guò)程中提高苗木存活率提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

選擇生長(zhǎng)較為一致的1年生狼牙刺、河朔蕘花、華西小石積、酸棗、荊條幼苗為試驗(yàn)材料，苗木均為2015年9月播種于白龍江林業(yè)管理局位于武都區(qū)兩水鎮(zhèn)的兩水林場(chǎng)，地理坐標(biāo)位于E 104°47′45″，N 33°25′57″，海拔1108 m，年平均降水量480 mm，年平均氣溫14.2 ℃，全年無(wú)霜期245 d。2016年4月移栽于花盆中，每盆一株，花盆規(guī)格為直徑30 cm，高25 cm，每盆裝土3.2 kg，所用土壤來(lái)源于苗木所在苗圃地，土壤最大田間持水量為25.3%，盆栽完成后對(duì)苗木進(jìn)行常規(guī)管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年7月開(kāi)始，每個(gè)樹(shù)種選擇生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置了5個(gè)處理水平，其黃腐酸噴施濃度分別為：CK(0 mg·L-1)、T1(100 mg·L-1)、T2(200 mg·L-1)、T3(300 mg·L-1)、T4(400 mg·L-1)，各處理重復(fù)3次。于傍晚進(jìn)行噴施，隔1 d噴施1次，共計(jì)噴施3次，并加入5%的表面活性劑吐溫-20以減少表面張力。噴施黃腐酸的同時(shí)停止?jié)菜幚黹_(kāi)始后第7天采集樣本莖中部葉片放入冰箱中保鮮，進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定，測(cè)定時(shí)每個(gè)樣本重復(fù)3次[12-13]。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

可溶性糖(soluble sugar, SS)含量采用蒽酮比色法測(cè)定[14]，可溶性蛋白(soluble protein, SP)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[15]，過(guò)氧化物酶(peroxide enzyme, POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[16]，丙二醛(malondialdehyde, MDA)活性采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[17]，葉綠素(chlorophyll, Chl)含量采用乙醇法測(cè)定[18]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性的綜合評(píng)價(jià)。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式如下[19-20]：

式中：u(Xij)為i樹(shù)種j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xij為i樹(shù)種j指標(biāo)的測(cè)定值；Ximax和Ximin分別為指標(biāo)的最大值和最小值。

根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系，運(yùn)用隸屬函數(shù)計(jì)算出不同樹(shù)種各項(xiàng)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值，平均隸屬函數(shù)值越大，表示抗旱性越強(qiáng)[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)可溶性糖的影響

研究發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)可溶性糖含量與抗旱能力存在一定的相關(guān)性：在干旱脅迫條件下，同一種植物可溶性糖含量多的抗旱性較強(qiáng)[22]。干旱脅迫下5種幼苗的可溶性糖含量隨FA濃度的升高呈先增大后減小的趨勢(shì)(表1)，說(shuō)明FA對(duì)干旱脅迫下可溶性糖含量的降低具有一定的延緩作用。狼牙刺各處理間可溶性糖含量的排序?yàn)樘幚鞹1>CK>T2>T3>T4，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了15.65%，說(shuō)明T1處理可以有效延緩干旱脅迫條件下狼牙刺可溶性糖含量的降低，而T2、T3、T4處理濃度過(guò)高。河朔蕘花各處理間可溶性糖含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>T1>T4>CK，T1、T2和T3處理顯著高于T4及CK(P<0.05)，說(shuō)明T1、T2、T3處理濃度在干旱脅迫下均明顯對(duì)河朔蕘花的可溶性糖含量的降低具有延緩作用，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了19.50%。華西小石積各處理間可溶性糖含量的排序?yàn)樘幚鞹1> CK>T2>T3>T4，T1處理濃度效果顯著高于其他處理濃度(P<0.05)，與CK相比提高了17.18%，初步說(shuō)明T1處理濃度可有效抑制干旱脅下華西小石積可溶性糖含量的降低。酸棗各處理間可溶性糖含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>CK>T3>T4，各處理間差異顯著(P<0.05)，T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了30.66%。荊條各處理間可溶性糖含量的排序?yàn)樘幚鞹3>T2>T4>T1>CK，T3處理濃度效果最佳，顯著高于其他處理濃度(P<0.05)，與CK相比提高了12.33%。

表1 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗可溶性糖的影響Table 1 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble sugar in five seedlings (μg·g-1FW)

注：同行不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note： Different letters in the same row mean significant differences at 0.05 level among treatments. The same below.

2.2 對(duì)可溶性蛋白的影響

除華西小石積外，不同濃度的FA對(duì)干旱脅迫下的4種幼苗可溶性蛋白含量的降低均有抑制作用，說(shuō)明FA對(duì)可溶性蛋白的降解具有一定的延緩作用(表2)，從而減少干旱條件下胺類物質(zhì)對(duì)植物的毒害。狼牙刺各處理間可溶性蛋白含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>T1>CK>T4，T2處理可溶性蛋白含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了56.03%。河朔蕘花各處理間可溶性蛋白含量的排序?yàn)樘幚鞹3>T4>T2>T1>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了24.98%。華西小石積FA處理后的可溶性蛋白含量均低于CK處理，這可能是由于T1～T4濃度的FA對(duì)華西小石積濃度過(guò)高或過(guò)低所引起，過(guò)高則成為另一種脅迫條件加速華西小石積可溶性蛋白的降解，過(guò)低則未能有效抑制其可溶性蛋白的降解。酸棗各處理間可溶性蛋白含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>T3>CK>T4，T1和T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了66.45%。荊條各處理間可溶性蛋白含量的排序?yàn)樘幚鞹1>T2>T3>T4>CK，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了27.90%。

2.3 對(duì)過(guò)氧化物酶的影響

植物在受到干旱脅迫時(shí)會(huì)發(fā)生活性氧積累而引起氧化脅迫，同時(shí)會(huì)響應(yīng)產(chǎn)生過(guò)氧化物酶來(lái)清除活性氧以抵御這種脅迫，減少由于干旱引起的氧化脅迫對(duì)植物造成的不良影響，從而提高植物的抗旱性[23]。適宜濃度的FA，在干旱脅迫下不同程度的延緩了幼苗過(guò)氧化物酶的活性降低(表3)。狼牙刺各處理間過(guò)氧化物酶活性的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>T3>CK>T4，T1和T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，但T2處理濃度效果最佳，與CK相比提高了76.30%。河朔蕘花各處理間過(guò)氧化物酶活性的排序?yàn)樘幚鞹1>T2>T3>T4>CK，說(shuō)明FA各處理濃度均對(duì)河朔蕘花過(guò)氧化物酶活性的降低具有延緩作用，T1處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了226.34%，效果顯著。華西小石積各處理間過(guò)氧化物酶活性的排序?yàn)樘幚鞹3>T2>T1>T4>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了192.49%。酸棗各處理間過(guò)氧化物酶活性的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>T4>T1>CK，T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了56.83%。荊條各處理間過(guò)氧化物酶活性的排序?yàn)樘幚鞹3>T2>T1>T4>CK，T3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，與CK相比提高了154.69%。

表2 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗可溶性蛋白的影響Table 2 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble protein in five seedlings (μg·g-1FW)

表3 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗過(guò)氧化物酶的影響Table 3 Effects of different concentrations of fulvic acid on peroxide enzyme in five seedlings (U·g-1)

2.4 對(duì)丙二醛的影響

水分脅迫條件下，植物組織或器官脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)而產(chǎn)生丙二醛，因此其含量的多少可作為衡量干旱脅迫下植物膜系統(tǒng)受傷害程度的指標(biāo)。在干旱脅迫下經(jīng)過(guò)FA處理的狼牙刺，其4個(gè)處理均有降低丙二醛含量或抑制丙二醛產(chǎn)生的效果(表4)，處理效果為T(mén)4>T3>T2>T1，T4處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，效果最佳，與CK相比其丙二醛含量降低了55.57%。河朔蕘花的4個(gè)處理中，除T4處理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，且T4處理與CK差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明低濃度的FA對(duì)河朔蕘花過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生沒(méi)有明顯效果。經(jīng)過(guò)FA處理的華西小石積，4個(gè)處理下的丙二醛含量均低于CK，處理效果為T(mén)3>T2>T4>T1，T3處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，與CK相比其丙二醛含量降低了64.60%。酸棗的4個(gè)處理中，除T1處理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，T1處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，初步說(shuō)明T1處理效果最佳。在干旱脅迫下經(jīng)過(guò)FA處理的荊條丙二醛的含量，隨著FA濃度的增大呈先降低后升高的趨勢(shì)，處理效果為T(mén)2>T1>T3>T4，T2處理的丙二醛含量顯著低于其他處理(P<0.05)，與CK相比其丙二醛含量降低了26.29%。說(shuō)明低濃度的FA能夠有效抑制荊條過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生，但當(dāng)濃度達(dá)到一定程度后則有可能成為一種脅迫環(huán)境。

2.5 對(duì)葉綠素的影響

葉片是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要器官[24]，植物的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量是由光合作用所決定的，光合作用直接受到葉綠體功能的影響，而其功能的好壞又是由內(nèi)部色素含量的多少所決定的尤其是葉綠素含量[25]。由表5可看出，狼牙刺各處理間葉綠素a含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>T1>CK>T4，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了22.74%。河朔蕘花各處理間葉綠素a含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>CK>T4>T1，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了37.65%。華西小石積經(jīng)4濃度的FA處理后，其葉綠素a含量均低于CK，F(xiàn)A不僅沒(méi)能延緩葉綠素a的減少而且出現(xiàn)促進(jìn)葉綠素a下降的現(xiàn)象，這可能是由于華西小石積的葉綠素a對(duì)FA過(guò)于敏感，或是FA誘導(dǎo)了華西小石積其他生理活動(dòng)。酸棗各處理間葉綠素a含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>T1>T4>CK，T2處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了106.93%。荊條各處理間葉綠素a含量的排序?yàn)樘幚鞹1>T2>T3>T4>CK，T1處理葉綠素a含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了50.28%。

表4 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗丙二醛的影響Table 4 Effects of different concentrations of fulvic acid on malondialdehyde in five seedlings (mmol·g-1FW)

表5 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗葉綠素a的影響Table 5 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl a in five seedlings (μg·g-1FW)

表6 不同濃度的黃腐酸對(duì)5種幼苗葉綠素b的影響Table 6 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl b in five seedlings (μg·g-1FW)

由表6可看出，狼牙刺各處理間葉綠素b含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>T3>CK>T4，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了22.74%。河朔蕘花各處理間葉綠素b含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T3>CK>T1>T4，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了37.65%。華西小石積葉綠素b處理結(jié)果與葉綠素a相似，經(jīng)4濃度的FA處理后其葉綠素b含量均低于CK。酸棗各處理間葉綠素b含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>T3>T4>CK，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了141.26%。荊條各處理間葉綠素a含量的排序?yàn)樘幚鞹2>T1>T3>T4>CK，T2處理葉綠素b含量顯著高于其他處理(P<0.05)，處理濃度效果最佳，與CK相比提高了141.26%。

2.6 黃腐酸對(duì)5種灌木抗旱性影響評(píng)價(jià)

如果用單一指標(biāo)來(lái)確定各樹(shù)種的最佳FA處理濃度，結(jié)果不盡相同，且過(guò)于片面，因此需綜合FA對(duì)各指標(biāo)的影響評(píng)價(jià)FA對(duì)各樹(shù)種抗旱性提高的最佳濃度。通過(guò)計(jì)算各樹(shù)種幼苗不同濃度FA處理下各生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，綜合評(píng)價(jià)干旱脅迫下FA對(duì)抗旱性的影響(表7)。其中，丙二醛含量與植物抗旱性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，運(yùn)用反隸屬函數(shù)計(jì)算。由表7可看出，F(xiàn)A對(duì)狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條4個(gè)樹(shù)種抗旱性提高的最佳濃度為200 mg·L-1，而華西小石積則是CK條件下抗旱性最高，F(xiàn)A對(duì)華西小石積的抗旱性不僅沒(méi)有提高反而有所下降。

表7 黃腐酸處理的5種灌木生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值及排序Table 7 Subordinate function values and drought resistance of five shrubs physiological indexes treated with fulvic acid

3 討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫下對(duì)5種灌木幼苗經(jīng)不同濃度FA處理后，可溶性糖、可溶性蛋白、過(guò)氧化物酶、丙二醛、葉綠素a、葉綠素b這6個(gè)指標(biāo)的多重比較表明，各抗旱指標(biāo)在5個(gè)處理水平間差異顯著(P<0.05)，初步說(shuō)明不同濃度的FA處理對(duì)5種灌木幼苗的抗旱性指標(biāo)上存在差異，通過(guò)FA對(duì)抗旱性影響可以確定其最佳處理濃度。

在干旱脅迫條件下，F(xiàn)A對(duì)各生理指標(biāo)均有不同程度的影響，隨著FA濃度的升高，狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條的可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、過(guò)氧化物酶指標(biāo)先升高后降低，丙二醛含量先降低后升高。說(shuō)明適量濃度的FA能夠抑制狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素含量的減少，延緩過(guò)氧化物酶活性的降低，抑制過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生，降低丙二醛含量或抑制丙二醛產(chǎn)生的效果，但當(dāng)FA濃度到達(dá)一定程度后，不僅沒(méi)能提高上述4種灌木幼苗抗旱性，反而降低了抗旱性能，成為另一種脅迫條件。而隨著FA濃度的升高，對(duì)華西小石積幼苗的影響則是可溶性糖、過(guò)氧化物酶指標(biāo)先升高后降低，可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、丙二醛呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明FA延緩了華西小石積幼苗可溶性糖含量、過(guò)氧化物酶活性的下降及丙二醛的積累，同時(shí)促進(jìn)了可溶性蛋白、葉綠素a和葉綠素b含量的下降。

植物抗旱性強(qiáng)弱是由多個(gè)因子相互作用的結(jié)果，是一個(gè)較為復(fù)雜的體系。在抗旱性選擇過(guò)程中不能單獨(dú)運(yùn)用一項(xiàng)抗旱指標(biāo)而達(dá)到選擇目標(biāo)，這樣缺乏科學(xué)性和存在風(fēng)險(xiǎn)性。單一的抗旱指標(biāo)難以充分反映出植物對(duì)干旱立地條件適應(yīng)的綜合能力，只有采用多項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，才能較為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)植物的抗旱水平[26-27]。多個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，可使單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)抗旱性帶來(lái)的片面性受到其他指標(biāo)的彌補(bǔ)、緩和，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確。種培芳等[28]根據(jù)光合、熒光、水分、滲透調(diào)節(jié)以及酶活性，利用隸屬函數(shù)法對(duì)4個(gè)地理種群紅砂(Reaumuriasongarica)的抗旱性做了評(píng)價(jià)，高紅霞等[29]根據(jù)可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸及葉綠素含量對(duì)紅砂的抗旱性優(yōu)良家系進(jìn)行了選擇，姜中珠等[30]用葉水勢(shì)、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛等指標(biāo)研究了多效唑?qū)γ缒究购敌缘挠绊?。本試?yàn)通過(guò)對(duì)干旱脅迫條件下FA各濃度處理后各樹(shù)種幼苗的生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得出，F(xiàn)A對(duì)5種苗木抗旱性提高的程度依次為：酸棗>河朔蕘花>荊條>狼牙刺>華西小石積。

4 結(jié)論

在干旱脅迫條件下，對(duì)白龍江干旱河谷狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條、華西小石積5種灌木用不同濃度FA噴施處理，通過(guò)測(cè)定苗期的可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b、過(guò)氧化物酶、丙二醛6個(gè)抗旱性指標(biāo)，分析探討了FA對(duì)5種灌木苗期抗旱性的影響。本研究表明，F(xiàn)A能夠有效提高狼牙刺、河朔蕘花、酸棗、荊條抗旱性，且最佳處理濃度為200 mg·L-1，而100～400 mg·L-1的FA處理與對(duì)照相比均降低了華西小石積的抗旱性，這可能是由于FA誘導(dǎo)了華西小石積某種生理活動(dòng)，也有可能是華西小石積對(duì)于FA過(guò)于敏感，致使試驗(yàn)所用FA濃度過(guò)高導(dǎo)致成為華西小石積的一種脅迫條件，具體對(duì)華西小石積抗旱性增強(qiáng)的最適濃度還需進(jìn)一步研究論證。