黄腐酸对白龙江干旱河谷5种苗木抗旱性的影响

郭星，谢飞*，闫倩倩，曹秀文，杨帆

(1.甘肃省白龙江林业管理局林业科学研究所，甘肃 兰州730070；2.甘肃白龙江森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃 甘南 747000)

白龙江干旱河谷位于青藏高原东缘与秦岭西段交汇处，是长江上游北部水系的生态脆弱带和敏感区，也是我国西部重要的大尺度生态过渡带和生物多样性关键地区之一[1-3]。由于地质变迁、气候变化、焚风效应以及人为因素等[3]，造成白龙江干旱河谷植被生态系统水土流失加剧，具有向荒漠化发展的趋势。

黄腐酸(fulvic acid，FA)，又称旱地龙，含有植物所需的多种营养元素和16种氨基酸以及多种生长活性因子[4]。作为一种抗蒸腾剂，能有效控制叶片气孔的开张度，减少叶片蒸腾作用，并促进根系生长，对抵御季节性干旱和热风有十分显著的效果[5-7]。目前对黄腐酸的研究主要着重于农作物及经济树种上，对大规模造林树种的研究较少[8-11]。

本研究以白龙江干旱河谷抗逆性较强的狼牙刺(Sophoradavidii)、河朔荛花(Wikstroemiachamaedaphne)、华西小石积(Osteomelesschwerinae)、酸枣(Ziziphusjujuba)、荆条(Vitexnegundo)5个灌木树种为研究对象，采用盆栽进行干旱胁迫试验，通过对不同浓度黄腐酸处理幼苗的生理指标的测定与分析，综合评价不同浓度黄腐酸对5个灌木抗旱性的影响，旨在找出能够有效增强苗木抗旱性的浓度配比，为白龙江干旱河谷脆弱生态区植被重建与恢复过程中提高苗木存活率提供科学依据和技术途径。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

选择生长较为一致的1年生狼牙刺、河朔荛花、华西小石积、酸枣、荆条幼苗为试验材料，苗木均为2015年9月播种于白龙江林业管理局位于武都区两水镇的两水林场，地理坐标位于E 104°47′45″，N 33°25′57″，海拔1108 m，年平均降水量480 mm，年平均气温14.2 ℃，全年无霜期245 d。2016年4月移栽于花盆中，每盆一株，花盆规格为直径30 cm，高25 cm，每盆装土3.2 kg，所用土壤来源于苗木所在苗圃地，土壤最大田间持水量为25.3%，盆栽完成后对苗木进行常规管理。

1.2 试验设计

试验于2016年7月开始，每个树种选择生长良好、长势一致的幼苗，采用随机区组设计，设置了5个处理水平，其黄腐酸喷施浓度分别为：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)，各处理重复3次。于傍晚进行喷施，隔1 d喷施1次，共计喷施3次，并加入5%的表面活性剂吐温-20以减少表面张力。喷施黄腐酸的同时停止浇水，处理开始后第7天采集样本茎中部叶片放入冰箱中保鲜，进行相关生理指标的测定，测定时每个样本重复3次[12-13]。

1.3 指标测定

可溶性糖(soluble sugar, SS)含量采用蒽酮比色法测定[14]，可溶性蛋白(soluble protein, SP)含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[15]，过氧化物酶(peroxide enzyme, POD)活性采用愈创木酚法测定[16]，丙二醛(malondialdehyde, MDA)活性采用硫代巴比妥酸法测定[17]，叶绿素(chlorophyll, Chl)含量采用乙醇法测定[18]。

1.4 统计分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行统计分析；利用隶属函数法进行抗旱性的综合评价。

隶属函数值的计算公式如下[19-20]：

式中：u(Xij)为i树种j指标的隶属函数值；Xij为i树种j指标的测定值；Ximax和Ximin分别为指标的最大值和最小值。

根据多项指标与抗旱性的关系，运用隶属函数计算出不同树种各项指标的平均隶属函数值，平均隶属函数值越大，表示抗旱性越强[21]。

2 结果与分析

2.1 对可溶性糖的影响

研究发现植物体内可溶性糖含量与抗旱能力存在一定的相关性：在干旱胁迫条件下，同一种植物可溶性糖含量多的抗旱性较强[22]。干旱胁迫下5种幼苗的可溶性糖含量随FA浓度的升高呈先增大后减小的趋势(表1)，说明FA对干旱胁迫下可溶性糖含量的降低具有一定的延缓作用。狼牙刺各处理间可溶性糖含量的排序为处理T1>CK>T2>T3>T4，T1处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了15.65%，说明T1处理可以有效延缓干旱胁迫条件下狼牙刺可溶性糖含量的降低，而T2、T3、T4处理浓度过高。河朔荛花各处理间可溶性糖含量的排序为处理T2>T3>T1>T4>CK，T1、T2和T3处理显著高于T4及CK(P<0.05)，说明T1、T2、T3处理浓度在干旱胁迫下均明显对河朔荛花的可溶性糖含量的降低具有延缓作用，但T2处理浓度效果最佳，与CK相比提高了19.50%。华西小石积各处理间可溶性糖含量的排序为处理T1> CK>T2>T3>T4，T1处理浓度效果显著高于其他处理浓度(P<0.05)，与CK相比提高了17.18%，初步说明T1处理浓度可有效抑制干旱胁下华西小石积可溶性糖含量的降低。酸枣各处理间可溶性糖含量的排序为处理T2>T1>CK>T3>T4，各处理间差异显著(P<0.05)，T2处理浓度效果最佳，与CK相比提高了30.66%。荆条各处理间可溶性糖含量的排序为处理T3>T2>T4>T1>CK，T3处理浓度效果最佳，显著高于其他处理浓度(P<0.05)，与CK相比提高了12.33%。

表1 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗可溶性糖的影响Table 1 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble sugar in five seedlings (μg·g-1FW)

注：同行不同小写字母表示处理间差异显著(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 对可溶性蛋白的影响

除华西小石积外，不同浓度的FA对干旱胁迫下的4种幼苗可溶性蛋白含量的降低均有抑制作用，说明FA对可溶性蛋白的降解具有一定的延缓作用(表2)，从而减少干旱条件下胺类物质对植物的毒害。狼牙刺各处理间可溶性蛋白含量的排序为处理T2>T3>T1>CK>T4，T2处理可溶性蛋白含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了56.03%。河朔荛花各处理间可溶性蛋白含量的排序为处理T3>T4>T2>T1>CK，T3处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了24.98%。华西小石积FA处理后的可溶性蛋白含量均低于CK处理，这可能是由于T1～T4浓度的FA对华西小石积浓度过高或过低所引起，过高则成为另一种胁迫条件加速华西小石积可溶性蛋白的降解，过低则未能有效抑制其可溶性蛋白的降解。酸枣各处理间可溶性蛋白含量的排序为处理T2>T1>T3>CK>T4，T1和T2处理显著高于其他处理(P<0.05)，但T2处理浓度效果最佳，与CK相比提高了66.45%。荆条各处理间可溶性蛋白含量的排序为处理T1>T2>T3>T4>CK，T1处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了27.90%。

2.3 对过氧化物酶的影响

植物在受到干旱胁迫时会发生活性氧积累而引起氧化胁迫，同时会响应产生过氧化物酶来清除活性氧以抵御这种胁迫，减少由于干旱引起的氧化胁迫对植物造成的不良影响，从而提高植物的抗旱性[23]。适宜浓度的FA，在干旱胁迫下不同程度的延缓了幼苗过氧化物酶的活性降低(表3)。狼牙刺各处理间过氧化物酶活性的排序为处理T2>T1>T3>CK>T4，T1和T2处理显著高于其他处理(P<0.05)，但T2处理浓度效果最佳，与CK相比提高了76.30%。河朔荛花各处理间过氧化物酶活性的排序为处理T1>T2>T3>T4>CK，说明FA各处理浓度均对河朔荛花过氧化物酶活性的降低具有延缓作用，T1处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了226.34%，效果显著。华西小石积各处理间过氧化物酶活性的排序为处理T3>T2>T1>T4>CK，T3处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了192.49%。酸枣各处理间过氧化物酶活性的排序为处理T2>T3>T4>T1>CK，T2处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了56.83%。荆条各处理间过氧化物酶活性的排序为处理T3>T2>T1>T4>CK，T3处理显著高于其他处理(P<0.05)，与CK相比提高了154.69%。

表2 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗可溶性蛋白的影响Table 2 Effects of different concentrations of fulvic acid on soluble protein in five seedlings (μg·g-1FW)

表3 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗过氧化物酶的影响Table 3 Effects of different concentrations of fulvic acid on peroxide enzyme in five seedlings (U·g-1)

2.4 对丙二醛的影响

水分胁迫条件下，植物组织或器官脂质发生过氧化反应而产生丙二醛，因此其含量的多少可作为衡量干旱胁迫下植物膜系统受伤害程度的指标。在干旱胁迫下经过FA处理的狼牙刺，其4个处理均有降低丙二醛含量或抑制丙二醛产生的效果(表4)，处理效果为T4>T3>T2>T1，T4处理的丙二醛含量显著低于其他处理(P<0.05)，效果最佳，与CK相比其丙二醛含量降低了55.57%。河朔荛花的4个处理中，除T4处理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，且T4处理与CK差异不显著(P>0.05)，说明低浓度的FA对河朔荛花过氧化反应的发生没有明显效果。经过FA处理的华西小石积，4个处理下的丙二醛含量均低于CK，处理效果为T3>T2>T4>T1，T3处理的丙二醛含量显著低于其他处理(P<0.05)，与CK相比其丙二醛含量降低了64.60%。酸枣的4个处理中，除T1处理的丙二醛含量低于CK外，其他均高于CK，T1处理的丙二醛含量显著低于其他处理(P<0.05)，初步说明T1处理效果最佳。在干旱胁迫下经过FA处理的荆条丙二醛的含量，随着FA浓度的增大呈先降低后升高的趋势，处理效果为T2>T1>T3>T4，T2处理的丙二醛含量显著低于其他处理(P<0.05)，与CK相比其丙二醛含量降低了26.29%。说明低浓度的FA能够有效抑制荆条过氧化反应的发生，但当浓度达到一定程度后则有可能成为一种胁迫环境。

2.5 对叶绿素的影响

叶片是绿色植物进行光合作用的主要器官[24]，植物的生长状况和产量是由光合作用所决定的，光合作用直接受到叶绿体功能的影响，而其功能的好坏又是由内部色素含量的多少所决定的尤其是叶绿素含量[25]。由表5可看出，狼牙刺各处理间叶绿素a含量的排序为处理T2>T3>T1>CK>T4，T2处理叶绿素a含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了22.74%。河朔荛花各处理间叶绿素a含量的排序为处理T2>T3>CK>T4>T1，T2处理叶绿素a含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了37.65%。华西小石积经4浓度的FA处理后，其叶绿素a含量均低于CK，FA不仅没能延缓叶绿素a的减少而且出现促进叶绿素a下降的现象，这可能是由于华西小石积的叶绿素a对FA过于敏感，或是FA诱导了华西小石积其他生理活动。酸枣各处理间叶绿素a含量的排序为处理T2>T3>T1>T4>CK，T2处理叶绿素a含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了106.93%。荆条各处理间叶绿素a含量的排序为处理T1>T2>T3>T4>CK，T1处理叶绿素a含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了50.28%。

表4 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗丙二醛的影响Table 4 Effects of different concentrations of fulvic acid on malondialdehyde in five seedlings (mmol·g-1FW)

表5 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗叶绿素a的影响Table 5 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl a in five seedlings (μg·g-1FW)

表6 不同浓度的黄腐酸对5种幼苗叶绿素b的影响Table 6 Effects of different concentrations of fulvic acid on Chl b in five seedlings (μg·g-1FW)

由表6可看出，狼牙刺各处理间叶绿素b含量的排序为处理T2>T1>T3>CK>T4，T2处理叶绿素b含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了22.74%。河朔荛花各处理间叶绿素b含量的排序为处理T2>T3>CK>T1>T4，T2处理叶绿素b含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了37.65%。华西小石积叶绿素b处理结果与叶绿素a相似，经4浓度的FA处理后其叶绿素b含量均低于CK。酸枣各处理间叶绿素b含量的排序为处理T2>T1>T3>T4>CK，T2处理叶绿素b含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了141.26%。荆条各处理间叶绿素a含量的排序为处理T2>T1>T3>T4>CK，T2处理叶绿素b含量显著高于其他处理(P<0.05)，处理浓度效果最佳，与CK相比提高了141.26%。

2.6 黄腐酸对5种灌木抗旱性影响评价

如果用单一指标来确定各树种的最佳FA处理浓度，结果不尽相同，且过于片面，因此需综合FA对各指标的影响评价FA对各树种抗旱性提高的最佳浓度。通过计算各树种幼苗不同浓度FA处理下各生理指标的隶属函数值，综合评价干旱胁迫下FA对抗旱性的影响(表7)。其中，丙二醛含量与植物抗旱性呈负相关关系，运用反隶属函数计算。由表7可看出，FA对狼牙刺、河朔荛花、酸枣、荆条4个树种抗旱性提高的最佳浓度为200 mg·L-1，而华西小石积则是CK条件下抗旱性最高，FA对华西小石积的抗旱性不仅没有提高反而有所下降。

表7 黄腐酸处理的5种灌木生理指标隶属函数值及排序Table 7 Subordinate function values and drought resistance of five shrubs physiological indexes treated with fulvic acid

3 讨论

本试验结果表明，干旱胁迫下对5种灌木幼苗经不同浓度FA处理后，可溶性糖、可溶性蛋白、过氧化物酶、丙二醛、叶绿素a、叶绿素b这6个指标的多重比较表明，各抗旱指标在5个处理水平间差异显著(P<0.05)，初步说明不同浓度的FA处理对5种灌木幼苗的抗旱性指标上存在差异，通过FA对抗旱性影响可以确定其最佳处理浓度。

在干旱胁迫条件下，FA对各生理指标均有不同程度的影响，随着FA浓度的升高，狼牙刺、河朔荛花、酸枣、荆条的可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素a、叶绿素b、过氧化物酶指标先升高后降低，丙二醛含量先降低后升高。说明适量浓度的FA能够抑制狼牙刺、河朔荛花、酸枣、荆条幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素含量的减少，延缓过氧化物酶活性的降低，抑制过氧化反应的发生，降低丙二醛含量或抑制丙二醛产生的效果，但当FA浓度到达一定程度后，不仅没能提高上述4种灌木幼苗抗旱性，反而降低了抗旱性能，成为另一种胁迫条件。而随着FA浓度的升高，对华西小石积幼苗的影响则是可溶性糖、过氧化物酶指标先升高后降低，可溶性蛋白、叶绿素a、叶绿素b、丙二醛呈降低趋势，说明FA延缓了华西小石积幼苗可溶性糖含量、过氧化物酶活性的下降及丙二醛的积累，同时促进了可溶性蛋白、叶绿素a和叶绿素b含量的下降。

植物抗旱性强弱是由多个因子相互作用的结果，是一个较为复杂的体系。在抗旱性选择过程中不能单独运用一项抗旱指标而达到选择目标，这样缺乏科学性和存在风险性。单一的抗旱指标难以充分反映出植物对干旱立地条件适应的综合能力，只有采用多项指标的综合评价，才能较为准确地评价植物的抗旱水平[26-27]。多个指标的综合评价，可使单个指标评价抗旱性带来的片面性受到其他指标的弥补、缓和，从而使评价结果更加真实准确。种培芳等[28]根据光合、荧光、水分、渗透调节以及酶活性，利用隶属函数法对4个地理种群红砂(Reaumuriasongarica)的抗旱性做了评价，高红霞等[29]根据可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸及叶绿素含量对红砂的抗旱性优良家系进行了选择，姜中珠等[30]用叶水势、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛等指标研究了多效唑对苗木抗旱性的影响。本试验通过对干旱胁迫条件下FA各浓度处理后各树种幼苗的生理指标综合评价得出，FA对5种苗木抗旱性提高的程度依次为：酸枣>河朔荛花>荆条>狼牙刺>华西小石积。

4 结论

在干旱胁迫条件下，对白龙江干旱河谷狼牙刺、河朔荛花、酸枣、荆条、华西小石积5种灌木用不同浓度FA喷施处理，通过测定苗期的可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素a、叶绿素b、过氧化物酶、丙二醛6个抗旱性指标，分析探讨了FA对5种灌木苗期抗旱性的影响。本研究表明，FA能够有效提高狼牙刺、河朔荛花、酸枣、荆条抗旱性，且最佳处理浓度为200 mg·L-1，而100～400 mg·L-1的FA处理与对照相比均降低了华西小石积的抗旱性，这可能是由于FA诱导了华西小石积某种生理活动，也有可能是华西小石积对于FA过于敏感，致使试验所用FA浓度过高导致成为华西小石积的一种胁迫条件，具体对华西小石积抗旱性增强的最适浓度还需进一步研究论证。