两种源湿地松苗木生长特性和生理生态性状

熊启慧，靳藏馥，张 露*，程泽龙，谢金文，刘 瑶，蒋祥英

（1.江西农业大学 林学院/江西省森林培育重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西省景德镇枫树山林场，江西 景德镇 333000）

【研究意义】湿地松（Pinus elliottii）作为世界性人工用材林主栽树种，20 世纪引种我国成功后，现已覆盖南方15 个省份，成为荒山绿化、生态防护、造林和采脂的主要树种[1-2]。湿地松的研究涉及木材材性[3-4]、松脂产量[5-6]和松脂性状[7]等方面，在湿地松体细胞胚胎发生[8]也开展了有益探讨。湿地松极大的研究价值，使其良种繁育和造林十分重要。研究不同种源湿地松苗木的生长特性，探究不同种源苗木生理生态性状对其生长性状的影响，有利于寻找优良种源作为造林种源，助力现有湿地松良种基地建设。【前人研究进展】长期的生殖隔离和环境因子的共同作用，导致不同种源的同一树种在生长发育和生理生态等方面产生了显著差异[9-10]。种源试验是在相同栽培条件下，观察比较不同种源树种的生产力和适应力，选择具有稳定遗传优良性状的个体或种群，为林木遗传性状改良提供思路[11]。陈存等[12]研究表明，不同种源美洲黑杨（Populus deltoides）的苗高、地径、根茎叶生物量等生长性状和叶绿素含量、净光合速率等生理性状存在显著差异，基于此，对不同种源的苗木生长优劣进行了分类和排序。陈嘉静等[13]研究发现不同种源刨花楠（Machilus pauhoi）叶面积和叶干重等叶片性状具有显著差异，苏石诚等[14]也报道不同种源花榈木（Ormosia henryi）总根长、根尖数等根系性状具有显著差异。松科树种中，乡土树种华山松（Pinus armandii）[15]、云南松（Pinus yunnanensis）[16]等种源苗期研究取得了一定进展，并已运用于生产实践；而湿地松生长性状和生理性状的研究多探究不同试验处理之间的异同[17-19]，对不同种源间生长及生理生态性状差异的研究少有报道。【本研究切入点】以美国和广东两种源湿地松种子所育一年生苗木为研究材料，利用t检验分析不同种源湿地松苗木生长性状、针叶生理性状和根叶生态性状的异同，并通过相关分析揭示不同种源湿地松苗木各性状间协同和权衡的机制，剖析湿地松生长特性与生理和生态性状之间的内在关联。【拟解决的关键问题】对比分析两种源湿地松苗木生长特性的异同，探究造成苗木生长差异的关键生理生态机制。研究结果可了解两种源湿地松苗木在江西省的生长差异性及适应性，为湿地松造林用种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

育苗地位于江西省景德镇市国营枫树山林场浮南分场（29°9′～29°35′N，117°3′～117°37′E）。该区属亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明，日照充足，日照时数2 000 h左右，年均积温6 238 ℃，年平均温度为17.1 ℃，年最高气温41.8 ℃，年最低气温-10.9 ℃，年平均降雨量1 650～1 850 mm。海拔约80 m，土壤类型为红壤，pH值为4.6，肥力中等偏低[20]。

1.2 研究材料与试验设计

湿地松种子来源于美国路易斯安那州和广东省台山市红岭种子园生产的良种。2020 年3 月催芽，当芽苗长至2～3 cm 移栽入育苗容器内，育苗容器为白色无纺布袋（口径14 cm×高度16 cm），育苗基质为黄心土，采用0.02%多菌灵消毒基质。采用区组对比试验设计，共设9 个区组，每个区组每个种源移栽50 株于育苗容器中，共900 株。容器苗置于遮荫网下（遮阴率60%），并做好浇水、除草等常规管理工作，两种源苗木管理方式一致。

1.3 样本采集与指标测定

1.3.1 苗木生长指标测定 于2020 年11 月苗木生长停止后，从每个区组每个种源随机选取10 株，共180株。

苗高和地径测定：用卷尺测量苗高（SH，cm），用游标卡尺测量地径（GD，mm）。

测完苗高和地径后做好标记并挖苗，洗净拭干，分为地下部分（根系）和地上部分（茎叶），装入信封，用于测定相关生态和生物量指标。

生物量测定：针叶和根系生态性状测定完毕后，将分装好的根系部分和茎叶部分置于105 ℃烘箱杀青30 min，于75 ℃烘干至恒重，用电子天平测定其地上和根系干重，即获得单株地上生物量（AB，g）、根系生物量（RB，g）和整株生物量（TB，g）。

1.3.2 针叶生理指标测定 于7 月苗木生长旺盛时，从每个区组每个种源随机选取1 株标准株，两种源共18株。每株采当年生新鲜针叶，用湿纱布包裹带回实验室。采用95%乙醇研磨浸提法测定叶绿素含量（Chl，mg/g）、叶绿素a/b（Chl-a/b），采用蒽酮法测定可溶性糖含量（SSC，mg/g），采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量（SPC，mg/g），采用愈创木酚比色法测定过氧化物酶活性（POD，u/g），采用氮蓝四唑光化还原法测定超氧化物歧化酶活性（SOD，u/g），采用紫外吸收法测定过氧化氢酶活性（CAT，u/g），采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量（MDA，mmol/g）[21]。

1.3.3 根叶生态指标测定与计算 样本对象同苗木生长指标测定，即两种源各90株，共180株。

针叶性状测定：从每个装有茎叶的信封中随机取10 根针叶用于测定针叶形态指标，测完放回原信封。电子天平称每根针叶重（NLW，g），直尺测定针叶长（L，mm），游标卡尺测定针叶中部宽度作为针叶宽（D，mm），并计算针叶面积（LA，mm2）[22]：

式（3）中，L为针叶长；D为针叶宽。

根系性状测定：从装有根系的信封中取出所有根系进行测定，测完放回原信封。用EPSON COLOR IMAGE SCANNER LA1600 根系扫描仪扫描根系，根系图像分析软件WinRHIZO 2012 测定并获得总根长（RL，cm）、根总表面积（RSA，cm2）、根平均直径（RAD，mm）以及根总体积（RV，cm3）。

1.4 数据处理与分析

采用独立样本t检验对比广东和美国种源湿地松苗木观测指标和相关性状的异同，用Pearson 法分别对两种源苗木生长、生理和生态指标进行相关性分析。采用SPSS 23.0 软件进行统计分析，Sigmaplot 12.5绘图。

2 结果与分析

2.1 两种源湿地松苗木生长特性

t检验分析表明，湿地松苗木苗高、地径、地上生物量在两种源间有显著差异，表现为广东种源苗木苗高、地径、地上生物量的均值显著高于美国种源，广东种源苗木的根系生物量和整株生物量均值略高于美国种源（图1）。从生物量构成而言，美国种源苗木地上生物量均值占整株生物量均值的65.45%，广东种源苗木地上生物量均值占整株生物量均值的65.63%，说明湿地松地上部分生物量为整株生物量主要组成部分（图1）。

图1 两种源湿地松苗木生长性状Fig.1 Growth traits of Pinus elliottii seedlings from two provenances

2.2 两种源湿地松苗木针叶生理性状

t检验分析表明，除可溶性糖和可溶性蛋白含量无显著差异外，不同种源间苗木针叶其他生理性状表现出显著差异（图2）。广东种源苗木叶绿素含量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性的平均值显著高于美国种源；而美国种源苗木过氧化氢酶活性、丙二醛含量的均值极显著高于广东种源（图2）。其中，广东种源苗木过氧化物酶活性均值为美国种源的2倍，美国种源苗木过氧化氢酶活性均值以及丙二醛含量均值也约等于广东种源的2 倍。总体看，8 个针叶生理性状中广东种源苗木6 个针叶生理性状的表现优于美国种源。

图2 两种源湿地松苗木针叶生理性状Fig.2 Needle physiological traits of needleleaves of P.elliottii seedlings from two provenances

2.3 两种源湿地松苗木根叶生态性状

t检验分析表明，两种源湿地松苗木高径比、根冠比、根总表面积、根平均直径和根总体积无显著差异，而针叶面积、针叶重和总根长等3 个性状有显著差异（图3）。具体表现为广东种源针叶面积极均值显著高于美国种源、针叶重均值显著高于美国种源；而美国种源总根长极显著高于广东种源（图3）。总体来看，广东种源苗木针叶生态性状表现优于美国种源，而根系生态性状反之。

图3 两种源湿地松苗木根叶生态性状Fig.3 Ecological traits of roots and needle leaves of P.elliottii seedlings from two provenances

2.4 两种源湿地松苗木观测指标与性状的相关性

两种源湿地松苗木生长性状相关性分析表明：美国种源苗木苗高、地径、地上生物量、根系生物量和整株生物量两两之间均表现为显著正相关，其中苗高与地上生物量间的相关系数最高（0.98）。而广东种源苗木苗高与地上生物量、根系生物量和整株生物量呈显著正相关，地径与根系生物量显著正相关，地上生物量、根系生物量均与整株生物量显著正相关，但苗高与地径、地径与地上生物量、地径与整株生物量、地上生物量和地下生物量之间相关性不显著（表1）。从各生长性状间相关系数的变化范围看，美国种源苗木为0.67～0.98，而广东种源苗木却为0.34～0.91（表1）。可见，不同种源间湿地松苗木生长性状的相关性存在一定的差异。

表1 两种源湿地松苗木生长性状相关性分析（n=90）Tab.1 Correlation analysis among growth traits of P.elliottii seedlings for two provenances

从表2 可知，两种源间湿地松苗木生理性状的相关性差异较大。美国种源苗木叶绿素含量、叶绿素a/b、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性两两间呈显著正相关，过氧化物酶活性与可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性显著正相关。广东种源苗木叶绿素含量与叶绿素a/b、可溶性糖含量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性显著正相关，叶绿素a/b 与过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性显著正相关，过氧化物酶活性与超氧化物歧化酶活性之间、过氧化氢酶活性与丙二醛含量之间也呈显著正相关（表2）。美国种源苗木相关系数最高值出现在可溶性糖含量与可溶性蛋白含量间，为0.92；而广东种源苗木叶绿素含量与超氧化物歧化酶活性相关性最强，为0.85（表2）。

表2 两种源湿地松苗木针叶生理性状相关性分析（n=9）Tab.2 Correlation analysis of physiological traits of needle leaves of P.elliottii seedlings from two provenances

两种源湿地松苗木生态性状的相关分析表明，美国种源苗木高径比与针叶面积、根总体积间为显著正相关，针叶面积、针叶重与总根长、根总表面积间显著正相关，根总体积与针叶面积、总根长、根总表面积显著正相关；广东种源苗木针叶面积、针叶重、总根长两两之间显著正相关，根总体积与针叶重、总根长、根总表面积显著正相关，根总表面积与根平均直径显著正相关（表3）。美国种源苗木根总表面积与针叶面积、总根长间的相关系数均为0.96，广东种源苗木根总表面积与根平均直径间的相关系数最高，为0.92（表3）。

两种源湿地松苗木生长特性与针叶生理性状相关性分析表明，叶绿素含量、可溶性蛋白含量与5 个生长性状均显著正相关，叶绿素a/b、过氧化物酶活性与苗高、地上生物量、整株生物量显著正相关，可溶性糖含量与苗高、地上生物量、根系生物量、整株生物量显著正相关，超氧化物歧化酶活性与苗高、地径、地上生物量、整株生物量显著正相关。然而，过氧化氢酶活性、丙二醛含量与地径显著负相关。湿地松苗木生长性状和针叶生理性状间，苗高与可溶性糖含量的相关性最强，相关系数为0.90。（表4）

表4 湿地松苗木生长和生理性状的相关性分析（n=18）Tab.4 Correlation analysis of growth and physiological traits of P.elliottii seedlings

湿地松苗木生长性状与根叶生态性状相关性分析表明，针叶面积、针叶重与5 个生长性状均显著正相关，根冠比与地径、根系生物量、整株生物量显著正相关，根总表面积与地上生物量，整株生物量显著正相关，根总体积与苗高、地上生物量、根系生物量、整株生物量显著正相关（表5）。相比于其他根叶生态性状，苗高、地径、地上生物量、整株生物量与针叶面积的相关性最强，相关系数分别为0.93、0.61、0.94、0.87；而根系生物量与根冠比的相关性最强，相关系数为0.88（表5）。

表5 湿地松苗木生长和生态性状的相关性分析（n=180）Tab.5 Correlation analysis of growth and ecological traits of P.elliottii seedlings

3 讨论

有关植物生长指标和生理指标的变异规律一直为学者所关注[23-25]，大多数研究表明不同种源间生长指标和生理指标具有显著性差异。对美国和广东两种源湿地松苗木生长性状和生理生态性状的研究亦发现不同种源间湿地松苗木所测性状表现出差异性。从生长性状来看，广东种源苗木苗高、地径、地上生物量的平均值显著高于美国种源，根系生物量、整株生物量略高但无显著差异。而有研究表明，不同种源鹅掌楸（Liriodendron chinense）苗木的苗高、地径、地下生物量、整株生物量等指标存在显著差异，地上生物量差异不显著[26]。这与湿地松两种源苗木的研究稍有区别，可能是鹅掌楸苗木为裸根苗，湿地松苗木为容器苗所致，其根系的生长受到育苗容器规格的限制[27。生理性状方面，广东种源苗木针叶叶绿素含量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性的平均值显著高于美国种源苗木，而美国种源苗木针叶过氧化氢酶活性、丙二醛含量的均值极显著高于广东种源。叶绿素是植物进行光合作用的一类色素，叶绿素含量高说明苗木合成营养成分的能力越强，由此推测广东种源湿地松苗木地上生物量显著高于美国种源的原因可能与广东种源苗木针叶叶绿素含量较高有关。除叶绿素含量外，过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性等与植物抗性相关。如对马尾松（Pinus massoniana）的研究表明，马尾松幼苗通过增加丙二醛含量，提高过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性可应对低磷胁迫，且不同种源马尾松幼苗丙二醛含量、酶活性变化程度不同[28]。生态性状方面，广东种源苗木针叶面积、针叶重的平均值显著高于美国种源，而美国种源苗木总根长的平均值极显著高于广东种源。综合生长性状、生理性状和生态性状看，两种源苗木的生长策略有所不同，广东种源湿地松因其多数性状表现更优可能更适应于江西生长。

为探究种源对湿地松苗木各性状间相互关系的影响，对美国和广东两种源湿地松苗木生长性状、生理性状、生态性状分别进行相关性分析。结果表明，不同种源湿地松苗木生长性状相关关系存在差异，美国种源苗木苗高与地径、地径与地上生物量、地径与整株生物量、地上生物量与根系生物量间呈显著正相关，而广东种源苗木以上指标间无显著相关性。表明相比于广东种源苗木，美国种源苗木地上部分生长与根系生长联系更为紧密。不同种源湿地松苗木针叶生理性状相关性也存在明显差异，体现为叶绿素含量、叶绿素a/b、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性6 个性状中，美国种源苗木除叶绿素含量、叶绿素a/b与过氧化物酶活性间无显著相关外，其余指标两两间为显著正相关，而广东种源苗木除叶绿素含量、叶绿素a/b与过氧化物酶活性显著正相关外，其余指标相关性多不显著。过氧化物酶能避免植物体细胞受损伤而氧化，叶绿素直接影响植物光合作用，这两者间显著相关有利于促进苗木生长，这与刘丽等[29]对杉木（Cunninghamia lanceolata）的研究结果相似。根叶生态性状中，两种源差异表现为：美国种源苗木高径比与针叶面积、根体积间，针叶面积与根总表面积、根总体积间，针叶重与根总表面积间显著正相关；而广东种源高径比与其余生态性状无显著相关，针叶面积与针叶重间，针叶重与根总体积间，根总表面积与根平均直径间为显著正相关。结合美国种源苗木生长性状间的相关性，可进一步推测美国种源苗木根系生长过程中，通过改变苗木地径、高径比而影响地上部分生长。利用相关性分析进一步了解湿地松苗木生长性状和针叶生理性状、根叶生态性状间的内在关联，结果表明：湿地松苗木生长性状和生理性状、生态性状间联系紧密，且多为正相关关系。8 个生理性状中叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等性状与生长性状相关性最为显著。徐圆圆等[30]对柳杉（Cryptomeria fortunei）的研究亦反映叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量与苗高、地径等性状的生长显著正相关。8个生态性状中针叶面积、针叶重等性状与生长性状相关性最为紧密。王瑜等[31]对云南松的研究表明，当苗木个体较小时，生物量的分配倾向于地上部分，尤其是苗木叶。吴际友等[32]在对不同种源闽楠（Phoebe bournei）苗期生长差异与早期选择中提出，生长性状的研究时间需要长一些，早期选择存在不稳定性，要长期持续测定。本研究仅对1 年生苗木的表型性状和生理性状进行了统计分析，随着苗木不断生长不同种源湿地松苗期的生长规律可能存在不同，需要长期跟踪观测来深入了解其内在调控机理。

4 结论

美国和广东两种源湿地松1 年生容器苗在江西表现不同，其生长性状、生理性状和生态性状的表现及生长性状、生理性状和生态性状内各指标的相互关系均存在显著差异。且湿地松苗木苗高、地径、地上生物量、根系生物量、整株生物量等生长性状与针叶生理性状、根叶生态性状间相关性不同。广东种源湿地松苗木生长更快，生理性状和生态性状表现出较优水平，不同性状间协同更强，为适宜在当地发展的优良种质材料。