施肥对红松无性系生理和激素的影响

李潇 杨伟财 曹振宇 张含国

摘要：以鶴岗无性系坚果园7年生红松（Pinus koraiensis）为材料，于2019年6月到2021年6月中旬进行氮、磷、钾肥施肥试验，测定叶绿素、可溶性糖和内源激素含量，研究施肥对红松无性系生理及内源激素的影响。结果表明，施肥能显著提高红松无性系叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量，氮、磷肥提高最明显，分别高出对照39.55%、14.68%和28.52%；不同无性系叶绿素含量对施肥响应不同，HG18、HG16和HG9号的各种叶绿素含量施加氮、磷肥后显著高于对照。施肥后，ABA（脱落酸）含量显著高于对照，氮肥处理提高了152.2%，GA3（赤霉素3）和IAA（吲哚乙酸）含量显著低于对照；不同无性系的GA3、IAA和ABA含量对施肥的响应不同，HG50、HG40号的GA3和IAA含量施肥后明显提高，HG25、HG24号的ABA（脱落酸）含量显著提高。施肥后，叶绿素含量和GAs（赤霉素总含量）呈负相关趋势，和ABA呈正相关趋势，可溶性糖含量和GA3呈正相关。综上，施肥提高ABA含量并降低GA3和IAA含量，从而对提高植物体内叶绿素含量和减少可溶性糖含量的积累产生影响。

关键词：红松；无性系；施肥；生理；激素

中图分类号：S791.247文献标识码：A文章编号：1006-8023（2023）02-0022-08

Effects of Fertilization on Physiology and Hormones of Pinus Koraiensis Clones

LI Xiao1， YANG Weicai2， CAO Zhenyu3， ZHANG Hanguo1*

（1.State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China;

2.Qingshan National Larch Seed Base， Linkou County， Mudanjiang 157600， China; 3.Hegang Tree

Variety Breeding Center， Hegang 154100， China）

Abstract：Seven-year-old Pinus koraiensis from a Hegang clone nut orchard was used as the experimental material to determine the contents of chlorophyll， soluble sugar and endogenous hormones during the fertilization experiment of N， P and K from June 2019 to mid-June in the 2021， the effects of fertilization on physiology and endogenous hormones of Pinus koraiensis clones were studied. The results showed that the contents of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll of Pinus koraiensis clones were significantly increased by fertilization， and the contents of N and P fertilizer were the highest， which were 39.55% ， 14.68% and 28.52% higher than those of the control， respectively. The response of chlorophyll content of different clones to fertilization was different. The chlorophyll content of HG18， HG16， HG9 was significantly higher than that of control after N， P application. After fertilization， ABA（Abscisic acid） content was significantly higher than that of the control， and N fertilizer treatment increased by 152.2% ， while GA3（Gibberellic acid 3） and IAA（Indole aceticacid） contents were significantly lower than that of the control. The response of GA3， IAA and ABA contents of different clones to fertilization was different， the GA3 and IAA contents of HG50 and HG40 were significantly increased after fertilization， while the ABA contents of HG25 and HG24 were significantly increased. After fertilization， chlorophyll content was negatively correlated with GAs（Gibberellic acids content） and positively correlated with ABA， while soluble sugar content was positively correlated with GA3. In conclusion， fertilization increased ABA content and decreased GA3 and IAA content， which had an effect on increasing chlorophyll content and decreasing soluble sugar accumulation in plants.

Keywords：Pinus koraiensis; clone; fertilization; physiology; hormone

收稿日期：2022-06-13

基金项目：黑龙江省应用技术研究与开发计划项目（GA19B201-3）

第一作者简介：李潇，硕士研究生。研究方向为林木遗传育种。E-mail： 1913057599@qq.com

*通信作者：张含国，博士，教授。研究方向为林木遗传育种。E-mail： hanguozhang1@sina.com

引文格式：李潇，杨伟财，曹振宇，等.施肥对红松无性系生理和激素的影响[J].森林工程，2023，39（2）：22-29.

LI X， YANG W C， CAO Z Y， et al. Effects of fertilization on physiology and hormones of Pinus Koraiensis clones[J]. Forest Engineering， 2023，39（2）：22-29.

0引言

红松（Pinus koraiensis）属松科（Pinaceae） 松属（Pinus），是我国东北地区的珍贵树种。红松不仅是优质的用材树种，其营养价值和医用价值也较高[1]。天然红松林成熟期十分漫长，通过良种选育及嫁接繁殖方式建立的红松人工林8～9 a即可进入结实期[2]，但受生长环境制约及自身结实特性的影响，红松良种产量低、结实周期明显和品质不稳定等问题仍未得到妥善解决，松籽产量难以满足市场需求。

光合作用与红松的开花结实密切相关[3]，叶绿素是光合作用的主要色素，其含量直接影响光合作用及有机物的积累[4]。可溶性糖是植物光合作用产物，为植物的生理活动提供重要的能量物质，与花芽分化和结实状况密切相关，其含量直接影响生殖生长的质量[5]。研究显示，葡萄花芽分化进度和可溶性糖含量呈显著正相关[6]，内源激素含量对花芽分化（赤霉素3）、生长结实有重要的调节作用，在果树中，学者大多认为较低含量的GA3（赤霉素3）和IAA（吲哚乙酸），及较高含量的ABA（脱落酸）有利于花芽分化[7]；针叶树方面也有类似报道，高含量的ABA有助于青海云杉向花芽形态分化转变[8]。

施肥可以影响植物生长发育过程中的生理活动，从而影响植物的开花结实。研究表明，氮肥能影响叶片中叶绿素含量从而影响光合作用，同时对碳水化合物的形成和积累产生影响[9]。秦雪[10]对罗汉松的研究表明，施肥后，叶绿素a、叶绿素b和可溶性糖含量均高于对照；对马尾松的研究表明，磷肥对针叶可溶性糖含量有明显影响。施肥能影响植物体内激素的合成和运输，罗帅[11]研究表明，施肥能提高油茶花芽生理分化期内ABA含量來促进花芽分化，并降低形态分化期ABA促进花芽形态建成。可见，施肥能通过影响植物光合作用和内源激素间的平衡，调节植物的开花结实过程，但目前施肥影响红松开花结实的内在机理及生理指标变化仍有待揭示。

本研究以鹤岗7年生12个红松无性系为材料，设置氮、磷、钾肥单施、配施和对照共7种处理，测定叶绿素含量、可溶性糖含量和内源激素含量，分析施肥对红松开花结实生理的影响，为红松种子园制定合理的施肥方案提供理论参考。

1试验地与试验方法

1.1试验地概况

试验样地为鹤岗市良种繁育中心种子园，地理位置为130°35′07.55″E，47°28′26.3″N，平均海拔64.2 m，地势平缓，年降水量646.0 mm， 年蒸发量1 190.0 mm；年日照时数2 566.8 h；年均温2.6 ℃， 7月均温21.0 ℃，土壤类型为暗棕壤。鹤岗红松种子园于1979年建成，优树源于黑龙江省五营，2014年利用优良无性系采用嫁接方法建成红松无性系坚果园，株行距4 m×6 m，随机排列，2019年开始结实。

1.2试验设计与方法

材料来自鹤岗1404号区红松无性系坚果园中株数较多的12个无性系，2019年开始对坚果园固定单株进行单一肥和复合肥施肥试验。单一肥试验设置4种处理，分别为N（包衣尿素0.4 kg/株）、P（磷酸二胺0.2 kg/株）、K（氯化钾0.1 kg/株）、CK（未处理对照）；共6个无性系，分别为HG50、HG40、HG39、HG30、HG25、HG24，每个无性系每种处理3株，共72株树。复合肥试验设置3种处理，分别为NP（包衣尿素0.4 kg/株+磷酸二胺0.2 kg/株）、NPK（包衣尿素0.4 kg/株+磷酸二胺0.2 kg/株+氯化钾或硫酸钾0.1 kg/株）和CK（未处理对照）；共6个无性系，分别为HG18、HG16、HG9、HG8、HG4、HG3，每个无性系每种处理3株，共54株。

施肥方法为距红松母树树干 0.5 m 处开环状沟， 沟宽和深各为 10 cm， 将P肥均匀撒于沟内覆土盖平，N、K肥雨前撒施，每年6月15日处理。2021年7月末采集供试材料当年生中上部南向针叶，放入带有冰袋的泡沫箱带回东北林业大学实验室，置于-80 ℃冰箱冷冻保鲜，用于测定生理指标和内源激素含量。

叶绿素含量采用丙酮提取法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（试剂盒均为苏州格锐思生物科技有限公司生产）；GAs（赤霉素总量）、ABA和IAA含量采用高效液相色谱法测定（苏州梦犀生物医药科技有限公司测定）。采用Excel和SPSS23.0软件对数据处理分析，分析方法包括方差分析（P<0.05）、Duncan差异性检验和皮尔逊相关性分析。

2结果与分析

2.1施肥对红松无性系生理指标的影响

2.1.1单一肥试验效果分析

叶绿素方差分析见表1，叶绿素a含量在不同处理间差异显著。叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量均在K肥处理后含量最高，分别高出对照25.82%、4.45%和16.61%。可溶性糖含量在P肥处理后高出对照0.53%，N肥、K肥处理均低于对照。

叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量在无性系间差异显著，见表2。HG50和HG24号的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均较高，分别高出总体平均值15.12%、7.07%、11.66%和16.87%、4.12%、11.55%；HG25号均较低，分别低于均值32.25%、12.36%、22.45%。可溶性糖含量在无性系间差异不显著。

2.1.2复合肥试验效果分析

叶绿素方差分析见表3，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量在不同处理间差异显著，且均在NP肥处理后显著高于对照，分别提高39.55%、14.68%和28.52%，可溶性糖含量在NP、NPK肥处理后分别低于对照14.09%和20.21%。

叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和可溶性糖含量在无性系间差异不显著，但不同无性系对施肥的响应不同，见表4。HG18、HG16和HG9号的叶绿素含量对NP肥响应更好，叶绿素总含量分别提高40.26%、47.30%和63.38%；HG8、HG4和HG3号对NPK肥响应更好，叶绿素总含量分别提高30.79%、15.68%和23.63%。HG9、HG4号的可溶性糖含量分别在NPK和NP肥处理后分别提高了22%和11.4%，其余无性系施肥后均低于对照。

2.1.3单一肥和复合肥效果对比分析

对施肥后各指标变化率进行比较，见表5，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量在单一肥处理后分别平均提高22.00%、3.40%和13.88%，复合肥处理后分别提高31.3%、10.4%和2.0%，其中NP肥促进效果最明显。可溶性糖含量在P肥处理后略高于对照，其余肥料处理后低于对照。

2.2施肥对红松无性系内源激素含量的影响

2.2.1单一肥试验效果分析

方差分析结果见表6，由表6可知，IAA和ABA含量在不同处理间差异显著。施肥后，IAA和GA3含量均低于对照，P肥处理最低，分别降低31.13%和30%；ABA含量在3种肥料处理后分别提高152.15%、86.6%和116.43%；GA4（赤霉素4）和GA7（赤霉素7）含量均有提高，但和对照差异不显著。

GA3、GA4和IAA含量在无性系间差异显著，见表7，HG25和HG24号的GA3、GA4含量均较高，分别高出无性系总体均值29.5%、40.7%和17.9%、14.3%，HG50、HG39号的IAA含量较高，分别高出均值14.76%和11.78%。

不同无性系的GA3、IAA和ABA含量对施肥的响应不同，如图1所示。HG50、HG40号的GA3和IAA含量在N肥、K肥处理后明显提高，其余无性系施肥后大多低于对照；各无性系的ABA含量施肥后均高于对照，其中HG25、HG24号显著提高。

2.2.2复合肥试验效果分析

方差分析结果见表9，GA3、ABA和IAA含量在不同处理间差异显著。施肥后，GA3和IAA含量均低于对照，NP肥处理后降低37.7%和32.6%；ABA 含量均显著高于对照，NP、NPK肥处理分别提高114.44%和70.65%；GA4和GA7含量变化不明显。

GA3和GA4含量在无性系间差异极显著，见表10，HG8、HG4号的GA3和GA4含量分别高出无性系总体均值63.08%、11.08%和47.46%、29.81%。由此可见，ABA和GA3、IAA在各无性系中表现相反。

不同无性系的IAA含量对施肥的响应不同，如图2所示，HG8号的IAA含量在NPK肥处理后显著高于对照73.8%，其余无性系施肥后变化不明显；各无性系ABA含量施肥后均高于对照。

2.2.3单一肥和复合肥效果比较分析

对施肥后各指标变化率进行比较，见表11，施肥后，GA3和IAA含量均低于对照，NP肥处理含量最低，分别降低37.7%和32.6%；GA4含量均高于对照，NPK肥处理最高，GA7含量在N肥处理后最高；ABA含量均显著高于对照，N肥提高最明显。

3结论与讨论

施肥能影响植物叶绿素的合成，本研究结果表明，对7年生红松无性系单施和配施氮、磷、钾肥后，针叶叶绿素含量均显著高于对照，NP肥促进效果最明显。张明月[12]对罗汉松的研究结果表明，施肥后，叶片叶绿素a、叶绿素b含量均高于对照；罗帅[11]对油茶花的研究结果表明，施氮磷钾肥有利于提高叶片叶绿素值，本研究与以上研究结果一致。不同无性系的叶绿素含量对施肥的响应存在差异，如HG18、HG16和HG9号的叶绿素含量对NP肥的响应明显，而HG8、HG4和HG3号对NPK肥的响应更好。P肥对可溶性糖含量有促进作用，其他肥料促进不明显甚至产生抑制。周凤娇等[13]对马尾松的研究结果也表明，磷肥对可溶性糖影响较大。

施肥对植物内源激素含量也有一定影响，本研究结果表明，施肥降低了红松无性系针叶中GA3和IAA含量，NP肥和P肥抑制效果較明显，可能说明磷素对GA3和IAA起到抑制作用。有研究表明，缺磷环境下，落叶松、杉木和油茶体内生长素和赤霉素均有提高，细胞分裂素含量则降低[14-17]。施肥后，GA4和GA7含量变化不明显，ABA含量均显著提高，N肥效果最明显，与马尾松、油茶花的研究结果一致[12，18]。本研究还发现，GA3、IAA均和ABA含量在无性系中表现出拮抗作用，例如HG25、HG24号的GA3和IAA含量较高，ABA含量较低，施肥后，GA3和IAA含量显著降低，而ABA含量显著提高。总体上，施肥对各无性系的GA3、IAA的作用表现为“低促高抑”，对ABA含量明显促进。有研究表明，低水平的GA3、IAA以及高含量的ABA有利于植物花芽分化的启动；高水平的ABA是红松成熟阶段的特征[19-21]，ABA含量升高能启动成熟相关酶的合成，促进营养物质的转化和积累，从而有利于生殖生长的进行。本研究通过探究施肥对红松开花结实生理的影响，为指导红松种子园施肥及丰产提供理论依据。

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