外源鈣對高溫期鐵冬青幼苗生理特性的影響

張光貴

(廣東省夯實生態環境有限公司，廣東 博羅 516100)

1 引言

鐵冬青(IlexrotundaThunb.)，別名救必應、熊膽木、萬紫千紅等，屬冬青科亞熱帶常綠樹種，樹體高可達20 m，枝葉繁茂，花呈黃色，而果熟時紅若丹珠，既能形成隱蔽的環境，又能產生色彩豐富的景色效果，是理想的園林觀賞樹種[1,2]。鐵冬青葉子燃燒時僅形成黑色小圈，防火效果優良。此外，鐵冬青入藥具有清熱解毒、消腫止痛的作用，枝葉能作造紙原料，樹皮可提制染料和栲膠，木材作細工用材，開發利用價值極高。鐵冬青一般生于海拔400～1100 m的山坡常綠闊葉林中和林緣，野外多生于山間林緣和向陽山坡或溪谷兩旁，喜溫暖濕潤氣候和疏松肥沃、排水良好的酸性土壤。目前，主要分布我國長江流域以南、朝鮮、日本等地[3,4]。

鐵冬青為耐蔭樹種，過高的熱量條件尤其在幼苗期，會受到明顯的高溫脅迫傷害，從而導致苗木生長受到抑制甚至直接脫水萎蔫而亡。廣東省屬熱帶和亞熱帶季風氣候區，雨熱條件充沛，尤其在7～8月份，氣溫一般高達35～39 ℃，極易發生熱害。研究證明，鈣作為植物生長中重要營養元素，參與多種生理代謝過程[5～9]，在提高植株抗逆性方面效果明顯[10～15]。因此，本研究以廣東博羅縣7月份在自然條件下培育的鐵冬青幼苗為試驗材料，通過設置不同濃度的氯化鈣處理，探討了外源鈣對高溫期鐵冬青幼苗相關生理指標的變化，以期揭示鈣在提高鐵冬青耐熱性方面的應用潛力，為鐵冬青的高效栽培提供科學參考。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省博羅縣，地理位置114°17′44″ E，23°11′12″ N，氣候屬南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫22 ℃，7月份最高氣溫33～37 ℃，最低氣溫24～27 ℃，年平均降雨量為1918 mm，年平均日照1872 h，無霜期長達357～362 d。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗材料與設計

在前期試驗基礎上，于2020～2021年在苗圃地進行試驗。以廣東境內生長的形質優良的鐵冬青優樹為采種母樹，以培育的高徑生長量無顯著差異的1年生鐵冬青實生苗為試驗材料，采用盆栽法進行研究。試驗用盆規格為直徑40 cm、深30 cm，供試土壤為風干土12 kg，其堿解氮、速效鉀、速效磷及鈣含量分別為68.3、46.2、15.4和1.7 mg/kg。2021年6月30日，以不施鈣(氯化鈣)處理為對照(CK，C0)，設CaCl2濃度分別為3(C1)、6(C2)、9(C3)和12(C4)g/株，共5個處理，以基肥形式一次性施入鈣肥，每處理3重復，每重復栽種50盆。試驗期間除施肥外，其他苗木管理措施按常規方法進行。

2.2.2 指標測試

分別于施鈣肥后氣溫高于35 ℃的第2(7月2日)、8(7月8日)、16(7月16日)、30(7月30日)d的14:00左右，采集各處理植株中上部功能葉進行相關生理指標測試。其中，試驗期間氣溫的變化如圖1。

圖中黑色實線表示高溫線，黑色圓點為采樣測試指標時間點

測試指標主要包括：

葉綠素含量。采用手持式葉綠素測定儀測定活體葉綠素。每株選取1片功能葉，每片葉隨機選取5個不同部位，每重復測試3株，根據記錄數據計算平均值。

可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性參照李合生[16]的方法進行測定。

2.3 數據處理

數據采用Excel 2007進行制圖，用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析，用LSD法進行處理間多重比較(P<0.05)。

3 結果與分析

3.1 葉綠素含量變化

光合作用是與植物生長發育密切相關的生理代謝活動，為植物提供物質來源與能量來源[17～19]。葉綠素是植物進行光合作用的場所，其含量高低直接反映植株光合能力的變化 。由圖2可知，在高溫條件下，不同施鈣處理間供試植株葉片葉綠素含量差異顯著。其中，施鈣2 d(7月2日)時，C3(9 g/株)≈C4(12 g/株)>C0(0 g/株)≈C1(3 g/株)≈C2(6 g/株)；施鈣8 d(7月8日)時，C2≈C3≈C4>C0≈C1；而施鈣30 d(7月30日)后，C3>C2>C1>C0≈C4。這說明，施鈣影響了高溫條件下鐵冬青幼苗葉片中葉綠素水平，短期(2～8 d)內施用較高濃度的鈣(9～12 g/株 CaCl2)能顯著增加葉片中葉綠素含量，但施鈣30 d時以9 g/株施用量的效果最佳，而在12 g/株施用量處理下，葉片中葉綠素含量與對照處理(C0)無差異，均顯著低于3～9 g/株施鈣處理。

圖中不同小寫字母表示同一觀測時間不同鈣處理間顯著差異性(P<0.05)，下同

3.2 可溶性蛋白含量變化

蛋白質合成和降解與植物耐熱性密切相關，通常耐熱性越強，蛋白質種類越豐富，含量越高[15]。從圖3可以看出，在整個試驗期間，施用9 g/株 CaCl2處理葉片中可溶性蛋白含量，除在施鈣早期(2 d)與12 g/株施鈣處理無差異外，在施鈣8～30 d期間均顯著高于其他任何施鈣處理。值得注意的是，在12 g/株 CaCl2處理下，隨著施鈣時間延長呈現出明顯的下降趨勢。這說明，施用9 g/株 CaCl2能顯著增加葉片中蛋白含量，但過高濃度的施鈣量在施鈣后期則會導致蛋白質含量下降。

圖3 外源鈣對高溫期鐵冬青幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

3.3 MDA含量及抗氧化酶活性變化

質膜透性反映植株遭受逆境脅迫的傷害程度。MDA含量越高，代表質膜透性越大[14,15]。由圖4可以看出，在整個試驗施鈣處理期間，MDA含量隨處理時間增加呈上升趨勢。但整體上看，無施鈣C0處理下葉片中MDA含量最高，而C3和C4處理下MDA含量較低。從保護膜系統的3種抗氧化酶活性變化來看，隨著施鈣處理時間延長，SOD活性呈先上升后下降趨勢，而POD和CAT活性呈逐漸下降趨勢。其中，各施鈣處理SOD 活性峰值出現在施鈣后第8 d，POD、CAT活性峰值則出現在第2 d，且在任一觀測時間3種抗氧化酶活性均以C3處理下較高，而對照C0處理下較低。這說明，施用適量的外源鈣顯著降低了鐵冬青幼苗在高溫期遭受的脅迫傷害，抗氧化酶活性增強，質膜透性減小。

圖4 外源鈣對高溫期鐵冬青幼苗葉片MDA含量及抗氧化酶活性的影響

4 結論與討論

由于全球氣候變暖，近年來我國多地正遭受著高溫熱浪的天氣。大量研究表明，在≥35 ℃的持續高溫環境條件下，植物會遭受不同程度的生理性熱害，嚴重時直接造成植株死亡[14]。鐵冬青開發利用前景廣闊，是廣東省重要的造林樹種[2]。試驗調查發現，鐵冬青環境適應性強，抗逆性好，喜溫暖濕潤環境，為耐蔭樹種，但其幼苗對環境光照與熱量條件較為敏感，尤其在光照與熱量充沛的夏季高溫期幼苗死亡現象極為嚴重。探索在35 ℃以上高溫期降低鐵冬青幼苗熱害的措施，對光熱充足的廣東省開展鐵冬青高效培育具有重要的生產意義。鈣是植物生長必需的礦質營養元素之一，同時作為第二信使，調控著光合、呼吸、水分代謝等多種重要生理代謝過程[5]。本試驗以氯化鈣作為外源鈣，通過施用0～12 g/株 CaCl2發現，高溫期不同鈣處理下鐵冬青幼苗生理指標變化明顯。

以往研究證明，鈣是葉綠體行使其功能所必需重要組成成分，增施外源鈣可使葉綠體數量增加，光合能力增強[20]。植物遭受高溫熱害時，葉綠體結構被破壞，光合色素降解，進而引起葉綠素含量下降[15]。本試驗研究結果表明，施鈣能迅速增加高溫期鐵冬青幼苗葉片中葉綠素含量，但在施鈣30 d后，高濃度的鈣施量卻未能顯著改善葉片中綠素水平。這表明了適量的鈣施用，有效緩解了鐵冬青幼苗遭受的生理熱害，葉綠素含量增加，但鈣同時作為第二信使，高濃度外源鈣可能會引起細胞內鈣離子增加，從而導致磷酸鹽發生沉淀，ATP能量減少，酶活性降低，生理代謝活動紊亂，進而出現鈣毒害現象。本試驗在9 g/株 CaCl2處理下，整個試驗期間葉綠素含量呈上升趨勢且顯著高于其他任何施鈣處理，而在12 g/株 CaCl2處理下則表現為先上升后下降的趨勢，表明高溫期供試鐵冬青幼苗CaCl2的施用量閾值為9 g/株。

蛋白質含量與植物耐熱性有關，通常耐熱品種蛋白含量高于不耐熱品種[21]。在施用9 g/株 CaCl2處理下，高溫期鐵冬青幼苗葉片中蛋白含量顯著增加，說明該鈣處理下鐵冬青幼苗的耐熱性增強。高溫會抑制幼苗的生長，并造成幼苗死亡，究其原因主要在于其膜系統完整性遭到破壞。植物通過增加保護膜系統的抗氧化酶活性，可實現抗逆能力增強。在本試驗期間，MDA含量整體表現為上升趨勢，但均以9 g/株 CaCl2處理下MDA含量最低，這反映了在高溫期無論施鈣與否鐵冬青幼苗均遭受到了一定的熱害，質膜透性逐漸加大，但9 g/株 CaCl2的施用量能有效降低MDA含量。SOD、POD和CAT 3種抗氧化酶活性，在9 g/株 CaCl2處理下均表現最高。從試驗期間3種酶活性變化趨勢來看，SOD為先上升后下降，而POD、CAT為逐漸下降趨勢，酶活性峰值各出現在第8 d和第2 d，說明相較SOD，POD、CAT對外源鈣敏感性更強，更適合作為判斷鐵冬青幼苗對外源鈣生理響應的可靠指標。