弗吉尼亚栎对环境不同温度和湿度的响应

2023-04-06孙小燕

绿色科技 2023年3期

孙小燕

(江苏省东台市林场，江苏东台 224200)

1 引言

弗吉尼亚栎(Quercusvirginiana)原产于美国，为壳斗科、栎属常绿乔木。耐盐碱，其根系深而发达，具有很强的抗风能力，对盐碱土壤和干旱气候均有一定的耐受能力，是极具优势的树种，可作轻度盐碱地造林树种[1]。我国引入弗吉尼亚栎后，在江苏、上海、浙江等地的沿海滩涂上表现出很强的适应能力，成为防护林建设的重要树种[2]。随着弗吉尼亚栎优良特性的表现，对苗木的需求量增加，苗木栽培和造林不断扩大，然而目前有关弗吉尼亚栎的育苗研究还处于初步研究阶段，因此，需要进一步探索育苗技术，以适应当前不断增加的需求。

温度和湿度是影响植物生长的重要因素[3]。植物体内的生理活动均受到温度和水分的影响[4]，其中温度对植物生长的作用主要体现在养分吸收、光合作用、呼吸作用、蒸腾作用以及物质合成，植物只有在一定的温度范围内才能够维持正常的生理代谢[5]，温度过高和过低都会对植物生理过程造成抑制，进而影响植物生长和发育[6]。水分是植物生长的主要条件[7]，土壤水分状况直接影响植物生长，植物进行的生命活动依赖于细胞水分饱和状态[8]，植物细胞的分裂和伸长，都必须在水分充足的情况下才能进行[9]。而水分过多和不足都会使植物生长发育发生紊乱[10]。目前有关弗吉尼亚幼苗对温度湿度的响应研究较少，因此，本试验设置不同温度和湿度，研究弗吉尼亚幼苗形态特征和生理特性的变化，为弗吉尼亚育苗栽培提供参考。

2 材料与方法

2.1 试验地点和材料

试验于2021年在江苏省东台市国营林场进行，试验材料选择当地引种的弗吉尼亚栎种子，选择母树植株健壮、大小一致、籽粒饱满、无病虫害的种子，使用0.5%的高锰酸钾溶液浸泡30 min进行消毒，然后晾干，在4℃种子保存箱中放置25 d，随后播种于准备好的基质中，出苗后在温室中进行管理，生长6个月后选择长势一致的幼苗进行试验处理。

2.2 试验设计

试验设置3个温度，分别为T1：昼温/夜温(15 ℃/5 ℃)，T2：昼温/夜温(25 ℃/15 ℃)，T3：昼温/夜温(35 ℃/25 ℃)，设置2个土壤湿度，分别为W1：土壤水分为田间持水量的 65%～70%，W2：土壤水分为田间持水量的55%～60%。每盆装4 kg，然后浇透水，放置2 d将准备好的幼苗移栽到装有土的盆中，每盆栽1株，每个处理设置10株，移至人工气候室进行处理，设置对应的处理，所有处理设置光照12 h、黑暗12 h，定时进行补水，土壤含水量控制方法用称重法，按时补充水分，观察幼苗生长情况，处理45 d后进行各指标的测定。

2.3 测定指标与方法

2.3.1 幼苗生长指标的测定

处理结束后，分别用刻度尺测定幼苗苗高，用游标卡尺测定地径。

2.3.2 叶绿素含量的测定

处理结束后，每个处理选择同一部位叶片，采用丙酮-乙醇浸提分光光度法测定叶绿素a和叶绿素b含量，并计算叶绿素a+b含量。

2.3.3 光合参数的测定

处理结束后，测定同一部位弗吉尼亚叶片的气体交换参数，净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)，每个处理重复3次。

2.3.4 氮代谢关键酶活性的测定

每个处理选择3株幼苗，选择同一位置的叶片，取下叶片带回实验室，分别测定硝酸还原酶(NR)，谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性[11]。

2.4 数据分析

试验数据采用Excel2010统计和计算，采用SPSS24.0进行差异显著性分析。

3 结果与分析

3.1 不同温度和湿度对弗吉尼亚栎幼苗生长指标的影响

从表1可以看出，不同温度和湿度显著影响弗吉尼亚栎植株的形态特征。株高在W1处理下随着温度的升高呈先增加后降低的趋势，处理间差异均显著。在W2处理下，随着温度的升高呈先增加后降低的趋势，表现为T2W2>T3W2>T1W2，处理间差异均显著；地径在各处理间没有显著差异。

表1 不同温度和湿度下弗吉尼亚栎幼苗生长指标

3.2 不同温度和湿度对弗吉尼亚栎幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素含量是植物进行光合作用的重要物质，从表2可知，不同温度和湿度对弗吉尼亚栎幼苗叶绿素含量有显著的影响，叶绿素a含量在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在W1处理下表现为T2W1>T3W1>T1W1，在T2处理下表现为表现为T2W2>T3W2>T1W2，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，在T2W2处理下达到最大值。叶绿素b含量在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在T2W2处理下达到最大值，显著高于其它处理。叶绿素a+b含量在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，在T2W2处理下达到最大值。说明在T2W2处理下幼苗叶绿素含量较高。

表2 不同温度和湿度下弗吉尼亚栎幼苗叶绿素含量

3.3 不同温度和湿度对弗吉尼亚栎幼苗光合参数的影响

光合作用是植物进行生长发育最重要的过程，从表3可知，不同温度和湿度下弗吉尼亚栎幼苗光合参数。净光合速率在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在W1处理下表现为T2W1>T3W1>T1W1，T2W1和T3W1没有显著差异，在T2处理下表现为表现为T2W2>T3W2>T1W2，处理间差异均显著。在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，在T2W2处理下达到最大值。气孔导度在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在T2W2处理下达到最大值，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，胞间二氧化碳浓度在同一湿度处理下随着温度的增加呈先降低后升高的趋势。蒸腾速率在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在W1处理下表现为T2W1>T3W1>T1W1，在T2处理下表现为表现为T2W2>T3W2>T1W2，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，在T2W2处理下达到最大值。说明在T2W2处理下幼苗光合能力较强。

表3 不同温度和湿度下弗吉尼亚栎幼苗光合参数

3.4 不同温度和湿度对弗吉尼亚栎幼苗氮代谢关键酶活性的影响

氮代谢关键酶在植物体内氮素转化中起着重要的作用。由表2可知，不同水氮条件下氮代谢关键酶活性存在显著差异。NR活性在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在W1处理下T2W1>T3W1>T1W1，T2W1和T3W1没有显著差异，在T2处理下表现为表现为T2W2>T3W2>T1W2，处理间差异均显著。在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理。GS活性在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在T2W2处理下达到最大值，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理。GOGAT活性在W1处理下表现为T2W1>T3W1>T1W1，在T2处理下表现为表现为T2W2>T3W2>T1W2，在同一温度处理下W2处理显著高于W1处理，在T2W2处理下达到最大值。说明在T2W2处理下幼苗氮代谢水平较高。

表3 不同温度和湿度下弗吉尼亚栎幼苗氮代谢关键酶活性

4 讨论

温度和水分是影响植物生长的关键因素[12]，只有在一定的温度和水分条件下，植物的一系列生命活动才能正常进行，植物才能够正常生长[13]。温度通过影响光合反应酶活性进而影响光合作用[14]，水分作为光合作用的主要原料，通过影响酶活性、叶绿体合成和原生质间接影响光合作用[15]。本研究结果表明，株高、地径、叶绿素a、叶绿素b、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率在在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，在昼温/夜温(25 ℃/15 ℃)，土壤湿度水分为田间持水量的55%～60%时达到最大值，主要是在该温度和土壤湿度条件下有利于物质的转运和合成，从而提高了叶绿素含量，增加光合产物的增加[16]。

氮代谢是植物生命活动，氮代谢能力直接影响植物的生长发育[17]，温度和湿度则是影响氮代谢关键酶活性的重要因素[18]。本研究结果表明，GS、NR和GOGAT活性在同一湿度处理下随着温度的增加呈先升高后降低的趋势，W2土壤湿度均高于W1湿度。主要是由于酶活性受温度影响较大，过高或过低均不利于氮代谢[19]，而水分则主要影响酶反应底物的浓度，从而间接影响酶活性[20]，本研究中，昼温/夜温(25 ℃/15 ℃)，土壤湿度水分为田间持水量的55%～60%弗吉尼亚栎幼苗的氮代谢酶活性最高，主要是温度达到了酶活性最适温度，水分保障了物质代谢的需求。