張玉豪，姚素梅，孟 麗，鄧 哲

（河南科技學院 生命科技學院， 河南 新鄉(xiāng) 453003）

0 引 言

【研究意義】紅豆杉（Taxus chinensisRehd）是紅豆杉屬植物的通稱，為我國一級保護植物，具有珍貴的藥用價值[1]，其主要藥用成分紫杉醇能夠抑制腫瘤細胞的繁殖和遷移，對多種晚期癌癥都有顯著的療效[2-4]。近些年，紫杉醇的需求量不斷增大，野生紅豆杉遭到人類的大肆采伐，由于野生紅豆杉生長緩慢、自然條件下的種群競爭力和再生能力弱，野生紅豆杉資源已呈瀕危狀態(tài)[5]。因此，加大紅豆杉人工馴化栽培技術研究，對保護和恢復紅豆杉種質資源具有重要的意義?！厩腥朦c】滴灌是節(jié)水灌溉方式的一種，具有精確控制土壤水分和易于實現(xiàn)自動化管理等優(yōu)點[6]，能夠根據(jù)作物的需水規(guī)律進行適時適量地灌溉，近些年在我國得到了迅速發(fā)展。紅豆杉是喜水喜陰植物，利用滴灌技術探知紅豆杉幼苗的需水規(guī)律對紅豆杉的人工馴化栽培具有十分重要的意義。【研究進展】研究發(fā)現(xiàn)，滴灌除了可以有效節(jié)水之外，還能夠提高作物的生理活性[7]，增強葉片的光合能力[8-9]，改善作物株型[10]，提升作物的產量和品質[11-12]。但前人對滴灌技術的研究多偏重于溫室作物和常見樹種，而對藥用植物紅豆杉的報道甚少?！緮M解決的關鍵問題】本研究以太行紅豆杉幼苗為材料，在自然條件下，研究不同土壤基質勢對滴灌紅豆杉幼苗葉綠素熒光特性和植株生長的影響，為紅豆杉的人工馴化栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概括

試驗于2019 年3—8 月在河南省新鄉(xiāng)市河南科技學院藥用植物栽培場（35°18′N，113°54′E）進行，該地屬大陸性季風氣候，多年平均降水量600 mm 左右，多年平均氣溫14.4 ℃。栽培場采用遮陽網(wǎng)遮陰以模擬適合紅豆杉生長的自然環(huán)境，遮陽網(wǎng)為加密6 針型，遮陽棚用鋼架制造，高約2.5 m。紅豆杉幼苗盆栽所用基質的成分是稻殼、土、雞糞質量比為3∶3∶1，盆栽所用盆的直徑和高度均為30 cm。

1.2 試驗設計

試驗以60 盆生長一致的太行紅豆杉幼苗盆栽為材料，每12 盆1 個處理，共5 個處理，每個處理挑選1 盆具有代表性的紅豆杉幼苗，于滴灌滴頭正下方20 cm 處埋入DLS 系列負壓計。將5 個處理的土壤基質勢下限分別控制在-10、-20、-30、-40、-50 kPa，每天08:00 和17:00 記錄負壓計讀數(shù)，當負壓計讀數(shù)低于該處理的土壤基質勢下限時，利用滴灌系統(tǒng)對紅豆杉幼苗盆栽進行灌溉，每次每盆灌溉量為5 mm，約為353 mL，用k24 小型流量計檢測灌水量。試驗前后稱量各盆栽的質量，利用公式ET=ΔW/S+I+P計算各處理試驗期間耗水量[13]（式中：ET為耗水量（mm）；ΔW為試驗前后2 次盆栽質量差（kg）；S為盆栽上表面積（m2）；I為試驗期間灌水量（mm）；P為試驗期間降雨量（mm））。從3 月開始后，每月監(jiān)測紅豆杉幼苗葉片的葉綠素熒光參數(shù)和紅豆杉幼苗的株高、冠幅、葉面積指數(shù)和地徑等生長指標，取具有代表性月份的數(shù)據(jù)進行分析。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 紅豆杉幼苗葉片葉綠素熒光特性的測量

采用德國WALZ 公司生產的PAM-2500 型便攜式葉綠素熒光儀于晴朗天氣的09:00—11:00 測量紅豆杉幼苗葉片的葉綠素熒光參數(shù)。測量時，選擇各處理相同冠層處的葉片進行活體測量。測量前先將暗適應葉夾在葉片上，讓葉片進行20 min 以上的暗適應，然后測量葉片的慢速動力學曲線，得到F0、Fm、qP、NPQ、ETR和Y（Ⅱ）等熒光參數(shù)，并根據(jù)所測定的熒光參數(shù)計算最大光合量子產量Fv/Fm（Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm）和 PS Ⅱ潛在活性Fv/F0（Fv/F0=(Fm-F0)/F0）。取4 月15 日所測數(shù)據(jù)作為春季代表月份、6 月15 日所測數(shù)據(jù)作為夏季代表月份進行數(shù)據(jù)分析。4 月15 日-10～-50 kPa 5 個下限處理的土壤基質勢分別是-9.0、-19.5、-33.0、-38、-50 kPa，6月15日5個處理的土壤基質勢分別是-18、-26、-41、-54、-60.5 kPa。

1.3.2 紅豆杉幼苗生長指標的測量

試驗開始后，每月測量太行紅豆杉幼苗的株高，地莖，冠幅和葉面積指數(shù)LAI值。紅豆杉幼苗的株高為從盆栽盆沿處到植株頂端的距離。地徑的測量統(tǒng)一取與盆栽盆沿等高處的株干直徑，測量時用電子游標卡尺測量莖干南北和東西方向的直徑，取其平均值記為地徑。冠幅測量時取植株南北與東西寬度的平均值。采用LAI-2200 型冠層分析儀于測量日的日出前或日落后光線比較均勻時測量各處理的葉面積指數(shù)LAI值。測量時要防止除測量樣品之外的其他物品入鏡，以降低測量誤差。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SAS 統(tǒng)計軟件中的ANOVA 過程對數(shù)據(jù)進行方差分析。利用Microsoft Excel 2013 對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 降雨量、灌水量和耗水量情況

圖1為2019年3—8月的降雨情況。由圖1可知，從3 月中旬—5 月中旬的降雨量較少，進入夏季后降雨量增大且降雨頻繁。試驗期間總降雨量為287.7 mm，-10～-50 kPa 5 個下限處理的總灌水量分別是735、565、460、330、290 mm，總耗水量分別是674.5、580.9、509.9、447.8、424.8 mm，紅豆杉幼苗的土壤基質勢值越高，耗水量越大。

2.2 土壤基質勢隨時間的變化規(guī)律

圖2 為-10～-50 kPa 5 個處理20 cm 深處的土壤基質勢變化過程。從圖2 可以看出，試驗開始后除了幾次強降雨使各處理的土壤基質勢突然增大到一致外，其他時間段的土壤基質勢基本都在試驗控制范圍之內，且呈鋸齒狀變化。其中-10 kPa 和-20 kPa 2 個處理的土壤基質勢變化比較平緩，-30～-50 kPa 3 個處理的土壤基質勢變化幅度較大。

圖1 2019 年3—8 月降雨情況 Fig.1 Rainfall from March to August 2019

圖2 不同土壤基質勢處理20 cm 深處土壤基質勢變化 Fig.2 The changes of soil matric potential in 20 cm for different treatment

2.3 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗葉綠素熒光參數(shù)F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0

F0表示最小熒光產量，是光合系統(tǒng)PSⅡ反應中心完全開放時的熒光水平，F(xiàn)m為PSⅡ反應中心完全關閉時的最大熒光產量，F(xiàn)v/F0表示PSⅡ潛在活性，F(xiàn)v/Fm表示PSⅡ最大光合量子產量，F(xiàn)v/Fm數(shù)值高意味著PSⅡ反應中心原初光能的轉化能力強，對光能有較高的利用潛力[14]，當植物遭受脅迫時，F(xiàn)v/Fm數(shù)值會降低[15]。由表1 可知，在春季時，紅豆杉幼苗葉片的F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0隨著土壤基質勢的降低呈下降趨勢，其中，-10 kPa 的F0數(shù)值最大且與其他各組差異顯著，-40 kPa 和-50 kPa 的Fm、Fv/Fm和Fv/F0數(shù)值最小，與其他3 組差異顯著。進入夏季之后，各處理的F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0數(shù)值相近，差異均不顯著。表明春季-40 kPa 和-50 kPa 處理的紅豆杉幼苗出現(xiàn)了水分脅迫，葉片PSⅡ潛在活性下降，光能轉化能力降低。而進入夏季后，降雨變得頻繁，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗得到了一定的補償效應，緩解了-40 kPa 和-50 kPa 處理組所遭受的水分脅迫，使各處理的F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0之間的差異縮小。

表1 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)F0、Fm、Fv/Fm和Fv/F0 Table 1 Chlorophyll fluorescence parameters F0, Fm, Fv/Fm and Fv/F0 in leaves of Taxus chinensis seedlings under different soil matric potentials

2.4 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)qP 和NPQ

光化學淬滅系數(shù)qP可反映出PSⅡ用于光化學電子傳輸?shù)墓饽芩继烊簧匚盏墓饽艿谋壤?，能夠表現(xiàn)出PSⅡ反應中心的開放程度[16]。非光化學淬滅系數(shù)NPQ反映了色素吸收的光能用于熱耗散的部分[17-18]，NPQ增大表明植物熱耗散的能力增大，從而避免了過剩光能對光合機構的損傷，提高了葉片的自我保護能力[19]。由圖3—圖4 可知，春季時，5 個處理的紅豆杉幼苗葉片qP和NPQ呈上升趨勢，進入夏季后，5 個處理的紅豆杉幼苗葉片qP呈下降趨勢，NPQ先升后降，表明春季時低土壤基質勢的紅豆杉幼苗對干旱脅迫有一定的抗性，通過熱耗散的形式對自身進行保護，隨著試驗時間的延長，進入夏季后，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗葉片PSⅡ反應中心的開放程度降低，但植株仍具有一定的光保護能力。

2.5 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)ETR 和Y（Ⅱ）

電子傳遞速率ETR反映了實際光強下的表觀電子傳遞速率，是表示植物光合能力大小的有效參數(shù)[20]。實際光化學效率Y（Ⅱ）常用來表示植物光合作用電子傳遞的量子產額，能夠反映出植物葉片光合電子傳遞速率的快慢[21]。由圖5—圖6 可知，春季時，-10 kPa處理的紅豆杉幼苗葉片ETR和Y（Ⅱ）顯著低于其他處理，進入夏季后，5 個處理的紅豆杉幼苗葉片ETR和Y（Ⅱ）呈下降趨勢。表明春季時低土壤基質勢的紅豆杉幼苗葉片電子傳遞速率能夠保持在較高水平。但隨著試驗時間的延長，進入夏季后氣溫上升，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗的抗旱能力減弱，葉片的電子傳遞速率減慢，而高土壤基質勢的紅豆杉幼苗能夠獲得充足的水分，葉片光合電子傳遞速率增大。

圖4 葉綠素熒光參數(shù)NPQ Fig.4 Chlorophyll fluorescence parameters NPQ

圖5 葉綠素熒光參數(shù)ETR Fig.5 Chlorophyll fluorescence parameters ETR

2.6 不同土壤基質勢對紅豆杉幼苗生長狀況的影響

水分是植物生長所必需的環(huán)境因子之一，水分缺失將直接影響植物的生長。由表2—表3 可知，隨著時間的延長，各處理組的地徑、株高、葉面積指數(shù)LAI和冠幅均表現(xiàn)為增長，但差異性有所不同。地徑的增長最為緩慢，所有處理的紅豆杉幼苗地徑于試驗起始的6 個月時間里均僅增長1～2 mm，且無顯著差異。株高的差異最為顯著，試驗開始30 d 后，-50 kPa處理的紅豆杉幼苗株高開始顯著低于其他處理，隨著試驗的進行，各處理株高的差異逐漸明顯，截止到試驗結束前期，-20 kPa 處理組的株高最高，-40 kPa 和-50 kPa 處理組的株高最低，-30 kPa 處理組的株高處于中間值，且三者差異顯著。各處理紅豆杉幼苗的葉面積指數(shù)LAI和冠層在試驗前期沒有顯著性差異，隨著試驗的進行，冠幅的差異性逐漸顯著，低土壤基質勢處理組的部分葉片開始變黃脫落，通過減少自身消耗以應對干旱環(huán)境，其中，-50 kPa 處理組的葉片脫落現(xiàn)象最為明顯，各處理間葉面積指數(shù)LAI開始出現(xiàn)差異性，截止到試驗結束前期，-20 kPa 和-30 kPa 處理組的LAI最高，-20 kPa 的冠幅最大，且差異顯著。

表2 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗地徑和株高 Table 2 Ground diameter and Plant height of Taxus chinensis seedlings under different soil matric potentials

表3 不同土壤基質勢下紅豆杉幼苗葉面積指數(shù)LAI 和冠幅 Table 3 LAI and crown breadth of Taxus chinensis seedlings under different soil matric potentials

3 討 論

葉綠素熒光特性可以準確地反映出植物光合生理與環(huán)境因子之間的關系，能夠判斷植物的光合特性、光保護能力以及受脅迫的狀態(tài)[22-23]。研究者們常通過直接測定活體葉片葉綠素熒光參數(shù)來研究逆境環(huán)境對植物光合作用的影響[24]。劉文瑜等[25]對藜麥幼苗進行干旱脅迫研究，發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫程度的加劇，藜麥幼苗葉片F(xiàn)0、Fm和Fv/Fm均呈下降趨勢，NPQ呈升高趨勢，這與本試驗春季時結果一致。本試驗中，春季時試驗處理時間還較短，且春季氣溫低，紅豆杉幼苗對水分的需求較低，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗雖然受到干旱脅迫，葉片PSⅡ潛在活性和最大光合量子產量降低，但仍可以通過增加熱耗散的形式抵御干旱，使光合電子傳遞速率和PSⅡ反應中心的開放程度保持在較高水平。進入夏季后，氣溫升高，紅豆杉幼苗對水分的需求量大，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗葉片的光合電子傳遞速率和PSⅡ反應中心的開放程度開始減小，但夏季降雨量增加，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗得到了一定的補償效應，葉片PSⅡ潛在活性增大，使低土壤基質勢的紅豆杉幼苗仍具有一定的光保護能力。

土壤含水率能夠顯著影響作物的生長狀況，探索出適合作物生長的最佳土壤含水率對作物的栽培與耕作具有十分重要的意義。李森等[26]發(fā)現(xiàn)將滴灌滴頭正下方20 cm 處土壤基質勢控制在-15 kPa 以上可以提高紫花苜蓿的株高、蓋度和生物量。賈俊姝等[27]發(fā)現(xiàn)滴灌滴頭正下方20 cm 處土壤基質勢為-20 kPa 時，枸杞的冠幅、抽新枝數(shù)及結果枝數(shù)增長量達到最大。本試驗中，不同處理紅豆杉幼苗的各生長指標在春季時無顯著差異，但隨著溫度的升高，紅豆杉幼苗的水分需求量增大，各處理生長指標之間的差異逐漸增大，其中-20 kPa 處理組的紅豆杉幼苗的株高、地徑和冠幅于試驗后期達到最大值，LAI僅次于-30 kPa 處理組，但無顯著差異。因此將滴灌滴頭正下方20 cm 處土壤基質勢下限設置在-20 kPa 有利于紅豆杉幼苗的生長。

4 結 論

1）紅豆杉幼苗具有一定的抗旱能力，春夏二季均可以通過熱耗散的形式抵御干旱環(huán)境。但隨著試驗時間的延長，低土壤基質勢的紅豆杉幼苗葉片光合電子傳遞速率和PSⅡ反應中心的開放程度逐漸降低，夏季降雨量的增加使各處理紅豆杉幼苗葉片的PSⅡ潛在活性和最大光合量子產量之間的差異縮小。

2）在5 個試驗處理中，-20 kPa 處理組紅豆杉幼苗的株高、地徑和冠幅于試驗后期達到最大值。因此將滴灌滴頭正下方20 cm 處土壤基質勢下限設置在-20 kPa 有利于紅豆杉幼苗的生長。