李浩銘 余著成 陳 卓 柳新紅 李因剛

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 江山仙霞嶺省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，浙江 江山 324100）

伯樂(lè)樹(shù)（Bretschneidera sinensis）又名鐘萼木，為多年生高大落葉喬木，第三紀(jì)熱帶植物區(qū)系孑遺種，對(duì)于研究被子植物的系統(tǒng)發(fā)育及古地理氣候等方面具有重要的研究?jī)r(jià)值[1]。目前伯樂(lè)樹(shù)零星分布于我國(guó)長(zhǎng)江以南的四川、云南、貴州、廣西、廣東、湖南、湖北、浙江、福建和江西等省的山區(qū)地帶，越南北部也有分布[2]。伯樂(lè)樹(shù)自然條件下結(jié)實(shí)少，天然更新困難，加之野生動(dòng)物的采食，以及人為的砍伐，長(zhǎng)期以來(lái)破壞嚴(yán)重，林分內(nèi)很少見(jiàn)其幼苗，被列為I級(jí)保護(hù)植物。

目前對(duì)于伯樂(lè)樹(shù)的研究集中于地理分布[3-5]、人工育苗[6-7]、生長(zhǎng)節(jié)律[8]、形態(tài)解剖[9-11]及分子水平[12-15]，從生理方面進(jìn)行的保護(hù)研究較少。木本植物由種子向幼苗、幼樹(shù)的過(guò)渡生長(zhǎng)階段極其重要，幼苗的成活率與生長(zhǎng)速率甚至直接影響該植物未來(lái)種群的定居與分布[16]。植物的光合作用與光照、溫度、水分、CO2等因素有關(guān)[17]，其中光照是植物進(jìn)行光合作用的最重要因素之一，不同植物對(duì)光強(qiáng)具有不同的適應(yīng)性，研究植物對(duì)生長(zhǎng)光環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制對(duì)于林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[18]。伯樂(lè)樹(shù)為多年生喬木，在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，伯樂(lè)樹(shù)種群的天然更新緩慢且困難。在對(duì)伯樂(lè)樹(shù)的適宜生境研究中，葉飛英等[19]在6月份進(jìn)行了光合參數(shù)測(cè)定，但此時(shí)苗木較為弱小且未經(jīng)歷夏季強(qiáng)光和高溫；喬琦等[20]對(duì)1年生幼苗的光響應(yīng)進(jìn)行了研究，但其遮蔭處理置于溫室中，對(duì)照處理在林下，難以克服不同處理的溫度、水分等其他條件的差異。本試驗(yàn)于2017年11月至2018年11月進(jìn)行，在整個(gè)生長(zhǎng)季給予圃地內(nèi)伯樂(lè)樹(shù)幼苗不同的光照強(qiáng)度處理，對(duì)植物生長(zhǎng)及生理指標(biāo)、光合參數(shù)進(jìn)行定期測(cè)量，探討伯樂(lè)樹(shù)幼苗適宜生長(zhǎng)的光照條件，以期為伯樂(lè)樹(shù)幼苗的人工繁育與野外種群更新復(fù)壯提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在浙江省林業(yè)科學(xué)研究院苗圃（30°13′3″N，120°01′27″E）進(jìn)行，該地位于杭州市西湖區(qū)，海拔30 m。杭州處于東南沿海北部，為典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，冬季濕冷，夏季高溫多雨，年均降水量1 100～1 655 mm，年平均氣溫15.4 ℃，無(wú)霜期達(dá)240 d以上，具有四季分明、雨熱光基本同步的氣候特點(diǎn)[21]。

1.2 試驗(yàn)材料

于2017年11月從浙江省江山仙霞嶺省級(jí)自然保護(hù)區(qū)采摘成熟、新鮮的伯樂(lè)樹(shù)果實(shí)，采后用密封袋封裝帶回，經(jīng)凈種后于室內(nèi)晾干，12月份將種子置于溫室苗床上的濕砂中進(jìn)行催芽。2018年3月，種子萌發(fā)后將其移栽到連棟遮蔭大棚下的20 cm×20 cm×18 cm（上徑×下徑×高）無(wú)紡布容器袋中，珍珠巖與泥炭土按體積比1∶3均勻混合作為培養(yǎng)基質(zhì)。2018年6月6日，選用長(zhǎng)勢(shì)良好、無(wú)病蟲(chóng)害、大小基本一致的伯樂(lè)樹(shù)容器苗作為試驗(yàn)材料，將其從大棚移到平整、空曠的試驗(yàn)苗圃地內(nèi)，此時(shí)杭州地區(qū)以陰天梅雨天氣為主，未達(dá)到所需的光照條件，沒(méi)有進(jìn)行測(cè)量。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年7月初，在試驗(yàn)苗圃?xún)?nèi)搭建遮蔭網(wǎng)，遮蔭網(wǎng)離地面高度為2.0 m以保證通風(fēng)透氣。根據(jù)遮蔭網(wǎng)的不同規(guī)格，設(shè)計(jì)100%、50%、30%和20% 4種不同的光照強(qiáng)度處理。經(jīng)TES-1339R專(zhuān)業(yè)級(jí)照度計(jì)（泰仕，中國(guó)臺(tái)灣）進(jìn)行的光照測(cè)定表明，4種處理的光照強(qiáng)度分別為自然光照的100%、51.3%、28.6%和20.5%。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)5次，每個(gè)重復(fù)10株。7月10日，將200株試驗(yàn)苗木按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)置于不同遮光強(qiáng)度的遮蔭網(wǎng)下，試驗(yàn)期間保持各個(gè)處理苗木的水分與肥料施加情況一致。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

于2018年7月11日、8月14日、9月15日和10月15日，分別采用游標(biāo)卡尺（精確到0.01 mm）、直尺（精確到0.1 cm）測(cè)量每株試驗(yàn)苗木的的株高、地徑和羽狀復(fù)葉的數(shù)量。于11月2日，苗木停止生長(zhǎng)進(jìn)入休眠期之前，每個(gè)重復(fù)的每個(gè)處理隨機(jī)選取3株苗木，將整株挖起并清洗干凈、吸干水分，將根、莖、葉等部分分開(kāi)，放入烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量并分別稱(chēng)量，測(cè)量生物量并按公式（1）計(jì)算根冠比。

于8月14日、9月15日、10月15日上午9：00—10：00，每個(gè)處理隨機(jī)選取并標(biāo)記3株苗木，采集每株苗木中下部成熟葉片3片，編號(hào)后裝入自封袋置于冰桶帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，用去離子水將葉片清洗后吸干水分，將3片葉片疊放在一起，用游標(biāo)卡尺（精確到0.01 mm）測(cè)量葉片厚度，測(cè)量時(shí)避開(kāi)中脈，分別測(cè)量葉尖至葉柄約1/4、1/2和3/4處的葉片厚度，每組葉片測(cè)量6次取其平均值，并計(jì)算出單個(gè)葉片厚度。將測(cè)量完葉片厚度的葉片，用直徑6 mm打孔器打孔取出部分葉片，105 ℃烘干30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量并稱(chēng)量干質(zhì)量，按公式（2）計(jì)算比葉質(zhì)量。

1.4.2 生理指標(biāo)測(cè)定

于2018年8月14日、9月15日 及10月15日的上午9：00—10：00，每個(gè)處理隨機(jī)選取并標(biāo)記苗木3株，每株選取中上部受光充分的成熟葉片3片，放入編號(hào)的自封袋封存后置于冰桶帶回實(shí)驗(yàn)室。采用丙酮浸提法[22]提取葉綠素，然后用分光光度計(jì)測(cè)定提取液在663、645 nm波長(zhǎng)下的吸光度，每株測(cè)量3次，分別計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b的含量。

伯樂(lè)樹(shù)苗木試驗(yàn)進(jìn)行2個(gè)月后，在天氣晴朗的9月9日9：00—11：00，利用LI-6400便攜式光合測(cè)定儀（LI-COR，美國(guó)）進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定。不同處理隨機(jī)選取3株試驗(yàn)苗木，每株苗木上選取中上部的1片葉片進(jìn)行3次測(cè)量，取平均值作為其測(cè)定值。測(cè)量的光合參數(shù)為葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等因子，并按公式（3）計(jì)算水分利用效率（WUE）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行處理，Origin軟件進(jìn)行做圖，使用SPSS 24分析軟件進(jìn)行方差分析，圖表數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強(qiáng)度對(duì)苗木形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 光照強(qiáng)度對(duì)植物生長(zhǎng)量的影響

由圖1可知，不同光照處理的株高、地徑和羽狀復(fù)葉數(shù)在試驗(yàn)剛開(kāi)始的2018年7月11日處于同等水平，但隨著試驗(yàn)的進(jìn)行各處理間的差異逐漸增大，表現(xiàn)為50%、30%和20%光照3個(gè)處理高于100%光照處理；而各處理的苗木高徑比則是由試驗(yàn)剛開(kāi)始的3.41、2.99、3.24、3.62轉(zhuǎn)變?yōu)?018年10月15日的2.78、2.69、2.83、2.70。

由表1可知，各性狀增長(zhǎng)量為試驗(yàn)開(kāi)始處理到結(jié)束時(shí)的變量，50%、30%和20%光照等3個(gè)處理在試驗(yàn)期間的株高、地徑和復(fù)葉數(shù)等增長(zhǎng)（加）量不同程度的大于100%光照處理，且50%、30%光照處理的株高、地徑均與100%光照處理間的差異達(dá)顯著性水平（P＜0.05）。株高、地徑增長(zhǎng)量以30%光照處理為4個(gè)處理中的最高值，分別為11.26 cm、4.60 mm，增長(zhǎng)幅度分別為81.4%、105%；羽狀復(fù)葉數(shù)增加量以50%光照處理最高，為4.13個(gè)，增加幅度為88.6%。

2.1.2 光照強(qiáng)度對(duì)生物量的影響

由圖2可知，生物量均以30%光照處理為最高，葉、莖、根、總生物量分別為3.7、5.1、10.3、19.2 g，100%光照處理為最低，葉、莖、根、總生物量分別為2.1、2.3、4.1、8.4 g，且30%光照處理與100%光照處理存在顯著差異（P＜0.05）；20%光照處理的莖、根及總生物量也顯著高于100%光照處理（P＜0.05）。各處理間的根冠比差異較生物量小，20%光照處理顯著區(qū)別于100%及50%光照處理（P＜0.05），其他處理間差異不顯著。

2.1.3 光照強(qiáng)度對(duì)葉片厚度及比葉質(zhì)量的影響

由表2可知，不同光照處理的葉片厚度在不同時(shí)期的動(dòng)態(tài)變化，各個(gè)處理的葉片厚度隨試驗(yàn)的進(jìn)行而逐漸增加。在8月14日，100%光照處理的葉片厚度為最大的0.24 mm，顯著高于50%和30%光照處理（P＜0.05）；隨著試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行至10月15日，50%、30%、20%光照處理的葉片厚度依次增加，且與100%光照處理無(wú)顯著差異。

圖 1 不同處理幼苗株高、地徑、羽狀復(fù)葉數(shù)及高莖比變化Fig. 1 Variation of plant height, caliper, pinnate compound leaves of seedlings and high stem ratio with different treatments on different days

表 1 不同處理的苗木各性狀增長(zhǎng)情況Table 1 Growth status of seedlings under different treatments

圖 2 不同處理的苗木生物量及根冠比Fig. 2 Seedling biomass and root-to-crown ratio of different treatments

表 2 不同處理的幼苗葉片厚度Table 2 Leaf thickness of seedlings with different treatments

由表3可知，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行4個(gè)處理的比葉質(zhì)量均逐步增加，且存在顯著差異（P＜0.05）。100%光照處理3次測(cè)量的比葉質(zhì)量均最高，顯著高于50%、30%和20%光照處理（P＜0.05）；30%光照處理比葉質(zhì)量始終為最低，顯著低于其他3個(gè)處理（P＜0.05）；50%和20%光照處理居于中間水平，彼此不存在顯著差異。

表 3 不同處理的比葉質(zhì)量Table 3 Changes in specific leaf weight of seedlings with different treatments

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)生理指標(biāo)的影響

2.2.1 光照強(qiáng)度對(duì)葉綠素含量變化的影響

由圖3可知，在試驗(yàn)的各個(gè)階段，不同處理的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量存在顯著差異（P＜0.05）。8月14日，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量隨著光照減弱而逐漸增強(qiáng)，100%和50%光照處理葉綠素含量較低，與30%和20%光照處理存在顯著差異（P＜0.05）；20%光照處理葉綠素含量最高，100%光照處理葉綠素含量最低，20%光照處理葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量分別比100%光照處理高68.7%、44.0%、57.9%。至9月15日，50%、30%和20%光照處理葉綠素含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，100%光照處理葉綠素含量增加且高于50%和30%光照處理，與20%光照處理無(wú)顯著差異。10月15日，葉綠素含量隨著光照減弱逐漸降低，100%光照處理僅與50%光照處理在葉綠素b含量上無(wú)顯著差異，100%光照處理葉綠素含量最高，20%光照處理葉綠素含量最低，100%光照處理葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量分別比20%光照處理高83%、89.2%、79.4%。

圖 3 不同處理的葉綠素含量Fig. 3 Chlorophyll content of different treatments

2.2.2 光照強(qiáng)度對(duì)光合參數(shù)的影響

由圖4可知，20%光照處理Pn最低，為10.42 μmol/(m2·s)，與50%光照處理的11.33 μmol/(m2·s)存在顯著差異（P＜0.05）；Tr隨著光照減弱而逐漸降低，從100%光照處理的2.95 mmol/(m2·s)依次降低至20%光照處理的2.62 mmol/(m2·s)，遮光處理之間無(wú)顯著差異；50%光照處理的Gs最高，20%光照處理最低，且20%光照處理與其他3個(gè)處理存在顯著差異（P＜0.05）；WUE為30%光照處理最高，100%光照處理最低，遮光處理3組無(wú)顯著差異。

圖 4 不同處理的光合參數(shù)Fig. 4 Photosynthetic parameters of different treatments

3 結(jié)論與討論

木本植物幼苗的生長(zhǎng)需要較強(qiáng)的光照，但是過(guò)強(qiáng)的光照導(dǎo)致葉片不能及時(shí)利用和消耗吸收的光能，進(jìn)而導(dǎo)致植物受到強(qiáng)光脅迫，光合能力下降，有機(jī)物積累減少，對(duì)光合系統(tǒng)進(jìn)行破壞，最終導(dǎo)致植物生長(zhǎng)不良甚至死亡[23]。喬琦等[24]研究發(fā)現(xiàn)伯樂(lè)樹(shù)幼苗在野外生存率較低，可能由于夏季的高溫脅迫與干旱脅迫導(dǎo)致，其試驗(yàn)表明伯樂(lè)樹(shù)幼苗適宜在遮蔭條件下生長(zhǎng)，但其試驗(yàn)于溫室內(nèi)進(jìn)行，與自然環(huán)境有一定的差異。本試驗(yàn)于自然環(huán)境下進(jìn)行，就結(jié)果來(lái)看，伯樂(lè)樹(shù)幼苗不適宜在強(qiáng)光下生長(zhǎng)，表現(xiàn)在100%光照處理的形態(tài)指標(biāo)和生物量積累上均為最低，30%光照處理長(zhǎng)勢(shì)最好，其株高、地徑、羽狀復(fù)葉數(shù)的增加（長(zhǎng)）量分別為100%光照處理的1.65、1.44、1.17倍，生物量積累為2.67倍。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，開(kāi)始時(shí)各個(gè)處理均長(zhǎng)勢(shì)良好，但隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，100%光照處理的植物生長(zhǎng)減緩，甚至出現(xiàn)脫葉現(xiàn)象。20%光照處理為試驗(yàn)設(shè)計(jì)的較弱光照條件，此處理下植物株型易顯矮小，全株干質(zhì)量下降，與喬琦等[24]的研究結(jié)果一致，30%光照處理在株高地徑增長(zhǎng)量上為最高，分別達(dá)到11.26 cm、4.60 mm，葉片數(shù)量增加上略少于50%光照處理，但其葉、莖、根及總生物量積累上為最高，與馬冬雪等[25]研究結(jié)果不一致，原因是其進(jìn)行100%光照和透光率70%（70%光照）試驗(yàn)，2組光照強(qiáng)度均較高，而沒(méi)有設(shè)置對(duì)照的弱光環(huán)境，且試驗(yàn)于海拔800 m的苗圃進(jìn)行，與低海拔地區(qū)存在差異，由此導(dǎo)致光照對(duì)伯樂(lè)樹(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響不顯著。觀察結(jié)果顯示20%光照處理的幼苗始終長(zhǎng)勢(shì)較緩，植株較矮小，表明伯樂(lè)樹(shù)幼苗在過(guò)度遮光的情況下生長(zhǎng)受到抑制，生長(zhǎng)速率減緩，有機(jī)物積累也減少，與葉飛英等[19]研究結(jié)果一致。高徑比低的植株更加矮壯[26]，試驗(yàn)后期高徑比趨于一致，但100%光照處理植株矮小，相應(yīng)的地徑也較小，植株長(zhǎng)勢(shì)較差。

葉片厚度和植物的抗旱能力有關(guān)，葉片越厚，儲(chǔ)存水量越多，越有利于在干旱環(huán)境下生存[27]，各處理葉片厚度均隨著試驗(yàn)進(jìn)行而增加，符合植物生長(zhǎng)發(fā)育的一般規(guī)律。干旱或營(yíng)養(yǎng)缺乏地區(qū)植物的比葉質(zhì)量較高，是植物對(duì)不良生境的一種適應(yīng)，較高的比葉質(zhì)量增加了植物枯萎的阻力，使得葉片得以生長(zhǎng)發(fā)育[28]，強(qiáng)光高溫導(dǎo)致植物缺水，100%光照處理比葉質(zhì)量始終為最高且與遮光處理存在顯著差異，是植物對(duì)于強(qiáng)光高溫等不良環(huán)境的一種適應(yīng)。遮光處理的比葉質(zhì)量較低，比葉質(zhì)量降低是植物在弱光環(huán)境下做出的典型形態(tài)學(xué)反應(yīng)，可以增加葉片同化組織對(duì)輸導(dǎo)組織和結(jié)構(gòu)的相對(duì)比例，導(dǎo)致單位葉面積、呼吸速率降低，從而有利于碳積累[29]，與試驗(yàn)中遮光處理生物量積累高于100%光照處理結(jié)果相符，適當(dāng)遮光使得伯樂(lè)樹(shù)幼苗能夠更加充分利用光能。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)，在遮光條件下，植物為了吸收更多的光能，往往會(huì)通過(guò)增加單位面積的葉綠素含量來(lái)適應(yīng)低光照環(huán)境[30-31]。試驗(yàn)結(jié)果表明，8月14日100%光照處理葉綠素含量最低，遮光處理隨著遮光強(qiáng)度的增加，葉綠素含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，伯樂(lè)樹(shù)幼苗在低光照環(huán)境下通過(guò)提升葉綠素含量來(lái)適應(yīng)環(huán)境，符合植物生長(zhǎng)的一般規(guī)律。9月15日，100%光照處理葉綠素a+b含量增加0.171 mg/g，而50%、30%、20%光照處理葉綠素a+b含量分別降低了0.308 mg/g、1.011 mg/g、0576 mg/g，表明此時(shí)遮光環(huán)境抑制了葉綠素的生成。至10月15日，100%光照處理葉綠素含量最高，且葉綠素a和葉綠素a+b含量與遮光處理存在顯著差異，遮光處理隨著光照強(qiáng)度的減弱，葉綠素含量下降。短期遮光有利于葉綠素生成，但長(zhǎng)期遮光使得葉綠素合成物質(zhì)減少，抑制葉綠素合成[32]，因此伯樂(lè)樹(shù)幼苗不宜長(zhǎng)時(shí)間遮光，應(yīng)在入秋后及時(shí)去除遮光設(shè)備以促進(jìn)植株生長(zhǎng)。

每種植物都有生理活動(dòng)的最適體溫范圍，因此不同環(huán)境下的植物都有調(diào)節(jié)體溫的反饋機(jī)制[33]。Tr隨著光照強(qiáng)度的減弱呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，水分蒸騰影響了植物的體溫，100%光照處理較高的蒸騰導(dǎo)致水分散失較快，強(qiáng)光下光系統(tǒng)反映中心由于光抑制造成暫時(shí)失活或損傷[34]，植物體溫降低，引起了氣孔的關(guān)閉，從而降低了Gs與Pn，最終導(dǎo)致100%光照處理的WUE最低，植株整體發(fā)育較差。綜上所述，伯樂(lè)樹(shù)幼苗在生長(zhǎng)過(guò)程中不耐強(qiáng)光，對(duì)于夏季高溫強(qiáng)光環(huán)境適應(yīng)力較差，在遮光條件下長(zhǎng)勢(shì)良好，生長(zhǎng)過(guò)程中宜設(shè)置遮光環(huán)境，可在自然林下栽培，提供更適宜的林下小環(huán)境，露地栽培應(yīng)在夏季炎熱時(shí)搭建遮蔭網(wǎng)，遮蔭網(wǎng)間隙保持約30%左右光照即可，待幼苗成長(zhǎng)，對(duì)水分和無(wú)機(jī)鹽的吸收能力增強(qiáng)，對(duì)高溫強(qiáng)光的適應(yīng)性增強(qiáng)后，可適當(dāng)減少遮光，滿足伯樂(lè)樹(shù)不同發(fā)育階段對(duì)環(huán)境的要求。