施用保水剂对仁用杏苗木根系生理特性的影响

庞海颖

（山西芦芽山国家级自然保护区管理局，山西 宁武 036706）

仁用杏Kernel apricots为蔷薇科杏属植物，原产于我国，是我国重要的经济林栽培树种之一[1]。杏仁含有蛋白质、脂肪、糖类、磷、钙、铁和丰富的维生素，尤其是维生素E 含量最多，有较高的营养价值[2]；杏仁性温、润肺、止咳化痰，苦杏仁具有大量的苦杏仁甙，能杀死癌细胞、预防癌症，具有较高的药用价值；杏仁具有较高的商品价值，可以加工成各种食品、油料及化妆品，是我国重要出口商品之一，很受国内外市场的欢迎。

水资源短缺是当今社会经济发展的重要问题，国内外越来越重视农林业高效节水生产。保水剂可以吸收比自身重数百倍的水分，反复的吸收释放，可降低土壤水分蒸发，且大部分释放的水分还可以被植物有效利用[3]。保水剂的施用有效缓解干旱带来的危害，有利于土壤节水保肥，促进植物生长，提高植物成活率，增加作物产量等[4-6]。

根系在植物吸收水分和养分中起关键作用，根系作为感受土壤干旱的原初部位，土壤水分变化首先直接影响根系的生理特征及其生长发育，进而制约着植株地上部的形态建成[7-9]。根系的生理特性能直接反映抗旱性的强弱，目前，保水剂研究主要集中在土壤水肥利用效率[10-11]、土壤理化结构[12]、植物生长及产量[13-14]等方面，近年来关于施用保水剂对根系影响的研究较少，李中阳等[15]研究表明，不同保水剂及用量均可增加冬小麦根系的直径、长度和表面积，扩大与土壤的接触面积，利于根系吸收更多的水分。潘月庆等[16]研究表明保水剂能促进土层20 cm 以下的葡萄根系数量。还有研究表明施用适宜的保水剂可降低植物细胞质膜透性、丙二醛、可溶性糖及脯氨酸含量，并提高根系活力，减轻干旱对植物的伤害[17-19]。

目前仁用杏栽培上施用保水剂研究较少。在我国北方地区，仁用杏一般都栽植在少雨干旱地区，长期干旱导致产量低、品质差。本试验通过持续自然干旱条件下，研究施用保水剂对仁用杏根系生理特性的影响，旨在为高效利用水资源，提高仁用杏产量，以及仁用杏产业的高效可持续发展提供指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用无病虫害、生长健壮、长势一致的2 年生仁用杏‘优一’品种嫁接苗。保水剂选用吸水倍率为500 的黑金子保水剂。黑金子保水剂主要成分为聚丙烯酰胺，购于唐山博亚科技有限公司。

1.2 试验设计

1.2.1 保水剂施用

用拌土法施用保水剂，每盆装土15 kg，保水剂与盆土质量比分别为0、0.2%、0.3% 和0.4%，即每株施 0 g（ck）、30 g、45 g、60 g 保水剂。将保水剂与土拌匀后装入塑料盆，3 月份将仁用杏苗移栽至盆中，每盆1 株，试验设3 个区组，每区组每处理 5株，前期正常养护管理。

1.2.2 干旱处理

试验在遮雨棚中进行，6 月30 日傍晚，每处理选9 盆长势一致的苗木，各处理浇水至盆内初始土壤含水量一致，此后自然失水持续干旱35 d 处理。每7 d 用TDR300 土壤水分测定仪测定土壤含水量，35 d 时将各处理苗木从盆中挖出，冲洗，测定生物量和根系指标。

1.3 测定方法

生物量采用烘干法测定，将根系与地上部分开，放入烘箱测得地上地下部分干物质量；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250 法测定；游离脯氨酸采用茚三酮比色法测定[20]；相对电导率采用电导率仪测定；丙二醛采用硫代巴比妥酸比色法测定；酶活性的测定参照李合生的方法[21]；根系活力采用TTC（氧化三苯基四氮唑）法测定。

1.4 数据处理

试验数据采用邓肯新复极差法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 保水剂对土壤含水量的影响

如图1 所示，随干旱时间延长，各处理的土壤含水量逐渐降低，其中ck 含水量急剧下降，施用保水剂处理的土壤含水量较ck 下降慢，且土壤含水量均高于ck，与保水剂用量成正比。35 d 时，各保水剂处理的土壤含水量较ck 分别提高了2.3%、4.1%和4.1%，其中保水剂用量30 g 的处理与ck 差异不显著，45 g 和 60 g 与 ck 差异显著（P＜0.05）。

图1 保水剂对土壤含水量的影响

2.2 保水剂对仁用杏生物量的影响

如表1 所示，施用保水剂各处理的茎叶生物量、根生物量、总生物量和根冠比均不同程度地高于ck，茎叶生物量和总生物量均随保水剂用量的增大而增加，在60 g 时达到最大，分别比ck 高60.9%和37.8%，茎叶生物量与 ck 差异显著（P＜0.05）。根生物量和根冠比均随保水剂用量的增加先增大后减小，保水剂用量45 g 达到最大，根生物量比ck 提高了22.6%，且与 ck 差异显著（P＜0.05）。各处理苗木的根冠比差异不显著（P＞0.05）。

表1 施用保水剂对仁用杏生物量的影响

2.3 保水剂对仁用杏根系相对电导率和丙二醛含量的影响

如图2 所示，施用保水剂可降低干旱胁迫下仁用杏根系的相对电导率和丙二醛含量，随保水剂用量增加，相对电导率和丙二醛含量均先下降后上升，当保水剂用量为45 g 时均最小。各保水剂用量的苗木根系相对电导率分别比ck 降低了17.1%、24.1% 和 9.3%，45 g 与 ck 差异极显著（P＜0.01），30 g 与 ck 差异显著（P＜0.05）。各保水剂用量的丙二醛含量分别比ck 降低了25.8%、33.7%和30.7%，均与ck 差异显著（P＜0.05），各保水剂用量间差异不显著（P＞0.05）。

图2 保水剂对仁用杏根系相对电导率和丙二醛的影响

2.4 保水剂对仁用杏根系可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的影响

如图3 所示，干旱胁迫下施用不同用量保水剂均可降低仁用杏可溶性蛋白和脯氨酸含量，随保水剂用量的增加可溶性蛋白含量呈下降趋势，各保水剂处理可溶性蛋白含量分别比ck 降低了3.0%、7.6% 和 9.7%，45 g 和 60 g 与 ck 差异显著（P＜0.05）。随着保水剂用量增加脯氨酸含量呈下降趋势，30 g、45 g 和60 g 处理的游离脯氨酸含量分别比 ck 降低了 23.1%、38.8% 和 34.3%，且均与 ck 差异极显著（P＜0.01）。

图3 保水剂对仁用杏根系可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响

2.5 保水剂对仁用杏根系抗氧化酶活性的影响

保水剂对仁用杏根系抗氧化酶活性的影响见图4。

图4 保水剂对仁用杏根系抗氧化酶活性的影响

如图4 所示，施用保水剂不同程度地提高了干旱胁迫下仁用杏根系超氧化物歧化酶（SOD）、氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。随保水剂施用量的增加，根系SOD 活性先增后降，保水剂用量为45 g 时SOD 活性达最大，比ck 提高了14.7%，与ck 差异显著（P＜0.05）。随保水剂施用量的增加POD 活性先增加后减小，保水剂用量45 g 处理的POD 活性达最大，是 ck 的 1.55 倍，且与 ck 差异极显著（P＜0.01），用量 60 g 处理的 POD 活性略低于45 g 处理，为 ck 的 1.48 倍，与对照差异显著（P＜0.05）。随保水剂施用量的增加CAT 活性增大，用量60 g 处理的活性最大，各保水剂处理的CAT 活性分别比ck 提高了1.6%、66.6% 和81.2%，用量为30 g 处理与 ck 差异不显著（P＞0.05），用量为 45 g和 60 g 处理与 ck 差异极显著（P＜0.01）。

2.6 保水剂对仁用杏根系活力的影响

如图5 所示，随保水剂施用量的增加，根系活力先升后降，用量45 g 的根系活力最大，高达117.25μg·g-1·h-1，各保水剂处理的根系活力分别是 ck 的 1.56、2.12、1.94 倍，且均与 ck 差异极显著（P＜0.01），用量 45 g 和 60 g 差异不显著（P＞0.05），均与 30 g 处理差异极显著（P＜0.01）。

图5 保水剂对仁用杏根系活力的影响

3 讨 论

3.1 保水剂对土壤含水量的影响

保水剂具有强吸水性，能保持大量的水分。本研究表明干旱胁迫时保水剂可以将吸收的水分缓慢释放，提高土壤的含水量。土壤含水量随干旱时间的增加出现逐渐下降的趋势，施用保水剂的土壤含水量均高于ck，且随施用量的增加土壤含水量也越大，与林文杰[22]和徐回林等[23]的研究结果一致。

3.2 保水剂对生物量的影响

干旱胁迫可抑制植物的生长，使仁用杏物质分配发生改变，通过增加地下生物量分配，提高根冠比来适应干旱，根冠比越大抗旱性越强[24]。本研究发现，施用保水剂的仁用杏苗木茎叶生物量、根生物量、总生物量和根冠比均高于ck，说明施用保水剂可以增加土壤含水量，缓解干旱利于根系及地上部分的生长，与杨永辉等[17]研究结果一致。

3.3 保水剂对根系相对电导率、丙二醛含量和渗透调节物质的影响

干旱胁迫引发膜质过氧化作用产生丙二醛，丙二醛会破坏膜结构影响膜功能，导致电解质外渗，使相对电导率升高，因此细胞膜受损程度可以通过相对电导率和丙二醛含量大小来反映。黄慧青等[25]对海滨雀稗研究表明保水剂能有效降低相对电导率和丙二醛含量。本研究表明，施用保水剂显著降低了相对电导率，并减少了丙二醛含量，这与黄慧青的研究结果一致。在干旱胁迫下渗透调节类物质会大量累积，以降低渗透势维持一定的膨压，可溶性蛋白和游离脯氨酸是两种重要的渗透调节物质。本研究表明施用保水剂处理的可溶性蛋白和游离脯氨酸含量均小于ck，这与杨新乐[26]对沙打旺和杨杰等[27]对高羊茅的研究结果一致。这说明保水剂在一定程度上可以减缓土壤水分的散失，减轻干旱胁迫对仁用杏的伤害，随保水剂用量的增加保水效果显著，但保水剂用量过大，效果降低，影响作物根系生长，降低根系的生理机能。

3.4 保水剂对根系抗氧化酶活性的影响

SOD、POD 和CAT 是植物活性氧清除系统的3种重要酶。干旱胁迫下，3 种酶相互协调，先将氧自由基转变为H2O2，再将H2O2转化生成无害的H2O，有效清除代谢过程产生的活性氧。彭河忠[28]在马蔺和鸢尾的研究表明，干旱胁迫下施用保水剂能提高叶片中的SOD 和POD 活性，清除活性氧自由基，降低危害程度。本试验表明，施用保水剂各处理的抗氧化保护酶活性均不同程度地高于ck，且随保水剂施用量的增加酶活性越高，用量为45 g 处理的POD 和CAT 活性极显著高于ck，SOD 酶活性与ck差异显著，说明干旱胁迫对POD 和CAT 的影响较SOD 敏感。

3.5 保水剂对仁用杏根系活力的影响

根系活力指根系吸收、合成、氧化和还原能力，能够客观地反映根系生命活动的指标，能直接影响植物地上部分的生长和发育。持续干旱下，土壤水分减少使根系活力下降。张玲[4]研究表明，核桃栽植施用保水剂可以提高根系活力。本试验结果表明，持续干旱条件下施用保水剂能显著提高仁用杏的根系活力，有助于吸收土壤水分满足正常的生理代谢，提高仁用杏的抗旱性，这与杨永辉等[17]在小麦的研究结果一致。

4 结 论

4.1 持续干旱条件下，施用黑金子保水剂能显著改善土壤水分状况，减少土壤水分散失，各保水剂施用量的土壤含水量分别比对照提高了2.3%、4.1%和4.1%。

4.2 施用保水剂有利于仁用杏苗木根系和地上部生长及生物量的积累，不同程度地提高了茎叶生物量、根生物量、总生物量及根冠比，随保水剂用量的增加，根生物量和根冠比呈先增后减的趋势，用量为45 g 时根生物量最多，根冠比最大。

4.3 施用保水剂降低了仁用杏苗木根系的相对电导率和丙二醛含量，且均在用量为45 g 时含量最低。施用保水剂还缓解了可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的累积，在一定剂量内随着保水剂施用量的增加含量越少。

4.4 施用保水剂一定程度地提高了仁用杏苗木根系和地上部生长及生物量的积累，不同程度地提高了SOD、POD 和CAT 活性，随着保水剂用量的增加，SOD 和POD 活性在45 g 时达到最大。

综合上述，保水剂可通过提高土壤含水量来增加根系抗氧化酶活性和根系活力，减小细胞损伤程度，降低渗透调节物质的含量，促进仁用杏的生长，增加生物量。在适宜用量范围内随着保水剂用量增加抗旱效果越好，但保水剂用量过大，效果会降低，仁用杏苗木以每株用45 g 效果最佳。