混合鹽堿脅迫對不同種源沙棗幼苗的影響1)

禹世豪 畢春竹 耿紅凱 任安琦 李慶衛

(北京林業大學,北京，100083)(國家花卉工程技術研究中心)

沙棗(ElaeagnusangustifoliaL.)是胡頹子科胡頹子屬落葉小喬木，主要分布于我國西北地區，具有耐鹽堿、干旱且易管理等優良特性，其枝、葉、花、果具較高的觀賞及藥用價值[1-2]。沙棗是我國鹽堿地區的先鋒樹種，近年來在北京、河北、山東等地陸續引種栽培[3-5]。20世紀90年代已有學者對沙棗耐鹽性進行了初步研究，發現沙棗具有一定耐鹽能力[6-7]，在鹽漬土中能保持正常生長發育，抵御不良環境條件[8-10]。有研究發現Na2SO4脅迫抑制沙棗生長，降低其生長量[11]；鹽脅迫使大果沙棗葉片的膜透性增大[12]；高質量濃度NaCl脅迫抑制沙棗抗氧化酶的活性[13]，降低葉綠素質量分數，同時促進可溶性糖、游離脯氨酸積累[14]。此外有研究指出，不同種源地的沙棗耐鹽反應存在差別[15]。面對土壤鹽漬化帶來的壓力，研究植物耐鹽性、選育耐鹽的種質資源、開發鹽堿土地的植物應用對改變這一現狀尤為重要。本研究探究沙棗的耐鹽潛力，對不同種源地沙棗的耐鹽反應進行分析，旨在為沙棗在鹽堿地區的引種栽培及園林應用提供參考。目前，關于單一NaCl處理對植物抗鹽性生理的研究較多[16-17]，而自然界中土壤的鹽堿狀況是復雜的，單鹽處理不足以反映實際的土壤情況。本研究以NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3組成混合鹽堿，對寧夏、甘肅不同種源的沙棗幼苗進行脅迫試驗，研究鹽堿脅迫時其生長、生理等指標的變化，并對甘肅、寧夏2個種源的沙棗進行綜合性耐鹽評價。通過對鹽堿脅迫時沙棗各項生長、生理指標的分析，判斷其在鹽堿脅迫時的耐鹽堿能力，確定不同種源的耐鹽閾值，篩選出更優質的沙棗種質資源，為不同類型的鹽堿地區引種沙棗提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年6—7月在北京林業大學梅菊圃溫室內進行，供試材料為采購于寧夏銀川、甘肅張掖2地生長健壯的2年生沙棗，采用盆栽方法，將長勢相對一致的幼苗定植于上部為30 cm、下部為20 cm、高為30 cm的塑料花盆內，盆中基質為V(草炭土)∶V(珍珠巖)∶V(洗凈河沙)=2∶1∶1，質量為5 kg?；ㄅ璧撞贾猛斜P，放置于北京林業大學梅菊園苗圃中進行統一管理。

1.2 試驗設計

試驗設置5個處理，土壤鹽分梯度(土壤中鹽的質量分數)分別為0(pH=6.91，CK)、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，對照組澆灌營養液，處理組澆灌營養液+混合鹽堿溶液(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3體積比按照1∶1∶1∶1混合，pH=9.65),每個處理設3次重復。其中高鹽分梯度的處理按照每天0.3%的頻率遞增，待全部處理達到設定的質量分數后，開始計算脅迫時間，于脅迫的0、10、20、30、40 d時選取植株中上部的葉片進行各項指標的測定。脅迫40 d時測定葉長、葉寬、新梢長度、地徑生長量等生長指標。

1.3 表型性狀測定

在脅迫處理前及處理40 d時分別測量植株地徑；選擇植株中上部10枚成熟葉片，分別用游標卡尺測量葉長、葉寬；每株幼苗選擇5枝新梢做標記，在試驗前后分別測量其長度。

1.4 生理指標測定

采用相對電導率法測定葉片膜透性，硫代巴比妥酸法測定丙二醛質量摩爾濃度[18]；考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質量分數[18]；茚三酮比色法測定游離脯氨酸質量分數[18]；蒽酮比色法測定可溶性糖質量分數[18]；氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[18]；愈創木酚法測定過氧化物酶(POD)活性[18]；丙酮乙醇法測定葉片葉綠素質量分數[18]。

選取沙棗生長良好的上部成熟功能葉，使用LI-6400便攜式光合儀(Lo-Cor Inc,USA)測定沙棗葉片的光合參數，測定指標包括凈光合速率(Pn)、胞間CO2摩爾分數(Ci)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)，每個處理設9次重復。

1.5 數據處理

用Microsoft Excel2012和SPSS22.0進行數據統計及分析。

2 結果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對沙棗苗生長特性的影響

由表1可知，鹽堿質量分數為0.3%時，脅迫的甘肅沙棗地徑生長量相較對照增加了6.48%。土壤中鹽堿質量分數升高，沙棗生長量減小，生長逐漸受到抑制。脅迫40 d后，2個種源的沙棗在鹽堿質量分數為0.6%時，部分葉片出現葉緣焦枯，且隨處理鹽堿質量分數升高，焦枯葉片增多。在鹽堿質量分數為1.2%時，2個種源沙棗的葉長、葉寬、新梢、地徑生長量最小。

表1 鹽分梯度對沙棗生長特性的影響

2.2 混合鹽堿脅迫對沙棗苗生理特性的影響

2.2.1混合鹽堿脅迫對沙棗葉片膜透性及丙二醛質量摩爾濃度的影響

如表2、表3所示，在混合鹽堿脅迫時，隨著土壤鹽堿質量分數增加及時間延長，寧夏、甘肅2個種源沙棗的葉片細胞膜透性呈增大趨勢,丙二醛質量摩爾濃度整體呈上升趨勢且變化趨勢基本一致。脅迫處理10 d時，甘肅種源的葉片膜透性在鹽分梯度為0.9%、1.2%時大幅增加，相對于對照差異顯著(P<0.05)。脅迫20 d，鹽分梯度為0.3%、1.2%時，寧夏沙棗葉片膜透性增幅高于甘肅沙棗的增幅。脅迫持續30 d時，2個種源沙棗葉片丙二醛質量摩爾濃度均隨著鹽堿質量分數增加，且與對照呈顯著性差異。脅迫40 d，鹽分梯度為1.2%時，寧夏、甘肅2個種源的沙棗丙二醛質量摩爾濃度均達到最高。

表2 混合鹽堿脅迫對沙棗膜透性的影響

表3 混合鹽堿脅迫對沙棗丙二醛質量摩爾濃度的影響

2.2.2混合鹽堿脅迫對沙棗葉片游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素質量分數的影響

如表4、表5、表6、表7所示，隨著混合鹽堿在土壤中質量分數的增加及脅迫時間的延長，寧夏、甘肅2個種源的沙棗葉片游離脯氨酸、可溶性糖質量分數呈上升趨勢，葉綠素質量分數整體呈下降趨勢，可溶性蛋白質量分數隨脅迫時間的延長呈先升后降再上升的趨勢，但2個種源的可溶性蛋白質量分數變化幅度不同。脅迫10 d時，隨著鹽堿質量分數的增加，寧夏種源沙棗葉片可溶性蛋白質量分數呈先升后降的趨勢，甘肅種源的可溶性蛋白質量分數呈上升趨勢，與對照著差異顯著(P<0.05)。脅迫40 d時，2個種源沙棗葉片游離脯氨酸質量分數相較于對照均顯著增加(P<0.05)，葉綠素質量分數顯著下降(P<0.05)，且寧夏種源沙棗葉綠素質量分數降幅較大。寧夏種源的可溶性蛋白質量分數在鹽分梯度為0.9%時達最大值，甘肅種源的在鹽分梯度為1.2%時達最大值。

表4 鹽堿脅迫對沙棗游離脯氨酸質量分數的影響

表5 鹽堿脅迫對沙棗可溶性糖質量分數的影響

表6 鹽堿脅迫對沙棗可溶性蛋白質量分數的的影響

表7 鹽堿脅迫對沙棗葉綠素質量分數的影響

2.2.3混合鹽堿脅迫對沙棗葉片超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性的影響

如表8、表9所示，隨著脅迫時間的延長，寧夏、甘肅2個種源沙棗葉片超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性呈先升后降的趨勢。脅迫10 d時，2個種源超氧化物歧化酶活性明顯上升且與對照差異顯著(P<0.05)，過氧化物酶活性在鹽分梯度為0.9%時，達最大值。脅迫20 d時，寧夏種源超氧化物歧化酶活性大幅上升，過氧化物酶活性在鹽分梯度為0.3%、0.6%時顯著增加；甘肅種源超氧化物歧化酶活性在鹽分梯度為0.6%時達到最大值(303.21 U·g-1)。脅迫30 d時，2個種源沙棗過氧化物酶活性隨鹽分梯度增加而逐漸降低。

表8 鹽堿脅迫對沙棗超氧化物歧化酶活性的影響

表9 鹽堿脅迫對沙棗過氧化物酶活性的影響

2.2.4混合鹽堿脅迫對不同種源沙棗苗光合特性的影響

據表10、表11、表12、表13可知，隨鹽分梯度增加，寧夏、甘肅2個種源沙棗Pn、Gs整體呈下降趨勢。隨脅迫時間的延長，Pn整體呈先降后升再下降的趨勢；寧夏種源Gs呈下降趨勢，甘肅種源Gs呈先降后升再降的趨勢。脅迫40 d時，2個種源Pn、Gs均顯著下降，Gs降至最低，與對照差異顯著(P<0.05)。隨鹽分梯度的增加及脅迫時間的延長，2個種源沙棗Ci整體呈上升趨勢，Tr整體呈下降趨勢。脅迫30 d時，寧夏種源Ci在鹽分梯度為1.2%時達最大值417.664 μmol·mol-1，甘肅種源Ci在鹽分梯度為0.9%時達最大值384.740 μmol·mol-1。脅迫至40 d時，2個種源Ci均顯著上升(P<0.05)且寧夏種源Ci增長幅度高于甘肅種源。

表10 鹽堿脅迫對沙棗凈光合速率的影響

表11 鹽堿脅迫對沙棗氣孔導度的影響

表12 鹽堿脅迫沙棗胞間CO2摩爾分數的影響

表13 鹽堿脅迫對沙棗蒸騰速率的影響

2.3 沙棗耐鹽堿性綜合分析與評價

2.3.1 沙棗耐鹽閾值的確定

植物生長量是衡量其耐鹽能力的重要指標。常采用植物生長量或生物量下降50%時土壤中鹽的質量分數為植物的耐鹽閾值[19]。以脅迫處理的新梢生長量為因變量(y)、以鹽分梯度為自變量(x)建立回歸方程，結果如表14所示。以新梢生長量下降50%時土壤中鹽的質量分數為耐鹽閾值，得出在混合鹽堿處理中，寧夏種源沙棗的耐鹽閾值為1.138%，甘肅種源沙棗的耐鹽閾值為1.001%。由此可見，不同種源沙棗的耐鹽堿性存在差異，寧夏種源沙棗對混合鹽堿的耐受能力強于甘肅種源沙棗。

表14 鹽堿脅迫下沙棗苗的回歸方程及其耐鹽閾值

2.3.2 不同種源沙棗的耐混合鹽堿性

利用主成分分析方法進行沙棗的耐鹽性評價[20]。由表15可知，在寧夏、甘肅2個種源沙棗在混合鹽堿脅迫時，分別提取2個主成分及主成分各指標所對應系數，以系數為權重構建評分模型，以歸一化處理的方差貢獻率為權重，構建綜合評分模型表達式：

表15 基于主成分分析的2種源沙棗耐混合鹽堿指標主成分系數及貢獻率

寧夏：F=0.847×F1+0.152×F2；

甘肅 ：F=0.842×F1+0.158×F2。

式中：F為處理組的綜合耐鹽能力值；F1為第一主成分；F2為第二主成分。

將各項指標代入綜合評分模型，計算出2個種源沙棗的綜合得分，寧夏種源沙棗的綜合得分為1.168，甘肅種源沙棗的綜合得分為1.011，說明寧夏種源沙棗耐鹽堿能力強于甘肅種源沙棗。

3 討論

在鹽堿脅迫時，植物的生長特性是耐鹽堿能力強弱的直接體現，其新梢、地徑生長量等的積累往往隨鹽分梯度增加而逐漸受到抑制[21]。本研究發現寧夏、甘肅2個種源沙棗在鹽分梯度為0.3%時無明顯不良影響，且葉長、葉寬、地徑生長量較對照均有所增加，之后隨脅迫鹽分梯度增加其生長受到抑制，在鹽分梯度為1.2%處理時，葉長、葉寬、新梢、地徑生長量均達到最小，受抑制作用最強。

鹽分脅迫往往導致細胞膜系統受到不同程度的損傷，表現為細胞受到的毒害作用越大丙二醛質量摩爾濃度越高[22-23]。寧夏、甘肅2個種源沙棗葉片的膜透性、丙二醛質量摩爾濃度隨鹽分梯度的增加和脅迫時間的延長呈上升趨勢。脅迫處理40 d時，2個種源沙棗在高鹽分梯度(1.2%)脅迫下，細胞膜透性、丙二醛質量摩爾濃度均上升到最大值，生長量降至最低，這與張華新等[24]、齊曼·尤努斯等[25]的研究結果一致。其中甘肅種源沙棗膜透性、丙二醛質量摩爾濃度上升幅度較小，表現出較強的耐鹽堿性。

細胞活性氧清除系統及滲透調節在植物逆境生理中發揮著重要作用，共同維持各項代謝反應的進行。細胞內抗氧化酶活性、滲透調節物質的水平也是衡量植株對逆境適應能力的重要指標[26-28]。隨脅迫時間的延長，2個種源沙棗的超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性呈先升后降的變化趨勢，這與楊穎等[29]的研究結果一致，脅迫10、20 d時，2個種源沙棗超氧化物歧化酶、過氧化物酶保持較高的活性，對鹽害環境的適應力較強。在脅迫后期，低鹽分梯度脅迫時，超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性仍維持相對穩定；高鹽分梯度鹽脅迫時，超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性均降至最低，表明細胞內活性氧的積累水平超出沙棗自身的調控能力，抗氧化機制受到嚴重抑制，細胞膜系統受損嚴重[30]。游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調節物質積累總體呈增長趨勢，這與楊佳鑫等[31]對梅花的研究結果相似。

脅迫處理過程中寧夏種源沙棗葉綠素質量分數降幅整體小于甘肅種源的降幅。隨處理鹽分梯度的增加，2個種源沙棗葉片Pn、Gs、Tr值整體呈下降趨勢，Ci值呈上升趨勢；隨脅迫時間的增加，葉片光合作用受到抑制，Pn、Gs總體呈先降后升再下降的趨勢，Ci呈先降后升的趨勢，Tr呈下降趨勢。脅迫初期主要受氣孔因素限制，后期主要受非氣孔因素限制，即鹽堿脅迫時的沙棗光合作用受氣孔因素及非氣孔因素的共同影響。

4 結論

以2個種源沙棗的耐鹽堿能力值作為因變量，12個生理指標的耐鹽堿系數作為自變量，進行逐步回歸分析，篩選出可溶性蛋白質量分數、丙二醛質量摩爾濃度、過氧化物酶活性、Tr可作為沙棗耐鹽堿性評價的主要鑒定指標。比較寧夏、甘肅2個種源沙棗的耐鹽閾值及耐鹽性評價得分，發現寧夏種源沙棗對鹽堿的耐受能力強于甘肅種源沙棗。本研究初步探討了混合鹽堿脅迫對2個種源沙棗的影響，旨在確定沙棗在鹽堿脅迫時的耐鹽堿能力，篩選出更優質的沙棗種質資源，為科學評價沙棗的耐鹽堿機制、沙棗在鹽堿地的引種栽培及園林綠化應用提供參考。