4個槐樹品種的耐鹽性評價

王婉朝 ，付茵茵 ，李雙云 ，龐彩紅 ，劉盛芳 ，哈新英 ，楊克強 ，夏陽 *

（1.山東省林業科學研究院/山東省林業遺傳改良重點實驗室/黃河三角洲林木遺傳育種國家林草局重點實驗室，山東 濟南 250014；2.山東農業大學林學院，山東 泰安 271018；3.濟南市城鄉建設發展服務中心，山東 濟南 250000）

隨著全球經濟和城市化進程的迅速發展，全球環境問題越來越嚴重，土地資源短缺，出現人多地少的窘境，因此，改善生態環境，擴大可用土地資源迫在眉睫。鹽堿地是重要的后備土地資源，中國鹽堿地分布面積大，分布范圍廣[1]，對鹽堿地進行合理的改造利用是改善生態環境及農業生產的重要舉措。近年來，學者們通過各種措施改良鹽堿地，其中生物改良是改善鹽堿地的重要舉措之一，耐鹽植物的選育已經得到了社會各界的廣泛認同[2-4]，耐鹽植物既能改善土壤肥力，降低土壤含鹽量，又可以發展優質作物來提高生產效益[5]。

槐樹（Sophora japonica L.）蝶形花亞科（Papilionoideae）槐屬（Sophora），是我栽培最為普遍、適應性廣，集材多用途為一體的人文鄉土樹種[5]?；睒湓a于中國，主要集中在我國北部，是喜光植物，耐寒、耐旱，耐貧瘠，易修剪，移栽成活力高，抗病蟲害能力強，對土壤適應性強，具有一定的固氮作用及耐鹽性，因此在全國各地普遍栽植。近年來，槐樹的研究主要集中在品種選育[6]、繁殖、病蟲害防治、園林綠化、藥用價值開發[7]、生理生態特征[8]、表型多樣性、分子標記、遺傳多樣性評價[9-11]等方面，但我國槐樹育種方向比較單一，對各種用途以及適應惡劣生態環境的優良品系尚未建立，尤其在關于槐樹耐鹽方面的研究較少。因此，選育槐樹的耐鹽品種對鹽堿地的綠化具有重要意義，可以有效改善鹽堿地土壤，對生態環境的可持續發展具有重大現實意義。侯姣姣等在NaCl脅迫下，采用菌液定量灌根法測定國槐幼苗的生長指標與生理指標，發現在NaCl脅迫，菌株H-1、H-3、H-4和H-6下國槐的抗鹽能力提高[12]。張川紅等在鹽脅迫下測定了國槐和中林46楊幼苗葉和根系生物膜類脂組成的變化，發現鹽脅迫下國槐葉的磷脂含量呈上升趨勢，中林46楊葉磷脂含量則稍有下降，并且脅迫前后中林46楊葉和根系的PC PE的比值和總極性脂的不飽和指數均高于國槐 ，說明中國槐比林46楊抗鹽能力強[13]。付茵茵等在不同NaCl濃度脅迫下，對5個槐樹無性系的生長指標及生理指標進行了測定，發現隨NaCl濃度的升高，各個無性系的生長指標明顯下降，葉綠素含量也有所下降，而電導率、MDA含量均表現為上升趨勢，抗氧化酶活性則是先升高后降低，綜合評價分析發現‘華夏’和‘華碩’可作為耐鹽品種推廣[14]。本試驗對4個槐樹品種進行鹽脅迫試驗，測定其生長指標與生理指標，旨在篩選出耐鹽性較強的品種為鹽堿地改良及推廣提供較優方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

實驗材料來自山東省林業科學研究院選育的3個不同的優良品種，‘華夏’（耐鹽、速生、發芽早、綠期長、觀賞性強）、‘姹紫1號’（樹干微彎，枝條斜展，花色深紅）、無性系589（優良單株、花期長、開粉花），以 普通槐樹為對照。

1.2 試驗方法

2020年選取長勢一致的1年生嫁接苗（苗高80 cm左右、嫁接位置以上3～5 cm處干粗2.08 cm左右），秋天起苗后假值越冬。定植盆規格為38 cm×28 cm，盆栽基質由土、珍珠巖、腐殖土、有機肥，按體積3:3:2:2（體積）混合均勻，每盆基質裝10 kg。2021年4月20日種植，每盆1株，定干高度為嫁接位置以上10 cm，培養于山東省濟南市山東省林業科學院飲馬泉苗圃基地智能溫室內（溫度25℃～35℃，濕度70%～90%），至5月20日（種植后30天），進行鹽處理。各品種設置NaCl處理剃度為0（CK）、0.2%、0.4%、0.6%（按盆土重量計算），每個濃度處理5盆，鹽水分2次隨水施入盆土，間隔7 d，在盆底墊盤回收外滲液并澆回盆內，每7 d隨機擺放1次盆的位置。在6月15日（NaCl處理后第36 d），各處理選取具有代表性植株3株，分別對生長指標、生理指標進行測定。

1.3 生長指標測定

NaCl處理后第36 d，測定各品種的苗高（cm）、地徑增長量（cm）以及生物量（g）。地徑測定部位選擇樹干嫁接位置以上3～5 cm處的直徑，生物量測定方法為NaCl脅迫結束后，將一年生新枝全部刈割帶回實驗室，枝葉分開清洗，擦干后在105℃下殺青15min后，置于75℃恒溫烘干，至質量不再發生變化，用電子秤稱量枝葉重量之和即為生物量。

計算脅迫期間株高、地徑凈生長量（凈增長量=G1-G0（G1、G0分別為脅迫后與脅迫前的苗高、地徑測量值）

計算地上部分生物量（簡稱生物量，下同）=1年生枝烘干后的重量+葉片烘干后的重量

1.4 生理指標測定

在NaCl脅迫第36 d，采集植株中上部葉片進行各生理生化指標的測定，葉綠素含量采用乙醇萃取法測定[15]；電解質外滲率采用電導率法測定[16]；過氧化物酶（SOD）含量采用氮藍四唑法測定；超氧化物歧化酶（POD）含量采用愈創木酚法測定；過氧化氫酶(CAT)含量采用高錳酸鉀法測定；丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定；脯氨酸采用酸性茚三酮染色法測定。

1.5 綜合隸屬函數法

U（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j=1,2,3，…，n

注：Xj代表第j個綜合指標，Xmin代表第個j綜合指標的最小值，Xmax代表第j個綜合指標的最大值。

1.6 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對實驗數據進行整理、分析和制圖，并利用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種生長指標的變化

4個槐樹品種在NaCl濃度處理下生長指標的變化見圖1、圖2、圖3。結果表明，隨著鹽濃度的增加，苗高增長量、地徑增長量和生物量均呈下降趨勢。在0.2% NaCl處理下，除普通槐樹外，其余3個品種的苗高增長量、地徑增長量和生物量均與CK差異不顯著；在0.4% NaCl處理下，普通槐樹、‘姹紫1號’和無性系589的苗高增長量、地徑增長量和生物量均與CK的達到顯著差異水平；在0.6%Na-Cl處理下，4個槐樹品種的苗高增長量、地徑增長量與生物量均與CK的差異達到了顯著水平。可以看出，隨著濃度的增加，各個品種間的差異也越來越顯著；也可看出，‘華夏’耐鹽性最強，而普通槐樹最弱。

從圖1可知，在0.2%和0.4% NaCl濃度時，各個品種間的苗高增長量差異不顯著；在0.6% NaCl濃度時，‘華夏’和無性系589的苗高增長量明顯高于普通槐樹，普通槐樹較CK處理時下降了54.28%，‘華夏’下降了38.11%。

圖1 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種苗高增長量的變化Figure 1 Changes of seedling height growth of four Sophora japonica varieties under different salt treatment concentrations

從圖2可知，在0.2%和0.6% NaCl濃度時，各品種間的地徑增長量差異不顯著；在0.4% NaCl濃度時，普通槐樹的地徑增長量明顯低于其他3個品種，且‘華夏’的地徑增長量顯著高于‘姹紫1號’；在0.6% NaCl濃度時，但各個品種間差異不顯著。

圖2 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種地徑增長量的變化Figure 2 Changes of ground diameter growth of four Sophora japonica varieties under different salt treatment concentrations

從圖3可知，在0.4%和0.6% NaCl濃度處理時，各個品種間的生物量差異不顯著。在0.2% NaCl濃度時，普通槐樹的生物量明顯低于‘華夏’和無性系589。

圖3 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種生物量的變化Figure 3 Changes of biomass of four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

2.2 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種抗氧化酶活性的變化

4個槐樹品種在NaCl濃度下抗氧化酶活性的變化見圖4、圖5、圖6。結果表明，SOD活性、POD活性、CAT活性隨著鹽濃度的增加均呈現先上升再下降的趨勢。在0.2% NaCl濃度下，除‘華夏’外，其余品種的抗氧化酶活性與CK均達到了顯著差異水平，‘華夏’的SOD活性和CAT活性與CK達到了顯著差異水平；在0.4% NaCl濃度下，4個槐樹品種的抗氧化酶活性與CK均達到了顯著差異水平；在0.6% NaCl濃度下，4個槐樹品種的CAT活性均與CK達到了顯著差異水平，‘華夏’和‘姹紫1號’的SOD活性與CK達到了差異顯著水平?？梢钥闯?，在0.4NaCl濃度時，各品種的抗氧化酶活性均與CK存在顯著差異。

從圖4可知，4個品種的SOD活性隨著鹽濃度的增加表現出先上升后下降的趨勢，但都較對照處理的SOD活性大，除‘華夏’外，其余品種均在0.2% NaCl濃度時SOD活性達到最大值且增幅 （＞53%）較為明顯，且‘華夏’與普通槐樹、‘姹紫1號’和無性系589存在顯著性差異；到0.4% NaCl濃度時，‘華夏’的SOD活性達到最大值，‘華夏’和‘姹紫 1號’的 SOD活性明顯高于普通槐樹；在0.6% NaCl濃度時，4個槐樹品種的SOD活性均下降但品種間差異不顯著。

圖4 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種SOD活性的變化Figure 4 Changes of SOD activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

從圖5可知，4個品種POD活性隨不同鹽濃度處理下的變化趨勢與SOD變化相似，0.2% NaCl濃度時，‘姹紫1號’和無性系589的POD活性明顯高于‘華夏’和普通槐樹；在0.4% NaCl濃度時，‘華夏’和普通槐樹的POD活性達到最大值，且‘華夏’明顯高于無性系589；在 0.6% NaCl濃度時，各品種的POD活性均下降，‘華夏’明顯高于普通槐樹。

圖5 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種POD活性的變化Figure 5 Changes of POD activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

從圖6可知，隨著鹽濃度的增加，普通槐樹、‘姹紫1號’和無性系589的CAT活性均是先上升后降低，在0.4% NaCl濃度時達到最大值，但‘華夏’的CAT活性呈穩定上升趨勢。在0.2% NaCl濃度時，普通槐樹的CAT活性明顯高于‘華夏’；0.4% NaCl濃度時，‘華夏’、普通槐樹、無性系589之間達到差異顯著水平，其中普通槐樹的CAT活性最大，較0.2%濃度時增幅為30.26%；0.6% NaCl濃度時，‘華夏’的CAT活性最大且與其他品種達到差異顯著水平。

圖6 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種CAT活性的變化Figure 6 Changes of CAT activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

2.3 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種葉綠素的變化

4個槐樹品種在NaCl濃度下葉綠素的變化見圖7。結果表明，隨著鹽濃度的增加，4個槐樹品種的葉綠素含量均呈下降趨勢，且差異性越來越顯著。在0.2%濃度下，普通槐樹和無性系589與CK達到了差異顯著水平；在0.4%和0.6%濃度下，4個槐樹品種的葉綠素含量均與CK達到了差異顯著水平。

從圖7中可知，在0.2%和0.4% NaCl濃度時，4個品種間葉綠素含量差異均不顯著；在0.6% NaCl濃度時，‘華夏’葉綠素含量明顯高于普通槐樹。

圖7 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種葉綠素含量的變化Figure 7 Changes of chlorophyll content in four Sophora japonica cultivars under different salt concentrations

2.4 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種脯氨酸含量、電導率、MDA含量的變化

4個槐樹品種在NaCl濃度下脯氨酸含量、電導率、MDA含量的變化見圖8、圖9、圖10。結果表明，隨著鹽濃度的增加，4個槐樹品種的脯氨酸含量和電導率呈上升趨勢，MDA含量變化總體上呈上升趨勢，且各品種的差異性越來越顯著。在0.2%處理下，4個槐樹品種的電導率和MDA含量均與CK達到了差異顯著水平，脯氨酸含量與CK差異不顯著；在0.4%和0.6%處理下，4個槐樹品種的脯氨酸含量、電導率、MDA含量均與CK達到了差異顯著水平。

從圖8可知，隨著鹽濃度的增加，4個槐樹品種的脯氨酸含量逐漸上升且增幅均平緩，在0.2%～0.6% NaCl濃度時4個品種間差異不顯著。

圖8 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種脯氨酸含量的變化Figure 8 Changes of proline content of four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

從圖9可知，4個槐樹品種隨著鹽濃度的增加電導率均呈上升趨勢。在0.2%和0.6% NaCl濃度時，4個品種間差異不顯著；在0.4% NaCl濃度處理下，普通槐樹的電導率明顯大于‘華夏’和無性系589。

圖9 不同鹽處理濃度對4個槐樹品種MDA含量的變化Figure 9 Changes of MDA content in four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

從圖10可知，隨著鹽濃度的增加，‘華夏’的MDA含量呈上升趨勢，而普通槐樹、‘姹紫1號’和無性系589的MDA含量先上升后降低，且在0.4%濃度時達到最大值。在0.2% NaCl濃度下，普通槐樹的MDA含量明顯大于無性系589；0.4% NaCl濃度下，普通槐樹的MDA含量明顯大于‘華夏’和無性系589；在0.6% NaCl濃度下，4個品種間差異不顯著。

圖10 同鹽處理濃度對4個槐樹品種MDA含量的變化Figure 10 Changes of MDA content in four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

2.5 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種的相關性分析

對0.6%濃度處理下的4個槐樹品種的3個生長指標和7個生理指標共10個指標進行了相關性分析見表1。結果表明，有2對指標呈極顯著相關（p＜0.001），有7對指標呈顯著相關（p＜0.005）。苗高增長量與SOD活性、POD活性、葉綠素含量和脯氨酸含量均顯著相關；地徑增長量與SOD活性極顯著相關，與脯氨酸含量顯著相關；生物量與電導率極顯著負相關，且相關系數在所有指標中最大，為0.997；SOD活性與脯氨酸顯著相關；POD活性與葉綠素含量顯著相關；脯氨酸含量和電導率顯著負相關。由此可知，生長指標與生理指標間存在明顯的差異性，應該用二者相結合的分析方法來綜合評價槐樹的耐鹽性。

表1 4個槐樹品種各個指標相關性分析Table 1 Correlation analysis of indexes of four Sophora japonica varieties

2.6 不同NaCl濃度處理對4個槐樹品種的主成分分析

從表1可以看出，各指標間雖有相關性，但關聯程度并不相同。因此，對10項指標的主成分進行了分析（表 2）。

由表2可知，在0.4% NaCl和0.6% NaCl濃度處理下，以累積方差貢獻率大于80%且特征值≥1作為判別條件，分別得到2個主成分因子，累計貢獻率分別達到了84.615%和93.510%，包含了原始數據的絕大部分信息，可以用來評價4個不同槐樹品種耐鹽性。

表2 耐鹽指標主要特征值和貢獻率Table 2 Main characteristic values and contribution rate of salt tolerance index

在0.4% NaCl處理下，主成分1中地徑增長量（0.966）、葉綠素含量（0.964）、電導率（-0.928）和 MDA（-0.997）的特征值較大，其中地徑增長量和葉綠素含量為正相關，電導率和MDA含量為負相關；主成分 2中苗高增長量 （0.841）、生物量（0.740）和 POD 活性（0.759）的特征值較大，且均為正相關。在0.6NaCl處理下，主成分1中苗高增長量（0.974）、地徑增長量 （0.993）、SOD 活 性 （0.999）、POD 活 性（0.947）、葉綠素含量（0.926）、脯氨酸含量（0.980）和電導率（0.888）的特征值較大，電導率為負相關，其余為正相關；主成分2 中生物量（0.808）、CAT 活性（0.926）和MDA含量（0.875）的特征值較大，且都為正相關。由此可知，第1個主要反映了生長指標、抗氧化酶活性、光合因子和滲透調節物質；第2主成分主要反映了生物量、抗氧化酶活性和膜損害物質的含量。在2個主成分中，指標數值越大對槐樹的耐鹽性影響越大，本試驗中SOD活性、地徑增長量、脯氨酸和MDA指標較大，其中地徑增長量對NaCl脅迫最為敏感。

2.7 4個槐樹品種的耐鹽性綜合評價

采用隸屬函數法計算出隸屬函數值（表3），采用主成分分析法計算出主成分值（表4），綜合隸屬函數與主成分分析對4個槐樹品種的耐鹽性進行綜合評價分析（表4）。隸屬函數值與主成分值分析發現在NaCl處理下，4個槐樹品種的耐鹽性排序均一致，由強到弱依次為：‘華夏’＞無性系 589＞‘姹紫 1號’＞普通槐樹；因此‘華夏’和無性系589的耐鹽性較好，可以作為耐鹽槐樹品種推廣。

表3 4個槐樹品種各指標隸屬函數值Table 3 Membership function values of four indexes of Sophora japonica varieties

表4 4個國槐品種主成分值Table 4 Four principal component values of robinia pseudoacacia varieties

3 討論與結論

生理生化評價主要是關于研究植物的抗逆境生長能力方面的方法，通過對植物抗性進行評價鑒定，篩選出優質高抗植物，為抗性育種提供理論依據。鹽分是影響樹木生長最嚴重的限制因子之一，一般認為，樹木的相對生長是評價植物抗逆性及抗鹽性的重要指標[17]。該研究結果表明，4個槐樹品種在不同濃度的NaCl脅迫下對苗木的苗高增長量、地徑增長量以及生物量都有明顯抑制作用，并隨NaCl濃度的升高而增強。

植物在正常生長情況下體內處于動態平衡狀態，在受到逆境脅迫時平衡將會被打破，從而影響植物的正常生長，甚至造成植物死亡[18]。包括鹽脅迫在內的各種脅迫都會影響樹木的生長，進而引起植物的氧化系統產生應激，其影響程度與濃度及鹽的類型有關[19]。賈漫麗等對4個桑樹品種的2年生嫁接苗在在不同鹽濃度處理下測定其生理生化指標，結果表明，不同品種的SOD、POD、CAT活性隨鹽分濃度的增加先上升后下降，而在不同鹽分水平下，抗氧化酶活性明顯高于CK[20]；Cuiyu Liu等對2年生的石榴幼苗在不同濃度NaCl下測定了其抗氧化酶活性的變化，結果表明，隨著鹽濃度的增加，SOD、POD和CAT活性先升后降，在0.4%時達到最大值[21]。該研究與上述研究結果相似，4個槐樹品種隨著NaCl濃度的增加抗氧化酶活性表現出先上升后下降的趨勢，在0.2%或0.4%達到峰值，達到一定鹽濃度時，植物產生的抗氧化酶不足以清除過多的活性氧而逐漸降低。

光合作用對植物的生長發育起著重要的作用，而鹽脅迫又會對植物的光合作用產生影響，進而導致葉片中葉綠素產生，使植株無法正常生長[22]。大多數[23-25]研究發現隨著鹽濃度的增加葉綠素含量降低，該研究結果與上述結果相似，隨NaCl濃度的增大，4個不同槐樹品種的葉綠素含量均呈下降趨勢。

細胞膜是保護植物細胞的重要屏障，Mansour M M F.發現質膜透性是選擇適應NaCl的植物的重要參數[26]。質膜滲透性一般用相對電導率來表達，相對電導率越高，質膜透性越大。MDA是與質膜透性相關指標，NaCl可使植物細胞中的活性氧含量升高，從而引起MDA的大量積累，造成膜脂過氧化作用，破壞膜蛋白，使細胞結構損害。魏煬郴[27]、姜云天[28]、尤超[29]、付茵茵[14]等在NaCl下對6種樹木幼苗、四季海棠、油桃、槐樹進行了生理指標的測定，發現各樹木隨著鹽濃度的升高相對電導率和MDA含量增加。脯氨酸也是植物抗逆性的一項生化指標，一般在植物受到逆境脅迫時會大量產生，可通過溶解于細胞質中，調控細胞的滲透電位來保護細胞的原生質。Xu L等對6種種源苦楝在NaCl下測定了生理指標，發現脯氨酸在所有種源的幼苗中響應NaCl而積累[25]。該研究發現不同槐樹品種的電導率和脯氨酸含量隨NaCl濃度的升高而上升；MDA含量總體上呈現出上升趨勢，除‘華夏’外其余品種的MDA含量先上升后下降，可能是由于植物在高鹽濃度時（0.4% NaCl）受到損害程度較大，植物難以繼續正常生長，因此MDA含量出現下降趨勢。

主成分分析和隸屬函數模糊評價法是目前較為普遍的一種綜合評價方法，能夠全面的反映植物抗逆性的強弱。該研究通過相關性和主成分分析發現槐樹的地徑增長量、脯氨酸和MDA對NaCl脅迫更為敏感；綜合隸屬函數與主成分值分析顯示4個槐樹品種的耐鹽性由強到弱依次為：‘華夏’＞無性系589＞‘姹紫1號’＞普通槐樹，其中‘華夏’和無性系589耐鹽性較強，可作為耐鹽品種推廣。