不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)3個(gè)地被菊品種生理特性的影響

喬謙，武沖，王璐，于永暢，王江勇，賈曦，張安寧，陶吉寒

（1．山東省果樹(shù)研究所，山東 泰安 271000；2．山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；3．泰山學(xué)院，山東 泰安 271000）

土壤鹽漬化是全球性生態(tài)問(wèn)題，鹽堿土在世界100多個(gè)國(guó)家普遍存在，面積達(dá)9．55億hm2，占全球總面積的10%，且以每年100．0萬(wàn)～150．0萬(wàn)hm2的速度遞增，土壤鹽堿化已經(jīng)成為備受矚目的世界性問(wèn)題，制約了全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展［1，2］。由于同一區(qū)域種植作物種類常年單一、大量施用化肥農(nóng)藥等因素，我國(guó)土壤鹽漬化問(wèn)題嚴(yán)峻，鹽漬土地總面積達(dá)9 913萬(wàn)hm2，約占國(guó)土面積的10．3%，這不僅影響著我們的生存環(huán)境，更影響著各類植物的正常生命過(guò)程［3，4］。土壤鹽分過(guò)多，可導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)鹽度增大，離子平衡被破壞，有毒物質(zhì)積累和營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，并抑制植物對(duì)養(yǎng)分的吸收［5］；同時(shí)，植物體內(nèi)的活性氧水平會(huì)因滲透脅迫與離子脅迫而不斷升高，氧化傷害不斷加重，造成內(nèi)部代謝紊亂，甚至導(dǎo)致植物死亡［6］。但不同植物對(duì)鹽堿脅迫的敏感程度有差別，響應(yīng)機(jī)制也有所不同［7］。探究不同植物的耐鹽堿機(jī)制，提高其耐鹽堿性，對(duì)有效利用鹽漬化土地具有深遠(yuǎn)意義。

菊花（Chrysanthemum morifolium）是菊科菊屬多年生宿根草本花卉，是中國(guó)十大傳統(tǒng)名花之一，也是世界四大鮮切花之一，栽培歷史悠久，應(yīng)用也十分廣泛，觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高［8，9］。地被菊是由巖菊和多種類型野生菊花多次雜交而來(lái)的新類型，其萌蘗多，花量比較大，植株低矮，呈叢生狀覆蓋地面，繁密且齊整，觀賞價(jià)值突出［10］，并且抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、可粗放管理，應(yīng)用范圍廣泛，盆栽、地栽、布置花壇等都可，由于花色十分豐富，北方地區(qū)多將其作為國(guó)慶花卉大量使用［11］。集約化的設(shè)施栽培可快速、大量繁殖地被菊，但設(shè)施中的土壤往往次生鹽漬化嚴(yán)重，會(huì)對(duì)其正常生長(zhǎng)發(fā)育和觀賞特性產(chǎn)生不利影響［12］，因此，研究地被菊耐鹽堿性對(duì)于其集約化生產(chǎn)具有重要意義。但目前關(guān)于地被菊耐鹽堿性的研究報(bào)道還較少。本試驗(yàn)選用3個(gè)地被菊品種，研究其對(duì)不同濃度混合鈉鹽（Na2CO3和NaHCO3的混合溶液）脅迫的生理響應(yīng)，并采用隸屬函數(shù)法對(duì)其耐鹽堿性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為地被菊在土壤鹽堿化地區(qū)的引種栽培提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年在山東省果樹(shù)研究所金牛山試驗(yàn)示范基地及山東省果樹(shù)生物技術(shù)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選用3種地被菊品種‘黃菊1號(hào)’‘紅小’‘1709’的盆栽苗為試材，將用蛭石、石英砂等配制的栽培基質(zhì)與土按1∶1混勻用于地被菊幼苗培養(yǎng)，后續(xù)進(jìn)行正常管理，培養(yǎng)20 d后挑選生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致、苗長(zhǎng)約25 cm的植株進(jìn)行試驗(yàn)。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)濃度的Na2CO3和NaHCO3（物質(zhì)的量比為1∶1）混合鈉鹽處理，分別為0（CK）、100、200、300 mmol/L，每處理4盆。從7月1日起，以每天100 mmol/L的濃度逐漸遞增到目標(biāo)濃度，計(jì)為處理的第0天，之后每3天澆灌一次，每次于上午9時(shí)對(duì)地被菊幼苗進(jìn)行澆灌，直至盆底有水流出，并保證每盆澆灌量一致（約100 mL），共澆灌3次，之后進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)觀察。

1．3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于處理的第1、5、10天，從試驗(yàn)植株上剪取相同部位的葉片，用于各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，3次重復(fù)。

參照Ibrahim等［13］的氮藍(lán)四唑法測(cè)定SOD活性；參照李合生［14］的方法，用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性，用紫外分光光度計(jì)法（TU-1901，北京普析通用儀器有限公司）測(cè)定CAT活性，用硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量，用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量，用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定可溶性蛋白含量。

1．4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)并作圖，利用SPSS 26．0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片SOD活性的影響

如圖1所示，在相同的鹽濃度和處理天數(shù)下，‘1709’品種的SOD活性最高，‘黃菊1號(hào)’的最低。在同一鹽濃度下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3個(gè)品種地被菊葉片的SOD活性均呈上升趨勢(shì)，其中‘1709’的上升幅度較大。在同一脅迫時(shí)間下，隨著鹽濃度增大，‘紅小’和‘1709’的SOD活性總體表現(xiàn)為先顯著上升后顯著降低（P＜0．01），分別在200 mmol/L和100 mmol/L處理時(shí)最高；而‘黃菊1號(hào)’的SOD活性呈先降低后升高趨勢(shì)，100 mmol/L處理下明顯降低，300 mmol/L處理下有所回升，與對(duì)照差異不顯著。

不同小、大寫字母分別表示同一時(shí)間不同處理之間差異顯著（P＜0．05）、極顯著（P＜0．01），未標(biāo)注字母表示處理間差異不顯著。下同。

2．2 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片POD活性的影響

如圖2所示，隨著處理天數(shù)的增加，相同濃度鹽處理下，‘紅小’的POD活性不斷升高，‘1709’的POD活性逐漸降低，而‘黃菊1號(hào)’在0～100 mmol/L處理下逐漸升高、在200～300 mmol/L處理下先略有降低后大幅上升。在相同處理時(shí)間下，3個(gè)地被菊品種的幼苗葉片POD活性均呈現(xiàn)出隨著混合鈉鹽濃度的增大而升高的趨勢(shì)，且濃度越高、處理時(shí)間越長(zhǎng)，提升越顯著。與對(duì)照相比，‘黃菊1號(hào)’‘紅小’‘1709’葉片中的POD活性在100 mmol/L混合鈉鹽處理下上升10．44%～31．67%，在200 mmol/L處理下上升24．80% ～39．82%，在300 mmol/L處理下上升34．98% ～74．44%。

圖2 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片POD活性的影響

2．3 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片CAT活性的影響

如圖3所示，總體來(lái)說(shuō)，與對(duì)照相比，混合鈉鹽處理降低‘黃菊1號(hào)’葉片的CAT活性，提高‘紅小’和‘1709’的CAT活性。在同一處理時(shí)間下，隨鹽濃度的增加，‘黃菊1號(hào)’的CAT活性呈降低趨勢(shì)，‘紅小’呈升高趨勢(shì)，濃度越高、處理時(shí)間越長(zhǎng)，變化越明顯；而‘1709’不同處理時(shí)間的變化趨勢(shì)不同，基本以100 mmol/L處理的CAT活性最高，僅300 mmol/L處理10 d的CAT活性顯著低于對(duì)照。同一品種、相同濃度處理下，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，‘黃菊1號(hào)’0～100 mmol/L處理的CAT活性逐漸升高，200～300 mmol/L處理逐漸降低；‘紅小’的CAT活性總體呈先升高后降低；而‘1709’各濃度鹽處理下的變化趨勢(shì)不同，100 mmol/L處理下先降后升，200 mmol/L處理下逐漸升高，300 mmol/L處理下逐漸降低。

2．4 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片MDA含量的影響

如圖4所示，與對(duì)照相比，200～300 mmol/L混合鈉鹽處理能顯著提高3個(gè)地被菊品種葉片中的MDA含量，而100 mmol/L處理下不同時(shí)間3個(gè)品種變化不同，‘黃菊1號(hào)’在處理1 d、‘紅小’在處理5 d內(nèi)MDA含量有所降低，但未達(dá)顯著水平，其余時(shí)間各品種的MDA含量均顯著增加。在混合鈉鹽處理下，隨著鹽濃度的增加，3個(gè)品種的MDA含量呈上升趨勢(shì)，300 mmol/L處理下含量最高。

圖3 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片CAT活性的影響

圖4 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片MDA含量的影響

2．5 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片可溶性蛋白含量的影響

如圖5所示，混合鈉鹽處理下，3個(gè)地被菊品種葉片中可溶性蛋白含量的變化趨勢(shì)基本一致，除‘1709’在300 mmol/L處理下隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)明顯變化外，總體表現(xiàn)為隨處理濃度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。3個(gè)品種中，‘黃菊1號(hào)’和‘紅小’的可溶性蛋白含量總體相差不大，‘1709’稍多于二者。

2．6 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片可溶性糖含量的影響

如圖6所示，在混合鈉鹽處理下，3個(gè)地被菊品種葉片中可溶性糖含量的變化趨勢(shì)基本一致，總體隨鈉鹽濃度和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，僅‘紅小’在300 mmol/L處理5 d時(shí)最高，繼續(xù)延長(zhǎng)處理時(shí)間對(duì)其影響不顯著。

圖5 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片可溶性蛋白含量的影響

圖6 不同濃度混合鈉鹽處理對(duì)地被菊葉片可溶性糖含量的影響

2．7 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

由隸屬函數(shù)法所得綜合評(píng)價(jià)值（D）在0～1之間，代表抗鹽堿性大小，D值越接近1表示抗鹽堿性越強(qiáng)，反之則抗鹽堿性越弱［15］。由表1可以看出，在所有的鹽堿脅迫處理?xiàng)l件下，‘1709’幼苗的綜合評(píng)價(jià)值為0．6669，‘紅小’為0．4032，‘黃菊1號(hào)’為0．3452，耐鹽堿能力表現(xiàn)為‘1709’＞‘紅小’＞‘黃菊1號(hào)’。

表1 三個(gè)地被菊品種耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)值

3 討論與結(jié)論

3．1 不同品種地被菊對(duì)混合鈉鹽脅迫的生理響應(yīng)

鹽堿脅迫會(huì)導(dǎo)致植物組織離子濃度過(guò)高，產(chǎn)生離子毒害作用，引起植物生理性干旱，同時(shí)，又會(huì)引發(fā)植物體內(nèi)一系列次生代謝反應(yīng)，如抗氧化酶活性改變、細(xì)胞膜損傷、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累等，從而影響植株生長(zhǎng)發(fā)育［16-19］。

活性氧（ROS）作為滲透脅迫和離子毒害的副產(chǎn)物，會(huì)在受逆境脅迫的植物體內(nèi)過(guò)度積累，導(dǎo)致細(xì)胞膜功能喪失甚至細(xì)胞死亡［20，21］。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)清除ROS的主要酶，對(duì)植物抵御逆境脅迫有極其重要的作用［22，23］。本研究結(jié)果顯示，地被菊體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)在較低濃度鹽堿脅迫下被激活，以清除ROS，去除其對(duì)植株造成的傷害；但當(dāng)鹽堿濃度過(guò)高時(shí)，抗氧化酶系統(tǒng)受損，尤其SOD和CAT活性下降，致使活性氧清除能力受到抑制。這一結(jié)果與在文冠果［24］上的研究結(jié)論基本一致。而地被菊幼苗葉片中的POD活性隨著鹽堿脅迫濃度的增加被進(jìn)一步誘導(dǎo)，且隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)升高，以幫助SOD更好地清除ROS［25］，這與在海濱植物［26］上的研究結(jié)果一致。表明在鹽堿脅迫下，3個(gè)地被菊品種通過(guò)提高抗氧化酶活性以對(duì)抗多余的活性氧，在一定程度上保護(hù)植株免受氧化損傷［27］。

丙二醛（MDA）含量可反映植物在逆境條件下的細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度［28，29］。本研究結(jié)果顯示，在Na2CO3和NaHCO3混合鹽堿脅迫下，3種地被菊葉片中積累的MDA含量均隨著鹽堿脅迫程度的加劇而增多，但品種間有所不同，表明3個(gè)地被菊品種的耐鹽堿性存在差異，MDA含量積累最少的‘1709’膜脂過(guò)氧化程度最輕，擁有更強(qiáng)的耐鹽堿能力，這與在黑麥草［30］、玉米［31］上的研究結(jié)果一致。但隨著脅迫的持續(xù)加重，勢(shì)必引發(fā)不可逆的傷害［32］。

可溶性蛋白、可溶性糖的積累是植物在逆境脅迫下誘發(fā)的一種防御行為，也是植物遭受逆境脅迫的信號(hào)［33］。隨著鹽濃度的增大，植物體內(nèi)的可溶性蛋白和可溶性糖含量持續(xù)上升，表明植物通過(guò)積累可溶性蛋白和可溶性糖調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，以緩解滲透脅迫對(duì)其生長(zhǎng)的抑制作用［34，35］。本研究結(jié)果也顯示，在混合鹽堿脅迫下，3個(gè)地被菊品種的可溶性蛋白和可溶性糖含量隨鹽堿濃度的增加呈上升趨勢(shì)，進(jìn)一步說(shuō)明為了應(yīng)對(duì)滲透脅迫，植株通過(guò)積累更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透平衡，以維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育［36-38］。

華北地區(qū)平均土壤含鹽量在0．3%左右，最高達(dá)到1．39%［39］，在園林綠化中，華北平原輕、中度鹽漬化土壤可選擇地被菊應(yīng)用推廣。

3．2 3個(gè)地被菊品種耐鹽堿能力的綜合評(píng)價(jià)

植物的耐鹽堿性是其多項(xiàng)生理生化反應(yīng)綜合作用的結(jié)果，單一指標(biāo)難以判斷植物對(duì)鹽堿脅迫的綜合適應(yīng)能力［40］。本研究采用隸屬函數(shù)法，基于SOD、POD、CAT活性及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量等指標(biāo)，對(duì)‘黃菊1號(hào)’‘紅小’和‘1709’3個(gè)地被菊品種幼苗的耐鹽堿能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)‘1709’耐鹽堿能力優(yōu)于另兩者，可將其作為耐鹽堿品種進(jìn)一步研究和推廣。