桃自根砧對NaCl生理生化響應及耐鹽閾值分析

張帆， 王鴻， 張雪冰， 陳建軍

（甘肅省農業科學院林果花卉研究所，蘭州 730070）

我國是世界鹽堿地大國，鹽堿土地面積約為3 600 萬hm2[1]，鈉鹽脅迫嚴重制約著我國中西部地區桃產業的發展[2]。西北地區是我國高品質桃產區，區域內土壤pH 較高(≥8.2)。該區域以毛桃為砧木的桃樹在土壤全鹽含量大于0.1%的條件下2~3 年內即可造成樹體嚴重黃化，而以山桃為砧木的桃樹在含鹽更高的（全鹽0.2%）土壤中仍可正常生長結果。同時，桃砧木的抗鹽堿能力直接影響嫁接品種的生長發育及果實的產量和品質，尤其是抗鈉鹽性能。一般桃品種在土壤含鹽量為0.2%~0.4%時生長不良，葉片黃化，因此嫁接耐鹽砧木能有效提高桃抗鹽能力[3]。歐美、日本等國家和地區都非常重視砧木材料的收集、研究和開發利用，生產中也以無性系專用砧木為主[4]。我國桃生產目前仍以種子實生砧木為主，極大地限制了鹽堿地的桃產業發展。近年來，隨著桃產業種植面積不斷擴大，在西北生產中實生砧木使后代分離較嚴重[4]。隨著無性系繁育技術的研發，桃無性系砧木櫻桃李（Prunus cerasiferaEhrhart）1號（李1）、櫻桃李3號（李3）、櫻桃李5號（李5）、RA（Prunus cerasiferaEhrhart）和GF677（Prunus dulcisMill.×Prunus persica）的無性系繁育技術已達產業化。為提高桃樹抗鹽堿能力，篩選耐鈉鹽強的自根砧對桃產業發展意義重大。

對桃砧木的研究大多集中在無性系繁育生產技術[5]、抗鹽堿[6]、抗澇[7]、抗旱[4]等方面。但對近年繁育的無性系桃砧木櫻桃李1 號（李1）、3 號（李3）、5 號（李5）及RA 和GF677 進行持續鹽脅迫后其生理生化性狀變化的系統評價尚未見報道。因此，本文對以上5 種桃自根砧苗不同水平鹽脅迫，分析不同砧木葉片的葉綠素、丙二醛（malonaldehyde，MDA）、滲透調節物、Na+和K+含量及抗氧化酶活性、葉綠素快速熒光特性等指標；同時以每種砧木的凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）為因變量、以NaCl 含量為自變量構建擬合曲線并建立回歸方程，以Pn下降50%的基質含鹽量確定5 種無性系砧木的耐鹽閾值；通過抗鹽系數和隸屬函數的全面解析，篩選抗鹽性較好的桃自根砧，為該區域桃產業發展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選擇苗齡為1 年的扦插桃砧木李1、李3、李5、RA 和GF677 為試材。于2021 年7 月扦插，生根后先移栽至10 cm×10 cm營養缽中，培養基質為按體積比1∶1∶1混合的珍珠巖、蛭石、草炭，60 d后定植在規格為20 cm×20 cm 塑料花盆中，每盆裝有混合基質4 kg，每盆1 株，幼苗長至高40 cm 左右進行不同水平的鹽脅迫處理。

1.2 試驗設計

采用L15(33) 正交試驗設計，采用質量體積分數0.2%、0.4%、0.6% NaCl 的 Hoagland 營養液分別處理無性系砧木李1、李3、李5、RA 和GF677，共計15 個處理，每處理3 次重復。于每天下午6點澆灌300 mL 配置好的 Hoagland 營養液或清水，在每次澆灌后第2 天把滲漏到托盤中的液體倒回盆中，共澆灌30 d，期間觀察葉片黃化癥狀。待30 d 后選擇新梢上第2~4 片成熟葉，用于測定葉片葉綠素、滲透調節物質含量和抗氧化物酶活性等生理生化指標及葉綠素熒光特性。

1. 3 測定項目與方法

1.3.1生理生化指標測定 參照李合生等[8]方法測定葉片葉綠素、丙二醛（MDA）、游離脯氨酸（free proline，Pro）和可溶性糖含量及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）過氧化物酶（peroxidase， POD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性；參照杜遠鵬等[9]方法測定K+、Na+含量；參照張帆等[4]方法測定葉綠素快速熒光。

1.3.2桃砧木抗鹽性系數和隸屬函數綜合評價以鹽脅迫處理30 d的相對生物量來評價苗期抗鹽性，計算公式如下。

將測定指標換算成隸屬函數值或反隸屬函數值，用于判斷桃砧木的抗鹽性。隸屬函數值的計算如公式（2）所示，反隸屬函數值的計算公式如公式（3）所示。

式中，Xi為i指標的測定值，Ximin，Ximax分別為所有自根砧i指標的最大值和最小值。

1.3.3耐鹽閾值計算 以砧木葉片凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）為因變量、以NaCl 含量為自變量構建擬合曲線，并建立回歸方程，以Pn下降50% 的NaCl含量作為其耐鹽閾值。

1.4 數據分析

采用Excel 2010 分析作圖，用DPS 單因素方差分析（One-way ANOVA），用最小顯著差數法(least significant difference，LSD)進行多重比較，用隸屬函數值進行耐鹽性評價。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對桃砧葉片MDA 及滲透調節物質含量的影響

不同鹽脅迫處理下，5 種桃自根砧葉片的MDA、Pro和可溶性糖含量如圖1所示。隨著鹽脅迫程度的增加，5種砧木葉片中MDA含量均增加，其中，GF677 在0.4% NaCl 處理時MDA 含量較0.2% NaCl 處理顯著增加，之后隨著NaCl 含量的繼續增加增長緩慢；RA 葉片的MDA 含量高于其他4 種砧木；GF677 在0.2% NaCl 處理時葉片的MDA 含量最低。Pro 含量在不同桃砧中存在差異，在李1和RA中先緩慢上升后迅速上升，在李3和李5 中先降后升，而在GF677 中則緩慢下降，其中李1、李3 和RA 在0.6% NaCl 處理時Pro 含量最高；李5 在0.4% NaCl 處理時Pro 含量最低。可溶性糖含量在李1 和RA 中表現為先升后降，在GF677中呈緩慢下降趨勢，在李3和李5中呈上升趨勢。

圖1 鹽脅迫下桃自根砧葉片的MDA、Pro和可溶性糖含量Fig. 1 Contents of MDA， Pro and soluble sugar in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.2 鹽脅迫對桃自根砧葉片抗氧化酶活性的影響

不同鹽脅迫處理下，5 種桃自根砧葉片中抗氧化酶活性如圖2 所示。隨著鹽脅迫程度的增加，5 種自根砧葉片的SOD 活性均呈上升趨勢，且均在0.6% NaCl 處理時達到最大值。與0.2%NaCl 處理相比，李1、李3、李5、RA 和GF677 在0.6% NaCl 處理下的葉片SOD 活性分別增加25.0%、18.1%、24.9%、18.4%和31.2%。不同砧木葉片POD 活性隨鹽脅迫程度增加的變化趨勢存在差異，在李1 和李3 中POD 活性呈先降后升，在RA 中呈上升趨勢，在李5和GF677中POD 活性呈先升后降趨勢。隨著鹽脅迫程度的增加，李1、李3 和RA 中CAT 活性呈上升趨勢，李5 中則呈下降趨勢，而在GF677 中表現為先升后降，在0.4%NaCl 處理時CAT 活性最高，且不同脅迫處理間差異顯著。

圖2 鹽脅迫下桃自根砧葉片的SOD、POD和CAT活性Fig. 2 Activities of SOD， POD and CAT in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.3 鹽脅迫對桃自根砧葉片K+、Na+含量及Na+/K+值的影響

不同鹽脅迫處理下，5 種桃自根砧葉片中K+、Na+含量如圖3 所示。鹽脅迫不同程度地降低了桃自根砧葉片的K+含量。隨著鹽脅迫程度的增加，5 種砧木葉片的K+含量均表現為下降趨勢，降幅在18%~74%之間，且處理間差異顯著，其中，降幅最大的是李3 和GF677，最小的是李1。鹽脅迫顯著增加了5 種砧木葉片的Na+含量，0.6% NaCl處理較0.2% NaCl 處理增加22%~42%，其中增幅最大是李3，最小的是GF677。NaCl 脅迫提高了砧木葉片的 Na+/K+值，其中李3 在0.6% NaCl 處理下葉片的 Na+/K+值最高；GF677葉片在3種脅迫處理下的Na+/K+值均較小。

注：不同小寫字母表示不同處理間在P<0.05水平差異顯著。Note： Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.

2.4 鹽脅迫對桃自根砧葉片葉綠素含量的影響

不同鹽脅迫處理下，5 種桃自根砧葉片的葉綠素含量如圖4 所示。鹽脅迫30 d 后，葉片葉綠素a 含量因品種不同表現各異，在李5 和GF677中先降后升，在李1 和RA 中先升后降，在李3 則呈下降趨勢。5 種砧木葉片的葉綠素b 含量差異顯著，在李1、李3 和RA 中先升后降，在李5 中先降后升，在GF677 中呈逐漸下降趨勢。李5 在0.2% NaCl 處理下葉綠素a/b 值最大，RA 在 0.6%NaCl 處理下葉綠素a/b 值達到最大，其余處理間差異不顯著。不同鹽脅迫處理下，李1、李3 和RA 葉片的類胡蘿卜素含量呈先降后升趨勢，而在李5 和GF677 中則呈先升后降趨勢，且處理間差異顯著。

圖4 鹽脅迫下桃自根砧葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b及類胡蘿卜素含量Fig. 4 Contents of chlorophyll a， chlorophyll b， carotenoid and chlorophyll a/b value in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.5 鹽脅迫對桃自根砧葉片快速熒光特性的影響

不同鹽脅迫下5 種桃自根砧葉片的快速熒光動力學參數如表1 所示。GF677 的最大光化學效率（Fv/Fm）最高，李5 次之，李1 和RA 表現最低，且處理間差異不顯著。光合性能指數（PIABS）是以吸收光能為基礎的性能指數，5 種桃自根砧中，GF677 的PIABS最高；其次是李3 和RA，且處理間差異不顯著；李1 在0.4%和0.6% NaCl 處理下PIABS最低。這說明不同鹽脅迫下，桃自根砧葉片的受害程度不同，也反應出PIABS對鹽脅迫的敏感性。PItotal是綜合性能指數，主要表示光系統間的電子傳遞活性。各處理PItotal在2.611~0.011之間，其中GF677 在0.2 NaCl 處理下的PItotal最高，李1在0.6% NaCl處理下最低。φEo表示吸收的能量中用于電子傳遞的量子產額。鹽脅迫30 d 后，5 種桃自根砧葉片均受到不同程度的影響，GF677 在0.2% NaCl 處理下葉片的φEo顯著高于其他處理；李1 在0.6% NaCl 處理下葉片的φEo最低，且不同脅迫處理間差異顯著。φRo是用于還原PS Ⅰ（photosystem Ⅰ）受體側末端電子受體的量子產額，和φEo變化趨勢一致，鹽脅迫30 d后，各品種均受到不同程度的影響，其中GF677 葉片的φRo明顯高于其他品種。

表1 鹽脅迫對桃自根砧葉片的快速熒光動力學參數Table 1 Fast fluorescence kinetic parameters of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

由表2可知，5種桃自根砧葉片的單位反應中心吸收(ABC/CSm)、捕獲(TRo/CSm)、傳遞(ETO/CSm)的光能和有活性的反應中心數量(RC/CSm)在鹽脅迫后均發生變化，且4 個光能參數變化趨勢基本一致。GF677 在0.2% NaCl 處理下葉片ABC/CSm最大，李1 在0.4%和0.6% NaCl 處理下ABC/CSm最小，其余處理間無顯著差異。GF677 在0.2%NaCl 處理下葉片TRo/CSm最大，李5 在0.6% NaCl處理下TRo/CSm最小，其余處理間無顯著差異。GF677 在0.4%和0.6% NaCl 處理下葉片ETO/CSm最大，李5在0.6% NaCl處理下ETO/CSm最小，其余處理間無顯著差異。 GF677 在0.2% 和0.4%NaCl 處理下葉片RC/CSm最大，李1 和李5 在0.6%NaCl處理下RC/CSm最小。由此說明，鹽脅迫引起自根砧葉片反應中心吸收和捕獲的光能減少，尤其是耐鹽性弱的品種。

表2 鹽脅迫下桃自根砧葉片的光能吸收、捕獲和傳遞Table 2 Light energy absorption， capture and transmission of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

為探討鹽脅迫對5 種桃自根砧葉片光系統活性的影響，進一步分析了不同脅迫下葉片的快速葉綠素熒光誘導動力學曲線（又稱OJIP 曲線），結果（圖5）表明，鹽脅迫使得砧木葉片OJIP 曲線發生明顯變化。OJIP 曲線偏離度增加，5 個品種在3 種鹽脅迫下的J 相、I 相、P 相均降低，J-I 相和最大熒光強度(P)也呈現降低趨勢，其中李1 在0.6%NaCl 處理下的降幅最小；GF677 在0.2% NaCl 處理下的降幅最小。I、P 點熒光產額下降，其中GF677 的熒光產額降幅最小，李1 的熒光產額下降顯著。根據5 種桃自根砧OJIP 曲線中J-I 相的降幅及I 點和P 點的降低程度，其耐鹽性表現為GF677>RA>李3、李5>李1。

圖5 鹽脅迫下桃自根砧木葉片快速熒光誘導曲線的變化Fig. 5 Changes of rapid fluorescence induction curve of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

2.6 鹽脅迫對桃自根砧葉片耐鹽系數的影響

耐鹽系數越高，植物的耐鹽能力越強。由圖6 可知，鹽脅迫30 d 后，5 種自根砧葉片的耐鹽系數均隨著脅迫程度的增強呈降低趨勢，且差異顯著，綜合分析發現不同品種自根砧葉片的耐鹽系數表現為：GF677>RA>李5>李1>李3。

圖6 鹽脅迫下桃自根砧葉片的耐鹽系數Fig. 6 Tolerance coefficient of leaves in peach self-rooted rootstock under salt stress

2.7 鹽脅迫下桃自根砧木品種抗旱性綜合指標的評價

為更加準確地評價5 個桃自根砧品種的耐鹽性，對5品種各指標的隸屬函數進行綜合分析和計算，結果（表3）表明，隸屬函數平均值與品種耐鹽性之間呈線性關系，桃自根砧持續鹽脅迫30 d后，品種的耐鹽性表現為：GF677>RA>李3>李5>李1。

表3 不同桃自根砧品種抗鹽指標的隸屬度分析Table 3 Membership analysis of salt resistance indexes of different peach self-rooted rootstock

2.8 桃自根砧的耐鹽閾值分析

以NaCl脅迫30 d時5種自根砧的葉片凈光合速率為縱坐標(y)、以基質中NaCl 含量為橫坐標(x)作散點圖，進行擬合得到二次曲線方程，如圖7 所示。根據擬合方程，李1、李3、李5、RA 和GF677的耐鹽性閾值分別為0.37%、0.43%、0.38%、0.46%、0.49% NaCl。

圖7 基質NaCl含量與桃自根砧葉片Pn的擬合曲線Fig. 7 Fitting curve between matrix NaCl content and leaf Pn of peach self rootstock

3 討論

3.1 鹽脅迫對桃自根砧光合色素的影響

土壤鹽堿化造成作物損失，對農業的威脅越來越大[6]。研究認為，土壤含鹽較高會破壞植物根系細胞，減弱光合速率，降低植物光合同化物質積累量，降低葉綠素含量[6,10]。本研究發現，5種桃自根砧葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量有的隨鹽脅迫程度的增加先升后降、有的先降后升、有的呈下降趨勢，與前人結果不完全一致。本研究中，葉綠素a 的增加可能是NaCl 脅迫提高了葉綠素酶活性，使光合色素的合成減弱、分解增加，從而使光合色素易于提取，導致測定的葉綠素含量提高；葉綠素a 降低可能是由于葉綠素酶活性增強，對葉綠素b 的降解所致，試驗中耐鹽性差的砧木葉綠素a變化大，葉綠素b變化較小。葉綠素a/b 的變化較為復雜，且其比值與葉綠素a、葉綠素b 降解并不是簡單的線性關系，因此品種間變幅并不是呈現單一的變化趨勢，可能是材料耐鹽性不同所致，其機理還需從分子角度進一步解析。

葉綠素熒光特性是研究光合作用的基礎，能分析逆境條件下光能在光合系統的吸收、轉化、散失和分布[10]。研究表明，干旱脅迫可抑制桃自根砧葉片PSⅡ的功能[5]。本研究發現，在NaCl 含量為0.2%時，5 種桃自根砧葉片的快速熒光動力參數Fv/Fm及光能的傳遞、捕獲和吸收等雖有下降，但處理間差異不顯著，這說明低水平的 NaCl脅迫并沒有對葉片PSⅡ發生嚴重的光抑制；當NaCl含量為0.37%及以上時，李1和李5的Fv/Fm、φ及PSⅡ中快速熒光動力參數J相、I相、P相顯著降低，出現光抑制現象，葉綠體遭到破壞；當NaCl含量為0.43%及以上時，李3、RA 和GF677 的葉綠體遭到嚴重破壞。由此說明，鹽脅迫下自根砧光能的傳遞和轉化利用均出現了明顯的下降，同時降低光合電子傳遞速率，與張瑞等[11]、吳強盛等[12]在蘋果、梨上的相關研究結果一致。

3.2 鹽脅迫對桃自根砧酶保護系統和耐鹽性的關鍵指標的影響

鹽脅迫下，植物細胞膜透性增加，膜質過氧化作用增強，與植物葉片中抗氧化酶活性的變化有關[12]。趙天然等[10]研究發現，鹽脅迫后流蘇樹葉片的SOD、POD 活性先升后降，MDA 含量先降后升。本研究表明，5 種桃自根砧葉片的SOD 活性與鹽脅迫程度成正相關關系；李1 和李3 葉片的POD 活性先降后升，RA 呈上升趨勢，李5 和GF677 的POD 活性先升后降；李1 和RA 葉片的CAT 活性呈上升趨勢，李5呈下降趨勢， GF677則表現為先升后降；且各品種的MDA 含量均大幅上升。這說明基質中鹽含量超出了部分砧木NaCl脅迫的閾值，高鹽脅迫下幼苗葉片的膜脂過氧化程度增加，電解質大量外滲，膜脂過氧化產物積累，Pro和可溶性糖含量在品種間的變化趨勢不盡相同，耐鹽性強的砧木Pro 和可溶性糖含量的變幅較小，耐鹽性弱的砧木則反之。在輕度鹽脅迫下葉片有一定的滲透調節能力，當高鹽脅迫時其滲透調節能力減弱甚至被破壞，與魏婧等[13]研究結果相似。

3.3 鹽脅迫對桃自根砧Na+、K+含量及Na+/K+變化的影響

鹽離子會阻礙植物的生長、發育，降低產量[14]。5 種桃自根砧葉片的Na+含量及Na+/K+隨鹽脅迫程度的增加而升高，K+含量則相反，與Francisco 等[15]研究結果一致。可見，鹽脅迫影響了5 種自根砧葉片對Na+、K+等的吸收、運輸和分配，因此在鹽含量增加時，出現了Na+、K+競爭，當葉片Na+含量增加時，K+含量反而降低，耐鹽性較強的砧木葉片Na+含量較低，說明耐鹽品種能把鹽離子控制在根系中，阻止其向地上部運輸，減少了鹽離子對砧木葉片的危害，從而表現出較強的耐鹽性[16]。砧木體內維持較低的Na+/K+值有利于機體的正常生長發育，當NaCl 含量為0.6%時，GF677 葉片的Na+/K+最低，說明其通過離子分配運輸平衡保證了葉片較低Na+/K+值，從而減少鹽脅迫造成的傷害。

3.4 鹽脅迫對桃自根砧耐鹽閾值的影響

不同作物的耐鹽機制各異。當受到鹽脅迫時，植株的生理生化指標均受到不同程度的影響。本研究根據品種選擇了能夠證明耐鹽性強弱的指標，分析了桃自根砧耐鹽閾值的安全范圍，通過方程擬合，估算出了李1、李3、李5、RA 和GF677 的耐鹽性閾值分別為0.37%、0.43%、0.38%、0.46%和0.49% NaCl。當品種處于低于自身耐鹽閾值環境時，除葉片有失綠現象，對其生理生化指標的影響較小；一旦鹽含量超過自身耐鹽閾值，其光合特性及生理生化指標均顯著降低，與李趙嘉等[17]研究結果一致。結合隸屬函數和耐鹽系數等指標，5種自根砧中GF677耐鹽性最強，RA 次之，李1的耐鹽性較差。