孫 凱，張勝利，朱弘博，韓忠才，徐 飛

（吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春130033）

土壤的鹽堿化是一個(gè)世界性的生態(tài)問(wèn)題，全球超過(guò)10%的陸地正遭受著土壤鹽堿化的侵蝕.根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織以及教科文組織的不完全統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地的面積約為9.54億hm2，其中我國(guó)約為1.3億hm2［1］.土壤鹽堿化程度加重，次生鹽堿土地面積的不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重影響和制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.在人口不斷增長(zhǎng)和能源緊缺的今天，如何利用鹽堿化土地，已成為政府和科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題［2］.

甘薯（Ipomoea betatas Lam.），也稱為地瓜、甜薯、紅苕、番薯等，屬旋花科甘薯屬草本植物，是重要的糧食作物、能源原料作物和飼料作物，此外也是一種耐逆性較強(qiáng)的作物.已有的研究主要集中在甘薯的中性鹽脅迫上，表明不同甘薯品種的耐鹽程度差別很大［3－4］；有關(guān)甘薯對(duì)鹽堿混合脅迫下的研究和品種篩選目前報(bào)道的還較少.鹽堿脅迫是包含了堿性鹽脅迫和中性鹽脅迫的混合脅迫，鹽堿脅迫下植物不僅受Na＋的毒害，還會(huì)受高pH 和低水勢(shì)的脅迫［5］.因此本實(shí)驗(yàn)以5個(gè)吉林省主栽的甘薯品種為材料，研究了鹽堿脅迫下甘薯的生理指標(biāo)變化，評(píng)價(jià)了不同品種的耐鹽堿性，旨在研究鹽堿混合脅迫下甘薯的生理特性變化，以為甘薯的耐鹽堿品種的篩選和鹽堿地栽培提供參考.

甘薯的耐鹽堿性受多種基因影響，是多個(gè)因素相互作用而構(gòu)成的綜合反應(yīng)體系，由于每一項(xiàng)指標(biāo)不能一概地反應(yīng)甘薯的耐鹽堿性，單項(xiàng)的機(jī)理研究又存在一定的局限性，也不具有說(shuō)服力，因此綜合多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究分析才可以使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀.隸屬函數(shù)法是模糊集合的特征函數(shù)，利用隸屬函數(shù)法對(duì)植物的抗逆性進(jìn)行分析在玉米、馬鈴薯、水稻等作物的抗逆性研究中都有報(bào)道.本文通過(guò)求出各耐鹽堿性指標(biāo)在品種中的隸屬函數(shù)值，再通過(guò)平均值來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)品種的耐鹽堿性，對(duì)甘薯的耐鹽堿性進(jìn)行了綜合的分析與評(píng)價(jià)，以期為耐鹽堿指標(biāo)的選擇提供一種可行的方法，同時(shí)為培育優(yōu)良的耐鹽堿甘薯品種提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試材料為吉徐薯1號(hào)、吉徐薯2號(hào)、吉1114、徐紫薯2號(hào)、徐薯28，均由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)植物研究所惠贈(zèng).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用沙培方式種植薯苗，選取生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的甘薯苗為試材.薯苗扦插后第一周作為緩苗期，早晚各澆1次Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，澆灌量為細(xì)沙持水量的2倍；扦插后第二周開(kāi)始處理，用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液將NaHCO3和Na2CO3按照n（NaHCO3）∶n（Na2CO3）＝5∶1的比例配制成鹽濃度為100mmol／L的溶液作為鹽堿處理液，對(duì)照組使用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，處理后每隔2d取樣測(cè)量各個(gè)指標(biāo).

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

植株鮮干重、葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD 活性根據(jù)張治安和張美善報(bào)道的方法進(jìn)行測(cè)定［6］.

1.4 綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)法對(duì)各個(gè)品種進(jìn)行耐鹽堿性評(píng)價(jià).即

式中：F（I）為隸屬函數(shù)值；I 為指標(biāo)的測(cè)定數(shù)值；Imax，Imin分別為實(shí)驗(yàn)品種的某一指標(biāo)的最大值和最小值.當(dāng)某指標(biāo)與植物耐鹽堿能力成正相關(guān)時(shí)采用公式（1），當(dāng)某指標(biāo)與植物耐鹽堿能力成負(fù)相關(guān)時(shí)采用公式（2）；最后將各個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求和計(jì)算平均值.隸屬函數(shù)值越大說(shuō)明植株受到危害的程度越大，即耐鹽堿性越弱.通過(guò)比較平均值的大小，即可評(píng)價(jià)各甘薯品種抗鹽堿性的強(qiáng)弱.

1.5 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010（Microsoft）和SPSS 19.0（IBM SPSS）軟件進(jìn)行分析處理.

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯植株葉綠素含量的影響

鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯品種植株葉綠素含量的影響結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可見(jiàn)，不同基因型的甘薯在鹽堿脅迫下葉綠素的含量均出現(xiàn)下降現(xiàn)象，但各品種間存在差異.與對(duì)照相比，徐紫薯2號(hào)的葉綠素含量下降的最小，吉徐薯1號(hào)和吉徐薯2號(hào)下降較大，徐薯28和吉1114居中.鹽堿脅迫下，植物吸收水分困難，葉片發(fā)黃，植株葉綠素含量有所降低，這也影響了植物的光合作用，進(jìn)而使植物生長(zhǎng)緩慢.

表1 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯幼苗葉綠素含量的影響

2.2 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯相對(duì)電導(dǎo)率的影響

鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯品種相對(duì)電導(dǎo)率的影響結(jié)果見(jiàn)表2.由表2可見(jiàn)，鹽堿脅迫下，5個(gè)甘薯品種的相對(duì)電導(dǎo)率均出現(xiàn)增大現(xiàn)象，其中吉徐薯2號(hào)增大幅度最大，比對(duì)照增大了76.52%；吉徐薯1號(hào)增大了63.16%；吉1114增大幅度最小，增大了19.06%；徐紫薯2號(hào)和徐薯28的相對(duì)電導(dǎo)率增大幅度居中，且差異性不顯著.植株相對(duì)電導(dǎo)率的變化可以反映出細(xì)胞受傷害的程度，5個(gè)甘薯品種中，吉徐薯2號(hào)的相對(duì)電導(dǎo)率最高，說(shuō)明細(xì)胞受傷害的程度最為嚴(yán)重.

2.3 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯丙二醛含量的影響

鹽堿脅迫對(duì)5個(gè)甘薯品種丙二醛含量的影響結(jié)果見(jiàn)表3.由表3可見(jiàn)，在鹽堿處理下，不同基因型甘薯的丙二醛含量均出現(xiàn)增大現(xiàn)象，其中吉1114增加最少，且與其他品種間差異顯著；吉徐薯1號(hào)和吉徐薯2號(hào)增加較大，兩品種間差異不顯著；徐紫薯2號(hào)的丙二醛含量大于徐薯28的，且達(dá)到了差異顯著的水平.植株體內(nèi)丙二醛含量的變化可以反映植株受危害的程度，鹽堿脅迫下吉1114丙二醛含量最低，吉徐薯1號(hào)最高，說(shuō)明吉1114受到的危害最小，而吉徐薯1號(hào)最大.

表2 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯幼苗細(xì)胞膜透性的影響

表3 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯幼苗丙二醛含量的影響

2.4 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯植株鮮重、干重的影響

鹽堿脅迫對(duì)5個(gè)甘薯品種鮮重、干重的影響結(jié)果如圖1所示.由圖1可見(jiàn)，鹽堿脅迫抑制了5個(gè)甘薯品種的生長(zhǎng)，但對(duì)每個(gè)品種的抑制程度不同，其中吉徐薯1號(hào)的植株鮮重比對(duì)照減少60.16%；徐薯28的植株鮮重減小幅度最小，為31.81%；吉徐薯2號(hào)的植株干重減小幅度最大為79.81%；吉1114的植株干重減小幅度最小，為44.04%.從甘薯植株鮮、干重的變化可以看出，吉1114的耐鹽堿性比較強(qiáng)，而吉徐薯1號(hào)和吉徐薯2號(hào)較弱.

圖1 鹽堿脅迫對(duì)不同品種甘薯 幼苗鮮重、干重的影響

圖2 鹽堿脅迫對(duì)不同甘薯品種可溶性蛋白、 可溶性糖含量的影響

2.5 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯可溶性蛋白、可溶性糖含量的影響

鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯植株體內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖含量的影響結(jié)果見(jiàn)圖2.由圖2可見(jiàn)，鹽堿脅迫下甘薯植株體內(nèi)的可溶性蛋白、可溶性糖含量均有所增加.與對(duì)照相比，5個(gè)甘薯品種可溶性蛋白含量的增幅在9.22%～27.34%的范圍內(nèi)，吉徐薯1號(hào)增加幅度最小，徐紫薯2號(hào)增加幅度最大；可溶性糖含量增加幅度差異較大，徐薯28增加幅度最多達(dá)到47.87%，吉徐薯1號(hào)最小為9.42%.

2.6 鹽堿脅迫對(duì)不同基因型甘薯保護(hù)性酶類(lèi)的影響

鹽堿脅迫下甘薯植株體內(nèi)的SOD 活性（鮮樣）呈先升高后降低的趨勢(shì)，5個(gè)甘薯品種的變化基本趨勢(shì)相同.如圖3所示，在第3次取樣時(shí)達(dá)到峰值，吉1114的峰值最高，且與其他品種間均達(dá)到差異顯著的水平，其次為徐紫薯2號(hào)和徐薯28號(hào)，但差異并不顯著；從第4次取樣開(kāi)始各品種的SOD 活性開(kāi)始下降；最后一次取樣時(shí)，吉1114的SOD 活性最高，吉徐薯2號(hào)的SOD 活性最小.

圖3 鹽堿脅迫對(duì)不同甘薯品種SOD活性的影響

2.7 不同基因型甘薯的耐鹽堿性評(píng)價(jià)

以7個(gè)指標(biāo)的變化幅度為依據(jù)，利用隸屬函數(shù)法分析5個(gè)甘薯品種的耐鹽堿能力，結(jié)果見(jiàn)圖4.如圖4所示，不同基因型甘薯品種的耐鹽堿能力存在較大差異.

圖4 5個(gè)甘薯品種耐鹽堿能力綜合評(píng)價(jià)

3 討論及結(jié)論

研究表明，鹽堿脅迫引發(fā)了甘薯植株體內(nèi)一系列的生理響應(yīng)機(jī)制，對(duì)甘薯具有抑制生長(zhǎng)的效應(yīng)，降低了植株的鮮重、干重、葉綠素含量等指標(biāo)，且不同品種間存在著明顯的差異.本文以丙二醛含量、植株鮮干重、葉綠素含量、細(xì)胞膜透性等7個(gè)指標(biāo)的變化為依據(jù)，運(yùn)用隸屬函數(shù)法分析了5個(gè)甘薯品種的耐鹽堿能力，根據(jù)綜合指數(shù)的排序，其耐鹽堿能力強(qiáng)弱的綜合排序?yàn)椋杭?114＞徐薯28＞徐紫薯2號(hào)＞吉徐薯2號(hào)＞吉徐薯1號(hào).

有研究表明，鹽堿脅迫提高了植株葉綠素酶的活性，進(jìn)而加快了葉綠素的降解，導(dǎo)致葉綠素含量減少［7］；同時(shí)降低了植株碳的同化量，從而降低了植株的光合效率，抑制了植株的生長(zhǎng)［8］.大量實(shí)驗(yàn)證明，生物量可以綜合體現(xiàn)出植物的耐鹽堿性，是評(píng)價(jià)植物耐鹽堿性的可信指標(biāo)［9－10］，在番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）、大豆（Glycine max）、水稻（Oryza glaberrima）、小麥（Triticum aestivum Linn.）等植物的研究中已有報(bào)道［11－18］，結(jié)果與本文中甘薯的干重、鮮重、葉綠素含量均有所降低的結(jié)論一致.

相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物細(xì)胞膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，在逆境條件下，膜蛋白會(huì)因細(xì)胞膜受到破壞使細(xì)胞質(zhì)外滲，進(jìn)而導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率加大，增幅越大傷害程度就越大［19］，反映較為直接.本文中，吉1114的相對(duì)電導(dǎo)率增幅最小，反映出其具有一定的耐鹽堿能力，這與最后耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果一致.

鹽堿脅迫下，高Na＋的存在使植株吸水困難，植物細(xì)胞膜系統(tǒng)也受到一定的破壞而發(fā)生失水，植株就會(huì)產(chǎn)生一些生理響應(yīng)機(jī)制，合成新的可溶性蛋白、可溶性糖以加強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)作用，增強(qiáng)植株的抗鹽堿性.本實(shí)驗(yàn)中，5個(gè)甘薯品種的可溶性蛋白、可溶性糖含量在受到鹽堿脅迫后都有所增加，反映出甘薯具有一定的耐鹽堿性，但也因品種的不同存在差異.

植株在逆境時(shí)，會(huì)積累較多的活性氧，丙二醛是膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物之一，其含量高低可以作為細(xì)胞受脅迫程度的指標(biāo)之一，它的主要傷害是導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，損傷生物膜結(jié)構(gòu)；與此同時(shí)植物體內(nèi)保護(hù)性酶活性會(huì)應(yīng)激提高以保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷［20－21］.本研究中，5個(gè)甘薯品種的丙二醛含量均升高，但程度不同，說(shuō)明不同品種受到傷害的程度不同.甘薯體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)相關(guān)酶活性明顯受到鹽堿脅迫的影響，SOD 活性應(yīng)激升高，之后逐漸降低，這說(shuō)明甘薯植株自身有著比較強(qiáng)的生理適應(yīng)性，在一定程度上，能有效清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，最大程度減少甘薯所受到的傷害，且品種間存在著差異.

本研究采用隸屬函數(shù)法對(duì)5個(gè)甘薯品種的7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了綜合耐鹽堿性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)消除了個(gè)別指標(biāo)帶來(lái)的片面性，較客觀地評(píng)價(jià)了不同基因型甘薯的耐鹽堿性.但是此次研究尚未考慮每項(xiàng)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率問(wèn)題，有待在今后的進(jìn)一步研究中結(jié)合聚類(lèi)分析法、隸屬函數(shù)法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化法等［22－23］進(jìn)行論證，使抗逆性的研究結(jié)果更加明確、客觀.

［1］肖娟.水質(zhì)對(duì)鹽堿地水鹽耦合運(yùn)移和作物生長(zhǎng)影響的研究［D］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

［2］趙可夫.植物抗鹽生理［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993：3－4，136－138.

［3］孫曉波，謝一芝，馬鴻翔.甘薯幼苗對(duì)海水脅迫的生理生化響應(yīng)［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，24（5）：600－606.

［4］柯玉琴，潘廷國(guó)，NaCl脅迫對(duì)甘薯苗期生長(zhǎng)、IAA 代謝的影響及其與耐鹽性的關(guān)系［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13（10）：1303－1306.

［5］EI S H M A，SHADDAD M A K.Comparative effect of sodium carbonate，sodium sulphate，and sodium chloride on the growth and related metabolic activities of pea plants［J］.J Plant Nutrition，1996，19（5）：717－728.

［6］張治安，張美善，蔚榮海，等.植物生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

［7］高永生，王鎖民，龔海軍.鹽脅迫下植物離子轉(zhuǎn)運(yùn)的分子生物學(xué)研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2003，12（5）：18－25.

［8］GRIEVE C M，LESCH S M，MAAS E V，et al.Leaf and spikelet primordia initiation in salt－stressed wheat［J］.Crop Science，1993，33：1286－1292.

［9］VICENTE O，BOSCAIU M，NARANJO M A，et al.Responses to salt stress in the halophyte Plantago crassifolia（Plantaginaceae）［J］.Journal of Arid Environments，2004，58（4）：463－481.

［10］LEVITT J.Response of plants to environmental stress［M］.New York：Academic Press，1980：365－434.

［11］羅慶云，於丙軍，劉友良.大豆苗期耐鹽性鑒定指標(biāo)的檢驗(yàn)［J］.大豆科學(xué)，2001，20（3）：177－182.

［12］劉祖祺，張石城.植物抗性生理學(xué)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994：278.

［13］李倩中，蘇家樂(lè)，劉曉宏，等.4 種槭屬植物耐鹽性差異的研究［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）：227－228.

［14］趙鎖勞，竇延玲.小麥耐鹽性鑒定指標(biāo)及其分析評(píng)價(jià)［J］.西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26（6）：80－85.

［15］鐘小仙，鄒 軼，張建麗，等.海鹽脅迫對(duì)海濱雀稗植株形態(tài)與生長(zhǎng)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）：235－236.

［16］祁棟靈，韓龍植，張三元.水稻耐鹽／堿性鑒定評(píng)價(jià)方法［J］.植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2005，6（2）：226－231.

［17］湯日圣，黃益洪，唐現(xiàn)洪，等.生物源脫落酸對(duì)鹽脅迫下辣椒苗生長(zhǎng)和某些生理指標(biāo)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，25（4）：856－860.

［18］WALTER L.植物生理生態(tài)學(xué)［M］.翟志席，郭玉海，馬永澤，譯.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1997：305.

［19］肖雯，李恢先，蒲陸梅.幾種鹽生植物抗鹽生理指標(biāo)的研究［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2000，20（5）：818－825.

［20］?TAJNER D，POPOVI□M，?TAJNER M.Herbicide induced oxidative stress in lettuce，beans，pea seeds and leaves［J］.Biologia Plantarum，2003，47：575－579.

［21］呂金印，郭 濤.水分脅迫對(duì)不同品種甜高粱幼苗保護(hù)酶活性等生理特性的影響［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（4）：89－93.

［22］孟慶立，關(guān)周博，馮佰利，等.谷子抗旱相關(guān)性狀的主成分與模糊聚類(lèi)分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（8）：2667－2675.

［23］張衛(wèi)星，趙致，柏光曉，等.不同基因型玉米自交系的抗旱性研究與評(píng)價(jià)［J］.玉米科學(xué)，2007，15（5）：6－11.