禹世豪 畢春竹 耿紅凱 任安琦 李慶衛(wèi)

(北京林業(yè)大學(xué),北京，100083)(國家花卉工程技術(shù)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(qū)，具有耐鹽堿、干旱且易管理等優(yōu)良特性，其枝、葉、花、果具較高的觀賞及藥用價(jià)值[1-2]。沙棗是我國鹽堿地區(qū)的先鋒樹種，近年來在北京、河北、山東等地陸續(xù)引種栽培[3-5]。20世紀(jì)90年代已有學(xué)者對沙棗耐鹽性進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)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(fā)育，抵御不良環(huán)境條件[8-10]。有研究發(fā)現(xiàn)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(zhì)量濃度NaCl脅迫抑制沙棗抗氧化酶的活性[13]，降低葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)促進(jìn)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(yīng)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(zhì)資源、開發(fā)鹽堿土地的植物應(yīng)用對改變這一現(xiàn)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(yīng)進(jìn)行分析，旨在為沙棗在鹽堿地區(qū)的引種栽培及園林應(yīng)用提供參考。目前，關(guān)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(fù)雜的，單鹽處理不足以反映實(shí)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(jìn)行脅迫試驗(yàn)，研究鹽堿脅迫時(shí)其生長、生理等指標(biāo)的變化，并對甘肅、寧夏2個(gè)種源的沙棗進(jìn)行綜合性耐鹽評價(jià)。通過對鹽堿脅迫時(shí)沙棗各項(xiàng)生長、生理指標(biāo)的分析，判斷其在鹽堿脅迫時(shí)的耐鹽堿能力，確定不同種源的耐鹽閾值，篩選出更優(yōu)質(zhì)的沙棗種質(zhì)資源，為不同類型的鹽堿地區(qū)引種沙棗提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年6—7月在北京林業(yè)大學(xué)梅菊圃溫室內(nèi)進(jìn)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(nèi)，盆中基質(zhì)為V(草炭土)∶V(珍珠巖)∶V(洗凈河沙)=2∶1∶1，質(zhì)量為5 kg。花盆底布置托盤，放置于北京林業(yè)大學(xué)梅菊園苗圃中進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，土壤鹽分梯度(土壤中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為0(pH=6.91，CK)、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，對照組澆灌營養(yǎng)液，處理組澆灌營養(yǎng)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(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。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(dá)到設(shè)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，開始計(jì)算脅迫時(shí)間，于脅迫的0、10、20、30、40 d時(shí)選取植株中上部的葉片進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。脅迫40 d時(shí)測定葉長、葉寬、新梢長度、地徑生長量等生長指標(biāo)。

1.3 表型性狀測定

在脅迫處理前及處理40 d時(shí)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(biāo)卡尺測量葉長、葉寬；每株幼苗選擇5枝新梢做標(biāo)記，在試驗(yàn)前后分別測量其長度。

1.4 生理指標(biāo)測定

采用相對電導(dǎo)率法測定葉片膜透性，硫代巴比妥酸法測定丙二醛質(zhì)量摩爾濃度[18]；考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]；茚三酮比色法測定游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]；蒽酮比色法測定可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]；氮藍(lán)四唑法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[18]；愈創(chuàng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)[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(shù)，測定指標(biāo)包括凈光合速率(Pn)、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)，每個(gè)處理設(shè)9次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel2012和SPSS22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，沙棗生長量減小，生長逐漸受到抑制。脅迫40 d后，2個(gè)種源的沙棗在鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，部分葉片出現(xiàn)葉緣焦枯，且隨處理鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，焦枯葉片增多。在鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)，2個(gè)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(zhì)量摩爾濃度的影響

如表2、表3所示，在混合鹽堿脅迫時(shí)，隨著土壤鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加及時(shí)間延長，寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗的葉片細(xì)胞膜透性呈增大趨勢,丙二醛質(zhì)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(shí)，甘肅種源的葉片膜透性在鹽分梯度為0.9%、1.2%時(shí)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(shí)，寧夏沙棗葉片膜透性增幅高于甘肅沙棗的增幅。脅迫持續(xù)30 d時(shí)，2個(gè)種源沙棗葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均隨著鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，且與對照呈顯著性差異。脅迫40 d，鹽分梯度為1.2%時(shí)，寧夏、甘肅2個(gè)種源的沙棗丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均達(dá)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(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加及脅迫時(shí)間的延長，寧夏、甘肅2個(gè)種源的沙棗葉片游離脯氨酸、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈下降趨勢，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨脅迫時(shí)間的延長呈先升后降再上升的趨勢，但2個(gè)種源的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度不同。脅迫10 d時(shí)，隨著鹽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，寧夏種源沙棗葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先升后降的趨勢，甘肅種源的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢，與對照著差異顯著(P<0.05)。脅迫40 d時(shí)，2個(gè)種源沙棗葉片游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)相較于對照均顯著增加(P<0.05)，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降(P<0.05)，且寧夏種源沙棗葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降幅較大。寧夏種源的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鹽分梯度為0.9%時(shí)達(dá)最大值，甘肅種源的在鹽分梯度為1.2%時(shí)達(dá)最大值。

表4 鹽堿脅迫對沙棗游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

表5 鹽堿脅迫對沙棗可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

表6 鹽堿脅迫對沙棗可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的的影響

表7 鹽堿脅迫對沙棗葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)間的延長，寧夏、甘肅2個(gè)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(shí)，2個(gè)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(shí)，達(dá)最大值。脅迫20 d時(shí)，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(shí)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(shí)達(dá)到最大值(303.21 U·g-1)。脅迫30 d時(shí)，2個(gè)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(jù)表10、表11、表12、表13可知，隨鹽分梯度增加，寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗Pn、Gs整體呈下降趨勢。隨脅迫時(shí)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(shí)，2個(gè)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(shí)間的延長，2個(gè)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(shí)，寧夏種源Ci在鹽分梯度為1.2%時(shí)達(dá)最大值417.664 μmol·mol-1，甘肅種源Ci在鹽分梯度為0.9%時(shí)達(dá)最大值384.740 μmol·mol-1。脅迫至40 d時(shí)，2個(gè)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(dǎo)度的影響

表12 鹽堿脅迫沙棗胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)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(jià)

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(biāo)。常采用植物生長量或生物量下降50%時(shí)土壤中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)果如表14所示。以新梢生長量下降50%時(shí)土壤中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(qiáng)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(jìn)行沙棗的耐鹽性評價(jià)[20]。由表15可知，在寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗在混合鹽堿脅迫時(shí)，分別提取2個(gè)主成分及主成分各指標(biāo)所對應(yīng)系數(shù)，以系數(shù)為權(quán)重構(gòu)建評分模型，以歸一化處理的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建綜合評分模型表達(dá)式：

表15 基于主成分分析的2種源沙棗耐混合鹽堿指標(biāo)主成分系數(shù)及貢獻(xiàn)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(xiàng)指標(biāo)代入綜合評分模型，計(jì)算出2個(gè)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(qiáng)于甘肅種源沙棗。

3 討論

在鹽堿脅迫時(shí)，植物的生長特性是耐鹽堿能力強(qiáng)弱的直接體現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗在鹽分梯度為0.3%時(shí)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(shí)，葉長、葉寬、新梢、地徑生長量均達(dá)到最小，受抑制作用最強(qiáng)。

鹽分脅迫往往導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)受到不同程度的損傷，表現(xiàn)為細(xì)胞受到的毒害作用越大丙二醛質(zhì)量摩爾濃度越高[22-23]。寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗葉片的膜透性、丙二醛質(zhì)量摩爾濃度隨鹽分梯度的增加和脅迫時(shí)間的延長呈上升趨勢。脅迫處理40 d時(shí)，2個(gè)種源沙棗在高鹽分梯度(1.2%)脅迫下，細(xì)胞膜透性、丙二醛質(zhì)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(jié)果一致。其中甘肅種源沙棗膜透性、丙二醛質(zhì)量摩爾濃度上升幅度較小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽堿性。

細(xì)胞活性氧清除系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)在植物逆境生理中發(fā)揮著重要作用，共同維持各項(xiàng)代謝反應(yīng)的進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的水平也是衡量植株對逆境適應(yīng)能力的重要指標(biāo)[26-28]。隨脅迫時(shí)間的延長，2個(gè)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(jié)果一致，脅迫10、20 d時(shí)，2個(gè)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(huán)境的適應(yīng)力較強(qiáng)。在脅迫后期，低鹽分梯度脅迫時(shí)，超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性仍維持相對穩(wěn)定；高鹽分梯度鹽脅迫時(shí)，超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性均降至最低，表明細(xì)胞內(nèi)活性氧的積累水平超出沙棗自身的調(diào)控能力，抗氧化機(jī)制受到嚴(yán)重抑制，細(xì)胞膜系統(tǒng)受損嚴(yán)重[30]。游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累總體呈增長趨勢，這與楊佳鑫等[31]對梅花的研究結(jié)果相似。

脅迫處理過程中寧夏種源沙棗葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(gè)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(shí)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(shí)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(jié)論

以2個(gè)種源沙棗的耐鹽堿能力值作為因變量，12個(gè)生理指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)作為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，篩選出可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、過氧化物酶活性、Tr可作為沙棗耐鹽堿性評價(jià)的主要鑒定指標(biāo)。比較寧夏、甘肅2個(gè)種源沙棗的耐鹽閾值及耐鹽性評價(jià)得分，發(fā)現(xiàn)寧夏種源沙棗對鹽堿的耐受能力強(qiáng)于甘肅種源沙棗。本研究初步探討了混合鹽堿脅迫對2個(gè)種源沙棗的影響，旨在確定沙棗在鹽堿脅迫時(shí)的耐鹽堿能力，篩選出更優(yōu)質(zhì)的沙棗種質(zhì)資源，為科學(xué)評價(jià)沙棗的耐鹽堿機(jī)制、沙棗在鹽堿地的引種栽培及園林綠化應(yīng)用提供參考。