摘要:[目的]研究苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性差異并篩選耐鹽性評價指標(biāo)。[方法]以1年生苦楝、白榆和刺槐幼苗為研究對象,設(shè)置0、100、200和300 mmol·L-1 NaCl處理,對各NaCl處理下3種幼苗的生物量、生理和生化指標(biāo)進(jìn)行分析。[結(jié)果](1) NaCl脅迫抑制了苦楝、白榆和刺槐幼苗的生物量,使其葉片相對含水量下降、電解質(zhì)滲透率升高;(2)刺槐幼苗葉綠素含量隨NaCl濃度升高而顯著下降,但苦楝和白榆幼苗葉綠素a和葉綠素b含量僅在300 mmol·L-1 NaCl處理下顯著降低;NaCl脅迫導(dǎo)致3種幼苗的光合作用參數(shù)Pn、Gs、Ci和E下降,而氣孔限制值、水分利用效率、根和葉中游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量、根和葉中CAT和APX活性升高;(3) NaCl脅迫改變了苦楝、白榆和刺槐幼苗體內(nèi)的離子平衡狀態(tài),使3種幼苗根和葉中的Na+含量顯著升高、葉中K+含量升高;而根和葉中Mg2+和Ca2+以及根中K+含量的變化規(guī)律不完全一致。[結(jié)論]苦楝、白榆和刺槐幼苗耐鹽能力強弱為白榆gt;苦楝gt;刺槐;根中游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量、根和葉中CAT和APX活性、根中Ca2+和葉中Na+含量與苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性關(guān)聯(lián)度較高,可作為耐鹽性評價指標(biāo)。
關(guān)鍵詞:鹽漬化;耐鹽性;適應(yīng)性評價;耐鹽性指標(biāo)
中圖分類號:S727 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-1498(2024)03-0156-13
我國鹽堿地面積約為9 900萬公頃,廣泛分布在東北、西北、華北及濱海地區(qū)。土壤中過量的鹽分破壞了植物的生理代謝過程,影響植物正常生長,造成林分衰退甚至大面積森林死亡。因此,選育耐鹽堿林木種質(zhì)資源、并鑒別植物耐鹽性指標(biāo),對改善鹽堿地生態(tài)環(huán)境、減少鹽漬化危害具有重要意義。
植物生理形態(tài)指標(biāo)是反映其對鹽脅迫適應(yīng)性的重要參數(shù),是評價其耐鹽性的重要依據(jù)。然而,植物的耐鹽性非常復(fù)雜,不同的評價指標(biāo)會導(dǎo)致不同的結(jié)果,因此,需要篩選并尋找相關(guān)性較大的指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)耐鹽性評價。近年來,對植物耐鹽篩選評價的方法主要以相關(guān)性分析、主成分分析法和隸屬函數(shù)法等為主。如余如剛等以13種小白菜(Brassica rapa L.ssp. chinensis)幼苗的單項指標(biāo)的耐鹽系數(shù)為依據(jù),運用多種方法綜合評價了其耐鹽性,并篩選出株高和根干質(zhì)量2個鑒定指標(biāo);Yu等采用多個指標(biāo)對20個不同紫苜蓿(Medicago sativa L.)品種幼苗的14個性狀的耐鹽系數(shù)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)地上部分鮮質(zhì)量、地上部分K+/Na+、地上部分干質(zhì)量、地上部分與地下部分鮮質(zhì)量比值、根系比表面積和比根體積可作為苜蓿幼苗耐鹽性評價指標(biāo)。Afsar等基于形態(tài)生理性狀對25份蕓芥(Eruca sativaT.)的耐鹽性進(jìn)行了評價并篩選出高耐鹽性種質(zhì),發(fā)現(xiàn)株高、根長、植株高度、葉片數(shù)量、葉面積、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和光合作用速率是研究種質(zhì)間變異的最顯著性狀。Li等對萌發(fā)期向日葵(Helianthus annuus L.)種子的耐鹽性進(jìn)行評價,篩選高耐鹽性種質(zhì)30份,并確定發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力指數(shù)為最可靠的2個性狀指標(biāo)。
本研究以苦楝(Melia azedarachL.)、白榆(Ulmus pumila L.)和刺槐(Robiniapseudoacacia L.)這3個我國常用造林樹種幼苗為材料,基于它們對鹽脅迫的生理生態(tài)響應(yīng),采用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析等方法綜合評價其耐鹽性差異并篩選耐鹽性鑒定指標(biāo),從而為建立耐鹽堿林木種質(zhì)苗期耐鹽性篩選評價體系和耐鹽堿林木種質(zhì)資源選育提供科學(xué)參考。
1 材料與方法
1.1 試驗材料及處理方法
參照甘紅豪等的方法在中國林業(yè)科學(xué)研究院科研溫室中培養(yǎng)一年生苦楝、白榆和刺槐扦插苗,選取生長健康且株高基本一致(約30 cm)的幼苗進(jìn)行后續(xù)試驗。試驗共設(shè)置0、100、200和300 mmol·L-1 NaCl處理濃度,每個樹種每個NaCl濃度1 0株幼苗。參照甘紅豪等的方法進(jìn)行NaCl處理。
1.2 測定方法
1.2.1 光合參數(shù)測定及材料收獲
NaCl處理30d后,使用Li6400光合儀(LI-Cor,Lincoln,Nebraska,USA)測定苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(E)。同時,計算苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片WUE=Pn/E,式中WUE為水分瞬時利用效率;并計算Ls=1-Ci/Ca,式中Ls為氣孔限制值,Ca為空氣中C02濃度,本試驗中該值為400 μmol·mol-l。
然后,分別收獲不同NaCl處理下苦楝、白榆和刺槐幼苗的根、莖、葉樣品并記錄鮮質(zhì)量。所有材料在液氮中研成粉末,并保存在-80℃冰箱中備用。稱取各NaCl處理組刺槐、苦楝和白榆的根、莖、葉鮮樣50 mg左右,在80 ℃下烘干后,稱其質(zhì)量、計算干濕比,并以此計算樣品干質(zhì)量。
1.2.2 葉片相對含水量、電解質(zhì)滲透率和葉綠素含量測定
各NaCl處理苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片的相對含水量(RWC)采用烘干稱重法測定。幼苗葉片電解質(zhì)滲透率(REL]采用電導(dǎo)率儀(DDSJ-308F,雷磁)進(jìn)行測定。使用80%丙酮浸提幼苗葉片葉綠素,并利用分光光度計測定其含量。
1.2.3 游離脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)含量測定
分別使用Tamas等和Luo等提出的方法測定各NaCl處理下苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中游離脯氨酸以及可溶性蛋白含量。
1.2.4 酶活性測定
各NaCl處理下苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性參照Polle等所建立的方法測定。
1.2.5 離子含量分析
依據(jù)甘紅豪等的方法測定各NaCl處理下苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉片中的Na+、K+、Ca2+和Mg2+含量,計算Na+/K+、Na+/Ca2+、Na+/Mg2+的比值。利用公式Sx,Na=(葉片X/Na+)/(根X/Na+)(X代表K+、Ca2+和Mg2+中的一種)計算離子選擇運輸系數(shù)SK, Na、SMg, Na和SCa,Na,用以評價NaCl處理下從幼苗根向葉片運輸離子的選擇性,其值越大,代表離子向葉片運輸?shù)倪x擇性吸收積累就越高。
1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
使用Statgraphics Centurion XVI.I(STN, St,Louis.MO,USA)軟件對正態(tài)分布檢驗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用雙因素方差分析研究樹種(S)和鹽分(T)對各變量的影響。當(dāng)F檢驗的P-Value<0.05時,認(rèn)為數(shù)據(jù)間具有統(tǒng)計學(xué)差異。使用OriginPr0 2021(OriginLab Inc.,Massachusetts,USA)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和圖表繪制,并利用隸屬函數(shù)法和主成分權(quán)重賦值法分析評價不同幼苗的耐鹽能力差異,同時使用灰色關(guān)聯(lián)分析篩選在苦楝、白榆和刺槐幼苗適應(yīng)鹽脅迫過程中起主要作用的變量指標(biāo)。
2 結(jié)果與分析
2.1 NaCl脅迫對各樹種生長及光合作用能力的影響
白榆和刺槐幼苗根、莖、葉片生物量隨著NaCl濃度的增加呈下降趨勢;苦楝幼苗葉生物量在NaCl處理下沒有發(fā)生顯著變化,但根和莖生物量在200 mmol·L-1 NaCl處理下達(dá)到最大值(表1)。與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,300 mmol·L-1NaCl處理使苦楝、白榆、刺槐幼苗根、莖和葉生物量出現(xiàn)不同程度降低,其中刺槐根和葉生物量降低幅度最大,為45.1%和52.2%;而白榆莖生物量下降最多,為24.8%。三者幼苗葉RWC在300mmol·L-1 NaCl處理下顯著下降、REL顯著升高,其中苦楝幼苗葉片RWC顯著降低了28.0%,而刺槐幼苗葉片REL顯著升高了125.3%,改變幅度最大。
與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,苦楝和白榆幼苗葉片的葉綠素(葉綠素a和葉綠素b)和類胡蘿卜素含量在100和200 mmol·L-1 NaCl處理下差異不顯著,但刺槐幼苗葉片色素含量顯著降低(表2)。在300 mmol·L-1 NaCl處理下,3種幼苗葉片的色素含量均顯著降低,其中白榆幼苗葉片葉綠素b顯著下降了59.4%,降幅最大;而刺槐幼苗葉片葉綠素a和類胡蘿卜素含量減少了48.0%和51 .0%,下降最多。
與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,300 mmol·L-1NaCl處理使苦楝幼苗葉片的Pn、Gs、Ci和E分別降低了52.7%、80.1%、38.9%和81.3%,使白榆幼苗葉片上述指標(biāo)分別下降了71.1%、83.7%、33.8%和79.1%,使刺槐幼苗葉片上述指標(biāo)分別下降了68.8%、76.9%、21.8%和80.0%;而3種幼苗葉片的WUE分別升高了165.0%、37.8%和56.1%,Ls分別升高了107.4%、70.6%和28.6%(表3)。
2.2 NaCl脅迫對各樹種游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)的影響
苦楝、白榆和刺槐根和葉中游離脯氨酸含量出現(xiàn)不同程度的增加(圖1)。在300 mmol·L-1NaCl處理下,苦楝、白榆和刺槐根中游離脯氨酸含量分別比0 mmol·L-1 NaCl處理提高了2.4、11.0和4.3倍,葉中游離脯氨酸分別升高了65、10和16倍。三者幼苗根中可溶性蛋白質(zhì)在NaCl脅迫下顯著增加,與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,300 mmol·L-1 NaCl處理使它們根中可溶性蛋白質(zhì)含量分別升高了10.7、3.4和2.8倍;苦楝葉中可溶性蛋白質(zhì)含量僅在300 mmol·L-1 NaCl處理下顯著降低;白榆葉中可溶性蛋白在受到鹽脅迫后顯著下降;而刺槐葉中可溶性蛋白在100 mmol·L-1NaCl處理下卻顯著增加。
2.3 NaCl脅迫對各樹種過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶的影響
隨著NaCl濃度增加,苦楝和白榆根和葉中CAT活性逐漸增強,與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,CAT活性在300 mmol·L-1 NaCl處理的苦楝和白榆刺槐根中分別增加了197.0%和408.0%,在葉中分別增加了411.4%和204.3%(圖2)。刺槐根和葉中CAT活性在100 mmol·L-1 NaCl處理下分別比0 mmol·L-1 NaCl處理升高了43.2%和199.2%。在300 mmol·L-1 NaCl處理下,三者根和葉中APX活性分別比0 mmol·L-1 NaCl處理提高了1.7、5.6、3.1倍和3.3、3.2、1.9倍。
2.4 NaCl脅迫對各樹種Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量及選擇運輸系數(shù)的影響
NaCl脅迫使苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中的Na+含量升高(表4)。在300 mmol·L-1 NaCl處理下,苦楝、白榆和刺槐幼苗根中Na+含量比0mmol·L-1 NaCl處理分別升高了99.3%、601.2%和594.0%,葉中Na+含量分別增加了151.9、128.1和7.1倍。另外,苦楝幼苗根中Na+含量在不同濃度NaCl處理間無顯著差異,白榆幼苗根中Na+含量在100 mmol·L-1和200 mmol·L-1NaCl間無顯著差異,但刺槐幼苗根中Na+含量隨NaCl濃度增加而顯著升高。
與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,100 mmol·L-1和200 mmol·L-1 NaCl處理對苦楝幼苗根中K+含量無顯著影響,但使白榆和刺槐幼苗根中K+含量顯著降低(表4)。與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,300 mmol·L-1 NaCl處理使苦楝、白榆和刺槐幼苗根中K+含量分別下降了25.1%、56.5%和46.7%,但使三者幼苗葉中K+含量分別升高了12.5%、53.4%和39.5%。另外,NaCl脅迫使苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中的K+/ Na+顯著降低,與0 mmol·L-1 NaCl處理相比,在300 mmol·L-1NaCl處理下,它們根和葉中的K+/ Na+分別降低了62.5%、94.0%、92.3%和99.1%、98.8%、85.3%(表5)。
NaCl脅迫苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中Ca2+含量的影響并不一致(表4)。NaCl脅迫對苦楝和刺槐幼苗根中Ca2+含量無顯著影響,但使白榆幼苗根中Ca2+含量顯著下降。與0 mmol·L-1NaCl處理相比,100 mmol·L-1 NaCl處理對苦楝、白榆和刺槐幼苗葉中Ca2+含量無顯著影響;200 mmol·L-1 NaCl處理對苦楝和白榆幼苗葉中Ca2+含量無顯著影響,但使刺槐幼苗葉中Ca2+含量顯著升高;300 mmol·L-1 NaCl處理使苦楝幼苗葉中Ca2+含量顯著降低,使刺槐幼苗葉中Ca2+含量顯著升高,但對白榆幼苗葉中Ca2+含量無顯著影響??嚅子芎痛袒庇酌绺腿~中Ca2+/Na+均在受到NaCl脅迫后顯著降低,300 mmol·L-1NaCl處理使它們根中Ca2+/Na+比0 mmol·L-1NaCl處理分別減少了50.2%、89.4%和84.1%,使葉中Ca2+/Na+分別減少了99.5%、99.3%和89.4%。
NaCl脅迫對苦楝和白榆幼苗根中Mg2+含量沒有顯著影響,但使刺槐幼苗根中Mg2+含量升高(表4)。在葉中,NaCl脅迫使苦楝和白榆幼苗的Mg2+含量顯著降低,但對刺槐幼苗沒有顯著影響。然而,NaCl脅迫使苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中的Mg2+/Na+顯著降低,在300 mmol·L-1NaCl處理下,它們根和葉中的Mg2+/Na+分別下降了54.3%、87.4%、82.8%和99.5%、99.3%、90.6%.
苦楝幼苗的離子轉(zhuǎn)運系數(shù)SK.Na、ScCa,Na和SMg,N。隨著NaCl濃度增加而顯著增大,在300mmol·L-1 NaCl處理下達(dá)到最大值,分別為0mmol·L-1 NaCl處理組的39.3、85.1和96.3倍(表6)。100 mmol·L-1和200 mmol·L-1 NaCl處理使白榆幼苗的離子轉(zhuǎn)運系數(shù)顯著降低,但300mmol·L-1 NaCl處理使其顯著升高。刺槐幼苗的離子轉(zhuǎn)運系數(shù)在100 mmol·L-1 NaCl處理下升高,但在200 mmol·L-1 NaCl處理下下降,而300 mmol`L-1NaCl僅使SCa,Na和SMg,Na顯著升高。
2.5 苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性綜合評價
2.5.1 苦楝、白榆和刺槐幼苗耐鹽性指標(biāo)間的相關(guān)性分析
由相關(guān)系數(shù)矩陣可知(圖3),除個別指標(biāo)間相關(guān)性較小外,其余指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)關(guān)系,這使得它們提供的評價信息發(fā)生重疊。由于這些指標(biāo)在植物適應(yīng)鹽脅迫中所發(fā)揮的作用不同,導(dǎo)致直接利用上述指標(biāo)對苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性進(jìn)行評價會產(chǎn)生較大的偏差,因此,需要進(jìn)一步鑒定才能夠篩選出適宜的耐鹽指標(biāo)。
2.5.2 苦楝、白榆和刺槐幼苗耐鹽性指標(biāo)間的主成分分析
對不同NaCl濃度下苦楝、白榆和刺槐幼苗的這些指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果如表7。前4個綜合評價指標(biāo)(Cl)的貢獻(xiàn)率分別為42.8%、25.6%、15.6%和3.9%,累計貢獻(xiàn)率為87.9%,已經(jīng)對苦楝、白榆和刺槐幼苗的大多數(shù)指標(biāo)信息給出了充分的概括,因此,可將28個初始測定指標(biāo)轉(zhuǎn)換為4個相互獨立的綜合指標(biāo),分別為Cl1、Cl2、Cl3和Cl4。數(shù)據(jù)顯示,對Cl1貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)有葉片相對含水量、根中可溶性蛋白質(zhì)、根和葉中APX活性、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率;Cl2主要和葉中可溶性蛋白質(zhì)、根和葉中Mg2+、葉中Ca2+和葉片干質(zhì)量相關(guān);在C13中貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)有根中CAT、根和葉中K+、葉中Ca2+和Na+、根和莖干質(zhì)量;對C14貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)為氣孔導(dǎo)讀、蒸騰速率、根中K+、葉中Mg2+。同時根據(jù)28個直接測定指標(biāo)在鹽脅迫下的標(biāo)準(zhǔn)化值及各綜合指標(biāo)的特征向量系數(shù),計算出苦楝、白榆和刺槐幼苗的4個綜合指標(biāo)值。
2.5.3 隸屬函數(shù)分析及權(quán)重的確定
苦楝、白榆和刺槐幼苗各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值使用以下公式計算:μi= (Xi-Ximin),(Ximax-Ximin)。其中,Xi為苦楝、白榆和刺槐幼苗的第i個綜合指標(biāo)值,Ximin和Ximax分別為該綜合指標(biāo)值中的最小值和最大值。根據(jù)公式求出苦楝、白榆和刺槐幼苗所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值(表8)。
利用公式Wi= Pi/ ∑n i=1 Pi,根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小計算各綜合指標(biāo)在主成分貢獻(xiàn)率中的權(quán)重。其中,Wi表示第i個綜合指標(biāo)的權(quán)重;Pi表示苦楝、白榆和刺槐幼苗的第i個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。經(jīng)計算,求得4個綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.487、0.292、0.177和0.045。利用公式D=∑n i=1 [μ×Wi]計算苦楝、白榆和刺槐幼苗的綜合耐鹽性評價值(D)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),D值最高的為白榆(0.970)、最低的為刺槐(0.148),表明白榆幼苗的耐鹽性在三者中最強,刺槐幼苗的耐鹽性最弱(表8)。
2.6 關(guān)鍵耐鹽指標(biāo)篩選
使用灰色關(guān)聯(lián)分析法篩選苦楝、白榆和刺槐幼苗的關(guān)鍵性耐鹽指標(biāo)。將3個樹種的耐鹽綜合評價值(D,表8)及測定得到的28個指標(biāo)作為一個整體。其中,耐鹽綜合評價值為因變量,其余生理生化指標(biāo)為自變量。將自變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后,計算因變量和各自變量之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),根中游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量,根和葉中CAT和APX活性,根中Ca2+和葉中Na+含量與苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性關(guān)聯(lián)度較高(表9)。
3 討論
土壤中過量的鹽分會影響植物正常的生理發(fā)育過程,導(dǎo)致植物生長減緩、光合作用減弱、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性改變等,最終阻礙了植物生物量的累計。生物量作為植物耐鹽性評價的最可靠指標(biāo),是植物響應(yīng)鹽脅迫的綜合表現(xiàn)特征。本研究中,NaCl抑制了苦楝、白榆和刺槐幼苗的生物量,并且對刺槐幼苗生物量的抑制最強。葉片相對含水量是衡量植物水分狀況的重要指標(biāo)之一,鹽脅迫會降低植物根系向地上部分的水分運輸。本研究發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫導(dǎo)致苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片的相對含水量顯著降低,且在300mmol·L-1 NaCl處理下降低幅度大小為苦楝gt;刺槐gt;白榆。電解質(zhì)滲透率是衡量植物細(xì)胞膜完整性的重要指標(biāo)之一。鹽脅迫會導(dǎo)致植物葉片膜系統(tǒng)受損、電解質(zhì)外滲,使電解質(zhì)滲透率升高,在相同NaCl濃度下,三種幼苗葉片電解質(zhì)滲透率升高幅度大小為刺槐gt;白榆gt;苦楝。葉片相對含水量下降及膜系統(tǒng)受損引起葉綠體結(jié)構(gòu)破壞、葉綠素酶活性升高,導(dǎo)致葉綠體色素合成受阻或者分解加快。本研究發(fā)現(xiàn),苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片的色素含量在NaCl處理下出現(xiàn)不同程度下降,使植物光合作用受阻、光合參數(shù)降低。在相同NaCl濃度下Pn降低幅度大小為刺槐≥白榆gt;苦楝。WUE反映了植物對外界環(huán)境的適應(yīng)能力,Ls反映了NaCl脅迫對葉片氣孔通過氣體能力的影響。NaCl處理使苦楝、白榆和刺槐幼苗葉片的WUE和L。升高,說明NaCl提高了3種幼苗葉片的WUE但限制了氣孔功能。
鹽脅迫破壞植物的滲透勢,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)滲透失衡。脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)是調(diào)節(jié)植物細(xì)胞滲透勢的重要有機物質(zhì),能夠增強植物對鹽脅迫的適應(yīng)能力。本研究中,苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中游離脯氨酸含量,以及根中可溶性蛋白質(zhì)含量在受到NaCl脅迫后增加,其中苦楝根中積累量高于白榆和刺槐,表明苦楝根的滲透調(diào)節(jié)能力強于白榆和刺槐。鹽脅迫還對植物造成氧化脅迫,使植物體內(nèi)抗氧化酶活性增強,從而加快對細(xì)胞內(nèi)過量活性氧的清除,抑制細(xì)胞膜的過氧化,盡可能保證植物正常的生理代謝過程。本研究發(fā)現(xiàn),苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中CAT和APX的活性在受到NaCl脅迫后均顯著升高,并且在同一NaCl濃度下,白榆幼苗根中CAT活性最強,苦楝幼苗葉中CAT活性強于白榆和刺槐;根中APX活性大小排序為白榆gt;刺槐gt;苦楝,葉中APX活性強弱排序為白榆gt;苦楝gt;刺槐,表明白榆清除活性氧、維持細(xì)胞膜穩(wěn)定的能力強于苦楝和刺槐。
礦質(zhì)離子在植物適應(yīng)鹽脅迫過程中起著重要作用。本研究中,NaCl脅迫導(dǎo)致苦楝、白榆和刺槐幼苗根和葉中Na+含量顯著升高,并且苦楝幼苗根中Na+升高程度小于白榆和刺槐,但葉中Na+卻相反;表明在較高濃度的NaCl脅迫下,白榆和刺槐傾向于把Na+留存在根中,而苦楝則傾向于把Na+轉(zhuǎn)移到葉中。同時,苦楝幼苗葉片的離子選擇運輸系數(shù)SK. Na、SCa, Na和SMg, Na在受到NaCl脅迫后顯著增加,表明K+、Ca2+和Mg2+向葉片的選擇性運輸增強;而白榆和刺槐幼苗的離子選擇系數(shù)變化趨勢與苦楝幼苗并不一致。這表明,3種幼苗可能采取了不同措施應(yīng)對NaCl脅迫。
植物的耐鹽性是受眾多指標(biāo)控制的綜合性狀,而各指標(biāo)間也存在著相互關(guān)系。因此,通過單一指標(biāo)存在局限性,不能有效的評價不同植物的耐鹽性,而采用生長、生理、生化等多種指標(biāo)可以準(zhǔn)確的篩選耐鹽性植物。本研究通過相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析等方法對苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性進(jìn)行綜合評價,并篩選關(guān)鍵的耐鹽性鑒定指標(biāo),發(fā)現(xiàn)白榆幼苗的耐鹽性最強,刺槐幼苗的耐鹽性最差。然而,植物在不同的土壤中以及不同的生長發(fā)育階段,其耐鹽性是不同的。而本文僅探討了苦楝、白榆和刺槐幼苗適應(yīng)NaCl脅迫的生長、生理、生化指標(biāo)變化,故此仍需深入研究它們在土壤鹽分環(huán)境中的響應(yīng)差異。
4 結(jié)論
本研究采用生長、生理、生化指標(biāo)來評價苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽能力,分析比較了三者在不同NaCl濃度下的生長、生理和生化響應(yīng)差異,并通過綜合評價,初步確定了苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽能力強弱為白榆gt;苦楝gt;刺槐。同時,發(fā)現(xiàn)根中游離脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量、根和葉中CAT和APX活性、根中Ca2+和葉中Na+含量與苦楝、白榆和刺槐幼苗的耐鹽性關(guān)聯(lián)度較高,這些指標(biāo)反映了苦楝、白榆和刺槐幼苗響應(yīng)NaCl脅迫下的滲透調(diào)節(jié)能力、抗氧化能力和對離子的選擇吸收轉(zhuǎn)運能力,可以用來評價苦楝、白榆和刺槐幼苗對鹽脅迫的適應(yīng)能力。
(責(zé)任編輯:張研)
基金項目:中國林業(yè)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費專項資助(CAFYBB2020S2001-3);國家自然科學(xué)基金青年項目(31800514)