8個(gè)北美海棠品種耐鹽堿生理差異研究

馬昕，龐志蕊，楊靜慧，通信作者，李珍，劉艷軍，王興，李冰

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8個(gè)北美海棠品種耐鹽堿生理差異研究

馬昕1，龐志蕊1，楊靜慧1，通信作者，李珍1，劉艷軍1，王興2，李冰3

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 園藝園林學(xué)院，天津 300384；2. 天津市公路局，天津 300384；3. 天津市農(nóng)科院 資源環(huán)境研究所，天津 300380）

為比較不同品種北美海棠在天津鹽堿地上的生理特性，以靜海區(qū)8個(gè)北美海棠品種為試材，測(cè)定了其葉片中的可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸、丙二醛含量，葉片細(xì)胞膜透性以及SOD、POD 酶活性等生理生化指標(biāo)。結(jié)果顯示：‘凱爾斯’（42.235 mg/g）葉片中可溶性蛋白含量最高，‘冬紅’（14.763 mg/g）最低；‘凱爾斯’（0.163%）和‘絢麗’（0.151%）葉片中可溶性糖含量最高，‘舞美’（0.103%）最低；‘凱爾斯’（7.285 μg/g）和‘冬紅’（6.211 μg/g）葉片中游離脯氨酸含量最高，‘王族’（2.747 μg/g）最低；‘凱爾斯’（0.133 μmol/g）葉片中丙二醛含量最高，‘亞當(dāng)’（0.079 μmol/g）和‘絢麗’（0.075 μmol/g）最低；‘冬紅’葉片細(xì)胞膜透性（34.96%）最大，‘王族’（8.22%）最低；‘喜洋洋’（50.771 U/g · min）和‘舞美’（54.254 U/g · min）葉片中POD酶活性最高，‘冬紅’（12.208 U/g · min）最低；8個(gè)北美海棠品種SOD酶活性無差異，酶活性均在0.512～0.613 U/g之間。綜合隸屬函數(shù)分析顯示：8個(gè)北美海棠品種的耐鹽堿性依次為‘凱爾斯’＞‘冬紅’＞‘紅寶石’＞‘絢麗’＞‘亞當(dāng)’＞‘王族’＞‘喜洋洋’＞‘舞美’。

鹽堿地；耐鹽堿性；北美海棠；生理特性

天津市土壤含鹽量大于0.2%的鹽漬化面積為9.67萬(wàn)hm2[1]。土壤鹽堿化成為制約本市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。鹽堿土改良措施的相關(guān)研究中以生物措施更具有可行性[2]。其中，利用耐鹽堿植物對(duì)土壤進(jìn)行改良是最為生態(tài)科學(xué)的。因此，耐鹽堿植物的引用篩選十分必要。我國(guó)的植物耐鹽堿性研究現(xiàn)已取得了一定成績(jī)，主要通過加強(qiáng)耐鹽堿植物種質(zhì)資源的發(fā)掘與利用，引進(jìn)、篩選、馴化來培育耐鹽堿植物[3-5]。

北美海棠因其品種多、抗性強(qiáng)、耐寒、耐瘠薄等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為北方地區(qū)推廣應(yīng)用的一類園林植物[6]。近年來，關(guān)于北美海棠的耐鹽堿性研究已有一些報(bào)道。李偉等[7]在昌吉地區(qū)進(jìn)行北美海棠的引種試驗(yàn)并觀察其生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)在土壤鹽堿化嚴(yán)重的新疆地區(qū)，引進(jìn)的北美海棠系列生長(zhǎng)情況正常。李融等[8]對(duì)天津靜海地區(qū)栽植的8個(gè)北美海棠品種的形態(tài)和生長(zhǎng)特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同品種間的耐鹽堿性有較大差異。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，體內(nèi)的各種酶、蛋白質(zhì)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等對(duì)植物適應(yīng)不同的環(huán)境生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用[9]。

本文通過分析鹽堿地引種的8個(gè)北美海棠品種的生理指標(biāo)，旨在篩選出最適合在鹽堿地生長(zhǎng)的品種，為北美海棠在鹽堿地上的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的北美海棠8個(gè)品種‘冬紅’‘舞美’‘亞當(dāng)’‘喜洋洋’‘絢麗’‘凱爾斯’‘王族’‘紅寶石’均由天津市遠(yuǎn)大園林苗圃提供。供試苗木定植株行距一致，株行距為2～4 m，苗圃周年管理方法采用常規(guī)管理，管理方法統(tǒng)一。試驗(yàn)地土壤為黏壤土，pH為8.02，含鹽量為0.32%，屬輕度鹽堿地，土壤肥力中等。

1.2 試驗(yàn)方法

在苗圃中選擇生長(zhǎng)較為一致的區(qū)域?yàn)闃拥?，每個(gè)樣地面積為20 m×20 m，重復(fù)6次。在每個(gè)樣地中進(jìn)行交叉選樣，選取5株生長(zhǎng)良好的植株為樣樹，6個(gè)樣地，共重復(fù)30株。

葉片采集：采集樣樹上第1～4主枝的中部枝條上的成熟葉片為樣葉，每株選擇3個(gè)枝條，每個(gè)枝條上取5片成熟葉片，用于生理指標(biāo)的測(cè)定?？扇苄缘鞍子每捡R斯亮藍(lán)G-250染色比色法測(cè)定，可溶性糖用硫酸-蒽酮試劑法測(cè)定，游離脯氨酸用茚三酮試劑法測(cè)定，SOD（超氧歧化酶）用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定，POD（過氧化物酶）用愈創(chuàng)木酚試劑比色法測(cè)定，丙二醛用硫代巴比妥酸試劑法測(cè)定，膜透性用電解質(zhì)滲透法測(cè)定。每個(gè)處理3次重復(fù)。綜合分析用各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值判定[10]。采用Excel 2010和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)測(cè)量指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 8個(gè)北美海棠品種葉片中可溶性蛋白含量的比較

由圖1可以看出，鹽堿地上不同品種北美海棠葉片中可溶性蛋白含量存在差異。其中‘凱爾斯’葉片中可溶性蛋白的含量最高，為42.235 mg/g，極顯著高于其他7個(gè)品種，是‘冬紅’（14.763 mg/g）的2.861倍，‘亞當(dāng)’（16.990 mg/g）的2.486倍，‘王族’（19.493 mg/g）的2.167倍，‘喜洋洋’（21.597 mg/g）的1.956倍，‘舞美’（27.527 mg/g）的1.534倍，‘紅寶石’（32.822 mg/g）的1.287倍，‘絢麗’（35.172 mg/g）的1.201倍?！k麗’和‘紅寶石’葉片中可溶性蛋白含量也比較高，兩者之間表現(xiàn)為差異不顯著，‘絢麗’極顯著高于其他5個(gè)品種，‘紅寶石’極顯著高于除‘舞美’以外的其他4個(gè)品種。‘舞美’的葉片中可溶性蛋白含量中等，極顯著高于‘王族’‘亞當(dāng)’‘冬紅’3個(gè)品種，‘喜洋洋’‘王族’‘亞當(dāng)’‘冬紅’四者之間差異不顯著，葉片中可溶性蛋白含量較低。

圖1 8個(gè)北美海棠品種葉片中可溶性蛋白含量的比較

注：圖中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05），不同大寫字母表示差異極顯著（＜0.01），下同

2.2 8個(gè)北美海棠品種葉片可溶性糖含量的比較

由圖2可以看出，‘凱爾斯’（0.163%）和‘絢麗’（0.151%）葉片中可溶性糖含量相對(duì)其他品種 較高，‘凱爾斯’極顯著高于除‘絢麗’外的其他6個(gè)品種，‘凱爾斯’葉片中的可溶性糖含量為‘舞美’（0.103%）的1.575倍，‘喜洋洋’（0.106%）的1.533倍，‘絢麗’極顯著高于‘冬紅’‘王族’‘亞當(dāng)’‘喜洋洋’‘舞美’5個(gè)品種，和‘紅寶石’差異顯著?！k麗’葉片中的可溶性含量為‘舞美’（0.103%）的1.459倍，‘喜洋洋’的1.420倍?！t寶石’與‘冬紅’‘王族’‘亞當(dāng)’3個(gè)品種表現(xiàn)為差異顯著，且極顯著高于‘喜洋洋’和‘舞美’，‘舞美’與‘冬紅’‘王族’‘亞當(dāng)’‘喜洋洋’4個(gè)品種表現(xiàn)為差異顯著。

圖2 8個(gè)北美海棠品種葉片中可溶性糖含量的比較

2.3 8個(gè)北美海棠品種葉片中游離脯氨酸含量的比較

由圖3可以看出，‘凱爾斯’（7.285 μg/g）和‘冬紅’（6.211 μg/g）葉片中的游離脯氨酸含量相對(duì)其他品種較高，‘凱爾斯’極顯著高于除‘冬紅’以外其他6個(gè)品種，是‘王族’（2.747 μg/g）的2.652倍，‘絢麗’（3.419 μg/g）的2.131倍，‘亞當(dāng)’（4.000 μg/g）的1.821倍，‘紅寶石’（3.911 μg/g）的1.825倍，‘喜洋洋’（4.262 μg/g）的1.709倍，‘舞美’（4.545 μg/g）的1.602倍?！t’極顯著高于‘王族’，但與其他品種差異不顯著，‘舞美’‘紅寶石’‘喜洋洋’‘亞當(dāng)’‘絢麗’‘王族’這6個(gè)品種之間表現(xiàn)為差異不顯著。

圖3 8個(gè)北美海棠品種葉片中游離脯氨酸含量的比較

2.4 8個(gè)北美海棠品種葉片中SOD酶活性的比較

由圖4可以看出，鹽堿地上不同品種北美海棠葉片中SOD酶活性的差異顯著水平，僅‘舞美’與其他7個(gè)品種葉片中的酶活性差異顯著，其他7個(gè)品種之間表現(xiàn)為差異不顯著，8個(gè)北美海棠品種SOD酶活性在0.512～0.613 U/g之間。

圖4 8個(gè)北美海棠品種葉片中SOD酶活性的比較

2.5 8個(gè)北美海棠品種葉片中POD酶活性的比較

由圖5可以看出，‘喜洋洋’（50.771 U/g · min）和‘舞美’（54.254 U/g · min）葉片中POD酶活性相對(duì)其他6個(gè)品種較高，兩者都極顯著高于其他6個(gè)品種，且兩者之間表現(xiàn)為差異不顯著?！惭笱蟆~片中POD酶活性是‘冬紅’（12.208 U/g·min）的4.444倍，是‘亞當(dāng)’（21.395 U/g·min）的2.536倍，‘舞美’葉片中POD酶活性是‘冬紅’的4.159倍，是‘亞當(dāng)’的2.373倍。‘王族’（34.315 U/g·min）、‘凱爾斯’（33.482 U/g·min）、‘紅寶石’（32.622 U/g·min）、‘絢麗’（26.394 U/g·min）葉片中POD酶活性居中，四者之間表現(xiàn)為差異不顯著，但顯著高于‘冬紅’，‘亞當(dāng)’和‘冬紅’的POD酶活性較低。

圖5 8個(gè)北美海棠品種葉片中POD酶活性的比較

2.6 8個(gè)北美海棠品種葉片中丙二醛含量的比較

由圖6可以看出，‘凱爾斯’（0.133 μmol/g）葉片中丙二醛含量最高，極顯著高于‘亞當(dāng)’（0.079 μmol/g）和‘絢麗’（0.075 μmol/g），是‘絢麗’的1.784倍，‘亞當(dāng)’的1.681倍，與‘王族’‘喜洋洋’‘舞美’‘冬紅’‘亞當(dāng)’‘絢麗’6個(gè)品種差異顯著。‘紅寶石’‘王族’‘喜洋洋’‘舞美’‘冬紅’5個(gè)品種之間表現(xiàn)為差異不顯著。

圖6 8個(gè)北美海棠品種葉片中丙二醛含量的比較

2.7 8個(gè)北美海棠品種葉片細(xì)胞膜透性的比較

由圖7可以看出，鹽堿地上不同品種北美海棠葉片細(xì)胞膜透性的差異性比較，其中‘冬紅’（34.96%）的葉片細(xì)胞膜透性最大，極顯著高于其他7個(gè)品種，是‘王族’（8.22%）的4.253倍，‘凱爾斯’（9.31%）的3.755倍，‘亞當(dāng)’（9.81%）的3.564倍，‘舞美’（13.99%）的2.499倍，‘紅寶石’（17.20%）的2.033倍，‘喜洋洋’（26.53%）的1.318倍?！惭笱蟆娜~片細(xì)胞膜透性排第二，極顯著高于其他6個(gè)品種?！t寶石’‘絢麗’‘舞美’3個(gè)品種葉片細(xì)胞膜透性表現(xiàn)為差異不顯著，但‘紅寶石’極顯著高于‘亞當(dāng)’‘凱爾斯’‘王族’3個(gè)品種?！k麗’極顯著高于‘王族’，顯著高于‘亞當(dāng)’和‘凱爾斯’。‘舞美’‘亞當(dāng)’‘凱爾斯’三者差異也不顯著。

圖7 8個(gè)北美海棠品種葉片細(xì)胞膜透性的比較

2.8 8個(gè)北美海棠品種生理生化指標(biāo)的綜合分析

表1為鹽堿土上不同北美海棠生理生化指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析。由于8個(gè)北美海棠品種的SOD酶活性表現(xiàn)為無差異，所以該指標(biāo)不計(jì)入綜合隸屬函數(shù)分析。參照文獻(xiàn)[10]，根據(jù)北美海棠各項(xiàng)生理指標(biāo)與生長(zhǎng)指標(biāo)相關(guān)性賦予可溶性糖、游離脯氨酸、膜透性200%的權(quán)重，POD酶活性和丙二醛100%的權(quán)重，可溶性蛋白50%的權(quán)重進(jìn)行隸屬函數(shù)分析。結(jié)果顯示，‘凱爾斯’的綜合隸屬函數(shù)最高，為1.118。其次是‘冬紅’，綜合隸屬函數(shù)值為0.871，‘舞美’最低，為0.303。因此，根據(jù)生理生化特征綜合分析，8個(gè)北美海棠品種的耐鹽堿性排序?yàn)椤畡P爾斯’＞‘冬紅’＞‘紅寶石’＞‘絢麗’＞‘亞當(dāng)’＞‘王族’＞‘喜洋洋’＞‘舞美’。

表1 8個(gè)北美海棠品種生理生化指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析

3 討論

耐鹽堿生理指標(biāo)的測(cè)定和分析提供了選擇耐鹽堿品種的有效方法。蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的生物大分子，作為植物體內(nèi)酶的重要成分可參與細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。植物在鹽堿地生長(zhǎng)時(shí)，植物體內(nèi)可合成抗鹽堿性的蛋白質(zhì)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)總量增加[11]。在本試驗(yàn)中，‘凱爾斯’葉片內(nèi)可溶性蛋白含量最多，這可能是‘凱爾斯’在8個(gè)品種中逆境性最強(qiáng)的原因之一?？扇苄蕴呛透彼崾侵匾臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，耐鹽堿性強(qiáng)的品種在逆境下植物葉片內(nèi)可積累更多的可溶性糖和脯氨酸，使細(xì)胞水合度增大，保水能力增強(qiáng)，避免原生質(zhì)在鹽堿條件下受到脫水傷害，這與植物耐鹽堿性密切相關(guān)[12]。本試驗(yàn)中‘凱爾斯’的可溶性糖和脯氨酸均較高，這是其耐鹽的關(guān)鍵。

過氧化物酶POD在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的活性不斷發(fā)生變化，在老化組織或早衰的植物體內(nèi)活性較高，導(dǎo)致植物抗性能力下降，這是因?yàn)檫^氧化物酶能使組織中所含的某些碳水化合物轉(zhuǎn)化成木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度[13]。本試驗(yàn)中‘冬紅’品種的POD酶活性變化最小，因此，耐鹽性僅次于‘凱爾斯’。

現(xiàn)階段，對(duì)植物耐鹽堿性的研究主要集中在兩方面，一是對(duì)耐鹽堿植物抗性生理特征和相關(guān)指標(biāo)的研究，二是對(duì)植物耐鹽堿基因的鑒定、篩選、克隆及分子標(biāo)記方面。因此，要想全面深入地了解不同北美海棠品種的耐鹽堿性，對(duì)其耐鹽堿基因有待進(jìn)一步研究。

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責(zé)任編輯：楊霞

Physiological differences in saline-alkali tolerance of 8 North American begonia

MA Xin，PANG Zhi-rui1,YANG Jing-hui1,Corresponding Author, LI Zhen1, LIU Yan-jun1, WANG Xing2, LI Bing3

（1. College of Horticulture and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China；2. Tianjin Highway Department, Tianjin 300384, China；3 Institute of Resources and Environment, Academy of Agricultural Sciences, Tianjin 300384, China）

In order to compare the physiological characteristics of different species of North American begonia on saline land in Tianjin, the soluble protein, soluble sugar, free proline, malondialdehyde content, membrane permeability, SOD, POD enzyme activity and other physiological and biochemical indexes in leaves were determined, with eight species of North American begonia as test material in Jinghai. The results showed that the highest soluble protein content was in Kells（42.235 mg/g）, the lowest was in Donghong（14.763 mg/g）; the highest soluble sugar content was in Kells（0.163%）and Julie（0.151%）, the lowest was in Wumei（0.103%）; the highest free proline content was in Kells（7.285 μg/g）and Donghong（6.211 μg/g）, the lowest was in Royal（2.747 μg/g）. The highest malondialdehyde content was in Kells（0.133umol/g）, the lowest was in Adam（0.079 μmol/g）and Julie（0.075 μmol/g）; the highest membrane permeability（34.96%）was in Donghong, the lowest was in royal（8.22%）; the highest POD enzyme activities was in Xiyangyang（50.771 U/g·min）and Wumei（54.254 U/g·min）, the lowest was in Donghong（12.208 U/g·min）; and there was no difference in SOD activity among the eight species of North American Begonia, and the enzyme activity was between 0.512 U/g and 0.613 U/g. According to the comprehensive analysis of membership functions, their order of saline tolerance were Kells＞Donghong＞Ruby＞Julie＞Adam＞Royal＞Xiyangyang＞W(wǎng)umei.

saline land; salt-alkaline tolerance; North American begonia; physiological characteristics

1008-5394（2018）04-0024-05

10.19640/j.cnki.jtau.2018.04.006

S685.99

A

2018-03-23

中央財(cái)政（天津市重大農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣）項(xiàng)目（2017CK0184）；天津市科委項(xiàng)目（16YFZCNC00750）；天津市林果現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（ITTFPRS2018002）；天津市科委特派員項(xiàng)目（17ZXBFNC00310）；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201710061064）

馬昕（1997-），男，本科在讀，主要從事園林植物栽培研究。E-mail：747402470@qq.com。

楊靜慧（1961-），女，教授，博士，主要從事園藝植物栽培、抗逆生理和分子育種研究。E-mail：jinghuiyang2@aliyun.com。