檉柳無性系苗木耐鹽性盆栽鑒定

鄭伶杰，魯夢瑩，丁丁，左永梅，王紅寶，郭艷超,鄭麗錦，張愛軍

(1 河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所/河北省鹽堿地綠化工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063299；2 河北省林業(yè)技術(shù)推廣總站，河北 石家莊 050081；3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 山區(qū)研究所，河北 保定 071001)

據(jù)統(tǒng)計，我國的鹽堿地面積約為0.37億hm2，主要分布于東北平原、內(nèi)陸荒漠以及濱海平原地區(qū)，約占我國現(xiàn)有耕地面積的25%。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，耕地面積減少的問題日益突出。河北省濱海區(qū)域覆蓋唐山、秦皇島和滄州3市的沿海區(qū)，是河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域。由于該區(qū)域的土壤類型復(fù)雜，鹽堿化程度高，中到重度鹽堿地面積約為15萬hm2，限制了當(dāng)?shù)鼐坝^綠化發(fā)展要求[1]。

檉柳(TamarixchinensisLour．)是檉柳科檉柳屬植物，具有耐鹽堿、耐旱、耐澇的優(yōu)良特性，在防風(fēng)固沙、保持水土方面表現(xiàn)優(yōu)秀，是鹽堿地區(qū)域重要的生態(tài)造林樹種之一[2]。研究表明，檉柳是典型的泌鹽植物，進(jìn)入植株體內(nèi)的鹽分被運(yùn)輸至泌鹽腺通過外排作用使自身免受離子的毒害[3]。為豐富河北省濱海地區(qū)的綠化資源，從2011年開始河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所研究人員從全國各省市搜集檉柳屬種質(zhì)資源60余份，在唐山市曹妃甸區(qū)開展檉柳的引種篩選工作。經(jīng)過多年篩選獲得了4個優(yōu)良無性系，關(guān)于這4種檉柳無性系耐鹽性的比較和評價還未見報道。為了鑒定這4種檉柳無性系的耐鹽性，了解不同檉柳無性系對鹽脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，利用盆栽苗為試材，比較不同鹽脅迫濃度處理下的生長和生理指標(biāo)差異，并采用隸屬函數(shù)法綜合評價，以期為河北濱海地區(qū)檉柳綠化造林提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)綜合試驗站進(jìn)行。試驗材料選取株高為15～20 cm的檉柳屬4個無性系1號、3號、7號和16號1 a生扦插苗進(jìn)行盆栽，基質(zhì)為蛭石。在2017年5月初對檉柳盆栽苗進(jìn)行鹽脅迫處理，時間為30 d。稱取NaCl溶解到花卉精華素通用性(河南神潤生物科技有限公司)30倍稀釋營養(yǎng)液中，使得NaCl濃度梯度分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，不加NaCl的營養(yǎng)液為空白對照(CK)。用相應(yīng)鹽分濃度NaCl營養(yǎng)液均勻澆灌到基質(zhì)中，每3 d澆灌1次，每個無性系品種每盆3株為1個小區(qū)，各處理設(shè)3次重復(fù)，共計72盆。

1.2 指標(biāo)測定

成活率和株高：分別于鹽脅迫處理前和試驗結(jié)束時用卷尺測量株高，精確到0.1 cm。統(tǒng)計試驗30 d后盆栽苗成活率。

生理指標(biāo)：鹽脅迫處理結(jié)束后對每株檉柳相同部位正常生長的成熟葉片進(jìn)行取樣，采用相對電導(dǎo)率法測定葉片細(xì)胞膜透性，采用乙醇浸提法測定葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，脯氨酸含量測定為酸性茚三酮比色法，可溶性糖含量測定為硫酸蒽酮比色法。各指標(biāo)測定均重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel統(tǒng)計數(shù)據(jù)并制圖，參照李源的方法進(jìn)行隸屬函數(shù)法評價[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對苗木生長的影響

2.1.1 對成活率的影響 不同鹽脅迫處理下4種檉柳成活率見表1。由表可知，4種檉柳盆栽苗在鹽濃度3%以下各處理的成活率均為100.0%。

表1 不同鹽濃度下4種檉柳成活率Table 1 The survival rate of Tamarix chinensis under different salt concentrations

2.1.2 對株高增長量的影響 不同鹽脅迫處理下檉柳株高增長量如表2所示。

表2 不同鹽濃度下4種檉柳株高增長量Table 2 Plant height increase of four Tamarix chinensis clones under different salt concentrations

2.2 鹽脅迫對苗木生理的影響

2.2.1 對葉片細(xì)胞膜透性的影響 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片細(xì)胞膜透性的影響見圖1。

圖1 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片細(xì)胞膜透性的影響Figure 1 Effects of different salt stress treatments on cell membrane permeability of Tamarix chinensis leaves

由圖1可知，不同檉柳無性系的葉片細(xì)胞膜透性存在一定差異。1號和16號的相對電導(dǎo)率值隨鹽濃度增加，出現(xiàn)先上升后下降再上升的變化趨勢。1號的相對電導(dǎo)率在1.0%～1.5%濃度下較對照均有所升高，在2.0%～3.0%濃度下均顯著高于對照，2.0%處理下為最大值，較對照顯著增大73.6%。16號在1.5%～3.0%濃度下均顯著高于對照，3.0%處理下達(dá)到最大值，為對照的1.62倍。3號的相對電導(dǎo)率值呈現(xiàn)先下降后升高再略降低的變化趨勢，除1.5%處理濃度與對照差異顯著外，其他鹽脅迫處理較對照均無顯著差異。7號的相對電導(dǎo)率值在不同鹽濃度下雖下降但無顯著差異。

試驗結(jié)果表明，隨著鹽脅迫濃度的升高，3號和7號檉柳無性系葉片細(xì)胞膜透性基本不受影響，1號和16號檉柳無性系葉片細(xì)胞膜透性受鹽脅迫影響呈整體上升趨勢。

2.2.2 對葉片MDA含量的影響 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片MDA含量的影響見圖2。

圖2 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片MDA含量的影響Figure 2 Effects of different salt stress treatments on MDA content of Tamarix leaves

由圖2可以看出，4種檉柳無性系在鹽脅迫處理下葉片MDA含量呈下降趨勢。1號和3號的MDA含量在1.0%～3.0%濃度下均顯著低于對照，各濃度處理間無顯著差異；16號2.0%濃度處理的MDA含量最低，顯著低于對照，其他鹽濃度處理之間無顯著差異。7號對照與各濃度處理間的葉片MDA含量沒有顯著差異。

試驗結(jié)果表明，隨著鹽脅迫濃度的升高，7號的MDA含量不受影響，1號、3號和16號的在1.0%顯著下降，后逐漸趨于平穩(wěn)。

2.2.3 對葉片葉綠素含量的影響 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量的影響見圖3。

圖3 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片葉綠素含量的影響Figure 3 Effects of different salt stress treatments on chlorophyll content of Tamarix leaves

如圖3所示，同一檉柳無性系在不同鹽脅迫處理下葉片內(nèi)葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量變化趨勢相同，4種檉柳盆栽苗之間存在較大差異。

1號和7號的葉片葉綠素a和葉綠素b含量變化趨勢較為一致， 1.0%濃度下葉綠素a含量均顯著高于對照，葉綠素b含量均高于對照但無顯著差異；葉綠素a和葉綠素b含量隨著鹽濃度增加逐漸降低，3.0%濃度下1號檉柳與對照均無顯著差異，7號檉柳與對照差異顯著。16號檉柳的葉片葉綠素a和葉綠素b含量隨鹽脅迫濃度增加呈現(xiàn)出先升高后下降趨勢，在1.5%濃度下達(dá)到最大值，均顯著高于對照，3.0%濃度下達(dá)到最低值但均與對照差異不顯著。3號檉柳在鹽脅迫濃度處理下葉綠素a和葉綠素b含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，2.0%濃度達(dá)到最低值，與對照無顯著差異，3.0%下達(dá)到最高值，顯著高于對照。

葉綠素a+b含量代表葉片內(nèi)葉綠素的總含量，由葉綠素a含量和葉綠素b含量相加，因此在鹽脅迫處理下的變化趨勢與葉綠素a和葉綠素b的變化趨勢相一致。

試驗結(jié)果表明，受鹽脅迫影響，1號、7號和16號檉柳葉片葉綠素含量基本呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，3號檉柳的葉片葉綠素含量為先升高后降低再升高的趨勢。

2.2.4 對葉片脯氨酸含量的影響 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片脯氨酸含量的影響見圖4。

圖4 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片脯氨酸含量的影響Figure 4 Effects of different salt stress treatments on proline content of Tamarix leaves

由圖4可知，4種檉柳無性系葉片脯氨酸含量隨著鹽脅迫濃度的增加整體呈現(xiàn)出上升趨勢。1號各濃度處理間與對照相比無顯著差異。3號在1.0%～2.5%濃度下、7號在1.0%～2.0%濃度下、16號在1.5%～2.5%濃度下葉片脯氨酸含量逐漸提高但與對照相比均沒有顯著差異。3號、7號和16號在3.0%濃度下葉片脯氨酸含量均達(dá)到最大值，分別為對照的2.56倍、2.25倍和1.46倍，差異顯著。

試驗結(jié)果表明，1號檉柳葉片脯氨酸含量不受鹽脅迫處理影響，3號、7號和16號檉柳葉片脯氨酸含量在鹽濃度3.0%時顯著升高。

2.2.5 對葉片可溶性糖含量的影響 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片可溶性糖含量的影響見圖5。

圖5 不同鹽脅迫處理對檉柳葉片可溶性糖含量的影響Figure 5 Effects of different salt stress treatments on soluble sugar content of Tamarix leaves

由圖5所示，與對照相比不同鹽脅迫處理下4種檉柳無性系葉片可溶性糖含量均不同程度提高。1號檉柳各濃度處理后的可溶性糖含量有所增加，但與對照無顯著差異。3號檉柳可溶性糖含量在1.0%濃度處理下達(dá)到最大值，顯著高于對照，其他各濃度處理下有所降低，且與對照無顯著差異。7號和16號檉柳在鹽脅迫處理下可溶性糖含量增加，其中7號檉柳在1.0%～2.5%濃度下均顯著高于對照，16號檉柳在2.0%和3.0%濃度下顯著高于對照，其他濃度處理下與對照無顯著差異。

試驗結(jié)果表明，1號檉柳葉片的可溶性糖含量不受鹽脅迫處理的影響，3號、7號和16號檉柳在鹽脅迫處理下葉片可溶性糖含量有所提高，存在一定的差異。

2.3 檉柳無性系耐鹽性綜合評價

選取株高增長量、細(xì)胞膜透性、丙二醛、葉綠素、脯氨酸和可溶性糖等6個指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)法對4種檉柳無性系的耐鹽性進(jìn)行綜合評價。鹽脅迫處理下4種檉柳無性系的綜合評價值如表3所示。

表3 鹽脅迫下4種檉柳無性系綜合評價值Table 3 Comprehensive evaluation values of four Tamarix clones under salt stress

由表3可知，1號、3號、7號和16號的綜合評價值分別為0.269、0.498、0.752和0.617，在鹽脅迫下4種檉柳無性系的耐鹽性由大到小依次為7號、16號、3號、1號。

3 結(jié)論與討論

采用營養(yǎng)液盆栽的方法研究得出，鹽脅迫處理下4種檉柳盆栽幼苗成活率均為100%，但株高增長受到明顯抑制。隨著鹽濃度的增加，1號和16號的葉片細(xì)胞膜透性呈整體上升趨勢；3號、7號和16號葉片的脯氨酸含量和可溶性糖含量提高；1號、3號和16號的葉片丙二醛含量降低；1號、7號和16號葉片葉綠素含量先升高后下降，3號的葉片葉綠素含量先升高后下降再升高。綜合評價認(rèn)為，4種檉柳無性系的耐鹽性由大到小依次為7號、16號、3號、1號。

植株生長與葉片葉綠素含量關(guān)系密切，葉綠素含量的變化會影響同化產(chǎn)物量，從而對其他生理活動造成促進(jìn)或抑制的作用。徐靜對鹽堿脅迫下冰草幼苗生理特征的研究顯示，鹽堿脅迫處理下植株葉綠素含量出現(xiàn)先上升后降低的趨勢，馬書榮對蒙古柳的研究也有相似的結(jié)果[5-6]。本試驗中1號、7號和16號總?cè)~綠素含量均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，3號檉柳的葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降再上升趨勢，在2.0%濃度下抑制了葉綠素的合成。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是低濃度下植株通過提高葉綠素含量增加光合作用，細(xì)胞內(nèi)含物增加從而提高細(xì)胞液濃度，保證細(xì)胞維持在較正常的生理活動水平，而高濃度鹽脅迫下葉綠素酶活性提高，促進(jìn)了葉綠素的分解。

離子的脅迫作用使細(xì)胞膜功能發(fā)生改變，研究表明，在一定的范圍內(nèi)，鹽脅迫濃度與植物細(xì)胞膜透性存在正相關(guān)關(guān)系，可以反映植物細(xì)胞膜在逆境條件下透性的變化和受損傷程度[7-8]。試驗結(jié)果表明1號和16號細(xì)胞膜透性在鹽脅迫下受損傷較大，而3號和7號對鹽脅迫有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。植物在受到脅迫下，電子傳遞受影響產(chǎn)生大量的活性氧，導(dǎo)致細(xì)胞膜過氧化和丙二醛的積累，鹽脅迫下植物葉片內(nèi)丙二醛含量呈增加的趨勢。本試驗中，丙二醛含量均隨鹽濃度增加逐漸下降，且在1.0%～3.0%鹽濃度范圍內(nèi)基本趨于平穩(wěn)。喬夢吉和李影麗對鹽脅迫下檉柳的研究發(fā)現(xiàn)[9-10]，鹽脅迫處理后期檉柳丙二醛含量下降，本試驗出現(xiàn)了相似的結(jié)果。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是不同植物體內(nèi)膜系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制存在差異，植物體內(nèi)的超氧化物歧化酶、過氧化物酶等酶系統(tǒng)清除了自由基，在一定程度上緩解了脂膜的過氧化，鹽脅迫對膜系統(tǒng)沒有造成損傷，維持自由基平衡，導(dǎo)致丙二醛含量逐漸減少。4種檉柳幼苗在脅迫后能積極有效進(jìn)行自我調(diào)整，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽能力。

脯氨酸和可溶性糖作為植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下能提高細(xì)胞液濃度，降低細(xì)胞水勢、增強(qiáng)吸水能力，從而維持膜系統(tǒng)的完整性[11]。本試驗中3號、7號和16號葉片的脯氨酸含量和可溶性糖含量均隨鹽脅迫濃度增加呈現(xiàn)出升高趨勢，這說明3號、7號和16號檉柳積累了大量的脯氨酸和可溶性糖，提高細(xì)胞的滲透勢，從而緩解鹽脅迫引起的傷害，保護(hù)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定。1號檉柳在鹽脅迫下的脯氨酸和可溶性糖含量與對照無顯著差異，其耐鹽調(diào)節(jié)機(jī)理可能與其他檉柳品種不同。

植物的耐鹽性受多基因控制，是多種耐鹽生理指標(biāo)的綜合表現(xiàn)，且各指標(biāo)在不同植物種類間存在差異,因此有必要對耐鹽性進(jìn)行綜合評價。本研究采用隸屬函數(shù)法，對成活率、株高增長量、葉片的丙二醛、葉綠素含量、脯氨酸等指標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)4種檉柳無性系的耐鹽性強(qiáng)弱依次為7號、16號、3號、1號。綜合來看，7號檉柳盆栽苗耐鹽性較強(qiáng)的主要原因可能為：鹽脅迫影響下，葉片細(xì)胞膜透性和丙二醛含量保持相對一致，細(xì)胞結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。通過自我保護(hù)機(jī)制的調(diào)節(jié)作用，提高細(xì)胞內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量，增強(qiáng)細(xì)胞滲透勢，減少因失水而造成的生理活動干擾，維持了一個相對正常的生長狀態(tài)。本研究通過盆栽的方式進(jìn)行鹽脅迫研究，但試驗條件與真正的栽植環(huán)境之間存在差異，因此還有必要進(jìn)行大田試驗，為實際生產(chǎn)提供更加客觀的依據(jù)。