不同沙棘品種在榆林地區(qū)的適應(yīng)性評(píng)價(jià)

魯 客，朱國(guó)旭，史建國(guó)，柴乖強(qiáng)，狄 龍，張高如，秦媛媛,，段義忠

（1榆林學(xué)院/陜西省礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 榆林 719000；2榆林市林業(yè)和草原局/榆林市林業(yè)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)中心，陜西 榆林 719000）

0 引言

沙棘(Hippophae rhamnoides)為胡頹子科(Elaeagnaceae)沙棘屬(Hippophae)的灌木或小喬木，具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、耐鹽堿的特性，主要分布在歐亞大陸的干旱及半干旱地區(qū)。沙棘適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖容易，是國(guó)內(nèi)北方地區(qū)用于防風(fēng)固沙、水土保持的重要生態(tài)經(jīng)濟(jì)樹(shù)種。同時(shí)，沙棘為藥食同源植物，維生素含量及黃酮含量超高，被譽(yù)為“神果奇樹(shù)”，具有較高的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1]。伴隨著世界人口增長(zhǎng)和工業(yè)化規(guī)模的發(fā)展，大量的溫室氣體被釋放，導(dǎo)致了全球氣溫升高，大氣水分循環(huán)發(fā)生變化，引起水資源在大陸上的重新分布，進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境，造成干旱等極端現(xiàn)象的出現(xiàn)[2]。干旱作為影響植物生長(zhǎng)的主要因素之一，其在半干旱地區(qū)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度的加強(qiáng)，對(duì)世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的影響[3-4]。國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)受亞洲季風(fēng)氣候影響，隨著氣候變化，干旱、半干旱地區(qū)遭受干旱影響的程度進(jìn)一步加深，許多植物的生長(zhǎng)和作物的產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響，給當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成致命的威脅。由于植物不能主動(dòng)規(guī)避自然界中的惡劣環(huán)境，所以在植物的進(jìn)化過(guò)程中，為適應(yīng)干旱環(huán)境，對(duì)植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、激素合成以及代謝過(guò)程等方面進(jìn)行調(diào)整，從而應(yīng)對(duì)多變的生長(zhǎng)環(huán)境[5-8]。隨著全球氣候變化，中國(guó)所處的亞洲氣溫上升明顯，降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，沙棘面臨著更為嚴(yán)峻的干旱氣候挑戰(zhàn)，因此植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成了系統(tǒng)的響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制[9]。榆林市地處毛烏素沙漠邊緣，年降雨量少，時(shí)空分布不均，地下水環(huán)境脆弱性整體偏高，地下水位的下降超過(guò)一定的閾值將造成區(qū)域植被的破壞。同時(shí)生態(tài)環(huán)境極為惡劣，林草植被少，森林覆被率低(8.3%)，水土流失、土地干旱沙化嚴(yán)重，因此，選擇生態(tài)效益好、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、抗旱性強(qiáng)的樹(shù)種對(duì)恢復(fù)榆林地區(qū)生態(tài)環(huán)境有著極為重要的作用。而沙棘作為榆林地區(qū)常見(jiàn)的鄉(xiāng)土樹(shù)種，多分布于北六縣，這些地區(qū)多為干旱貧瘠地區(qū)，會(huì)直接影響沙棘的正常生長(zhǎng)發(fā)育和后期產(chǎn)量的形成[10]，是限制沙棘種植推廣的重要問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沙棘在組成成分及功能分析、藥理活性、干旱脅迫和抗旱性比較等方面均有不同程度的研究。周浩楠等[11]對(duì)沙棘中含有的黃酮類(lèi)、萜類(lèi)和甾體類(lèi)等化合物分析得出沙棘在抗氧化、抗衰老、保護(hù)肝臟、增強(qiáng)免疫功能等方面有著重要作用。胡杜娟等[12]對(duì)胡頹子科不同品種沙棘的抗旱性比較發(fā)現(xiàn)沙棘品種‘紅霞’、‘蠻漢山’抗旱性強(qiáng)。吳芹等[13]對(duì)干旱脅迫后沙棘生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫降低了葉綠素含量、保水力、光合速率和蒸騰速率。孫軒等[14]對(duì)沙棘、檸條和側(cè)柏3個(gè)樹(shù)種的光合生理指標(biāo)和水分生理指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，得出側(cè)柏相對(duì)于沙棘和檸條具有更好的抗旱能力。高日國(guó)等[15]通過(guò)模擬土壤自然干旱和復(fù)水過(guò)程發(fā)現(xiàn)，沙棘抗旱能力有限，當(dāng)葉片出現(xiàn)干縮，要及時(shí)灌溉，以免造成不可恢復(fù)的傷害。田振江等[16]通過(guò)對(duì)大果沙棘接種AM真菌得出接種菌根真菌可以增強(qiáng)宿主植物的抗旱性，促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，降低細(xì)胞膜損傷，維持正常生理生化活動(dòng)。在篩選沙棘抗旱種質(zhì)資源、建立抗旱篩選的評(píng)價(jià)體系、加速抗旱育種進(jìn)程等方面并未見(jiàn)深入研究。本研究以引種到榆林地區(qū)不同品種沙棘為材料，通過(guò)測(cè)定不同時(shí)期的農(nóng)藝性狀與生理指標(biāo)，篩選適宜陜北榆林地區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)沙棘種質(zhì)資源，以期為榆林地區(qū)沙棘種質(zhì)資源收集與保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)馬合鎮(zhèn)（北緯36°57′—39°35′、東經(jīng) 107°28′—111°15′），屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.9～11.39℃，日照時(shí)數(shù)為2593.5～2914.2 h，無(wú)霜期134～169天，年平均降水量400 mm左右，年蒸發(fā)量在1152.2～1289.7 mm；冬春多西北風(fēng)，夏秋多東南風(fēng)，地貌為風(fēng)沙草灘區(qū)，特殊的生態(tài)環(huán)境孕育了具有地域特色的動(dòng)植物資源，當(dāng)?shù)氐闹参镱?lèi)群具有典型的沙漠生態(tài)特征。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年1月—2020年12月在榆林學(xué)院礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 供試材料采集

供試材料引種于山西太原，分別為‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’、‘深秋紅’、中國(guó)沙棘、‘北歐一號(hào)’、‘無(wú)刺大果’植株。通過(guò)調(diào)查原產(chǎn)地的生長(zhǎng)環(huán)境，與引種地生境相比較，選擇5個(gè)品種沙棘1～2年生、高0.3～1.0 m、根長(zhǎng)保留20～30 cm的植株進(jìn)行栽培試驗(yàn)。適當(dāng)深栽，埋土比原土深約5 cm，種苗定植前剪掉腐爛根，并用福爾馬林對(duì)切口消毒，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積10 m×10 m，隨后按沙棘株距50 cm、行距200 cm立即定植于試驗(yàn)地，重復(fù)3次。

1.4 農(nóng)藝性狀測(cè)定

植物農(nóng)藝性狀指農(nóng)作物的生育期、株高、葉面積、果實(shí)質(zhì)量等可以代表作物品種特點(diǎn)的相關(guān)性狀。本研究以不同品種沙棘為材料，對(duì)其引種后的農(nóng)藝性狀（包括出苗率、株高、冠幅、地徑粗等）[17-18]指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，建立沙棘的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)體系。

（1）移栽結(jié)束，待生長(zhǎng)初期依據(jù)移栽數(shù)和存活數(shù)計(jì)算存活率。

（2）每個(gè)品種隨機(jī)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的5株，掛牌標(biāo)記，進(jìn)行定點(diǎn)定株觀察和測(cè)定，每隔30天測(cè)定1次，用游標(biāo)卡尺測(cè)定地徑粗，卷尺測(cè)定株高、冠幅。

1.5 生理指標(biāo)測(cè)定

生理指標(biāo)包括丙二醛、超氧化物歧化酶活性、過(guò)氧化物酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、游離脯氨酸含量等[19-21]，測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)建立沙棘抗旱評(píng)價(jià)技術(shù)體系。

每個(gè)品種分初、中、末3個(gè)時(shí)期（初期為6月，中期為8月，末期為10月）取足量（約50 g）代謝旺盛的成年葉片裝入小封口袋中備用，投入暗冰箱，避光保存，以備測(cè)定葉片生理指標(biāo)時(shí)使用。丙二醛含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[22]，超氧化物歧化酶活力測(cè)定采用連苯三酚自氧化法[23]，過(guò)氧化物酶測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[24]，游離脯氨酸含量的測(cè)定采用磺基水楊酸法[25]，葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液法[26]。

1.6 農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)分析

至生長(zhǎng)末季，依據(jù)記錄不同品種沙棘的存活率(x1)、株高(x2)、冠幅(x3)3個(gè)指標(biāo)，計(jì)算不同品種沙棘適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)E[27]，然后根據(jù)E值評(píng)價(jià)不同品種沙棘移栽榆林后的適應(yīng)性。

1.7 抗旱性評(píng)價(jià)分析

根據(jù)5個(gè)沙棘品種的丙二醛含量(X1)、超氧化物歧化酶含量(X2)、葉綠素含量(X3)、過(guò)氧化物酶含量(X4)、脯氨酸含量(X5)，采用隸屬函數(shù)法[28]評(píng)價(jià)各品種的抗旱能力，如式(5)。式中，U(Xi)表示第i項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定值，Xmin表示第i項(xiàng)指標(biāo)的最小值，Xmax表示第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)整理及圖表繪制在Excel 2016軟件中進(jìn)行，部分?jǐn)?shù)據(jù)用SPSS 23.0軟件分析，對(duì)各品種沙棘的抗旱指標(biāo)的變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 特異沙棘種質(zhì)資源的篩選

2.1.1 農(nóng)藝性狀測(cè)定與分析 移栽結(jié)束，待生長(zhǎng)初期依據(jù)移栽數(shù)和存活數(shù)計(jì)算存活率。從表1中可以得出，存活率‘深秋紅’兩年生>‘北歐一號(hào)’>‘深秋紅’一年生>‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’>中國(guó)沙棘>‘無(wú)刺大果’。

表1 不同沙棘品種存活率

從表2中可以得出，對(duì)比同一月份不同沙棘品種株高發(fā)現(xiàn)，‘深秋紅’兩年生、‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’與‘北歐一號(hào)’在株高上顯著高于其余品種(P＜0.05)；對(duì)比不同月份同一沙棘品種發(fā)現(xiàn)，‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’、‘深秋紅’兩年生、‘北歐一號(hào)’與中國(guó)沙棘株高生長(zhǎng)無(wú)顯著差異，8—9月的‘深秋紅’一年生與‘無(wú)刺大果’的株高顯著高于其余月份(P＜0.05)。引種后的5種沙棘株高除中國(guó)沙棘外均有所增長(zhǎng)。

表2 不同沙棘品種不同月份株高、地徑粗和冠幅生長(zhǎng)cm

對(duì)比同一月份不同沙棘品種地徑得出，6—7月的中國(guó)沙棘在地徑上顯著高于其余品種(P＜0.05)，9—10月的‘深秋紅’兩年生、‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’、‘北歐一號(hào)’、‘深秋紅’一年生的地徑粗顯著高于中國(guó)沙棘(P＜0.05)；對(duì)比不同月份同一沙棘品種地徑得出，除中國(guó)沙棘外其余品種10月的地徑粗顯著高于6月(P＜0.05)，對(duì)比5個(gè)月份的中國(guó)沙棘地徑無(wú)顯著差異。引種后的5種沙棘地徑粗除中國(guó)沙棘外均有所增長(zhǎng)。

對(duì)比同一月份不同沙棘品種冠幅得出，6月的中國(guó)沙棘在冠幅上顯著高于其余品種(P＜0.05)，7月的中國(guó)沙棘與‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’無(wú)顯著差異，且兩者顯著高于其余品種，伴隨著環(huán)境的變化，5種沙棘品種之間在冠幅上的差異逐漸消失；對(duì)比不同月份同一沙棘品種冠幅得出，除中國(guó)沙棘外其余品種10月的冠幅顯著高于6月(P＜0.05)，對(duì)比5個(gè)月份的中國(guó)沙棘冠幅無(wú)顯著差異。引種后的5種沙棘冠幅除中國(guó)沙棘外均有所增長(zhǎng)。

2.1.2 生理指標(biāo)測(cè)定與分析

（1）丙二醛是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，其含量可用作判斷植物細(xì)胞膜系受損傷程度，也是衡量植物抗性強(qiáng)弱最直觀的指標(biāo)。從圖1可以得出，除‘無(wú)刺大果’外的丙二醛含量從初期到末期均表現(xiàn)為先增后減的趨勢(shì)，表明移栽后的沙棘經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境產(chǎn)生了一定的抵抗力，而末期‘無(wú)刺大果’在丙二醛含量上顯著高于除‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’外的其余3種沙棘(P＜0.05)，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力弱于其他品種。

圖1 不同沙棘品種丙二醛含量對(duì)比

（2）超氧化物歧化酶是植物體內(nèi)重要的保護(hù)氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害的金屬酶類(lèi)。從圖2可以得出，中國(guó)沙棘與‘無(wú)刺大果’的超氧化物歧化酶含量不斷增加，末期‘無(wú)刺大果’的超氧化物歧化酶含量顯著高于除中國(guó)沙棘外的品種(P＜0.05)，表明‘無(wú)刺大果’能在一定的脅迫下將超氧化物歧化酶活性維持在較高的水平，這對(duì)防止活性氧的大量積累、降低膜質(zhì)過(guò)氧化程度、減輕膜傷害具有重要作用。

圖2 不同沙棘品種超氧化物歧化酶含量對(duì)比

（3）過(guò)氧化物酶普遍存在于生物體內(nèi)且屬于活性較高酶類(lèi)之一，可催化過(guò)氧化氫、氧化酚類(lèi)等化合物，參與消除氧代謝中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫和酚類(lèi)、胺類(lèi)等毒性物質(zhì)，進(jìn)而起到解毒的作用，是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶之一。由圖3可以得出，末期的‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’與‘無(wú)刺大果’的過(guò)氧化物酶含量相比中期有所降低，其余品種的過(guò)氧化物酶含量有所增加。

圖3 不同沙棘品種過(guò)氧化物酶含量對(duì)比

（4）滲透調(diào)節(jié)物脯氨酸是逆境脅迫下生物體的一種氨基酸，參與穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)及保護(hù)細(xì)胞內(nèi)生物大分子等作用。在同一逆境脅迫下，不同生物體內(nèi)游離的脯氨酸含量會(huì)表現(xiàn)出較大的差異性。從比較結(jié)果（圖4）中得出，初期與末期的脯氨酸含量除中國(guó)沙棘外其余品種均有提高，中國(guó)沙棘的脯氨酸含量略微降低了1.146 μg/g?？傮w上，除中國(guó)沙棘外的沙棘品種脯氨酸含量均提高，且‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’與‘無(wú)刺大果’的脯氨酸含量增加幅度最大，末期5種沙棘品種的脯氨酸含量無(wú)顯著差異。

圖4 不同沙棘品種脯氨酸含量對(duì)比

（5）植物類(lèi)囊體膜上的葉綠素是植物色素蛋白復(fù)合體的重要組成部分，葉綠素的含量反映植物光合能力的強(qiáng)弱，含量越低光合作用越弱，不利于植物的生長(zhǎng)。高等植物體中葉綠素主要包括葉綠素a和葉綠素b 2種，其比值反映植物對(duì)光能利用情況。從圖5中可以得出，‘北歐一號(hào)’和中國(guó)沙棘的葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總含量均高于其余品種，同一水平下具有較強(qiáng)的光合能力，‘深秋紅’一年生光合能力最弱。‘深秋紅’兩年生的葉綠素a/b含量顯著低于其余品種(P<0.05)，表明其對(duì)光能的利用能力弱于其余品種。

圖5 不同品種沙棘的葉綠素含量對(duì)比

2.2 多重條件下的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)

生長(zhǎng)性狀是植物在某一外界環(huán)境條件下的直接外在表現(xiàn)，是植物生態(tài)適應(yīng)能力的有效評(píng)判指標(biāo)，從表3適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)指數(shù)E值來(lái)看，5個(gè)沙棘品種的適應(yīng)性不同，其E值可以分為2個(gè)等級(jí)，E值在0.50以上的有‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’、‘深秋紅’一年生、‘深秋紅’兩年生、‘北歐一號(hào)’、中國(guó)沙棘，引種榆林后表現(xiàn)良好的適應(yīng)性，且‘深秋紅’兩年生最為良好，‘北歐一號(hào)’次之。E值在0.50以下的只有‘無(wú)刺大果’，該品種引種榆林后適應(yīng)能力一般?？傮w上，引種的‘深秋紅’兩年生、‘北歐一號(hào)’、‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’均能基本適應(yīng)榆林的自然條件，表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。

表3 沙棘的適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)

2.3 多重條件下的抗旱性評(píng)價(jià)

隸屬函數(shù)值越大，抗旱性越強(qiáng)，用隸屬函數(shù)法得出沙棘抗旱性由大到小表現(xiàn)為‘深秋紅’兩年生>中國(guó)沙棘>‘無(wú)刺大果’>‘北歐一號(hào)’>‘深秋紅’一年生>‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’（表4）。

表4 沙棘抗旱指標(biāo)的隸屬函數(shù)值及排序

3 結(jié)論

不同沙棘品種之間的存活率由高到低為‘深秋紅’兩年生>‘北歐一號(hào)’>‘深秋紅’一年生>‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’>中國(guó)沙棘>‘無(wú)刺大果’，‘深秋紅’兩年生存活率為99.02%。不同沙棘品種之間適應(yīng)性由強(qiáng)到弱為‘深秋紅’兩年生>‘北歐一號(hào)’>‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’>‘深秋紅’一年生>中國(guó)沙棘>‘無(wú)刺大果’。不同沙棘品種之間的抗旱性由強(qiáng)到弱為‘深秋紅’兩年生>中國(guó)沙棘>‘無(wú)刺大果’>‘北歐一號(hào)’>‘深秋紅’一年生>‘實(shí)優(yōu)一號(hào)’。綜合分析，‘深秋紅’兩年生為引種榆林地區(qū)首選樹(shù)種。

4 討論

沙棘是榆林地區(qū)集生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益于一體優(yōu)良植物，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，建立沙棘的抗旱評(píng)價(jià)體系，為引種優(yōu)良的沙棘種質(zhì)資源提供理論基礎(chǔ)。本研究引種5個(gè)沙棘品種至榆林地區(qū)，通過(guò)農(nóng)藝性狀與生理指標(biāo)的測(cè)定，建立沙棘抗旱篩選的評(píng)價(jià)體系[29]。在干旱脅迫下，測(cè)得各品種沙棘的多數(shù)指標(biāo)移栽前期變幅較小，并隨干旱脅迫力度的加劇而增加，說(shuō)明各種沙棘對(duì)不良環(huán)境具有一定的適應(yīng)性，這與徐軍等[30]對(duì)沙棘抗旱性研究結(jié)果一致。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，‘深秋紅’一年生在過(guò)氧化物酶含量上要高于其他品種，但在其他生理表現(xiàn)上并不理想；‘深秋紅’兩年生的過(guò)氧化物酶含量上并不顯著，但在超氧化物歧化酶含量上卻優(yōu)于其他品種，且得出‘深秋紅’兩年生是引種榆林最優(yōu)的樹(shù)種，說(shuō)明不同沙棘品種對(duì)抗旱性的適應(yīng)機(jī)制不同，這與胡杜娟[31]的試驗(yàn)結(jié)果一致。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫做出的生理機(jī)制。侯麗麗[32]通過(guò)研究干旱脅迫下沙棘抗旱生理生化指標(biāo)變化規(guī)律，得出伴隨著干旱脅迫的加劇，游離的脯氨酸會(huì)不斷累積，本研究通過(guò)比較引種至榆林地區(qū)的沙棘品種中游離的脯氨酸含量變化發(fā)現(xiàn)，末期的脯氨酸含量明顯高于初期，這與侯麗麗[32]的試驗(yàn)結(jié)果相同。

為了盡可能減小誤差，在今后的試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，對(duì)植物進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)應(yīng)盡量選取多的指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)體系。