5個(gè)雜交桑種質(zhì)的耐鹽性評(píng)價(jià)

張利琴，殷紅燕，穆淑媛，付均惠，李 燕

（1泰安市林業(yè)保護(hù)發(fā)展中心，山東 泰安 271000；2泰安市泰山林業(yè)科學(xué)研究院，山東 泰安 271000；3濟(jì)南協(xié)和雙語實(shí)驗(yàn)學(xué)校，山東 濟(jì)南 250107）

0 引言

桑樹(Morus L.)在中國已有數(shù)千年栽培歷史，作為家蠶的飼料樹種，是蠶絲產(chǎn)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。桑樹除可供采葉養(yǎng)蠶外，還具有很高的食用、藥用和飼用價(jià)值[2]。另外，桑樹作為生態(tài)林樹種在水土保持、退耕還林、石漠化治理、鹽堿地改良等方面也發(fā)揮了重要作用，其經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值越來越受到重視[3-4]。目前，蠶桑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正從東南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)向內(nèi)陸干旱、鹽漬化地區(qū)轉(zhuǎn)移，加強(qiáng)桑樹鹽堿地應(yīng)用研究，對(duì)鹽堿地植被恢復(fù)和重建、增加其物種多樣性、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面具有重要意義[5-7]。本研究以‘冀桑3號(hào)’、‘魯雜1號(hào)’、‘浙雜1號(hào)’、‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’5個(gè)廣泛種植的雜交桑種質(zhì)為研究對(duì)象，通過鹽脅迫下幼苗生長試驗(yàn)，探究其耐鹽能力，為鹽堿地的治理提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 鹽脅迫下桑樹幼苗生長試驗(yàn)

1.1.1 前期準(zhǔn)備 篩選5個(gè)品種大小一致，完整飽滿的桑樹種子，待種子萌發(fā)后，選取長勢一致的桑樹幼苗移栽到裝有等量蛭石的花盆中，每盆一株，每個(gè)品種栽植12盆，放入長日照(D/N 16 h/8 h)人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.1.2 幼苗脅迫處理 幼苗生長2個(gè)月后，選取各品種長勢一致的幼苗進(jìn)行控水，分別向托盤中澆灌等量清水、6 g/L的NaCl溶液，每天觀察幼苗生長情況并記錄，待幼苗出現(xiàn)明顯脅迫表型時(shí)，拍照記錄植株生長情況并測量植株株高、地上地下部分生物量各項(xiàng)指標(biāo)，測量方法如下：

株高：測量植株根基部至主莖頂部（主莖生長點(diǎn)）之間的距離。

植株鮮重與干重：將植株分為地上部分與地下部分，用去離子水將植物材料沖洗干凈，吸干植株表面水分，測量鮮重。再將植物材料放在105℃烘箱中烘干至恒重，測量干重。

1.2 桑樹幼苗生理生化指標(biāo)的測定

采用乙醇浸提法測定葉綠素含量[8]；采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)的含量[8]；采用蒽酮比色法測定可溶性糖[8]；采用磺基水楊酸法測定脯氨酸含量[8]；采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定可溶性蛋白的含量[9]；采用氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)法測定超氧化物歧化酶(SOD)的活性[10]。

1.3 光合氣體交換參數(shù)測定

1.3.1 方法 鹽脅迫處理2周后，選擇天氣晴朗的上午，使用CIRAS-2型便攜式光合測定儀(PP Systems)測量各處理組植株同一葉位的光合參數(shù)，每個(gè)處理組測量3個(gè)重復(fù)。測量時(shí)，設(shè)置溫度為25℃，濕度為50%，葉室CO2濃度為500 μmol/mol。設(shè)置人工光源調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，自 2000 μmol/(m2·s)每遞減200 μmol/(m2·s)設(shè)置1個(gè)光照強(qiáng)度，再設(shè)置150、100、50、0 μmol/(m2·s)共14個(gè)光照強(qiáng)度，每個(gè)光照強(qiáng)度測量2 min，自動(dòng)3次重復(fù)計(jì)數(shù)。儀器自動(dòng)記錄光合有效輻射(PAR)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)等參數(shù)。利用凈光合速率和蒸騰速率計(jì)算葉片水分利用效率(WUE)，見公式(1)。利用胞間CO2濃度和葉室CO2濃度計(jì)算氣孔限制值(Ls)，見公式(2)。最后在1200 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度下測量桑樹幼苗的凈光合速率等各項(xiàng)基本指標(biāo)。

1.3.2 光合測定數(shù)據(jù)分析 運(yùn)用直角雙曲線修正模型及線性回歸模型擬合光合作用的光響應(yīng)曲線，通過SPSS 17.0軟件擬合分析鹽脅迫下光響應(yīng)曲線的相關(guān)參數(shù)和各雜交桑品種幼苗的光響應(yīng)過程[11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)桑樹幼苗生長的影響

為分析各種質(zhì)桑樹幼苗的耐鹽性，選取長勢一致的各種質(zhì)桑苗，用6‰NaCl處理2周觀察鹽害癥狀。結(jié)果如圖1A所示，與清水對(duì)照相比，‘桂桑優(yōu)62號(hào)’僅表現(xiàn)出輕微葉片黃化，植株生長良好?！鹕?yōu)12號(hào)’和‘浙雜1號(hào)’葉片明顯黃化卷曲，鹽害癥狀明顯。而‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’幼苗植株矮小，葉片褐化明顯，葉緣或葉尖枯萎，且植株生長受到明顯的抑制。因此，6‰NaCl處理下各種質(zhì)幼苗生長都受到抑制，但各種質(zhì)受抑制程度存在明顯差異。在株高方面，與清水處理相比，‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’株高受抑制程度最大，而‘桂桑優(yōu)62號(hào)’受抑制程度最小（圖1B）。另外NaCl處理也顯著降低了各種質(zhì)幼苗的生長量，植株地上地下部分鮮重和干重均顯著降低，但‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗生長量降低幅度最?。▓D1C）。綜上可知，‘桂桑優(yōu)62號(hào)’在幼苗階段具有較強(qiáng)的耐鹽性。

圖1 6‰NaCl處理各品種桑樹幼苗生長的影響

2.2 NaCl脅迫對(duì)桑樹幼苗生理生化指標(biāo)的影響

由圖2可知，NaCl處理降低了植株葉片的葉綠素含量，與清水處理相比，‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗葉片葉綠素含量變化最小，而‘魯雜1號(hào)’和‘冀桑3號(hào)’變化最大（圖2A）；在6‰NaCl處理下，各種質(zhì)桑樹葉片中的游離脯氨酸含量與清水處理的葉片相比都有不同程度的增加，但各種質(zhì)幼苗葉片中的游離脯氨酸含量變化具有明顯差異，其中‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’與清水處理相比葉片中游離脯氨酸含量變化幅度最大（圖2B）；在6‰NaCl處理下，與清水處理相比，各種質(zhì)幼苗體內(nèi)MDA含量均增加，其中‘浙雜1號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’體內(nèi)的MDA積累較多，‘桂桑優(yōu)62號(hào)’積累最少（圖2C）；在6‰NaCl處理下，各種質(zhì)桑樹幼苗葉片中的可溶性糖和可溶性蛋白含量變化存在明顯差異，與清水處理相比，‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’含量降低最少，而‘魯雜1號(hào)’含量降低最多（圖2D、E）；在6‰NaCl處理下，各種質(zhì)桑樹葉片中的SOD活性變化存在明顯差異，與清水處理相比，‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’葉片中的SOD活性增加最高，而‘冀桑3號(hào)’和‘浙雜1號(hào)’SOD活性增加較低（圖2F）。

圖2 NaCl脅迫對(duì)桑樹幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3 NaCl脅迫對(duì)桑樹幼苗光合生理參數(shù)的影響

為分析鹽分脅迫對(duì)各種質(zhì)桑樹幼苗光合特性的影響，測定了6‰NaCl濃度處理下各種質(zhì)桑樹幼苗的光合生理參數(shù)。由表1可知，直角雙曲線修正模型對(duì)各種質(zhì)桑樹幼苗的光響應(yīng)曲線擬合的決定系數(shù)R2均超過0.99，表明擬合光合響應(yīng)過程效果良好。由圖3和表1可知，在6‰NaCl處理下各雜交桑品種葉片的光響應(yīng)過程及光合特征參數(shù)均存在顯著差異。其中‘桂桑優(yōu)62’號(hào)和‘浙雜1號(hào)’幼苗葉片的最大凈光合速率(Pnmax)、飽和光強(qiáng)(LSP)、光合量子效率(Φ)明顯高于其它品種，光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和暗呼吸速率(Rd)均明顯低于其他品種。而‘魯雜1號(hào)’幼苗的Pnmax、LSP、Φ均較低，其(LCP)和(Rd)均明顯高于其他品種。因此，6‰NaCl脅迫對(duì)‘桂桑優(yōu)62號(hào)’和‘浙雜1號(hào)’品種的光合作用影響最小，而對(duì)‘魯雜1號(hào)’的光合作用影響較大。

表1 6‰NaCl處理對(duì)桑樹光合生理參數(shù)的影響

圖3 6‰NaCl處理的桑樹凈光合速率光響應(yīng)曲線

測定了在6‰NaCl處理下各種質(zhì)桑樹幼苗在1200 μmol/(m2·s)固定光強(qiáng)下的光合生理參數(shù)，結(jié)果如圖4所示。各種質(zhì)桑苗的生理參數(shù)指標(biāo)差異顯著，但變化趨勢一致。‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’幼苗的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)水分利用效率(WUE)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔限制值(Ls)數(shù)值均明顯低于其他種質(zhì)幼苗，而‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗的各項(xiàng)光合生理參數(shù)均明顯高于其他品種桑樹，表明NaCl脅迫處理對(duì)‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’幼苗的光合作用具有較大影響，而對(duì)‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗的光合作用影響較小。

圖4 固定光強(qiáng)下6‰NaCl處理對(duì)桑樹光合生理參數(shù)的影響

綜合以上分析，可以看出桑樹幼苗期桂‘桑優(yōu)62號(hào)’耐鹽能力最強(qiáng)。

3 結(jié)果與討論

植物的耐鹽性是較為復(fù)雜的表現(xiàn)，是由多種基因調(diào)控、多種外界因素共同作用的綜合性狀，植物不同生長發(fā)育時(shí)期的耐鹽能力可能也有所差別[13]。目前，桑樹耐鹽性的評(píng)價(jià)主要集中在耐鹽品種的篩選、鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生理形態(tài)的影響以及緩解鹽脅迫的途徑等方面。種子萌發(fā)時(shí)期是對(duì)鹽分最敏感的階段，鹽分脅迫下種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢能代表種子的發(fā)芽能力，直接反應(yīng)出種子的耐鹽能力。因此，種子萌發(fā)期的耐鹽性是對(duì)桑樹耐鹽性早期鑒定的關(guān)鍵。選用幼苗時(shí)期桑樹進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)，比較其在不同鹽濃度下的生長發(fā)育和各生理指標(biāo)差異，能為耐鹽種質(zhì)的選育提供直接的參考依據(jù)。鹽脅迫能直接抑制植物的生長發(fā)育和光合作用，同時(shí)對(duì)植物的株高、根系、葉片大小等也有不同程度的影響[14]。研究表明，鹽脅迫會(huì)抑制桑樹幼苗根系和枝梢的生長，減小葉片面積、降低植株干重和鮮重[15-16]。本研究通過用6‰NaCl處理各種質(zhì)桑樹幼苗發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下各種質(zhì)幼苗的生長發(fā)育、株高和生物量等都受到了不同程度的抑制作用，其中‘桂桑優(yōu)62號(hào)’僅表現(xiàn)出輕微葉片黃化，植株生長良好，株高和生物量變化較小，具有較強(qiáng)的耐鹽性。本研究測定了6‰NaCl濃度處理下各種質(zhì)桑樹幼苗的葉綠素含量和光合生理參數(shù)，發(fā)現(xiàn)NaCl處理均降低了植株葉片的葉綠素含量，同時(shí)各種質(zhì)桑苗的光合生理參數(shù)指標(biāo)也存在顯著差異，但變化趨勢一致。研究表明耐鹽品種葉片的胞間CO2濃度和水分利用效率較高，凈光合速率較低，并且鹽脅迫濃度越高，植物的光合作用越低[17-20]。其中‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’幼苗的Gs、Tr、WUE、Ci、和Ls數(shù)值均明顯低于其他種質(zhì)幼苗，而‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗的各項(xiàng)光合生理參數(shù)均明顯高于其他品種桑樹，表明NaCl脅迫處理對(duì)‘冀桑3號(hào)’和‘魯雜1號(hào)’幼苗的光合作用具有較大影響，而對(duì)‘桂桑優(yōu)62號(hào)’幼苗的光合作用影響較小，‘桂桑優(yōu)62號(hào)’表現(xiàn)出較強(qiáng)耐鹽性。蘇國興等[21]在對(duì)桑樹的耐鹽性研究中發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫處理的桑樹葉片中脯氨酸含量高于清水處理，且隨著鹽濃度和處理時(shí)間的增加，脯氨酸含量呈上升趨勢。鹽脅迫下，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加，有助于提高桑樹對(duì)鹽脅迫環(huán)境的適應(yīng)性[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，在6‰NaCl處理下，各種質(zhì)桑樹葉片中的游離脯氨酸含量和MDA含量與清水處理的葉片相比都有不同程度的增加，其中‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’與清水處理相比葉片中游離脯氨酸含量變化幅度最大、MDA含量變化幅度最小，表明其受鹽脅迫損傷較小。各種質(zhì)桑樹幼苗葉片中的可溶性糖和可溶性蛋白含量變化也存在明顯差異，與清水處理相比‘，桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’含量降低最少，而‘魯雜1號(hào)’含量降低最多。并發(fā)現(xiàn)‘桂桑優(yōu)12號(hào)’和‘桂桑優(yōu)62號(hào)’葉片中的SOD活性增加最多，而‘冀桑3號(hào)’和‘浙雜1號(hào)’SOD活性增加較少，表明脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化，有助于提高桑樹對(duì)鹽脅迫環(huán)境的適應(yīng)性。

劉雪琴等[24]對(duì)13份桑樹雜交組合F1代的耐鹽性的鑒定中‘，桂桑優(yōu)62’屬于極耐鹽品種‘，策沙-雜4’、‘策沙-雜5’和‘桂桑優(yōu)12’屬于較耐鹽品種，與本研究結(jié)果一致。考慮到桑樹耐鹽性的復(fù)雜性以及選用單一方法和指標(biāo)評(píng)價(jià)耐鹽性的局限性，本研究測定了多項(xiàng)生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)各種質(zhì)桑樹幼苗時(shí)期的耐鹽性，發(fā)現(xiàn)各種質(zhì)在幼苗期耐鹽能力評(píng)價(jià)中‘桂桑優(yōu)62號(hào)’耐鹽能力最強(qiáng)。由于桑樹的耐鹽性除受遺傳因素影響外，還會(huì)受到多種外界環(huán)境因素的影響。因此，實(shí)驗(yàn)室對(duì)桑樹耐鹽性的研究結(jié)果往往具有一定的局限性，只能為生產(chǎn)上品種選育或栽培提供參考，只有結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，經(jīng)過多年的田間試驗(yàn)才能篩選出適合當(dāng)?shù)卦耘嗟哪望}桑樹品種。