復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)鮮食葡萄生理生化指標(biāo)的影響

盧倩倩，馮琳驕，王 爽，古力扎提·包爾汗，褚 韌，周 龍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052）

0 引言

土壤鹽堿化是制約世界灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1-2]。新疆鹽堿化耕地面積約占灌區(qū)耕地的1/3[3]，土地利用率較低，對(duì)新疆地區(qū)輕度鹽堿化耕地的利用需求迫切。新疆地區(qū)地理氣候條件優(yōu)越，很適合葡萄的種植，但該地區(qū)的土壤鹽堿化限制了葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，耐鹽堿鮮食葡萄的篩選對(duì)于促進(jìn)新疆地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。前人研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)果樹可以通過增加膜透性、改變滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和增加保護(hù)酶活性等方式避免或減輕鹽堿脅迫造成的傷害。丁丁等[4]對(duì)茶菊的研究表明，隨著鹽濃度的增加，茶菊葉片膜透性和丙二醛含量上升，可溶性糖和超氧化物歧化酶活性先升高后降低。樊秀彩等[5]對(duì)葡萄的研究表明，鹽脅迫下鹽敏感品種‘Macadams’的膜透性、丙二醛含量均高于耐鹽砧木‘抗砧5號(hào)’。袁軍偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下耐鹽性強(qiáng)的‘101-14’砧木嫁接的‘赤霞珠’葉片中丙二醛和脯氨酸含量增幅最小，超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性較高。近年來，關(guān)于葡萄砧木耐鹽堿性的研究較多，但新疆地區(qū)多采用自根苗建園的種植模式，對(duì)耐鹽堿性較強(qiáng)的鮮食葡萄新品種有很高的需求。由于未在引種前進(jìn)行耐鹽堿性評(píng)價(jià)，導(dǎo)致部分新引品種在實(shí)際生產(chǎn)中因不耐鹽堿而生長(zhǎng)不良，種植戶損失較大的同時(shí)也對(duì)葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展造成不良影響。因此，在引種前進(jìn)行新引葡萄品種耐鹽堿性的評(píng)價(jià)和區(qū)域試驗(yàn)，對(duì)整個(gè)新疆葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有十分重要的意義。本研究以10個(gè)新疆新引鮮食葡萄品種為研究對(duì)象，通過盆栽控制性試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合鹽堿脅迫30天后的葡萄葉片及根系生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，以期為10個(gè)新引鮮食葡萄品種在新疆地區(qū)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年4—9月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料均為1年生葡萄扦插苗，是新疆地區(qū)10個(gè)新引鮮食葡萄品種，包括‘深紅玫瑰’、‘絲路紅玫瑰’、‘陽光玫瑰’、‘黑脆無核’、‘早夏無核’、‘甜蜜藍(lán)寶石’、‘浪漫紅顏’、‘紫甜無核’、‘戶太8號(hào)’和‘夏黑’。試驗(yàn)材料具體情況見表1。

表1 供試品種基本信息

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

10種供試材料定植于上口直徑25 cm、下口直徑20 cm、高25 cm的塑料花盆中，基質(zhì)采用營(yíng)養(yǎng)土。定植后，每3天澆1次透水，保證基質(zhì)處于濕潤(rùn)狀態(tài)。待葡萄苗長(zhǎng)出7葉1心后，選擇粗細(xì)、高矮都較為一致的幼苗，進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫處理。

依據(jù)新疆鹽堿土成分，將中性鹽NaCl、Na2SO4和堿性鹽NaHCO3按摩爾濃度1:1:1比例混合配制成復(fù)合鹽堿。根據(jù)復(fù)合鹽堿質(zhì)量和土壤干質(zhì)量之比[式(1)]設(shè)置處理，試驗(yàn)設(shè)對(duì)照（不加鹽堿，CK）和加入盆土干重(5 kg)的0.29%(T1)、0.58%(T2)、0.87%(T3)的復(fù)合鹽堿，共4個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。為避免鹽沖擊效應(yīng)，預(yù)處理期間每天以0.29%復(fù)合鹽堿溶于水澆入盆中，依次遞增，經(jīng)3天同時(shí)達(dá)到預(yù)定濃度，此時(shí)設(shè)定為正式處理第1天。為防止?jié)菜畷r(shí)土壤溶液流失，每個(gè)盆底墊塑料托盤，且定期回澆到盆內(nèi)，以保持盆內(nèi)土壤鹽堿總量。處理后定期澆灌少量水，以平衡蒸發(fā)量。于處理后第30天取樣，選取從基部數(shù)第4～6片葉，蒸餾水清洗干凈后保存在液氮中備用。

1.4 生理指標(biāo)測(cè)定

采用飽和稱重法[7]測(cè)定葉片相對(duì)含水量(relative water content，RWC)，采用電導(dǎo)儀法[8]測(cè)定葉、根相對(duì)電導(dǎo)率(relative conductivity，REC)，采用萘胺微板法測(cè)定根系活力，采用酸性茚三酮法測(cè)定葉、根脯氨酸(proline，Pro)含量，采用羥胺法測(cè)定葉、根超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定葉、根丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量。其中測(cè)定根系活力、Pro含量、SOD活性、MDA含量所采用試劑盒均購自武漢伊萊瑞特生物科技有限公司，測(cè)定方法參照該公司試劑盒說明書。

1.5 耐鹽堿系數(shù)

將各指標(biāo)轉(zhuǎn)化為耐鹽堿系數(shù)。首先計(jì)算各鹽堿脅迫處理組和對(duì)照組各性狀的平均值，指標(biāo)與耐鹽堿性呈正相關(guān)計(jì)算如式(2)，指標(biāo)與耐鹽堿性呈負(fù)相關(guān)計(jì)算如式(3)[9-10]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表制作，用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析（Duncan法）、相關(guān)性分析、主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)生理和生化指標(biāo)的影響

2.1.1 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)根系活力的影響 植物根系是活躍的吸收、合成器官，根系活力即根的生長(zhǎng)狀況和代謝水平直接影響植物地上部生長(zhǎng)[11]。圖1反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的根系活力變化情況。隨著鹽堿濃度的增加，各品種根系活力都呈下降趨勢(shì)，除‘黑脆無核’、‘紫甜無核’、‘戶太8號(hào)’外的7個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，根系活力降低幅度最大的是‘甜蜜藍(lán)寶石’，高達(dá)30.75%；降低幅度最小的是‘紫甜無核’，僅為3.64%。

圖1 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄根系活力

2.1.2 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響 同樣的鹽堿環(huán)境下，葉片相對(duì)含水量越高，耐鹽堿性越強(qiáng)[12]。圖2反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的葉片相對(duì)含水量變化情況。隨著鹽堿濃度的增加，葉片相對(duì)含水量整體呈下降趨勢(shì)，10個(gè)葡萄品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，相對(duì)含水量降低幅度最大的是‘陽光玫瑰’，高達(dá)17.24%；降低幅度最小的是‘浪漫紅顏’，僅為1.33%。

圖2 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片相對(duì)含水量

2.1.3 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片與根系相對(duì)電導(dǎo)率的影響

相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物膜狀況的重要指標(biāo)，植物受到傷害時(shí)，細(xì)胞膜破裂、膜蛋白受損使得細(xì)胞液外滲，從而相對(duì)電導(dǎo)率增加[13]。圖3反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的葉片、根系相對(duì)電導(dǎo)率變化情況，總體來看，相對(duì)電導(dǎo)率隨著鹽堿濃度的增加而增加，根系相對(duì)電導(dǎo)率明顯低于葉片相對(duì)電導(dǎo)率。從葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化情況可以看出，10個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，相對(duì)電導(dǎo)率增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)58.66%；增加幅度最小的是‘早夏無核’，僅為20.71%。從根系相對(duì)電導(dǎo)率變化情況可以看出，除‘黑脆無核’外的9個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，相對(duì)電導(dǎo)率增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)48.81%；增加幅度最小的是‘黑脆無核’，僅為13.95%。

圖3 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片、根系相對(duì)電導(dǎo)率

2.1.4 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片與根系丙二醛含量的影響

丙二醛是膜脂過氧化產(chǎn)物，直接反映了植物膜受損情況[14]。圖4反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的葉片、根系丙二醛含量變化情況。隨著鹽堿濃度的增加，整體呈上升趨勢(shì)，根系丙二醛增加幅度明顯高于葉片，10個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。從葉片丙二醛變化情況來看，T3與CK相比，丙二醛增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)189.92%；增加幅度最小的是‘戶太8號(hào)’，僅為11.52%。從根系丙二醛變化情況來看，T3與CK相比，丙二醛增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)1114.29%；增加幅度最小的是‘絲路紅玫瑰’，僅為134.09%。

2.1.5 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片與根系脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，鹽脅迫下脯氨酸的積累是植物的防御性行為，也是植物遭受脅迫的信號(hào)[15]。圖5反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的葉片、根系脯氨酸含量變化情況，根系脯氨酸含量明顯低于葉片脯氨酸含量。從葉片脯氨酸含量變化情況看，隨著鹽堿濃度的增加，整體呈上升趨勢(shì)，除‘紫甜無核’外的9個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，脯氨酸含量增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)445.04%；增加幅度最小的是‘紫甜無核’，僅為9.73%。從根系脯氨酸含量變化情況看，隨著鹽堿濃度的增加，整體呈上升趨勢(shì)，除‘早夏無核’外的9個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。T3與CK相比，脯氨酸含量增加幅度最大的是‘浪漫紅顏’，高達(dá)333.33%；增加幅度最小的是‘早夏無核’，僅為13.42%。

圖5 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片、根系脯氨酸含量

2.1.6 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片與根系超氧化物歧化酶含量的影響 抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)是植物抵御逆境脅迫的重要系統(tǒng)，而SOD是清除自由基最關(guān)鍵的保護(hù)酶之一[16]。圖6反映了復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種的葉片、根系SOD活性變化情況，葉片SOD活性明顯高于根系，隨著鹽堿濃度的增加，整體呈先上升后下降和持續(xù)上升2種趨勢(shì)。對(duì)葉片SOD活性，除‘戶太8號(hào)’外的其他9個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異?！z路紅玫瑰’、‘陽光玫瑰’、‘浪漫紅顏’、‘夏黑’出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，T1、T2時(shí)上升，T2與CK對(duì)比上升幅度分別為8.03%、21.87%、14.95%、9.90%，T3時(shí)略有下降，但始終高于CK時(shí)SOD活性；其他6個(gè)品種出現(xiàn)上升趨勢(shì)，T3與CK相比，增幅最大的是‘甜蜜藍(lán)寶石’(35.75%)，增幅最小的是‘戶太8號(hào)’(8.50%)。對(duì)根系SOD活性，10個(gè)品種均出現(xiàn)顯著性差異。‘深紅玫瑰’‘、絲路紅玫瑰’‘、陽光玫瑰’‘、甜蜜藍(lán)寶石’‘、浪漫紅顏’‘、夏黑’出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，T1、T2時(shí)上升，T3時(shí)下降；其他4個(gè)品種出現(xiàn)上升趨勢(shì)，T3與CK相比，增幅最大的是‘戶太8號(hào)’(216.32%)，增幅最小的是‘黑脆無核’(7.41%)。

圖6 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片、根系SOD活性的影響

2.2 葡萄耐鹽堿性綜合分析與評(píng)價(jià)

2.2.1 各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)及相關(guān)性分析 根據(jù)公式計(jì)算10個(gè)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)（表2）。不同指標(biāo)在葡萄耐鹽堿性中所起的作用不同，各品種在鹽堿脅迫下各指標(biāo)的變化幅度也不同。以葉片相對(duì)電導(dǎo)率這個(gè)指標(biāo)來衡量，耐鹽堿性最強(qiáng)的為‘早夏無核’，最弱的為‘浪漫紅顏’。以葉片丙二醛含量這個(gè)指標(biāo)來衡量，耐鹽堿性最強(qiáng)的為‘戶太8號(hào)’，最弱的為‘浪漫紅顏’。因此，不能利用單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)各葡萄品種的耐鹽堿性。

表2 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄生理與生化指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)

對(duì)各指標(biāo)耐鹽堿系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）發(fā)現(xiàn)，各指標(biāo)之間均存在不同程度的相關(guān)性，它們提供的信息發(fā)生了不同程度的重疊。其中，葉片丙二醛含量、根系丙二醛含量、葉片脯氨酸含量三者之間兩兩極顯著正相關(guān)，根系SOD活性與葉片MDA含量、葉片SOD活性顯著負(fù)相關(guān)。

表3 各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

2.2.2 主成分分析 主成分分析能以較少的相互獨(dú)立的主因子代替較多的互相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)[17]。對(duì)10個(gè)葡萄品種10個(gè)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進(jìn)行主成分分析，提取到特征值大于1的主成分3個(gè)，累計(jì)貢獻(xiàn)率77.99%（表4），表明前3個(gè)主成分能夠代表原來10個(gè)指標(biāo)的大多數(shù)信息。以表4中3個(gè)主成分的特征值比所提取的主成分總特征值之和作為權(quán)重計(jì)算出主成分綜合模型，如式(4)。

表4 復(fù)合鹽堿脅迫下10個(gè)葡萄品種提取因子特征值、貢獻(xiàn)率及載荷矩陣

通過主成分綜合模型得出綜合主成分值。由表5可知，不同葡萄品種耐鹽堿性由高到低依次為‘紫甜無核’、‘黑脆無核’、‘戶太8號(hào)’、‘早夏無核’、‘絲路紅玫瑰’、‘陽光玫瑰’、‘深紅玫瑰’、‘夏黑’、‘甜蜜藍(lán)寶石’、‘浪漫紅顏’。

表5 葡萄耐鹽堿能力綜合主成分值、綜合得分及排名

3 結(jié)論

筆者對(duì)盆栽控制條件下10個(gè)葡萄品種對(duì)復(fù)合鹽堿的生理生化響應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著鹽堿濃度的增加，根系活力和葉片相對(duì)含水量呈下降趨勢(shì)，相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛和脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降、持續(xù)上升2種趨勢(shì)。應(yīng)用主成分分析法綜合評(píng)價(jià)葡萄的耐鹽堿能力，10個(gè)葡萄品種耐鹽堿性由高到低依次為‘紫甜無核’、‘黑脆無核’、‘戶太8號(hào)’、‘早夏無核’、‘絲路紅玫瑰’、‘陽光玫瑰’、‘深紅玫瑰’、‘夏黑’、‘甜蜜藍(lán)寶石’、‘浪漫紅顏’。

4 討論

4.1 鹽堿脅迫對(duì)葡萄細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響

細(xì)胞膜是連接細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的半透膜，能夠控制物質(zhì)進(jìn)出，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[18]。但是鹽堿脅迫使自由基過量積累，攻擊膜脂中不飽和脂肪酸的雙鍵部分，發(fā)生膜脂過氧化作用，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛易與蛋白質(zhì)發(fā)生聚合、交聯(lián)等破壞細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)構(gòu)型，使得膜結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，細(xì)胞膜選擇透過性喪失，電解質(zhì)大量外滲，相對(duì)電導(dǎo)率升高[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿濃度的增加，10個(gè)品種的葉片、根系的相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量均呈增加趨勢(shì)。T3與CK相比，葉片與根系相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛增加幅度最大的均為‘浪漫紅顏’，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，‘浪漫紅顏’是耐鹽堿性最差的葡萄品種。徐海等[21]對(duì)鮮食葡萄品種的耐鹽性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)‘奧古斯特’在鹽脅迫下相對(duì)電導(dǎo)率增加幅度最大，其耐鹽性最差。于昕等[22]對(duì)復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄砧木的丙二醛含量變化情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)砧木‘1103P’葉片與根系丙二醛含量增加幅度都最大，其耐鹽堿性最差。以上研究都表明，相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量是評(píng)價(jià)葡萄耐鹽堿性的重要指標(biāo)，鹽堿脅迫下，越不耐鹽堿的品種越容易出現(xiàn)自由基過量積累，導(dǎo)致膜脂過氧化發(fā)生劇烈，丙二醛含量大幅增加，電解質(zhì)外滲率也大幅增加。

4.2 鹽堿脅迫對(duì)葡萄SOD活性的影響

鹽堿脅迫引起活性氧大量積累，自由基平衡遭到破壞，SOD作為自由基清除體系的重要組成部分，會(huì)通過增加自身清除自由基能力維持自由基代謝平衡，自由基清除能力越強(qiáng)的植物抗逆性越強(qiáng)[23]。車永梅等[24]對(duì)釀酒葡萄耐鹽性的研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度增加，耐鹽性較強(qiáng)的品種‘Vidal Blanc’的SOD活性持續(xù)上升，耐鹽性較弱的品種‘Dechaunac’的SOD活性先上升后下降。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿濃度的增加，SOD活性存在先上升后下降和持續(xù)上升2種趨勢(shì)，且呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)的幾個(gè)品種耐鹽堿性相對(duì)較差。分析認(rèn)為，SOD能夠清除鹽堿導(dǎo)致的活性氧增加，活性氧越多，SOD活性越高，但是當(dāng)活性氧增加過多，超出了SOD的清除能力，就會(huì)導(dǎo)致活性氧積累，SOD活性下降，這就是部分耐鹽堿性較差品種在高濃度鹽堿脅迫時(shí)SOD活性反而下降的原因。

4.3 本研究存在的局限性及下一步研究方向

自然條件下，鹽堿地的成分相當(dāng)復(fù)雜，不僅有鈉鹽，還有鉀鹽等，且氯化鈉、硫酸鈉等鈉鹽的比例也各有不同[25]。本研究?jī)H進(jìn)行了氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉摩爾比例1:1:1復(fù)合鹽堿下的盆栽控制試驗(yàn)，沒有進(jìn)行大田試驗(yàn)，不能完全反映葡萄品種的耐鹽堿性。植物的耐鹽堿性受到遺傳基因、起源地、生長(zhǎng)環(huán)境等各方面的影響，本研究只對(duì)特定環(huán)境下10個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行了探討。因此，若要全面評(píng)價(jià)葡萄品種耐鹽堿性，還需要結(jié)合形態(tài)、顯微結(jié)構(gòu)等方面指標(biāo)，且在大田條件下栽培、觀察才能使判斷結(jié)果更加科學(xué)全面，才能為實(shí)際生產(chǎn)提供更可靠的理論依據(jù)。