三倍體白榆對NaCl脅迫的生長及生理響應(yīng)

摘要： "為研究三倍體白榆鹽脅迫響應(yīng)特性，以三倍體白榆無性系為試材，測定0.9%土壤含鹽量下5個不同脅迫時間（0、7、14、21、28 d）的生長、生理生化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明：在NaCl脅迫0d與脅迫28 d三倍體白榆的株高、相對高生長均顯著高于二倍體白榆；不同倍性白榆隨著鹽脅迫時間的延長，相對電導(dǎo)率（REC）、丙二醛（MAD）含量逐漸上升，凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）及葉綠素（Chl）含量逐漸下降，三倍體白榆葉片REC、MDA含量、Pn、Tr、Gs、Ci、Chl變化較二倍體緩慢；不同倍性白榆超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）均隨鹽脅迫時間的延長表現(xiàn)出先升再降的趨勢，各處理時間下三倍體白榆SOD、POD、CAT活性均高于二倍體白榆；不同倍性白榆可溶性糖（SS）含量隨處理時間的延長逐漸上升，二倍體白榆可溶性蛋白（SP）含量隨處理時間的延長呈先升后降的趨勢，三倍體白榆SP含量隨處理時間的延長呈逐漸上升趨勢，各處理時間下三倍體白榆SS含量、可溶性蛋白SP含量均高于二倍體白榆。三倍體白榆在NaCl脅迫下光合系統(tǒng)受損傷程度更小，抗氧化能力及細(xì)胞穩(wěn)定性較二倍體更強，具有更強耐鹽性。

關(guān)鍵詞： "NaCl脅迫； "白榆； "二倍體； "三倍體； "耐鹽性

中圖分類號： " S 792. 19 " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： " B " " " " " " " 文章編號：１００1 － 9499（２０24）04 － 0008 － 06

Growth and Physiological Response of Triploid

Ulmus pumila to NaCl Stress

GUO Huanhuan1 CUI Shengjia1 FAN Chang1 LIU Xingju1 LIANG Haiyong1 ， 2**

（1. "College of Forestry， "Hebei Agricultural University， "Hebei Baoding 071000; "2. "Key Laboratory of Germplasm Resources and Forest Conservation， "Hebei Baoding 071000）

Abstract In order to study the salt stress response characteristics of triploid Ulmus pumila， the triploid Ulmus pumila asexual lines were used as test material to determine the changes of growth， physiological and biochemical indexes in five different stress times（0 d， 7， 14， 21 d and 28 d） under 0.9% NaCl treatment. The results showed that the plant height and relative tall growth of triploid Ulmus pumila were significantly higher than that of diploid Ulmus pumila at 0 d and 28 d of NaCl stress; with the extension of the salt stress time， the relative conductivity （REC） and malondialdehyde （MAD） content of Ulmus pumila of different ploidy increased gradually， and the net photosynthesis rate （Pn）， transpiration rate （Tr）， stomatal conductance （Gs）， intercellular carbon dioxide concentration （Ci） and Chlorophyll （Chl） content gradually decreased， triploid Ulmus pumila leaves REC， MDA content， Pn， Tr， Gs， Ci， Chl changes more slowly than the diploid; different ploidy of Ulmus pumila superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD）， catalase （CAT） with the prolongation of the time of salt stress showed a trend of rise and then decline， the time of the treatment of the triploid Ulmus pumila SOD， POD and CAT activities were higher than those of diploid Ulmus pumila; the soluble sugar （SS） content of different ploidy Ulmus pumila increased gradually with the extension of treatment time， the soluble protein （SP） content of diploid Ulmus pumila showed a trend of increasing and then decreasing with the extension of treatment time， while the SP content of triploid Ulmus pumila showed a trend of increasing gradually with the extension of treatment time， and the SS content and soluble protein content of triploid Ulmus pumila were higher than that of diploid Ulmus pumila with the extension of each treatment time. SP content was higher than that of diploid Ulmus pumila. The photosynthetic system of triploid Ulmus pumila was less damaged under NaCl stress， and the antioxidant capacity and cell stability were stronger than those of diploid Ulmus pumila， which had stronger salt tolerance.

Key words NaCl stress; Ulmus pumila; diploid; triploid; salinity

鹽堿地集積的鹽分嚴(yán)重影響植物正常生長發(fā)育，開展耐鹽樹種的選育工作，對改良與利用鹽堿地具有重大意義[ 1 ]。近年來，關(guān)于耐鹽樹種選育工作的研究主要集中在不同樹種[ 2 ]和同一樹種各無性系[ 3 ]耐鹽性差異等方面，而對于同一樹種不同倍性耐鹽性差異研究較少。白榆作為重要的耐鹽樹種，其多倍體抗性研究可為白榆耐鹽性探索提供一定的理論基礎(chǔ)。

白榆（Ulmus pumila）屬于榆科（Ulmaceae）榆屬（Ulmus）植物，耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐瘠薄能力良好。目前國內(nèi)外針對白榆的研究主要涉及雜交育種、選擇育種、抗旱性與耐鹽性研究等方面[ 4 - 6 ]，關(guān)于白榆耐鹽性研究涉及了鹽脅迫對種子萌發(fā)、出苗、生長指標(biāo)、生理生化指標(biāo)變化[ 7 ]等方面。多倍體植物往往具有比二倍體植物更高的抗逆性，目前對白榆多倍體耐鹽性的研究還未見報道，因此研究不同倍性白榆無性系在NaCl脅迫下的適應(yīng)機制具有重要意義。本研究通過分析不同處理時間下二倍體和三倍體白榆的生長、生理生化指標(biāo)的變化，闡明不同倍性白榆無性系對鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽性強弱，以期為鹽堿地耐鹽樹種的選育工作提供科學(xué)的理論依據(jù)，也為多倍體植物抗性提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

選取河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)苗圃的三倍體白榆無性系15株，以二倍體白榆為對照，2023年5月初，將供試材料平茬后移栽到直徑34 cm、深23 cm的花盆中，每盆3株，花盆底部襯以無紡布防漏水漏土，以普通壤土、細(xì)沙與泥碳土按2∶1∶1的干質(zhì)量比配置栽培基質(zhì)，裝至盆高3/4處，定期澆水及添加營養(yǎng)液。2023年7月榆樹速生期，對各盆用0.2%NaCl溶液進(jìn)行處理，采用每隔一天澆一次NaCl溶液處理逐步累積鹽分的方法，期間不斷監(jiān)測土壤含鹽量，直至土壤含鹽量為0.9%時停止處理。處理過程中定期交換位置以保證每盆所受環(huán)境影響一致，脅迫期間少量多次澆水，以平衡蒸發(fā)量。為防止鹽分隨水流失，盆底墊托盤，滲出的鹽溶液可再次倒回花盆中。分別在0、7、14、21、28 d取樣，取樣時間為上午9：00，每株選取第3～5片功能葉，設(shè)置3個生物學(xué)重復(fù)，進(jìn)行各指標(biāo)測定。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 生長指標(biāo)的測定

用卷尺對各株系脅迫0 d和脅迫第28ｄ的株高進(jìn)行測定。

1. 2. 2 部分生理指標(biāo)的測定

參照張贊培的方法進(jìn)行相對電導(dǎo)率（REC）的測定[ 8 ]；采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量[ 9 ]；參照李學(xué)波的方法測定部分光合參數(shù)[ 10 ]；采用95%乙醇浸提法測定葉綠素（Chl）含量[ 11 ]；采用氮藍(lán)四唑光還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[ 12 ]；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[ 13 ]；參照何天明的方法測定過氧化氫酶（CAT）活性[ 14 ]；采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白（SP）含量[ 15 ]；采用蒽酮法測定可溶性糖（SS）含量[ 16 ]。

1. 2. 3 數(shù)據(jù)分析

運用Excel2019軟件和SPSS.24軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，運用T檢驗分析二倍體和三倍體白榆各指標(biāo)之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2. 1 NaCl脅迫對二、三倍體白榆生長指標(biāo)的影響

由表1可知，NaCl脅迫第0 d與第28 d的三倍體白榆株高均顯著高于二倍體白榆（P＜0.05）。在NaCl脅迫28d后，三倍體株系的相對高生長顯著高于二倍體白榆，相對高生長代表植物生長速度，根據(jù)結(jié)果可知NaCl脅迫下三倍體株系生長速度較快于二倍體白榆，說明三倍體白榆適應(yīng)NaCl脅迫能力更強。

表 1 NaCl脅迫對三倍體白榆株高生長的影響

注：小寫字母表示同一脅迫時間下不同倍性的差異性（p＜0.05）；高生長＝第28天苗高－第0天苗高；相對高生長＝高生長／第0天苗高

2. 2 NaCl脅迫對三倍體白榆部分生理指標(biāo)的影響

2. 2. 1 NaCl溶液處理下土壤鹽分變化規(guī)律

由圖1可知，NaCl處理0～7 d土壤含鹽量增長迅速，第8d土壤含鹽量達(dá)到0.3%（低鹽濃度），7～14 d土壤含鹽量增長緩慢，其中第13 d達(dá)到0.35%（中鹽濃度），14～28 d土壤含鹽量增加較快，第18 d達(dá)到0.5%（高鹽濃度）。

圖 1 NaCl脅迫下土壤含鹽量變化

2. 2. 2 NaCl脅迫對三倍體白榆葉片相對電導(dǎo)率及丙二醛含量的影響

由圖2可知，三倍體白榆葉片REC隨著處理時間的延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，變化較二倍體緩慢，在不同處理時間下三倍體白榆葉片的REC均低于二倍體白榆，在處理第28 d時二、三倍體白榆REC達(dá)到最大值，分別為第0d的2.64倍和2.3倍；NaCl脅迫下三倍體白榆MDA含量隨處理時間的延長而增大，各處理時間下三倍體白榆的MDA含量均低于二倍體白榆。在處理第28 d時二、三倍體白榆的MDA含量達(dá)到最高水平，較對照分別增加190.27%和101.55%。三倍體白榆老化程度相對較低，較二倍體有更高的抗NaCl脅迫能力。

圖2 NaCl脅迫下相對電導(dǎo)率及丙二醛含量的變化

2. 2. 3 NaCl脅迫對三倍體白榆光合參數(shù)的影響

由圖3可知，鹽脅迫下白榆葉片的Pn、Tr、Gs、Ci均受到抑制，在處理28d時下降到最低值，二倍體白榆的Pn、Tr、Gs、Ci較第0天分別下降65.8%、83.46%、82.54%和28.48%，三倍體白榆的Pn、Tr、Gs、Ci較第0天分別下降54.18%、66.61%、73.33%、20.52%。整體上三倍體白榆光合參數(shù)降幅更小，變化較二倍體緩慢。

綜上，隨著處理時間的延長，白榆光系統(tǒng)活力均呈逐漸下降的趨勢，各處理時間下三倍體白榆的Pn、Tr、Gs、Ci均高于二倍體，降幅低于二倍體，說明三倍體白榆光合作用受NaCl脅迫影響較小，較二倍體白榆有更好的耐鹽性。

2. 2. 4 NaCl脅迫對三倍體白榆葉片葉綠素含量的影響

隨著處理時間的延長，葉片Chl含量均呈逐漸降低趨勢（圖4），但整體上三倍體白榆的Chl含量高于二倍體，降幅小于二倍體，在處理第28 d時降到最小值，二、三倍體白榆葉片Chl含量分別較第0d降低64.55%和43.39%，三倍體白榆葉片Chl含量降幅更小，可見NaCl脅迫對三倍體白榆的Chl含量變化的影響較二倍體更小。

圖4 NaCl脅迫下葉綠素含量的變化

2. 2. 5 NaCl脅迫對三倍體白榆葉片部分抗氧化酶活性的影響

三倍體白榆葉片SOD活性、POD活性、CAT活性均隨處理時間的延長呈先升后降的趨勢（圖5），并且各處理時間下三倍體白榆SOD、POD、CAT活性均高于二倍體白榆，其中二、三倍體白榆葉片中SOD活性和CAT活性在處理21 d時達(dá)到最高值，SOD活性較第0 d分別升高25.34%和43.51%，CAT活性較第0 d分別升高57.77%、98.06%，在處理28 d時二、三倍體白榆葉片SOD活性和CAT活性均達(dá)到最低值，SOD活性分別為對照的72.39%和117.57%，CAT活性分別為對照的50.08%和163.60%；二、三倍體白榆葉片POD活性均在處理14 d時達(dá)到最高值，分別較第0 d增加20.20%和54.01%，后二者均隨處理時間的延長而下降，在處理28d時二、三倍體白榆CAT活性下降到最低值，分別為脅迫第0 d的60.1%和117.48%。NaCl脅迫下三倍體白榆有較高的抗氧化酶活性。

2. 2. 6 NaCl脅迫對三倍體白榆葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

三倍體白榆葉片SS含量隨處理時間的延長逐漸上升（圖6），各處理時間下三倍體白榆SS含量均高于二倍體白榆，二、三倍體白榆SS含量在處理28d時達(dá)到最高值，分別較0 d上升了49.36%和77.34%；二倍體白榆SP含量隨處理時間的延長呈先升后降的趨勢，三倍體白榆SP含量隨處理時間的延長呈逐漸上升趨勢，二、三倍體白榆葉片SP含量在處理28 d時分別較0 d上升了58.33%和62.56%。綜上，三倍體白榆在NaCl脅迫下滲透調(diào)節(jié)作用優(yōu)于二倍體白榆，抗逆性更強。

3 討論與結(jié)論

生長量是植株代謝過程在形態(tài)上的直接體現(xiàn)，相對高生長是植物生長速度的具體體現(xiàn)，在NaCl脅迫下，植物正常生長受到影響，其株高與相對高生長可作為鑒別植物耐鹽性的直觀指標(biāo)[ 17 ]。逆境脅迫下植物光合系統(tǒng)會受到影響，Pn、Tr等光合指標(biāo)可直接用于評價逆境脅迫下植物光合能力的強弱[ 18 ]。高濃度和長時間的鹽脅迫致使植物葉綠素合成受阻，進(jìn)而使光合作用受到抑制，影響植物正常生長[ 19 ]。本研究中，三倍體白榆在NaCl脅迫0 d與脅迫28 d其株高、相對高生長均顯著高于二倍體白榆，與三倍體大青楊[ 20 ]在逆境脅迫下的表現(xiàn)一致。NaCl脅迫后三倍體白榆的Pn、Tr、Gs、Ci及Chl含量均隨著脅迫時間的延長而降低，三倍體白榆較二倍體降低程度更小。與四倍體刺槐[ 21 ]、四倍體白花泡桐[ 22 ]、三倍體小黑楊[ 23 ]在鹽脅迫下光合指標(biāo)及葉綠素含量變化規(guī)律一致。三倍體白榆在逆境下仍能維持更高的生長量，光合系統(tǒng)受到的影響更小，更能適應(yīng)逆境脅迫。

逆境脅迫下，植物為抵御活性氧及滲透脅迫帶來的傷害，其抗氧化酶活性會不斷提高，同時會積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以保持正常的吸水和代謝等生命活動[ 24 ]。REC和MDA含量反映細(xì)胞膜透性，可直接衡量植物耐鹽脅迫能力[ 25 ]。本研究中，白榆葉片SOD、POD、CAT活性均隨脅迫時間的延長呈先升后降的趨勢，三倍體白榆升高比例均較二倍體更大；不同倍性白榆葉片SS含量及REC、MDA含量均隨脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，三倍體白榆SS含量增幅較二倍體更大，REC、MDA含量增幅均較二倍體更小。三倍體白榆SP含量隨脅迫時間的延長逐漸增大，二倍體SP含量隨脅迫時間的延長先升高后降低，與四倍體楸子[ 26 ]、四倍體蘋果[ 27 ]、四倍體泡桐[ 28 ]對NaCl脅迫的響應(yīng)規(guī)律一致。NaCl脅迫下三倍體白榆能夠積極做出響應(yīng)，抗氧化能力及細(xì)胞穩(wěn)定性較二倍體更強，老化程度更低，具有更好的抗逆性。

本研究以三倍體白榆無性系為試材，分析了其在0.9%NaCl處理下5個不同脅迫時間（0、7、14、21、28 d）的生長、生理生化指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)二者在生長、生理生化等方面存在差異，三倍體白榆耐鹽性較強于二倍體白榆，研究結(jié)果可為鹽堿地耐鹽樹種的選育工作提供科學(xué)的理論依據(jù)，也為多倍體植物抗性提供參考。

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