混合盐碱胁迫对不同种源沙枣幼苗的影响1)

禹世豪 毕春竹 耿红凯 任安琦 李庆卫

(北京林业大学,北京，100083)(国家花卉工程技术研究中心)

沙枣(ElaeagnusangustifoliaL.)是胡颓子科胡颓子属落叶小乔木，主要分布于我国西北地区，具有耐盐碱、干旱且易管理等优良特性，其枝、叶、花、果具较高的观赏及药用价值[1-2]。沙枣是我国盐碱地区的先锋树种，近年来在北京、河北、山东等地陆续引种栽培[3-5]。20世纪90年代已有学者对沙枣耐盐性进行了初步研究，发现沙枣具有一定耐盐能力[6-7]，在盐渍土中能保持正常生长发育，抵御不良环境条件[8-10]。有研究发现Na2SO4胁迫抑制沙枣生长，降低其生长量[11]；盐胁迫使大果沙枣叶片的膜透性增大[12]；高质量浓度NaCl胁迫抑制沙枣抗氧化酶的活性[13]，降低叶绿素质量分数，同时促进可溶性糖、游离脯氨酸积累[14]。此外有研究指出，不同种源地的沙枣耐盐反应存在差别[15]。面对土壤盐渍化带来的压力，研究植物耐盐性、选育耐盐的种质资源、开发盐碱土地的植物应用对改变这一现状尤为重要。本研究探究沙枣的耐盐潜力，对不同种源地沙枣的耐盐反应进行分析，旨在为沙枣在盐碱地区的引种栽培及园林应用提供参考。目前，关于单一NaCl处理对植物抗盐性生理的研究较多[16-17]，而自然界中土壤的盐碱状况是复杂的，单盐处理不足以反映实际的土壤情况。本研究以NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3组成混合盐碱，对宁夏、甘肃不同种源的沙枣幼苗进行胁迫试验，研究盐碱胁迫时其生长、生理等指标的变化，并对甘肃、宁夏2个种源的沙枣进行综合性耐盐评价。通过对盐碱胁迫时沙枣各项生长、生理指标的分析，判断其在盐碱胁迫时的耐盐碱能力，确定不同种源的耐盐阈值，筛选出更优质的沙枣种质资源，为不同类型的盐碱地区引种沙枣提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年6—7月在北京林业大学梅菊圃温室内进行，供试材料为采购于宁夏银川、甘肃张掖2地生长健壮的2年生沙枣，采用盆栽方法，将长势相对一致的幼苗定植于上部为30 cm、下部为20 cm、高为30 cm的塑料花盆内，盆中基质为V(草炭土)∶V(珍珠岩)∶V(洗净河沙)=2∶1∶1，质量为5 kg。花盆底布置托盘，放置于北京林业大学梅菊园苗圃中进行统一管理。

1.2 试验设计

试验设置5个处理，土壤盐分梯度(土壤中盐的质量分数)分别为0(pH=6.91，CK)、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，对照组浇灌营养液，处理组浇灌营养液+混合盐碱溶液(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3体积比按照1∶1∶1∶1混合，pH=9.65),每个处理设3次重复。其中高盐分梯度的处理按照每天0.3%的频率递增，待全部处理达到设定的质量分数后，开始计算胁迫时间，于胁迫的0、10、20、30、40 d时选取植株中上部的叶片进行各项指标的测定。胁迫40 d时测定叶长、叶宽、新梢长度、地径生长量等生长指标。

1.3 表型性状测定

在胁迫处理前及处理40 d时分别测量植株地径；选择植株中上部10枚成熟叶片，分别用游标卡尺测量叶长、叶宽；每株幼苗选择5枝新梢做标记，在试验前后分别测量其长度。

1.4 生理指标测定

采用相对电导率法测定叶片膜透性，硫代巴比妥酸法测定丙二醛质量摩尔浓度[18]；考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质量分数[18]；茚三酮比色法测定游离脯氨酸质量分数[18]；蒽酮比色法测定可溶性糖质量分数[18]；氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[18]；愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[18]；丙酮乙醇法测定叶片叶绿素质量分数[18]。

选取沙枣生长良好的上部成熟功能叶，使用LI-6400便携式光合仪(Lo-Cor Inc,USA)测定沙枣叶片的光合参数，测定指标包括净光合速率(Pn)、胞间CO2摩尔分数(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)，每个处理设9次重复。

1.5 数据处理

用Microsoft Excel2012和SPSS22.0进行数据统计及分析。

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对沙枣苗生长特性的影响

由表1可知，盐碱质量分数为0.3%时，胁迫的甘肃沙枣地径生长量相较对照增加了6.48%。土壤中盐碱质量分数升高，沙枣生长量减小，生长逐渐受到抑制。胁迫40 d后，2个种源的沙枣在盐碱质量分数为0.6%时，部分叶片出现叶缘焦枯，且随处理盐碱质量分数升高，焦枯叶片增多。在盐碱质量分数为1.2%时，2个种源沙枣的叶长、叶宽、新梢、地径生长量最小。

表1 盐分梯度对沙枣生长特性的影响

2.2 混合盐碱胁迫对沙枣苗生理特性的影响

2.2.1混合盐碱胁迫对沙枣叶片膜透性及丙二醛质量摩尔浓度的影响

如表2、表3所示，在混合盐碱胁迫时，随着土壤盐碱质量分数增加及时间延长，宁夏、甘肃2个种源沙枣的叶片细胞膜透性呈增大趋势,丙二醛质量摩尔浓度整体呈上升趋势且变化趋势基本一致。胁迫处理10 d时，甘肃种源的叶片膜透性在盐分梯度为0.9%、1.2%时大幅增加，相对于对照差异显著(P<0.05)。胁迫20 d，盐分梯度为0.3%、1.2%时，宁夏沙枣叶片膜透性增幅高于甘肃沙枣的增幅。胁迫持续30 d时，2个种源沙枣叶片丙二醛质量摩尔浓度均随着盐碱质量分数增加，且与对照呈显著性差异。胁迫40 d，盐分梯度为1.2%时，宁夏、甘肃2个种源的沙枣丙二醛质量摩尔浓度均达到最高。

表2 混合盐碱胁迫对沙枣膜透性的影响

表3 混合盐碱胁迫对沙枣丙二醛质量摩尔浓度的影响

2.2.2混合盐碱胁迫对沙枣叶片游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素质量分数的影响

如表4、表5、表6、表7所示，随着混合盐碱在土壤中质量分数的增加及胁迫时间的延长，宁夏、甘肃2个种源的沙枣叶片游离脯氨酸、可溶性糖质量分数呈上升趋势，叶绿素质量分数整体呈下降趋势，可溶性蛋白质量分数随胁迫时间的延长呈先升后降再上升的趋势，但2个种源的可溶性蛋白质量分数变化幅度不同。胁迫10 d时，随着盐碱质量分数的增加，宁夏种源沙枣叶片可溶性蛋白质量分数呈先升后降的趋势，甘肃种源的可溶性蛋白质量分数呈上升趋势，与对照著差异显著(P<0.05)。胁迫40 d时，2个种源沙枣叶片游离脯氨酸质量分数相较于对照均显著增加(P<0.05)，叶绿素质量分数显著下降(P<0.05)，且宁夏种源沙枣叶绿素质量分数降幅较大。宁夏种源的可溶性蛋白质量分数在盐分梯度为0.9%时达最大值，甘肃种源的在盐分梯度为1.2%时达最大值。

表4 盐碱胁迫对沙枣游离脯氨酸质量分数的影响

表5 盐碱胁迫对沙枣可溶性糖质量分数的影响

表6 盐碱胁迫对沙枣可溶性蛋白质量分数的的影响

表7 盐碱胁迫对沙枣叶绿素质量分数的影响

2.2.3混合盐碱胁迫对沙枣叶片超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的影响

如表8、表9所示，随着胁迫时间的延长，宁夏、甘肃2个种源沙枣叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性呈先升后降的趋势。胁迫10 d时，2个种源超氧化物歧化酶活性明显上升且与对照差异显著(P<0.05)，过氧化物酶活性在盐分梯度为0.9%时，达最大值。胁迫20 d时，宁夏种源超氧化物歧化酶活性大幅上升，过氧化物酶活性在盐分梯度为0.3%、0.6%时显著增加；甘肃种源超氧化物歧化酶活性在盐分梯度为0.6%时达到最大值(303.21 U·g-1)。胁迫30 d时，2个种源沙枣过氧化物酶活性随盐分梯度增加而逐渐降低。

表8 盐碱胁迫对沙枣超氧化物歧化酶活性的影响

表9 盐碱胁迫对沙枣过氧化物酶活性的影响

2.2.4混合盐碱胁迫对不同种源沙枣苗光合特性的影响

据表10、表11、表12、表13可知，随盐分梯度增加，宁夏、甘肃2个种源沙枣Pn、Gs整体呈下降趋势。随胁迫时间的延长，Pn整体呈先降后升再下降的趋势；宁夏种源Gs呈下降趋势，甘肃种源Gs呈先降后升再降的趋势。胁迫40 d时，2个种源Pn、Gs均显著下降，Gs降至最低，与对照差异显著(P<0.05)。随盐分梯度的增加及胁迫时间的延长，2个种源沙枣Ci整体呈上升趋势，Tr整体呈下降趋势。胁迫30 d时，宁夏种源Ci在盐分梯度为1.2%时达最大值417.664 μmol·mol-1，甘肃种源Ci在盐分梯度为0.9%时达最大值384.740 μmol·mol-1。胁迫至40 d时，2个种源Ci均显著上升(P<0.05)且宁夏种源Ci增长幅度高于甘肃种源。

表10 盐碱胁迫对沙枣净光合速率的影响

表11 盐碱胁迫对沙枣气孔导度的影响

表12 盐碱胁迫沙枣胞间CO2摩尔分数的影响

表13 盐碱胁迫对沙枣蒸腾速率的影响

2.3 沙枣耐盐碱性综合分析与评价

2.3.1 沙枣耐盐阈值的确定

植物生长量是衡量其耐盐能力的重要指标。常采用植物生长量或生物量下降50%时土壤中盐的质量分数为植物的耐盐阈值[19]。以胁迫处理的新梢生长量为因变量(y)、以盐分梯度为自变量(x)建立回归方程，结果如表14所示。以新梢生长量下降50%时土壤中盐的质量分数为耐盐阈值，得出在混合盐碱处理中，宁夏种源沙枣的耐盐阈值为1.138%，甘肃种源沙枣的耐盐阈值为1.001%。由此可见，不同种源沙枣的耐盐碱性存在差异，宁夏种源沙枣对混合盐碱的耐受能力强于甘肃种源沙枣。

表14 盐碱胁迫下沙枣苗的回归方程及其耐盐阈值

2.3.2 不同种源沙枣的耐混合盐碱性

利用主成分分析方法进行沙枣的耐盐性评价[20]。由表15可知，在宁夏、甘肃2个种源沙枣在混合盐碱胁迫时，分别提取2个主成分及主成分各指标所对应系数，以系数为权重构建评分模型，以归一化处理的方差贡献率为权重，构建综合评分模型表达式：

表15 基于主成分分析的2种源沙枣耐混合盐碱指标主成分系数及贡献率

宁夏：F=0.847×F1+0.152×F2；

甘肃 ：F=0.842×F1+0.158×F2。

式中：F为处理组的综合耐盐能力值；F1为第一主成分；F2为第二主成分。

将各项指标代入综合评分模型，计算出2个种源沙枣的综合得分，宁夏种源沙枣的综合得分为1.168，甘肃种源沙枣的综合得分为1.011，说明宁夏种源沙枣耐盐碱能力强于甘肃种源沙枣。

3 讨论

在盐碱胁迫时，植物的生长特性是耐盐碱能力强弱的直接体现，其新梢、地径生长量等的积累往往随盐分梯度增加而逐渐受到抑制[21]。本研究发现宁夏、甘肃2个种源沙枣在盐分梯度为0.3%时无明显不良影响，且叶长、叶宽、地径生长量较对照均有所增加，之后随胁迫盐分梯度增加其生长受到抑制，在盐分梯度为1.2%处理时，叶长、叶宽、新梢、地径生长量均达到最小，受抑制作用最强。

盐分胁迫往往导致细胞膜系统受到不同程度的损伤，表现为细胞受到的毒害作用越大丙二醛质量摩尔浓度越高[22-23]。宁夏、甘肃2个种源沙枣叶片的膜透性、丙二醛质量摩尔浓度随盐分梯度的增加和胁迫时间的延长呈上升趋势。胁迫处理40 d时，2个种源沙枣在高盐分梯度(1.2%)胁迫下，细胞膜透性、丙二醛质量摩尔浓度均上升到最大值，生长量降至最低，这与张华新等[24]、齐曼·尤努斯等[25]的研究结果一致。其中甘肃种源沙枣膜透性、丙二醛质量摩尔浓度上升幅度较小，表现出较强的耐盐碱性。

细胞活性氧清除系统及渗透调节在植物逆境生理中发挥着重要作用，共同维持各项代谢反应的进行。细胞内抗氧化酶活性、渗透调节物质的水平也是衡量植株对逆境适应能力的重要指标[26-28]。随胁迫时间的延长，2个种源沙枣的超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性呈先升后降的变化趋势，这与杨颖等[29]的研究结果一致，胁迫10、20 d时，2个种源沙枣超氧化物歧化酶、过氧化物酶保持较高的活性，对盐害环境的适应力较强。在胁迫后期，低盐分梯度胁迫时，超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性仍维持相对稳定；高盐分梯度盐胁迫时，超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性均降至最低，表明细胞内活性氧的积累水平超出沙枣自身的调控能力，抗氧化机制受到严重抑制，细胞膜系统受损严重[30]。游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质积累总体呈增长趋势，这与杨佳鑫等[31]对梅花的研究结果相似。

胁迫处理过程中宁夏种源沙枣叶绿素质量分数降幅整体小于甘肃种源的降幅。随处理盐分梯度的增加，2个种源沙枣叶片Pn、Gs、Tr值整体呈下降趋势，Ci值呈上升趋势；随胁迫时间的增加，叶片光合作用受到抑制，Pn、Gs总体呈先降后升再下降的趋势，Ci呈先降后升的趋势，Tr呈下降趋势。胁迫初期主要受气孔因素限制，后期主要受非气孔因素限制，即盐碱胁迫时的沙枣光合作用受气孔因素及非气孔因素的共同影响。

4 结论

以2个种源沙枣的耐盐碱能力值作为因变量，12个生理指标的耐盐碱系数作为自变量，进行逐步回归分析，筛选出可溶性蛋白质量分数、丙二醛质量摩尔浓度、过氧化物酶活性、Tr可作为沙枣耐盐碱性评价的主要鉴定指标。比较宁夏、甘肃2个种源沙枣的耐盐阈值及耐盐性评价得分，发现宁夏种源沙枣对盐碱的耐受能力强于甘肃种源沙枣。本研究初步探讨了混合盐碱胁迫对2个种源沙枣的影响，旨在确定沙枣在盐碱胁迫时的耐盐碱能力，筛选出更优质的沙枣种质资源，为科学评价沙枣的耐盐碱机制、沙枣在盐碱地的引种栽培及园林绿化应用提供参考。