草花苗期耐盐性鉴定及综合评价

董飞王烨楠朱娇王传增马蕾齐宇王成鹏温超张冀华吕晓惠

(1.山东省农业科学院休闲农业研究所/农业农村部华东都市农业重点实验室/生态园艺植物育种山东省工程研究中心，山东 济南 250100；2.山东省农业科学院黄河三角洲现代农业研究院，山东 东营 257000；3.济南麒麟花卉有限公司，山东 济南 250100)

黄河三角洲是我国盐碱地的集中分布区域，面积高达5 700 km2[1，2]，而且正在以每年1 300～2 000 hm2的速度递增[3]。其近海地区土壤含盐量较高，以滨海潮盐土为主，林木分布受到土壤、地形限制，以致植物种类贫乏、植被类型单一，严重制约黄河三角洲地区的生态健康和农业的可持续发展[4]。挖掘植物自身的耐盐能力，筛选和培育耐盐品种，是现阶段开发利用盐渍土最为经济有效的途径[5]。

草花包括一年生、二年生、多年生草花和宿根花卉、球根花卉以及草坪植物等。草花因其花色艳丽、花型多样、种植周期短、观赏期长、管理粗放等特点，被广泛应用到草坪镶嵌、立体美化和花坛中，并广泛应用于休闲农业与美丽乡村景观的打造和布置，被称为“活的花艺”[6，7]。随着美丽乡村和花园城市建设的深入推进和人民生活水平的不断提高，国家对城市绿化美化越来越重视，草花产业得以蓬勃发展。有研究发现，向日葵[8]、锦葵[9]、鼠尾草[10，11]、大花金鸡菊[12]、茶用菊[13]等草花不仅可以美化环境还具有一定的耐盐性，在盐渍土上生长良好。因此，筛选和鉴评出较耐盐的草花品种，对于丰富黄河三角洲的植被类型、有效利用盐渍土，推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要的现实意义。

植物幼苗期对盐胁迫较为敏感，如果能够顺利度过苗期就能够迅速成景，因此常在幼苗期对植物进行耐盐性方面的研究[14，15]。国内外学者已针对植物的耐盐性及耐盐品种的筛选进行过大量研究[5，16-19]，但是对草花苗期耐盐性鉴定及综合评价的相关研究还未见报道。本试验采用NaCl对草花幼苗进行盐胁迫处理，以预试验方式研究不同浓度NaCl对草花幼苗鲜重干重、根冠比等生长指标以及叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性、脯氨酸含量等生理指标的影响，并在预试验筛选确定适宜盐胁迫浓度的基础上测定计算该浓度胁迫下15种草花的植株生长和生理指标，并对两类指标进行相关性、主成分及聚类分析，以期确定苗期耐盐性鉴定指标，筛选出耐盐性较强的草花种类，为草花耐盐育种和生产上的应用推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试草花共15种，分别为向日葵(Helianthus annuusL.)、波斯菊(Cosmos bipinnataCav.)、百日草(Zinnia elegansJacq.)、地被菊(Chrysanthemum morifoliumRamat.)、常夏石竹(Dianthus plumariusL.)、蒲公英(TaraxacummongolicumHand.-Mazz.)、假龙头(Physostegia virginiana)、耧斗菜(Aquilegia viridifloraPall.)、半枝莲(Scutellaria barbataD.Don)、金盏菊(Calendula officinalisL.)、松果菊 [Echinaceapurpurea(Linn.)Moench]、蜀葵[Alcea rosea(Linn.)Cavan.]、小丽花(Dahlia pinnatecv.)、须苞石竹(Dianthus barbatusL.)、万寿菊(Tagetes erectaL.)，均购自山东寿禾种业有限公司。

1.2 试验方法

选取草花籽粒饱满、大小一致的自然风干种子，分别用HgCl2于种子表面消毒10 min，再用蒸馏水漂洗3次。之后25℃温水浸种12 h，再将种子置于含有蛭石的育苗盘中，移至光照培养箱内培养。培养条件为光照强度400μmol/(m2·s)、昼夜光照周期各12 h、昼/夜温度25℃/18℃和湿度70%～80%。每天用1/2Hoagland营养液(pH 5.7)浇透，直至两叶一心时，取整齐度一致的幼苗移栽到盛有相同基质的塑料盆(规格:高8 cm，上口径9.2 cm，下口径8.1 cm)中。每盆栽种1株，每种草花30盆。

为确定15种草花苗期耐盐性筛选的适宜浓度，先进行预试验。待幼苗长至四叶一心时，分别用含0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%NaCl的1/2Hoagland营养液进行处理，以不含盐1/2Hoangland营养液(pH 7.48)为对照。外施盐溶液以刚渗出塑料盆为准，保证盐溶液渗透基质，之后损失的水通过称重法补充1/2Hoangland营养液，使基质含水量维持在60%～70%。1/2Hoangland营养液每隔1 d换1次。处理20 d时全株取样进行株高、茎粗、植株鲜重干重等形态指标和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MDA)含量等生理指标测定。通过分析得出0.8%NaCl胁迫下草花间生长指标和生理指标差异最显著，能有效辨别出草花苗期的差异，因此将耐盐筛选的适宜浓度确定为0.8%NaCl，并以该浓度胁迫为准测定计算植株生长和生理指标。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 植株生长指标测定 测定植株地上部鲜重干重、地下部鲜重干重、植株含水量，计算其相对地上部鲜重干重、相对地下部鲜重干重、相对根冠比和相对植株含水量。公式如下:

相对地上部鲜重(%)＝处理平均地上部鲜重/对照平均地上部鲜重×100；

相对地上部干重(%)＝处理平均地上部干重/对照平均地上部干重×100；

相对地下部鲜重(%)＝处理平均地下部鲜重/对照平均地下部鲜重×100；

相对地下部干重(%)＝处理平均地下部干重/对照平均地下部干重×100；

根冠比(%)＝植株地下部鲜重/植株地上部鲜重×100；

相对根冠比(%)＝处理平均根冠比/对照平均根冠比×100；

植株含水量(%)＝(植株鲜重-植株干重)/植株鲜重×100；

相对植株含水量(%)＝处理平均植株含水量/对照平均植株含水量×100。

1.3.2 生理指标测定 过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及丙二醛(MDA)、脯氨酸含量各指标测定参照王学奎的方法[20]。

1.4 数据处理与分析

采用模糊数学隶属函数法对15种草花盐胁迫的耐受性进行综合评价。隶属函数值X(μ)如下式:

如果某一指标与抗性指标呈负相关，则可以通过反隶属函数计算其抗性隶属函数值X(v):

式中:x为指标测定值，xmin、xmax分别为所有参试草花某一指标的最小值、最大值，最后再将每种草花各个指标的隶属值累加求其平均值[5]。

利用Microsoft Excel 2013和SPSS 21.0软件进行数据统计整理与分析。采用Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对草花苗期生长的影响

NaCl胁迫下，15种草花各生长指标变化幅度不同，为了更客观评价其耐盐性，采用各指标的相对值进行比较分析。结果(表1)表明，相对地上部鲜重的变化范围为13.96%～125.17%，其中金盏菊地上部鲜重高于对照；相对地下部鲜重的变化范围为16.57%～77.78%，15种草花地下部鲜重均受到不同程度的抑制；相对地上部干重的变化范围为10.13%～108.96%，只有金盏菊地上部干重高于对照；相对地下部干重的变化范围为12.08%～66.67%，蜀葵受到抑制最严重，波斯菊受抑制程度最轻；相对根冠比的变化范围为42.15%～127.03%，半枝莲的根冠比超过对照；相对含水量的变化幅度很小，范围为93.28%～110.39%，说明NaCl胁迫对15种草花的含水量影响较小。

表1 盐胁迫下15种草花苗期各生长指标的相对值 (%)

2.2 盐胁迫对草花苗期生理指标的影响

15种草花苗期生理指标的变化结果(表2)表明，盐胁迫使地被菊、蒲公英、假龙头、小丽花、万寿菊的SOD活性低于对照，其它10种草花的SOD活性高于对照。盐胁迫降低地被菊、常夏石竹、蒲公英、松果菊、蜀葵的脯氨酸含量，提高其它10种草花的脯氨酸含量。盐胁迫下向日葵、常夏石竹、金盏菊、蜀葵、须苞石竹、万寿菊的MDA含量低于对照，其它9种草花的MDA含量高于对照。盐胁迫下15种草花的POD、CAT活性均低于对照，相对POD活性的变化范围为26.78%～78.37%，其中金盏菊的POD活性仅为对照的26.78%；相对CAT活性的变化范围为61.22%～86.08%，其中假龙头的CAT活性仅为对照的61.22%。

表2 盐胁迫下15种草花苗期各生理指标的相对值 (%)

2.3 盐胁迫下草花苗期各指标间的相关性分析

对盐胁迫下15种草花幼苗生长和生理各指标间进行相关性分析，结果(表3)表明，植株地上部鲜重与地下部鲜重、地上部干重、地下部干重、POD活性呈极显著相关，相关系数分别为0.643**、0.944**、0.691**、-0.792**；与脯氨酸含量呈显著正相关，相关系数为0.605*。地下部鲜重与地上部干重呈极显著正相关，相关系数为0.662**；与MDA含量、POD活性呈显著负相关，相关系数分别为-0.515*、-0.557*。地上部干重与地下部干重、POD活性呈极显著相关，相关系数分别为0.726**、-0.756**；与脯氨酸含量呈显著正相关，相关系数为0.516*。地下部干重与POD活性呈极显著负相关，相关系数为-0.658**；与脯氨酸含量呈显著正相关，相关系数为0.600*。幼苗根冠比、植株含水量、SOD活性、CAT活性与其它指标之间的相关性均没有达到显著水平。

表3 盐胁迫下15种草花幼苗生长和生理指标的相关系数

2.4 盐胁迫下草花苗期各指标的主成分分析

对11个生长指标和生理指标进行主成分分析，结果(表4)显示，5个主成分(第Ⅰ至第Ⅴ)的贡献率分别为40.232%、16.453%、12.395%、8.646%和6.821%，累计贡献率达到84.547%，能代表统计指标的绝大部分信息。各综合指标(y)的对应特征向量为:

表4 盐胁迫下15种草花幼苗各指标的主成分分析及贡献率

第Ⅰ主成分yⅠ＝0.445X1＋0.358X2＋0.439X3＋0.391X4-0.039X5-0.029X6＋0.021X7＋0.305X8-0.229X9-0.396X10＋0.151X11；

第Ⅱ主成分yⅡ＝0.057X1-0.206X2＋0.014X3＋0.143X4-0.299X5＋0.602X6-0.221X7＋0.209X8＋0.438X9＋0.082X10＋0.437X11；

第Ⅲ主成分yⅢ＝-0.176X1＋0.165X2-0.144X3-0.021X4＋0.468X5-0.251X6-0.626X7＋0.187X8-0.086X9＋0.074X10＋0.446X11；

第Ⅳ主成分yⅣ＝-0.020X1＋0.045X2-0.093X3-0.106X4＋0.563X5＋0.422X6＋0.556X7-0.062X8-0.181X9-0.049X10＋0.367X11；

第Ⅴ主成分yⅤ＝0.073X1-0.327X2＋0.050X3＋0.222X4＋0.456X5-0.152X6＋0.154X7＋0.540X8＋0.416X9＋0.084X10-0.331X11。

对第Ⅰ至第Ⅴ主成分的分析表明:第Ⅰ主成分表达式中，地上部鲜重(X1)和地上部干重(X3)的特征向量较大；第Ⅱ主成分表达式中，相对含水量(X6)的特征向量较大；第Ⅲ主成分表达式中，SOD活性(X7)的特征向量较大；第Ⅳ主成分表达式中，根冠比(X5)和SOD活性(X7)的特征向量较大；第Ⅴ主成分表达式中，脯氨酸含量(X8)的特征向量较大。综上可提取SOD活性(X7)、相对含水量(X6)、根冠比(X5)、脯氨酸含量(X8)作为草花幼苗耐盐性的鉴定指标。

2.5 用模糊隶属函数法综合评价草花的耐盐性

隶属函数值反映了不同草花幼苗受NaCl影响的程度，其值越大，NaCl造成的影响越小，幼苗的耐盐性越强。利用隶属函数值的平均值对15种草花进行耐盐性排序，结果(表5)表明，幼苗耐盐性最强的是金盏菊，最弱的是小丽花。

表5 盐胁迫下15种草花幼苗生长指标和生理指标的隶属值

2.6 15种草花幼苗耐盐性聚类分析

采用欧氏距离平均连锁法对15种草花耐盐性进行聚类分析(图1)，共划分为四类。其中，第一类包括小丽花、万寿菊和蜀葵，其耐盐性最弱；第二类包括耧斗菜、假龙头、须苞石竹和百日草，其耐盐性较弱；第三类包括蒲公英、波斯菊、松果菊、半枝莲、常夏石竹和地被菊，其耐盐性较强；第四类有金盏菊和向日葵，其耐盐性最强。

图1 15种草花耐盐性聚类图

3 讨论

形态变化和生长指标是维持植物生物活性和反映受盐胁迫程度的重要指标[21，22]。盐胁迫下野菊[15]、菊芋[5]、棉花[23，24]、番茄[25]等植物幼苗的根长、鲜重、干重等均受到明显抑制。但是也有研究表明，一定浓度的盐溶液会促进植物生长。本试验中，金盏菊的地上部鲜重干重均高于对照，其它草花的地上部鲜重干重、地下部鲜重干重均受到不同程度的抑制。

在正常条件下，植物体内活性氧(ROS)的产生和清除处于一个动态平衡，而盐胁迫导致植物积累大量的活性氧，且活性氧的积累通常会破坏细胞膜的完整性，破坏氧化还原体系平衡。植物细胞膜的透性和丙二醛(MDA)含量被认为是细胞膜受伤害程度的重要指标[26，27]。研究表明，耐盐性强的小麦[28]、黄瓜[29]、木槿[30]、番茄[25，31]的MDA含量较盐敏感植物增加的少。本研究中，耐盐草花金盏菊和向日葵的MDA含量低于对照，盐敏感草花小丽花的MDA含量是对照的3.5倍。另外，植物在极端条件下还能通过调整SOD、POD、CAT活性等来保护自身。本试验表明，盐胁迫下地被菊、蒲公英、假龙头、小丽花、万寿菊等盐敏感草花的SOD活性低于对照，其它10种草花的SOD活性高于对照，而且15种草花的POD、CAT活性均低于对照。

脯氨酸可以保护膜系统、维持膜结构，受到盐胁迫时能够平衡细胞中的高浓度盐分、避免细胞脱水、抑制蛋白质降解，从而防止酶失活，是一种十分重要的有机渗透调节物质[30，31]。研究发现，高盐胁迫下，紫罗兰[32]、盐角草、碱蓬、冰草[33]、菊芋[5]的脯氨酸含量均高于对照。本试验结果表明，耐盐性强的向日葵、金盏菊其脯氨酸含量增加程度极显著高于盐敏感草花(蜀葵、蒲公英等)。

植物幼苗的耐盐性涉及生理生化等多方面因素，也是一个综合性状的表现，确定其鉴定指标至关重要。主成分分析显示，全株干重、地上部鲜重、根长、地下部含水量和地下部鲜重可以作为芸豆幼苗耐盐碱的主要鉴定指标[19]；地上部鲜重、植株干重、SOD活性和脯氨酸含量可作为菊芋耐盐性的鉴定指标[5]；脯氨酸、丙二醛、可溶性蛋白含量及电解质外渗率，都可作为评判番茄耐盐性的重要指标[25]。本试验结果表明，幼苗SOD活性、相对含水量、根冠比、脯氨酸含量可作为草花幼苗耐盐性的鉴定指标。通过聚类分析可将15种草花苗期的耐盐性划分为四类，其中金盏菊、向日葵的耐盐性最强，小丽花、万寿菊、蜀葵的耐盐性最弱。也有研究表明，小丽花、万寿菊耐盐性较强[9，34]。这可能是由于本试验的盐胁迫是在苗期进行，而之前的试验是进行种子处理，也说明同一种草花不同时期耐盐性的强弱不同。

4 结论

为了确定15种草花苗期耐盐性筛选的适宜浓度，本研究先进行相应的预试验并通过试验结果分析得出，0.8%NaCl胁迫下草花间生长指标和生理指标差异最显著，能有效辨别出草花苗期的差异，因此将耐盐筛选的适宜浓度确定为0.8%。在此浓度盐胁迫条件下，主成分分析结果得出，SOD活性、相对含水量、根冠比、脯氨酸含量可作为草花幼苗耐盐性的鉴定指标。通过隶属函数和聚类分析得出，金盏菊、向日葵的耐盐性最强，其次是蒲公英、波斯菊、松果菊、半枝莲、常夏石竹、地被菊。筛选出的较耐盐草花可为耐盐机理研究、黄河三角洲等含盐量较高地区的生态保护和高质量发展提供技术支撑。