李悅 蔡亞南 任安琦 韋淋馨 張鈺晗 張若溪 李慶衛(wèi)

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

目前，占世界陸地面積10%的土地處于鹽堿化狀態(tài)，嚴(yán)重威脅了全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境[1-2]。根據(jù)全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)，我國的鹽堿土總面積約3 600萬hm2，主要分布在西北、華北、東北和沿海地區(qū)，占我國可利用土地面積的4.88%[3]。土壤鹽脅迫分為中性鹽脅迫、堿性鹽脅迫和混合鹽脅迫，中性鹽脅迫多以NaCl為主，堿性鹽脅迫多以NaHCO3為主，中性鹽和堿性鹽共存稱為混合鹽脅迫，我國的鹽堿土則常以混合鹽的形式存在[4]。鹽堿地土壤會對植物產(chǎn)生滲透脅迫，直接毒害植物，制約植物的生長發(fā)育。適宜生活在鹽堿土的植物非常有限，因此，篩選耐鹽植物對豐富鹽堿地景觀和改善城市環(huán)境具有重要意義。

元寶楓(Acertruncatum)是我國特有的槭樹科槭屬落葉喬木，原產(chǎn)東北、華北、西北以及江蘇、河南等地，其樹形優(yōu)美，葉形奇特，葉色豐富，是城市園林綠化中廣泛應(yīng)用的秋色葉樹種之一[5]。同時(shí)，元寶楓也是重要的經(jīng)濟(jì)樹種，其葉片是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源，富含黃酮類化合物和綠原酸，果實(shí)是重要的油料資源，果皮、果翅和種皮含大量優(yōu)質(zhì)縮合性單寧，是制革和印染工業(yè)的原料資源[6-7]。元寶楓是三北地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，而我國三北地區(qū)存在大量的鹽堿土，了解元寶楓的耐鹽性對于其在三北地區(qū)的栽培應(yīng)用是十分有必要的。

目前對元寶楓抗逆性的研究主要側(cè)重于干旱脅迫[8]、高CO2濃度[8]、重金屬脅迫[9]、硬化地表[10]、酸雨[11]等方面，對于元寶楓的耐鹽機(jī)理研究較少。因此，本研究采用盆栽試驗(yàn)法探究了鹽堿脅迫對2年生元寶楓幼苗生長和生理特性的影響，篩選元寶楓耐鹽堿的關(guān)鍵指標(biāo)，為元寶楓在鹽堿地區(qū)的栽培應(yīng)用提供指導(dǎo)意見。

1 材料與方法

試驗(yàn)在北京林業(yè)大學(xué)科技園苗圃進(jìn)行，供試材料為2年生元寶楓扦插苗。2018年3月將生長健壯、長勢一致的苗木栽植于規(guī)格為30 cm×20 cm×30 cm的塑料花盆內(nèi)，盆底放置托盤。盆內(nèi)裝6.0 kg基質(zhì)，按V(草炭土)∶V(珍珠巖)∶V(洗凈河沙)=2∶1∶1的比例混合而成。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年6月下旬，試驗(yàn)苗進(jìn)入旺盛生長期，先將盆土控水7 d，使土壤干燥利于鹽分?jǐn)U散。設(shè)置0(CK)、100(S1)、200(S2)、300(S3)、400(S4)、500 mmol·L-1(S5)6個鹽濃度水平，鹽溶液以n(NaCl)∶n(NaHCO3)=1∶1配制而成。鹽分的添加分5 d完成，從高濃度處理組開始逐天加入鹽溶液，其他處理組澆等量清水，第5天各處理達(dá)到預(yù)設(shè)濃度，此時(shí)記為鹽脅迫開始的第1天。每個處理設(shè)5個重復(fù)，處理后進(jìn)行常規(guī)管理，土壤田間持水量保持在60%～80%。在鹽處理后的0(澆鹽前)、10、20、30、40 d測定光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)并采樣。

1.2 生長指標(biāo)的測定

鹽害指數(shù)和鹽害率測定：鹽處理結(jié)束后觀察元寶楓的受害情況，統(tǒng)計(jì)鹽害數(shù)量和鹽害等級，計(jì)算鹽害指數(shù)和鹽害率[12]。

葉長、葉寬、地徑生長量：試驗(yàn)開始前(0 d)和結(jié)束后(40 d)測定，測量差值為鹽堿脅迫下的相對生長量。葉長和葉寬取標(biāo)記好的10枚植物中上部成熟葉片進(jìn)行測定，地徑采用十字交叉的方式[13]在植株基部同一位置進(jìn)行測定。葉長、葉寬、地徑均采用游標(biāo)卡尺測量，精度為0.01 cm。

1.3 生理指標(biāo)的測定

在鹽處理后的0(澆鹽前)、10、20、30、40 d取植株新梢中上部功能葉后，立即用液氮處理，置于-80 ℃保存，用于測定生理生化指標(biāo)(其中葉片組織含水量、相對電導(dǎo)率和葉綠素在葉片采后立即測定)。葉片組織含水量采用烘干法測定[14]；質(zhì)膜相對透性采用電導(dǎo)率法測定；葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用丙酮乙醇混合法測定[15]；丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸法測定[16]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)比色法測定[14]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[16]；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定[17]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測定；可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[16]；可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用蒽酮比色法測定[16]；游離脯氨酸(Pro)質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用酸性茚三酮比色法測定[16]。

1.4 光合指標(biāo)的測定

采用便攜式光合系統(tǒng)測定儀LI-6400于上午09:00—11:00，測定植株葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)和蒸騰速率(Tr)。測定光合有效輻射為1 000 μmol·m-2·s-1，CO2摩爾分?jǐn)?shù)為380～390 μmol·mol-1，溫度為31～35 ℃。選取生長良好的功能葉，做好標(biāo)記，保持葉片的葉傾角和方位角不變，重復(fù)3次。

1.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500于上午09:00—11:00進(jìn)行測定，選擇生長良好的中上部功能葉片，做好標(biāo)記，每次測定相同葉片。測定前充分暗適應(yīng)30 min，測定PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量(Y(Ⅱ))、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)。每處理重復(fù)3次。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用SPSS 22.0對不同處理之間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析，使用GraphPad Prism 8.0.2繪制圖片。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，根據(jù)公式得到各項(xiàng)指標(biāo)耐鹽系數(shù)(α)：α=(處理組平均值/對照組平均值)×100%[18]，在此基礎(chǔ)上對各項(xiàng)指標(biāo)的α值進(jìn)行Person相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對元寶楓生長指標(biāo)的影響

2.1.1 鹽堿脅迫對元寶楓表觀性狀的影響

鹽脅迫結(jié)束后，元寶楓受鹽害程度逐漸加重(圖1)，鹽害指數(shù)和鹽害率隨鹽濃度增加逐漸上升(表1)。鹽濃度為100～300 mmol·L-1時(shí)，元寶楓鹽害指數(shù)為5%～55%，鹽害率為20%～100%；鹽濃度大于300 mmol·L-1時(shí)，元寶楓表觀受害嚴(yán)重，鹽害率均達(dá)到100%。綜合鹽害指數(shù)和鹽害率(表1)，根據(jù)Logistic回歸方程y=0.240x-31.000(回歸系數(shù)b=0.240)計(jì)算得出鹽害指數(shù)為50%時(shí)元寶楓耐鹽閾值為295.833 mmol·L-1。

圖1 不同濃度鹽堿脅迫40 d后元寶楓表觀性狀對照圖

表1 不同濃度鹽堿脅迫40 d后元寶楓鹽害指數(shù)和鹽害率

2.1.2 鹽堿脅迫對元寶楓生長量的影響

脅迫結(jié)束后，元寶楓葉長、葉寬、地徑生長量均隨鹽濃度的升高而降低，在鹽濃度為500 mmol·L-1時(shí)降至最低(表2)，說明鹽處理均抑制了元寶楓的生長，隨著鹽濃度增加抑制作用加強(qiáng)。鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)，元寶楓葉長、葉寬、地徑生長量相比CK均不顯著；鹽濃度為300 mmol·L-1時(shí)，與CK相比葉長生長量顯著降低(P<0.05)，葉寬和地徑生長量則無顯著差異。鹽濃度為500 mmol·L-1時(shí)，與CK相比，葉長、葉寬、地徑生長量分別顯著降低59.38%、75%、66.67%(P<0.05)。

表2 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓生長量

2.2 鹽堿脅迫對元寶楓生理指標(biāo)的影響

2.2.1 鹽堿脅迫對元寶楓葉片組織含水量的影響

隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，元寶楓葉片組織含水量呈現(xiàn)出“下降-上升-下降”趨勢(表3)。短期鹽脅迫后含水量降低，鹽脅迫30 d后則有所回升，除S5處理外其余處理與CK差異均不顯著。脅迫40 d后，S1、S2、S3處理與CK相比含水量差異不顯著，S4、S5處理與CK相比含水量顯著降低了13.81%和20.00%(P<0.05)。

表3 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓葉片組織含水量

2.2.2鹽堿脅迫對元寶楓相對電導(dǎo)率和MDA質(zhì)量摩爾濃度的影響

隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，元寶楓葉片相對電導(dǎo)率和MDA質(zhì)量摩爾濃度均呈上升趨勢(表4)。脅迫30 d后，S1、S2處理下的相對電導(dǎo)率與CK相比無顯著差異；脅迫40 d后，各處理與CK相比分別顯著增加了9.58%、11.22%、45.20%、45.68%和49.78%(P<0.05)。脅迫各時(shí)期，S1處理下的MDA質(zhì)量摩爾濃度與CK相比均無顯著差異。脅迫40 d后，S2、S3、S4、S5處理的MDA質(zhì)量摩爾濃度與CK相比分別顯著增加了18.93%、34.12%、32.84%和45.01%(P<0.05)。相對電導(dǎo)率和MDA質(zhì)量摩爾濃度均可體現(xiàn)植物膜系統(tǒng)受損程度，鹽脅迫30 d后，S3、S4、S5處理與CK相比兩者均顯著上升，說明元寶楓在高鹽濃度下膜系統(tǒng)受害嚴(yán)重。

表4 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓相對電導(dǎo)率和MDA質(zhì)量摩爾濃度

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間MDA質(zhì)量摩爾濃度/mmol·g-10d10d20d30d40d 0(17.36±0.41)a(19.26±0.89)bc(20.43±1.44)d (21.44±1.29)d(21.13±0.95)d100(18.08±0.34)a(18.32±0.29)c(21.52±0.27)cd(22.62±1.25)cd(22.80±1.01)cd200(17.66±0.81)a(19.95±0.73)b(21.95±0.38)bcd(23.85±0.29)bc(25.13±2.05)bc300(16.96±1.05)a(21.61±0.29)a(22.51±0.32)abc(25.43±0.74)ab(28.34±0.71)ab400(16.80±1.08)a(21.70±1.09)a(23.62±0.85)ab(24.71±0.42)ab(28.07±1.65)a500(16.54±0.63)a(21.92±0.38)a(23.75±0.42)a(26.02±0.71)a(30.64±1.25)a

2.2.3鹽堿脅迫對元寶楓SOD、POD、CAT、APX活性的影響

隨著鹽濃度增加，元寶楓SOD活性總體呈先上升后下降趨勢(表5)；脅迫10 d時(shí)，S1、S2、S3處理下SOD活性與CK差異不顯著，此時(shí)S4、S5處理的SOD活性升至最高且顯著高于CK13.30%和17.70%(P<0.05)；脅迫30 d時(shí)，S1、S2處理下的SOD活性升至最高，分別顯著高于CK10.55%和10.96%，S5處理則顯著低于CK且降至最低(P<0.05)；脅迫40 d后，除S3處理外，各處理與CK相比差異不顯著。隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，POD活性整體呈先上升后下降趨勢(表5)；脅迫30 d時(shí)，各處理POD活性均顯著高于CK，分別顯著升高217.66%、76.62%、68.88%、35.12%和56.04%(P<0.05)；脅迫40 d后，S4、S5處理與CK差異不顯著，S3處理下POD活性較CK顯著增加67.89%，S1、S2處理則顯著低于CK(P<0.05)。CAT活性隨鹽濃度增加整體呈先上升后下降趨勢(表5)；脅迫30 d時(shí)，各處理下CAT活性顯著高于CK且較CK增幅最大，分別為28.28%、55.96%、62.77%、43.40%和12.41%(P<0.05)；脅迫40 d時(shí)，S1處理較CK無顯著差異，S2、S3處理下CAT活性顯著上升，S4、S5處理相比CK顯著下降(P<0.05)。APX活性在脅迫20 d內(nèi)隨鹽濃度升高呈先上升后下降趨勢(表5)，且各處理組均顯著低于CK(P<0.05)；脅迫30 d后隨鹽濃度升高呈下降趨勢，此時(shí)S1、S2處理的APX活性顯著高于CK，S3、S4、S5處理則顯著低于CK(P<0.05)；脅迫40 d時(shí)，S3處理與CK無顯著差異，S1處理下APX活性升至最高，顯著高于CK31.11%，S2、S4處理則降至最低且顯著低于CK35.62%(P<0.05)。

表5 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓SOD、POD、CAT、APX活性

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間POD活性/U·g-1·min-10d10d20d30d40d 0(5048.33±148.46)a(1411.67±127.3)d(4703.33±324.66)d(3791.67±572.03)d(2496.67±163.93)b100(4955.00±61.78)a(1471.67±108.19)d(5640.00±461.43)c(12006.67±261.96)a(1473.33±249.68)c200(4978.33±42.88)a(2073.33±161.47)c(6200.00±391.94)c(6696.67±278.85)b(1566.67±326.81)c300(4918.33±47.32)a(1465.00±103.04)d(4218.33±225.29)d(6403.33±545.67)b(4191.67±327.27)a400(4993.33±169.13)a(3148.33±347.71)b(13570.00±460.72)a(5123.33±599.46)c(2503.33±180.02)b500(4881.67±274.60)a(6906.67±134.18)a(10196.67±261.96)b(5916.67±425.94)bc(2800.00±286.47)b

續(xù)(表5)

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間APX活性/mU·L-10d10d20d30d40d 0(20.71±0.50)a(22.78±0.18)a(28.35±0.22)a(21.24±0.19)c(22.43±0.74)bc100(22.46±0.74)a(14.64±0.14)e(15.70±0.11)f(25.02±0.29)a(29.41±0.34)a200(22.02±1.12)a(15.62±0.23)d(20.84±0.23)d(22.35±0.14)b(22.76±0.19)b300(22.25±1.02)a(17.88±0.30)c(26.72±0.16)b(19.09±0.24)d(21.62±0.07)c400(22.95±1.55)a(19.34±0.14)b(22.78±0.11)c(18.77±0.02)d(14.44±0.33)d500(21.03±0.64)a(18.86±0.31)b(18.96±0.43)e(17.18±0.24)e—

2.2.4鹽堿脅迫對元寶楓可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

元寶楓可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在脅迫各階段隨著鹽濃度增加整體呈先升高后降低趨勢(表6)，S1～S3處理組在脅迫10 d時(shí)增幅最大，相比CK分別顯著增加1.28、1.44、1.18倍(P<0.05)，隨脅迫時(shí)間延長增幅逐漸降低，說明短期的中低鹽脅迫下元寶楓可通過調(diào)整自身代謝合成大量可溶性蛋白來維持細(xì)胞的滲透平衡?？扇苄蕴琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)在脅迫前30 d隨鹽濃度增加呈“下降-上升”趨勢(表6)，脅迫40 d時(shí)隨鹽濃度增加而逐漸升高，此時(shí)S3～S5處理組相比CK顯著增加0.88倍、1.74倍和2.12倍(P<0.05)，S1和S2處理組與CK無顯著差異。脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長整體呈先上升后下降趨勢(表6)，脅迫40 d時(shí)，除S1處理組與CK相比顯著升高14.73%外，其余處理組均顯著低于CK，且隨鹽濃度增加而下降(P<0.05)。

表6 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-10d10d20d30d40d 0(15.97±1.41)b(25.42±1.55)c(32.80±2.54)b(43.03±7.49)b(22.26±0.36)c100(25.50±0.20)a(23.65±1.49)c(20.55±1.13)c(34.16±6.28)b(28.14±0.48)c200(23.43±7.17)a(22.22±0.86)c(19.67±0.39)c(31.93±6.30)b(29.92±7.20)c300(23.74±0.40)a(31.11±2.24)b(24.28±3.80)c(42.29±2.22)b(41.85±4.50)b400(20.43±0.76)ab(34.68±1.01)b(34.14±1.21)ab(65.82±3.62)a(61.06±7.18)a500(23.44±0.69)a(38.79±2.99)a(38.45±2.58)a(66.87±6.26)a(69.33±1.55)a

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)/ug·g-10d10d20d30d40d 0(45.19±0.87)a(46.33±0.29)a(55.05±0.59)a(45.49±0.11)c(49.01±0.38)b100(45.12±0.11)a(31.08±0.58)e(40.93±1.96)c(48.01±0.69)b(56.23±0.68)a200(43.38±0.40)b(38.07±0.57)c(55.28±0.57)a(50.50±2.08)a(45.17±0.47)c300(42.36±0.90)b(35.81±0.53)d(48.58±1.10)b(40.23±0.52)d(44.45±0.40)c400(45.78±0.50)a(38.72±0.47)c(40.25±0.66)c(38.55±0.21)d(32.18±0.37)d500(45.03±0.79)a(39.82±0.42)b(41.24±0.62)c(39.64±0.37)d—

2.3 鹽堿脅迫對元寶楓光合指標(biāo)的影響

2.3.1 鹽堿脅迫對元寶楓葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，元寶楓葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體上呈先上升后下降趨勢(表7)。脅迫20 d后，S4、S5處理組葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高值，之后下降；脅迫30 d后，S1、S2、S3處理組葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高值。脅迫40 d后，各處理組葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于CK，S1、S2處理下與CK差異不顯著，說明長時(shí)間脅迫下，低鹽處理下的元寶楓仍然能夠保持較好的生長狀態(tài)，當(dāng)鹽濃度達(dá)到300 mmol·L-1時(shí)，元寶楓受到一定傷害。

表7 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3.2 鹽堿脅迫對元寶楓光合作用的影響

隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，元寶楓凈光合速率(Pn)整體呈下降趨勢(表8)。脅迫40 d后，S1、S2處理Pn值高于CK，但差異不顯著；S4、S5處理相比CK則分別顯著降低41.75%和49.00%(P<0.05)。氣孔導(dǎo)度(Gs)隨鹽濃度升高和脅迫時(shí)間延長整體呈下降趨勢(表8)。在脅迫20～40 d時(shí)，S1處理下Gs值與CK差異不顯著；脅迫40 d時(shí)，S2、S3、S4、S5處理組Gs分別顯著低于CK組16.67%、50.00%、50.00%、50.00%(P<0.05)，此時(shí)S1處理Gs高于CK，但差異不顯著，并且S3、S4、S5 3組之間差異不顯著。胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)在鹽脅迫的前20 d整體呈小范圍波動變化；脅迫30 d時(shí)隨鹽濃度增加而下降，S2、S3、S4、S5處理下均顯著低于CK(P<0.05)；脅迫40 d時(shí)隨鹽濃度增加呈先下降后上升趨勢，S3處理顯著低于CK 32.58%(P<0.05)，其余處理組與CK無顯著差異。脅迫40 d，當(dāng)鹽濃度為300～500 mmol·L-1時(shí)，Ci在Gs不變的情況下出現(xiàn)升高的現(xiàn)象(表8)，說明在較高濃度的鹽堿脅迫下，非氣孔因素是元寶楓凈光合速率降低的主導(dǎo)因素。蒸騰速率(Tr)隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長整體呈下降趨勢(表8)；脅迫40 d后，S1、S2處理顯著高于CK 52.83%和34.91%，S3、S4、S5處理則顯著低于CK 55.66%、54.72%和51.89%(P<0.05)。綜合上述結(jié)果，說明元寶楓長時(shí)間在低于200 mmol·L-1的鹽濃度下可通過自身調(diào)節(jié)保持良好的生長狀態(tài)。

表8 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓光合作用

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間Gs/mol·m-2·s-10d10d20d30d40d 0(0.08±0.02)c(0.12±0.02)a(0.16±0.06)a(0.12±0.01)a(0.06±0.01)a100(0.13±0.03)a(0.08±0.01)b(0.20±0.02)a(0.10±0.02)ab(0.06±0)a200(0.09±0.03)bc(0.04±0)c(0.16±0.04)a(0.09±0.04)b(0.05±0.02)b300(0.12±0.04)ab(0.03±0.01)cd(0.07±0.02)b(0.03±0.01)c(0.03±0.01)c400(0.07±0.03)c(0.03±0)cd(0.04±0.02)b(0.01±0)c(0.03±0)c500(0.09±0.03)bc(0.02±0)d(0.03±0)b(0.01±0)c(0.03±0.01)c

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間Ci/μmol·mol-10d10d20d30d40d 0(267.28±21.66)b(385.24±5.06)a(325.88±11.93)a(239.78±9.73)a (311.69±7.00)ab100(362.36±27.70)a(277.58±13.22)b(322.18±7.89)a(202.80±10.91)ab(322.81±5.78)a200(262.24±31.76)b(312.87±8.65)b(331.64±13.39)a(177.91±54.60)b(311.70±21.93)ab300(322.87±42.34)a(304.26±54.67)b(324.04±11.29)a(109.97±35.49)c(210.13±50.39)c400(265.04±12.13)b(277.08±76.74)b(280.50±48.28)b(66.53±26.27)d(273.93±40.64)b500(261.87±55.27)b(213.96±20.55)c(323.95±5.31)a(52.39±29.88)d(308.91±5.66)ab

續(xù)(表8)

2.4 鹽堿脅迫對元寶楓葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，元寶楓葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fm、Y(Ⅱ)、qP)整體呈下降趨勢(表9)。脅迫40 d后，與CK相比，F(xiàn)v/Fm值除S1處理無顯著差異，S2～S5處理分別顯著下降5.19%、7.79%、14.29%、27.27%(P<0.05)；此時(shí)各處理Y(Ⅱ)值相比CK分別顯著降低10.15%、11.59%、23.19%、31.88%、49.28%(P<0.05)；各處理組qP值相比CK分別顯著降低8.25%、16.50%、22.68%、27.84%、39.18%(P<0.05)。隨著鹽濃度升高，葉綠素?zé)晒鈪?shù)下降，反映出元寶楓PSⅡ反應(yīng)中心受到了嚴(yán)重傷害，受到的光抑制程度增加。

表9 不同鹽濃度時(shí)2年生元寶楓葉綠素?zé)晒鈪?shù)

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間Y(Ⅱ)0d10d20d30d40d 0(0.69±0)a (0.69±0.01)a(0.68±0)a (0.67±0)a (0.69±0.02)a100(0.68±0)a(0.68±0.01)a(0.67±0.01)ab(0.65±0)ab(0.62±0.02)b200(0.69±0)a(0.68±0)a(0.63±0.02)b(0.61±0.04)b(0.61±0.04)b300(0.67±0.01)a(0.66±0.02)a(0.57±0.01)c(0.56±0.02)c(0.53±0.02)c400(0.67±0.01)a(0.65±0.01)a(0.50±0.03)d(0.52±0)c(0.47±0.02)d500(0.67±0.01)a(0.58±0.04)b(0.46±0.02)d(0.42±0)d(0.35±0.01)e

鹽濃度/mmol·L-1不同脅迫時(shí)間qP0d10d20d30d40d 0(0.95±0)a (0.95±0.01)a(0.95±0.03)a(0.96±0)a (0.97±0.03)a100(0.94±0.01)a(0.94±0.01)a(0.93±0.03)ab(0.89±0.02)b(0.89±0)b200(0.94±0.01)a(0.93±0)ab(0.9±0.02)ab(0.87±0.02)b(0.81±0.01)c300(0.93±0)a(0.92±0.02)ab(0.87±0)bc(0.78±0.05)c(0.75±0.01)cd400(0.93±0.01)a(0.93±0)ab(0.81±0.06)cd(0.74±0.04)c(0.70±0.04)d500(0.95±0.01)a(0.89±0.03)b(0.78±0.02)d(0.66±0.01)d(0.59±0.06)e

2.5 元寶楓耐鹽性評價(jià)

2.5.1 相關(guān)性分析

對元寶楓鹽堿脅迫下的18個生理指標(biāo)的耐鹽系數(shù)進(jìn)行Person相關(guān)性分析，由表10可知，MDA質(zhì)量摩爾濃度與Y(Ⅱ)和qP均呈顯著負(fù)相關(guān)，與Fv/Fm呈極顯著負(fù)相關(guān)；SOD活性與可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)；POD活性與Pn和Tr均呈顯著負(fù)相關(guān)；APX活性與脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)；Gs和Tr呈極顯著正相關(guān)；Fv/Fm和Y(Ⅱ)、qP均呈極顯著正相關(guān)；Y(Ⅱ)和qP呈顯著正相關(guān)。由此可見，選取的生理指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，對耐鹽性進(jìn)行評價(jià)時(shí)會產(chǎn)生信息的重疊，故可以用主成分分析法對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行簡化。

表10 鹽堿脅迫時(shí)元寶楓各生理指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)

2.5.2 主成分分析

表11列出了前4個主成分的分析結(jié)果，前3個主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.52%。主成分1貢獻(xiàn)率為41.51%，其中葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、SOD活性、APX活性、POD活性以及可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)這5個指標(biāo)絕對值均在0.8以上，主要反映了酶活性與元寶楓耐鹽堿能力的關(guān)系；主成分2則主要包含相對電導(dǎo)率、MDA質(zhì)量摩爾濃度、Gs、Ci、Fv/Fm、Y(Ⅱ)、qP這7個指標(biāo)，反映了膜系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和元寶楓耐鹽堿能力的關(guān)系；主成分3中，葉片組織含水量是主要指標(biāo)。

表11 鹽堿脅迫時(shí)元寶楓各生理指標(biāo)主成分分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

植物對鹽堿脅迫的響應(yīng)過程涉及了復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，鹽堿逆境對植物造成的危害表現(xiàn)為滲透脅迫、離子毒害、氧化脅迫、光合作用受阻、生長發(fā)育和形態(tài)建成的改變等[19-20]。植物外部形態(tài)和生長狀況是反映其受鹽堿傷害程度大小的最直觀表現(xiàn)[21]。本研究中，在低鹽濃度(100～200 mmol·L-1)下，元寶楓生長受到的抑制較小，各生長量相比對照無顯著差異；鹽濃度為300 mmol·L-1時(shí)，部分葉片枯死脫落，鹽害率已達(dá)到100%，并且此時(shí)葉長生長量顯著低于對照；而隨著鹽濃度增加，各生長量均顯著下降，說明低濃度鹽堿脅迫對元寶楓生長影響較小，中高濃度(300～500 mmol·L-1)鹽堿脅迫則嚴(yán)重影響了元寶楓的生長發(fā)育，這與耐鹽性較弱樹種如復(fù)葉槭、茶條槭的研究結(jié)果相似[22]。含水量也可以反映鹽堿脅迫對植物造成的傷害程度。元寶楓葉片組織含水量隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長呈“下降-上升-下降”趨勢，脅迫40 d時(shí)在中低鹽濃度(100～300 mmol·L-1)下與對照差異不顯著，高鹽濃度(400～500 mmol·L-1)下顯著降低，說明在中低鹽濃度下，元寶楓能維持正常生長所需水分，隨著鹽濃度增加，細(xì)胞嚴(yán)重失水，在表觀上呈現(xiàn)出葉片枯萎脫落等現(xiàn)象。

鹽堿脅迫下，植物最先受到傷害的是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，膜系統(tǒng)的受鹽害程度可以用膜透性變化和膜脂過氧化反應(yīng)的主要產(chǎn)物MDA質(zhì)量摩爾濃度來反映[21]。本研究中，脅迫30 d時(shí)，低鹽濃度下相對電導(dǎo)率與對照無顯著差異，說明在短時(shí)間低濃度鹽堿脅迫下元寶楓可通過自身調(diào)節(jié)對脅迫產(chǎn)生一定的適應(yīng)，此時(shí)葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)尚未被破壞，而隨著鹽濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長，相對電導(dǎo)率大幅上升，元寶楓膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到破壞，大量電解質(zhì)外滲。鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)，MDA質(zhì)量摩爾濃度在脅迫各時(shí)期與對照均無顯著差異，說明低鹽濃度下元寶楓細(xì)胞膜氧化程度較低；隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，MDA質(zhì)量摩爾濃度顯著上升，且與相對電導(dǎo)率變化趨勢一致，說明鹽濃度升高導(dǎo)致電解質(zhì)外滲的同時(shí)，膜脂過氧化程度加劇導(dǎo)致大量MDA等毒害物質(zhì)累積，細(xì)胞膜受損嚴(yán)重，與石元豹[23]、周艷威[24]等研究結(jié)果一致。

脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是植物在抗鹽堿過程中合成的有機(jī)小分子物質(zhì)，參與植物的滲透調(diào)節(jié)，使植物在脅迫環(huán)境下保持自身水分平衡[31]。本研究中，元寶楓可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中低濃度鹽堿脅迫下高于對照，在脅迫10 d時(shí)達(dá)到最大值，隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長而下降，說明在短時(shí)間內(nèi)中低濃度鹽堿脅迫促進(jìn)了元寶楓可溶性蛋白的合成，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來緩解鹽害，而隨著鹽濃度增加，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，可能是高鹽濃度抑制了可溶性蛋白的合成，與石元豹[23]、楊萬鵬[32]等的研究結(jié)果一致?？扇苄蕴琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長呈上升趨勢，在低鹽脅迫前30 d均低于對照，高鹽脅迫下均高于對照，說明元寶楓在高鹽脅迫下可通過積累可溶性糖進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，與垂絲海棠[33]、小果白刺[34]等研究結(jié)果一致。脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在脅迫30 d低鹽濃度下顯著高于對照，隨鹽濃度升高質(zhì)量摩爾濃度顯著降低；脅迫40 d時(shí)在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)顯著高于對照，隨鹽濃度升高呈下降趨勢，與小葉欖仁[35]、梅花[36]隨鹽濃度升高而升高的趨勢不同，與大果白刺[28]、流蘇[37]的結(jié)果一致，可能是因?yàn)閴A脅迫中和了部分脯氨酸，導(dǎo)致高濃度鹽堿脅迫下脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，也有可能是因?yàn)橹猩参锊⒉恢饕揽扛彼醽碚{(diào)節(jié)滲透勢[38]。

光合作用為植物生長發(fā)育提供物質(zhì)和能量，鹽堿脅迫主要通過滲透脅迫、離子毒害和營養(yǎng)效應(yīng)等影響光合作用器官以及其組分進(jìn)而影響植物的光合作用[39]。本研究中，脅迫前30 d，元寶楓葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中低鹽濃度下均高于對照且呈上升趨勢，而隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間延長，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低且均低于對照。這可能是由于短時(shí)間內(nèi)的低鹽脅迫促使細(xì)胞積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、提高了酶活性而加速了葉綠素的合成，以維持正常的光合作用；而隨著鹽堿脅迫的加劇，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，可能是由于植株吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)困難，引起生理干旱，造成營養(yǎng)不良[40]，同時(shí)高鹽堿脅迫累積的離子毒害使得葉綠體結(jié)構(gòu)和功能受損，導(dǎo)致葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低[41]。Pn可以衡量植物光合系統(tǒng)的工作情況，氣孔限制和非氣孔限制是導(dǎo)致光合作用效率降低的兩種主導(dǎo)因素[42]。脅迫30 d時(shí)，低鹽濃度下Pn顯著低于對照，而40 d時(shí)與對照無顯著差異且略高于對照，說明隨著脅迫時(shí)間延長，元寶楓逐漸適應(yīng)了低鹽脅迫，光合作用有所恢復(fù)，與范方[43]相似。隨著鹽濃度增加，元寶楓Pn、Gs、Tr呈下降趨勢，三者的變化規(guī)律相似，說明Pn和Tr所受到的脅迫很有可能來源于氣孔限制因素；而Ci呈現(xiàn)低鹽濃度降低，高鹽濃度升高的趨勢，說明在低濃度鹽堿脅迫下，氣孔限制是導(dǎo)致元寶楓光合速率降低的主導(dǎo)因素，而在高濃度鹽堿脅迫下，非氣孔限制是影響光合速率的主要因素，與趙海燕[44]、劉莉娜[45]相似。葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合作用密切相關(guān)，可以反映光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)對光能的吸收和利用情況[39]，本研究中，PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量(Y(Ⅱ))和光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)隨著鹽堿濃度增加和脅迫時(shí)間延長均呈下降趨勢，脅迫40 d后，除Fv/Fm在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)與對照無顯著差異，Y(Ⅱ)和qP各處理組均顯著低于對照，且三者在高濃度鹽堿脅迫下均顯著低于中低濃度鹽堿脅迫，表明元寶楓在鹽堿脅迫下受到光抑制，電子傳遞活性和速率減弱，捕獲的光能用于光化學(xué)反應(yīng)的比例降低，可能是由于鹽堿脅迫對元寶楓PSⅡ反應(yīng)中心、原初電子受體或PSⅡ氧化傳遞鏈造成了一定的損傷所導(dǎo)致[46]。

本研究發(fā)現(xiàn)，元寶楓在低濃度鹽堿脅迫下，可通過提高SOD、POD、CAT、APX活性來清除體內(nèi)活性氧自由基，減少膜脂過氧化作用對細(xì)胞的傷害，并累積可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來提高細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，維持植物正常生長所需的水分，此時(shí)植物光合作用受到的影響較小，生長量無顯著差異，表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力。當(dāng)鹽濃度超過元寶楓的耐受范圍時(shí)，其鹽害指數(shù)和鹽害率升高，植株受到光抑制，凈光合速率下降，膜脂過氧化加劇，抗氧化酶系統(tǒng)受到損傷，生長發(fā)育受到抑制。元寶楓具有一定的耐鹽堿能力，其在土壤中n(NaCl)∶n(NaHCO3)=1∶1的條件下脅迫40 d后的耐鹽閾值為295.833 mmol·L-1；通過對元寶楓耐鹽生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，認(rèn)為可將葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、SOD活性、APX活性、POD活性以及可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為元寶楓耐鹽性評價(jià)的參考指標(biāo)。

本研究可以在一定程度上反映出元寶楓的耐鹽堿能力，但考慮到自然界中的鹽堿土壤離子成分復(fù)雜，建議以后根據(jù)不同鹽堿土地區(qū)的實(shí)際離子含量比模擬土壤鹽堿復(fù)合脅迫環(huán)境進(jìn)行研究。