鹽脅迫對灌木柳無性系幼苗生長及光合作用的影響

隋德宗，王保松，施士爭，教忠意

（江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京211153）

中國有各種類型的鹽漬土面積約為9 900萬hm2，其中灘涂鹽土面積為267萬hm2左右。這些灘涂土層深厚，雨水充沛，但由于土地鹽堿較重、生態(tài)環(huán)境惡劣致使林木稀少。研究表明，通過對遺傳基礎(chǔ)廣泛的樹種無性系進(jìn)行耐鹽篩選，利用優(yōu)良無性系造林能有效改良鹽堿土，綠化灘涂，改善沿海生態(tài)環(huán)境［1］。柳樹Salix spp.生長快，適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)，是世界上分布最為廣泛的樹種之一。中國柳樹種質(zhì)資源豐富，自然分布的品種有257個，其中灌木柳190多種［2］。江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院從20世紀(jì)60年代起開展系統(tǒng)的柳樹栽培和育種工作，至今已保存優(yōu)良無性系2 000多個。為了選育耐鹽柳樹新無性系，綜合治理開發(fā)沿海低濕灘涂土地資源，課題組成員特選用新近雜交培育的6個灌木柳無性系為試驗材料，研究其在鹽脅迫下的生長和光合作用，為耐鹽柳樹品種選育提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院雜交培育的6個灌木柳雜種新無性系（表1）。

表1 供試灌木柳無性系Table 1 Shrub willow clones tested

1.2 試驗方法

2008年3月16日至5月4日采用營養(yǎng)液水培法，在江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進(jìn)行。室內(nèi)溫度控制在20～30℃，7 d更換1次溶液。用Hogland全營養(yǎng)液加氯化鈉配成3種鹽質(zhì)量濃度溶液［3］（ρ=1，2，3 g·L－1）研究鹽脅迫對苗木生長和光合作用的影響，對照（ck）為不加氯化鈉的全營養(yǎng)液。水培容器為350 mL的玻璃瓶。每瓶為1個處理，每處理內(nèi)加280 mL溶液，水培2根插穗苗。各處理隨機(jī)排列，重復(fù)3次。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長指標(biāo)測定 試驗處理50 d，測定苗高和根長后分別取水培苗地上和地下部分，洗凈擦干，稱取鮮質(zhì)量。

1.3.2 葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定 參考Amon的方法并略改進(jìn)［4］，稱取相同部位葉片0.2 g剪碎，加入5 mL（體積分?jǐn)?shù)為95%）乙醇和5 mL丙酮于暗處浸提24 h，中間經(jīng)常搖動，至葉片呈白色。用分光光度計（UV-760）分別在波長為645 nm和663 nm處測定吸光度值，根據(jù)以下公式計算葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)：CT=8.02A663+20.21A645。

1.3.3 葉片光合指標(biāo)的測定 水培30 d后，選取相同部位的成熟葉片進(jìn)行凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）測定，應(yīng)用美國產(chǎn)Li-6400于上午9:00－11:00進(jìn)行，測定時光強(qiáng)為1 100 μmol·m－2·s－1左右，溫度為20℃，大氣二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)為385 μmol·mol－1左右。3 次重復(fù)，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)用Excel軟件和DPS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對苗木生長的影響

2.1.1 鹽脅迫對苗木根長的影響 從表2可以看出，低鹽脅迫下（1 g·L－1和2 g·L－1）根長與對照相比并無顯著降低，高鹽脅迫下（3 g·L－1），除JW2345無性系外其余無性系根長均顯著低于對照。其中JW1065和JW2334無性系根長受鹽脅迫影響較大，在3 g·L－1鹽處理下根系已死亡，根長為0；JW22-2和JW2372無性系受鹽脅迫影響較小，在3 g·L－1鹽處理下根長僅分別比對照減少23%和28%。

2.1.2 鹽脅迫對苗木根系生物量的影響 同時由表2可知，在低鹽脅迫下6個無性系苗根系生物量與對照相比沒有顯著差異，但在3 g·L－1鹽脅迫時比對照顯著下降。其中JW1065和JW2334無性系根生物量受鹽脅迫影響較大，在鹽質(zhì)量濃度3 g·L－1時，根質(zhì)量比對照降低100%；JW22-2和JW2345無性系根生物量受鹽脅迫影響較小，在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度時根質(zhì)量僅比對照下降25%和24%。

表2 鹽脅迫對灌木柳無性系幼苗地下部分（根）生長的影響Table 2 Root growth of shrub willow clones in salt stress

2.1.3 鹽脅迫對苗木苗高的影響 由表3結(jié)果可知，鹽脅迫對6個無性系苗高均有顯著影響，各處理均低于對照，差異極顯著（F處理=25.81，F(xiàn)0.01=5.42）。其中，JW2345和JW2372無性系苗高受鹽脅迫影響最小，3 g·L－1鹽處理下分別比對照下降31%和43%。JW1065和JW2334無性系苗高生長受鹽脅迫影響最大，3 g·L－1鹽處理下莖葉已全部萎蔫致死亡，苗高數(shù)據(jù)為0。

2.1.4 鹽脅迫對苗木莖葉生物量的影響 同時由表3可知，鹽處理對6個無性系苗木莖葉鮮質(zhì)量均有顯著影響，各處理均比對照降低，差異極顯著（F處理＝33.89，F(xiàn)0.01=5.42）。其中，JW1065和JW2334無性系莖葉鮮質(zhì)量受鹽脅迫影響較大，在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度脅迫下莖葉鮮質(zhì)量比對照降低100%。JW2345無性系和JW 2372無性系苗莖葉鮮質(zhì)量受鹽脅迫影響較小，3 g·L－1莖葉鮮質(zhì)量僅比對照分別降低35%和53%。

表3 鹽脅迫對灌木柳無性系幼苗地上部分（莖葉）生長的影響Table 3 Stems and leaves growth of shrub willow clones in salt stress

2.2 鹽脅迫對苗木光合作用的影響

2.2.1 對苗木葉凈光合速率（Pn）的影響 由圖1可知，鹽脅迫對6個灌木柳無性系苗凈光合速率有顯著影響。雙因素方差分析表明：處理間差異極顯著（F處理＝9.78，F(xiàn)0.01=5.42），無性系間差異顯著（F無性系＝3.86，F(xiàn)0.05=2.90）。各處理與對照相比均降低，且隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高，Pn下降幅度增大。不同無性系苗Pn對鹽脅迫的響應(yīng)程度不同，JW2345和JW2372無性系葉片Pn受鹽脅迫影響較小，在鹽質(zhì)量濃度為3 g·L－1時與對照相比分別下降6%和32%。JW51-3和JW2334無性系葉片Pn受鹽脅迫影響較大，在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度脅迫下比對照分別下降67%和83%。

2.2.2 鹽脅迫對苗木葉氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響 從圖2看出，鹽脅迫對6個無性系的氣孔導(dǎo)度有顯著影響。雙因素方差分析表明：處理間差異極顯著（F處理＝13.50，F(xiàn)0.01=5.42），無性系間無顯著差異（F無性系＝1.87，F(xiàn)0.05=2.90）。各處理均比對照降低，并隨著鹽脅迫質(zhì)量濃度的提高，Gs的下降幅度也逐漸加大。鹽脅迫對不同無性系葉片Gs的影響程度不同。JW2345和JW2372無性系受鹽脅迫影響較小，在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度脅迫下葉片Gs分別比對照下降39%和48%，JW1065和JW2334無性系受鹽脅迫影響較大，在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度下葉片Gs分別比對照下降88%和95%。

圖1 鹽脅迫對灌木柳無性系葉片Pn的影響Figure 1 The photosynthetic rate of shrub willow clones in salt stress

圖2 鹽脅迫對灌木柳無性系葉片Gs的影響Figure 2 The stomatal conduction of shrub willow clones in salt stress

2.2.3 鹽脅迫對苗木葉胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）的影響 鹽脅迫對6個無性系胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）的影響見圖3。雙因素方差分析表明，品種和無性系間均無顯著差異（F處理＝0.21，F(xiàn)0.01=3.29；F無性系＝2.38，F(xiàn)0.05=2.90）。在鹽脅迫處理下，JW22-2，JW51-3，JW2345和JW2372無性系的Ci與對照相比均降低，并隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高下降幅度逐漸加大。JW22-2和JW51-3無性系在3 g·L－1鹽脅迫下的Ci與對照相比分別下降20%和22%。鹽處理下JW1065和JW2334無性系的Ci高于對照，其中3 g·L－1鹽處理時分別比對照增加18%和7%。

2.2.4 鹽脅迫對苗木葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ρchl）的影響 由圖4可知，鹽脅迫對6個無性系苗木葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ρchl）均有顯著影響。方差分析表明：處理間差異極顯著（F處理＝69.7，F(xiàn)0.01=5.42），無性系間存在顯著差異（F無性系＝4.29，F(xiàn)0.05=2.90）。各處理與對照相比均降低，并隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高下降幅度增大。在 3 g·L－1鹽脅迫下6個無性系葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ρchl）均受到嚴(yán)重抑制。其中，JW2345無性系和JW51-3無性系受影響較小，比對照分別下降68%和75%。JW22-2無性系和JW2372無性系下降較多，為79%和80%。JW1065和JW2334無性系受鹽脅迫影響最大，地上部分全部萎蔫致死亡，因而未獲得葉綠素數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論與討論

圖3 鹽脅迫對灌木柳無性系葉片Ci的影響Figure 3 The intercellulan CO2concentration of shrub willow clones in salt stress

圖4 鹽脅迫下灌木柳無性系葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Figure 4 The chlorophyll content of shrub willow clones in salt stress

在鹽分脅迫下，植物的根系與鹽分直接接觸，是最早的受害器官，因此，它的生長發(fā)育情況是植物適應(yīng)鹽脅迫的重要標(biāo)志［5－6］。有研究表明，非鹽生植物受到鹽脅迫后的早期反應(yīng)是地上部分生長變得緩慢，根的生長總是很少或幾乎不受影響［7－8］。本研究的結(jié)果表明：低鹽脅迫（1～2 g·L－1）對6個無性系的根長和根生物量均無顯著影響，高質(zhì)量濃度鹽脅迫（3 g·L－1）使根長和根生物量顯著降低。在鹽脅迫條件下，植物具有最大的生長量和生物量是耐鹽育種的根本目的，因此，生長量和生物量可作為評價植物耐鹽性強(qiáng)弱的可靠指標(biāo)。但是，僅根據(jù)苗期的生長進(jìn)行選種是不可靠的，將脅迫和非脅迫條件下苗木的生長相比較，則能較好地反映植物對鹽脅迫的適應(yīng)能力［9］。本試驗結(jié)果顯示，鹽處理下6個無性系苗高和莖葉生物量均低于對照，并隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高下降幅度逐漸增大，6個無性系的下降幅度有所不同，JW2345和JW2372下降幅度最小，3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度處理時莖葉鮮質(zhì)量僅比對照分別降低35%和53%。JW1065和JW2334下降幅度最大，在鹽質(zhì)量濃度為3 g·L－1時苗已全部死亡。

鹽脅迫降低光合速率，減小同化物與能量供給，從而限制植物的生長發(fā)育［10－12］。本研究表明，鹽脅迫處理下，6個灌木柳無性系的凈光合速率均比對照降低，并隨鹽質(zhì)量濃度的提高下降愈加明顯。6個無性系中JW2345和JW2372下降幅度較小，3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度時與對照相比分別下降6%和32%，JW51-3和JW2334下降幅度最大，在3 g·L－1質(zhì)量濃度鹽脅迫下比對照分別下降67%和83%。導(dǎo)致光合速率降低的因素包括氣孔限制和非氣孔限制［13］，如果脅迫使氣孔導(dǎo)度減小而葉肉細(xì)胞仍在活躍地進(jìn)行光合作用，胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)明顯下降，這種情況是典型的氣孔限制所致。如果葉肉細(xì)胞光合能力顯著降低，即使在氣孔導(dǎo)度降低的情況下，胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)也有可能升高或者不變［14］。本試驗結(jié)果為，鹽脅迫處理下6個灌木柳無性系的Gs均比對照降低，并隨鹽質(zhì)量濃度的提高下降愈加明顯。Ci的變化趨勢因品種不同而有所不同，鹽脅迫處理下JW22-2，JW51-3，JW2345和JW2372的Ci比對照降低，也呈隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高下降幅度加大的趨勢，而JW1065和JW2334無性系在鹽脅迫處理下的Ci均高于對照。這說明，JW22-2，JW51-3，JW2345和JW2372無性系光合速率的下降主要是由氣孔限制因素引起的，而JW1065和JW2334無性系葉光合速率的下降是由非氣孔因素即細(xì)胞光合性能下降引起的［13］。葉綠素是光合色素中重要的色素分子，參與光合作用中光能的吸收、傳遞和光能的轉(zhuǎn)化，在光合作用中占有重要地位。研究表明，在鹽脅迫下葉綠素酶能加速葉綠素的降解，同時過量的Na＋滲入細(xì)胞后使原生質(zhì)凝聚導(dǎo)致植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，從而降低植物的光合作用［15－19］。本試驗結(jié)果表明，鹽處理對6個供試無性系葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有顯著影響，各處理均比對照顯著下降，并隨著鹽處理質(zhì)量濃度的提高，下降幅度加大。在3 g·L－1鹽質(zhì)量濃度處理下，JW2345無性系的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，僅達(dá)對照32%。

綜上研究，在鹽脅迫下，JW2345和JW2372無性系水培苗的苗高、生物量鮮質(zhì)量、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和凈光合速率下降幅度最小，因此耐鹽性相對較強(qiáng)；JW1065和JW2334無性系在相同鹽脅迫處理條件下的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、凈光合速率、苗高和生物量下降幅度最大，耐鹽性較弱。研究結(jié)果尚需在沿海灘涂造林實踐中進(jìn)一步驗證。

致謝：研究工作得到李曉儲研究員、李博碩士和焦秀潔碩士的支持與幫助，在此致以最誠摯的謝意。

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