6個桑樹品種的耐鹽性鑒定試驗

朱光書 林 強(qiáng) 邱長玉 曾燕蓉 張朝華 李 韜 盧 德 朱方容

(廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院，南寧 530007)

植物在整個生命周期中會遭遇來自外界環(huán)境的生物和非生物脅迫[1]，常見的非生物脅迫因子有氣候方面的寒冷、高溫、干旱和土壤方面的貧瘠、鹽漬等，其中由鹽漬土壤引起的鹽脅迫是嚴(yán)重影響植物生長和大田經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量的主要因素之一。鹽脅迫是指植物生長在高濃度鹽環(huán)境下而受到高滲透勢的影響，土壤溶液高滲透勢可降低植物對土壤中養(yǎng)分和水分的吸收，從而抑制植物的生長。產(chǎn)生鹽脅迫的鹽漬土壤包括鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化的土壤。鹽土中含大量對作物生長有明顯危害的可溶性鹽，堿土的土壤膠體中含有較多危害植物生長和改變土壤性質(zhì)的交換性鈉。鹽漬土壤主要集中分布在內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)，濱海地區(qū)也有較廣泛分布。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球鹽堿地約占地球陸地總面積的7.6%，我國1億hm2的耕地面積中有667萬hm2的鹽漬化土壤和0.346億hm2的鹽堿荒地[2-3]。如何開發(fā)利用鹽漬土壤資源是關(guān)系當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展的重點研究課題。

面對外界不良環(huán)境因子的各種脅迫，植物一般通過自身的各種生理生化反應(yīng)來調(diào)節(jié)其適應(yīng)能力[4]，人們也通過耕作施肥、水利措施、覆蓋技術(shù)、化學(xué)措施和種植抗逆性強(qiáng)的品種等各種技術(shù)途徑與手段來提高植物特別是農(nóng)作物對不良環(huán)境因子的耐受性，達(dá)到提高產(chǎn)量減少生產(chǎn)損失的目的。其中，種植抗逆性強(qiáng)的農(nóng)作物品種在改良與利用鹽漬土方面較其他途徑具有長效性和高效性等特點，能產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，已有相關(guān)報告指出羊草、苜蓿、楊樹、刺槐、怪柳等植物具有良好的耐鹽性[5-7]。農(nóng)作物抗性育種可以通過利用現(xiàn)有種質(zhì)資源篩選耐鹽品種、利用基因工程培育耐鹽品種、利用遠(yuǎn)緣雜交培育耐鹽品種等方式完成，而利用現(xiàn)有種質(zhì)資源篩選耐鹽品種具有方法簡單、節(jié)省成本、見效快等諸多優(yōu)點。目前鑒定植物品種的抗逆性基本是在種子萌芽期和幼苗期模擬脅迫環(huán)境開展試驗，例如通過測定植物種子經(jīng)一定濃度NaCl溶液處理后的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標(biāo)評價植物的耐鹽性，已有大豆[8]、豇豆[9]、玉米[10]、水稻[11]、水榆花楸[12]、茶花鳳仙[13]等植物采用該方法進(jìn)行耐鹽性鑒定。

我國栽桑養(yǎng)蠶歷史悠久，歷經(jīng)5 000多年的薪火相傳[14]。桑葉作為家蠶最適合的天然飼料，一直囿于“重蠶輕?！钡挠绊懚貌坏綐I(yè)界的重視。2011年廣西壯族自治區(qū)政府提出的“立桑為業(yè)”及2012年向仲懷院士提出的“發(fā)展生態(tài)桑產(chǎn)業(yè)”，指明了桑樹遺傳育種乃至整個蠶桑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向[15]。近幾年，業(yè)內(nèi)科研工作者就如何利用桑樹具有的耐寒、耐旱、耐澇、耐鹽堿等獨特優(yōu)勢，鑒定選拔能有效治理土地沙漠化、石漠化、鹽堿化及用于礦山等生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)修復(fù)的強(qiáng)抗逆性桑樹品種開展了各種科學(xué)試驗。祝娟娟等[16]對鹽脅迫下不同桑品種的種子萌發(fā)特性進(jìn)行研究的結(jié)果表明，低濃度NaCl溶液可促進(jìn)桑種子的萌發(fā)，高濃度的NaCl溶液對桑種子萌發(fā)有抑制作用，并指出桑樹品種桂桑優(yōu)62的種子耐鹽性最強(qiáng)；劉雪琴等[17]通過對多個桑樹雜交組合F1代的耐鹽性和耐旱性鑒定，篩選出能用于濱海灘涂鹽堿地植被恢復(fù)的優(yōu)良雜交組合桂桑優(yōu)62。本試驗則以桑特優(yōu)2號等6個桑樹品種的實生苗為材料，種植在可移動植物L(fēng)ED光照循環(huán)水培裝置的鹽水溶液中，研究不同濃度NaCl脅迫對供試桑樹實生苗生長過程中各生命指標(biāo)的影響，以期篩選出耐鹽性強(qiáng)的桑樹品種，用以修復(fù)鹽堿地的植被。

1 材料與方法

1.1 桑樹品種及主要試劑

6個供試桑樹品種分別是二倍體的桂桑優(yōu)12、桂桑優(yōu)62、抗青283×抗青10和三倍體的桂桑5號、桑特優(yōu)2號、桂桑6號，其中桂桑優(yōu)12、桂桑優(yōu)62、桂桑5號、桑特優(yōu)2號和桂桑6號由廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院育成，雜交組合抗青283×抗青10由廣東省湛江市蓖麻蠶科學(xué)研究所育成[18-20]。NaCl(化學(xué)純)購自重慶川東化工(集團(tuán))有限公司，大量元素水溶肥料購自世多樂(青島)農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.2 桑種子播種培育及桑苗在水培裝置的種植

2017年4月26日，在廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院桑樹資源圃4號地選地150 m2播種供試桑樹品種的種子，并進(jìn)行統(tǒng)一的肥培管理。待種子萌發(fā)培育的桑苗木質(zhì)化后，于同年8月中旬選取大小基本一致(桑苗莖部青黃交接處直徑約0.4 cm)的桑苗移栽至水培實驗室的可移動植物L(fēng)ED光照循環(huán)水培裝置(水培車，發(fā)明專利號ZL201410348053.2)。水培車每天光照時間設(shè)為10 h(8:00-18:00)，水培液每小時循環(huán)流動1次，每次流動5 min；各供試桑樹品種的桑苗在每部水培車上均種植56株，按水溶肥料與水溶液體積比加入定量的大量元素水溶肥料，每隔7 d更換1次清水和水溶肥；桑苗在水培車上種植成活以后，以桑苗青黃交接處為起點往上留2 cm進(jìn)行統(tǒng)一剪伐，使桑苗重新發(fā)芽抽枝。待新枝長到10 cm左右即可開展桑苗在無鹽條件下的生長情況調(diào)查(第1次調(diào)查)。

1.3 桑苗的鹽脅迫處理及調(diào)查項目

用自來水(pH≈7)和化學(xué)純NaCl配置質(zhì)量濃度為2 g/L、4 g/L、6 g/L的鹽溶液，清水(NaCl質(zhì)量濃度為0)作為空白對照(CK)。即試驗在4部水培車上進(jìn)行，每部水培車裝載一個固定濃度的鹽溶液作為桑苗種植培養(yǎng)液。第1次全部參試桑苗都用同樣的清水種植成活，待第1次調(diào)查結(jié)束后隨即把水培車的清水換成相應(yīng)濃度的鹽溶液，桑苗每天的光照時間和水培液循環(huán)流動頻率不變；桑苗在各種濃度的鹽溶液中生長7 d后即可開展調(diào)查，之后每隔7 d調(diào)查1次，前后共調(diào)查5次。各供試品種選定20株長勢較均勻的桑苗，并標(biāo)上編號以便調(diào)查。調(diào)查桑苗的枝高、葉片數(shù)、最大葉片長、最大葉片寬、受害葉片數(shù)和枯死株數(shù)作為調(diào)查指標(biāo)。本文的分析數(shù)據(jù)為加鹽后第14天的調(diào)查結(jié)果。

1.4 計算和統(tǒng)計分析

桑苗受害分級標(biāo)準(zhǔn)：0級，無受害葉；1級，僅有1片葉輕微萎凋；2級， 1/3的葉片萎凋或有3片葉正常；3級， 1/2的葉片萎凋或有2片葉正常；4級， 2/3的葉片萎凋或有1片葉正常；5級，葉片全部萎凋(記為枯死)。

調(diào)查株高、葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬的相對生長量。相對生長量=第N次調(diào)查值-加鹽前的調(diào)查值，式中的“第N次調(diào)查值”分別代表第2、3、4次的調(diào)查值。

受害指數(shù)=∑(級別代表值×本級病株數(shù))/(調(diào)查總株數(shù)×最高級代表值)×100%。

死亡率=(枯死株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100%。

用MICROSOFT OFFICE EXCEL 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析和相關(guān)分析。經(jīng)過對每次調(diào)查結(jié)果的分析比較，發(fā)現(xiàn)桑樹的株高、葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬、受害指數(shù)和死亡率在加鹽脅迫處理后第14天的調(diào)查最具代表性，故各品種桑苗的性狀調(diào)查值以第3次的調(diào)查值進(jìn)行計算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試桑品種的桑苗在鹽脅迫下的受害指數(shù)和死亡率比較

調(diào)查結(jié)果見表1。NaCl質(zhì)量濃度在2～6 g/L范圍內(nèi)的鹽脅迫處理對桑苗的生長是有影響的，且同一桑品種的不同鹽脅迫濃度處理之間、同一鹽脅迫濃度處理的不同桑品種之間的差異極顯著。不同鹽脅迫濃度對不同桑品種的影響也不同。2 g/L NaCl溶液脅迫處理沒有發(fā)現(xiàn)枯死植株，對桂桑優(yōu)12、桑特優(yōu)2號的毒害更是輕微；4 g/L NaCl溶液脅迫處理時，各品種桑苗的受害指數(shù)均超過了40%，受害指數(shù)最低的2個品種是桑特優(yōu)2號和桂桑5號，分別為42.18%和45.09%，但有的桑品種未發(fā)現(xiàn)枯死植株，如桂桑優(yōu)62、桑特優(yōu)2號、桂桑6號；以6 g/L NaCl溶液脅迫處理時，各供試桑品種均出現(xiàn)枯死植株，死亡率1.85%～33.93%，死亡率最低的桑品種是桂桑優(yōu)12，各供試桑品種的受害指數(shù)為45.11%～76.77%,受害指數(shù)最低的品種是桂桑優(yōu)12。

2.2 供試桑品種的桑苗在鹽脅迫下的枝葉生長情況比較

如表1～2所示：第3次調(diào)查(試驗14 d)桑苗枝葉生長性狀(相對株高、相對葉片數(shù)、相對最大葉長、相對最大葉寬)，可發(fā)現(xiàn)在不同濃度鹽脅迫處理間、不同桑品種間以及鹽脅迫濃度與桑品種的交互作用均差異極顯著。NaCl質(zhì)量濃度≤4 g/L時，每個桑樹品種桑苗的株高、葉片數(shù)、最大葉長和最大葉寬與其在鹽脅迫處理前相比均有所增長，但隨著鹽脅迫濃度的增加大部分生長性狀的相對增加量越來越小，桑苗整體生物量遞增越來越慢，其中比較特殊的是桂桑優(yōu)12和桂桑6號在2 g/L NaCl溶液脅迫處理組的相對株高、相對葉片數(shù)、相對最大葉長、相對最大葉寬均高于對照組(清水處理組)，特別是桂桑優(yōu)12的表現(xiàn)尤為突出，以上幾項調(diào)查指標(biāo)分別比對照組高了9.27 cm、3.00 cm、4.28 cm、2.49 cm；桑特優(yōu)2號和抗青283×抗青10在2 g/L NaCl溶液脅迫處理組的葉片數(shù)增長量高于清水處理對照組，桂桑優(yōu)12在4 g/L NaCl溶液脅迫處理組和抗青283×抗青10在2 g/L NaCl溶液脅迫處理組的最大葉長增長量高于對照組。另一方面，供試桑品種桑苗有的生長性狀指標(biāo)在NaCl質(zhì)量濃度>4 g/L時停止增長，詳見6 g/L NaCl脅迫處理時桂桑優(yōu)62和桂桑6號的株高調(diào)查數(shù)據(jù)，抗青283×抗青10、桂桑5號和桂桑6號的最大葉長及桂桑5號和桂桑6號的最大葉寬調(diào)查數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果表明，各供試桑品種的桑苗在NaCl質(zhì)量濃度≤4 g/L的脅迫條件下基本上是可以成活的；有的供試品種的桑苗在6 g/L NaCl脅迫處理時則出現(xiàn)比較嚴(yán)重的生長停滯甚至枯死現(xiàn)象，而桂桑優(yōu)12和桑特優(yōu)2號的桑苗雖然生長速度也受到較嚴(yán)重抑制，但是各項生長性狀指標(biāo)還是有所增長。

比較發(fā)現(xiàn)，2 g/L NaCl脅迫時桑苗相對生長量表現(xiàn)較好的桑品種是桂桑優(yōu)12、桂桑6號和抗青283×抗青10，4 g/L NaCl脅迫時表現(xiàn)較好的桑品種是桂桑優(yōu)12，6 g/L NaCl脅迫時表現(xiàn)較好的桑品種是桑特優(yōu)2號和桂桑優(yōu)12。綜上可知，在2～6 g/L NaCl脅迫條件下桑苗一直處于生長狀態(tài)的桑品種是桂桑優(yōu)12和桑特優(yōu)2號。

表1 6個桑樹品種的桑苗在不同鹽脅迫濃度下的生存及枝葉生長狀況比較

表2 6個桑樹品種的桑苗在不同鹽脅迫濃度下生存及枝葉生長性狀數(shù)據(jù)的方差分析

2.3 鹽脅迫下桑苗枝葉生長性狀與受害情況的相關(guān)性分析

對桑苗在鹽脅迫條件下枝葉生長性狀、受害指數(shù)、死亡率之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表3～5。由表3可知，相對株高、相對最大葉長與受害指數(shù)在不同鹽脅迫濃度處理中一直存在負(fù)相關(guān)趨勢，并且在2 g/L NaCl脅迫時相對最大葉長與受害指數(shù)的負(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平；其他生長性狀指標(biāo)與受害指數(shù)的相關(guān)系數(shù)則不穩(wěn)定，有正有負(fù)。表4的分析結(jié)果顯示，除2 g/L NaCl脅迫時因死亡率均為0無相關(guān)系數(shù)外，其他濃度的鹽脅迫處理中相對最大葉長與死亡率保持有負(fù)相關(guān)趨勢，但沒有達(dá)到顯著水平，相對株高、相對葉片數(shù)和相對最大葉寬的相關(guān)系數(shù)則是4 g/L NaCl脅迫時為正，6 g/L NaCl脅迫時為負(fù)，并且也是沒有達(dá)到顯著水平。由表5則可知，除2 g/L NaCl脅迫時因桑苗的死亡率均為0無相關(guān)系數(shù)外，其他濃度鹽脅迫下桑苗的受害指數(shù)與死亡率呈正相關(guān)趨勢，并且均達(dá)到顯著水平。綜上說明，在本試驗設(shè)置的鹽脅迫濃度范圍下能檢測到桑樹的耐鹽性。

表3 桑苗在不同鹽脅迫濃度下各生長性狀與受害指數(shù)的相關(guān)系數(shù)

表4 桑苗在不同鹽脅迫濃度下各生長性狀與死亡率的相關(guān)系數(shù)

表5 桑苗在不同鹽脅迫濃度下受害指數(shù)與死亡率的相關(guān)系數(shù)

3 討 論

3.1 低濃度鹽脅迫對桑樹的生長有一定促進(jìn)作用

桂桑優(yōu)12和桂桑6號桑苗的株高、葉片數(shù)、最大葉長等4個性狀的相對值增長量在2 g/L NaCl脅迫時均高于清水對照處理，尤以桂桑優(yōu)12表現(xiàn)最為突出。因此認(rèn)為：適度含鹽的環(huán)境對桑樹的生長并不是有百害而無一利，桑樹在一定鹽濃度的土壤里種植不僅能成活，而且相對于無鹽環(huán)境還能生長得更好，這與祝娟娟等[16]開展的桑樹種子耐鹽性測定試驗結(jié)果一致。至于不同桑樹品種種植土壤有益于其生長的鹽濃度臨界值是多少，還有待于進(jìn)一步研究探討。本試驗中，桑苗個別生長性狀的相對值增長量在高濃度鹽脅迫下顯著高于低濃度鹽脅迫時的增長量，其他性狀則相反，即：一定濃度的鹽脅迫對桑樹植株的大部分生長性狀有明顯的抑制作用，但可能會對植株的某些生長性狀起到促進(jìn)作用，如4 g/L NaCl脅迫時桑特優(yōu)2號的相對最大葉長增長較多。因此認(rèn)為，鹽脅迫對桑樹的影響是非常復(fù)雜的，鹽脅迫下桑樹的各種生理生化作用均有可能發(fā)生不同程度的變化。

3.2 桑樹可以在水培條件下生長

桑樹是多年生木本植物，屬于薔薇目(Rosales)?？?Moraceae)桑屬(MorusL．)[21]。傳統(tǒng)的木本植物在水溶液中種植成功的報道相對罕見，而本次試驗將供試桑樹品種的桑苗在水培環(huán)境下進(jìn)行耐鹽性測試，整個試驗包括先期的清水栽培共歷時30 d，打破了木本植物的常規(guī)種植條件，桑樹完全能在水培環(huán)境下生長、成活。這一結(jié)果拓寬了我們對桑樹適應(yīng)能力的認(rèn)識，也為業(yè)界解釋桑樹是三峽庫區(qū)消落帶能存活的極少數(shù)木本植物之一[22]增加了試驗證據(jù)，再次證明將桑樹作為庫區(qū)消落帶生態(tài)屏障區(qū)建設(shè)優(yōu)良樹種的可行性。其次，相對于采用土壤盆栽方式測定桑樹的耐鹽性，采用水培車種植供試桑苗具以下3個優(yōu)點：一是能確保桑苗一直生長在含鹽環(huán)境中；二是可以隨時檢測水培液中的NaCl濃度，保證其均勻、穩(wěn)定；三是試驗的可重復(fù)性強(qiáng)，易于操作。水培車種植供試桑苗的生長環(huán)境還可以調(diào)節(jié)得更加接近實際的鹽漬土壤，因此利用水培車開展桑樹耐鹽性試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確、客觀地篩選出耐鹽性強(qiáng)的桑樹品種，同時也為下一步研究鹽脅迫對桑樹植株的抗氧化特性、滲透調(diào)節(jié)、光合特性、離子吸收特性等生理生化特性的影響，提供了更為便利的試驗條件。

3.3 桑樹的耐鹽性閾值在品種間存在差異

祝一文等[23]報道強(qiáng)耐鹽海水稻“海稻86”可以在NaCl質(zhì)量濃度為3～5 g/L的環(huán)境條件下良好生長。本試驗中參試的6個桑樹品種的桑苗在4 g/L NaCl溶液中均可以成活，而桂桑優(yōu)12和桑特優(yōu)2號在6 g/L NaCl溶液中雖然生長受了一定的抑制，但枝葉生物量一直是增長的，即仍處于生長狀態(tài)，因此初步認(rèn)為這2個桑樹品種的耐鹽閾值在該含鹽量之上。某些桑樹品種的耐鹽閾值可能更高，有必要做進(jìn)一步的鑒定試驗。

在本試驗設(shè)置的不同梯度鹽溶液中，一直處于生長狀態(tài)的是桂桑優(yōu)12和桑特優(yōu)2號的桑苗，桑苗受鹽害指數(shù)和死亡率最低的桑樹品種則均是桂桑優(yōu)12。因此認(rèn)為6個供試桑樹品種中，桂桑優(yōu)12的耐鹽性最強(qiáng)，可在鹽漬土壤地區(qū)做進(jìn)一步的種植試驗。