葡萄砧木‘SA15’和‘SA17’耐復(fù)合鹽堿能力評(píng)價(jià)

于昕，王玥，姚玉新，杜遠(yuǎn)鵬*

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

農(nóng)業(yè)部第二次全國(guó)土壤普查資料顯示，我國(guó)鹽堿地包括1600萬(wàn) hm2鹽土和86.7萬(wàn) hm2堿土，總面積為3466.7萬(wàn) hm2（不包括濱海灘涂）。現(xiàn)有土地的鹽漬化嚴(yán)重影響了葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于葡萄砧木耐鹽堿研究主要集中在耐中性鹽方面，關(guān)于復(fù)合鹽堿脅迫的研究較少[1-2]。鹽堿脅迫使植物同時(shí)遭受滲透脅迫、離子脅迫和高pH脅迫。鹽堿脅迫下，葡萄植株表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，葉片萎蔫，生物量積累下降[3-4]，植物體生理紊亂，生產(chǎn)力下降甚至可能導(dǎo)致死亡。

本課題組前期采用砧木‘左山一’為母本、‘SO4’為父本進(jìn)行雜交，篩選出了耐中性鹽和堿性鹽能力較強(qiáng)的‘SA15’和‘SA17’[5-6]。本試驗(yàn)以生產(chǎn)常用砧木‘1103P’為對(duì)照，進(jìn)一步進(jìn)行‘SA15’和‘SA17’的耐復(fù)合鹽堿能力評(píng)價(jià)，以期為生產(chǎn)提供候選砧木。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為‘SA15’‘SA17’和‘1103P’的組培馴化苗。組培苗馴化4周后，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的植株定植于高10 cm、底部直徑為7.5 cm的塑料盆中，每盆定植1株。定植5周后每3 d于下午5:00—6:00澆灌0.54%復(fù)合鹽堿溶液50 mL（pH=8.0，NaCl、Na2SO4和NaHCO3按摩爾濃度4:5:5比例混合，添加少量Na2CO3調(diào)整pH），共處理6次。對(duì)照澆灌等量清水，每個(gè)株系處理重復(fù)10株。于第一次處理后的第18天取樣進(jìn)行MDA、葉綠素及Na+、K+含量等指標(biāo)測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 新梢相對(duì)生長(zhǎng)量指標(biāo)測(cè)定

新梢相對(duì)生長(zhǎng)量：在復(fù)合鹽堿脅迫前后用卷尺和游標(biāo)卡尺各測(cè)定一次新梢長(zhǎng)度，重復(fù)3次取平均值，精確到0.1 cm。

相對(duì)生長(zhǎng)量/%=（鹽處理后新梢長(zhǎng)度-處理前）/（對(duì)照處理后新梢長(zhǎng)度-處理前）×100。

1.2.2 葉綠素含量測(cè)定

葉片葉綠素（chlorophyll, Chl）含量采用趙世杰等[7]的乙醇浸提法測(cè)定。

1.2.3 丙二醛含量測(cè)定

稱取0.5 g樣品于冰浴研缽中，加入5 mL 10%三氯乙酸（TCA）研磨成勻漿，4000 r/min離心10 min，上清液即為樣品提取液。吸取上清液2 mL（對(duì)照加2 mL蒸餾水）于新試管中，加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸（TBA）溶液，混勻并于沸水浴反應(yīng)15 min，迅速冷卻后離心，取上清液于532 nm、600 nm和450 nm波長(zhǎng)下測(cè)吸光度。

丙二醛濃度CMDA(μmol/L)=6.45×(D532-D600)-0.56×D450；

MDA含量/(μmol/gFW)=CMDA(μmol/L)×提取液體積(mL)/植物組織鮮重(g)。

1.2.4 Na+、K+離子含量測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.100 g樣品于50 mL三角瓶中，加入硝酸:高氯酸（5:1）混合液20 mL，瓶口放一小漏斗，靜置過(guò)夜。次日置于電爐上消煮，至液體無(wú)色清亮后，繼續(xù)消煮5～10 min，取下三角瓶冷卻至室溫。將消煮液少量多次過(guò)濾至50 mL容量瓶中，待完全冷卻后定容，同時(shí)做空白試驗(yàn)校正溶劑誤差。利用火焰分光光度計(jì)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)液和樣品溶液中Na+、K+含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 耐復(fù)合鹽堿系數(shù)Xj

Xj=復(fù)合鹽堿脅迫測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值 （1）

1.3.2 各綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值U(CIj)

U(CIj)=(CIj-CImin)/(CImax-CImin),j=1,2,……n （2）

式中，U(CIj)表示第j個(gè)綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值，CIj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)，CImin和CImax分別表示第j個(gè)綜合指標(biāo)最小值與最大值。

1.3.3 各綜合指標(biāo)權(quán)重Wj

Wj=Pj/(P1+P2+……+Pj) （3）

式中，Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)權(quán)重，Pj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)旋轉(zhuǎn)載荷平方和方差百分比。

1.3.4 耐鹽堿能力綜合得分D值

D=U(CI1)W1+U(CI2)W2+……+U(CIj)Wj（4）

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理；采用DPS軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)；采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行主成分分析和因子分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葡萄砧木生長(zhǎng)的影響

由圖1可知，復(fù)合鹽堿處理導(dǎo)致‘SA15’葉片失綠并伴隨輕微萎蔫；‘SA17’下部葉緣干枯；‘1103P’下部多數(shù)葉片干枯，萎蔫狀況嚴(yán)重。復(fù)合鹽堿脅迫18 d后，各株系株高增長(zhǎng)量顯著低于對(duì)照，‘SA15’‘SA17’和‘1103P’與對(duì)照相比分別降低了40.41%、43.59%和64.29%。

2.2 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)砧木葉片和根MDA含量的影響

由圖2可知，復(fù)合鹽堿脅迫18 d后，葉片和根系中MDA含量均增加，‘SA15’葉片中MDA含量比未處理對(duì)照增加75.74%，‘SA17’增加86.94%，‘1103P’增加221.45%。根部MDA變化趨勢(shì)與葉片相似。說(shuō)明‘SA15’和‘SA17’葉片和根部細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度較‘1103P’小，受傷害輕。

2.3 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉綠素含量的影響

由圖3可知，復(fù)合鹽堿脅迫下葉綠素含量顯著降低。其中‘SA15’比未處理對(duì)照降低10.03%，‘SA17’降低22.61%，‘1103P’降低25.34%。說(shuō)明在復(fù)合鹽堿脅迫下，‘SA15’和‘SA17’葉片葉綠素分解速率較‘1103P’小，光合機(jī)構(gòu)對(duì)光能的捕獲和轉(zhuǎn)化能力較強(qiáng)。

2.4 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)各器官Na+、K+含量的影響

由圖4可知，復(fù)合鹽堿脅迫后，植株各器官Na+含量顯著增加，K+含量降低，‘SA15’葉片和莖Na+含量是對(duì)照的1.69倍和4.00倍，‘SA17’是對(duì)照的2.69倍和2.65倍，‘1103P’是對(duì)照的9.69倍和2.90倍。由此可見(jiàn)，‘SA15’和‘SA17’葉片Na+含量增幅較小，而莖中Na+含量顯著增加，說(shuō)明大量Na+被截留不能進(jìn)入葉片。

‘SA15’和‘SA17’在復(fù)合鹽堿脅迫下葉片K+含量與對(duì)照相比沒(méi)有顯著差異，‘1103P’與對(duì)照相比降低61.99%。各株系莖中K+含量與對(duì)照相比均有顯著差異，‘SA15’和‘SA17’降幅較‘1103P’小。說(shuō)明‘SA15’和‘SA17’有助于維持地上部較高的K+含量。

圖1 復(fù)合鹽堿脅迫下葉片表型及植株生長(zhǎng)量Figure 1 Leaf phenotype and shoot length under saline-alkali stress

圖2 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片和根MDA含量的影響Figure 2 Effects of saline-alkali stress on MDA content in leaves and roots

2.5 ‘SA15’和‘SA17’耐復(fù)合鹽堿能力綜合評(píng)價(jià)

上述6項(xiàng)指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確判斷‘SA15’和‘SA17’的耐復(fù)合鹽堿能力大小，因此就上述復(fù)合鹽堿性各生理指標(biāo)進(jìn)行因子分析，計(jì)算耐鹽堿能力綜合得分。

根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，利用公式（1），列出耐復(fù)合鹽堿系數(shù)（表1）。其中X2、X3和X4三項(xiàng)指標(biāo)的值越小，表明耐復(fù)合鹽堿能力越強(qiáng)，其他指標(biāo)相反，為便于統(tǒng)計(jì)分析，X2、X3和X4的值取負(fù)數(shù)。

利用SPSS 25.0軟件對(duì)6個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，根據(jù)成分得分系數(shù)矩陣，把6個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)CI1、CI2（Comprehensive index, CI），反映6個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)原始特征參數(shù)的大部分信息。利用公式（2）計(jì)算砧木綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U(CI)。根據(jù)各綜合指標(biāo)旋轉(zhuǎn)載荷平方和的方差百分比，用公式（3）求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重。利用公式（4）計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值D，對(duì)砧木耐復(fù)合鹽堿能力進(jìn)行排序。由表3可以看出，‘SA15’D值最大，‘SA17’次之，‘1103P’最小，由此可以看出耐復(fù)合鹽堿能力SA15＞SA17＞1103P。

圖3 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)葉片葉綠素含量的影響Figure 3 Effects of saline-alkali stress on chlorophyll content in leaves

圖4 復(fù)合鹽堿脅迫對(duì)各器官Na+、K+含量的影響Figure 4 Effects of saline-alkali stress on Na+ and K+ contents

3 討論與結(jié)論

生長(zhǎng)發(fā)育受抑制是植物在鹽堿脅迫下最顯著的生物學(xué)現(xiàn)象[8-9]。本研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合鹽堿脅迫下‘SA15’只有少數(shù)葉片萎蔫，且株高生長(zhǎng)量降幅較‘SA17’和‘1103P’小，說(shuō)明‘SA15’受鹽堿脅迫影響較小。

植物體內(nèi)MDA含量可以反映植物體細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定程度[10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合鹽堿脅迫下砧木‘SA15’和‘SA17’葉片和根部MDA含量增幅較小，‘1103P’增幅較大，表明‘SA15’和‘SA17’在復(fù)合鹽堿脅迫下可較好維持細(xì)胞膜穩(wěn)定，維持正常生長(zhǎng)。

表1 各株系的耐復(fù)合鹽堿系數(shù)Table 1 Salt-alkali tolerance coefficient of each grape strain

表2 成分得分系數(shù)矩陣Table 2 Score coefficient matrix of comprehensive indicators

復(fù)合鹽堿脅迫下，維持葉片高K+/Na+比是植物耐鹽堿能力重要指標(biāo)[12-13]。有研究認(rèn)為，非鹽生植物耐鹽堿性的關(guān)鍵在于維持葉片中較低水平的Na+含量[14]，以及對(duì)Na+進(jìn)行區(qū)隔化分布[15-16]。在復(fù)合鹽堿脅迫下，砧木‘SA15’和‘SA17’葉片Na+含量和K+含量沒(méi)有顯著變化，而葉柄中積累了大量Na+離子，說(shuō)明砧木‘SA15’和‘SA17’在組織水平上實(shí)現(xiàn)了Na+區(qū)隔化分布，維持葉片高K+/Na+比。‘1103P’在復(fù)合鹽堿脅迫下，葉片K+/Na+比大幅降低，由此可見(jiàn)，‘SA15’和‘SA17’耐鹽堿能力較‘1103P’強(qiáng)。

通過(guò)比較單項(xiàng)指標(biāo)很難判斷砧木的耐復(fù)合鹽堿能力大小，因此通過(guò)因子分析，使數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)是一種必要手段[17]。利用各綜合指標(biāo)的權(quán)重和隸屬函數(shù)值計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)值D值，通過(guò)比較D值來(lái)判斷植物耐鹽堿能力[18]。D值分析表明：SA15＞SA17＞1103P，說(shuō)明砧木‘SA15’耐復(fù)合鹽堿能力較強(qiáng)，‘SA17’次之，‘1103P’最弱。

表3 綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值、D值Table 3 Comprehensive index values, subordinate function values and D values