8个北美海棠品种耐盐碱生理差异研究

马昕，庞志蕊，杨静慧，通信作者，李珍，刘艳军，王兴，李冰



8个北美海棠品种耐盐碱生理差异研究

马昕1，庞志蕊1，杨静慧1，通信作者，李珍1，刘艳军1，王兴2，李冰3

（1. 天津农学院 园艺园林学院，天津 300384；2. 天津市公路局，天津 300384；3. 天津市农科院 资源环境研究所，天津 300380）

为比较不同品种北美海棠在天津盐碱地上的生理特性，以静海区8个北美海棠品种为试材，测定了其叶片中的可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛含量，叶片细胞膜透性以及SOD、POD 酶活性等生理生化指标。结果显示：‘凯尔斯’（42.235 mg/g）叶片中可溶性蛋白含量最高，‘冬红’（14.763 mg/g）最低；‘凯尔斯’（0.163%）和‘绚丽’（0.151%）叶片中可溶性糖含量最高，‘舞美’（0.103%）最低；‘凯尔斯’（7.285 μg/g）和‘冬红’（6.211 μg/g）叶片中游离脯氨酸含量最高，‘王族’（2.747 μg/g）最低；‘凯尔斯’（0.133 μmol/g）叶片中丙二醛含量最高，‘亚当’（0.079 μmol/g）和‘绚丽’（0.075 μmol/g）最低；‘冬红’叶片细胞膜透性（34.96%）最大，‘王族’（8.22%）最低；‘喜洋洋’（50.771 U/g · min）和‘舞美’（54.254 U/g · min）叶片中POD酶活性最高，‘冬红’（12.208 U/g · min）最低；8个北美海棠品种SOD酶活性无差异，酶活性均在0.512～0.613 U/g之间。综合隶属函数分析显示：8个北美海棠品种的耐盐碱性依次为‘凯尔斯’＞‘冬红’＞‘红宝石’＞‘绚丽’＞‘亚当’＞‘王族’＞‘喜洋洋’＞‘舞美’。

盐碱地；耐盐碱性；北美海棠；生理特性

天津市土壤含盐量大于0.2%的盐渍化面积为9.67万hm2[1]。土壤盐碱化成为制约本市环境可持续发展的主要因素之一。盐碱土改良措施的相关研究中以生物措施更具有可行性[2]。其中，利用耐盐碱植物对土壤进行改良是最为生态科学的。因此，耐盐碱植物的引用筛选十分必要。我国的植物耐盐碱性研究现已取得了一定成绩，主要通过加强耐盐碱植物种质资源的发掘与利用，引进、筛选、驯化来培育耐盐碱植物[3-5]。

北美海棠因其品种多、抗性强、耐寒、耐瘠薄等特点，现已成为北方地区推广应用的一类园林植物[6]。近年来，关于北美海棠的耐盐碱性研究已有一些报道。李伟等[7]在昌吉地区进行北美海棠的引种试验并观察其生长状况，发现在土壤盐碱化严重的新疆地区，引进的北美海棠系列生长情况正常。李融等[8]对天津静海地区栽植的8个北美海棠品种的形态和生长特性进行了分析，发现不同品种间的耐盐碱性有较大差异。植物在长期进化过程中，体内的各种酶、蛋白质和渗透调节物质等对植物适应不同的环境生长起着关键作用[9]。

本文通过分析盐碱地引种的8个北美海棠品种的生理指标，旨在筛选出最适合在盐碱地生长的品种，为北美海棠在盐碱地上的推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的北美海棠8个品种‘冬红’‘舞美’‘亚当’‘喜洋洋’‘绚丽’‘凯尔斯’‘王族’‘红宝石’均由天津市远大园林苗圃提供。供试苗木定植株行距一致，株行距为2～4 m，苗圃周年管理方法采用常规管理，管理方法统一。试验地土壤为黏壤土，pH为8.02，含盐量为0.32%，属轻度盐碱地，土壤肥力中等。

1.2 试验方法

在苗圃中选择生长较为一致的区域为样地，每个样地面积为20 m×20 m，重复6次。在每个样地中进行交叉选样，选取5株生长良好的植株为样树，6个样地，共重复30株。

叶片采集：采集样树上第1～4主枝的中部枝条上的成熟叶片为样叶，每株选择3个枝条，每个枝条上取5片成熟叶片，用于生理指标的测定。可溶性蛋白用考马斯亮蓝G-250染色比色法测定，可溶性糖用硫酸-蒽酮试剂法测定，游离脯氨酸用茚三酮试剂法测定，SOD（超氧歧化酶）用氮蓝四唑光化还原法测定，POD（过氧化物酶）用愈创木酚试剂比色法测定，丙二醛用硫代巴比妥酸试剂法测定，膜透性用电解质渗透法测定。每个处理3次重复。综合分析用各项指标的隶属函数平均值判定[10]。采用Excel 2010和SPSS19.0统计软件对测量指标数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 8个北美海棠品种叶片中可溶性蛋白含量的比较

由图1可以看出，盐碱地上不同品种北美海棠叶片中可溶性蛋白含量存在差异。其中‘凯尔斯’叶片中可溶性蛋白的含量最高，为42.235 mg/g，极显著高于其他7个品种，是‘冬红’（14.763 mg/g）的2.861倍，‘亚当’（16.990 mg/g）的2.486倍，‘王族’（19.493 mg/g）的2.167倍，‘喜洋洋’（21.597 mg/g）的1.956倍，‘舞美’（27.527 mg/g）的1.534倍，‘红宝石’（32.822 mg/g）的1.287倍，‘绚丽’（35.172 mg/g）的1.201倍。‘绚丽’和‘红宝石’叶片中可溶性蛋白含量也比较高，两者之间表现为差异不显著，‘绚丽’极显著高于其他5个品种，‘红宝石’极显著高于除‘舞美’以外的其他4个品种。‘舞美’的叶片中可溶性蛋白含量中等，极显著高于‘王族’‘亚当’‘冬红’3个品种，‘喜洋洋’‘王族’‘亚当’‘冬红’四者之间差异不显著，叶片中可溶性蛋白含量较低。

图1 8个北美海棠品种叶片中可溶性蛋白含量的比较

注：图中不同小写字母表示差异显著（＜0.05），不同大写字母表示差异极显著（＜0.01），下同

2.2 8个北美海棠品种叶片可溶性糖含量的比较

由图2可以看出，‘凯尔斯’（0.163%）和‘绚丽’（0.151%）叶片中可溶性糖含量相对其他品种 较高，‘凯尔斯’极显著高于除‘绚丽’外的其他6个品种，‘凯尔斯’叶片中的可溶性糖含量为‘舞美’（0.103%）的1.575倍，‘喜洋洋’（0.106%）的1.533倍，‘绚丽’极显著高于‘冬红’‘王族’‘亚当’‘喜洋洋’‘舞美’5个品种，和‘红宝石’差异显著。‘绚丽’叶片中的可溶性含量为‘舞美’（0.103%）的1.459倍，‘喜洋洋’的1.420倍。‘红宝石’与‘冬红’‘王族’‘亚当’3个品种表现为差异显著，且极显著高于‘喜洋洋’和‘舞美’，‘舞美’与‘冬红’‘王族’‘亚当’‘喜洋洋’4个品种表现为差异显著。

图2 8个北美海棠品种叶片中可溶性糖含量的比较

2.3 8个北美海棠品种叶片中游离脯氨酸含量的比较

由图3可以看出，‘凯尔斯’（7.285 μg/g）和‘冬红’（6.211 μg/g）叶片中的游离脯氨酸含量相对其他品种较高，‘凯尔斯’极显著高于除‘冬红’以外其他6个品种，是‘王族’（2.747 μg/g）的2.652倍，‘绚丽’（3.419 μg/g）的2.131倍，‘亚当’（4.000 μg/g）的1.821倍，‘红宝石’（3.911 μg/g）的1.825倍，‘喜洋洋’（4.262 μg/g）的1.709倍，‘舞美’（4.545 μg/g）的1.602倍。‘冬红’极显著高于‘王族’，但与其他品种差异不显著，‘舞美’‘红宝石’‘喜洋洋’‘亚当’‘绚丽’‘王族’这6个品种之间表现为差异不显著。

图3 8个北美海棠品种叶片中游离脯氨酸含量的比较

2.4 8个北美海棠品种叶片中SOD酶活性的比较

由图4可以看出，盐碱地上不同品种北美海棠叶片中SOD酶活性的差异显著水平，仅‘舞美’与其他7个品种叶片中的酶活性差异显著，其他7个品种之间表现为差异不显著，8个北美海棠品种SOD酶活性在0.512～0.613 U/g之间。

图4 8个北美海棠品种叶片中SOD酶活性的比较

2.5 8个北美海棠品种叶片中POD酶活性的比较

由图5可以看出，‘喜洋洋’（50.771 U/g · min）和‘舞美’（54.254 U/g · min）叶片中POD酶活性相对其他6个品种较高，两者都极显著高于其他6个品种，且两者之间表现为差异不显著。‘喜洋洋’叶片中POD酶活性是‘冬红’（12.208 U/g·min）的4.444倍，是‘亚当’（21.395 U/g·min）的2.536倍，‘舞美’叶片中POD酶活性是‘冬红’的4.159倍，是‘亚当’的2.373倍。‘王族’（34.315 U/g·min）、‘凯尔斯’（33.482 U/g·min）、‘红宝石’（32.622 U/g·min）、‘绚丽’（26.394 U/g·min）叶片中POD酶活性居中，四者之间表现为差异不显著，但显著高于‘冬红’，‘亚当’和‘冬红’的POD酶活性较低。

图5 8个北美海棠品种叶片中POD酶活性的比较

2.6 8个北美海棠品种叶片中丙二醛含量的比较

由图6可以看出，‘凯尔斯’（0.133 μmol/g）叶片中丙二醛含量最高，极显著高于‘亚当’（0.079 μmol/g）和‘绚丽’（0.075 μmol/g），是‘绚丽’的1.784倍，‘亚当’的1.681倍，与‘王族’‘喜洋洋’‘舞美’‘冬红’‘亚当’‘绚丽’6个品种差异显著。‘红宝石’‘王族’‘喜洋洋’‘舞美’‘冬红’5个品种之间表现为差异不显著。

图6 8个北美海棠品种叶片中丙二醛含量的比较

2.7 8个北美海棠品种叶片细胞膜透性的比较

由图7可以看出，盐碱地上不同品种北美海棠叶片细胞膜透性的差异性比较，其中‘冬红’（34.96%）的叶片细胞膜透性最大，极显著高于其他7个品种，是‘王族’（8.22%）的4.253倍，‘凯尔斯’（9.31%）的3.755倍，‘亚当’（9.81%）的3.564倍，‘舞美’（13.99%）的2.499倍，‘红宝石’（17.20%）的2.033倍，‘喜洋洋’（26.53%）的1.318倍。‘喜洋洋’的叶片细胞膜透性排第二，极显著高于其他6个品种。‘红宝石’‘绚丽’‘舞美’3个品种叶片细胞膜透性表现为差异不显著，但‘红宝石’极显著高于‘亚当’‘凯尔斯’‘王族’3个品种。‘绚丽’极显著高于‘王族’，显著高于‘亚当’和‘凯尔斯’。‘舞美’‘亚当’‘凯尔斯’三者差异也不显著。

图7 8个北美海棠品种叶片细胞膜透性的比较

2.8 8个北美海棠品种生理生化指标的综合分析

表1为盐碱土上不同北美海棠生理生化指标的隶属函数分析。由于8个北美海棠品种的SOD酶活性表现为无差异，所以该指标不计入综合隶属函数分析。参照文献[10]，根据北美海棠各项生理指标与生长指标相关性赋予可溶性糖、游离脯氨酸、膜透性200%的权重，POD酶活性和丙二醛100%的权重，可溶性蛋白50%的权重进行隶属函数分析。结果显示，‘凯尔斯’的综合隶属函数最高，为1.118。其次是‘冬红’，综合隶属函数值为0.871，‘舞美’最低，为0.303。因此，根据生理生化特征综合分析，8个北美海棠品种的耐盐碱性排序为‘凯尔斯’＞‘冬红’＞‘红宝石’＞‘绚丽’＞‘亚当’＞‘王族’＞‘喜洋洋’＞‘舞美’。

表1 8个北美海棠品种生理生化指标的隶属函数分析

3 讨论

耐盐碱生理指标的测定和分析提供了选择耐盐碱品种的有效方法。蛋白质是细胞内最丰富的生物大分子，作为植物体内酶的重要成分可参与细胞内的化学反应。植物在盐碱地生长时，植物体内可合成抗盐碱性的蛋白质，导致蛋白质总量增加[11]。在本试验中，‘凯尔斯’叶片内可溶性蛋白含量最多，这可能是‘凯尔斯’在8个品种中逆境性最强的原因之一。可溶性糖和脯氨酸是重要的渗透调节物质，耐盐碱性强的品种在逆境下植物叶片内可积累更多的可溶性糖和脯氨酸，使细胞水合度增大，保水能力增强，避免原生质在盐碱条件下受到脱水伤害，这与植物耐盐碱性密切相关[12]。本试验中‘凯尔斯’的可溶性糖和脯氨酸均较高，这是其耐盐的关键。

过氧化物酶POD在植物生长发育过程中的活性不断发生变化，在老化组织或早衰的植物体内活性较高，导致植物抗性能力下降，这是因为过氧化物酶能使组织中所含的某些碳水化合物转化成木质素，增加木质化程度[13]。本试验中‘冬红’品种的POD酶活性变化最小，因此，耐盐性仅次于‘凯尔斯’。

现阶段，对植物耐盐碱性的研究主要集中在两方面，一是对耐盐碱植物抗性生理特征和相关指标的研究，二是对植物耐盐碱基因的鉴定、筛选、克隆及分子标记方面。因此，要想全面深入地了解不同北美海棠品种的耐盐碱性，对其耐盐碱基因有待进一步研究。

[1] 李亚南，樊金萍，章彦琛，等. 滨海盐碱地的改良与景观植物筛选研究[J]. 山东农业大学学报（自然科学版），2015，46（4）：549-553.

[2] 武庆树，郭云峰，窦连彬，等. 天津市盐碱地改良思路[J].农业环境与发展，2004（2）：32-33.

[3] 贾娜尔·阿汗，杨春武，石德成，等. 盐生植物碱地肤对盐碱胁迫的生理响应特点[J]. 西北植物学报，2007，27（1）：79-84.

[4] 孙菲菲，赵彦坤，张文胜，等. 高pH对拟南芥萌发和主根伸长的影响[J]. 中国农学通报，2007，23（7）：285-289.

[5] 黄俊轩，刘艳军，杨静慧，等. 北美海棠组培快繁研究[J].天津农业科学，2016，22（8）：22-26.

[6] 王婷. 天津地区观赏海棠引种与筛选[J]. 北方园艺，2015（3）：70-72.

[7] 李伟，杨彬. 北美海棠系列在昌吉地区的引种栽培试验[J].新疆林业，2012（1）：21-24.

[8] 李融，杨静慧，李珍，等. 不同北美海棠花形态特征比较及其品种识别[J]. 天津农林科技，2016（5）：7-9.

[9] 唐相亭，金研铭. 耐盐碱植物研究进展[J]. 北方园艺，2012（22）：181-184.

[10] 杨静慧，张颖，周强，等. 不同樱桃品种果皮结构与耐贮性的关系[J]. 天津农林科技，2016（3）：9-12.

[11] 赵霞，叶林，纳学伟，等. 盐碱胁迫下丛枝菌根真菌对紫花苜蓿渗透调节物质及抗氧化能力的影响[J]. 江苏农业学报，2017，33（4）：782-787.

[12] 李艳芳. 紫花苜蓿幼苗对冻融及盐碱复合胁迫的生理响应特征[D]. 长春：吉林大学，2017.

[13] 杨祎鸽. 不同表型羊草对氮沉降和盐碱胁迫生理生化响应机制研究[D]. 沈阳：辽宁大学，2017.

责任编辑：杨霞

Physiological differences in saline-alkali tolerance of 8 North American begonia

MA Xin，PANG Zhi-rui1,YANG Jing-hui1,Corresponding Author, LI Zhen1, LIU Yan-jun1, WANG Xing2, LI Bing3

（1. College of Horticulture and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China；2. Tianjin Highway Department, Tianjin 300384, China；3 Institute of Resources and Environment, Academy of Agricultural Sciences, Tianjin 300384, China）

In order to compare the physiological characteristics of different species of North American begonia on saline land in Tianjin, the soluble protein, soluble sugar, free proline, malondialdehyde content, membrane permeability, SOD, POD enzyme activity and other physiological and biochemical indexes in leaves were determined, with eight species of North American begonia as test material in Jinghai. The results showed that the highest soluble protein content was in Kells（42.235 mg/g）, the lowest was in Donghong（14.763 mg/g）; the highest soluble sugar content was in Kells（0.163%）and Julie（0.151%）, the lowest was in Wumei（0.103%）; the highest free proline content was in Kells（7.285 μg/g）and Donghong（6.211 μg/g）, the lowest was in Royal（2.747 μg/g）. The highest malondialdehyde content was in Kells（0.133umol/g）, the lowest was in Adam（0.079 μmol/g）and Julie（0.075 μmol/g）; the highest membrane permeability（34.96%）was in Donghong, the lowest was in royal（8.22%）; the highest POD enzyme activities was in Xiyangyang（50.771 U/g·min）and Wumei（54.254 U/g·min）, the lowest was in Donghong（12.208 U/g·min）; and there was no difference in SOD activity among the eight species of North American Begonia, and the enzyme activity was between 0.512 U/g and 0.613 U/g. According to the comprehensive analysis of membership functions, their order of saline tolerance were Kells＞Donghong＞Ruby＞Julie＞Adam＞Royal＞Xiyangyang＞Wumei.

saline land; salt-alkaline tolerance; North American begonia; physiological characteristics

1008-5394（2018）04-0024-05

10.19640/j.cnki.jtau.2018.04.006

S685.99

A

2018-03-23

中央财政（天津市重大农业技术推广）项目（2017CK0184）；天津市科委项目（16YFZCNC00750）；天津市林果现代农业产业技术体系创新团队项目（ITTFPRS2018002）；天津市科委特派员项目（17ZXBFNC00310）；国家大学生创新创业训练计划项目（201710061064）

马昕（1997-），男，本科在读，主要从事园林植物栽培研究。E-mail：747402470@qq.com。

杨静慧（1961-），女，教授，博士，主要从事园艺植物栽培、抗逆生理和分子育种研究。E-mail：jinghuiyang2@aliyun.com。