3个梅花品种幼苗耐盐性综合评价

杨佳鑫，李庆卫，郭子燕，蔡亚南，毕春竹

(北京林业大学 园林学院，花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室，国家花卉工程技术研究中心，城乡生态环境北京实验室，教育部林木花卉育种实验室，北京 100083)

梅花作为我国传统名花，在我国园林应用中有着举足轻重的地位和影响。目前关于梅花的抗性研究主要集中在抗寒性方面，如张启翔[1]、张文娇[2]、段美红等[3]研究了梅花品种及梅花杂交种根系的抗寒性;李庆卫[4]和张秦英[5]进行了抗寒梅花品种区域试验;彭婷[6]和过聪[7]以梅花为试材对冷驯化植物中普遍存在的CBF/DREB1基因进行了研究;张素英等[8]研究发现，抗寒梅花的繁殖推广呈现以北京为中心向“三北”地区辐射的趋势，在沈阳、兰州、延安、大庆、乌鲁木齐及赤峰等地都有梅花的栽植。目前国内外学者对梅花近缘种紫叶李、黑杆樱李、紫叶矮樱[9]、山桃[10]、伊朗野生杏仁[11]、欧洲酸樱桃[12]等进行了耐盐性研究；杨佳鑫等[13]研究表明,梅花具有一定耐盐性。

土壤盐碱化问题是全球最严重的环境问题之一，盐碱土在我国东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带分布很广[14]。梅花幼苗是栽培的关键阶段，同时也是对盐碱胁迫较为敏感的时期，但关于梅花幼苗耐盐性的研究目前尚未见报道。鉴于此，本研究以梅花3个代表品种香雪宫粉(宫粉品种群)、丰后(杏梅品种群)、美人(美人品种群)的1年生自根苗为试材，通过测定盐胁迫下梅花幼苗生长及生理生化指标，对3个梅花品种幼苗耐盐性进行综合评价，从而为梅花在盐碱地种植品种的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设置

以采自于河南省周口市梅园的香雪宫粉、丰后、美人1年生自根苗为试材。采用单株盆栽方法，2017年3月将长势相对一致的梅花苗木栽植于上口径30 cm、下口径20 cm、高30 cm的塑料花盆内，盆底布置托盘。培养基质由草炭土、珍珠岩、洗净河沙按照体积比2∶1∶1混合而成，基质质量为7.5 kg/盆。

2017年6月上旬，试验苗进入旺盛生长期时，先将盆土控水1 d，使土壤干燥，有利于盐分迅速扩散。试验土壤NaCl含量分别为0(CK)，3，6，9，12，15 g/kg共6个处理，每处理5个重复。待盆土干燥后，将定量的NaCl溶解后浇灌到对应的处理中,具体方法见表1。盐分添加的第5天即为盐胁迫处理的开始，将托盘置于盆下，浇水后将溢出的溶液倒回盆内，以免盐分流失。盐胁迫处理后，定期浇水，维持土壤持水量在60%～80%，处理35 d后结束试验。

表1 供试土壤中不同NaCl含量的配置Table 1 Soil salinity gradient of the experiment

1.2 试验方法

1.2.1 梅花幼苗盐害指数和盐害率的测定 NaCl处理后每7 d观察1次供试植株表现， 35 d后统计不同盐害分级下的植株数量，计算盐害指数(SI)和盐害率(P)。盐害分级标准：0级.没有盐害表现；1级.轻度盐害，有少部分叶尖、叶缘变黄；2级.中度盐害，大约有1/2的叶尖、叶缘干枯；3级.重度盐害，大部分叶尖、叶缘干枯或落叶；4级.极重度盐害，叶落、枝枯、植株死亡[9]。

1.2.2 梅花幼苗生长指标测定 分别于盐胁迫试验前和结束后(第35 天)测定梅花幼苗叶长、叶宽、株高、新梢长度，以上指标盐胁迫试验前与结束后的差值即为其生长量，每处理测定5盆供试植株，每株测定3个叶片及新梢。其中幼苗叶长、叶宽用游标卡尺进行测量，精度0.01 cm；幼苗株高、新梢长度用直尺进行测量，精度0.1 cm。

1.2.3 梅花幼苗生理指标测定 于试验第35天早晨采用随机取样法采集梅花新稍中上部功能叶8～10片，之后置于-80 ℃的超低温冰箱中(其中叶片组织含水量和相对电导率需在叶片采后立即测定)，用于测定生理指标。其中叶片组织含水量采用烘干法[15]测定，相对电导率采用电导率仪测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[16]测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法[15]测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[17]测定，游离脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定[16]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]测定。

1.2.4 梅花幼苗耐盐性综合评价 采用模糊数学中的隶属函数法并结合主成分分析法对梅花幼苗进行耐盐性综合评价。具体方法如下：

(1)主成分分析。先对各项指标的原始数据进行无纲量化[18]。参照魏秀君等[19]的方法，计算各指标的耐盐系数(α)，若指标与植物耐盐性呈正相关，则该指标的α=(处理组平均值/测定组平均值)×100%；若指标与植物耐盐性呈负相关，则该指标的α=(测定组平均值/处理组平均值)×100%。之后对各项指标的耐盐系数进行Person相关性分析，在此基础上对各项指标的耐盐系数α值进行主成分分析，得到不同主成分下各指标的负载权数及贡献率，获得综合指标。

(2)隶属函数法。首先参照文献[18]的方法计算3个梅花品种的综合指标值CI(m)。

式中：CI(m)为综合指标值，Bi为单项指标的耐盐系数α值，Prin(m)i为第m个综合指标第i个指标的综合指标系数。

然后参照文献[18]的方法计算每种梅花综合指标的隶属函数值u(Xi)，再依据主成分分析法获得各指标的贡献率，确定各综合指标的权重Wi。

式中：u(Xi)为第i个综合指标的隶属函数值，Xi为第i个综合指标，Xmin为第i个综合指标的最小值，Xmax为第i个综合指标的最大值。

式中：Wi为第i个综合指标在所有综合指标中所占的权重，Pi为第i个综合指标的贡献率。

最后采用加权单因子法将各指标叠加，获得植物耐盐的综合评价值D。

式中：D为耐盐性综合评价值，D值越大则耐盐能力越强。

1.3 数据处理与分析

数据均使用Excel 2012进行计算，采用SPSS 22.0统计软件对试验数据进行单因素方差分析、相关性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对3个梅花品种幼苗生长和生理指标的影响

2.1.1 盐害指数和盐害率 由表2可知，随着NaCl含量的增加，梅花的盐害指数和盐害率均逐渐增大。当NaCl含量为 3 g/kg时，丰后盐害指数为25.0%，香雪宫粉和美人的盐害指数分别为15.0%和18.8%；各梅花品种的盐害率均达到50.0%及以上。当NaCl含量为6 g/kg 时，香雪宫粉和丰后的盐害指数分别为30.0%和37.5%，美人的盐害指数达到56.3%；香雪宫粉盐害率为80.0%，丰后和美人的盐害率达到了100.0%。当NaCl含量为9 g/kg 时，香雪宫粉、丰后、美人的盐害指数分别为80.0%，75.0%，75.0%；各梅花品种的盐害率均达到了100.0%。当NaCl含量为12～15 g/kg时，各梅花品种的盐害指数和盐害率均达到100.0%。

盐害指数和盐害率相结合更能客观反映植株盐害情况。根据Logistic方程[9]求得各梅花品种盐害指数在50%时的土壤NaCl含量，即耐盐阈值。经计算，香雪宫粉、丰后、美人的耐盐阈值分别是6.96，6.53， 6.09 g/kg(表3)，说明3个梅花品种耐盐性由强到弱依次为香雪宫粉>丰后>美人。

表2 NaCl处理35 d后3个梅花品种的盐害指数和盐害率Table 2 Salt injury indexes and salt injury rates of three Prunus mume varieties with NaCl treatments after 35 days

表3 NaCl胁迫下3个梅花品种Logistic回归方程和耐盐阈值Table 3 The Logistic regression equation and salt tolerance domain values of three varieties of Prunus mume under NaCl stress

注：x代表NaCl含量，y代表盐害指数。耐盐阈值指盐害指数为50%时NaCl含量。

Note:xrepresents the concentration of NaCl,yrepresents salt injury indexes.Salt tolerance domain values are the NaCl concentration with 50% salt injury indexes.

2.1.2 幼苗生长指标 由表4可知，随着NaCl含量的升高，香雪宫粉和美人叶长生长量逐渐下降,且NaCl胁迫处理的香雪宫粉叶长生长量与对照差异显著(P<0.05)。当NaCl含量为3，6 g/kg 时，美人叶长生长量与对照差异不显著(P>0.05)；当NaCl含量为9～15 g/kg时，美人叶长生长量与对照相比显著下降(P<0.05)。随着NaCl含量的升高，丰后叶长生长量呈现先升后降趋势;低含量(3 g/kg)NaCl对丰后叶长生长有一定的促进作用，较对照增加了10.00%;而高含量(6～15 g/kg)NaCl处理下其叶长生长量则逐渐下降。

由表4还可知，不同含量NaCl胁迫下3个梅花品种叶宽生长量与叶长生长量变化相似。随着NaCl含量的升高，香雪宫粉和美人叶宽生长量逐渐下降，在3 g/kg NaCl胁迫处理下二者均与对照无显著差异(P>0.05)，在 6～15 g/kg NaCl胁迫处理下二者均与对照差异显著(P<0.05)。随着NaCl胁迫含量的升高，丰后叶宽生长量呈现先升后降趋势，3 g/kg NaCl处理对丰后叶宽生长有一定的促进作用，与对照相比增加了20.00%；6～15 g/kg NaCl处理下其叶宽生长量则逐渐下降。

由表4可知，随着NaCl胁迫含量的升高，香雪宫粉和丰后株高生长量总体下降，二者在各NaCl处理下均与对照差异显著(P<0.05)。3 g/kg NaCl处理美人株高生长量略有增加，但与对照差异不显著(P>0.05)；6～15 g/kg NaCl处理美人株高生长量逐渐下降，且与对照差异显著(P<0.05)。

由表4可以看出，不同含量NaCl胁迫下，3个梅花品种新梢长度生长量与株高生长量变化相似。随着NaCl胁迫含量的升高，香雪宫粉和丰后新梢长度生长量逐渐下降，且丰后在低含量(3 g/kg)NaCl处理下与对照无显著差异(P>0.05)，而高含量(6～15 g/kg)NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)；香雪宫粉在各NaCl处理下均与对照差异显著(P<0.05)。美人新梢长度生长量在3 g/kg NaCl处理下略有增加，在6～15 g/kg NaCl处理下则有所下降，且各NaCl处理均与对照差异显著(P<0.05)。

表4 NaCl胁迫对3个梅花品种幼苗生长指标的影响Table 4 Effects of NaCl stress on growth indexes of three Prunus mume varieties

注：数据为“平均值±标准误差”。同列数据后不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)。表5同。

Note:The data are “average±standard error”.Different lowercase letters in column stand for significant difference (P<0.05).The same for Table 5.

2.1.3 幼苗生理指标 NaCl胁迫对3个梅花品种幼苗生理指标的影响如表5所示。由表5可知，随着NaCl胁迫含量的升高，3个梅花品种叶片组织含水量总体均呈现下降的趋势。当NaCl含量为3 g/kg时，3个梅花品种幼苗叶片组织含水量均与对照无显著差异(P>0.05)；除了香雪宫粉外，其余植株叶片组织含水量与对照相比无显著变化，当NaCl含量为9～15 g/kg 时，3个梅花品种幼苗叶片组织含水量与对照相比均显著(P<0.05)下降，表明植物叶片受到严重伤害。

由表5可知，随着NaCl胁迫含量升高，3个梅花品种相对电导率均增大， 当NaCl含量较低(3～6 g/kg)时与对照差异总体不显著(P>0.05)，当NaCl含量较高时(9～15 g/kg)时与对照差异显著(P<0.05)。说明在较低含量盐胁迫下植物细胞电解质外渗较少，细胞膜受损程度较小，而中高含量盐胁迫下植物细胞电解质外渗较多，细胞膜的损伤程度较大，植物膜系统的完整性受到破坏。

由表5可知，随着NaCl胁迫含量的升高，香雪宫粉MDA含量呈先升后降趋势，但各NaCl处理与对照差异均不显著(P>0.05)；丰后和美人MDA含量呈现升-降-升趋势，其中丰后只在6 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)，其余NaCl处理下均与对照差异不显著(P>0.05)；美人MDA含量仅在3，15 g/kg NaCl处理与对照差异显著(P<0.05)。

由表5可知，与对照相比，NaCl胁迫处理3个梅花品种SOD活性总体均增加。各NaCl胁迫处理美人SOD活性与对照差异均不显著(P>0.05)；香雪宫粉SOD活性在3，9 g/kg NaCl处理下与对照无显著差异(P>0.05)，而在6，12，15 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)；丰后SOD活性仅在15 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)。

由表5可知，与对照相比，NaCl胁迫处理后3个梅花品种POD活性总体呈上升趋势。各NaCl处理香雪宫粉和美人POD活性均与对照差异显著(P<0.05)；丰后POD活性在低含量(3 g/kg)NaCl处理下与对照差异不显著(P>0.05)，而在中高含量(6～15 g/kg)NaCl处理下与对照组差异显著(P<0.05)。

表5表明，与对照相比，NaCl胁迫处理后3个梅花品种游离脯氨酸含量呈上升趋势。各梅花游离脯氨酸含量在 3～9 g/kg NaCl处理下均与对照无显著差异(P>0.05)；在12 g/kg NaCl处理下，香雪宫粉'梅和丰后游离脯氨酸含量均与对照差异显著(P<0.05)；15 g/kg NaCl处理下各3个梅花品种游离脯氨酸含量均与对照差异显著(P<0.05)。

由表5还可知，与对照相比，NaCl胁迫处理后3个梅花品种可溶性糖含量总体呈上升趋势。香雪宫粉可溶性糖含量在 3，9 g/kg NaCl处理下与对照无显著差异(P>0.05)，其余含量NaCl处理下均与对照差异显著(P<0.05)；丰后可溶性糖含量在3～6 g/kg NaCl处理下与对照无显著差异(P>0.05)，在9～15 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)；美人可溶性糖含量仅在高含量(12～15 g/kg)NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)。

由表5可知，与对照相比，NaCl胁迫处理后3个梅花品种可溶性蛋白含量总体呈上升趋势。各梅花幼苗可溶性蛋白含量在3，9 g/kg NaCl处理下与对照无显著差异(P>0.05)，而在12，15 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)。

表5 NaCl胁迫对3个梅花品种幼苗生理指标的影响Table 5 Effects of NaCl stress on physiological indexes of three Prunus mume varieties

2.2 3个梅花品种耐盐性综合的分析与评价

2.2.1 梅花幼苗生长及生理指标耐盐系数及相关性分析 计算得到3个梅花品种4个生长指标和8个生理指标的耐盐系数见表6。植物耐盐性由各性状综合体现，而各单项指标侧重点有所不同，为了全面评价植物耐盐性，需对各单项指标进行综合分析评价。因此，对各指标的耐盐系数进行Person相关性分析，结果(表7)发现，各指标之间存在不同程度的相关性，其中部分指标间的相关性已达到显著或极显著水平，表明以上指标展现的耐盐性信息发生了重叠[20]。

表6 3个梅花品种幼苗生长指标和生理指标的耐盐系数Table 6 Salt tolerance coefficient of growth indexes and physiological indexes of three Prunus mume varieties

注：1.叶长生长量；2.叶宽生长量；3.株高生长量；4.新梢长度生长量；5.叶片组织含水量；6.相对电导率；7.MDA；8.SOD；9.POD；10.游离脯氨酸；11.可溶性糖；12.可溶性蛋白。下表同。

Note:1.Leaf length increment;2.Leaf width increment;3.Plant height increment;4.Plant twig increment;5.Leaf water content;6.Relative conductivity;7.Malonic dialdehyde;8.Superoxide dismutase;9.Peroxidase; 10. Free protein;11.Soluble sugar;12.Soluble protein.The same below.

表7 梅花幼苗生长指标和生理指标的相关系数矩阵Table 7 Correlation coefficient matrix of growth indexes and physiological indexs of Prunus mume seedling

注：**表示在0.01(双侧)水平上显著相关；*表示在0.05(双侧)水平上显著相关。

Note : ** represents significant correlation at the level of 0.01 (bilateral). * represents significant correlation at the level of 0.05 (bilateral)

2.2.2 梅花幼苗生长和生理指标主成分分析 对供试3个梅花品种12个指标的耐盐系数α值进行主成分分析，可得到主成分1和主成分2下各指标的负载权数及贡献率，结果见表8。由表8可知，主成分1和主成分2的贡献率分别为59.581%和40.419%，其累积贡献率达到100%。说明12个单项指标可由这2个相互独立的综合指标代替，并代表了原来12个单项指标100%的信息量。株高生长量、新梢长度生长量、MDA、SOD、POD和可溶性蛋白含量在主成分1中的负载权数绝对值均在0.9以上，可作为评定梅花耐盐性的主要指标；叶片组织含水量和可溶性糖含量在主成分2中的负载权数绝对值在0.9以上，可作为评定梅花耐盐性的次要指标。

表8 基于主成分分析的梅花各指标负载权数及贡献率Table 8 Load weights and coefficients of comprehensive indexes of Prunus mume based on principal component analysis

2.2.3 3个梅花品种耐盐性综合评价 计算NaCl胁迫下3个梅花品种的综合指标值CI(m)、隶属函数值u(Xi)和综合评价值D，结果见表9。根据表9中的D值对3个梅花品种进行耐盐能力排序，可知耐盐能力从强到弱依次为香雪宫粉>丰后>美人，该结果与根据盐害指数和盐害率对3个梅花品种耐盐性的排名结果一致。

表9 3个梅花品种耐盐性综合评价Table 9 Comprehensive evaluation on salt tolerance of three Prunus mume varieties

3 讨 论

3.1 NaCl胁迫下梅花幼苗生长指标的响应

非盐生植物在盐胁迫下最显著和最普遍的效应是抑制植物生长[21]。本研究中，3个梅花品种的叶长、叶宽、株高和新梢长度生长量总体随土壤NaCl含量的升高而降低。但低含量(3 g/kg)NaCl处理下丰后叶长和叶宽生长量均高于对照，美人株高和新梢长度生长量略高于对照，可知3 g/kg NaCl处理对植物生长有一定促进作用，说明这些植物对低盐胁迫环境具有一定的适应能力，这与任志彬[22]研究盐胁迫对锦带花新梢长度生长量的影响结果一致。但随着NaCl含量的升高，3个梅花品种各生长量均逐渐下降，说明随着NaCl胁迫强度的增大，植物生长均受到了抑制，NaCl胁迫缩短了植株个体的衰老以及死亡过程，土壤NaCl含量越高，植物体衰老和死亡速度越快[23]。

3.2 NaCl胁迫下梅花幼苗生理指标的响应

植物耐盐性受到生理生化多方面因素的影响，是一个由多基因控制的极为复杂的过程，也是综合性状的表现[24]。本研究中，3个梅花品种叶片组织含水量均随着NaCl胁迫强度的增加而逐渐下降，这与八棱海棠[25]、夏蜡梅[26]的表现类似；与对照相比，在低含量(3～9 g/kg)NaCl胁迫下3个梅花品种叶片组织含水量变化相对缓慢，在高含量(12～15 g/kg)NaCl胁迫下3个梅花品种叶片组织含水量均显著下降，这是因为细胞外界环境盐溶液浓度过高，由于渗透作用水分子从浓度较低的细胞中外渗，造成细胞失水，因此高含量盐胁迫下植株叶片组织含水量急剧降低。本研究中，与对照相比，3个梅花品种叶片相对电导率在盐胁迫后均升高，这与前人对臭椿[27]、雪菊[28]的研究结果一致，说明盐胁迫后叶片电解质外渗，从而对植物的生长造成伤害。与对照相比，3个梅花品种MDA含量在NaCl胁迫后总体呈上升趋势，表明质膜受损程度逐渐加大，这与前人对臭椿[27]、花叶栀子[29]研究结果一致；但香雪宫粉MDA含量在 12～15 g/kg NaCl胁迫下略有下降，可能与高含量NaCl胁迫致使其部分叶片死亡、导致MDA 分解有关[30]。3个梅花品种中，美人SOD活性随着NaCl胁迫强度的升高无显著变化(P>0.05)，香雪宫粉和丰后SOD活性只在15 g/kg NaCl处理下与对照差异显著(P<0.05)；而三者POD活性均在NaCl胁迫后总体上显著增大，说明在对植物膜系统保护和修复过程中POD与SOD相比起主导作用。3个梅花品种游离脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均随着土壤NaCl含量的升高总体呈上升趋势，说明在盐胁迫下各植物体内的3种渗透调节剂均能协同作用以减少盐胁迫对植物叶片的伤害。

3.3 3个梅花品种耐盐性综合评价

评价植物抗逆性的生长指标、生理生化指标和光合指标较多，且各指标间有一定的相关性和重叠性，因此将各指标结合起来，综合分析植物耐盐性更为合理。本研究采用主成分分析法和隶属函数法相结合的方法，对3个梅花品种耐盐性进行综合评价，结果发现，株高生长量、新梢长度生长量、MDA、SOD、POD、可溶性蛋白含量可作为评定梅花耐盐性的主要指标，叶片组织含水量和可溶性糖含量可作为评定梅花耐盐性的次要指标；3个梅花品种耐盐能力从强到弱依次为香雪宫粉>丰后>美人，这与根据综合盐害指数和盐害率得到的结果一致。

本研究中，香雪宫粉、丰后、美人均具有一定的耐盐性，其耐盐阈值分别为6.96，6.53，6.09 g/kg，可知不同种群梅花品种之间耐盐性存在一定差异，这为梅花向盐渍土分布较广的北方推广应用提供了依据。但本次仅以香雪宫粉、丰后、美人的1年生自根苗为试材，从形态与生理方面研究了其耐盐机制，在后续研究中，应进一步评价更多梅花品种群的耐盐性，以筛选适合盐碱地区的综合抗性强、观赏价值高的梅花品种。