4个槐树品种的耐盐性评价

王婉朝 ，付茵茵 ，李双云 ，庞彩红 ，刘盛芳 ，哈新英 ，杨克强 ，夏阳 *

（1.山东省林业科学研究院/山东省林业遗传改良重点实验室/黄河三角洲林木遗传育种国家林草局重点实验室，山东 济南 250014；2.山东农业大学林学院，山东 泰安 271018；3.济南市城乡建设发展服务中心，山东 济南 250000）

随着全球经济和城市化进程的迅速发展，全球环境问题越来越严重，土地资源短缺，出现人多地少的窘境，因此，改善生态环境，扩大可用土地资源迫在眉睫。盐碱地是重要的后备土地资源，中国盐碱地分布面积大，分布范围广[1]，对盐碱地进行合理的改造利用是改善生态环境及农业生产的重要举措。近年来，学者们通过各种措施改良盐碱地，其中生物改良是改善盐碱地的重要举措之一，耐盐植物的选育已经得到了社会各界的广泛认同[2-4]，耐盐植物既能改善土壤肥力，降低土壤含盐量，又可以发展优质作物来提高生产效益[5]。

槐树（Sophora japonica L.）蝶形花亚科（Papilionoideae）槐属（Sophora），是我栽培最为普遍、适应性广，集材多用途为一体的人文乡土树种[5]。槐树原产于中国，主要集中在我国北部，是喜光植物，耐寒、耐旱，耐贫瘠，易修剪，移栽成活力高，抗病虫害能力强，对土壤适应性强，具有一定的固氮作用及耐盐性，因此在全国各地普遍栽植。近年来，槐树的研究主要集中在品种选育[6]、繁殖、病虫害防治、园林绿化、药用价值开发[7]、生理生态特征[8]、表型多样性、分子标记、遗传多样性评价[9-11]等方面，但我国槐树育种方向比较单一，对各种用途以及适应恶劣生态环境的优良品系尚未建立，尤其在关于槐树耐盐方面的研究较少。因此，选育槐树的耐盐品种对盐碱地的绿化具有重要意义，可以有效改善盐碱地土壤，对生态环境的可持续发展具有重大现实意义。侯姣姣等在NaCl胁迫下，采用菌液定量灌根法测定国槐幼苗的生长指标与生理指标，发现在NaCl胁迫，菌株H-1、H-3、H-4和H-6下国槐的抗盐能力提高[12]。张川红等在盐胁迫下测定了国槐和中林46杨幼苗叶和根系生物膜类脂组成的变化，发现盐胁迫下国槐叶的磷脂含量呈上升趋势，中林46杨叶磷脂含量则稍有下降，并且胁迫前后中林46杨叶和根系的PC PE的比值和总极性脂的不饱和指数均高于国槐 ，说明中国槐比林46杨抗盐能力强[13]。付茵茵等在不同NaCl浓度胁迫下，对5个槐树无性系的生长指标及生理指标进行了测定，发现随NaCl浓度的升高，各个无性系的生长指标明显下降，叶绿素含量也有所下降，而电导率、MDA含量均表现为上升趋势，抗氧化酶活性则是先升高后降低，综合评价分析发现‘华夏’和‘华硕’可作为耐盐品种推广[14]。本试验对4个槐树品种进行盐胁迫试验，测定其生长指标与生理指标，旨在筛选出耐盐性较强的品种为盐碱地改良及推广提供较优方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验材料来自山东省林业科学研究院选育的3个不同的优良品种，‘华夏’（耐盐、速生、发芽早、绿期长、观赏性强）、‘姹紫1号’（树干微弯，枝条斜展，花色深红）、无性系589（优良单株、花期长、开粉花），以 普通槐树为对照。

1.2 试验方法

2020年选取长势一致的1年生嫁接苗（苗高80 cm左右、嫁接位置以上3～5 cm处干粗2.08 cm左右），秋天起苗后假值越冬。定植盆规格为38 cm×28 cm，盆栽基质由土、珍珠岩、腐殖土、有机肥，按体积3:3:2:2（体积）混合均匀，每盆基质装10 kg。2021年4月20日种植，每盆1株，定干高度为嫁接位置以上10 cm，培养于山东省济南市山东省林业科学院饮马泉苗圃基地智能温室内（温度25℃～35℃，湿度70%～90%），至5月20日（种植后30天），进行盐处理。各品种设置NaCl处理剃度为0（CK）、0.2%、0.4%、0.6%（按盆土重量计算），每个浓度处理5盆，盐水分2次随水施入盆土，间隔7 d，在盆底垫盘回收外渗液并浇回盆内，每7 d随机摆放1次盆的位置。在6月15日（NaCl处理后第36 d），各处理选取具有代表性植株3株，分别对生长指标、生理指标进行测定。

1.3 生长指标测定

NaCl处理后第36 d，测定各品种的苗高（cm）、地径增长量（cm）以及生物量（g）。地径测定部位选择树干嫁接位置以上3～5 cm处的直径，生物量测定方法为NaCl胁迫结束后，将一年生新枝全部刈割带回实验室，枝叶分开清洗，擦干后在105℃下杀青15min后，置于75℃恒温烘干，至质量不再发生变化，用电子秤称量枝叶重量之和即为生物量。

计算胁迫期间株高、地径净生长量（净增长量=G1-G0（G1、G0分别为胁迫后与胁迫前的苗高、地径测量值）

计算地上部分生物量（简称生物量，下同）=1年生枝烘干后的重量+叶片烘干后的重量

1.4 生理指标测定

在NaCl胁迫第36 d，采集植株中上部叶片进行各生理生化指标的测定，叶绿素含量采用乙醇萃取法测定[15]；电解质外渗率采用电导率法测定[16]；过氧化物酶（SOD）含量采用氮蓝四唑法测定；超氧化物歧化酶（POD）含量采用愈创木酚法测定；过氧化氢酶(CAT)含量采用高锰酸钾法测定；丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定；脯氨酸采用酸性茚三酮染色法测定。

1.5 综合隶属函数法

U（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j=1,2,3，…，n

注：Xj代表第j个综合指标，Xmin代表第个j综合指标的最小值，Xmax代表第j个综合指标的最大值。

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件对实验数据进行整理、分析和制图，并利用SPSS 22.0软件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 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种生长指标的变化

4个槐树品种在NaCl浓度处理下生长指标的变化见图1、图2、图3。结果表明，随着盐浓度的增加，苗高增长量、地径增长量和生物量均呈下降趋势。在0.2% NaCl处理下，除普通槐树外，其余3个品种的苗高增长量、地径增长量和生物量均与CK差异不显著；在0.4% NaCl处理下，普通槐树、‘姹紫1号’和无性系589的苗高增长量、地径增长量和生物量均与CK的达到显著差异水平；在0.6%Na-Cl处理下，4个槐树品种的苗高增长量、地径增长量与生物量均与CK的差异达到了显著水平。可以看出，随着浓度的增加，各个品种间的差异也越来越显著；也可看出，‘华夏’耐盐性最强，而普通槐树最弱。

从图1可知，在0.2%和0.4% NaCl浓度时，各个品种间的苗高增长量差异不显著；在0.6% NaCl浓度时，‘华夏’和无性系589的苗高增长量明显高于普通槐树，普通槐树较CK处理时下降了54.28%，‘华夏’下降了38.11%。

图1 不同盐处理浓度对4个槐树品种苗高增长量的变化Figure 1 Changes of seedling height growth of four Sophora japonica varieties under different salt treatment concentrations

从图2可知，在0.2%和0.6% NaCl浓度时，各品种间的地径增长量差异不显著；在0.4% NaCl浓度时，普通槐树的地径增长量明显低于其他3个品种，且‘华夏’的地径增长量显著高于‘姹紫1号’；在0.6% NaCl浓度时，但各个品种间差异不显著。

图2 不同盐处理浓度对4个槐树品种地径增长量的变化Figure 2 Changes of ground diameter growth of four Sophora japonica varieties under different salt treatment concentrations

从图3可知，在0.4%和0.6% NaCl浓度处理时，各个品种间的生物量差异不显著。在0.2% NaCl浓度时，普通槐树的生物量明显低于‘华夏’和无性系589。

图3 不同盐处理浓度对4个槐树品种生物量的变化Figure 3 Changes of biomass of four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

2.2 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种抗氧化酶活性的变化

4个槐树品种在NaCl浓度下抗氧化酶活性的变化见图4、图5、图6。结果表明，SOD活性、POD活性、CAT活性随着盐浓度的增加均呈现先上升再下降的趋势。在0.2% NaCl浓度下，除‘华夏’外，其余品种的抗氧化酶活性与CK均达到了显著差异水平，‘华夏’的SOD活性和CAT活性与CK达到了显著差异水平；在0.4% NaCl浓度下，4个槐树品种的抗氧化酶活性与CK均达到了显著差异水平；在0.6% NaCl浓度下，4个槐树品种的CAT活性均与CK达到了显著差异水平，‘华夏’和‘姹紫1号’的SOD活性与CK达到了差异显著水平。可以看出，在0.4NaCl浓度时，各品种的抗氧化酶活性均与CK存在显著差异。

从图4可知，4个品种的SOD活性随着盐浓度的增加表现出先上升后下降的趋势，但都较对照处理的SOD活性大，除‘华夏’外，其余品种均在0.2% NaCl浓度时SOD活性达到最大值且增幅 （＞53%）较为明显，且‘华夏’与普通槐树、‘姹紫1号’和无性系589存在显著性差异；到0.4% NaCl浓度时，‘华夏’的SOD活性达到最大值，‘华夏’和‘姹紫 1号’的 SOD活性明显高于普通槐树；在0.6% NaCl浓度时，4个槐树品种的SOD活性均下降但品种间差异不显著。

图4 不同盐处理浓度对4个槐树品种SOD活性的变化Figure 4 Changes of SOD activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

从图5可知，4个品种POD活性随不同盐浓度处理下的变化趋势与SOD变化相似，0.2% NaCl浓度时，‘姹紫1号’和无性系589的POD活性明显高于‘华夏’和普通槐树；在0.4% NaCl浓度时，‘华夏’和普通槐树的POD活性达到最大值，且‘华夏’明显高于无性系589；在 0.6% NaCl浓度时，各品种的POD活性均下降，‘华夏’明显高于普通槐树。

图5 不同盐处理浓度对4个槐树品种POD活性的变化Figure 5 Changes of POD activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

从图6可知，随着盐浓度的增加，普通槐树、‘姹紫1号’和无性系589的CAT活性均是先上升后降低，在0.4% NaCl浓度时达到最大值，但‘华夏’的CAT活性呈稳定上升趋势。在0.2% NaCl浓度时，普通槐树的CAT活性明显高于‘华夏’；0.4% NaCl浓度时，‘华夏’、普通槐树、无性系589之间达到差异显著水平，其中普通槐树的CAT活性最大，较0.2%浓度时增幅为30.26%；0.6% NaCl浓度时，‘华夏’的CAT活性最大且与其他品种达到差异显著水平。

图6 不同盐处理浓度对4个槐树品种CAT活性的变化Figure 6 Changes of CAT activity of four Sophora japonica cultivars treated with different salt concentrations

2.3 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种叶绿素的变化

4个槐树品种在NaCl浓度下叶绿素的变化见图7。结果表明，随着盐浓度的增加，4个槐树品种的叶绿素含量均呈下降趋势，且差异性越来越显著。在0.2%浓度下，普通槐树和无性系589与CK达到了差异显著水平；在0.4%和0.6%浓度下，4个槐树品种的叶绿素含量均与CK达到了差异显著水平。

从图7中可知，在0.2%和0.4% NaCl浓度时，4个品种间叶绿素含量差异均不显著；在0.6% NaCl浓度时，‘华夏’叶绿素含量明显高于普通槐树。

图7 不同盐处理浓度对4个槐树品种叶绿素含量的变化Figure 7 Changes of chlorophyll content in four Sophora japonica cultivars under different salt concentrations

2.4 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种脯氨酸含量、电导率、MDA含量的变化

4个槐树品种在NaCl浓度下脯氨酸含量、电导率、MDA含量的变化见图8、图9、图10。结果表明，随着盐浓度的增加，4个槐树品种的脯氨酸含量和电导率呈上升趋势，MDA含量变化总体上呈上升趋势，且各品种的差异性越来越显著。在0.2%处理下，4个槐树品种的电导率和MDA含量均与CK达到了差异显著水平，脯氨酸含量与CK差异不显著；在0.4%和0.6%处理下，4个槐树品种的脯氨酸含量、电导率、MDA含量均与CK达到了差异显著水平。

从图8可知，随着盐浓度的增加，4个槐树品种的脯氨酸含量逐渐上升且增幅均平缓，在0.2%～0.6% NaCl浓度时4个品种间差异不显著。

图8 不同盐处理浓度对4个槐树品种脯氨酸含量的变化Figure 8 Changes of proline content of four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

从图9可知，4个槐树品种随着盐浓度的增加电导率均呈上升趋势。在0.2%和0.6% NaCl浓度时，4个品种间差异不显著；在0.4% NaCl浓度处理下，普通槐树的电导率明显大于‘华夏’和无性系589。

图9 不同盐处理浓度对4个槐树品种MDA含量的变化Figure 9 Changes of MDA content in four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

从图10可知，随着盐浓度的增加，‘华夏’的MDA含量呈上升趋势，而普通槐树、‘姹紫1号’和无性系589的MDA含量先上升后降低，且在0.4%浓度时达到最大值。在0.2% NaCl浓度下，普通槐树的MDA含量明显大于无性系589；0.4% NaCl浓度下，普通槐树的MDA含量明显大于‘华夏’和无性系589；在0.6% NaCl浓度下，4个品种间差异不显著。

图10 同盐处理浓度对4个槐树品种MDA含量的变化Figure 10 Changes of MDA content in four Sophora japonica varieties under different salt concentrations

2.5 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种的相关性分析

对0.6%浓度处理下的4个槐树品种的3个生长指标和7个生理指标共10个指标进行了相关性分析见表1。结果表明，有2对指标呈极显著相关（p＜0.001），有7对指标呈显著相关（p＜0.005）。苗高增长量与SOD活性、POD活性、叶绿素含量和脯氨酸含量均显著相关；地径增长量与SOD活性极显著相关，与脯氨酸含量显著相关；生物量与电导率极显著负相关，且相关系数在所有指标中最大，为0.997；SOD活性与脯氨酸显著相关；POD活性与叶绿素含量显著相关；脯氨酸含量和电导率显著负相关。由此可知，生长指标与生理指标间存在明显的差异性，应该用二者相结合的分析方法来综合评价槐树的耐盐性。

表1 4个槐树品种各个指标相关性分析Table 1 Correlation analysis of indexes of four Sophora japonica varieties

2.6 不同NaCl浓度处理对4个槐树品种的主成分分析

从表1可以看出，各指标间虽有相关性，但关联程度并不相同。因此，对10项指标的主成分进行了分析（表 2）。

由表2可知，在0.4% NaCl和0.6% NaCl浓度处理下，以累积方差贡献率大于80%且特征值≥1作为判别条件，分别得到2个主成分因子，累计贡献率分别达到了84.615%和93.510%，包含了原始数据的绝大部分信息，可以用来评价4个不同槐树品种耐盐性。

表2 耐盐指标主要特征值和贡献率Table 2 Main characteristic values and contribution rate of salt tolerance index

在0.4% NaCl处理下，主成分1中地径增长量（0.966）、叶绿素含量（0.964）、电导率（-0.928）和 MDA（-0.997）的特征值较大，其中地径增长量和叶绿素含量为正相关，电导率和MDA含量为负相关；主成分 2中苗高增长量 （0.841）、生物量（0.740）和 POD 活性（0.759）的特征值较大，且均为正相关。在0.6NaCl处理下，主成分1中苗高增长量（0.974）、地径增长量 （0.993）、SOD 活 性 （0.999）、POD 活 性（0.947）、叶绿素含量（0.926）、脯氨酸含量（0.980）和电导率（0.888）的特征值较大，电导率为负相关，其余为正相关；主成分2 中生物量（0.808）、CAT 活性（0.926）和MDA含量（0.875）的特征值较大，且都为正相关。由此可知，第1个主要反映了生长指标、抗氧化酶活性、光合因子和渗透调节物质；第2主成分主要反映了生物量、抗氧化酶活性和膜损害物质的含量。在2个主成分中，指标数值越大对槐树的耐盐性影响越大，本试验中SOD活性、地径增长量、脯氨酸和MDA指标较大，其中地径增长量对NaCl胁迫最为敏感。

2.7 4个槐树品种的耐盐性综合评价

采用隶属函数法计算出隶属函数值（表3），采用主成分分析法计算出主成分值（表4），综合隶属函数与主成分分析对4个槐树品种的耐盐性进行综合评价分析（表4）。隶属函数值与主成分值分析发现在NaCl处理下，4个槐树品种的耐盐性排序均一致，由强到弱依次为：‘华夏’＞无性系 589＞‘姹紫 1号’＞普通槐树；因此‘华夏’和无性系589的耐盐性较好，可以作为耐盐槐树品种推广。

表3 4个槐树品种各指标隶属函数值Table 3 Membership function values of four indexes of Sophora japonica varieties

表4 4个国槐品种主成分值Table 4 Four principal component values of robinia pseudoacacia varieties

3 讨论与结论

生理生化评价主要是关于研究植物的抗逆境生长能力方面的方法，通过对植物抗性进行评价鉴定，筛选出优质高抗植物，为抗性育种提供理论依据。盐分是影响树木生长最严重的限制因子之一，一般认为，树木的相对生长是评价植物抗逆性及抗盐性的重要指标[17]。该研究结果表明，4个槐树品种在不同浓度的NaCl胁迫下对苗木的苗高增长量、地径增长量以及生物量都有明显抑制作用，并随NaCl浓度的升高而增强。

植物在正常生长情况下体内处于动态平衡状态，在受到逆境胁迫时平衡将会被打破，从而影响植物的正常生长，甚至造成植物死亡[18]。包括盐胁迫在内的各种胁迫都会影响树木的生长，进而引起植物的氧化系统产生应激，其影响程度与浓度及盐的类型有关[19]。贾漫丽等对4个桑树品种的2年生嫁接苗在在不同盐浓度处理下测定其生理生化指标，结果表明，不同品种的SOD、POD、CAT活性随盐分浓度的增加先上升后下降，而在不同盐分水平下，抗氧化酶活性明显高于CK[20]；Cuiyu Liu等对2年生的石榴幼苗在不同浓度NaCl下测定了其抗氧化酶活性的变化，结果表明，随着盐浓度的增加，SOD、POD和CAT活性先升后降，在0.4%时达到最大值[21]。该研究与上述研究结果相似，4个槐树品种随着NaCl浓度的增加抗氧化酶活性表现出先上升后下降的趋势，在0.2%或0.4%达到峰值，达到一定盐浓度时，植物产生的抗氧化酶不足以清除过多的活性氧而逐渐降低。

光合作用对植物的生长发育起着重要的作用，而盐胁迫又会对植物的光合作用产生影响，进而导致叶片中叶绿素产生，使植株无法正常生长[22]。大多数[23-25]研究发现随着盐浓度的增加叶绿素含量降低，该研究结果与上述结果相似，随NaCl浓度的增大，4个不同槐树品种的叶绿素含量均呈下降趋势。

细胞膜是保护植物细胞的重要屏障，Mansour M M F.发现质膜透性是选择适应NaCl的植物的重要参数[26]。质膜渗透性一般用相对电导率来表达，相对电导率越高，质膜透性越大。MDA是与质膜透性相关指标，NaCl可使植物细胞中的活性氧含量升高，从而引起MDA的大量积累，造成膜脂过氧化作用，破坏膜蛋白，使细胞结构损害。魏炀郴[27]、姜云天[28]、尤超[29]、付茵茵[14]等在NaCl下对6种树木幼苗、四季海棠、油桃、槐树进行了生理指标的测定，发现各树木随着盐浓度的升高相对电导率和MDA含量增加。脯氨酸也是植物抗逆性的一项生化指标，一般在植物受到逆境胁迫时会大量产生，可通过溶解于细胞质中，调控细胞的渗透电位来保护细胞的原生质。Xu L等对6种种源苦楝在NaCl下测定了生理指标，发现脯氨酸在所有种源的幼苗中响应NaCl而积累[25]。该研究发现不同槐树品种的电导率和脯氨酸含量随NaCl浓度的升高而上升；MDA含量总体上呈现出上升趋势，除‘华夏’外其余品种的MDA含量先上升后下降，可能是由于植物在高盐浓度时（0.4% NaCl）受到损害程度较大，植物难以继续正常生长，因此MDA含量出现下降趋势。

主成分分析和隶属函数模糊评价法是目前较为普遍的一种综合评价方法，能够全面的反映植物抗逆性的强弱。该研究通过相关性和主成分分析发现槐树的地径增长量、脯氨酸和MDA对NaCl胁迫更为敏感；综合隶属函数与主成分值分析显示4个槐树品种的耐盐性由强到弱依次为：‘华夏’＞无性系589＞‘姹紫1号’＞普通槐树，其中‘华夏’和无性系589耐盐性较强，可作为耐盐品种推广。