桃自根砧对NaCl生理生化响应及耐盐阈值分析

张帆， 王鸿， 张雪冰， 陈建军

（甘肃省农业科学院林果花卉研究所，兰州 730070）

我国是世界盐碱地大国，盐碱土地面积约为3 600 万hm2[1]，钠盐胁迫严重制约着我国中西部地区桃产业的发展[2]。西北地区是我国高品质桃产区，区域内土壤pH 较高(≥8.2)。该区域以毛桃为砧木的桃树在土壤全盐含量大于0.1%的条件下2~3 年内即可造成树体严重黄化，而以山桃为砧木的桃树在含盐更高的（全盐0.2%）土壤中仍可正常生长结果。同时，桃砧木的抗盐碱能力直接影响嫁接品种的生长发育及果实的产量和品质，尤其是抗钠盐性能。一般桃品种在土壤含盐量为0.2%~0.4%时生长不良，叶片黄化，因此嫁接耐盐砧木能有效提高桃抗盐能力[3]。欧美、日本等国家和地区都非常重视砧木材料的收集、研究和开发利用，生产中也以无性系专用砧木为主[4]。我国桃生产目前仍以种子实生砧木为主，极大地限制了盐碱地的桃产业发展。近年来，随着桃产业种植面积不断扩大，在西北生产中实生砧木使后代分离较严重[4]。随着无性系繁育技术的研发，桃无性系砧木樱桃李（Prunus cerasiferaEhrhart）1号（李1）、樱桃李3号（李3）、樱桃李5号（李5）、RA（Prunus cerasiferaEhrhart）和GF677（Prunus dulcisMill.×Prunus persica）的无性系繁育技术已达产业化。为提高桃树抗盐碱能力，筛选耐钠盐强的自根砧对桃产业发展意义重大。

对桃砧木的研究大多集中在无性系繁育生产技术[5]、抗盐碱[6]、抗涝[7]、抗旱[4]等方面。但对近年繁育的无性系桃砧木樱桃李1 号（李1）、3 号（李3）、5 号（李5）及RA 和GF677 进行持续盐胁迫后其生理生化性状变化的系统评价尚未见报道。因此，本文对以上5 种桃自根砧苗不同水平盐胁迫，分析不同砧木叶片的叶绿素、丙二醛（malonaldehyde，MDA）、渗透调节物、Na+和K+含量及抗氧化酶活性、叶绿素快速荧光特性等指标；同时以每种砧木的净光合速率（net photosynthetic rate，Pn）为因变量、以NaCl 含量为自变量构建拟合曲线并建立回归方程，以Pn下降50%的基质含盐量确定5 种无性系砧木的耐盐阈值；通过抗盐系数和隶属函数的全面解析，筛选抗盐性较好的桃自根砧，为该区域桃产业发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选择苗龄为1 年的扦插桃砧木李1、李3、李5、RA 和GF677 为试材。于2021 年7 月扦插，生根后先移栽至10 cm×10 cm营养钵中，培养基质为按体积比1∶1∶1混合的珍珠岩、蛭石、草炭，60 d后定植在规格为20 cm×20 cm 塑料花盆中，每盆装有混合基质4 kg，每盆1 株，幼苗长至高40 cm 左右进行不同水平的盐胁迫处理。

1.2 试验设计

采用L15(33) 正交试验设计，采用质量体积分数0.2%、0.4%、0.6% NaCl 的 Hoagland 营养液分别处理无性系砧木李1、李3、李5、RA 和GF677，共计15 个处理，每处理3 次重复。于每天下午6点浇灌300 mL 配置好的 Hoagland 营养液或清水，在每次浇灌后第2 天把渗漏到托盘中的液体倒回盆中，共浇灌30 d，期间观察叶片黄化症状。待30 d 后选择新梢上第2~4 片成熟叶，用于测定叶片叶绿素、渗透调节物质含量和抗氧化物酶活性等生理生化指标及叶绿素荧光特性。

1. 3 测定项目与方法

1.3.1生理生化指标测定 参照李合生等[8]方法测定叶片叶绿素、丙二醛（MDA）、游离脯氨酸（free proline，Pro）和可溶性糖含量及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）过氧化物酶（peroxidase， POD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）活性；参照杜远鹏等[9]方法测定K+、Na+含量；参照张帆等[4]方法测定叶绿素快速荧光。

1.3.2桃砧木抗盐性系数和隶属函数综合评价以盐胁迫处理30 d的相对生物量来评价苗期抗盐性，计算公式如下。

将测定指标换算成隶属函数值或反隶属函数值，用于判断桃砧木的抗盐性。隶属函数值的计算如公式（2）所示，反隶属函数值的计算公式如公式（3）所示。

式中，Xi为i指标的测定值，Ximin，Ximax分别为所有自根砧i指标的最大值和最小值。

1.3.3耐盐阈值计算 以砧木叶片净光合速率（net photosynthetic rate，Pn）为因变量、以NaCl 含量为自变量构建拟合曲线，并建立回归方程，以Pn下降50% 的NaCl含量作为其耐盐阈值。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 分析作图，用DPS 单因素方差分析（One-way ANOVA），用最小显著差数法(least significant difference，LSD)进行多重比较，用隶属函数值进行耐盐性评价。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对桃砧叶片MDA 及渗透调节物质含量的影响

不同盐胁迫处理下，5 种桃自根砧叶片的MDA、Pro和可溶性糖含量如图1所示。随着盐胁迫程度的增加，5种砧木叶片中MDA含量均增加，其中，GF677 在0.4% NaCl 处理时MDA 含量较0.2% NaCl 处理显著增加，之后随着NaCl 含量的继续增加增长缓慢；RA 叶片的MDA 含量高于其他4 种砧木；GF677 在0.2% NaCl 处理时叶片的MDA 含量最低。Pro 含量在不同桃砧中存在差异，在李1和RA中先缓慢上升后迅速上升，在李3和李5 中先降后升，而在GF677 中则缓慢下降，其中李1、李3 和RA 在0.6% NaCl 处理时Pro 含量最高；李5 在0.4% NaCl 处理时Pro 含量最低。可溶性糖含量在李1 和RA 中表现为先升后降，在GF677中呈缓慢下降趋势，在李3和李5中呈上升趋势。

图1 盐胁迫下桃自根砧叶片的MDA、Pro和可溶性糖含量Fig. 1 Contents of MDA， Pro and soluble sugar in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.2 盐胁迫对桃自根砧叶片抗氧化酶活性的影响

不同盐胁迫处理下，5 种桃自根砧叶片中抗氧化酶活性如图2 所示。随着盐胁迫程度的增加，5 种自根砧叶片的SOD 活性均呈上升趋势，且均在0.6% NaCl 处理时达到最大值。与0.2%NaCl 处理相比，李1、李3、李5、RA 和GF677 在0.6% NaCl 处理下的叶片SOD 活性分别增加25.0%、18.1%、24.9%、18.4%和31.2%。不同砧木叶片POD 活性随盐胁迫程度增加的变化趋势存在差异，在李1 和李3 中POD 活性呈先降后升，在RA 中呈上升趋势，在李5和GF677中POD 活性呈先升后降趋势。随着盐胁迫程度的增加，李1、李3 和RA 中CAT 活性呈上升趋势，李5 中则呈下降趋势，而在GF677 中表现为先升后降，在0.4%NaCl 处理时CAT 活性最高，且不同胁迫处理间差异显著。

图2 盐胁迫下桃自根砧叶片的SOD、POD和CAT活性Fig. 2 Activities of SOD， POD and CAT in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.3 盐胁迫对桃自根砧叶片K+、Na+含量及Na+/K+值的影响

不同盐胁迫处理下，5 种桃自根砧叶片中K+、Na+含量如图3 所示。盐胁迫不同程度地降低了桃自根砧叶片的K+含量。随着盐胁迫程度的增加，5 种砧木叶片的K+含量均表现为下降趋势，降幅在18%~74%之间，且处理间差异显著，其中，降幅最大的是李3 和GF677，最小的是李1。盐胁迫显著增加了5 种砧木叶片的Na+含量，0.6% NaCl处理较0.2% NaCl 处理增加22%~42%，其中增幅最大是李3，最小的是GF677。NaCl 胁迫提高了砧木叶片的 Na+/K+值，其中李3 在0.6% NaCl 处理下叶片的 Na+/K+值最高；GF677叶片在3种胁迫处理下的Na+/K+值均较小。

注：不同小写字母表示不同处理间在P<0.05水平差异显著。Note： Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.

2.4 盐胁迫对桃自根砧叶片叶绿素含量的影响

不同盐胁迫处理下，5 种桃自根砧叶片的叶绿素含量如图4 所示。盐胁迫30 d 后，叶片叶绿素a 含量因品种不同表现各异，在李5 和GF677中先降后升，在李1 和RA 中先升后降，在李3 则呈下降趋势。5 种砧木叶片的叶绿素b 含量差异显著，在李1、李3 和RA 中先升后降，在李5 中先降后升，在GF677 中呈逐渐下降趋势。李5 在0.2% NaCl 处理下叶绿素a/b 值最大，RA 在 0.6%NaCl 处理下叶绿素a/b 值达到最大，其余处理间差异不显著。不同盐胁迫处理下，李1、李3 和RA 叶片的类胡萝卜素含量呈先降后升趋势，而在李5 和GF677 中则呈先升后降趋势，且处理间差异显著。

图4 盐胁迫下桃自根砧叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/b及类胡萝卜素含量Fig. 4 Contents of chlorophyll a， chlorophyll b， carotenoid and chlorophyll a/b value in leaves of peach self-rooted rootstock under salt stress

2.5 盐胁迫对桃自根砧叶片快速荧光特性的影响

不同盐胁迫下5 种桃自根砧叶片的快速荧光动力学参数如表1 所示。GF677 的最大光化学效率（Fv/Fm）最高，李5 次之，李1 和RA 表现最低，且处理间差异不显著。光合性能指数（PIABS）是以吸收光能为基础的性能指数，5 种桃自根砧中，GF677 的PIABS最高；其次是李3 和RA，且处理间差异不显著；李1 在0.4%和0.6% NaCl 处理下PIABS最低。这说明不同盐胁迫下，桃自根砧叶片的受害程度不同，也反应出PIABS对盐胁迫的敏感性。PItotal是综合性能指数，主要表示光系统间的电子传递活性。各处理PItotal在2.611~0.011之间，其中GF677 在0.2 NaCl 处理下的PItotal最高，李1在0.6% NaCl处理下最低。φEo表示吸收的能量中用于电子传递的量子产额。盐胁迫30 d 后，5 种桃自根砧叶片均受到不同程度的影响，GF677 在0.2% NaCl 处理下叶片的φEo显著高于其他处理；李1 在0.6% NaCl 处理下叶片的φEo最低，且不同胁迫处理间差异显著。φRo是用于还原PS Ⅰ（photosystem Ⅰ）受体侧末端电子受体的量子产额，和φEo变化趋势一致，盐胁迫30 d后，各品种均受到不同程度的影响，其中GF677 叶片的φRo明显高于其他品种。

表1 盐胁迫对桃自根砧叶片的快速荧光动力学参数Table 1 Fast fluorescence kinetic parameters of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

由表2可知，5种桃自根砧叶片的单位反应中心吸收(ABC/CSm)、捕获(TRo/CSm)、传递(ETO/CSm)的光能和有活性的反应中心数量(RC/CSm)在盐胁迫后均发生变化，且4 个光能参数变化趋势基本一致。GF677 在0.2% NaCl 处理下叶片ABC/CSm最大，李1 在0.4%和0.6% NaCl 处理下ABC/CSm最小，其余处理间无显著差异。GF677 在0.2%NaCl 处理下叶片TRo/CSm最大，李5 在0.6% NaCl处理下TRo/CSm最小，其余处理间无显著差异。GF677 在0.4%和0.6% NaCl 处理下叶片ETO/CSm最大，李5在0.6% NaCl处理下ETO/CSm最小，其余处理间无显著差异。 GF677 在0.2% 和0.4%NaCl 处理下叶片RC/CSm最大，李1 和李5 在0.6%NaCl处理下RC/CSm最小。由此说明，盐胁迫引起自根砧叶片反应中心吸收和捕获的光能减少，尤其是耐盐性弱的品种。

表2 盐胁迫下桃自根砧叶片的光能吸收、捕获和传递Table 2 Light energy absorption， capture and transmission of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

为探讨盐胁迫对5 种桃自根砧叶片光系统活性的影响，进一步分析了不同胁迫下叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（又称OJIP 曲线），结果（图5）表明，盐胁迫使得砧木叶片OJIP 曲线发生明显变化。OJIP 曲线偏离度增加，5 个品种在3 种盐胁迫下的J 相、I 相、P 相均降低，J-I 相和最大荧光强度(P)也呈现降低趋势，其中李1 在0.6%NaCl 处理下的降幅最小；GF677 在0.2% NaCl 处理下的降幅最小。I、P 点荧光产额下降，其中GF677 的荧光产额降幅最小，李1 的荧光产额下降显著。根据5 种桃自根砧OJIP 曲线中J-I 相的降幅及I 点和P 点的降低程度，其耐盐性表现为GF677>RA>李3、李5>李1。

图5 盐胁迫下桃自根砧木叶片快速荧光诱导曲线的变化Fig. 5 Changes of rapid fluorescence induction curve of peach self-rooted rootstock leaves under salt stress

2.6 盐胁迫对桃自根砧叶片耐盐系数的影响

耐盐系数越高，植物的耐盐能力越强。由图6 可知，盐胁迫30 d 后，5 种自根砧叶片的耐盐系数均随着胁迫程度的增强呈降低趋势，且差异显著，综合分析发现不同品种自根砧叶片的耐盐系数表现为：GF677>RA>李5>李1>李3。

图6 盐胁迫下桃自根砧叶片的耐盐系数Fig. 6 Tolerance coefficient of leaves in peach self-rooted rootstock under salt stress

2.7 盐胁迫下桃自根砧木品种抗旱性综合指标的评价

为更加准确地评价5 个桃自根砧品种的耐盐性，对5品种各指标的隶属函数进行综合分析和计算，结果（表3）表明，隶属函数平均值与品种耐盐性之间呈线性关系，桃自根砧持续盐胁迫30 d后，品种的耐盐性表现为：GF677>RA>李3>李5>李1。

表3 不同桃自根砧品种抗盐指标的隶属度分析Table 3 Membership analysis of salt resistance indexes of different peach self-rooted rootstock

2.8 桃自根砧的耐盐阈值分析

以NaCl胁迫30 d时5种自根砧的叶片净光合速率为纵坐标(y)、以基质中NaCl 含量为横坐标(x)作散点图，进行拟合得到二次曲线方程，如图7 所示。根据拟合方程，李1、李3、李5、RA 和GF677的耐盐性阈值分别为0.37%、0.43%、0.38%、0.46%、0.49% NaCl。

图7 基质NaCl含量与桃自根砧叶片Pn的拟合曲线Fig. 7 Fitting curve between matrix NaCl content and leaf Pn of peach self rootstock

3 讨论

3.1 盐胁迫对桃自根砧光合色素的影响

土壤盐碱化造成作物损失，对农业的威胁越来越大[6]。研究认为，土壤含盐较高会破坏植物根系细胞，减弱光合速率，降低植物光合同化物质积累量，降低叶绿素含量[6,10]。本研究发现，5种桃自根砧叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量有的随盐胁迫程度的增加先升后降、有的先降后升、有的呈下降趋势，与前人结果不完全一致。本研究中，叶绿素a 的增加可能是NaCl 胁迫提高了叶绿素酶活性，使光合色素的合成减弱、分解增加，从而使光合色素易于提取，导致测定的叶绿素含量提高；叶绿素a 降低可能是由于叶绿素酶活性增强，对叶绿素b 的降解所致，试验中耐盐性差的砧木叶绿素a变化大，叶绿素b变化较小。叶绿素a/b 的变化较为复杂，且其比值与叶绿素a、叶绿素b 降解并不是简单的线性关系，因此品种间变幅并不是呈现单一的变化趋势，可能是材料耐盐性不同所致，其机理还需从分子角度进一步解析。

叶绿素荧光特性是研究光合作用的基础，能分析逆境条件下光能在光合系统的吸收、转化、散失和分布[10]。研究表明，干旱胁迫可抑制桃自根砧叶片PSⅡ的功能[5]。本研究发现，在NaCl 含量为0.2%时，5 种桃自根砧叶片的快速荧光动力参数Fv/Fm及光能的传递、捕获和吸收等虽有下降，但处理间差异不显著，这说明低水平的 NaCl胁迫并没有对叶片PSⅡ发生严重的光抑制；当NaCl含量为0.37%及以上时，李1和李5的Fv/Fm、φ及PSⅡ中快速荧光动力参数J相、I相、P相显著降低，出现光抑制现象，叶绿体遭到破坏；当NaCl含量为0.43%及以上时，李3、RA 和GF677 的叶绿体遭到严重破坏。由此说明，盐胁迫下自根砧光能的传递和转化利用均出现了明显的下降，同时降低光合电子传递速率，与张瑞等[11]、吴强盛等[12]在苹果、梨上的相关研究结果一致。

3.2 盐胁迫对桃自根砧酶保护系统和耐盐性的关键指标的影响

盐胁迫下，植物细胞膜透性增加，膜质过氧化作用增强，与植物叶片中抗氧化酶活性的变化有关[12]。赵天然等[10]研究发现，盐胁迫后流苏树叶片的SOD、POD 活性先升后降，MDA 含量先降后升。本研究表明，5 种桃自根砧叶片的SOD 活性与盐胁迫程度成正相关关系；李1 和李3 叶片的POD 活性先降后升，RA 呈上升趋势，李5 和GF677 的POD 活性先升后降；李1 和RA 叶片的CAT 活性呈上升趋势，李5呈下降趋势， GF677则表现为先升后降；且各品种的MDA 含量均大幅上升。这说明基质中盐含量超出了部分砧木NaCl胁迫的阈值，高盐胁迫下幼苗叶片的膜脂过氧化程度增加，电解质大量外渗，膜脂过氧化产物积累，Pro和可溶性糖含量在品种间的变化趋势不尽相同，耐盐性强的砧木Pro 和可溶性糖含量的变幅较小，耐盐性弱的砧木则反之。在轻度盐胁迫下叶片有一定的渗透调节能力，当高盐胁迫时其渗透调节能力减弱甚至被破坏，与魏婧等[13]研究结果相似。

3.3 盐胁迫对桃自根砧Na+、K+含量及Na+/K+变化的影响

盐离子会阻碍植物的生长、发育，降低产量[14]。5 种桃自根砧叶片的Na+含量及Na+/K+随盐胁迫程度的增加而升高，K+含量则相反，与Francisco 等[15]研究结果一致。可见，盐胁迫影响了5 种自根砧叶片对Na+、K+等的吸收、运输和分配，因此在盐含量增加时，出现了Na+、K+竞争，当叶片Na+含量增加时，K+含量反而降低，耐盐性较强的砧木叶片Na+含量较低，说明耐盐品种能把盐离子控制在根系中，阻止其向地上部运输，减少了盐离子对砧木叶片的危害，从而表现出较强的耐盐性[16]。砧木体内维持较低的Na+/K+值有利于机体的正常生长发育，当NaCl 含量为0.6%时，GF677 叶片的Na+/K+最低，说明其通过离子分配运输平衡保证了叶片较低Na+/K+值，从而减少盐胁迫造成的伤害。

3.4 盐胁迫对桃自根砧耐盐阈值的影响

不同作物的耐盐机制各异。当受到盐胁迫时，植株的生理生化指标均受到不同程度的影响。本研究根据品种选择了能够证明耐盐性强弱的指标，分析了桃自根砧耐盐阈值的安全范围，通过方程拟合，估算出了李1、李3、李5、RA 和GF677 的耐盐性阈值分别为0.37%、0.43%、0.38%、0.46%和0.49% NaCl。当品种处于低于自身耐盐阈值环境时，除叶片有失绿现象，对其生理生化指标的影响较小；一旦盐含量超过自身耐盐阈值，其光合特性及生理生化指标均显著降低，与李赵嘉等[17]研究结果一致。结合隶属函数和耐盐系数等指标，5种自根砧中GF677耐盐性最强，RA 次之，李1的耐盐性较差。