全 文 ：林业科学研究 2009, 22( 3): 315~ 324
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2009) 03031510
盐胁迫对 6个树种的生长及生理指标的影响
孙海菁, 王树凤, 陈益泰
(中国林业科学研究院亚热带林业研究所,浙江 富阳 311400)
摘要: 采用水培方式对 6个树种盐胁迫后的生长、生理指标进行研究, 结果表明: 盐胁迫对不同树种苗高净生
长量和生物量、根、茎、叶干质量抑制明显 , 各树种根冠比随胁迫浓度的增加而上升。相对电导率、脯氨酸含
量、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量在浓度梯度上差异显著 , 并随 NaC l浓度的增加和处理时间的延长
表现出逐渐增加的趋势; 在中低盐度胁迫下增加趋势不明显 , 在高盐度胁迫下迅速上升; 各指标在胁迫浓度和
胁迫时间上存在交互作用 , 不同树种对盐胁迫的响应浓度和时间有差异。利用主成分分析法, 筛选出苗高增
长量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性、叶片盐害指数、生物量、相对电导率 6个指标作为树种耐盐性评价的
指标, 采用生长、生理指标与对照的比值 , 用坐标综合评定法评定的树种耐盐性依次为 : 旱柳、弗栎 > 美国皂
荚、洋白蜡、蜡杨梅 >美国悬铃木。
关键词: 盐胁迫;生理指标; 综合评价
中图分类号: S722. 3+ 6 文献标识码: A
收稿日期: 20080303
基金项目: 浙江省重大科技攻关项目 环杭州湾林业景观生态体系构建技术研究与示范 ( 2004C12030)、横向合作项目 上海市耐盐碱
绿化树种筛选 (沪农科攻字 ( 2003)第 16- 1号 )部分研究内容
作者简介: 孙海菁 ( 1970- ) ,男,江苏阜宁人,助理研究员,博士,从事树木抗逆育种研究.
Effects of Salt Stress on Growth and Physiological Index of 6 Tree Species
SUN H aij ing, WANG Shuf eng, CHEN Yita i
( Research Inst itute of Sub trop ical Forestry, CAF, Fuyang 311400, Zhejiang, Ch ina)
Abstract: The dynam ic changes of g row th and physio log ica l characteristics o f six tree speciesw ere investigated under
0, 2. 0, 4. 0 and 6. 0 g! L- 1N aC l stress in hydroponics cu lture using Hoag land so lution, the resu lts show ed that
seedling he ight and roo t co llar d iam eter grow th rate, b iom ass, dry w eight of roo,t shoot and leaves w ere inhib ited
apparently w ith the increasing N aC l concentration in a ll species. The difference fo r relative penetrab ility, Pro line
conten,t SOD activ ity and so lub le pro te in in leaves w ere significan t under NaC l concentrat ion. It increased w ith
N aC l concentration during the w ho le period in most spec ies. How ever, they w ere elevated obviously w ith h igher
N aC l concentration, wh ile not w ith low er NaC l concentration. NaC l concentration ∀ stress tim es effect w as also
significan t inmost physio log ical characteristics, wh ich cause the differences among the spec ies in response tim e and
N aC l concentration. Through principa l component analysis ( PCA ) , the factors such as he ight grow th rate, Pro line
conten,t SOD activity, salt harm index of leaves, b iomass, relative penetrab ility could be used for se lect ion o f tree
species under sa lt stress. Based on the ana lysis o f grow th rate and physio log ical indexes, tree spec ies w ere arranged
in ordering according to their tolerance as Salix matsudana, Quercus virg in iana, G leditsia triacantho s, F rax inus
p ennsylvanica, M yrica cerif era andP latanus occidenn talis.
Key words: salt stress; physiolog ical index; comprehensive appra isal
林 业 科 学 研 究 第 22卷
世界上存在着占陆地面积 1 /10的盐碱土。近
年来,全球面临的人口 -环境 -资源问题更加严重,
土地沙漠化、水土流失和盐碱化呈逐步加重的趋势。
据估计,全球盐碱地每年以 1 ∀ 106 ~ 1. 5 ∀ 106 hm2
的速度增加。开发和利用盐碱地资源是进一步挖掘
农业发展潜力、解决人口和环境压力的重要出路, 而
选用和推广耐盐植物是改良和利用大面积盐碱土壤
最经济、快捷的措施之一, 因此, 研究植物的耐盐性
及其机理具有重要的理论和现实意义。
植物受到盐胁迫后会引起一系列生长和生理生
化变化,许多研究指出,作为评价植物耐盐性的重要
生理指标, 超氧化物歧化酶 ( SOD ) 活性、可溶性蛋
白含量、脯氨酸 ( P ro)含量是影响植物耐盐能力的重
要因素,然而对于不同的树种来说, 盐胁迫后的响应
并不一致 [ 1- 3]。本试验采用水培方式, 以弗栎
(Quercus virg in ianaM il.l )、美国皂荚 (G leditsia triac
anthos L. )、蜡杨梅 (Myrica cerif era L. )、美国悬铃木
(P latanus occidentalis Linn. )、洋白蜡 (F rax inus p enn
sylvan ica Marsh. )和乡土树种旱柳 ( Salix matsudana
K oidz. )为试材, 通过研究盐胁迫对树种生物量、叶
片细胞膜透性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、超氧
化物歧化酶活性的影响,探讨盐分不同胁迫时期对
树种生理生化过程的影响及不同树种对盐胁迫的响
应差异,以正确评价树种资源的耐盐性。
1 材料与方法
1. 1 材料来源
弗栎、美国皂荚、蜡杨梅、美国悬铃木、洋白蜡原
产于美国,是美国沿海地区的重要树种,近年来在浙
江慈溪、上虞以及上海等地进行了广泛试种及推广,
表现出较强的适应能力。旱柳在我国沿海地区自然
分布较广,是东南沿海滩涂自然更新的树种。
1. 2 试验设计
试验地点在浙江富阳中国林科院亚林所实验大
棚,试验时间为 2006年 6- 9月。采用均匀一致的 1
年生容器苗,苗高 30~ 40 cm, 基径 0. 4~ 0. 5 cm, 进
行容器箱水培试验。苗木从营养杯中取出洗净后,
放入 1 /2H oag land培养液中先进行预培养, 培养期
间用电动气泵 24 h持续通气, 保证供氧充足, 苗木
生长正常后进行盐胁迫处理。每个容器箱采用同种
盐浓度处理, N aC l浓度分别为 0. 0、2. 0、4. 0、6. 0 g!
L
- 1
,各代表对照 ( ck)、低盐、中盐、高盐 4个处理, 每
7 d更换 1次营养液和盐处理液, 维持营养液浓度。
容器箱盖按 10 cm ∀ 8 cm打孔,共 6行,每行 4孔,
每个容器中按行随机放置 6个树种, 每个树种 4株
苗。4个盐处理各重复 3次, 即 3个容器, 合计容器
12个。每个树种用苗 48株,合计 288株。
1. 3 试验方法
从 2006年 8月初到 8月下旬, 每隔 7 d观测容
器苗的生长和受害状况,定期采集相同部位叶片, 在
盐胁迫处理 7、14、21 d测定叶片细胞膜透性、超氧
化物歧化酶 ( SOD)和可溶性蛋白、脯氨酸 ( P ro)含量
等,部分指标测定到 28 d。实验 10周后,于 10月中
旬收获, 测定各树种生物量, 根、叶、茎的鲜质量、干
质量,计算根冠比。采用 DDS- 307电导率仪测定
叶片细胞膜的相对透性。脯氨酸含量采用酸性茚三
酮比色法, 超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑光还
原法,可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法 [ 4 ]。
1. 4 统计方法
用 SAS统计软件进行单因素和双因素方差
分析, 检验不同盐浓度对树种生长及浓度和胁迫
时间对树种生理指标的影响。选择与盐害密切
相关的叶片盐害指数、苗高净生长量、地径净生
长量、苗木生物量、相对电导率、脯氨酸 ( P ro )含
量、超氧化物歧化酶 ( SOD )活性、可溶性蛋白含
量 8个指标, 采用简单相关系数估算生理、生长
指标的相关系数。
2 结果与分析
2. 1 树种叶片受害情况
植物受到盐胁迫后, 叶片表现出直观的盐害症
状 [ 5]。表 1表明:树种叶片盐害在胁迫浓度和持续
时间上, 响应的速率和受害症状不一。盐胁迫 21 d,
2. 0 g! L- 1N aC l浓度下,除美国悬铃木外,各树种叶
片伤害不大; 4. 0 g! L- 1N aC l浓度下, 弗栎、美国皂
荚、蜡杨梅、旱柳叶片盐害指数在 16. 67% ~ 32. 33%
之间,美国皂荚、洋白蜡和蜡杨梅盐害指数值较高,
叶片平均伤害在 1级以上; 6. 0 g! L- 1N aC l浓度下,
弗栎、美国皂荚、蜡杨梅、洋白蜡、旱柳的叶片盐害指
数达到 37. 50% ~ 55. 83% ,叶片边缘出现枯萎,美国
悬铃木则基本枯萎落叶。 6个树种中, 美国悬铃木
受害严重,最早对胁迫作出应激反应, 美国皂荚、洋
白蜡受害略重, 蜡杨梅和弗栎比美国皂荚和洋白蜡
稍轻,但差异不明显, 旱柳受害最轻。 6个树种的叶
片盐害指数表现为:旱柳、弗栎 <蜡杨梅、美国皂荚、
洋白蜡 <美国悬铃木。
316
第 3期 孙海菁等:盐胁迫对 6个树种的生长及生理指标的影响
表 1 盐胁迫下树种叶片盐害指数 %
树种
胁迫时间和浓度
7 d
2. 0 g! L- 1 4. 0 g! L- 1 6. 0 g! L- 1
14 d
2. 0 g! L- 1 4. 0 g! L- 1 6. 0 g! L- 1
21 d
2. 0 g! L- 1 4. 0 g! L- 1 6. 0 g! L- 1
弗栎 6. 25 12. 50 33. 33 6. 25 12. 50 45. 83 8. 33 16. 67 45. 83
美国皂荚 6. 25 10. 42 37. 50 6. 25 10. 42 45. 17 8. 33 32. 33 54. 17
洋白蜡 2. 08 14. 58 41. 67 8. 33 20. 83 40. 67 6. 25 29. 17 55. 83
蜡杨梅 10. 58 16. 67 41. 67 12. 83 31. 25 44. 50 8. 33 27. 83 50. 67
美国悬铃木 25. 00 33. 33 75. 00 41. 67 75. 00 91. 67 52. 08 86. 30 100. 00
旱柳 6. 25 8. 33 25. 00 10. 42 20. 83 22. 33 6. 25 25. 00 37. 50
注:叶片盐害分级, 1级:叶片出现少量卷曲; 2级: 叶片出现黄化,部分叶尖或叶缘焦萎呈片状褐斑或轻度落叶; 3级:部分叶片焦萎或出现
严重落叶; 4级:基本落叶或枝条枯死。叶片盐害指数 D = # (盐害级别 ∀受害株数 ) / (总株数 ∀盐害最高级值 ) ∀ 100%
2. 2 盐胁迫对苗高、地径净生长量的影响
生长抑制是植物对盐渍响应最敏感的过
程 [ 6- 7]。方差分析的结果表明: N aC l浓度对各树种
苗高净生长量的影响均为极显著水平 (P < 0. 01) ,
地径由于净生长量较低, 为显著水平 ( P < 0. 05)。
除旱柳外,各树种苗高、地径净生长量均随 NaC l浓
度的升高而逐渐降低。以耐受指数 (胁迫值 /对照
值 )表达不同树种的耐受性,可以看出, 不同树种的
苗高净生长量胁迫后的响应浓度有差异: 美国悬铃
木耐受力较差,胁迫后其苗高增长立即受到影响;美
国皂荚、洋白蜡在 4. 0 g! L- 1N aC l浓度和对照差异
显著;弗栎、蜡杨梅在 6. 0 g! L- 1N aC l浓度苗高净
生长量和对照差异显著。各树种地径净生长量除美
国悬铃木表现为立即响应,均在 4. 0 g! L- 1NaC l浓
度与对照差异显著,但下降幅度不一。
表 2 盐胁迫 10周 6个树种苗高、地径净生长耐受指数
树种 苗高
ck 2. 0 g! L- 1 4. 0 g! L- 1 6. 0 g! L- 1
地径
ck 2. 0 g! L- 1 4. 0 g! L- 1 6. 0 g! L- 1
弗栎 8. 8 ∃ 2. 34 1. 09 0. 87 0. 56 0. 14 ∃ 0. 08 1. 07 0. 64 0. 50
美国皂荚 12. 7 ∃ 3. 45 1. 13 0. 65 0. 27 0. 22 ∃ 0. 14 0. 80 0. 58 0. 40
洋白蜡 16. 8 ∃ 5. 67 0. 98 0. 44 0. 13 0. 29 ∃ 0. 12 0. 90 0. 57 0. 20
蜡杨梅 6. 8 ∃ 3. 45 0. 79 0. 82 0. 52 0. 12 ∃ 0. 08 0. 80 0. 30 0. 20
美国悬铃木 20. 2 ∃ 7. 23 0. 37 - - 0. 23 ∃ 0. 09 0. 25 - -
旱柳 32. 6 ∃ 10. 23 0. 70 0. 71 0. 74 0. 32 ∃ 0. 34 0. 72 0. 44 0. 38
注:表中 ck为净生产量,其余为耐受指数。
2. 3 盐胁迫对树种根、茎、叶、生物量干质量的影响
盐胁迫下不同树种生物量、根、茎、叶干质量差
异均达显著水平 (表 3) ,盐浓度对根、茎、叶、生物量
抑制明显,并随胁迫浓度的增大抑制的程度逐渐加
大。6. 0 g! L- 1N aC l浓度盐胁迫下树种生物量耐受
指数 (胁迫 /对照 )依次为蜡杨梅、弗栎 > 旱柳、洋白
蜡、美国皂荚 >美国悬铃木,排序和叶片盐害指数相
似。树种各部位干质量耐受指数排序和生物量相
似。盐胁迫下树种各部位干质量抑制程度依胁迫浓
度而表现不一:表 3表明,中低浓度下基本表现为茎
>叶 >根,茎干质量下降比例较高,如 2. 0 g! L- 1盐
浓度下美国皂荚根、茎、叶分别下降为 84. 0%、
71. 3%和 81. 8%; 4. 0 g! L- 1盐浓度下弗栎分别下
降为 80. 3%、63. 0%和 76. 3%, 茎干是养分储存的
场所, 胁迫后养分的分配首先减少储存的部位。高
浓度下叶片受损率较高,表现为叶 >茎 >根, 如 6. 0
g! L- 1盐浓度下美国皂荚根、茎、叶分别下降为
50. 6%、41. 1%和 29. 3%。各部位干质量下降过程
随树种特性略有起伏, 如美国悬铃木表现为叶 > 根
>茎,盐胁迫直接危害其营养吸收, 而旱柳、蜡杨梅、
弗栎 6. 0 g! L- 1盐浓度下叶、茎下降幅度基本一致。
根冠比随胁迫浓度增加而上升, 盐胁迫对树种地上
部分的影响要大于地下部分, 盐分对地上部分的危
害表现更早。试验还表明, 各树种不同部位下降过
程是波动的, 低浓度甚至有所促进,如 2. 0 g! L- 1盐
浓度下洋白蜡的茎、叶干质量分别为对照的 108. 4%
和 101. 2%。其次, 常绿植物的生物量下降比例较
少而落叶植物较多,这应该和两类植物储存养分的
不同形式有关。
317
林 业 科 学 研 究 第 22卷
表 3 盐胁迫下树种根、茎、叶、生物量干质量变化
树种 NaC l浓度 /
( g! L- 1 )
根
干质量 / g 胁迫 /对照
茎
干质量 / g 胁迫 /对照
叶
干质量 / g 胁迫 /对照
生物量
干质量 / g 胁迫 /对照
根冠比
弗栎 0. 0 17. 3 ∃ 4. 32A 13. 8 ∃ 2. 97A 19. 8 ∃ 4. 32A 50. 9 ∃ 11. 42 a 0. 52
2. 0 16. 8 ∃ 4. 45A 0. 971 11. 9 ∃ 3. 02A 0. 862 16. 7 ∃ 4. 12B 0. 846 45. 4 ∃ 10. 54 a 0. 89 0. 59
4. 0 13. 9 ∃ 3. 87B 0. 803 8. 7 ∃ 2. 12B 0. 630 15. 1 ∃ 4. 21B 0. 763 37. 7 ∃ 9. 32b 0. 74 0. 58
6. 0 10. 9 ∃ 2. 98C 0. 630 7. 8 ∃ 2. 32B 0. 565 10. 1 ∃ 3. 21C 0. 545 27. 5 ∃ 8. 41c 0. 54 0. 66
美国皂荚 0. 0 15. 6 ∃ 5. 21A 12. 9 ∃ 2. 76A 10. 6 ∃ 1. 89A 39. 1 ∃ 6. 87A 0. 66
2. 0 13. 1 ∃ 3. 45B 0. 839 9. 2 ∃ 2. 34B 0. 713 8. 7 ∃ 2. 45B 0. 818 31. 0 ∃ 7. 21A 0. 79 0. 73
4. 0 10. 4 ∃ 3. 57C 0. 667 5. 6 ∃ 1. 49C 0. 434 6. 4 ∃ 1. 84B 0. 600 22. 4 ∃ 6. 45B 0. 57 0. 87
6. 0 7. 9 ∃ 2. 15D 0. 506 5. 3 ∃ 1. 97C 0. 411 3. 1 ∃ 1. 24C 0. 293 16. 3 ∃ 5. 32C 0. 42 0. 94
洋白蜡 0. 0 17. 3 ∃ 3. 21A 15. 5 ∃ 3. 52A 10. 0 ∃ 2. 12A 42. 8 ∃ 8. 21A 0. 68
2. 0 15. 0 ∃ 2. 67A 0. 867 16. 8 ∃ 3. 78A 1. 084 10. 2 ∃ 2. 32A 1. 012 42. 2 ∃ 7. 45A 0. 98 0. 56
4. 0 10. 2 ∃ 2. 32B 0. 590 8. 8 ∃ 2. 12B 0. 568 7. 0 ∃ 1. 87B 0. 697 26. 0 ∃ 5. 67B 0. 61 0. 65
6. 0 9. 2 ∃ 2. 67B 0. 532 6. 2 ∃ 2. 02B 0. 400 3. 8 ∃ 1. 43C 0. 378 19. 2 ∃ 5. 23B 0. 45 0. 92
蜡杨梅 0. 0 15. 3 ∃ 6. 21 a 17. 2 ∃ 4. 32A 16. 1 ∃ 3. 42A 48. 6 ∃ 12. 34 a 0. 46
2. 0 15. 8 ∃ 5. 34 a 1. 033 14. 2 ∃ 3. 12B 0. 826 13. 6 ∃ 2. 13B 0. 846 43. 6 ∃ 10. 42 a 0. 90 0. 57
4. 0 13. 0 ∃ 3. 45b 0. 850 11. 1 ∃ 2. 11BC 0. 645 12. 7 ∃ 1. 45B 0. 790 36. 8 ∃ 7. 54b 0. 76 0. 55
6. 0 9. 4 ∃ 3. 78 c 0. 614 9. 2 ∃ 1. 42C 0. 535 9. 1 ∃ 1. 67C 0. 563 27. 7 ∃ 6. 42c 0. 57 0. 51
美国悬铃木 0. 0 9. 7 ∃ 2. 42A 7. 7 ∃ 1. 5A 8. 3 ∃ 1. 87A 25. 7 ∃ 4. 64A 0. 61
2. 0 6. 1 ∃ 2. 25B 0. 619 5. 8 ∃ 1. 21B 0. 753 4. 6 ∃ 1. 01B 0. 548 16. 4 ∃ 4. 01B 0. 64 0. 58
4. 0 5. 6 ∃ 1. 54B 0. 577 3. 6 ∃ 0. 98C 0. 468 - 9. 2 ∃ 2. 21C 0. 46 1. 56
6. 0 3. 4 ∃ 1. 0C 0. 351 2. 1 ∃ 0. 67C 0. 273 - 5. 5 ∃ 1. 47D 0. 21 1. 62
旱柳 0. 0 15. 9 ∃ 3. 34A 16. 2 ∃ 2. 95A 5. 3 ∃ 1. 43 a 37. 4 ∃ 6. 24a 0. 74
2. 0 14. 1 ∃ 3. 7AB 0. 887 12. 1 ∃ 2. 12BC 0. 747 4. 2 ∃ 1. 24 a 0. 800 30. 4 ∃ 6. 11a 0. 81 0. 86
4. 0 11. 9 ∃ 2. 38BC 0. 748 9. 5 ∃ 2. 32CD 0. 586 2. 9 ∃ 0. 52b 0. 551 24. 3 ∃ 5. 02bc 0. 65 0. 96
6. 0 8. 2 ∃ 2. 57C 0. 516 7. 2 ∃ 1. 32D 0. 444 2. 6 ∃ 0. 34b 0. 498 18. 0 ∃ 4. 24c 0. 48 0. 83
注:大小写字母分别表示 0. 01和 0. 05显著水平,字母相同表示差异不显著。
2. 4 盐胁迫对树种生理指标的影响
2. 4. 1 树种细胞膜透性 逆境条件下首先影响细
胞膜,造成膜透性的改变或丧失,膜透性的测定常作
为植物抗性研究的一个重要的生理指标 [ 8- 9]。方差
分析 (表 4)显示:各树种叶片相对电导率在 NaC l浓
度梯度上差异均达到显著水平, 时间梯度上差异不
显著,旱柳、美国皂荚胁迫时间 ∀胁迫浓度达到显著
水平,其余树种不显著。数据表明各树种叶片相对
电导率对于盐分具有敏感性, 且不同时间段的叶片
相对电导率相对稳定。
表 4 盐胁迫下 6个树种生理指标方差分析
生理指标 变异来源 自由度 旱柳 腊杨梅 美国皂荚 弗栎 洋白蜡 自由度 美国悬铃木
相对电导率 区组 2 12. 37* * 21. 34* * 16. 67* * 9. 76* * 7. 56* * 2 9. 76* *
时间 3 2. 27 1. 25 2. 98 1. 89 2. 47 3 1. 31
浓度 3 8. 89* * 4. 17* * 7. 89* * 3. 42* 4. 89* * 1 5. 23*
时间 ∀浓度 9 3. 47* * 2. 21+ 2. 52* 2. 16+ 2. 24+ 3 2. 36
脯氨酸含量 区组 2 23. 47* * 13. 56* * 8. 56* * 7. 78* * 9. 26* * 2 11. 76* *
时间 3 35. 72* * 1. 25 3. 98* 4. 24* 2. 87* 3 2. 31
浓度 3 4. 42* * 3. 13+ 3. 27* 6. 42* * 6. 89* * 1 3. 91
时间 ∀浓度 9 2. 47* 3. 12* * 4. 32* * 2. 56* * 3. 02* * 3 3. 36*
SOD活性 区组 2 7. 23* * 4. 01* * 5. 56* * 6. 27* * 3. 22* 2 12. 76* *
时间 3 5. 87* * 3. 43* 18. 73* * 18. 5* * 34. 2* * 3 8. 15* *
浓度 3 1. 30 1. 01 1. 73 1. 49 3. 66* 1 1. 22
时间 ∀浓度 9 2. 86* 2. 93* 3. 21* * 3. 26* * 4. 24* * 3 2. 34
可溶性蛋白含量 区组 2 26. 23* * 14. 11* * 24. 11* * 16. 52* * 21. 35* 2 11. 56* *
时间 3 6. 52* * 7. 13* * 1. 79 1. 45 4. 88* * 1 3. 24
浓度 3 85. 8* * 15. 25* * 7. 31* * 10. 07* * 75. 78* * 3 7. 74* *
时间 ∀浓度 9 1. 78 4. 62* * 2. 27+ 1. 25 2. 97* 3 2. 18
注: +、* 和* * 分别表示在 0. 1、0. 05和 0. 01水平上差异显著,表中数据为 F值,误差项省略。
318
第 3期 孙海菁等:盐胁迫对 6个树种的生长及生理指标的影响
相对电导率反应了树种叶片的电解质外渗 [ 10] ,
抗性强的树种细胞膜不易被破坏,透性小; 抗性差的
树种细胞膜被破坏严重,透性大,如美国悬铃木细胞
膜在高盐下已完全被破坏, 丧失了功能,本研究的结
果反应了这一特性 (图 1)。研究发现树种叶片的相
对电导率有其响应的区域范围, 大部分树种在 0~
4. 0 g! L- 1浓度区域差异不显著, 在高盐浓度区域
上升明显,以低浓度的相对电导率作为指标必须考
虑其代表性。将各时段的树种叶片相对电导率均值
与高盐浓度耐受指数进行排序比较, 相对电导率均
值从高到低次为美国悬铃木、蜡杨梅、弗栎、洋白蜡、
美国皂荚、旱柳, 耐受指数依次为美国悬铃木、蜡杨
梅、弗栎、美国皂荚、洋白蜡、旱柳。二者排序基本相
似,均为常绿植物蜡杨梅、弗栎在前, 由于常绿和落
叶树种的耐盐方式不同,尚需考虑树种特种性影响。
图 1 6个树种叶片的相对电导率随盐胁迫时间的变化
图 2 6个树种叶片脯氨酸 ( Pro)含量随盐胁迫时间的变化
319
林 业 科 学 研 究 第 22卷
2. 4. 2 脯氨酸含量 旱柳、洋白蜡、弗栎、美国皂荚
4个树种的叶片脯氨酸 ( P ro)含量随胁迫时间或浓度
变化均达到显著或极显著水平,蜡杨梅、美国悬铃木
差异不显著。各树种胁迫时间 ∀胁迫浓度均达到显
著或极显著水平 (表 4)。有研究认为, 逆境条件下,
大多数植物脯氨酸含量会成倍增加,其含量越高, 植
物体的抗逆能力越强 [ 11- 12 ], 也有研究认为脯氨酸是
逆境条件下的生理响应。图 2表明:脯氨酸含量在落
叶树种间总体上表现出随胁迫时间和浓度逐步增加
的趋势,但树种间响应时间有差异,洋白蜡在胁迫 7 d
时即出现脯氨酸含量递增的趋势,美国皂荚胁迫 14 d
时出现随胁迫浓度增加的趋势,旱柳在 21 d表现为响
应;常绿树种弗栎、蜡杨梅响应趋势与落叶树种并不
一致,在时间梯度上表现为降低,在浓度梯度上规律
尚不明显。从本研究结果看,不同树种的脯氨酸含量
变化存在种间和时间效应,胁迫后脯氨酸含量变化只
是反应了树种胁迫后的生理响应。
2. 4. 3 SOD活性 植物体内广泛存在的抗氧化酶
系统 (超氧化物歧化酶 ( SOD )、过氧化物酶 ( POD )
等 )能有效清除活性氧, SOD活性和植物的抗逆性
成正相关,是反映植物抗逆性的一个重要指标。在
正常情况下, 当植物遇到胁迫时 (如水涝、盐碱化
等 )会通过 SOD活性来增强抗逆性 [ 12- 13]。试验结
果表明 (表 4) : 6个树种不同盐浓度胁迫后的 SOD
活性随时间的变化均达到显著或极显著水平,在浓
度梯度上差异不显著, 除美国悬铃木外, 各树种胁迫
时间 ∀胁迫浓度均达到显著或极显著水平。各树种
SOD活性表现为中低盐度差异不显著, 在高浓度明
显增加,但增加幅度有差异 (图 3)。
酶系统还包括了过氧化氢酶 ( CAT )、POD等,有
证据表明不同树种其清理自由氧基的酶并不一
致 [ 13 - 14] , 植物通过几种酶相互作用来修复胁迫的损
害。从本试验的结果看, 不同树种对 SOD活性的敏
感程度不一, 胁迫后的 SOD活性变化能反应树种的
抗逆响应,但在树种间缺乏可比性,应该结合几个指
标共同分析。要更加准确地衡量胁迫后酶对活性氧
的清理机制, 还有待进一步研究。
2. 4. 4 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白是盐分胁迫
条件下植物细胞内重要的渗透调节剂之一,可溶性
蛋白在细胞内的积累对于降低细胞内溶质的渗透
势、平衡原生质体内外的渗透压等具有重要作
用 [ 15 - 16]。美国悬铃木、美国皂荚、弗栎可溶性蛋白
含量在盐胁迫下时间梯度上差异不显著, 其余树种
在浓度和时间梯度上均为极显著水平。盐胁迫下,
大部分树种的可溶性蛋白含量均表现出随 NaC l浓
度和时间先上升再降低的趋势, 在胁迫后期和高盐
浓度下含量降低,抗性低的美国悬铃木叶片可溶性
蛋白含量表现尤为明显 (图 4)。
图 3 6个树种超氧化物歧化酶 ( SOD )活性随盐胁迫时间的变化
320
第 3期 孙海菁等:盐胁迫对 6个树种的生长及生理指标的影响
图 4 6个树种可溶性蛋白含量随盐胁迫时间的变化
2. 5 树种生长、生理指标相关性分析和指标选择
2. 5. 1 树种生长、生理指标相关性分析 不同树种
生长、生理指标测定值相关分析 (表 5)表明: ( 1)苗
高净生长量、地径净生长量、生物量和叶片盐害指数
呈显著或极显著负相关,各生理指标与叶片盐害指
数均为正相关, 但仅相对电导率达到显著水平。说
明植物叶片受害越严重,生长势越差,各项生理指标
反应越激烈,相对电导率可以作为耐盐评价的指标。
( 2)除可溶性蛋白含量外, 各生理指标均与苗高净
生长量呈显著或极显著负相关。盐分胁迫导致生物
量和苗高净生长量降低,盐胁迫越重,植物生理响应
越明显。 ( 3)相对电导率和脯氨酸含量呈极显著正
相关,和 SOD活性呈显著正相关, 说明随着植物细
胞膜受胁迫伤害程度的加深, 植物正通过增加渗透
势以及提高抗氧化酶活性等生理过程来减轻胁迫对
细胞产生的伤害。 ( 4)可溶性蛋白含量和各项生理
指标均呈负相关, 与脯氨酸含量呈显著负相关。说
明植物可溶蛋白作为渗透调节剂, 有平衡渗透压的
重要作用。
表 5 盐胁迫下树种生长、生理指标相关系数
生长、生理指标 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7
X 2 - 0. 387*
X 3 - 0. 666* * 0. 832* *
X 4 - 0. 727* * - 0. 017 0. 174
X 5 0. 391* - 0. 720* * - 0. 434* - 0. 018
X 6 0. 039 - 0. 541* - 0. 541* 0. 394 0. 411*
X 7 0. 334 - 0. 494* - 0. 204 - 0. 194 0. 647* * 0. 018
X 8 0. 012 0. 458* 0. 224 0. 210 - 0. 298 - 0. 313 - 0. 427*
注: * 和* * 分别表示在 0. 05和 0. 01水平上差异显著。X 1叶害指数, X 2苗高净生长量, X 3地径净生长量, X 4生物量, X 5相对电导率, X 6
超氧化物歧化酶 ( SOD )活性, X 7脯氨酸含量, X 8可溶性蛋白含量,下同。
不同树种生长、生理指标耐受指数和叶片盐害
指数 (绝对值 )相关分析 (表 6)表明:其结果与测定
值数据相关相似, 但各指标和叶片盐害指数相关增
加明显,如相对电导率和脯氨酸含量与叶片盐害指
数呈显著正相关, 与生物量呈极显著或显著负相关。
两个相关分析的结果表明, 指标耐受指数比测定值
更能代表树种胁迫后的响应。
321
林 业 科 学 研 究 第 22卷
表 6 盐胁迫下树种生长、生理指标耐受指数相关系数
生长、生理指标 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7
X 2 - 0. 820* *
X 3 - 0. 878* * 0. 928* *
X 4 - 0. 892* * 0. 827* * 0. 934* *
X 5 0. 479* - 0. 371 - 0. 219 - 0. 563* *
X 6 0. 357 - 0. 223 - 0. 189 - 0. 358 0. 010
X 7 0. 399* - 0. 476* - 0. 236 - 0. 513* 0. 686* * 0. 143
X 8 0. 290 - 0. 312 - 0. 297 - 0. 166 0. 251 0. 412* 0. 033
2. 5. 2 树种生长、生理指标主成分分析 对树种叶
害指数、苗高净生长量、地径净生长量、苗木生物量、
相对电导率、脯氨酸含量、SOD活性、可溶性蛋白含
量、根冠比 9个指标比值进行主成分分析 (表 7), 共
有 2个主成分入选。结合特征向量来看, 第 1个主
成分中主要包括了苗高净生长量、相对电导率、SOD
活性 3个变量的信息, 第 2个主成分主要包括了叶
片盐害指数、生物量、脯氨酸含量 3个变量的信息,
初步说明了各个变量所代表信息的重要性强弱。两
个主成分的累计贡献率为 82. 43%,说明这 2个主成
分能代表 5个主成分表达的信息。
2. 6 树种生长、生理指标评价
采用多维空间 (欧几米德 ) En多向量理论综合
评定树种耐盐性,即综合评估数学模型 座标综合评
定法 , 以每列最大值为 1(标准值 ), 用其为除数除
以该列其他数值,计算各数值离差平方和:
# pi 2 =W i# ( 1- aij )2
其中 W i为权重向量, 以等权方法判定结果, 其
综合值越小排序越前。采用主成分筛选出来的 6个
指标为苗高净生长量、脯氨酸含量、SOD活性、叶片
盐害指数、生物量、相对电导率 (表 8) , 数据经正向
处理 (值越高越好 ), 除叶片盐害指数采用绝对值
外,其余均采用指标耐受指数。结果表明, 6个树种
耐盐顺序为: 旱柳、弗栎 >美国皂荚、洋白蜡、蜡杨
梅 >美国悬铃木。
表 7 盐胁迫下 6个树种 R型分析主分量
性状 第 1主分量 第 2主分量 第 3主分量
叶害指数 - 0. 199 0. 499 - 0. 387
苗高净生长量 - 0. 718 - 0. 239 - 0. 123
地径净生长量 0. 282 - 0. 201 0. 463
生物量 - 0. 203 0. 531 0. 196
相对电导率 - 0. 479 - 0. 163 - 0. 064
SOD活性 0. 431 0. 188 0. 013
脯氨酸含量 0. 235 0. 494 0. 185
可溶性蛋白含量 0. 272 - 0. 099 - 0. 636
根冠比 - 0. 231 0. 029 0. 471
特征值 4. 757 2. 662 0. 991
贡献率 /% 52. 85 29. 58 11. 01
累计贡献率 /% 52. 85 82. 43 93. 44
表 8 树种耐盐性综合评价
树种 叶害指数 苗高净生长量 生物量 相对电导率 SOD活性 脯氨酸含量 得分
弗栎 0. 16 0. 00 0. 08 0. 25 0. 15 0. 34 0. 98
皂荚 0. 31 0. 04 0. 42 0. 21 0. 37 0. 00 1. 35
洋白蜡 0. 34 0. 24 0. 36 0. 18 0. 00 0. 29 1. 41
蜡杨梅 0. 23 0. 36 0. 00 0. 35 0. 47 0. 18 1. 59
美国悬铃木 0. 59 0. 66 0. 66 0. 37 0. 56 0. 40 3. 24
旱柳 0. 00 0. 19 0. 22 0. 00 0. 36 0. 14 0. 91
3 结论与讨论
国内外研究人员对现有树种开展了大量的耐盐
性测定工作,如曹福亮 [ 17]综合评价了南方 7个造林
树种苗木耐盐能力, 认为刺槐 ( Robinia p seudoacacia
L inn. )和银杏 ( G inkgo biloba L. )耐盐能力较强, 柏
木 ( Cupressus funebris End.l )和中山杉 ( ( Taxod ium
d istichum ∀ T. mucrona turm ) ∀ T. mucrona turm
%Zhongshanshan& )中等,杉木 (Cunningham ia lanceo
lata ( Lamb. ) Hook. )、火炬松 (P inus taeda Linn. )和
马尾松 ( P. massoniana Lamb. )较差。杨传平等 [ 9]
研究发现针叶树樟子松 ( P. sylvestnis var. mongolica
Litv. )、华山松 (P. armand ii Franch. )、红松 (P. ko
raiensis S ieb. et Zucc. )耐盐性较强, 黑松 ( P. thun
bergii Parlatore )抗性中等, 落叶松 ( Larix gmelinii
( Ruprecht ) Kuzeneva )、红皮云杉 (P icea koraiensis
322
第 3期 孙海菁等:盐胁迫对 6个树种的生长及生理指标的影响
N akai)抗性较差;阔叶树白榆 (Ulmus pum ila L. )、水
曲柳 (F raxinus mandschurica Rupr. )抗性较强, 黑林
3号杨、中绥 12号杨及紫椴 (T ilia amurensis Rupr. )
耐盐性处于中等水平, 118号杨、798601号杨、白桦
(B etula p latyphy lla Suk. )的抗性最差。从研究方法
来看,这些研究大体是两种鉴定方法:直接鉴定法和
生理鉴定法。直接耐盐鉴定方法又可分为发芽法、
形态观察法、存活率法和产量比较法 [ 15 ]。如郭朝辰
通过调查含盐量不同的盐土上杨树 (Populus spp. )
成活率,对 8种杨树的抗盐性进行了排序鉴定。
生理鉴定法目前没有可靠的标准。生理指标包
括超氧化物歧化酶 ( SOD )、过氧化物酶 ( POD )活性
和丙二醛 (MDA )、可溶性蛋白含量、脯氨酸 ( P ro )含
量以及植物对 Na+、K +的选择性吸收程度等均被认
为和耐盐有关 [ 18]。植物耐盐性是一种综合性状的
表现,不同植物由于其耐盐方式和耐盐机理的不同,
其组织或细胞的生理代谢和生化变化也不同。如何
正确评价引进树种的耐盐性差异, 降低单个指标引
起的选择误差,许多研究做了尝试。如赵可夫等 [ 19]
提出用细胞膜透性、渗透调节能力、植物体内盐分含
量及光合能力 4项指标综合评定, 董晓霞等 [ 20 ]利用
多项生理指标对杂交酸模进行评定等。刘振虎
等 [ 21]进一步用层次法对草坪草的耐盐性进行评价,
对生长性状和生理指标赋予不同权重, 根据研究目
标进行权重调整。
本试验以水培条件为基础, 以弗栎、美国皂荚、
蜡杨梅、美国悬铃木、洋白蜡和乡土树种旱柳为试
材,研究了盐胁迫对几个树种生物量、细胞膜透性、
脯氨酸含量, SOD活性和可溶性蛋白含量的影响, 分
别对指标的代表性进行评价。研究发现, 叶片盐害
指数是树种盐害的最直观表现, 树种叶片盐害在胁
迫浓度和持续时间上,表现出和抗性相关的响应速
率和受害症状。生长和生物量指标同样和植物抗性
相关明显,树种抗性越低,植物生长受抑制的程度越
大,受逆境胁迫影响越明显。在树种的耐盐能力评
价中, 生长和生物量是最具直观代表的指标。
研究还表明,树种的生理生化过程在盐胁迫下
具有共性特点, 细胞膜透性、脯氨酸含量、SOD活性
均随 NaC l浓度的增加和处理时间的延长表现出逐
渐增加的趋势,中低盐度胁迫下增加趋势不明显, 高
盐度胁迫下迅速上升;同时,生理指标在胁迫浓度和
胁迫时间上存在交互作用, 不同树种的生理指标在
响应时间和浓度上有差异, 这种差异使得生理指标
的定量化比较存在难度。其次, 由于树种的耐盐方
式不同,各指标的本底也不一致,直接采用测定值易
于造成偏差, 相关分析的结果表明,采用指标耐受指
数比测定值更能反应盐分胁迫后的响应。
生长、生理指标具有协同和关联性, 盐分胁迫导
致生物量和苗高净生长量降低, 盐胁迫浓度越高, 植
物生理响应越激烈,仅采用生长指标就忽视了生理
生化过程对于植被的修复潜力, 因此,应采用二者联
合对树种耐盐性进行综合评价。文中根据主成分分
析的结果筛选了 6个指标,即树种叶害指数、苗高净
生长量、苗木生物量、相对电导率、脯氨酸含量、SOD
活性,并采用座标法对 6个树种耐盐进行排序, 顺序
为:旱柳、弗栎 > 美国皂荚、洋白蜡、蜡杨梅 >美国
悬铃木,基本反应了各树种的耐盐程度。
树种耐盐性评价仅仅是育种工作的基础, 林木
育种专家相继在火炬松、湿地松 ( P. elliottii En
ge lm. )、辐射松 (P. rad iata D. Don)、池杉 (Taxod i
um ascendens Brongn)、栎类 (Quercus spp. )、木麻黄
(Casuarina equisetifolia L. )、桉类 ( Eucalyp tus spp. )
等树种上揭示了种源、家系及个体间的耐盐性遗传
差异。澳大利亚桉树专家利用盐土播种, 筛选表现
优良的单株, 并繁育成无性系, 其抗盐能力大大提
高,证实耐盐选育的可行性。进一步的育种工作应
通过采用大田和实验室结合的手段, 以田间大量耐
盐植株的筛选为基础, 结合植物结构特点和盐胁迫
下生理生化指标的变化趋势, 研究其遗传控制模式
和遗传力,准确评估各耐盐功能性状的基因型变异,
结合分子育种手段提高植物耐盐性, 这才是一条理
想的途径。
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