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土壤盐碱化是当今世界性的资源和生态问题[1],是限制农林业发展的主要因素之一[2]。中国现有盐碱土面积3 600 万hm2,主要分为滨海盐碱土区、黄淮海平原盐碱土区、西北半干旱盐碱土区和干旱盐碱土区以及东北盐碱土区[3],其中滨海盐碱土区是中国重要的盐碱地土地类型,涵盖大部分沿海地区,分布范围较广[4]。滨海盐碱地土壤含盐量过高,盐分组成以氯化物为主[5],能够适应生存的植物种类较少,常选用木麻黄Casuarina equisetifolia、乌桕Sapium sebiferum等耐盐人工植被[6]和柽柳属Tamarix先锋树种[7]绿化造林,而深根、肉质根系、喜酸性土壤的木兰科Magnoliaceae植物较少应用。望春玉兰Magnolia biondii系木兰科木兰属Magnolia多年生落叶乔木,为木兰科植物中典型的春花乔木,园林绿化效果好,应用前景广阔。目前,对望春玉兰的研究主要侧重于抗寒性[8]、花色[9]及其花蕾“辛夷”的应用研究[10]上,而其耐盐性方面研究极少。为明确木兰科植物在滨海盐碱土种植的可能性,根据预试验的结果,选择望春玉兰为对象,采用水培法研究了氯化钠胁迫对1年生实生苗形态和生理指标的影响,并探讨了对氯化钠胁迫具有指示性的生理指标,为木兰科植物的耐盐性评价及耐盐树种或品种的筛选提供理论依据。
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观察望春玉兰幼苗叶片受伤害程度(图1)可知:随着盐胁迫时间的延长,望春玉兰的受害症状加重。在胁迫的第1天,叶片颜色和生长正常,在胁迫第3、5、7天时受害症状为1级,少量叶尖、叶缘变黄;在胁迫的第9天受害症状为2级,部分叶尖变黄萎蔫,少量叶片脱落。
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可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸等物质是植物体内重要的渗透调节物质,能减轻植物在胁迫条件下受到的伤害。由图2可以看出:盐胁迫下,望春玉兰叶片的可溶性糖质量分数呈逐渐上升趋势;可溶性蛋白质质量分数随着盐胁迫时间的延长,总体呈先上升后下降的趋势,在盐胁迫处理的第3、9天,与对照组相比,差异显著(P<0.05);脯氨酸质量分数随着胁迫时间的延长,总体呈先上升后下降的趋势,且在胁迫处理的时间范围内始终与对照组差异显著(P<0.05)。
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从图3可见:盐胁迫下,望春玉兰叶片的叶绿素质量分数呈先上升后下降的趋势,在盐胁迫的第3天与对照组相比,差异显著(P<0.05)。望春玉兰叶片的相对电导率在盐胁迫下呈波动上升的趋势,在胁迫末期保持稳定,且在盐胁迫处理的时间范围内均与对照组差异显著(P<0.05)。望春玉兰叶片的丙二醛质量摩尔浓度随着盐胁迫时间的延长呈上升趋势,在盐胁迫的第9天与对照组差异显著(P<0.05)。
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SOD是植物体内防御氧化逆境下自由基形成的关键酶,是植物防御体系的第1道防线[12],POD是植物体内酶促防御系统的重要保护酶类,用于清除植株体内过多的活性氧[13]。图4结果显示:望春玉兰叶片的SOD活性随着盐胁迫时间的延长呈逐渐上升的趋势,且在胁迫处理的第3、5、7、9天均与对照组差异显著(P<0.05);POD活性随着盐胁迫时间的延长呈先上升后下降的趋势,且在胁迫处理的时间范围内均与对照组差异显著(P<0.05)。
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对望春玉兰的8个生理指标进行相关性分析(表1)表明:可溶性糖与相对电导率呈显著相关(P<0.05),与丙二醛呈极显著相关(P<0.01);叶绿素与POD活性呈极显著相关(P<0.01)。
表 1 盐胁迫下望春玉兰叶片生理指标的相关系数
Table 1. Correlation matrix of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress
相对电导率 丙二醛 叶绿素 可溶性糖 可溶性蛋白 脯氨酸 SOD POD 相对电导率 1 丙二醛 0.868 1 叶绿素 −0.071 0.297 1 可溶性糖 0.906* 0.966** 0.100 1 可溶性蛋白 0.260 0.139 −0.090 0.002 1 脯氨酸 0.006 0.255 0.484 0.305 −0.873 1 SOD 0.502 0.818 0.460 0.680 0.356 0.047 1 POD 0.019 0.407 0.982** 0.238 −0.205 0.610 0.512 1 说明:*表示差异显著(P<0.05),**表示差异极显著(P<0.01) 对望春玉兰8个生理指标进行主成分分析(表2)可知:前2个主成分的累计贡献率达78.892%,可以概括原指标的绝大多数数据信息。望春玉兰的第1主成分主要为丙二醛、可溶性糖和超氧化物歧化酶,第2主成分主要为可溶性蛋白质和脯氨酸。
表 2 盐胁迫下望春玉兰叶片生理指标的主成分分析
Table 2. Principal component analysis of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress
指标 主成分1 主成分2 指标 主成分1 主成分2 相对电导率 0.721 0.549 脯氨酸 0.425 −0.793 丙二醛 0.958 0.260 超氧化物歧化酶 0.837 0.207 叶绿素 0.549 −0.616 过氧化物酶 0.651 −0.640 可溶性糖 0.882 0.292 特征值 3.821 2.491 可溶性蛋白 0.023 0.759 贡献率/% 47.758 31.134
Effect of NaCl stress on the morphology and related physiological indexes of Magnolia biondii seedlings
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摘要:
目的 探讨盐胁迫对望春玉兰Magnolia biondii幼苗形态和相关生理指标的影响,并筛选盐胁迫下的指示性生理指标,为木兰科Magnoliaceae植物的耐盐性评价与筛选优质种质资源提供理论依据。 方法 以望春玉兰1年生实生苗为材料,采用水培法,测定200 mmol·L−1氯化钠胁迫下叶片的相对电导率、丙二醛质量摩尔浓度、叶绿素质量分数、渗透调节物质质量分数和抗氧化酶活性,通过主成分分析筛选关键生理指标。 结果 随着盐胁迫时间的延长,可溶性糖质量分数、相对电导率、丙二醛质量摩尔浓度和超氧化物歧化酶(SOD)活性总体呈上升趋势;可溶性蛋白质质量分数、脯氨酸质量分数、叶绿素质量分数和过氧化物酶(POD)活性总体呈先上升后下降的趋势。利用主成分分析法筛选出3个指示性指标,分别为丙二醛质量摩尔浓度、可溶性糖质量分数和SOD活性。 结论 氯化钠胁迫引起望春玉兰幼苗叶片丙二醛质量摩尔浓度、可溶性糖质量分数和SOD活性显著变化,可作为指示性生理指标用于评价氯化钠胁迫下望春玉兰等木兰科植物的耐盐性强弱。图4表2参19 Abstract:Objective With an investigation conducted of the effects of NaCl stress on the morphology and related physiological indexes of Magnolia biondii seedlings and the physiological indexes indicating the NaCl stress screened, this paper is aimed to provide a theoretical basis for the evaluation of the salt tolerance of Magnoliaceae and the selection of high-quality germplasm resources. Method Firstly, the hydroponic culture experiment was done with M. biondii 1-year-old seedlings with the effects of NaCl stress under 200 mmol·L−1 on relative electrical conductivity, MDA contents, chlorophyll contents, osmotic substances and antioxidant enzyme activities in leaves tested, after which the principal component analysis was conducted to screen key physiological indexes. Result With the increase of treatment time, the soluble sugar content, relative electric conductivity, MDA content and SOD activity increased. The soluble protein content, Pro content, chlorophyll content and POD activity first increased and then decreased. The three indicative physiological indexes screened by principal component analysis were MDA content, soluble sugar content and SOD activity. Conclusion The MDA content, soluble sugar content and SOD activity underwent significant changes under NaCl stress, and they could be used as key physiological indexes in the evaluation of the salt tolerance of Magnoliaceae such as M. biondii. [Ch, 4 fig. 2 tab. 19 ref.] -
Key words:
- botany /
- Magnolia biondii /
- NaCl stress /
- physiology responses /
- principal component analysis /
- indicative indexes
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表 1 盐胁迫下望春玉兰叶片生理指标的相关系数
Table 1. Correlation matrix of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress
相对电导率 丙二醛 叶绿素 可溶性糖 可溶性蛋白 脯氨酸 SOD POD 相对电导率 1 丙二醛 0.868 1 叶绿素 −0.071 0.297 1 可溶性糖 0.906* 0.966** 0.100 1 可溶性蛋白 0.260 0.139 −0.090 0.002 1 脯氨酸 0.006 0.255 0.484 0.305 −0.873 1 SOD 0.502 0.818 0.460 0.680 0.356 0.047 1 POD 0.019 0.407 0.982** 0.238 −0.205 0.610 0.512 1 说明:*表示差异显著(P<0.05),**表示差异极显著(P<0.01) 表 2 盐胁迫下望春玉兰叶片生理指标的主成分分析
Table 2. Principal component analysis of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress
指标 主成分1 主成分2 指标 主成分1 主成分2 相对电导率 0.721 0.549 脯氨酸 0.425 −0.793 丙二醛 0.958 0.260 超氧化物歧化酶 0.837 0.207 叶绿素 0.549 −0.616 过氧化物酶 0.651 −0.640 可溶性糖 0.882 0.292 特征值 3.821 2.491 可溶性蛋白 0.023 0.759 贡献率/% 47.758 31.134 -
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20200449