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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)。
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) Table 1. Correlation matrix of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress
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。
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 Table 2. Principal component analysis of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress