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梓树6个种源耐盐性差异的生物测定

李媛 李志辉 苗晓娟 王智 王军辉 麻文俊

引用本文:
Citation:

梓树6个种源耐盐性差异的生物测定

    通讯作者: 麻文俊, mwjlx@msn.com
  • 基金项目:

    中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“楸树优质高抗良种选育研究” CAFYBB2017ZA001-8

  • 中图分类号: S718.43

Bioassay for Salt Tolerance of Six Catalpa ovata Provenances

    Corresponding author: Wen-jun MA, mwjlx@msn.com
  • CLC number: S718.43

  • 摘要: 目的 为选择出抗盐性强的梓树种源作为楸树的嫁接砧木,拓展楸树的适生范围,旨在为选择耐盐梓树种源提供理论依据。 方法 以6个梓树种源的种子为材料,设置4个NaCl浓度梯度(0.0%、0.3%、0.6%、1.0%)开展种子萌发试验,观察其种子萌发状况,测定各胁迫处理20 d后芽苗生长表现、酶活性以及脯氨酸、MDA等可溶性物质的变化规律,计算各指标的相关指数选择评价指标,利用模糊数学中的隶属函数法结合权重综合评价各梓树种源的耐NaCl能力。 结果 6个梓树种源种子的长度、宽度、长宽比、种翅长、千粒质量以及在盐胁迫下的芽苗中的MDA、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量和SOD、POD、CAT活性均差异极显著,胚根、胚轴、幼苗的长度差异显著;各种源种子发芽的盐胁迫临界浓度(NaCl浓度)为0.6%;运用临界NaCl浓度下的指标数据进行综合评价得出梓树抗盐性排名,其耐NaCl性由大到小为辽宁桓仁、甘肃正宁、湖北襄阳、湖南吉首、贵州兴仁和河南洛阳。 结论 在盐渍土进行楸树嫁接苗繁育时,适宜选择辽宁恒仁种源梓树苗木作为其嫁接砧木。
  • 图 1  6个梓树种源种子在NaCl胁迫下的发芽率和相对发芽率差异

    Figure 1.  Differences in germination rate and relative germination rate of six Catalpa ovata provenances under NaCl stress

    图 2  6个梓树种源种子在盐胁迫下的GIVI比较

    Figure 2.  Comparison of GI and VI of six Catalpa ovata provenances under NaCl stress

    表 1  参试种子来源

    Table 1.  The seed sources involved in the present study

    种源编号
    Provenances number
    种源
    Provenances
    家系数量
    Number of family
    海拔
    Altitude /m
    经度
    Longitude(E)
    纬度
    Latitude(N)
    年均降水量
    Annual rainfall /mm
    年均气温
    Annual temperature /℃
    无霜期
    Frost-free day / d
    pH值
    pH value
    盐化程度
    Electropositive degree
    HN 湖南吉首
    Jishou of Hunan
    10 281 109°69′ 28°23′ 1 446.8 17.3 326 6 轻度
    HB 湖北襄阳
    Xiangyang of Hubei
    10 175 112°01′ 32°00′ 878.3 16.5 241 6 轻度
    GS 甘肃正宁
    Zhengning of Gansu
    6 1 081 108°47′ 35°39′ 694.8 9.0 173 8 重度
    HEN 河南洛阳
    Luoyang of Henan
    10 354 111°54′ 34°35′ 578.2 14.9 218 8 中度
    GZ 贵州兴仁
    Xingren of Guizhou
    10 1 531 105°04′ 25°32′ 1 314.8 15.2 280 6 轻度
    LN 辽宁桓仁
    Huanren of Liaoning
    10 297 124°12′ 41°27′ 661.4 7.4 153 8 重度
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    表 2  6个梓树种源间种子大小差异

    Table 2.  Seed size difference in six provenances of Catalpa ovata

    种源编号
    Provenances
    种子长度
    SL / mm
    种子宽度
    SW / mm
    种子长度/种子宽度
    SL / SW
    种翅长度
    SWL / mm
    千粒质量
    TKW / g
    辽宁桓仁LN 8.42±0.078C 2.49±0.012A 3.38±0.023BC 8.98±0.088A 4.456±0.070E
    甘肃正宁GS 7.05±0.291A 2.50±0.194A 2.83±0.103A 9.50±0.198A 2.774±0.061A
    河南洛阳HEN 8.60±0.339C 2.46±0.047A 3.51±0.181C 9.97±0.504AB 3.269±0.079B
    湖北襄阳HB 8.33±0.245C 2.69±0.039B 3.11±0.099AB 11.29±0.436B 3.186±0.084B
    湖南吉首HN 7.54±0.111AB 2.62±0.065AB 2.88±0.060A 9.19±0.364A 3.810±0.071D
    贵州兴仁GZ 8.02±0.073BC 2.78±0.025B 2.89±0.024A 9.53±0.185A 3.539±0.027C
    均值Mean 7.99 2.59 3.10 9.74 3.506
    FF value 4.482** 7.736** 7.186** 5.750** 73.221**
    0.000 0.002 0.000 0.000 0.000 0.000
    注:‘**’表示在P≤0.01水平上差异显著,大写字母表示种源间差异极显著,下同。
    Notes:‘**’mean significant difference at 0.01 level, capital letters indicate significant differences between the two provenances. The same below.
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    表 3  NaCl胁迫对不同种源芽苗生长的影响

    Table 3.  Effects of NaCl stress on seedling growth of different kinds of provenances

    芽苗器官
    Bud seedlings organs
    NaCl浓度
    NaCl concentration/%
    种源编号Provenances number
    LN GS HEN HB HN GZ F
    胚根长度
    Radical length / cm
    0.0 4.14±0.209b 5.31±0.473bc 0.81±0.173a 8.97±0.586d 6.31±0.416c 8.34±0.534d 27.682**
    0.3 3.97±0.260b 4.97±0.285c 2.53±0.335a 6.75±0.349e 6.04±0.218de 5.60±0.411cd 25.289**
    0.6 3.75±0.236bc 2.73±0.267b 1.21±0.174a 5.72±0.327d 4.41±0.368c 4.73±0.303cd 16.800**
    1.0 1.17±0.103ab 1.73±0.185bc 0.52±0.118a 2.25±0.225c 1.91±0.159bc 1.11±0.198ab 6.080**
    胚轴长度
    Hypocotyl length / cm
    0.0 1.92±0.078cd 1.71±0.045bc 0.96±0.183a 2.21±0.080d 1.67±0.062bc 1.56±0.062b 17.624**
    0.3 0.92±0.048a 1.20±0.057b 1.18±0.081b 1.65±0.070d 1.37±0.065bc 1.49±0.061cd 12.562**
    0.6 0.48±0.033a 0.89±0.071b 0.86±0.107b 1.52±0.090c 1.17±0.033b 1.05±0.064b 9.250**
    1.0 0.35±0.026ab 0.47±0.040b 0.41±0.043ab 0.71±0.062c 0.40±0.031ab 0.33±0.032a 11.028**
    苗长
    Seedling length / cm
    0.0 6.06±0.240b 7.02±0.486bc 1.77±0.295a 11.18±0.604d 7.98±0.401c 9.90±0.575d 36.007**
    0.3 4.89±0.267b 6.17±0.320c 3.71±0.361a 8.39±0.362e 7.41±0.256de 7.09±0.437cd 23.604**
    0.6 4.23±0.254bc 3.63±0.322b 2.07±0.220a 7.24±0.397e 5.57±0.365cd 5.79±0.350d 15.114**
    1.0 1.53±0.108ab 2.20±0.199bc 0.93±0.150a 2.95±0.272c 2.31±0.179bc 1.44±0.221ab 6.859**
    注:不同小写字母表示同一处理下不同种源呈显著性差异(P < 0.05)。
    Notes:Lower case letters indicate significant differences between different provenances under the same treatment at P < 0.05 among different NaCl concentrations.
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    表 4  NaCl胁迫对不同种源梓树芽苗MDA和可溶性渗透调节物质含量的影响

    Table 4.  Effect of NaCl stress on MDA and content of soluble osmotic adjustment material of different provenances of Catalpa ovata G. Don seedling

    指标
    index
    NaCl浓度
    NaCl concentration /%
    种源编号Provenances number
    LN GS HEN HB HN GZ F
    MDA含量MDA content /(nmol·g-1) 0.0 4.382±0.022D 4.184±0.013C 3.558±0.026A 3.724±0.000B 4.296±0.002D 4.354±0.009D 114.997**
    0.3 3.044±0.009D 3.889±0.006E 3.430±0.007F 2.535±0.034A 2.766±0.026B 2.933±0.008C 285.892**
    0.6 2.162±0.010B 2.693±0.001D 2.015±0.002A 2.615±0.021C 2.664±0.015CD 3.115±0.002E 637.745**
    1.0 1.553±0.012A 1.973±0.003D 1.823±0.004B 2.013±0.000D 1.884±0.008C 2.406±0.012E 340.072**
    脯氨酸含量Proline content /(μg·g-1) 0.0 66.799±0.280 68.112±0.600 75.522±0.807 102.867±0.631 91.931±0.128 325.667**
    0.3 51.685±0.812 87.937±1.121 51.938±0.406 88.694±0.077 68.182±0.047 449.380**
    0.6 146.007±0.627 112.253±0.618 100.454±0.666 213.745±0.107 169.790±0.682 2 008.311**
    1.0 334.510±0.543 276.555±2.127 217.832±3.886 399.044±0.096 388.821±0.049 584.251**
    可溶性糖含量Soluble sugar content /(mg·g-1) 0.0 5.978±0.003 5.952±0.013 4.239±0.019 5.362±0.037 5.505±0.006 513.848**
    0.3 4.667±0.007 6.370±0.032 2.642±0.040 4.706±0.005 4.637±0.046 553.692**
    0.6 6.654±0.029 5.870±0.004 3.338±0.025 5.730±0.038 4.444±0.016 985.084**
    1.0 8.787±0.011 7.821±0.059 6.438±0.002 7.631±0.024 7.965±0.033 354.738**
    可溶性蛋白含量Soluble protein content /(mg·g-1) 0.0 12.294±0.011B 14.320±0.007D 37.121±0.078F 11.324±0.076A 13.500±0.028C 16.456±0.083E 7 321.882**
    0.3 14.179±0.054C 11.383±0.028B 14.309±0.092C 16.092±0.016D 10.811±0.043A 14.027±0.176C 263.955**
    0.6 20.904±0.002E 19.515±0.091D 25.597±0.060F 10.509±0.088A 18.709±0.128C 17.595±0.030B 661.967**
    1.0 38.895±0.067F 29.956±0.031D 32.657±0.002E 19.168±0.037A 24.880±0.097C 21.276±0.185B 1 821.003**
    注:由于HEN种源种子耐NaCl性较差实验过程中死亡率较高导致部分实验数据缺失。
    Notes: some experimental data were missing due to the high mortality of HEN seeds which has poor NaCl tolerance during the experiment.
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    表 5  NaCl胁迫对不同种源芽苗抗氧化酶活性的影响

    Table 5.  Effects of NaCl stress on antioxidant enzyme activities in different provenances

    指标
    index
    NaCl浓度
    NaCl concentration /%
    种源编号Provenances number
    LN GS HEN HB HN GZ F
    SOD活性SOD activity /(U·mg-1) 0.0 34.217±0.050D 27.422±0.602B 15.322±0.167A 34.450±0.019D 30.068±0.116C 34.923±0.087D 160.107**
    0.3 31.113±0.193B 40.151±0.063D 35.367±0.423C 26.557±0.099A 41.444±0.038D 26.911±0.427A 63.925**
    0.6 19.304±0.066C 18.201±0.008C 12.376±0.234A 25.448±0.314D 19.079±0.135C 15.983±0.030B 105.884**
    1.0 9.081±0.002A 12.096±0.117B 12.732±0.173B 32.956±0.393E 16.610±0.015C 18.669±0.661D 355.086**
    POD活性POD activity /(U·g-1) 0.0 0.072±0.000A 0.077±0.001B 0.122±0.000E 0.101±0.001D 0.087±0.000BC 0.076±0.001B 302.354**
    0.3 0.142±0.000C 0.148±0.000D 0.148±0.000D 0.153±0.000E 0.099±0.000A 0.122±0.000B 480.020**
    0.6 0.101±0.005A 0.137±0.000CD 0.117±0.000B 0.146±0.000D 0.129±0.000BC 0.100±0.000A 14.481**
    1.0 0.078±0.000A 0.102±0.000D 0.089±0.000B 0.110±0.000F 0.106±0.000E 0.101±0.000C 655.333**
    CAT活性CAT activity /(U·g-1) 0.0 24.020±0.055D 31.522±0.478E 19.522±0.148C 14.871±0.124A 15.880±0.249AB 16.361±0.364B 251.690**
    0.3 29.341±0.189B 13.416±0.476A 13.776±0.433A 13.836±0.000A 12.242±0.063A 30.108±0.572B 213.960**
    0.6 41.749±0.163F 25.867±0.104E 20.415±0.027C 16.175±0.131A 24.380±0.146D 19.121±0.344B 642.730**
    1.0 22.579±0.121B 24.605±0.114C 26.583±0.194D 23.890±0.036C 24.196±0.167C 18.857±0.213A 101.770**
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    表 6  各类中指标相关指数及排序

    Table 6.  Correlative indexes and order of parameters

    分类Category 指标Index 相关指数Correlative index 类中排序Order of paramater
    1 胚轴长度Radical length 0.629 2
    POD活性POD activity 0.358 7
    MDA含量MDA content 0.472 5
    胚根长度Hypocothl length 0.522 4
    苗长Seedling length 0.599 3
    GI Germination index 0.384 6
    可溶性糖含量Soluble sugar content 0.725 1
    2 可溶性蛋白含量Soluble protein content 0.685 1
    SOD活性SOD activity 0.631 2
    CAT活性CAT activity 0.269 3
    3 发芽率Germination rate 0.487 1
    VI Vital index 0.487 1
    4 相对发芽率Relative germination rate 0.166 1
    脯氨酸含量Proline content 0.166 1
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    表 7  0.6%NaCl胁迫下各个种源芽苗指标隶属函数值、权重和综合评价D值

    Table 7.  Value of subordinative function, index weight, evaluation index D of each provenances under 0.6% NaCl content stress

    种源编号
    Provenances number
    隶属函数值Subordinative function 综合评价D值
    Evaluation D
    A(1) A(2) A(3) A(4) A(5) A(6)
    LN 1.000 0.689 1.000 0.854 0.724 0.598 0.834
    GS 0.764 0.597 0.636 0.536 0.687 0.896 0.694
    HEN 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.109
    HB 0.000 0.000 0.446 1.000 0.736 1.000 0.56
    HN 0.721 0.543 0.528 0.885 1.000 0.000 0.553
    GZ 0.334 0.470 0.212 0.468 0.484 0.388 0.372
    权重Index weight 0.208 0.109 0.200 0.222 0.042 0.218
    注:A(1):可溶性糖含量;A(2):可溶性蛋白含量;A(3):发芽率;A(4):VI;A(5):相对发芽率;A(6):脯氨酸含量。
    Notes:A(1):Soluble sugar content;A(2):Soluble protein content;A(3):Germination rate;A(4):Vital index;A(5):Relative germination rate;A(6):Proline content.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-12
  • 录用日期:  2019-08-15
  • 刊出日期:  2019-12-01

梓树6个种源耐盐性差异的生物测定

    通讯作者: 麻文俊, mwjlx@msn.com
  • 1. 中国林业科学研究院林业研究所, 林木遗传育种国家重点实验室, 国家林业和草原局林木培育重点实验室, 楸树国家创新联盟, 北京 100091
  • 2. 中南林业科技大学, 湖南 长沙 410004
基金项目:  中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“楸树优质高抗良种选育研究” CAFYBB2017ZA001-8

摘要:  目的 为选择出抗盐性强的梓树种源作为楸树的嫁接砧木,拓展楸树的适生范围,旨在为选择耐盐梓树种源提供理论依据。 方法 以6个梓树种源的种子为材料,设置4个NaCl浓度梯度(0.0%、0.3%、0.6%、1.0%)开展种子萌发试验,观察其种子萌发状况,测定各胁迫处理20 d后芽苗生长表现、酶活性以及脯氨酸、MDA等可溶性物质的变化规律,计算各指标的相关指数选择评价指标,利用模糊数学中的隶属函数法结合权重综合评价各梓树种源的耐NaCl能力。 结果 6个梓树种源种子的长度、宽度、长宽比、种翅长、千粒质量以及在盐胁迫下的芽苗中的MDA、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量和SOD、POD、CAT活性均差异极显著,胚根、胚轴、幼苗的长度差异显著;各种源种子发芽的盐胁迫临界浓度(NaCl浓度)为0.6%;运用临界NaCl浓度下的指标数据进行综合评价得出梓树抗盐性排名,其耐NaCl性由大到小为辽宁桓仁、甘肃正宁、湖北襄阳、湖南吉首、贵州兴仁和河南洛阳。 结论 在盐渍土进行楸树嫁接苗繁育时,适宜选择辽宁恒仁种源梓树苗木作为其嫁接砧木。

English Abstract

  • 楸树(Catalpa bungei C. A. Mey)为紫葳科(Bignoniaceae)梓树属(Catalpa Scop.)高大落叶乔木,是传统栽培的著名观赏和珍贵用材树种,其木材具有纹理美观、耐腐蚀和潮湿等优良特性[1-2]。近年来,我国对珍贵材的需求逐渐增大,其价格也不断上涨,但是由于国内珍贵木材供给量骤降,导致供需缺口不断扩大。因此,在保证楸树优良性状的前提下,发展楸树人工林培育,成为缓解国内高档木材供需矛盾的关键[3]。截至目前,已有大量关于楸树无性繁殖技术方面的研究报道,且显著提升了繁殖效率[4-6],其中,扦插技术环节繁琐,萌芽率与扦插成活率相对较低;组织培养和胚体繁殖要求专业性较高、技术性强;而嫁接技术相对要求较低、成活率高,易于快速应用推广。随着我国北方和中部地区乡土珍贵树种产业的快速发展,楸树优良新品种栽培面积迅速扩大。在楸树优良新品种推广应用中,由于与楸树同属的梓树(Catalpa ovata G. Don)具有结实量大、根系发达、生长迅速且抗逆性强与实生苗繁育简便等特点,成为楸树嫁接繁殖的理想砧木[7-8]。目前,以梓树为砧木繁殖嫁接的灰楸苗不仅繁殖快、成活率高,且具有较高的遗传品质和较强的抗逆性,因此,楸树砧木嫁接得以快速应用[7]

    国内外的研究中,针对木本植物的抗盐性研究主要集中在沿海防护林、经济林等树种[9]。王新建等[10]指出,抗旱性较强的砧木能有效减少豫楸嫁接苗的膜质过氧化影响,从而使其抗性增加,提高栽培效率。孙宁等[11]提出,嫁接木的耐盐性取决于砧木的抗性,且苹果的耐盐力主要是通过使用较高抗盐性的砧木实现。此外,具有优良性状的砧木提高嫁接苗的抗性在“红富士苹果”[12]、葡萄(Vitis vinifera L. Fl. Sp.)[13]、细齿樱桃(Prunus serrulata Franch. Pl. Delav)[14]、梅花(Armeniaca mume Sieb. in Verh. Batav. Genoot. Kunst. Wetensch)[15]的研究中均有体现。目前,楸树无性繁殖的发展面临瓶颈,体现在良种采穗圃的营建技术以及嫁接砧木的选择上。梓树在我国广泛分布,由于不同地区土壤的盐碱度有所不同,不同种源的耐盐性也可能存在着较大差异;而不同砧木嫁接后,嫁接苗的耐盐性具有差异,且砧木与嫁接苗的耐盐性的强弱成正比[16-21],因此,解决楸树嫁接繁育中的砧木选择问题变得尤为重要。本文对采自于6个种源的梓树种子进行NaCl模拟盐胁迫处理,分析不同种源种子萌发和芽苗生长的抗盐性,旨在为楸树优良新品种嫁接苗繁育选择适宜的梓树种源提供理论依据。

    • 试验材料为梓树6个种源种子,详细信息见表 1

      表 1  参试种子来源

      Table 1.  The seed sources involved in the present study

      种源编号
      Provenances number
      种源
      Provenances
      家系数量
      Number of family
      海拔
      Altitude /m
      经度
      Longitude(E)
      纬度
      Latitude(N)
      年均降水量
      Annual rainfall /mm
      年均气温
      Annual temperature /℃
      无霜期
      Frost-free day / d
      pH值
      pH value
      盐化程度
      Electropositive degree
      HN 湖南吉首
      Jishou of Hunan
      10 281 109°69′ 28°23′ 1 446.8 17.3 326 6 轻度
      HB 湖北襄阳
      Xiangyang of Hubei
      10 175 112°01′ 32°00′ 878.3 16.5 241 6 轻度
      GS 甘肃正宁
      Zhengning of Gansu
      6 1 081 108°47′ 35°39′ 694.8 9.0 173 8 重度
      HEN 河南洛阳
      Luoyang of Henan
      10 354 111°54′ 34°35′ 578.2 14.9 218 8 中度
      GZ 贵州兴仁
      Xingren of Guizhou
      10 1 531 105°04′ 25°32′ 1 314.8 15.2 280 6 轻度
      LN 辽宁桓仁
      Huanren of Liaoning
      10 297 124°12′ 41°27′ 661.4 7.4 153 8 重度
    • 每个种源测定10株(GS种源测定6株),每株随机选择90粒种子测定种子长度(SL)、种子宽度(SW)和种翅长度(SWL),精确到0.01 mm,测定后计算单株平均值。每个种源随机抽取混合种子4份,每份200粒,用电子天平称质量(精度为0.001 g),换算为千粒质量(TKW)。

    • 试验设置4种NaCl浓度:0.0%、0.3%、0.6%和1.0%,以6个种源的种子为材料,进行模拟盐胁迫处理,0.0%的NaCl浓度为对照。分别将每个种源内各单株的种子进行等量混合,以混合种子为材料铺设萌发试验,进行NaCl胁迫处理。每种处理设置4次重复,每重复100粒。

    • 播种前一天,每个种源种子用浓度为4‰的高锰酸钾溶液消毒1 h,用清水将高锰酸钾冲洗干净,40℃温水浸泡(让其自然冷却)23 h。

    • 依据试验设计,用不同浓度的NaCl溶液浸泡定性滤纸;然后分别将不同处理的滤纸铺在培养皿底部,每个培养皿中铺入2张,并将种子整齐摆放在滤纸上面,使种子和滤纸充分接触;最后向每个培养皿中加入10 mL NaCl溶液,并用电子天平称质量(精度为0.01 g),编号。

    • 将不同处理下的种子放入光照培养箱(HPG-280BX)中培养。光照:光强12 000 Lx,28℃,8:00—18:00;黑暗:23℃,18:00—8:00。

    • 由于培养过程中会造成失水,所以每天8:00—9:00每个培养皿分别称质量(精度为0.01 g),补充去离子水,保持NaCl溶液的浓度基本稳定。

    • 培养3 d后,每天调查各培养皿中种子发芽数量。发芽的标准为胚根长度达到种子长度的1/2[22]

    • 培养17 d后测定芽苗的胚根长度和胚轴长度,测定精度为0.1 cm。每个处理下每次重复选择长势均一的5株芽苗进行测定。

    • 用Excel 2007和SPSS 16.0进行数据处理、统计分析和图表制作。采用单因素方差分析检验不同种源梓树种子形态、萌发和幼苗生长性状是否存在显著差异,多重比较采用Duncan法。

      发芽率=种子发芽数/供试种子数×100%

      相对发芽率=种子发芽率/对照发芽率×100%

      发芽势=发芽达到高峰期的种子发芽数/供试种子数×100%

      发芽指数GI=∑(Gt/Dt)

      式中:Gt为第t天发芽数,Dt为发芽的天数。

      活力指数VI=GI×L

      式中:L为幼苗长度(cm)。

      运用SPSS 16.0对测定性状进行聚类分析和Person相关分析,各性状聚类分析前统一进行Z得分标准化处理,聚类方法采用Ward法。通过公式(1)计算相关指数大小来确定评价指标[23],相关指数越大,其指标的代表性越强。

      $ R_{i}^{2}=\sum r^{2} /(n-1) $

      (1)

      式中:Ri为各类每个指标的相关指数;n为各类指标的性状个数;r为同类中某项与其它指标间的相关系数。

      采用隶属函数法结合各指标的权重评价不同种源梓树的抗盐能力差异[24-25]。同时,为了合理评价各种源对NaCl胁迫的敏感性,采用梓树种子发芽临界浓度的处理数值作为评价指标值。通过隶属函数公式,计算各指标的隶属函数值。当指标与抗盐性呈正相关,则用公式(2);当指标与抗盐性呈负相关,则用公式(3)。

      $ \mu\left(X_{i j}\right)=\left(X_{i j}-X_{j \min }\right) /\left(X_{j \max }-X_{j \min }\right) $

      (2)

      $ \mu\left(X_{i j}\right)=1-\left(X_{i j}-X_{j \min }\right) /\left(X_{j \max }-X_{j \min }\right) $

      (3)

      式中:μ(Xij)为i种源j指标的隶属函数值,Xiji种源j指标的值,Xjmax为各种源j指标值中的最大值;Xjmin为该指标中的最小值。

      采用标准系数法确定不同指标的权重,依次计算标准差系数Vj与各指标的权重Wj

      $ V_{j}=\sqrt{\left(\sum\limits_{i=1}^{n}\left(X_{i j}-\bar{X}_{j}\right)^{2}\right) / \bar{X}_{j}} $

      (4)

      $ W_{j}=V_{j} / \sum\limits_{i=1}^{m} V_{j} $

      (5)

      式中:Xiji种源j指标的值,$\bar{X}_{j}$为j指标的平均值。

      由此用公式(6)求出不同种源的综合评价值,来表示其抗盐性。

      $ D=\sum\limits_{i=1}^{n}\left[\mu\left(X_{j}\right) \times W_{j}\right] $

      (6)

      式中:μ(Xj)为种源j指数的隶属函数值,Wjj指标权重,D为综合价值。

      最后根据D值对各梓树种源的抗盐性进行评价。

    • 梓树的6个种源间种子长度(F = 4.482**p =0.002)、宽度(F=7.736**p=0.000)、长宽比(F=7.186**p=0.000)和种翅长度(F=5.750**p=0.000)差异均达到极显著水平(表 2)。其平均长度与平均宽度分别为7.99、2.59 mm,其中,HEN的种子长度最大(8.60 mm),宽度最小(2.46 mm),长宽比最大(3.51);GS种子长度最小,长度和宽度分别为7.05、2.50 mm。种翅最长的种源是HB,达11.29 mm,而LN则最短,为8.98 mm,二者相差为2.31 mm。

      表 2  6个梓树种源间种子大小差异

      Table 2.  Seed size difference in six provenances of Catalpa ovata

      种源编号
      Provenances
      种子长度
      SL / mm
      种子宽度
      SW / mm
      种子长度/种子宽度
      SL / SW
      种翅长度
      SWL / mm
      千粒质量
      TKW / g
      辽宁桓仁LN 8.42±0.078C 2.49±0.012A 3.38±0.023BC 8.98±0.088A 4.456±0.070E
      甘肃正宁GS 7.05±0.291A 2.50±0.194A 2.83±0.103A 9.50±0.198A 2.774±0.061A
      河南洛阳HEN 8.60±0.339C 2.46±0.047A 3.51±0.181C 9.97±0.504AB 3.269±0.079B
      湖北襄阳HB 8.33±0.245C 2.69±0.039B 3.11±0.099AB 11.29±0.436B 3.186±0.084B
      湖南吉首HN 7.54±0.111AB 2.62±0.065AB 2.88±0.060A 9.19±0.364A 3.810±0.071D
      贵州兴仁GZ 8.02±0.073BC 2.78±0.025B 2.89±0.024A 9.53±0.185A 3.539±0.027C
      均值Mean 7.99 2.59 3.10 9.74 3.506
      FF value 4.482** 7.736** 7.186** 5.750** 73.221**
      0.000 0.002 0.000 0.000 0.000 0.000
      注:‘**’表示在P≤0.01水平上差异显著,大写字母表示种源间差异极显著,下同。
      Notes:‘**’mean significant difference at 0.01 level, capital letters indicate significant differences between the two provenances. The same below.

      6个种源的千粒质量表现出极显著差异(F = 73.221**p =0.000),其变幅为2.774 4.456 g,依次为LN>HN>GZ>HEN>HB>GS。

    • NaCl胁迫下,不同种源种子发芽率见图 1。随着NaCl浓度的增大,6个种源的发芽率表现出2种变化趋势,GS和HEN种源均表现出先升高后降低的趋势,其它种源则为持续下降的趋势(图 1);当NaCl浓度高于0.6%时,各种源的相对发芽率均快速降低(图 1B),其中,GZ和HEN种源下降较快;NaCl浓度低于0.6%时,各种源发芽率趋势具有一定的波动,趋势不一致(图 1A),其中,NaCl浓度为0.3%时,GS和HEN的发芽率和相对发芽率均比对照高。这一结果说明在梓树种子萌发过程中,0.6%为NaCl胁迫的临界点,且一定量NaCl胁迫,有利于GS和HEN的种子发芽。NaCl浓度低于0.6%时,6个种源发芽率大小依次为LN>GS>HN>HB>GZ≥HEN。

      图  1  6个梓树种源种子在NaCl胁迫下的发芽率和相对发芽率差异

      Figure 1.  Differences in germination rate and relative germination rate of six Catalpa ovata provenances under NaCl stress

    • NaCl胁迫对芽苗生长也产生了显著影响。胚根长度、胚轴长度和幼苗长度在种源和处理间均存在显著差异。表 3表明:NaCl胁迫对不同种源产生的影响不同,随处理浓度的增大,HEN种源的胚根长度、胚轴长度、苗长均呈现出先升高后降低的趋势,而其它种源则持续降低;当NaCl浓度为0.6%时,不同种源幼苗的平均胚根长度均值从大到小排列为:HB>GZ>HN>LN>GS>HEN,胚轴长度排序为:HB>HN>GZ>GS>HEN>LN;苗长排序为:HB>GZ>HN>LN>GS>HEN。芽苗的表型间接地反应了种子在盐胁迫下的活力大小,由此结果得出,HB种源的耐盐性较高。

      表 3  NaCl胁迫对不同种源芽苗生长的影响

      Table 3.  Effects of NaCl stress on seedling growth of different kinds of provenances

      芽苗器官
      Bud seedlings organs
      NaCl浓度
      NaCl concentration/%
      种源编号Provenances number
      LN GS HEN HB HN GZ F
      胚根长度
      Radical length / cm
      0.0 4.14±0.209b 5.31±0.473bc 0.81±0.173a 8.97±0.586d 6.31±0.416c 8.34±0.534d 27.682**
      0.3 3.97±0.260b 4.97±0.285c 2.53±0.335a 6.75±0.349e 6.04±0.218de 5.60±0.411cd 25.289**
      0.6 3.75±0.236bc 2.73±0.267b 1.21±0.174a 5.72±0.327d 4.41±0.368c 4.73±0.303cd 16.800**
      1.0 1.17±0.103ab 1.73±0.185bc 0.52±0.118a 2.25±0.225c 1.91±0.159bc 1.11±0.198ab 6.080**
      胚轴长度
      Hypocotyl length / cm
      0.0 1.92±0.078cd 1.71±0.045bc 0.96±0.183a 2.21±0.080d 1.67±0.062bc 1.56±0.062b 17.624**
      0.3 0.92±0.048a 1.20±0.057b 1.18±0.081b 1.65±0.070d 1.37±0.065bc 1.49±0.061cd 12.562**
      0.6 0.48±0.033a 0.89±0.071b 0.86±0.107b 1.52±0.090c 1.17±0.033b 1.05±0.064b 9.250**
      1.0 0.35±0.026ab 0.47±0.040b 0.41±0.043ab 0.71±0.062c 0.40±0.031ab 0.33±0.032a 11.028**
      苗长
      Seedling length / cm
      0.0 6.06±0.240b 7.02±0.486bc 1.77±0.295a 11.18±0.604d 7.98±0.401c 9.90±0.575d 36.007**
      0.3 4.89±0.267b 6.17±0.320c 3.71±0.361a 8.39±0.362e 7.41±0.256de 7.09±0.437cd 23.604**
      0.6 4.23±0.254bc 3.63±0.322b 2.07±0.220a 7.24±0.397e 5.57±0.365cd 5.79±0.350d 15.114**
      1.0 1.53±0.108ab 2.20±0.199bc 0.93±0.150a 2.95±0.272c 2.31±0.179bc 1.44±0.221ab 6.859**
      注:不同小写字母表示同一处理下不同种源呈显著性差异(P < 0.05)。
      Notes:Lower case letters indicate significant differences between different provenances under the same treatment at P < 0.05 among different NaCl concentrations.
    • 发芽指数是发芽率的深化,活力指数综合了发芽速率和生长量特性,因此,这2项指标能更好的反应种子的活力特征。图 2表明:各种源的GIVI随NaCl浓度变化的总趋势及种源间差异基本一致,除HEN外,其它5个种源的GIVI均随NaCl浓度的升高而降低,且不同种源间也存在较显著的差异。在整个NaCl胁迫处理过程中,HEN种源的2项指标均最小,其次为GZ种源,最大分别为LN和HB种源。这表明不同种源种子的活力指数对梯度性盐胁迫具有不同敏感性。

      图  2  6个梓树种源种子在盐胁迫下的GIVI比较

      Figure 2.  Comparison of GI and VI of six Catalpa ovata provenances under NaCl stress

    • 通过多重比较可知:MDA、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量在种源和处理间均存在极显著差异(表 4)。处理后LN、GS、HEN和HN种源的MDA含量随NaCl浓度的增加而减少,而HB和GZ种源则随NaCl浓度的升高总体呈不断降低的趋势,在NaCl浓度0.6%时有小幅度回升,但不存在统计学水平的显著差异。这意味HB和GZ种源的MDA代谢变化体现在盐胁迫的有无及高浓度盐胁迫条件下。当NaCl浓度达到0.3%时,LN、HB、HN和GZ种源的脯氨酸含量均达最小值,之后随NaCl浓度上升而增加;GS种源的脯氨酸含量则随NaCl浓度升高而持续增加。除GS种源外,随NaCl浓度不断升高其他种源的可溶性糖含量均呈先减少后增加的趋势;除LN和HB种源外,随NaCl浓度不断升高其他种源的可溶性蛋白含量均呈先降低后升高的趋势。因此,随NaCl浓度变化可溶性糖含量和可溶性蛋白含量具有相似的变化趋势。生理的变化是表型变化的内在原因,以上结果表明了LN的较强耐盐性可能是其具有更高效的渗透调节能力。

      表 4  NaCl胁迫对不同种源梓树芽苗MDA和可溶性渗透调节物质含量的影响

      Table 4.  Effect of NaCl stress on MDA and content of soluble osmotic adjustment material of different provenances of Catalpa ovata G. Don seedling

      指标
      index
      NaCl浓度
      NaCl concentration /%
      种源编号Provenances number
      LN GS HEN HB HN GZ F
      MDA含量MDA content /(nmol·g-1) 0.0 4.382±0.022D 4.184±0.013C 3.558±0.026A 3.724±0.000B 4.296±0.002D 4.354±0.009D 114.997**
      0.3 3.044±0.009D 3.889±0.006E 3.430±0.007F 2.535±0.034A 2.766±0.026B 2.933±0.008C 285.892**
      0.6 2.162±0.010B 2.693±0.001D 2.015±0.002A 2.615±0.021C 2.664±0.015CD 3.115±0.002E 637.745**
      1.0 1.553±0.012A 1.973±0.003D 1.823±0.004B 2.013±0.000D 1.884±0.008C 2.406±0.012E 340.072**
      脯氨酸含量Proline content /(μg·g-1) 0.0 66.799±0.280 68.112±0.600 75.522±0.807 102.867±0.631 91.931±0.128 325.667**
      0.3 51.685±0.812 87.937±1.121 51.938±0.406 88.694±0.077 68.182±0.047 449.380**
      0.6 146.007±0.627 112.253±0.618 100.454±0.666 213.745±0.107 169.790±0.682 2 008.311**
      1.0 334.510±0.543 276.555±2.127 217.832±3.886 399.044±0.096 388.821±0.049 584.251**
      可溶性糖含量Soluble sugar content /(mg·g-1) 0.0 5.978±0.003 5.952±0.013 4.239±0.019 5.362±0.037 5.505±0.006 513.848**
      0.3 4.667±0.007 6.370±0.032 2.642±0.040 4.706±0.005 4.637±0.046 553.692**
      0.6 6.654±0.029 5.870±0.004 3.338±0.025 5.730±0.038 4.444±0.016 985.084**
      1.0 8.787±0.011 7.821±0.059 6.438±0.002 7.631±0.024 7.965±0.033 354.738**
      可溶性蛋白含量Soluble protein content /(mg·g-1) 0.0 12.294±0.011B 14.320±0.007D 37.121±0.078F 11.324±0.076A 13.500±0.028C 16.456±0.083E 7 321.882**
      0.3 14.179±0.054C 11.383±0.028B 14.309±0.092C 16.092±0.016D 10.811±0.043A 14.027±0.176C 263.955**
      0.6 20.904±0.002E 19.515±0.091D 25.597±0.060F 10.509±0.088A 18.709±0.128C 17.595±0.030B 661.967**
      1.0 38.895±0.067F 29.956±0.031D 32.657±0.002E 19.168±0.037A 24.880±0.097C 21.276±0.185B 1 821.003**
      注:由于HEN种源种子耐NaCl性较差实验过程中死亡率较高导致部分实验数据缺失。
      Notes: some experimental data were missing due to the high mortality of HEN seeds which has poor NaCl tolerance during the experiment.

      抗氧化酶生理变化是反应生物体抗胁迫能力的重要指标,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性在种源和处理间均存在极显著差异(表 5)。随NaCl浓度的升高3种抗氧化酶活性的变化趋势不同。GS、HEN、HN种源的SOD活性呈先升后降的趋势,HB和GZ种源呈先降后升的趋势,LN种源呈不断降低的趋势。6个种源POD活性变化趋势较为一致,随NaCl浓度升高而先升后降。HEN、HB、HN、GS种源的CAT活性随NaCl浓度的升高呈先降低后升高的趋势,而LN和GZ种源的变化趋势则相反。以上结果表明,本研究的抗氧化酶活性变化规律较为复杂,不能单一得由其活性大小来反应种子的耐盐性能力。

      表 5  NaCl胁迫对不同种源芽苗抗氧化酶活性的影响

      Table 5.  Effects of NaCl stress on antioxidant enzyme activities in different provenances

      指标
      index
      NaCl浓度
      NaCl concentration /%
      种源编号Provenances number
      LN GS HEN HB HN GZ F
      SOD活性SOD activity /(U·mg-1) 0.0 34.217±0.050D 27.422±0.602B 15.322±0.167A 34.450±0.019D 30.068±0.116C 34.923±0.087D 160.107**
      0.3 31.113±0.193B 40.151±0.063D 35.367±0.423C 26.557±0.099A 41.444±0.038D 26.911±0.427A 63.925**
      0.6 19.304±0.066C 18.201±0.008C 12.376±0.234A 25.448±0.314D 19.079±0.135C 15.983±0.030B 105.884**
      1.0 9.081±0.002A 12.096±0.117B 12.732±0.173B 32.956±0.393E 16.610±0.015C 18.669±0.661D 355.086**
      POD活性POD activity /(U·g-1) 0.0 0.072±0.000A 0.077±0.001B 0.122±0.000E 0.101±0.001D 0.087±0.000BC 0.076±0.001B 302.354**
      0.3 0.142±0.000C 0.148±0.000D 0.148±0.000D 0.153±0.000E 0.099±0.000A 0.122±0.000B 480.020**
      0.6 0.101±0.005A 0.137±0.000CD 0.117±0.000B 0.146±0.000D 0.129±0.000BC 0.100±0.000A 14.481**
      1.0 0.078±0.000A 0.102±0.000D 0.089±0.000B 0.110±0.000F 0.106±0.000E 0.101±0.000C 655.333**
      CAT活性CAT activity /(U·g-1) 0.0 24.020±0.055D 31.522±0.478E 19.522±0.148C 14.871±0.124A 15.880±0.249AB 16.361±0.364B 251.690**
      0.3 29.341±0.189B 13.416±0.476A 13.776±0.433A 13.836±0.000A 12.242±0.063A 30.108±0.572B 213.960**
      0.6 41.749±0.163F 25.867±0.104E 20.415±0.027C 16.175±0.131A 24.380±0.146D 19.121±0.344B 642.730**
      1.0 22.579±0.121B 24.605±0.114C 26.583±0.194D 23.890±0.036C 24.196±0.167C 18.857±0.213A 101.770**
    • 选择0.6%NaCl浓度处理的各指标数据,根据14个指标的相关指数计算结果,并对其排名(表 6),选择可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、发芽率、VI、相对发芽率、脯氨酸含量作为评价各种源耐NaCl性指标。应用隶属函数法对不同梓树种源进行耐盐性评价(表 7),6个种源的隶属函数变幅为0.109 0.834,6个种源耐NaCl由强到弱依次为LN>GS>HB>HN>GZ>HEN。

      表 6  各类中指标相关指数及排序

      Table 6.  Correlative indexes and order of parameters

      分类Category 指标Index 相关指数Correlative index 类中排序Order of paramater
      1 胚轴长度Radical length 0.629 2
      POD活性POD activity 0.358 7
      MDA含量MDA content 0.472 5
      胚根长度Hypocothl length 0.522 4
      苗长Seedling length 0.599 3
      GI Germination index 0.384 6
      可溶性糖含量Soluble sugar content 0.725 1
      2 可溶性蛋白含量Soluble protein content 0.685 1
      SOD活性SOD activity 0.631 2
      CAT活性CAT activity 0.269 3
      3 发芽率Germination rate 0.487 1
      VI Vital index 0.487 1
      4 相对发芽率Relative germination rate 0.166 1
      脯氨酸含量Proline content 0.166 1

      表 7  0.6%NaCl胁迫下各个种源芽苗指标隶属函数值、权重和综合评价D值

      Table 7.  Value of subordinative function, index weight, evaluation index D of each provenances under 0.6% NaCl content stress

      种源编号
      Provenances number
      隶属函数值Subordinative function 综合评价D值
      Evaluation D
      A(1) A(2) A(3) A(4) A(5) A(6)
      LN 1.000 0.689 1.000 0.854 0.724 0.598 0.834
      GS 0.764 0.597 0.636 0.536 0.687 0.896 0.694
      HEN 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.109
      HB 0.000 0.000 0.446 1.000 0.736 1.000 0.56
      HN 0.721 0.543 0.528 0.885 1.000 0.000 0.553
      GZ 0.334 0.470 0.212 0.468 0.484 0.388 0.372
      权重Index weight 0.208 0.109 0.200 0.222 0.042 0.218
      注:A(1):可溶性糖含量;A(2):可溶性蛋白含量;A(3):发芽率;A(4):VI;A(5):相对发芽率;A(6):脯氨酸含量。
      Notes:A(1):Soluble sugar content;A(2):Soluble protein content;A(3):Germination rate;A(4):Vital index;A(5):Relative germination rate;A(6):Proline content.
    • 植物对盐胁迫的适应性不仅体现在生长发育上,而且也体现在代谢和生理生态适应等方面。植物耐盐性是由多基因控制的一个数量性状[26],受多种因素影响,因此,必须采用多指标综合评价[27]。然而,目前关于植物耐盐性评价,并没有一个较完善统一的评价体系[28]。本文分析表明,梓树6个种源种子受NaCl胁迫后的胚根长、胚轴长、苗长,MDA、脯氨酸、可溶性糖与可溶性蛋白含量以及SOD、POD、CAT活性均呈极显著的差异。各种源种子的发芽率和相对发芽率均在NaCl浓度为0.6%时快速下降,即可说明在此种子萌发试验中,此浓度为NaCl胁迫的临界点。选取临界浓度的数据,计算各指标的相关系数,选择了发芽率、相对发芽率、VI、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量6个指标,采用隶属函数法对6个梓树种源的耐盐性进行了综合评价,最终获得了6个种源的耐盐性大小排序,同时也为梓树种源耐NaCl能力评价提供了指标体系。

      物种在长期进化过程中,为了适应不同地区复杂的生态环境而产生了相应的遗传变异,并将其性状稳定地反映在种子形态和苗木生长发育中。因此,在遗传型和环境因子共同作用下,同一物种不同种源的种子性状及其生理生化特性存在不同程度的差异[29-30]。梓树6个种源的各指标差异显著,这与各种源当地的土壤与气候条件有关,也反映了不同种源耐盐性上的明显差异。由耐盐性大小排序可知,LN、GS种源的耐盐性最强,而二者的种源地的年均气温最低、无霜期最短,土壤pH值呈碱性且盐化程度最严重,其年降水量也处于6个种源中较低水平,因此,这2个种源在对其环境的长期适应过程中产生了一定的抗性;而LN的高耐盐性也可能是与其长期生长于具有风沙地和低洼盐碱地特征的松嫩平原地区有关[31]。耐盐性最差的是HEN,其种源地年降水量虽处于中等水平,土壤pH值为碱性且出现中度的盐渍化现象,但是年平均气温中等、无霜期较短,这可能导致了HEN与LN、GS种源耐盐性的差异。由此说明,梓树的耐盐性可能受环境和遗传因素的交互作用影响。HB、HN、GZ三个种源地土壤与气候较其它种源均差异不大,且雨量充足,气温较高,因此,耐NaCl能力大小相近。这说明,梓树耐盐性存在显著的种源效应,其抗性明显受遗传控制。综上所述,梓种源间存在着丰富的耐盐性变异,而作为楸树的嫁接砧木,选择出抗盐性较强的种源应用于楸树嫁接苗的繁育,从而为楸树良种壮苗繁育和高效培育奠定基础。

    • 经NaCl模拟盐胁迫试验的6个种源,其种子性状和萌发性状差异明显,筛选出种子发芽率、相对发芽率、VI以及幼苗脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量可作为梓树种源耐NaCl能力评价的指标,运用隶属函数法评价6个种源的抗盐能力强弱排序为LN>GS>HB> HN>GZ>HEN。

参考文献 (31)

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