郭 聰，張 健，馬祥建，李玉娟，王 瑩，談 峰，李 敏

(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，南通 226541)

全球有8.0×109hm2以上的土地是鹽漬土[1]，其中，中國鹽漬土面積約為2.7×107hm2[2]。高鹽影響細(xì)胞代謝和離子平衡[3]，抑制植物的生長發(fā)育，嚴(yán)重限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。研究表明，不同的作物或者品種之間的耐鹽性存在巨大的差異[4-5]，挖掘農(nóng)作物耐鹽能力以及篩選和培育耐鹽品種，能夠有效開發(fā)和利用鹽堿地[6]，對鹽堿地綠化和改良意義重大。

柳樹(SalixL.)為楊柳科，種質(zhì)資源豐富，全球有柳樹品種500 種以上，主要集中在亞熱帶區(qū)域和中國南方地區(qū)，我國柳樹品種達(dá)256種[7-8]。柳樹抗逆性強，在水土保持、鹽堿地改造和城市園林綠化等方面有著廣闊的應(yīng)用前景[9]。近幾年來，在柳樹的遺傳圖譜構(gòu)建、耐鹽QTL分析、耐鹽生理研究及耐鹽基因的克隆等方面取得了重大的突破[5，10-12]。本研究通過對15種柳樹的耐鹽性進(jìn)行隸屬函數(shù)值和聚類分析，以期為柳樹耐鹽性鑒定和耐鹽機理研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

從江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園林研究室柳樹資源圃中選擇旱柳、龍柳、金絲垂柳、垂柳、 紅腺柳、‘9901’‘海柳1號’‘鹽柳1號’‘吉林85-68’‘吉林85-70’、LA1401、LA1402、LY-01、LY-02、LY-03作為試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年10月在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園林研究室進(jìn)行。選擇一年生、粗細(xì)一致、無病蟲害的柳樹插穗進(jìn)行水培培養(yǎng)，NaCl培養(yǎng)液濃度設(shè)定 0(CK)、50 mmolL、100 mmolL和150 mmolL共 4個處理，每處理種植 5 棵，重復(fù) 3次，置入晝夜溫度25℃21℃、相對濕度80%±2%、光照強度2 100 lx、光照時間12 h的人工光照氣候室中，培養(yǎng) 20 d 后測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測定

鹽脅迫 20 d 時，測定植株根數(shù)、根長、最長根、地上部分干鮮重和地下部分干鮮重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

隸屬函數(shù)法的具體計算方法如下：

(1)各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值[6]

某一指標(biāo)與耐鹽性呈正相關(guān)：X(u)=(X-Xmin)(Xmax-Xmin)

某一指標(biāo)與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)：X(u)=1-(X-Xmin)(Xmax-Xmin)

式中：X表示某一柳樹某一指標(biāo)的測定值；Xmax表示某一指標(biāo)所有柳樹測定值中的最大值；Xmin表示該指標(biāo)中的最小值。

(2)隸屬度平均值為每種柳樹的各項耐鹽指標(biāo)的隸屬度值的平均值[14]。隸屬度平均值越大，柳樹的耐鹽力越低。

1.5 聚類分析法

利用統(tǒng)計軟件SPSS 19.0進(jìn)行聚類分析，聚類方法為Ward法(即離差平方和法)[15]。樹狀圖中距離越近表示他們的耐鹽性越相似。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對不同柳樹苗期的影響

由圖1、圖2和圖3可知，隨著鹽溶液濃度的提高，大部分柳樹的鹽害系數(shù)升高。在100 mmolL NaCl處理下，大部分柳樹的鹽害系數(shù)在80%左右，在150 mmolL NaCl處理下，絕大數(shù)柳樹都接近100%。另外，紅腺柳在CK處理下，能夠正常的生根和發(fā)芽，然而在50 mmolL、100 mmolL和150 mmolL NaCl處理下并沒有發(fā)現(xiàn)生根和發(fā)芽的情況，各個指標(biāo)的鹽害系數(shù)均為100%，說明鹽脅迫嚴(yán)重抑制了紅腺柳的生長。

2.2 50 mmolL NaCl溶液對柳樹苗期鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的影響及相關(guān)性

如表2所示，柳樹根部根數(shù)、根長、最長根3個指標(biāo)之間、地上鮮重和地上干重之間、地下鮮重和地下干重之間的鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。柳樹根部的3個指標(biāo)與地上鮮干重之間的鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值相關(guān)性達(dá)到顯著水平，與地下鮮干重之間達(dá)到極顯著水平。而地上鮮重與地下鮮重之間差異達(dá)到極顯著水平，地上干重與地下干重之間差異達(dá)到顯著水平，地上鮮重與地下干重之間和地上干重和地下鮮重之間差異不顯著。進(jìn)一步表明鹽脅迫嚴(yán)重影響了柳樹根部的生長發(fā)育，進(jìn)而抑制了莖和葉的生長。

表1 50 mmolL NaCl對柳樹苗期各指標(biāo)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的影響

Table 1 Effects of 50 mmolL NaCl on the subjection values of salt toxicity coefficients of indices at wollow seedling stage

表1 50 mmolL NaCl對柳樹苗期各指標(biāo)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的影響

品種 根數(shù)根長最長根地上鮮重地下鮮重地上干重地下干重平均值排序旱柳1.000 f 1.000 d 1.000 f 0.000 abcdefgh 0.890 cd 0.524 abcdef 0.925 bc 0.585 4 ‘9901’0.042 a 0.895 a 0.151 a 0.034 ab 0.350 a 0.135 b 1.000 a 0.380 10‘海柳1號’0.229 bc 0.224 bc 0.037 bcd 0.260 a 0.843 d 0.294 a 0.205 c 0.400 9龍柳0.273 b 0.426 b 0.277 bc 0.338 cde 0.188 bc 0.312 bc 0.325 b 0.291 11金絲垂柳0.345 de 0.528 d 0.367 e 0.527 defgh 0.462 d 0.239 bcde 0.573 c 0.450 8垂柳0.142 ef 0.480 d 0.270 ef 1.000 h 1.000 d 1.000 f 1.000 c 1.000 1‘鹽柳1號’0.209 de 0.365 cd 0.209 bcd 0.339 bcd 0.000 d 0.390 bcd 0.065 c 0.199 13‘吉林85-68’0.242 ef 0.442 d 0.273 e 0.246 efgh 0.606 d 0.990 cdef 0.101 c 0.485 7‘吉林85-70’0.000 cd 0.017 bc 0.220 abc 0.250 bc 0.009 d 0.081 b 0.186 c 0.132 14紅腺柳1.000 f 1.000 d 1.000 f 1.000 h 1.000 d 1.000 f 1.000 c 1.000 1LA14010.007 a 0.058 a 0.182 ab 0.987 cdefg 0.683 b 0.852 bc 0.366 a 0.722 2LA14020.098 a 0.110 a 0.128 a 0.011 cdef 0.179 b 0.047 bc 0.659 a 0.224 12LY-010.792 def 0.986 cd 0.049 cde 0.887 fgh 0.688 cd 0.662 ef 0.375 bc 0.653 3LY-020.084 de 0.000 d 0.207 de 0.739 efgh 0.283 d 0.747 def 0.176 c 0.486 6LY-030.260 ef 0.320 d 0.000 de 0.335 gh 0.259 d 1.000 def 0.704 c 0.575 5

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)

表2 50 mmolL NaCl對柳樹苗期各指標(biāo)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的相關(guān)性

Table 2 Correlation of 50 mmolL NaCl on the subjection values of salt toxicity coefficients of indices at wollow seedling stage

表2 50 mmolL NaCl對柳樹苗期各指標(biāo)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的相關(guān)性

根數(shù)根長最長根地上鮮重地下鮮重地上干重地下干重根數(shù)1根長0.916**1最長根0.616**0.796**1地上鮮重0.212*0.1560.1251地下鮮重0.527**0.510**0.335**0.243**1地上干重0.168*0.1500.1320.835**0.1681地下干重0.459**0.495**0.405**0.1430.664**0.181*1

注：**表示在0.01水平上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平上顯著相關(guān)

2.3 柳樹苗期耐鹽性聚類分析

將每種柳樹的平均隸屬函數(shù)值采用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析，最終將15種柳樹分為4類(圖4)。第①類為高等耐鹽柳樹，分別為‘鹽柳1號’、LA1402、龍柳和‘吉林85-70’，平均隸屬函數(shù)值均小于0.300。第②類為中等耐鹽柳樹，分別為‘9901’‘海柳1號’‘吉林85-68’、LY-02和金絲垂柳，平均隸屬函數(shù)值范圍為0.300—0.500。第③類為低等耐鹽柳樹，分別為旱柳、LY-03、LA1401和LY-01，平均隸屬函數(shù)值范圍為0.500—0.800。第④類為敏鹽柳樹，分別為垂柳和紅腺柳，平均隸屬函數(shù)值均為1.000。這與根據(jù)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的耐鹽能力評價結(jié)果較一致。

3 討論

本研究中，鹽脅迫下15種柳樹的生長均受到不同程度地抑制。隨著鹽濃度的增加，其根長、根數(shù)、最長根、地上鮮重、地上干重、地下鮮重以及地下干重的鹽害系數(shù)均越來越高，這與李敏[12]和趙可夫[18]的研究結(jié)果一致。通過對15種柳樹苗期的平均鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值進(jìn)行聚類分析，篩選出4類不同耐鹽程度的柳樹。其中，‘9901’的耐鹽程度高于旱柳的耐鹽程度，這與李敏的研究結(jié)果一致[12]。

鹽脅迫影響根生長發(fā)育和形態(tài)結(jié)構(gòu)，改變根吸收水分和離子的能力，導(dǎo)致激素等信號的產(chǎn)生，進(jìn)而影響植物地上部的生長[19]。李妍[20]對蘇丹草耐鹽性的研究及李景欣等[21]對黃芪耐鹽性的研究均表明低濃度鹽脅迫下，種子萌發(fā)或幼苗生長受到促進(jìn)作用。本試驗中，‘9901’的根數(shù)、根長、最長根、地下鮮干重的鹽害系數(shù)值表明，低鹽濃度促進(jìn)其根長生長，隨著NaCl濃度的升高其根長生長受到抑制，與前人結(jié)論相符。這種現(xiàn)象可能與低鹽能夠促進(jìn)植物細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)，進(jìn)而啟動植物發(fā)育有關(guān)[22]，但關(guān)于啟動這一過程的分子機制則需要進(jìn)一步研究。經(jīng)聚類分析所得敏鹽和低等耐鹽柳樹隨著鹽濃度的升高，其根長的生長受到了抑制，大多數(shù)在100 mmolL NaCl處理時趨于死亡。

4 結(jié)論

本研究中，通過鹽脅迫模擬，得到柳樹耐鹽性鑒定的最佳濃度為50 mmolL。在50 mmolL NaCl處理下，6種柳樹(紅腺柳、垂柳、LA1401、LY-01、旱柳以及LY-03)的隸屬函數(shù)值的均值比較大，說明這6種柳樹的耐鹽能力比較弱；大部分指標(biāo)之間的鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值的相關(guān)性達(dá)到了顯著或者極顯著水平。聚類分析結(jié)果表明15種柳樹可以分為4類，包括4種高等耐鹽柳樹、5種中等耐鹽柳樹、4種低等耐鹽柳樹以及2種敏鹽柳樹。