杨树不同无性系耐盐能力评价.pdf

第 6 卷 第 2 期2023 年 6 月Vol.6,No.2Jun.,2023温 带 林 业 研 究Journal of Temperate Forestry ResearchDOI：10.3969/j.issn.2096-4900.2023.02.013杨树不同无性系耐盐能力评价卢正才（辽宁省森林经营研究所，丹东 118003）摘 要：【目的】为了研究杨树不同无性系的耐盐程度。【方法】以当年生杨树扦插苗为试验对象，每个无性系数量不少于 50 株，选择盐碱度为中度以上的盐碱土，取生境土壤测定盐分含量，通过生境调查初步选择出无性系进行盆栽试验，并用不同浓度的盐水浇灌，测得各项生长、生理、生化指标。【结果】根据综合指标值得出辽胡 1 号杨和小美旱杨为强度耐盐无性系，辽宁杨为中度耐盐无性系，渤丰 3 号杨和中辽 1 号杨为轻度耐盐无性系。【结论】杨树不同无性系由于其耐盐方式、耐盐机理、组织结构、细胞生理生化代谢的不同，对杨树耐盐性的研究应该是多项指标的综合评价；用杨树的形态、生长、生理、生化指标建立一套耐盐能力评价体系。关键词：杨树；无性系；耐盐能力；评价方法中图分类号：S792.11 文献标识码：A 文章编号：2096-4900（2023）02-0078-06Evaluation of Salt Tolerance of Different Poplar ClonesLU Zheng-cai（Liaoning Provincial Forest Management Research Institute，Dandong 118003）Abstract：【Objective】To study the salt tolerance of different poplar clones.【Method】Taking poplar cuttings of the current year as the test object，the number of each clone was not less than 50，the saline-alkali soil with the salinity above moderate was selected to measure the salt content of the soil in the habitat.Through the habitat investigation，the clones were initially selected for pot experiment，and irrigated with different concentrations of salt water，the growth，physiological and biochemical indexes were measured.【Result】According to the comprehensive indexes，Populus simoniiPopulus euphraticaLiaohu 1 and Populus popularis were the strong salt-tolerant clones，Populus liaoningensis was the moderate salt-tolerant clones，and Populus euramericanaBofeng 3 and Populus canadensisZhongliao 1 were the light salt-tolerant clones.【Conclusion】Because of the differences of salt-tolerance mode，salt-tolerance mechanism，tissue structure，cell physiological and biochemical metabolism of poplar clones，the study of salt-tolerance of poplar should be a comprehensive evaluation of multiple indexes.A set of salt tolerance evaluation system was established based on the morphological，growth，physiological and biochemical indexes of poplar.Key words：poplar；clone；salt tolerance；evaluation system收稿日期：2023-02-09基金项目：辽宁省农业攻关及产业化项目（2020103002）。作者简介：卢正才（1984），男，工程师，主要研究方向：森林经营。E-mail：lzc_。已有许多学者对植物耐盐性进行了研究，并且通过研究发现，为了适应盐胁迫的逆境，植物在漫长的演变过程中进化出一套自己独有的适应盐渍逆境的生长机理。目前学者进行过很多的耐盐性研究，所选用的胁迫介质大多是中 NaCl 和 Na2SO4中性盐，但实际环境盐碱地土壤中含有大量的 CO32-和HCO3-阴离子，因此盐与碱是相伴而生的。以 NaCl中性盐为胁迫物质进行耐盐性评价及耐盐筛选不能紧密结合，从而使得科研成果不能很好的应用于实践中；针对这一问题我们开展了相关杨树（Populus spp.）耐盐性研究，杨树作为造林绿化与水土保持重要树种，对于改良盐碱地具有十分重要作用，我们研究了盐胁迫影响下，杨树幼苗生长、生理变化规律特征，及其与盐胁迫相比存在的规律变化差异性从而探讨了杨树的耐盐碱机理1。郭艳茹等2 通过研究得出了杨树不同无性系在其耐盐方式、耐盐机理、组织或细胞的生理生化代谢方面上有明显区别，所以应该从多项指标对杨树耐盐性进行综合性研究。目前，学者采用综合指标法对植物耐盐性的研究较多，并获得了良好的成果，如张耿等3第 2 期79卢正才：杨树不同无性系耐盐能力评价利用综合指标法对偃麦草属（Elytrigia）10 份种质材料的耐盐性进行了评定，并从 12 个耐盐指标中筛选出存活率、K+/Na+、丙二醛含量、脯氨酸含量、生长胁迫指数、相对生长速度6项指标耐盐性鉴定。杨升等4利用综合指标法评定了卫矛（Euonymus alatus.）、沙枣（Elaeagnus angustifolia）和美国白蜡（Fraxinus americana）3 个树种的耐盐性，并从14 个耐盐指标中筛选出株高相对生长量、膜透性、脯氨酸含量、根茎叶中的 Na+和 K+含量 4 项重要指标。1 试验材料选择 2020 年扦插繁育的中辽 1 号杨（Populus canadensisZhongliao 1）、渤丰 3 号杨（Populus euramericanaBofeng 3）、小 美 旱杨（Populus popularis）、辽 胡 1 号 杨（Populus simoniiPopulus euphraticaLiaohu 1）、辽宁杨（Populus liaoningensis）作为耐盐碱能力评价分析的试验树种。2 评价方法评价指标分为形态指标、生理指标和生化指标，其中形态指标包括株高生长量、地径生长量、生物量。生理指标包括叶片含水量、叶绿素含量、气孔导度、蒸腾速率、净光合速率、胞间 CO2浓度。生化指标包括 SOD 活性、POD 活性、CAT 活性、MDA 含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等。2.1 各单项指标的相对值及其相关分析为了方便指标的筛选，各单项指标的相对值为处理值与对照（50 mmolL-1）条件下的数值之比。对不同梯度盐浓度的五个无性系杨树的 16 个指标进行了相关分析，由表 1 可知,如果利用所测数据分析各指标间或多或少存在着的相关性，有可能使它们所提供的信息发生叠加或者重叠，但因为各项指标所起的作用不尽相同，所以如直接利用这些指标对杨树不同无性系进行耐盐性评价，则不能真实、有效准确地评价各其耐盐能力，必须结合表 1、表2 各项指标才能反应其耐盐相关性。表 1 各单项指标的相对值（%）Tab.1 Therelativevaluesofindividualindicators（%）处理株高 生长量地径 生长量生物量叶片 含水量叶绿素含量气孔 导度水分蒸腾速率净光合速率胞间CO2 浓度SOD 活性POD 活性CAT 活性MDA 含量脯氨酸含量可溶性糖含量可溶性蛋白含量中辽 1 号（50 mmolL-1）9400814311533988481899088891010097859211392 12512 13879957118653 1027311268中辽 1 号（100 mmolL-1）85707646856796245407709979988403811011754 14233 16242 10412 20558 1350512278中辽 1 号（150 mmolL-1）76507394797194654535521956516564633812490 10186 1163611351 25278 1176610682中辽 1 号（200 mmolL-1）728063757758824933172792340453424366129327480884812092 26976 1010810357渤丰 3 号（50 mmolL-1）94577453912497679584833782258920874610808 11270 133901111511459 1052710647渤丰 3 号（100 mmolL-1）68626467618792308364605273556754704511204 14159 14915 12619 15015 1301411562渤丰 3 号（150 mmolL-1）66305845571793175394378842816176564211524 14413 11695 13877 14550 1332610655渤丰 3 号（200 mmolL-1）579233104538629452381904172949813731100468413805116542 1763967339531小美旱杨（50 mmolL-1）93448805954398833256885984139527893910294 11096 12484992318431 1000210086小美旱杨（100 mmolL-1）83307046711897214045663076477783803010937 12500 14459 11779 23720 1095412433小美旱杨（150 mmolL-1）71355209638992236141425745736349633312573 15674 10828 13057 26244 1220411385小美旱杨（200 mmolL-1）67814325520681237597213826474345412113035 12837853514222 30673956510348辽胡 1 号（50 mmolL-1）93958402956590587175871687828422858010625 12741 12586938815911 1026211568辽胡 1 号（100 mmolL-1）86537603873681305738645976666927805810808 14370 18103 12059 13055 1097012644辽胡 1 号（150 mmolL-1）77635738786655514650433043745809614511463 19037 23707 14028 20095 1038212805辽胡 1 号（200 mmolL-1）66894073590850002252253221314105373910558 10370 11379 15254 21091631911838辽宁杨（50 mmolL-1）921178848832100739467902887038036868810192 15691 1132111214 10725 1054412208辽宁杨（100 mmolL-1）795864326174100449247601676176930703111328 24146 16509 14145 12638 1279612332辽宁杨（150 mmolL-1）71835712403188187301424341946106609412096 20813 11981 17124 13495 1065813032辽宁杨（200 mmolL-1）436640202783554721131773334152063313109609024877418164 15411571014196温 带 林 业 研 究第 6 卷802.2 主成分分析主成分分析是将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法，又称主量分析。对 16 个单项指标的相对值进行主成分分析得知株高生长量、地径生长量、生物量、叶片含水率和叶绿素含量 5 个指标的贡献率分别为53.28%、16.18%、13.35%、8.74%、3.96%，其 累积贡献率为 93.28%，而其余 11 个指标贡献率较小可忽略。把原来的 16 个单项指标转换为 5 个新的相互独立的指标进行综合评价，而这 5 个综合指标代表了原来 16 个单项指标的 92.31%的信息。表 3 各综合指标的特征值和贡献率Tab.3 Thecharacteristicvalueandcontributionrateofeachcomprehensiveindex成份初始特征值方差贡献率（%）累积方差贡献率（%）18.64454.02754.02722.42815.17869.20431.97812.3681.56441.2417.75389.31750.6333.95393.271根据各综合指标的指标系数及各单项指标的相对值求出综合指标值。表 2 各指标的相关系数矩阵Tab.2 Thecorrelationcoefficientmatrixofeachindex指标株高 生长量地径生长量生物量叶片 含水量叶绿素含量气孔 导度水分蒸腾速率净光合速率胞间CO2 浓度SOD 活性POD 活性CAT 活性MDA 含量脯氨酸含量可溶性糖含量可溶性蛋白含量株高生长量1地径生长量0.891生物量0.9050.8551叶片含水量0.6540.7380.5071叶绿素含量0.4510.3130.2650.5851气孔导度0.9110.9220.8280.7150.4941水分蒸腾速率0.8390.9140.7540.7430.4950.9661净光合速率0.8320.8840.7930.7260.3960.9480.921胞间 CO2浓度0.9090.9160.790.7510.4970.9740.960.9261SOD 活性-0.21-0.162-0.1620.126-0.01-0.383-0.329-0.322-0.3061POD 活性0.1950.109-0.0670.2630.5170.190.2430.0940.2870.0991CAT 活性0.4240.3790.3890.0380.1510.3810.4350.3060.479-0.1340.571MDA 含量-0.867-0.885-0.93-0.672-0.272-0.827-0.791-0.791-0.8070.060.117-0.261脯氨酸含量-0.207-0.259-0.058-0.145-0.425-0.416-0.43-0.357-0.3890.668-0.355-0.259-0.0551可溶性糖含量0.4380.5360.340.7520.4670.4390.5230.4170.5620.3530.5220.433-0.497-0.061可溶性蛋白含量-0.142-0.038-0.239-0.231-0.07500.119-0.0490.036-0.1050.4470.4150.319-0.34-0.0571式中，CI(m)综合指标值；Bi 为单项指标相对值进行规范化标准化的值；Prin(m)为综合指标的系数。2.3 隶属函数分析综合指标得分的隶属函数值用以下公式计算：CI mBiin m imiin()Pr(),(,;,)=11 2 31 2 3。（1）(),minmaxminxxxxxjnjj=1 2 3。（2）第 2 期81卢正才：杨树不同无性系耐盐能力评价表 4 各综合指标的系数Tab.4 Thecoefficientsofeachcomprehensiveindex指标成分12345株高生长量0.108-0.052-0.0280.077-0.274地径生长量0.109-0.055-0.0260.1050.244生物量0.098-0.136-0.0730.198-0.322叶片含水量0.091-0.0650.193-0.2750.398叶绿素含量0.0620.1170.164-0.459-0.413气孔导度0.1130.005-0.092-0.0320.074水分蒸腾速率0.1110.041-0.053-0.0040.255净光合速率0.107-0.030-0.092-0.0350.237胞间 CO2浓度0.1140.030-0.0300.0160.069SOD 活性-0.027-0.1210.4280.1450.229POD 活性0.0310.3100.2510.002-0.225CAT 活性0.0530.2150.0490.481-0.523MDA 含量-0.1000.1840.002-0.1280.062脯氨酸含量-0.041-0.2760.2060.3160.003可溶性糖含量0.0700.0380.3480.0090.062可溶性蛋白含量-0.0050.312-0.0400.3050.706式中，xj表示第 j 个综合指标，xmin表示第 j 个综合指标的最小值，xmax表示第 j 个综合指标的最大值6。2.4 权重的确定根据各个主要综合指标贡献率的大小，用以下公式求出各综合指标的权重。Wppjnjjjjn=/,11 2 3。（3）式中，Wj值表示第 j 个综合指标的相对重要程度即权重，Pj为第 j 个综合指标的贡献率。经计算，5 个综合指标的权重分别为 0.579、0.163、0.133、0.083、0.042（表 5）。综合评价值计算，根据隶属函数值和权重的计算结果，用以下公式计算综合评价值 DxWjnjjjn=(),11 2 3。（4）式中，D 值为综合评价值5。3 评价指标体系以综合评价值（D）为因变量，各单项指标的相对值为自变量，进行逐步回归。根据尚未引入方程的自变量中偏回归平方和的大小，首先引入的是自变量 X 9，所建立的回归方程为：Y=-0.078+0.009X 9。方 程 决 定 系 数 R2=0.863，F=113.488。第二个引入的是自变量 X11，所建立的回归方程为：Y=-0.202+0.008X9+0.001X11。方程决定系数 R2=0.939，F=130.379。经检验，X11引入后 X9不应该剔出。之后依次引入的是自变量 X10、X7、X12、X15和 X2，此时回归方程已引入了 7 个自变量，计算剩余 9 个自变量的偏回归平方和，其中X6的偏回归平方和最大，但经显著性检验之后发现 X6是不显著的，因此不应该引入 X6，逐步回归终止。通过上述过程建立的最优回归方程为：Y=-0.570+0.002 X2+0.003X7+0.003X9+0.003X10+0.001X11+0.001X12+0.001X15。（5）式中，X2、X7、X9、X10、X11、X12、X15分别代表地径生长量、蒸腾速率、胞间 CO2浓度、超氧化物岐化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和可溶性糖含量。方程决定系数 R2=0.996，F=460.874，方程极显著。用最优回归方程对杨树耐盐性进行预测，其预测值（VP）与综合评价值（D）在杨树品种间的大小次序完全一致，且预测值（VP）与耐盐性综合评价值（D）两者高度相关（R2=0.981），达显著水平，说明用此方程对杨树耐盐性进行预测，准确性高5。温 带 林 业 研 究第 6 卷82表 6 各品种综合评价值 D 和预测值 VPTab.6 The comprehensive evaluation value DandpredictionvalueVP of each variety指标辽胡 1 号杨中辽 1 号渤丰 3 号杨辽宁杨小美旱杨D 值05890470052605350544VP 值069405730641065706473.1 鉴定指标对耐盐性综合评价值（D）的贡献大小 为了确定筛选出的 7 个指标对综合评价值（D）的影响大小，明确各指标在杨树耐盐性评价鉴定中的重要程度，计算各个自变量的偏回归平方和SS、偏相关系数 r 6。3.2 偏回归平方和 SS偏回归平方和 SS 是当其它所有变量都固定不变，仅当 Xi 可以变化时，由 Xi 引起的回归平方和。最优回归方程各个自变量的 SS 为：SS（X2）=0001；SS（X7）=0006；SS（X9）=0004；SS（X10）=0005；SS（X11）=0013；SS（X12）=00046；SS（X15）=0002；根据偏回归平方和 SS 的大小，7 个自变量对 D 值的贡献大小顺序为：过氧化物酶（POD）活性蒸腾速率超氧化物岐化酶（SOD）活性过氧化氢酶（CAT）活性胞间 CO2浓度可溶性糖含量地径生长量。3.3 偏相关系数 r 偏相关系数 r 的定义是仅当 Xi有变化而其它所有变量全部固定不变时，Xi与 Y 的相关系数。最优回归方程各个自变量的r为：r（X2）=0.590；r（X7）=0.837；r（X9）=0.776；r（X10）=0.814；r（X11）=0.915；r（X12）=0.803；r（X15）=0.640；根 据 偏相关系数 r 的绝对值大小，7 个自变量对 D 值的贡献大小依次为：过氧化物酶（POD）活性蒸腾速率超氧化物岐化酶（SOD）活性过氧化氢酶（CAT）活性胞间 CO2浓度可溶性糖含量地径生长量。因此，根据最优回归方程各个自变量的偏回归平方和 SS 或偏相关系数 r，7 个鉴定指标对耐盐性综合评价值（D）的贡献大小为：过氧化物酶（POD）活性蒸腾速率超氧化物岐化酶（SOD）活性过氧化氢酶（CAT）活性胞间 CO2浓度可溶性糖含量地径生长量7。4 结论与讨论本文以 5 种杨树无性系为试验材料，通过对16 个与耐盐性相关的指标进行主成分分析，将其转换为株高生长量、地径生长量、生物量、叶片含水率和叶绿素含量相互独立的 5 个综合指标，这 5个综合指标的贡献率达到 92.31%，反映了原来 16个指标的绝大部分信息。通过计算出杨树不同无性系的综合指标值，进而计算各综合指标的隶属函数值，再根据各综合指标的贡献率，求出各综合指标的权重，最后求出杨树耐盐性的综合评价值（D）。通过对耐盐性综合评价值（D）和各单项指标的相对值进行逐步回归，建立最优回归方程，从 16 个指标中筛选出 7 个与杨树耐盐性呈显著相关的指标，分别为地径生长量、蒸腾速率、胞间 CO2浓度、表 5 回归方程决定系数 R2和 F 值Tab.5 ThedeterminationcoefficientR2andF value of regression equation模型 回归方程R2F1Y=-0078+0009X908631134882Y=-0202+0008X9+0001X1109391303793Y=-0675+0009X9+0001X11+0004X1009691672874Y=-0640+0005X9+0001X11+0004X10+0003X709832175475Y=-0684+0004X9+0001X11+0005X10+0003X7+0001X1209923393616Y=-0598+0004X9+0001X11+0004X10+0003X7+0001X12+0001X1509943787757Y=-0570+0003X9+0001X11+0003X10+0003X7+0001X12+0001X15+0002X20996460874第 2 期83卢正才：杨树不同无性系耐盐能力评价超氧化物岐化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和可溶性糖含量。利用最优回归方程对杨树耐盐性进行预测，其预测值（VP）与综合评价值（D）在杨树品种间的大小次序完全一致。根据最优回归方程各自变量的偏回归平方和 SS 或偏相关系数 r 的绝对值大小，7 个指标对耐盐性综合评价值（D）的贡献大小顺序依次为：过氧化物酶（POD）活性蒸腾速率超氧化物岐化酶（SOD）活性过氧化氢酶（CAT）活性胞间 CO2浓度可溶性糖含量地径生长量，其中，过氧化物酶（POD）活性对杨树耐盐性的影响最大。根据综合指标值（D）的大小，5 种杨树无性系的耐盐性大小为辽胡 1 号小美旱杨辽宁杨渤丰 3 号杨中辽 1 号。辽胡 1 号杨和小美旱杨为强度耐盐，辽宁杨为中度耐盐，渤丰 3 号杨和中辽 1 号杨为轻度耐盐。杨树耐盐性是一种综合性状的表现，不同无性系由于其耐盐方式和耐盐机理有所不同，其组织结构或细胞的生理代谢生化也不同，所以对杨树耐盐性的研究应该是多项指标的综合分析。用杨树的形态、生长、生理、生化指标建立一套耐盐能力评价的指标体系，一直是国内外研究的热点。近年来，国内对耐盐杨树的筛选作了较多工作，大量国内研究人员在天津、山东、浙江等地对杨树的耐盐性进行了区域试验，初步确定其耐盐水平。用数学方法科学评价耐盐性，淘汰耐盐性较差的无性系，筛选出耐盐性较强的杨树无性系进行试栽和推广。参考文献1 刘正祥，张华新，杨 升，等.NaCl 胁迫对沙枣幼苗生长和光合特性的影响 J.林业科学，2014，50（1）：32-40.2郭艳茹，詹亚光.植物耐盐性生理生化指标的综合评价J.黑龙江农业科学，2006（1）：66-70.3 张 耿，高洪文，王 赞，等.偃麦草属植物苗期耐盐性指标筛选及综合评价 J.草业学报，2007（4）：55-61.4 杨 升，刘 涛，张华新，等.盐胁迫下沙枣幼苗的生长表现和生理特性 J.福建林学院学报，2014，34（1）：64-70.5 李佳迪，刘 铎，李子英，等.5 个柳树无性系苗期耐盐性综合评价及鉴定指标的筛选 J.西北林学院学报，2020，35（3）：114-120.6 周红娟，耿玉清，丛日春，等.木醋液对盐碱土化学性质、酶活性及相关性的影响 J.土壤通报，2016，47（1）：105-111.7 傅泰露，马 均，王贺正，等.水稻开花期耐冷性综合评价及鉴定指标的筛选 J.西南农业学报，2007（5）：965-969.