苗期白羊草对盐胁迫的生理生化响应及其耐盐阈值的界定

doi:10.11686/cyxb2024177

摘要/Abstract

摘要：

土壤盐渍化是我国北方草业发展的重要限制因素之一，开发抗盐碱能力强的乡土草种质资源，是解决盐碱地资源化利用的有效手段。为探究苗期白羊草的抗盐机制及其耐盐阈值，本研究以苗期‘太行’白羊草为材料，设置9个NaCl浓度盐胁迫处理，测定其株高、根长、地上部生物量等13个指标，并利用主成分分析计算其耐盐阈值。结果表明，NaCl胁迫对白羊草地上部生长影响更大，但地下部对Na⁺、K⁺的响应更为敏感。在胁迫时间和NaCl浓度两个维度上，叶片中过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性均呈先升后降的趋势，并于210 mmol·L^-1 NaCl处理下的第8和10天分别达到最大值；丙二醛、可溶性糖含量呈升高趋势；叶绿素含量呈下降趋势。通过主成分分析选取分数集前二的指标（根长和干重）建立回归曲线，经验证后发现地上部干重更适合作为评价耐盐阈值的指标，得出白羊草的耐盐阈值为207.53 mmol·L^-1。本试验将为禾本科植物耐盐机制研究和后续探究白羊草抗盐机制研究的试验处理时间提供参考依据。

关键词: 白羊草, 耐盐阈值, 生理生化变化, 主成分分析

Abstract:

Soil salinization is one of the important limiting factors restricting the development of the pastoral industry in northern China. Developing local grass germplasm resources with strong saline-alkali resistance is an effective means to overcome difficulties utilizing saline-alkali land. This study investigated the salt-tolerance mechanisms and salt-tolerance threshold of Bothriochloa ischaemum cv. ‘Taihang’ seedlings. Nine NaCl salt stress treatments were set up， and plant height， root length， aboveground biomass and other 13 other plant traits were measured. Salt-tolerance threshold was calculated by principal component analysis. The results showed that NaCl stress had a greater influence on the growth of the shoots of B. ischaemum seedlings， but the root system was more sensitive to Na⁺ and K⁺. With increase in both stress exposure time and NaCl concentration， the activities of peroxidase and superoxide dismutase in leaves initially increased and then decreased， and reached their maxima on the 8th and 10th day， respectively， in a treatment of 210 mmol·L^-1 NaCl. The contents of malondialdehyde and soluble sugar showed an upward trend over time， while chlorophyll content showed a downward trend. After principal component analysis （PCA）， the first two sets of PC scores （root length and dry weight） were selected to establish regression relationship. From this evaluation it was found that the dry weight of aboveground parts was the most suitable criterion for evaluating salt tolerance， and the salt tolerance threshold of B. ischaemum seedlings was approximately 207.53 mmol·L^-1. This study provides preliminary insight about the salt tolerance mechanism of grasses and for planning of subsequent research on the impact of exposure duration and salt concentration on salt tolerance in B. ischaemum.

Key words: Bothriochloa ischaemum, salt tolerance threshold, physiological and biochemical changes, principal component analysis

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图/表 10

表1 NaCl胁迫对白羊草生长的影响

Table 1 Effects of NaCl stress on the growth of B. ischaemum

NaCl浓度 NaCl concentration （mmol·L^-1）	株高 Plant height （cm）	根长 Root length （cm）	根冠比 Root-crown ratio （%）
0（CK）	48.46±0.88a	18.10±0.64a	10.43±0.64cd
30	45.66±0.64ab	16.23±0.23b	10.75±0.23cd
60	43.06±0.48b	16.65±0.73ab	10.75±0.38cd
90	42.30±1.79b	16.58±0.17ab	11.15±0.32cd
120	36.75±0.32c	14.88±0.23bc	10.15±0.49d
150	36.24±0.64c	13.68±0.22cd	10.83±0.67cd
180	35.60±0.57c	13.20±0.11cde	11.83±1.47bcd
210	35.28±1.09c	12.95±0.38de	12.88±1.17abc
240	33.94±0.98cd	11.55±0.68e	13.75±0.80ab
270	31.08±0.47d	8.55±0.34f	14.90±0.54a

图1 NaCl胁迫下白羊草生物量不同小写字母表示同一部位在不同盐浓度下差异显著（P<0.05），下同。Different lowercase letters indicated significant difference under different salt concentrations （P<0.05） in the same part， the same below.

Fig.1 Biomass of B. ischaemum under NaCl stress

图2 NaCl胁迫对白羊草全株Na+、K+含量和Na+/K+的影响

Fig.2 Effects of NaCl stress on Na+， K+ contents and Na+/K+ in whole plant of B. ischaemum

图3 NaCl胁迫对白羊草叶绿素含量的影响不同大写字母表示同一浓度处理不同胁迫时间差异显著（P<0.05），不同小写字母表示同一时间节点不同NaCl浓度处理间差异显著（P<0.05），下同。Different capital letters indicate that there are significant differences in different stress time under the same concentration treatment （P<0.05）， and different lowercase letters indicate that different NaCl concentrations treatments are significantly different at the same time node （P<0.05）， the same below.

Fig.3 Effects of NaCl stress on chlorophyll content of B. ischaemum

图4 丙二醛和可溶性糖含量对NaCl胁迫的响应

Fig.4 Response of malondialdehyde and soluble sugar content to NaCl stress

图5 抗氧化酶活性对NaCl胁迫的响应

Fig.5 Response of antioxidant enzyme activity to NaCl stress

图6 NaCl胁迫下各指标主成分分析

Fig.6 Principal component analysis of each index under NaCl stress

表2 盐胁迫下白羊草叶片各指标的成分载荷矩阵、特征向量和权重分析

Table 2 Component load matrix， eigenvector and weight analysis of each index of B. ischaemum leaves under salt stress

指标 Parameter	第一主成分 Principal component 1		第二主成分 Principal component 2		权重 Weight （%）	影响顺序 Influence order
指标 Parameter	特征向量 Eigenvectors	载荷 Loading matri （x）	特征向量 Eigenvectors	载荷 Loading matri （x）	权重 Weight （%）	影响顺序 Influence order
株高Plant height	0.347	0.979	0.133	-0.069	11.30	5
根长Root length	0.331	0.934	0.394	0.106	11.49	1
地上部干重Aboveground dry weight	0.349	0.984	0.130	0.109	11.35	2
地下部干重Underground dry weight	0.338	0.953	-0.128	0.147	11.00	7
叶绿素含量Total chlorophyll content	0.337	0.952	-0.035	-0.105	10.74	8
超氧化物歧化酶活性Superoxide dismutase activity	-0.343	-0.969	0.180	-0.188	11.31	4
过氧化物酶活性Peroxidase activity	-0.254	-0.715	0.837	-0.028	10.22	9
丙二醛含量Malondialdehyde content	-0.338	-0.953	-0.230	0.322	11.26	6
可溶性糖含量Soluble sugar content	-0.352	-0.994	-0.084	0.684	11.34	3

图7 白羊草耐盐阈值计算虚线为白羊草耐盐阈值。The dotted line in the figure is the salt tolerance threshold of B. ischaemum.

Fig.7 Calculation of salt tolerance threshold of B. ischaemum

图8 NaCl胁迫对白羊草地上部和地下部Na+/K+增长率的影响

Fig.8 Effects of NaCl stress on Na+/K+ growth rate in aboveground part and underground part of B. ischaemum

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