CN112179884A - 一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法 - Google Patents

一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及植物生理技术领域，尤其涉及一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法。包括以下步骤：S1、将预先获取的木本植物的幼苗置于矿物质基质中进行种植；S2、根据1/2Hoagland完全营养液配方配制得到木本植物营养液；S3、以木本植物营养液为溶剂，分别配制得到不同浓度的盐溶液；同时，以不加盐的木本植物营养液作为空白对照溶液；S4、利用盐溶液和空白对照溶液对木本植物幼苗进行浇灌处理，得到处理后的木本植物幼苗；S5、对处理后的木本植物幼苗进行叶绿素荧光参数的测定，基于测定的叶绿素荧光参数对木本植物耐盐碱能力进行评价。该方法能够快速评价木本植物种质耐盐碱能力和筛选适合不同土壤类型的木本植物种质资源。

Description

一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法
技术领域
本发明涉及植物生理技术领域，尤其涉及一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法。
背景技术
盐害是世界上最严重的环境问题之一，目前，全球有超过9.5亿公顷的土地受到盐碱胁迫的威胁。同样，现有的土地盐渍化问题非常严重，盐渍化土壤总面积约为9900万公顷，并且盐渍化面积在不断扩大，约占国土面积的10.3％，广泛分布在西北、华北、东北及沿海地区，已成为制约许多地区农林业发展的重要限制因素之一。因此，改造治理及合理开发利用盐渍化土壤对改善生态坏境、推动区域经济、社会和生态可持续发展具有重要意义。
在众多改良盐碱地的措施中，生物方法因投资少、可持续、生态友好等特点，已被越来越多的国家和地区所承认和接受。在生物改良盐碱地的过程中，耐盐碱植物的应用推广起着重要作用，适宜耐盐碱植物种质资源的筛选及其耐盐碱能力的评价愈发重要。
为了发现并挖掘优良的耐盐碱植物种质资源，植物耐盐碱能力的评价是关键环节。目前对于植物耐盐碱的评价，往往采用以下方法：(1)直接法，基于表型盐害表现的生长和表型评价方法；(2)生理生化指标法，基于植物体内的一些生理生化因子，区分不同植物的耐盐程度；(3)混合法，结合形态指标和生理指标综合评定植物耐盐碱能力。然而，木本植物往往个体体积较大，生长周期较长，采用上述三种方法对木本植物耐盐碱能力的评价工作都需要占用较长时间和较大空间。并且，不同木本植物的耐盐碱评价指标也存在不一致性。加之以往的研究多集中在植物对中性盐的耐受能力方面，而对植物耐碱及混合盐胁迫的耐受能力研究较少。因此，如何快速准确的评价木本植物耐盐碱能力是耐盐碱优良林木种质资源筛选及繁育急需解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，其解决了现有评价方法中评价周期长、占用空间大、评价指标不一致的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明实施例提供一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，包括以下步骤：
S1、将预先获取的木本植物的幼苗置于矿物质基质中进行种植，得到待处理木本植物幼苗；
S2、根据1/2Hoagland完全营养液配方配制得到木本植物营养液；
S3、以所述木本植物营养液为溶剂，分别配制得到不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液和混合盐溶液；
同时，以不加盐的木本植物营养液作为空白对照溶液；
S4、利用中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液和空白对照溶液对所述待处理木本植物幼苗进行浇灌处理，得到处理后的木本植物幼苗；
S5、对处理后的木本植物幼苗进行叶绿素荧光参数的测定，基于测定的叶绿素荧光参数对木本植物耐盐碱能力进行评价；
当中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数高于空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数，或与空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数无显著差异时，说明该木本植物的耐盐、碱或混合盐的能力强，反之弱。
本发明实施例提出的快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，利用不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液对木本植物的幼苗进行浇灌处理，通过测定木本植物幼苗的叶绿素荧光参数，分析获取木本植物耐盐碱能力。
优选地，步骤S1中，木本植物包括白榆、刺槐中的至少一种。由于白榆、刺槐生长迅速、适应性强、耐贫瘠能力强，因此选择白榆、刺槐中的至少一种用于评价木本植物耐盐碱能力。
优选地，步骤S1中，矿物质基质中包括蛭石和珍珠岩，选用蛭石和珍珠岩可以减少培养基质对实验结果的影响。
优选地，蛭石和珍珠岩的体积比为2.5～3.5：1。
优选地，步骤S1中，待处理木本植物幼苗的高度为30～35cm。
优选地，步骤S2中，木本植物营养液的pH值为5.5～6.5。由于植物营养液的pH值直接影响植物根系对矿质元素的吸收，植物生长最适宜的pH值范围在5.8～6.2之间，不能超过5.5～6.5。
优选地，步骤S3中，中性盐溶液为NaCl溶液，碱性盐溶液为Na2CO3溶液，混合盐溶液为NaCl、Na2CO3的混合溶液。
优选地，步骤S3中，中性盐溶液的浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1；
碱性盐溶液的浓度分别为50mmol·L-1、75mmol·L-1、100mmol·L-1和150mmol·L-1；
混合盐溶液中Na+的浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1，NaCl与Na2CO3按照摩尔比2：1的比例混合。
优选地，步骤S4中，利用中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液和空白对照溶液对所述待处理木本植物幼苗进行浇灌处理25～35天。
优选地，步骤S5中，叶绿素荧光参数包括初始荧光Fo和最大荧光Fm，通过最大荧光Fm-初始荧光Fo得到可变荧光Fv，计算Fv/Fm值；
将中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值与空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值进行对比，若中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值高于空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值，或中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值与空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值无显著性差异时，说明该木本植物的耐盐、碱或混合盐的能力强，反之弱；
使用StatgraphicsCenturionXVI.I软件获取同一浓度下经中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理的不同木本植物的Fv/Fm值，采用LSD检验分析不同处理组之间的差异显著性情况，并在数据后使用不同字母表示差异显著性情况，若数据后面有相同字母，则代表数据之间无显著性差异。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，利用不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液对木本植物的幼苗进行浇灌处理，通过测定木本植物幼苗的叶绿素荧光参数，分析获取木本植物耐盐碱能力。
整个过程全程可以在日光温室条件下培养，具有所用器材简单易得，实验周期较短和批量处理的优点，能够快速评价木本植物种质耐盐碱能力和筛选适合不同土壤类型的木本植物种质资源。
附图说明
图1为本发明提出的快速评价木本植物耐盐碱能力的方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
土壤中盐类除了以NaCl为主的中性盐以外，还有以Na2CO3为主的碱性盐，土壤中盐分种类不同，对植物的产生的胁迫也不一致。因此，在筛选改良盐碱地的适生植物种质资源时，应综合考虑其耐盐碱能力。
在盐碱胁迫下，植物体内积累大量的Na+，破坏了叶绿体结构并影响了植物的光合作用能力。叶绿素荧光分析技术是以光合作用理论为基础来探测和分析植物光合功能的重要手段，叶绿素荧光动力学对各种非生物及生物胁迫均十分敏感，为研究光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配以及PSII(光系统II)及其电子传递过程提供了丰富信息，加之观测方法简便、反映灵敏、对植物无破坏等特点，可以用作快速鉴定评价植物抗逆性。
Fv/Fm为PSII的最大光合效率，反映了植物的最大光能转换效率，当Fv/Fm下降时，代表植物受到了胁迫。因此，Fv/Fm是研究各种环境胁迫对光合作用能力影响的重要指标。
基于上述，本发明实施例提出一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，利用不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液对木本植物的幼苗进行浇灌处理，通过测定木本植物幼苗的叶绿素荧光参数，分析获取木本植物耐盐碱能力。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
参见图1，为本发明提供的快速评价木本植物耐盐碱能力的方法的流程图，包括以下步骤：
S1、将预先获取的木本植物的幼苗置于矿物质基质中进行种植，得到待处理木本植物幼苗。
具体地，将通过扦插或组织培养得到的白榆和刺槐一年生幼苗种植于花盆中，得到高度为30-35cm的白榆幼苗和刺槐幼苗。由于白榆和刺槐生长迅速、适应性强、耐贫瘠能力强，因此，在本发明中选择白榆幼苗和刺槐幼苗用于评价木本植物耐盐碱能力。
其中，花盆高15cm，盆口直径12cm，花盆中布满蛭石和珍珠岩的矿物质基质，选择蛭石和珍珠岩作为矿物质基质，可以减少基质对于试验结果的影响。蛭石和珍珠岩的体积比为2.5～3.5：1，优选为3：1。
S2、根据1/2Hoagland完全营养液配方配制得到木本植物营养液，木本植物营养液的pH值为5.5～6.5，优选为6。
由于植物营养液的pH值直接影响植物根系对矿质元素的吸收，研究发现，植物生长最适宜的pH值范围在5.8～6.2之间，不能超过5.5～6.5，优选为6。
S3、以木本植物营养液为溶剂，分别配制得到不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液和混合盐溶液，同时，以不加盐的木本植物营养液作为空白对照溶液。
具体地，为模拟实际环境中轻度、中度和重度盐碱胁迫，本发明中中性盐溶液为NaCl溶液，浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1；
碱性盐溶液为Na2CO3溶液，为保证Na+浓度一致，Na2CO3溶液浓度分别为50mmol·L-1、75mmol·L-1、100mmol·L-1和150mmol·L-1；
混合盐溶液为NaCl、Na2CO3的混合溶液，将NaCl溶液、Na2CO3溶液按照摩尔比2：1的比例混合，混合溶液中Na+浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1。
S4、选取生长情况基本一致的白榆幼苗和刺槐幼苗进行浇灌处理，得到处理后的白榆幼苗和刺槐幼苗。
具体地，将白榆幼苗和刺槐幼苗分别均匀分为四组，分别为中性盐溶液组、碱性盐溶液组、混合盐溶液组和空白对照溶液组。其中，中性盐溶液组、碱性盐溶液组、混合盐溶液组作为处理组，均包括四个小组，分别为中性盐溶液组Ⅰ、中性盐溶液组Ⅱ、中性盐溶液组Ⅲ、中性盐溶液组Ⅳ、碱性盐溶液组Ⅰ、碱性盐溶液组Ⅱ、碱性盐溶液组Ⅲ、碱性盐溶液组Ⅳ、混合盐溶液组Ⅰ、混合盐溶液组Ⅱ、混合盐溶液组Ⅲ和混合盐溶液组Ⅳ，每个小组均包括多个白榆幼苗和刺槐幼苗，且每个小组白榆幼苗和刺槐幼苗至少包括三组平行试验。
每周分别向对应小组和空白对照溶液组的白榆幼苗和刺槐幼苗浇灌100mL的中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液和木本植物营养液。另外，浇灌期间，每四天向各小组和空白对照溶液组的白榆幼苗和刺槐幼苗补充等量的木本植物营养液。同时，为防止盐累积，定期用等量的木本植物营养液淋洗花盆中的矿物质基质。
进一步地，对白榆幼苗和刺槐幼苗进行25～35天的浇灌处理，优选为28天。
S5、对处理后的木本植物幼苗进行叶绿素荧光参数的测定，基于测定的叶绿素荧光参数对木本植物耐盐碱能力进行评价。
当某一浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数显著高于空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数或与空白对照组时木本植物的叶绿素荧光参数无显著差异时，说明该木本植物对这一浓度的盐、碱或混合盐胁迫的耐受能力较强；反之，当该浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数显著低于空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数时，说明该木本植物对这一浓度的盐、碱或混合盐胁迫的耐受能力较弱。
具体地，在进行28天的浇灌处理(盐处理)后，观察白榆幼苗和刺槐幼苗的叶片情况，同时对每组白榆幼苗和刺槐幼苗的相同部位叶片进行叶绿素荧光参数的测定。
进一步地，在本实施例中采用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪对每组白榆幼苗(选取5-6片功能叶)的相同部位叶片进行测定。白榆幼苗和刺槐幼苗的功能叶经过约15min暗适应后，通过PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪测定出初始荧光Fo和最大荧光Fm，并通过计算得到可变荧光Fv(可变荧光Fv＝最大荧光Fm-初始荧光Fo)和最大光能转换效率Fv/Fm。在健康生理状态下，绝大多数高等植物的Fv/Fm值在0.80～0.85之间，当Fv/Fm值低于空白对照的Fv/Fm值时，代表该植物受到了胁迫。因此，Fv/Fm值的高低可用来表示植物的受胁迫程度。
使用Statgraphics Centurion XVI.I(STN,St,Louis,MO,USA)软件获取同一浓度下经中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理的不同木本植物的Fv/Fm值，采用Fisher氏最小显著差检验(Fisher's least significant difference，简称LSD检验)分析不同处理组之间的差异显著性情况，并在数据后使用不同字母表示差异显著性情况，若数据后面有相同字母，则代表数据之间无显著性差异。
各处理浓度下的中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液以及空白对照溶液对白榆幼苗、刺槐幼苗测定的叶绿素荧光参数Fv/Fm结果见表1。
表1叶绿素荧光参数Fv/Fm结果
Figure BDA0002699673270000081
注：同一列数据中，若几个数据后面有相同字母，则代表几个数据之间无显著性差异，若几个数据后面的字母不同则代表这几个数据之间差异显著。
在分析盐、碱及混合盐胁迫下木本植物PSII的受破坏程度时，不仅要考虑不同处理组以及空白对照组之间Fv/Fm值的差异，同时还应考虑数据差异显著性情况。
由表1可知：
(1)对于白榆而言，在中性盐处理下，低浓度(100mmol·L-1)和中浓度(150mmol·L-1和200mmol·L-1)盐处理使白榆幼苗Fv/Fm值显著升高，说明此时的盐处理浓度并未对白榆幼苗的PSII造成伤害，而高浓度(300mmol·L-1)盐处理一定程度地破坏了白榆幼苗的PSII；
在碱性盐处理下，各个浓度的碱性盐处理使白榆幼苗Fv/Fm值显著降低，对白榆幼苗的PSII造成伤害；
在混合盐处理下，低浓度盐处理使白榆幼苗Fv/Fm值显著升高，说明此时的盐处理浓度并未对白榆幼苗的PSII造成伤害，而在中浓度及高浓度盐处理下白榆幼苗Fv/Fm值显著下降，说明中、高浓度盐处理对白榆幼苗的PSII造成伤害。
综上，白榆幼苗对中性盐胁迫的最大耐受浓度在200mmol·L-1左右，对混合盐胁迫的最大耐受浓度在100mmol·L-1左右，对碱性盐胁迫的耐受能力较差。
(2)对于刺槐而言，所有的盐处理均使刺槐幼苗Fv/Fm值不同程度的降低，但低浓度的中性盐处理，中浓度的碱性盐处理和低、中浓度的混合盐处理对其PSII的破坏不明显，并没有出现显著差异；
然而在除上述几种处理之外，其余中性盐、碱性盐和混合盐处理均使刺槐幼苗的PSII遭到严重破坏。
综上，刺槐幼苗对中性盐胁迫的最大耐受浓度在100mmol·L-1左右，对碱性盐及混合盐胁迫的最大耐受浓度在150mmol·L-1左右。
(3)同一植物对不同种类盐处理的响应具有差异：白榆幼苗对中性盐胁迫的耐受能力最强，并且这种耐受能力存在剂量效应；白榆幼苗对碱性盐的耐受能力最差；而刺槐对混合盐胁迫的耐受能力强于对中性盐和碱性盐的耐受能力。
(4)同一生长环境中不同植物之间耐盐碱能力存在差异：白榆和刺槐幼苗的Fv/Fm值差异表明，刺槐对中性盐、碱性盐和混合盐的耐受能力均弱于白榆。由此说明，可以将Fv/Fm值作为评价木本植物耐盐碱能力、筛选适合不同土壤类型的植物种质资源的指标。综合以上，当中性盐、碱性盐及混合盐处理下木本植物的叶绿素荧光参数Fv/Fm接近或高于空白对照组材料的叶绿素荧光参数Fv/Fm时，说明该木本植物的耐盐、碱或混合盐的能力越强，反之越弱。同时，通过比较不同木本植物在同一种类同一浓度盐处理条件下，处理组与空白对照组木本植物的叶绿素荧光参数Fv/Fm之间的差异，从而分析不同植物材料的耐盐碱能力，差异越小，说明该木本植物对这一盐浓度耐受能力越强，反之越弱。
本发明所提供的方法整个过程全程可以在日光温室条件下培养，具有所用器材简单易得，实验周期较短和批量处理的优点，能够快速评价木本植物种质耐盐碱能力和筛选适合不同土壤类型的木本植物种质资源。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种快速评价木本植物耐盐碱能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将预先获取的木本植物的幼苗置于矿物质基质中进行种植，得到待处理木本植物幼苗；
S2、根据1/2Hoagland完全营养液配方配制得到木本植物营养液；
S3、以所述木本植物营养液为溶剂，分别配制得到不同浓度的中性盐溶液、碱性盐溶液和混合盐溶液；
同时，以不加盐的木本植物营养液作为空白对照溶液；
S4、利用中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液和空白对照溶液对所述待处理木本植物幼苗进行浇灌处理，得到处理后的木本植物幼苗；
S5、对处理后的木本植物幼苗进行叶绿素荧光参数的测定，基于测定的叶绿素荧光参数对木本植物耐盐碱能力进行评价；
当中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数高于空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数，或与空白对照溶液处理下木本植物的叶绿素荧光参数无显著差异时，说明该木本植物的耐盐、碱或混合盐的能力强，反之弱。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，木本植物包括白榆、刺槐中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，矿物质基质中包括蛭石和珍珠岩。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述蛭石和珍珠岩的体积比为2.5～3.5：1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，待处理木本植物幼苗的高度为30～35cm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，木本植物营养液的pH值为5.5～6.5。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，中性盐溶液为NaCl溶液，碱性盐溶液为Na2CO3溶液，混合盐溶液为NaCl、Na2CO3的混合溶液。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，中性盐溶液的浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1；
碱性盐溶液的浓度分别为50mmol·L-1、75mmol·L-1、100mmol·L-1和150mmol·L-1；
混合盐溶液中Na+的浓度分别为100mmol·L-1、150mmol·L-1、200mmol·L-1和300mmol·L-1，NaCl与Na2CO3按照摩尔比2：1的比例混合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用中性盐溶液、碱性盐溶液、混合盐溶液和空白对照溶液对所述待处理木本植物幼苗进行浇灌处理25～35天。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中，叶绿素荧光参数为Fv/Fm值，其中，Fv为可变荧光，Fm为最大荧光；
将中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值与空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值进行对比，若中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值高于空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值，或中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理下木本植物的Fv/Fm值与空白对照溶液处理下木本植物的Fv/Fm值无显著性差异时，说明该木本植物的耐盐、碱或混合盐的能力强，反之弱；
使用Statgraphics Centurion XVI.I软件获取同一浓度下经中性盐溶液、碱性盐溶液或混合盐溶液处理的不同木本植物的Fv/Fm值，采用LSD检验分析不同处理组之间的差异显著性情况，并在数据后使用不同字母表示差异显著性情况，若数据后面有相同字母，则代表数据之间无显著性差异。
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