（林木遗传育种专业论文）天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究.pdf

摘 要 随着我国盐渍土程度的日益加剧， 如何分析不同盐渍化土壤形成原因以及提高植 物耐盐的研究越来越受到重视。因此，本研究以天津滨海地区盐碱土作为研究对象， 从季节和空间上系统分析其变化过程， 期望为改善天津滨海地区盐碱土质提供科学的 参考价值。本研究又对植物耐盐机理方面与筛选方法上进行探索，为科学筛选出具有 一定景观效果的园林绿化植物和改善盐碱地区的生态绿化打下坚实的基础。 针对天津滨海不同盐浓度地区土壤盐分中主要离子含量、 电导率以及在土壤剖面 上空间和季节的分布特征进行监测。结果表明：研究区内土壤离子主要以 na+、cl-、 so42-为主；在高盐浓度地区（m） ，na+、cl-、so42-、ca2+、k+在表层土壤中聚集， 与总盐在土层空间上表现为极显著相关（0.930） ，并在冬季具有较高的变异系数； 在低、中盐浓度地区（n, s） ，na+、cl-、so42-、ca2+在表层中含量较少，季节差异不 显著，受淋溶作用四种离子在 40 cm 土层中聚集，且秋季 so42-、k+、ca2+、hco3- 变异系数较高。与高盐浓度地区相比，低盐浓度地区只有 na+、cl-和总盐间呈极显著 相关性。 为改善滨海地区绿化资源匮乏的现状，本试验以伍兹氏玫瑰（rosa woodsii lindl.） 、复叶槭（acer negundo linn.） 、侧柏（platycladus orientalis）三倍体无性系 1 年生苗木为材料，测定在不同盐浓度（ck、1、2、4、6）胁迫下相对生长 量、叶绿素含量、细胞膜透性、净光合速率、气孔导度、胞间 co2浓度、蒸腾速率、 na+、k+、ca2+含量变化等 8 项指标，探讨其耐盐机制。结果表明：随着盐胁迫浓度 增加，三种苗木相对生长量、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均呈下 降趋势，同时细胞膜透性上升，除侧柏三倍体在低盐胁迫下有一定程度下降，胞间 co2浓度无明显变化。三种苗木各个部位 na+、k+、ca2+含量均呈不同程度变化。综 上盐胁迫下，伍兹氏玫瑰以 k+和 ca2+为主要的渗透调节物质；复叶槭中 k+为主要的 渗透调节物质；侧柏三倍体依靠 na+在地下部分大量积累，k+、ca2+含量在地上部分 保持稳定以维持其生长。 为探索耐盐树种筛选方法，并对耐盐树种进行鉴定，本文以栓皮槭（acer campestre） 、茶条槭（acer ginnala） 、复叶槭（acer negundo） 、美国白蜡树（fraxinus americana） 、洋白蜡树（fraxinus pennsylvanica） 、美国皂荚（gleditsia triacanthos） 、 光叶漆（rhus glabra） 、三叶裂漆（rhus trilobata）八种乔木种子为材料，在不同盐 胁迫条件下培育苗木，测定不同盐胁迫下（ck、2、4、6） ，苗木的净光合速 率、气孔导度、胞间 co2浓度、蒸腾速率和 na+、k+、ca2+含量变化等指标，分析不 同树种耐盐能力，探索耐盐筛选方法。结果表明：随着盐胁迫浓度增加，八种乔木幼 苗相对生长量和苗高均呈下降趋势。洋白蜡树、茶条槭、复叶槭、美国皂荚和光叶漆 净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均逐渐下降，且八种乔木幼苗细胞间隙 co2浓度 均无明显变化。八种乔木苗木叶片的 fo、fm、可变荧光 fv、原初光能转化效率（fv / fm）和光系统的潜在活性（fv / fo）均呈下降趋势。通过分析不同盐胁迫处理下， 复叶槭随着盐胁迫浓度增加，na+含量逐渐上升，而对 k+和 ca2+的吸收逐渐下降；三 叶裂漆和美国皂荚通过吸钾排钠方式，维持细胞较低的渗透压和细胞膜完整性，从而 适应高盐环境生长。利用隶属函数法以 10 种耐盐生理指标为依据进行检测，发现 8 种乔木幼苗耐盐性依次为三叶裂漆美国白蜡树美国皂荚洋白蜡复叶槭茶条槭 栓皮槭光叶漆。 关键词：滨海盐碱土；盐分动态运动；耐盐植物；盐胁迫；耐盐机理 analysis of saline-alkali soil ions in tianjin seashore areas and study on the selection of salt-tolerant tree species auther: zhi huan-huan supervisor: forest tree genetics and breeding adviser: professor yang min-sheng abstract due to the increase of soil salinization, how to analysis the formation of the different salinized soil and enhance the plants tolerance to salt are gradually focused on. therefore, the salinized soil of tianjin seashore area is studied with the changing of season and space to improving the alkali-soil. we also study the plants salt-tolerance mechanism and screening methods in order to select some salt-tolerance plant and change the salinity region. through statistical analysis of the soil major ions, electrical conductivity and temporal and spatial distribution characteristics of the different salinity regions in tianjin seashore area, the results show that the main soil irons content na+, cl-, so42- in the research areas; the high concentration of na+, cl-, so42-, ca2+, k+ are gathering in surface layer and have a highly significant correlation with each other and total salt in the high salinity region(0.930), also have a higher coefficient of variation in the winter; the content of na+, cl-, so42-, ca2+ are lower in the surface layer between the low and medium salinity region and have not significant difference in the seasons. effected by the eluviation, the four ions are gathering in the 40 cm soil layer, and so42-, k+, ca2+, hco3- have a higher coefficient of variation in the autumn. compared with the high salinity region, only na+, cl- and the total salt have a highly significant correlation in the low salinity region. by studying one year-old seedlings of rosa woodsii lindl., acer negundo linn. and triploid platycladus orientalis, we determined their relative growth, total content of chlorophyll, leaf electric relative conductivity, net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular co2 concentration, transpiration rate under different salt stress (ck, 1, 2, 4, 6). the results show that with the salt stress concentration increasing, the relative growth, total content of chlorophyll, net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate in these seedlings decreased, but the leaf electric relative conductivity increased and intercellular co2 concentration have no significant change except that triploid platycladus orientalis decreased to some extent in the low-salt stress. na+, k+ and ca2+ content also have the different changes in all three seedlings. it is concluded that k+ and ca2+ are mainly osmotic adjustment substance in rosa woodsii lindl.; k+ is mainly osmotic adjustment substance in acer negundo linn.; na+ is accumulated on the underground part, while k+ and ca2+ keep stable in above-ground part in order to maintain their growth under salt stress. in order to extend breeding, with seeds of acer campestre, acer ginnala, acer negundo, fraxinus americana, fraxinus pennsylvanica, gleditsia triacanthos, rhus glabra and rhus trilobata as tested materials, we determined their net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular co2 concentration, transpiration rate under different salt stress (ck, 2, 4, 6). the results show that the relative seedling rate and height of eight trees seedlings are decreased. with salt-stress with the salt stress concentration increasing, net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate are decreased in acer ginnala, acer negundo, fraxinus pennsylvanica, gleditsia triacanthos and rhus glabra, but intercellular co2 concentration have no significant change in eight trees seedlings. the value of fo、fm、fv、fv/fm and fv/fo are reduced in eight trees seedlings. with the different salt stress, na+ content are gradually increased in acer negundo, but the absorption of k+ and ca2+ are decent. rhus trilobata and gleditsia triacanthos can maintain a low osmosis and cell membrane integrity by emitting of na+. the salt tolerances of these eight trees seedlings are evaluated with membership function by detemining the ten physiological indexes. the results show that rhus trilobata is strongest in salt-resistant, followed by fraxinus americana, gleditsia triacanthos, fraxinus pennsylvanica, acer negundo, acer ginnala, acer campestre and rhus glabra. key words：saline-alkali soil；salt dynamic movement；salt-tolerance plant；salt stress； salt-tolerance mechanism 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 河北农业大学河北农业大学 或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 河北农业大学河北农业大学 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。 本人授权河北农业大学河北农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 电话： 通讯地址： 邮编： 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 1 1 引言 随着生物科学的发展和世界耕地盐渍化程度的日益加剧， 分析不同盐渍化土壤形 成原因以及提高植物耐盐的研究越来越受到人们的重视。但是，目前国内对盐碱地资 源开发仍没有一个行之有效的方法，并且对耐盐植物的研究也主要集中于农作物、草 类以及某些单一树种方面，而对具有一定景观效果的园林绿化植物研究就少。因此， 研究盐胁迫对植物生理生长的影响，筛选具有一定景观效果的耐盐园林绿化植物，可 为改善盐碱地区城市的生态绿化和景观建设提供丰富的植物种类， 也为研究植物耐盐 的机理打下坚实的基础。 1.1 土壤盐碱化及其成因 1.1.1 盐碱土概述 盐碱土（saline-alkali soil）是一系列受土体中盐碱成分作用的、包括各种盐土和 碱土以及其他不同程度盐化、碱化的各种类型土壤通称；是在一定环境条件下形成和 发育的，其中以气候、地质、地形、水文及生物因素的影响最为突出1。另外，伴随 着人类对土地的开发利用，人类的活动也必然对土壤盐碱化产生巨大的影响。 土壤盐碱化是当今世界面临的重要问题之一，据统计全世界约有 3.8108 hm2土 地具有不同程度地盐碱化，约占可耕地面积的 10%，且每年以 1106到 1.5106 hm2 的速度在增长2。我国约有 9.91107 hm2盐碱土地，约占全国土壤面积的 1/4，主要 分布于我国沿海各省、市、自治区的滨海地带和岛屿沿岸，包括长江以北的山东、河 北、辽宁等省和江苏北部的海滨冲积平原及长江以南的浙江、福建、广东等省沿海一 带的部分地区3。此外，随着人口日益增长，耕地面积不断减少，大量森林、草原、 湿地等开垦为耕地，再加上人类不合理耕作而造成的大面积土壤次生盐碱化，使土壤 盐碱化日趋恶化，已严重地制约了农牧业发展，影响到社会、经济等可持续性发展。 1.1.2 盐碱土形成原因 盐碱土中盐分主要包括 na+、k+、ca2+、mg2+、cl-、so42-、co32-、hco3-八种重 要离子。通常情况下，它们在土壤溶液中作为营养成分存在，但是当这些离子的浓度 达到足以对土壤性状和植物生长产生不良影响时，就成为盐分。 土壤盐碱化成因包括：干旱气候，在干旱少雨的气候条件下，可溶性盐无法被 淋溶，而只能依靠水搬运至低地，在蒸发作用下，聚集于表层土壤导致盐碱化4； 灌溉不当，当灌溉用水中盐分离子含量过高，会使盐分离子在土壤中过量积累，发生 土壤盐碱化5；植被破坏，尤指砍伐森林。当树木被伐掉，种植农作物或土壤裸露 时，一方面降水进入土壤的比例加大，也会抬升地下水位，从而导致土壤盐碱化，另 一方面水分蒸腾量降低，地下水位上升 6；海水入侵，在沿海地区，气候干旱时， 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 2 大量开采地下水，使地下水位下降，地下水呈漏斗形分布，打破了淡水层与海(咸)水 层之间的界线，造成大量海水进入到淡水区，当提水灌溉时，过量的盐分离子进入农 田，引起土壤盐碱化7。 1.2 土壤盐碱化对植物的影响 土壤中盐碱过多时，就会危害植物的正常生长，称为盐害（salinity-stress）8。 目前认为，土壤盐碱化对植物的影响主要表现在以下几个方面： 1.2.1 渗透胁迫 由于土壤中含有过多的可溶性盐类，土壤溶液渗透势降低，造成植物生理干旱， 使植物根系及种子发芽时不能从土壤吸收足够的水分，同时还导致水分从根细胞外 渗，植物萎蔫甚至死亡。另外，盐胁迫还影响到质膜的组分、透性、运输等一系列变 化9。 1.2.2 植物生长发育抑制 盐胁迫对植物最普遍和最显著的效应就是抑制生长10。 目前认为盐分对植物生长 发育造成的影响主要有三方面因素：盐土中的低水势引起植物叶片水势下降，导致 气孔导度下降，是盐害影响多种生理生化过程的根本原因；盐害影响某些特定的酶 或代谢过程。盐害降低光合作用速率，减小同化物和能量供给，从而限制植物的生 长发育11。 刘友亮认为渗透胁迫下的生长抑制可能与细胞壁理化性质的改变有关。 例 如，盐胁迫导致细胞壁容积弹性模量增加，弹性下降、细胞膜膨压增加、葡萄糖合成 壁多糖过程的抑制等1。 在玉米叶片中 na+或 cl-含量过高， 会使植株体内磷含量下降， 磷酸化反应受阻，植物细胞功能不足，能荷降低最终影响到整个植物生长，于是细胞 膜上的 ca2+就被 na+取代，产生膜渗漏现象，细胞中离子和可溶性物质平衡丧失，引 起植物营养缺乏，生长异常等表型。kuiper 等发现叶片中 aba 含量的增加可以抑制 植物生长，推测盐胁迫对根系中细胞分裂素的生物合成具有影响12。storey 等认 为随着盐胁迫增加，会导致根系下表皮逐渐木栓化，从而抑制根系对水分、无机离子 的吸收，最终抑制植物生长发育13。 1.2.3 植物光合作用抑制 众多研究表明，随着盐胁迫增加会降低植物的光合作用，同时降低程度又与盐浓 度呈正相关，即盐浓度越大，作用时间越长，下降越明显14,15。这一点在黄瓜16、水 稻17、番茄18等作物研究中得到证明。但关于盐胁迫是如何抑制植物光合作用？仍 是一个相当复杂的问题。目前研究发现，植物因 na+、mg2+、so42-、cl-的浓度过高， 光合和呼吸作用强度降低，导致淀粉水解作用加强，保卫细胞气孔张开，糖分增加， 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 3 植物体内水分大量散失，最终造成缺水干旱。过量的 cl-和 mg2+渗入细胞后，造成原 生质凝聚， 蛋白质水解作用加强， 蛋白质合成受抑制， 叶绿素破坏， 体内氨基酸积累， 部分氨基酸会转化为丁二胺、戊二胺以及游离氨，当它们达到一定浓度时细胞就会中 毒死亡。江行玉等对棉花研究发现，盐分胁迫造成棉花净光合速率降低的主要原因是 气孔的关闭19。 惠红霞等又认为， 盐胁迫下小麦光合作用的下降一方面是由于盐害造 成 ps的原初光能转化效率降低，另一方面，可能是损害了与光合作用系统有关的 膜结构等因素20。 在对冬小麦研究发现， 盐胁迫降低了单位面积上叶绿素的含量以及 叶绿素对光能的原初光能效率、吸收能力以及 ps电子传递速率，同时又降低光合 放氧速率，导致植物光反应受到抑制21。另外，光合能力下降也与植物品种以及盐的 种类有关。但是，目前针对盐胁迫对植物的影响尚无一致结论，仍需试验继续进一步 证实，以便提供可靠地试验依据。 1.3 植物耐盐机理研究 植物的耐盐机理是一个相当复杂的问题，这与植物特殊形态变化、离子摄入、渗 透物质合成和积累、大分子蛋白的合成以及相关基因表达调控等存在一定的联系。 1.3.1 植物特殊的形态变化 植物为适应土壤中盐分浓度较高这一特殊的生长环境， 在形态结构上发生了某些 特殊变化22，主要表现在：茎和叶的肉质化，叶退化成鳞片状，新生枝条呈绿色并 肉质化。并且无论是叶的肉质化还是茎的肉质化，都是通过薄壁细胞组织大量增生， 体积增大，数目增多，吸收和贮存大量水分，来稀释细胞中盐离子浓度对植物造成的 毒害作用；具有盐腺结构；具有盐囊泡结构。 1.3.2 离子吸收吸钾排钠机制 降低植物地上部分盐分浓度是植物耐盐的重要机理之一。水稻、小麦等作物在一 定 nacl 范围胁迫下， 根中 na+比地上部位组织高 3 至 7 倍， 高粱在 100 mmoll-1nacl 胁迫 7 d 后，其根和茎中 na+含量比穗轴高 7 至 10 倍23。任东涛等研究发现，芦苇 耐盐机制是限制 na+向地上部运输，即使是在 500 mmoll-1nacl 胁迫下，其叶中的渗 透质也主要是 cl-、k+和蔗糖，并且 na+还占不到 10%24。目前认为植物排钠机制涉 及下列过程：植物体不能将 na+吸入根细胞，即使进入了细胞也只能通过地下 na+/h+泵排出，并且内皮层细胞内 na+也同样被排出，可能是与植物的细胞膜组成有 关；植物将吸收的 na+贮存于根茎，从而阻止了 na+向叶部运输；植物将吸收的 na+通缩运输，使木质部或韧皮部的传递细胞吸收，并分泌到韧皮部中再运回根中， 最后分泌到环境中，即植物通过往复循环将 na+运到体外，这一点已经在高粱、菜豆 等植物中得到证明；在 nacl 胁迫下，植物吸收的 na+向地上部特别是叶和果实部 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 4 分运输选择性降低，而 k+运输选择性增加23,25。 另外，在高盐环境下，许多植物还具有选择性土壤中某些浓度较低的必需元素而 少吸收非必需元素的特性。由于构成盐渍土壤的盐类绝大多数为 nacl，而 k+浓度很 低，因此，选择吸收 k+的机能对植物至少有以下几点意义：在高 na+条件下，k+ 的吸收被抑制，但由于植物发挥了较强的选择吸收机制，吸收了较多的 k+，从而避 免了植物体因缺 k+而抑制其生长；植物从高盐浓度土壤中吸收多量的 k+，作为无 机渗透调节物质，可避免渗透胁迫；对 k+的吸收可能与细胞拒 na+有关23,26。 1.3.3 渗透调节机制 在高盐胁迫下，由于外界渗透势较低，植物细胞自身会发生水分亏缺的现象，即 渗透胁迫。为了避免这种伤害出现，植物通过向细胞内部主动积累一些可溶性物质来 有效地降低胞内渗透势，以减弱或避免伤害，确保在逆境条件下水分正常供应27-30. 渗透调节机制分为无机渗透调节和有机渗透调节。 无机渗透调节是指从土壤或细 胞外界溶液中吸收、积累各种无机离子，从而提高细胞内离子浓度，并且不同植物在 利用无机离子作为渗透调节物质方面存在差异22； 有机渗透调节是指在细胞内合成可 溶性有机物质作为渗透调节物质，主要包括甜菜碱、脯氨酸、有机酸、可溶性碳水化 合物、游离氨基酸等。目前，对于脯氨酸的研究表明，随着植物体内脯氨酸含量增加 和积累会有助于细胞保水，同时还可作为一种碳水化合物来源，以及酶和细胞结构的 保护剂31-33，这一点以在小麦34、羊草35、苜蓿36等植物上得到证明；实验研究证 明甜菜碱的积累有利于保持酶的稳定性， 从而可抵消高盐胁迫对植株造成地有害影响 37。同时实验研究证明，外源甜菜碱可明显提高小麦38、白菜39等经济作物的耐盐 性，改善体内 na+、k+、cl-分布，提高胞内可溶性物含量；可溶性糖是很多非盐生植 物的主要渗透调节剂，也是合成其他有机溶质的碳架保护和能量来源，又对细胞膜和 原生质胶体具有稳定作用，还可在胞内无机离子浓度高时起保护作用40。 1.3.4 盐胁迫蛋白的作用 研究发现，植物在盐胁迫下，体内能合成一些新的蛋白或某种蛋白在量上发生某 种变化，因此将这一类蛋白称之为应激蛋白或胁迫蛋白，而且经实验证明某些应激蛋 白与植物抗盐性有关。 singh等首次报道在烟草盐适应悬浮细胞中存在盐胁迫蛋白41， 此后又发现在苜蓿42、玉米43、小麦44等许多作物中存在盐胁迫蛋白，其中以分子 量 26kd 蛋白质的含量变化显著，占总蛋白的 10 到 12%，而且增加量与总蛋白量间 成正相关。ramagopal 等对耐盐 cm 72 和不耐盐的 prato 品种进行比较研究发现，大 麦根和茎合成了 11 种盐胁迫蛋白，它们之间具有组织和品种上的特异性，分子量为 20 到 27 kd43。 刘友亮等用 10-5 mmoll-1aba 处理不耐盐细胞， 发现当细胞内 26 kd 蛋白增加后，其细胞耐盐性也明显提高45。到目前为止，与细胞耐盐性有关的盐胁迫 蛋白其确切的生理调控机制还有待进一步深入研究。 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 5 1.4 耐盐植物筛选方法以及意义 目前对于筛选耐盐植物的方法主要有以下几种方法：常规选育、杂交育种耐盐基 因及耐盐突变体选育等。 1.4.1 常规选育 常规选育耐盐植物方法主要以筛选和引进为主。 筛选是指直接在盐碱环境中选择 培育出抗盐品种， 并确定其各自的耐盐范围； 引种是指引进国内外耐盐品种用于栽培。 从上世纪 60 年代开始，我国科研工作者就开始从事于耐盐植物栽培研究，到目 前为止，已在这个方面上做出大量工作，选育出众多适应性强和具有耐盐性的品种。 例如：白榆、玫瑰、棉花、番茄、刺槐、小麦、马铃薯、沙棘等46-48。但常规选育也 存在不足之处，即选育周期长，只能代表该植物在该地土壤条件下的耐盐能力，并不 一定适用于其他盐碱地，具有一定的局限性。 1.4.2 杂交育种 杂交选育是通过遗传上不同品种间的杂交，使亲本性状在子代组合，最后在自交 分离后代中获得纯合的重组型。利用这一方法可从选育材料中，将具有抗盐性品种进 行杂交，从而选育出抗盐性强的新品种49。例如：strogonov 等研究棉花时发现，在 无盐条件下，选育茁壮生长的植株进行杂交，杂交后代在盐胁迫下逐代筛选，可获得 高抗性植株，产量增加 7 到 43%50；夏光敏等用高冰草与小麦作亲本，通过非对称 融合技术杂交，获得的后代能够在 0.7 至 1%盐浓度土壤中正常生长。但是，由于选 育周期长，工作量大，杂交选育耐盐植物方法没有被广泛采用。 1.4.3 耐盐基因及耐盐突变体选育 通过对植物耐盐机理的研究， 发现了许多只有在逆境胁迫下才表达某些耐盐相关 基因，包括：脯氨酸合成酶 aproa、甜菜碱醛脱氢酶 badh、6-磷酸山梨酸脱氢酶 gut-d 和与保护酶相关的 sod 基因。通过现代基因工程技术将这些基因转入植物中， 可不同程度地提高它们的耐盐性51,52。王淑芳等采用 pcr 方法从 e.coli tg1 菌株中 扩增得到胆酰脱氢酶基因后，将其整合到番茄基因组中，通过与对照相比，发现转基 因番茄的耐盐性得到明显提高53。 近年来，人们逐渐通过突变体方法培育耐盐植物。nobor 等从烟草耐盐细胞系 成功地筛选出耐盐突变体再生植株，并且能通过有性繁殖而遗传。陈可咏、郭丽娟、 沈银柱和张小玲等分别对芦苇、玉米、小麦和水稻进行愈伤组织突变体诱导，得到了 众多具有较高水平的耐盐碱细胞系以及由此产生的耐盐植株54-57。 张绮纹等以群众杨 39 无性系的嫩茎为外植体进行耐盐培养，获得了耐盐杨树的再生植株58。由此可以 看出， 随着分子生物学和基因工程的发展将更快地促进盐胁迫相关的遗传和生理过程 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 6 研究，为筛选、鉴定和利用优良抗盐基因，最终使植物耐盐性改良向着人工控制的方 向发展。 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 7 第一章 天津滨海地区盐碱土离子季节动态变化 天津滨海盐土是在渤海西岸海积平原上形成的土壤，地面的海拔仅 1 m 左右， 地下水的水位接近地表，矿化度达 30 g/l 以上59。由于这种特殊的地理位置使得滨 海地区土壤形成过程中积聚了大量盐分，土壤类型主要以滨海盐渍土为主，并且生长 着特殊的盐生植被。由于近几年来, 干旱、海水倒灌、地面沉降等因素的影响, 中度 和重度盐渍化土壤面积有扩大趋势, 直接结果是植被覆盖率逐渐降低60。 为了探索天津滨海地区土壤中各种离子季节动态变化规律，从 2007 年起，对天 津滨海地区林场的不同植被地区、不同土壤剖面进行动态监测，探讨各种离子季节变 化规律，为改善天津滨海地区周边生态环境，指导天津滨海地区的绿化建设、土壤改 良和农林业开发提供参考。 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 8 2 材料与方法 2.1 土壤采集地概况 试验区位于天津市大港区，盐渍土分布广泛。该区属北温带大陆性季风气候，冬 季寒冷干燥， 夏季湿热多雨。 年平均气温在 11.412.9， 年平均降水量在 522.2663.4 mm，但是降水分布不均匀，68 月降水量占全年降水总量的 70%左右。 2.2 土壤采集及样品的处理 在研究区范围内，根据当地土壤质地、地理方位、植被类型及生长状况，初步分 为 3 种类型地区：低盐浓度地区（n） 、中盐浓度地区（s） 、高盐浓度地区（m） 。分 别于 2007 年 3 月、6 月、9 月、12 月进行土壤剖面挖掘，取样深度为 1 m，分层取样， 其层次分别为 02 cm、220 cm、2040 cm、4060 cm、6080 cm、80100 cm。采 集后的土样经过风干，剔出其混入的植物残茬、石砾等，磨碎、过 1 mm 孔径筛，装 入广口瓶中待测。 2.3 测定方法 采集的土样由河北农业大学林学院生理实验室，按照土壤农化分析61要求， 对处理后的土样按 5：1 水土比进行浸提，用 delta-326 型电导仪测定电导率（ec， ms/cm） 。同时测定土壤浸提液中 k+、na+、ca2+、mg2+、cl-、hco3-、so42-七大离子 含量，具体测定方法为：k+、na+、ca2+和 mg2+用原子吸收分光光度法测定；cl-用 agno3滴定法测定；hco3-用双指示剂-中和滴定法测定；so42-用 edta 间接络合滴 定法测定。 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 9 3 结果与分析 3.1 不同盐浓度地区土壤盐分组成 对不同盐浓度地区（n, s, m）土壤水溶性盐中各种离子组分调查表明（表 1）， so42-、na+、cl-在不同盐浓度地区水溶性盐中所占百分比最大，mg2+、hco3-、ca2+ 次之，k+最少。其中so42-、hco3-、k+标准偏差变化较大，季节差异明显。na+、cl- 作为土壤水溶性盐的重要组分，从低盐浓度地区（n）到高盐浓度地区（m）其所占 百分比逐渐升高。 表 1 不同盐浓度地区年均各种离子所占水溶性盐百分比 table 1 the percentage of annual averages various water-soluble ions at the different salinity place 不同盐浓度地区 the different salinity places 组分 component（%） 低盐浓度地区（n） the low salinity place 中盐浓度地区（s） the medium salinity place 高盐浓度地区（m） the high salinity place na+ 2.620.89 3.521.05 3.760.86 cl- 0.550.06 0.470.02 0.770.17 so42- 5.004.78 3.162.14 3.281.89 k+ 0.130.05 0.050.03 0.040.02 ca2+ 0.270.03 0.120.04 0.140.03 mg2+ 0.550.04 0.230.08 0.240.04 hco3- 0.530.20 0.340.26 0.150.07 3.2 土壤不同土层中离子组分的年变化 3.2.1 土壤浸提液电导率（ec） 、na+、cl-、so42-年均空间变化分析 通过分析不同盐浓度地区采样点，土壤浸提液电导率、na+、cl-、so42-土壤剖面 深度上年均变化可知，na+、cl-、so42-作为研究区域内主要的土壤盐分离子，其不同 盐浓度地区年均空间变化与土壤浸提液电导率变化趋势相似， 但不同盐浓度地区之间 表现各不相同（图1、2、3、4）。 在高盐浓度地区（m），随着土层深度增加，土壤浸提液电导率、na+、cl-、so42- 从040 cm土层表现出急剧下降的趋势，但在中、低盐浓度地区（s, n）略有增加； 在40100 cm土层之间，除了低盐浓度地区（n）出现先降低再升高外，在高、中盐 浓度地区（m, s）土壤浸提液电导率、na+、cl-、so42-缓慢增加。由于受气候、土壤 质地、蒸发等多种因素的影响，在高盐浓度地区（m）土壤浸提液电导率、na+、cl-、 so42-季节影响明显。 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 10 3.2.2 k+、ca2+、mg2+、hco3-年均空间变化分析 k+、ca2+、mg2+、hco3-作为研究区域内含量相对较少的土壤盐分离子，其年均 空间变化与土壤质地、植被、气候变化等因素之间也存在必然联系。通过比较不同盐 浓度地区土壤中ca2+、k+、mg2+、hco3-含量发现，ca2+含量高于其他三种离子且年 均空间变化与土壤浸提液电导率、na+、cl-、so42-变化趋势相似（图6）。k+作为土 剖面深度(cm) the profile depth 剖面深度(cm) the profile depth na+含量/(g/kg) na+ content 图 2 不同盐浓度地区na+年均变化 characteristics of annual averages na+ content change at the different salinity places 图 1 不同盐浓度地区土壤浸提液电导率年均变化 fig.1 characteristics of annual averages the electrical conductivity change at the different salinity place 低盐浓度地区(n) 中盐浓度地区(s)高盐浓度地区(m) 土壤浸提液电导率/(ec, s/cm) the electrical conductivity of soil 01234 0 20 40 60 80 100 05101520253035 0 20 40 60 80 100 cl-含量/(g/kg) cl- content so42-含量/(g/kg) so42- content 剖面深度(cm) the profile depth 图 3 不同盐浓度地区cl-年均变化 fig.3 characteristics of annual averages cl- content change at the different salinity places 图 4 不同盐浓度地区so42-年均变化 fig.4 characteristics of annual averages so42- content change at the different salinity places 剖面深度(cm) the profile depth 01234 0 20 40 60 80 100 00.30.60.9 0 20 40 60 80 100 天津滨海地区盐碱土离子分析以及耐盐树种筛选研究 11 壤离子中相对含量最少的组分，在不同盐浓度地区，从040 cm土层k+含量整体呈下 降趋势（图5）。在中盐浓度地区（s），随着土层深度的增加，mg2+含量逐渐升高， 但hco3-含量却呈下降趋势；在低盐浓度地区（n），其mg2+和hco3-含量均呈先升 再降最后再升的趋势；在高盐浓度地区（m）， 040 cm土层mg2+含量要高于其他两 个盐浓度地区，而hco3-含量相对较小（图7, 8）。 00.40.81.2 0 20 40 60 80 100 ca2+含量/(g/kg) ca2+ content 图 5 不同盐浓度地区k+年均变化 fig.5 characteristics of annual averages k+ content change at the different salinity places 图 6 不同盐浓度地区ca2+年均变化 fig.6 characteristics of annual averages ca2+ content change at the different salinity places 低盐浓度地区(n) 中 盐 浓 度 地 区高 盐 浓 度 地 区 k+含量/(g/kg) k+ content 剖面深度(cm) the profile depth 剖面深度(cm) the profile depth 00.010.020.03 0 20 40 60 80 100 mg2+含量/(g/kg) mg2+ content hco3-含量/(g/kg) hco3- content 图 7 不同盐浓度地区mg2+年均变化 fig.7 characteristics of annual averages mg2+ content change at the different salinity places 图 8 不同盐浓度地区hco3-年均变化 fig.8 characteristics of annual averages hco3- content change at the different salinity places 00.020.040.060.08 0 20 40 60 80 100 剖面深度(cm) the profile depth 剖面深度(cm) the profile depth 00.020.040.06 0 20 40 60 80 100 河北农业大学硕士学位（毕业）论文 12 3.3 不同盐浓度地区土壤主要组分间相关性分析 通过分析土壤中各种离子间以及与总盐间的相关性发现（表2），不同盐浓度地 区各离子间以及与总盐间的相关性各不相同。在低盐浓度地区（n），na+与cl-、总 盐以及cl-与总盐间呈极显著正相关，相关系数在0.930以上；与低盐浓度地区（n） 不同，中盐浓度地区（s）除以上组分间具有较强相关性外，so42 -与na+、cl-、ca2+、 mg2+和总盐，ca2 +与na+、cl-、so 42 -和总盐，mg2+与cl-、so 42 -和总盐间呈极显著正 相关，但hco3-与na+、cl-和so42-呈极显著负相关，与ca2 +、mg2+和总盐呈显著负相 关；在高盐浓度地区（m）其各组分间相关性进一步加强，即k+与na+、cl-、so42- 和总盐间呈极显著正相关，但mg2+与各离子及总盐间呈负相关，相关性很小，未达到 显著水平，hco3-与中盐浓度地区（s）相似。 表 2 不同盐浓度地区年均土壤主要组分间的相关性分析 table 2 corre