鹽分脅迫對5種園林灌木生理生化指標(biāo)的影響

趙紅洋，陳 莉

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

鹽堿土是陸地上分布廣泛的一種土壤類型，全世界約有1/3鹽漬化土壤，目前我國有2 22 000多萬hm2鹽荒地和666.7萬hm2鹽漬化土壤，約占全國可耕地面積的25%，是國內(nèi)一項(xiàng)巨大的土壤資源。鹽堿土嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市綠化，是影響生態(tài)環(huán)境的重要因素之一。大部分植物在土壤含鹽量0.3%便受到危害，大于0.5%時(shí)即不能生長［1］。植物在鹽分的脅迫下，會產(chǎn)生一些生理生化變化以適應(yīng)不良環(huán)境。葉綠素和類胡蘿卜素的含量下降，脯氨酸含量上升，蛋白質(zhì)表達(dá)改變，鹽脅迫蛋白合成的種類和數(shù)量增多，保護(hù)性酶活性降低，丙二醛、超氧陰離子自由基和細(xì)胞膜相對透性在鹽分脅迫下，大多呈上升趨勢。通過對鹽脅迫下大花六道木、濱柃、花葉胡頹子、傘房決明和迷迭香5種園林灌木生理生化指標(biāo)的測定和分析，研究其對鹽分脅迫的適應(yīng)機(jī)制和高鹽對植物造成的傷害，為在土地鹽堿化的沿海地區(qū)引種以上植物提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試5種材料見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

2010年2月將供試5種園林灌木的幼苗帶原土移栽到口徑25cm的硬塑料容器。3月將容器苗移入長、寬分別為7.0m、2.0m，深度為0.8m的試驗(yàn)池中。3月26號池中放入30cm深度的鹽水，盛苗容器底部由空容器支撐，保持底部3cm浸在鹽水。在4個(gè)試驗(yàn)池中設(shè)4個(gè)鹽濃度梯度，分別為0（ck）、1‰、3‰、5‰。為了使鹽分組成更接近于崇明濱海鹽土的實(shí)際情況，試驗(yàn)按 NaCl、Na2SO4、NaHCO3分別占85.0%、14.7%和0.3%的比例配制［2］。每處理6個(gè)重復(fù)。人工控制水分和鹽分，定期對盆內(nèi)土壤及試驗(yàn)池內(nèi)鹽溶液進(jìn)行含鹽量測定，適時(shí)調(diào)整以確保盆內(nèi)土壤含鹽量。耐鹽試驗(yàn)從3月26日開始，4月20日采樣測定下列各指標(biāo)：采用丙酮乙醇等量混合液法［9］對葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、葉綠素（Chla＋b）和類胡蘿卜素（Car）含量進(jìn)行測定；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定見參考文獻(xiàn)［10］；脯氨酸（Pro）、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量測定見參考文獻(xiàn)［11］；超氧陰離子自由基的測定見參考文獻(xiàn)［12］；硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量（MDA）［10］，DDS－307電導(dǎo)率儀測定膜相對透性［12］。

表1 5種供試園林灌木Table 1 List of the tested plants

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽分脅迫對5種園林灌木葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

5種園林灌木葉綠素含量變化趨勢除大花六道木在重度鹽分脅迫時(shí)略有回升外，其余4種園林灌木的葉綠素含量都隨鹽分脅迫而不斷下降，且處理之間差異較大。5種園林灌木葉綠素含量的平均變化率分別為28.8%、33.3%、34.0%、23.5%、21.2%（圖1）。與對照相比，重度鹽分脅迫下，大花六道木、花葉胡頹子、傘房決明、迷迭香、濱柃含量下降的幅度分別為31%、54%、56%、37%、34%（表2）。隨著鹽分脅迫程度的加深，樹種的耐鹽性越強(qiáng)，葉綠素含量的變化幅度越?。?2］。大花六道木、濱柃和迷迭香的葉綠素含量的變化幅度、變化率均較小，說明3種園林灌木有較強(qiáng)的適應(yīng)鹽分環(huán)境的能力，耐鹽能力較強(qiáng)。

輕度鹽分脅迫下，大花六道木、迷迭香、濱柃的類胡蘿卜素含量上升，其他樹種則持續(xù)下降（表2）。中度和重度鹽分下，除濱柃外，其余園林灌木的類胡蘿卜素含量有明顯下降（表2）。

圖1 鹽分脅迫5種園林灌木葉綠素的變化率Table 1 Variation of chlorophyll content under salt stress

類胡蘿卜素在輕度鹽分脅迫下含量上升，可能是對輕度鹽分脅迫的一種適應(yīng)，目的是起到光保護(hù)作用［13］。在嚴(yán)重鹽分脅迫下，5種園林灌木的類胡蘿卜素含量明顯下降，可能此時(shí)自由基積累超過了抗氧化劑的清除能力，從而使細(xì)胞受到損傷［14］。

迷迭香、濱柃的類胡蘿卜素含量下降幅度較小，表明這2個(gè)灌木清除活性氧自由基的能力和保護(hù)光合系統(tǒng)免受光動力氧化作用破壞的能力較強(qiáng)。

表2 鹽分脅迫5種園林灌木葉綠素含量的變化Table 2 Variation of chloroplasts pigment contents under salt stress mg·g－1 FW

2.2 鹽分脅迫對保護(hù)酶活性的影響

在輕度鹽分脅迫下，除花葉胡頹子的SOD酶活性呈下降趨勢外（圖2），其余園林灌木均為上升趨勢。中度脅迫下5種園林灌木的SOD活性均呈現(xiàn)升高趨勢。重度鹽分脅迫下均表現(xiàn)出下降的趨勢，但比對照仍有較大提高，5種園林灌木的升高量分別為濱柃258%、迷迭香178%、傘房決明133%、花葉胡頹子70%和大花六道木164%。

重度鹽分脅迫下，POD活性均比ck有所升高，但升高的程度有所不同，分別為大花六道木44%、花葉胡頹子75%、傘房決明58%、迷迭香43%、濱柃184%（圖3）。表明POD活性在鹽分脅迫下穩(wěn)定升高，從而增強(qiáng)對H2O2的分解，減少對植株的危害，增強(qiáng)了植株的抵抗能力。方差分析顯示，除濱柃外，其他植物均未達(dá)到顯著水平。濱柃和大花六道木的POD活性最高值出現(xiàn)在重度鹽分脅迫下，而其余3個(gè)樹種的最高值出現(xiàn)在中度脅迫下。

在輕度和中度鹽分脅迫時(shí)5種園林灌木的CAT活性均持續(xù)升高。在重度鹽分脅迫下，5種園林灌木的CAT活性均呈下降趨勢。濱柃、迷迭香的下降幅度較大，分別為22.4%、28.0%，大花六道木下降幅度次之，為14.5%，傘房決明、花葉胡頹子下降幅度最小，分別為7.9%、9.4%（圖4）。

4種園林灌木的APX活性均呈先升高后降低的趨勢，而大花六道木持續(xù)升高，APX活性在中度鹽分脅迫時(shí)達(dá)到最高值，以后隨著脅迫的加強(qiáng)其活性下降，濱柃和迷迭香的變化幅度較大，傘房決明和花葉胡頹子變化較緩和。雖然濱柃和迷迭香在重度鹽分脅迫時(shí)APX活性呈現(xiàn)下降的趨勢，但仍然高于一直上升的大花六道木，傘房決明和花葉胡頹子的APX活性較弱（圖5）。

5種園林灌木按其在重度脅迫下酶活性的差異可分為3類：第1類為花葉胡頹子和傘房決明，其酶活性相對較低，第2類為迷迭香和濱柃，其酶活性相對較高；第3類為大花六道木，其酶活性介于前兩類間。因此，迷迭香和濱柃可適應(yīng)鹽分較高的地區(qū)，而花葉胡頹子和傘房決明則可在鹽分含量相對較低的地區(qū)推廣。

圖3 鹽分脅迫5種園林灌木POD活性的變化Fig.3 Variation of POD activity under salt stress

圖2 鹽分脅迫5種園林灌木SOD活性的變化Fig.2 Variation of SOD activity under salt stress

圖4 鹽分脅迫5種園林灌木CAT活性的變化Fig.4 Variation of CAT activity under salt stress

圖5 鹽分脅迫5種園林灌木APX活性的變化Fig.5 Variation of APX activity under salt stress

2.3 鹽分脅迫對脯氨酸，可溶性糖，可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

鹽分脅迫下5種園林灌木脯氨酸含量上升，與對照相比，差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。在輕度鹽分脅迫下，各園林灌木內(nèi)脯氨酸增加幅度較小，隨著鹽分脅迫程度的增加，脯氨酸開始大量積累，重度鹽脅迫下，脯氨酸含量顯著上升，濱柃最大，為對照的6倍，大花六道木最小。脯氨酸含量的大小順序?yàn)闉I柃＞迷迭香＞傘房決明＞花葉胡頹子＞大花六道木（圖6）。

圖6 鹽分脅迫5種園林灌木脯氨酸含量的變化Fig.6 Proline content under salt stress

鹽分脅迫下脯氨酸的積累在一定程度上反映了植物對鹽分脅迫的適應(yīng)性。綜合5種園林灌木的生長指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)以及成活率，濱柃耐鹽性最強(qiáng)，而其積累的脯氨酸量也最多；迷迭香、傘房決明和花葉胡頹子脯氨酸的積累與其耐鹽性相適應(yīng)。大花六道木耐鹽性較強(qiáng)，但其脯氨酸積累量卻最小。究其原因，可能大花六道木存在其他的滲透調(diào)節(jié)途徑。

隨著鹽分脅迫程度的增加，大花六道木、濱柃、迷迭香可溶性糖含量均呈遞增趨勢，其中大花六道木可溶性糖的積累速率最高，濱柃次之，迷迭香最小，說明可溶性糖對大花六道木所起的滲透調(diào)節(jié)作用最大，與鹽分脅迫下大花六道木脯氨酸積累量最少但耐鹽性較強(qiáng)相適應(yīng)；花葉胡頹子、傘房決明在輕、中度鹽分脅迫下可溶性糖含量上升，隨著鹽脅迫程度的進(jìn)一步增加，可溶性糖含量下降，但仍高于對照，說明在鹽分脅迫初期，可溶性糖的增加對花葉胡頹子、傘房決明的滲透調(diào)節(jié)有重要作用，但隨著脅迫的進(jìn)一步加劇，糖的合成可能受阻，加之糖的纖維化，造成葉片的可溶性糖含量下降（圖7）。

圖7 鹽分脅迫5種園林灌木可溶性糖含量的變化Fig.7 Glucose content under salt stress

隨著鹽分脅迫程度增加，5種園林灌木的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢：花葉胡頹子和傘房決明呈下降趨勢，大花六道木和迷迭香先上升后下降；在輕、中度鹽分脅迫下，可溶性蛋白含量上升，但不明顯，重度鹽分脅迫下，蛋白質(zhì)含量顯著下降，濱柃呈上升趨勢，但變化幅度很小，基本不變（圖8），這可能是由于鹽分脅迫使脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生了與蛋白質(zhì)復(fù)合體反應(yīng)并使之失活的有毒物質(zhì)而抑制蛋白質(zhì)的合成或膜蛋白在過氧化過程中受到傷害，從而減少蛋白質(zhì)含量［16，17］。有研究表明，鹽分脅迫下可溶性蛋白增加說明這些蛋白在增強(qiáng)植物耐鹽性上起重要作用，可溶性蛋白水平的提高有滲透調(diào)節(jié)和延緩衰老的作用［18，19］。研究還證明，隨蛋白含量的增加，其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性糖、游離脯氨酸等亦隨之增加。這是因?yàn)橹参锏哪望}能力是由基因表達(dá)所控制的，表達(dá)的最終效應(yīng)是一系列的生理生化方面的變化。所以可以猜測有新生蛋白存在，這種逆境蛋白的生成有利于增強(qiáng)苗木的耐鹽性。

圖8 鹽分脅5種園林灌木可溶性蛋白含量的變化Fig.8 Soluble protein content under salt stress

圖9 鹽分脅迫5種園林灌木O2－產(chǎn)生速率的變化Fig.9 Produce rate O2－under salt stress

花葉胡頹子、傘房決明、迷迭香、濱柃和大花六道木5種園林灌木在鹽分脅迫下各自的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制不同。鹽分脅迫下，脯氨酸含量的大小順序?yàn)闉I柃＞迷迭香＞傘房決明＞花葉胡頹子＞大花六道木，說明脯氨酸對濱柃和迷迭香所起的滲透調(diào)節(jié)作用較大，而大花六道木脯氨酸含量的變化對鹽分脅迫最不敏感。但鹽分脅迫下，大花六道木具有最大的可溶性糖含量，因此，推論可溶性糖的積累是大花六道木主要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)機(jī)制。大花六道木和迷迭香在輕、中度鹽分脅迫下，可溶性蛋白含量上升，說明可溶性蛋白與其耐鹽性有一定的相關(guān)性，花葉胡頹子和傘房決明在鹽分脅迫下，可溶性蛋白含量一直下降，說明可溶性蛋白對其耐鹽性作用不大。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中，濱柃的脯氨酸和可溶性糖均有較高的含量，而其可溶性蛋白含量也比較穩(wěn)定，因此，認(rèn)為其具有較好的自我調(diào)節(jié)能力，具有較高的耐鹽性。大花六道木以可溶性糖和可溶性蛋白為主，耐鹽性也較強(qiáng)。而花葉胡頹子和傘房決明3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量變化均不顯著，耐鹽性較小，迷迭香耐鹽性稍大于傘房決明和花葉胡頹子。

2.4 鹽分脅迫對膜透性和過氧化產(chǎn)物的影響

輕度鹽分脅迫下，5種園林灌木的O2－產(chǎn)生速率雖有所上升，但幅度很小，基本上保持不變。中度鹽分脅迫下，O2－產(chǎn)生速率增幅有所增加，但增加不大，灌木自身仍可通過保持較高水平的酶活性和滲透調(diào)節(jié)能力來進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，減弱鹽分脅迫所帶來的傷害。重度鹽分脅迫下，超氧陰離子自由基產(chǎn)生速率急劇上升，自由基大量積累，嚴(yán)重破壞了灌木的膜系統(tǒng)，膜透性大幅度增加。其中O2－產(chǎn)生速率增幅濱柃最小，為90%，其次為大花六道木95%，花葉胡頹子最大，為475%，傘房決明422.98%和迷迭香146.24%。重度鹽分脅迫已對植物產(chǎn)生了極大的傷害。

2.4.1 鹽分脅迫對MDA含量的影響 大花六道木、花葉胡頹子、傘房決明、迷迭香隨著脅迫強(qiáng)度的增加MDA表現(xiàn)出增加的趨勢，與對照相比，增幅最小的是濱柃，為18.71%，其次，大花六道木40.53%，迷迭香、傘房決明和花葉胡頹子分別為42.77%，63.68%和67.65%。MDA與電導(dǎo)率的變化趨勢相似，膜透性的增加與膜質(zhì)過氧化關(guān)系密切。在鹽分脅迫下，濱柃和大花六道木、迷迭香受到的傷害較?。▓D10）。

2.4.2 鹽分脅迫對質(zhì)膜相對透性的影響 5種園林灌木在鹽分脅迫下膜透性均隨著脅迫強(qiáng)度的加劇而呈現(xiàn)增加的趨勢（圖11）。這說明鹽分脅迫對5種園林灌木的細(xì)胞膜造成了一定傷害。

與ck方差分析表明，濱柃和大花六道木的膜透性變化不顯著（P＞0.05），迷迭香和傘房決明達(dá)顯著水平（P＜0.05），花葉胡頹子達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。重度鹽分脅迫下，花葉胡頹子和傘房決明分別比ck增加200%和183%；迷迭香和大花六道木分別增加160%和100%；濱柃僅為70%。說明鹽分脅迫對濱柃膜透性影響不明顯，能夠較好的適應(yīng)鹽分脅迫條件；其他4種園林灌木均達(dá)到了顯著和極顯著水平，說明鹽脅迫對其膜透性影響較大。

2.5 鹽分脅迫下各生理生化指標(biāo)的相關(guān)性分析

表3所示SOD、CAT、POD等3種酶的活性與細(xì)胞膜透性呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，如濱柃的POD活性與膜透性的負(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.910。

圖10 鹽分脅迫5種園林灌木MDA含量的變化Fig.10 MDA content under salt stress

圖11 鹽分脅迫5種園林灌木細(xì)胞膜相對透性的變化Fig.11 Relative permeability of cell membranes under salt stress

表3 9個(gè)生理生化指標(biāo)和細(xì)胞膜透性之間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation between 9physiological and biochemical indexes and cell membrane permeability

續(xù)上表

游離Pro和可溶性糖均與細(xì)胞膜透性呈極顯著正相關(guān)。

可溶性蛋白含量和膜透性呈極顯著負(fù)相關(guān)。許多研究［16］表明，可溶性蛋白含量的增加與電解質(zhì)外滲率的增大呈顯著正相關(guān)，但本研究結(jié)果表明，可溶性蛋白對細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用不大。

膜透性與MDA呈顯著或極顯著正相關(guān)。表明在鹽分脅迫下MDA含量的增加與電解質(zhì)外滲率的增大呈正相關(guān)，膜質(zhì)過氧化過程是造成膜結(jié)構(gòu)與功能破壞的重要因素。

3 小結(jié)

（1）鹽分脅迫下，5種園林灌木的葉綠素和類胡蘿卜素含量在不斷的下降，大花六道木、濱柃的下降幅度較小，濱柃葉綠素含量的變化幅度最小。在輕度鹽分、中度鹽分下Chla/Chlb的比值先升高，后降低。

（2）5種園林灌木的酶活性總的趨勢是先升高后下降，大花六道木的酶活性介于各園林灌木之間，迷迭香、濱柃的酶活性較高，花葉胡頹子、傘房決明的酶活性較低。

（3）5種園林灌木的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量變化的趨勢大體相似。鹽脅迫下脯氨酸含量大幅度升高。大花六道木、迷迭香和濱柃可溶性糖升高；而花葉胡頹子、傘房決明則先升高后降低；可溶性蛋白的含量在鹽分脅迫下大多呈下降趨勢。

脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)對5種園林灌木所起的滲透調(diào)節(jié)作用是不同的?？扇苄蕴堑姆e累是大花六道木的主要滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，脯氨酸和可溶性糖的大量增加是濱柃和迷迭香的主要滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，這3種內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對于花葉胡頹子和傘房決明的滲透調(diào)節(jié)作用不太明顯。

（4）在鹽分脅迫下各園林灌木的MDA、超氧陰離子自由基和細(xì)胞膜相對透性，基本呈上升趨勢。濱柃、大花六道木、迷迭香的MDA含量、超氧陰離子自由基含量變化幅度較小，細(xì)胞膜受傷害程度較小，而花葉胡頹子和傘房決明上升幅度較大，細(xì)胞質(zhì)膜透性較大，受傷害較為嚴(yán)重。

［1］張憲政.作物生理研究法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1986：148－149.

［2］黃增艷.六道木新品－金邊大花六道木、粉花六道木［J］.園林，2000（12）：113－114.

［3］陳榮，胡迪科，鄭炳松.濱柃扦插繁殖技術(shù)試驗(yàn)［J］.浙江林業(yè)科技，2009（5）：303－310.

［4］高潔，鄧?yán)蛱m，張燕平.世界迷迭香種植技術(shù)研究進(jìn)展［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：205－209.

［5］裘麗珍，黃有軍，黃堅(jiān)欽，等.不同耐鹽性植物在鹽脅迫下的生長與生理特性比較研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2006，32（4）：420－427.

［6］李國雷.鹽脅迫下13個(gè)樹種反應(yīng)特性的研究［D］.泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

［7］羅充，理燕霞，張偉，等.19種園林植物組織殺菌作用的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（5）：810－811.

［8］陳莉，趙紅洋，玉小金，等.不同菌種發(fā)酵條件下苜蓿部分生理因子變化研究［J］.草原與草坪，2010（3）：13－19.

［9］Mishra N P，Mishra R K，Singhal G S.Changes in the ac－tivities of anti－oxidant enzymes during exposure of intact wheat leaves to strong visible light at different temperatures in the presence of protein synthesis inhibitors［J］.Plant Physiol，1993，102：903－908.

［10］陳莉，申曉蓉，趙紅洋，等.佛甲草中SOD提取條件的優(yōu)化［J］.草原與草坪，2009（1）：1－6.

［11］Mc Cord J M，F(xiàn)ridovich I.Superoxide dismutase：An enzymic function for erythrocupein （Homocuprein）［J］.J Biol Chem，1969，244：6049－6055.

［12］王寶山.生物自由基與植物膜傷害［J］.植物生理學(xué)通訊，1989（2）：12－16.

［13］Kalir A，Poljakoff Mayber A.Changes in activity of malate dehydrogenase，catalase，peroxidase and superoxide dismutase in leaves ofHalimione porlulacoides（L）aellen exposed to high sodium chloride concentrations［J］.Ann Bot，1981，47：75－85.

［14］張建鋒，邢尚軍，郗金標(biāo)，等.樹木耐鹽的生理指標(biāo)測定［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（6）：90－93.

［15］Chance B，Maehly A G.Assay of catalase and perxidase［M］.Methods Enzymol，1955（2）：764－775.

［16］Takahama U，Oniki T.A peroxidase，phenolics，ascorbate system can scavenge hydrogen peroxide in plant cells［J］.Physiol Plant，1997，101：845－852.

［17］劉祖祺，張石城.植物抗性生理學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

［18］張海燕，趙可夫.鹽分和水分脅迫鹽地堿蓬幼苗滲透調(diào)節(jié)效應(yīng)的研究［J］.植物學(xué)報(bào)，1998，40（1）：56－61.

［19］霍平慧，李劍鋒，師尚禮，等.鹽脅迫對超干處理苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［J］.草原與草坪，2011（1）：1－6.