胡枝子對鹽堿脅迫的生理響應1)

薛 菲 王競紅 王 磊

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

東北內(nèi)陸地區(qū)鹽堿地面積正逐年增加，目前已接近400 hm2，成分主要以Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽為主，相關研究證明Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽所造成的土壤鹽漬化問題要比NaCl、Na2SO4等中性鹽更為嚴重，使內(nèi)陸地區(qū)鹽漬土pH值更高、土壤理化性質(zhì)更為惡化［1］。因此，在為鹽堿地區(qū)景觀綠化選擇植物時，除了要考慮植物的綠化美化功能，還要考慮其是否具有一定的鹽堿抗性，造成鹽堿地區(qū)的綠化植物相對種類單一、生態(tài)環(huán)境較脆弱，綠化美化環(huán)境受到很大限制。再者北方寒地屬季凍型土壤，特別是高速公路兩側坡體常年受到地表徑流和雨水沖刷的影響，加上寒冷氣候使坡體地下水出現(xiàn)冬季凍脹春季融化的現(xiàn)象，致使坡體出現(xiàn)凍脹、融沉等坡體破壞現(xiàn)象，使坡底土壤含鹽量明顯高于坡頂，形成局部鹽堿地，這就需要在選擇護坡植物時同樣要考慮其是否具有鹽堿適應性。研究植物抗鹽堿能力，選出具有鹽堿抗性的植物并加以推廣應用，對東北鹽堿地區(qū)的環(huán)境綠化有著及其深遠的意義。胡枝子(Lespedeza bicolor)是北方地區(qū)鄉(xiāng)土樹種，根系發(fā)達，具有耐寒、耐干旱、耐瘠薄等特點，是優(yōu)良的水土保持、護坡樹種，紫色小花使其具有較好的綠化美化效果，在北方地區(qū)坡地綠化應用上具有極高的推廣應用價值。目前，對于胡枝子的研究多集中在水土保持、飼料應用等方面［2］，在抗逆性生理方面研究不多，特別是抗鹽堿方向。

大量耐鹽植物、鹽生植物的研究結果表明，處于鹽堿脅迫環(huán)境下的植物在生理機制上會形成與鹽堿環(huán)境相適應的機能［3］。植物抗鹽機理最主要的表現(xiàn)就是體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的大量積累，其最重要的生理功能就是維持膨壓和保持植物體內(nèi)外的水勢梯度，對細胞生長具有關鍵性的作用，這類物質(zhì)主要包括脯氨酸、可溶性糖等［4-6］。脯氨酸存在于原生質(zhì)中，具有很高的水溶性，當植物受到傷害時脯氨酸含量會增加，以保持原生質(zhì)與壞境的滲透平衡，減少水分散失降低傷害程度［7-8］，是植物適應逆境的一種表現(xiàn)?？扇苄蕴侵饕姓崽恰⑵咸烟?、果糖和半乳糖等［9］，可溶性糖含量的增加被普遍看作是植物對逆境脅迫的一種適應機制，在鹽漬條件下可溶性糖含量會有所增加，以利于增加細胞質(zhì)濃度、降低細胞水勢、提高植物的吸水能力［10］。植物細胞膜是感受外界環(huán)境脅迫最敏感的部位［11］，對維持細胞正常代謝起著重要作用，在受到逆境脅迫時各種傷害首先作用于此，質(zhì)膜通常表現(xiàn)為功能受損、透性增大等，細胞中各種水溶性物質(zhì)將有不同程度的外滲，通?？刹捎孟鄬﹄妼实淖兓瘉肀硎举|(zhì)膜透性的變化;質(zhì)膜的變化會影響細胞內(nèi)一系列生理生化過程，質(zhì)膜的透性越大，電導率越大，說明植物體所受到的傷害程度也就越大，所以細胞膜透性的增加程度可作為膜受害程度的指標［12-14］。

本試驗以胡枝子為研究對象，分析其在不同濃度的Na2CO3、NaHCO3和鹽堿混合(n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶1)脅迫處理下，葉片內(nèi)游離脯氨酸含量、可溶性糖含量、細胞膜透性3種生理指標的變化，初步探討胡枝子的抗鹽堿能力，為胡枝子在內(nèi)陸鹽堿地區(qū)的推廣應用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)

試驗于2011年4—8月份在東北林業(yè)大學苗圃溫室內(nèi)進行。試驗材料由黑龍江省林木種苗示范基地提供生長正常的2年生胡枝子幼苗，于4月22日將幼苗移栽到裝有沙土(pH=7)的塑料盆(30 cm×40 cm)中進行緩苗，期間每天早晚澆適量水。緩苗時間為2個月。

1.2 脅迫處理

試驗根據(jù)黑龍江省大慶地區(qū)輕、中、重度鹽堿地土壤的含鹽量來設置鹽堿液的濃度，對緩苗成活后的供試材料進行鹽堿控制。

7月6日開始脅迫試驗，選取生長健壯、長勢一致的胡枝子幼苗50株，將其隨機分成10組。其中，3組進行Na2CO3脅迫處理，預設濃度為 A50、A100、A150表示 Na2CO3濃度 50、100、150 mmol·L-1;3 組進行NaHCO3脅迫處理，預設濃度為 B50、B100、B150表示 NaHCO3濃度50、100、150 mmol·L-1;3 組進行Na2CO3和NaHCO3混合(n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1 ∶1)鹽堿脅迫處理，預設濃度為 C50、C100、C150表示Na2CO3和 NaHCO3的混合溶液濃度 50、100、150 mmol·L-1;最后1組用清水處理作為對照(CK)。

各脅迫處理方式相同，均在充分澆透水后，每隔3 d澆灌相同濃度的鹽堿液，為防止鹽分流失，盆下墊塑料托盤，將滲出的溶液再返倒回盆中。整個試驗分3個部分進行：脅迫——恢復——再脅迫。第1期脅迫試驗為20 d，分別在脅迫第10天、第20天剪取成熟葉片進行生理指標的測定;第2期恢復試驗為15 d，在恢復第15天剪取成熟葉片進行生理指標的測定;第3期再脅迫試驗為20 d同樣在脅迫第10天、第20天進行生理指標的測定。

1.3 測定方法

剪取成熟葉片，將葉片用蒸餾水洗凈，并用濾紙吸干水分，去葉緣和中脈剪碎混勻，測定生理指標。測定方法參照李合生［13］版的植物生理生化實驗技術：可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，膜透性的測定采用相對電導率法，游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件繪制圖表，SPSS16.0軟件進行數(shù)據(jù)的處理分析。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對胡枝子生長狀況的影響

試驗結束時，低濃度處理下胡枝子鹽害癥狀不明顯，A50、B50、C50只有少數(shù)基部葉片出現(xiàn)發(fā)黃的跡象，大部分生長正常，A50受害程度高于B50、C50;中濃度處理下鹽害癥狀明顯，A100處理下近半數(shù)的葉片發(fā)黃、葉緣干枯失水，有的葉片出現(xiàn)褐色斑塊，有落葉現(xiàn)象，B100處理下少部分葉片發(fā)黃，葉緣干枯，C100處理下少數(shù)葉片變黃，極少數(shù)出現(xiàn)葉緣干枯現(xiàn)象;高濃度處理下鹽害癥狀顯著，A150處理下80%葉片發(fā)黃、葉緣失水，落葉現(xiàn)象嚴重，但并未完全脫落不影響生理指標的測定，B150處理下多數(shù)葉片變黃、葉緣干枯，C150處理少部分葉片發(fā)黃，葉緣干枯。

通過觀察可知，單鹽對胡枝子造成的傷害要大于復鹽，其中Na2CO3對胡枝子造成的傷害最嚴重，低濃度下胡枝子尚可通過自身的調(diào)節(jié)適應脅迫，中高濃度下出現(xiàn)非常明顯的鹽害癥狀，不能正常生長。

2.2 鹽堿脅迫對胡枝子生理特性的影響

2.2.1 對細胞膜透性的影響

由表1可知，脅迫第10天，各處理電導率與CK均無明顯差異，其余各取樣時段鹽堿脅迫下的電導率均顯著高于對照組(P＜0.05)。同種鹽堿脅迫下，鹽的濃度越高、處理時間越久，電導率就越大，到脅迫第20 天時，A100、A150、B150、C150處理下電導率已顯著高于對照(P＜0.05)，其中A150已達到對照的1.48倍;經(jīng)過15 d的恢復階段，電導率并沒有降低仍在增加，但漲幅與脅迫第20天相比有所下降，可見通過一段時間的恢復，胡枝子通過自身的調(diào)節(jié)對逆境已具有一定的適應性，傷害程度減弱;繼續(xù)脅迫后，各處理電導率均急劇上升，尤其是中高濃度脅迫，脅迫第45天時除C50其余處理下電導率均極顯著高于對照(P＜0.01)，脅迫第55天時A150電導率升至最高值，達到對照的2.24倍。整個實驗過程中，各取樣時段電導率基本表現(xiàn)出A＞B＞C的走勢，其中，中高濃度脅迫下A、B、C 之間表現(xiàn)為顯著性差異(P＜0.05)，低濃度彼此之間差異不顯著(P＞0.05)，實驗進行到第55天時，A、B、C之間的差距達到最大。

表1 鹽堿脅迫下胡枝子葉片電導率的變化

2.2.2 對游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的影響

在整個實驗期間，各脅迫處理下游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)均顯著高于對照(P＜0.05)。同種鹽堿脅迫下胡枝子葉片內(nèi)脯氨酸質(zhì)量分數(shù)隨濃度的增加、時間的延長，呈直線上升趨勢，脅迫第10天，除C50處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)低于CK，其余所有處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)均高于CK，且差異顯著(P＜0.05)，到第20天時，高濃度A150、B150、C150處理下的脯氨酸質(zhì)量分數(shù)已增長為 CK 的3.49、3.20、2.93 倍;恢復階段脯氨酸質(zhì)量分數(shù)變化較為平緩;進入第3期脅迫后，脯氨酸質(zhì)量分數(shù)急劇上升，所有處理下的脯氨酸質(zhì)量分數(shù)均極顯著高于對照組(P＜0.01)，其中脅迫第55天時，A150處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)達到最高，為CK 的7.32 倍，B150、C150處理下分別為 CK 的5.76、5.37倍。不同種鹽堿脅迫下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)變化趨勢為A＞B＞C，其中A處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)增加的量最多、幅度最大，呈直線上升，B、C處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)變化相對較為平緩，見表2所示。

表2 鹽堿脅迫下胡枝子葉片內(nèi)游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的變化

2.2.3 鹽堿脅迫對可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的影響

由表3可知，整個試驗期間，3種鹽堿脅迫下胡枝子葉片內(nèi)可溶性糖質(zhì)量分數(shù)變化趨勢相似，均呈現(xiàn)波動性變化：升高—降低—升高，同種鹽脅迫下，隨濃度增加，可溶性糖呈上升趨勢，脅迫第10天，大多數(shù)處理下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)與CK相比變化不大，只有A100、A150處理下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)顯著高于 CK(P＜0.05)，為 CK 的 1.20、1.25 倍;隨著脅迫的持續(xù)，第20天時可溶性糖積累較快，除B50、C50其余各處理均顯著高于對照組(P＜0.05);進入恢復階段，可溶性糖質(zhì)量分數(shù)仍繼續(xù)增長，此時所有處理下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)均高于CK，且差異顯著(P＜0.05);繼續(xù)脅迫第45天，與恢復期相比呈下降趨勢，但所有處理下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)仍高于CK，脅迫第55天時可溶性糖質(zhì)量分數(shù)再次升高，漲幅明顯，其中A150處理下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)升高幅度最大并積累到最高水平，與45 d相比增長了23%，為CK的1.67倍。不同種鹽堿脅迫下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)變化趨勢為A＞B＞C，與前面脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的變化趨勢相同。

3 結論與討論

前人研究表明，鹽堿脅迫對植物葉片細胞膜透性有較明顯的影響，植物在受到脅迫時，電解質(zhì)大量外滲，質(zhì)膜的選擇透過性破壞，如劉愛榮［15］等對高羊茅、白文波［16］等對馬藺、劉偉娜［17］等對刺槐的鹽堿脅迫研究均表明：植物在逆境條件下，葉片電導率會隨脅迫強度的增加而增加。本研究結果顯示，胡枝子在同種類、同濃度鹽堿脅迫下，葉片電導率會隨時間的延續(xù)而增加，脅迫前期電導率逐漸增加，質(zhì)膜開始受到傷害，中期恢復階段電導率與前一階段沒有明顯變化，初步表明胡枝子對鹽堿逆境具有一定的適應性，但脅迫后期電導率明顯增大，表明傷害加深;在同種類、不同濃度鹽堿脅迫處理下，3種鹽脅迫下的電導率表現(xiàn)出一致性的變化，均隨濃度的增加而增加，但Na2CO3150 mmol·L-1脅迫植株所受傷害最大，該處理下第55天時電導率為對照的2.24倍，并且外部形態(tài)也表現(xiàn)出較為嚴重的鹽害癥狀，NaHCO3、混合脅迫處理下電導率為對照的1.84、1.72倍。本研究支持前人的研究結果。

表3 鹽堿脅迫下胡枝子葉片內(nèi)可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的變化

逆境條件下脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加有助于增加植物的抗鹽能力，緩解鹽害。孫晶［18］等對朝鮮接骨木和茶條槭的研究表明，在NaHCO3脅迫下，隨處理濃度的增大和脅迫時間的延長，2種苗木葉片內(nèi)的游離脯氨酸和可溶性糖質(zhì)量分數(shù)均明顯升高，參與調(diào)節(jié)滲透平衡，通過調(diào)節(jié)抵御鹽分對其產(chǎn)生的傷害;李慶［19］研究發(fā)現(xiàn)，NaCl脅迫下，胡枝子體內(nèi)脯氨酸質(zhì)量分數(shù)是隨鹽濃度增加而增加的，通過維持滲透調(diào)節(jié)來減輕鹽脅迫傷害。整個試驗期間，胡枝子葉片脯氨酸質(zhì)量分數(shù)、可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的變化趨勢大致相同，在同種鹽堿脅迫下都是隨著鹽濃度的增加和脅迫時間的延續(xù)而升高。脅迫進行到第20天時，中、高濃度下脯氨酸與可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的累積已較為明顯，低濃度相對較為平緩，說明中、高濃度處理下的滲透調(diào)節(jié)作用明顯;恢復階段的變化與電導率變化相似，可能是由于一段時間的恢復，胡枝子對該濃度下的鹽堿土已具有一定的適應能力;脅迫后期脯氨酸質(zhì)量分數(shù)急劇增加，脅迫 55 d時，A150、B150、C150處理下脯氨酸質(zhì)量分數(shù)已達到對照的 7.32、5.76、5.37 倍，可能重新澆灌鹽堿液對胡枝子造成更大的傷害，但可溶性糖出現(xiàn)了先降低后升高的變化，這一變化趨勢與劉強［20］等對南蛇藤的研究結果類似，中度和重度脅迫下南蛇藤葉片可溶性糖含量也表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，作者劉強根據(jù)王霞［21］等對檉柳干旱脅迫的研究推測，鹽堿脅迫下脯氨酸和可溶性糖隨脅迫時間的變化情況與干旱脅迫相似，在一定限度內(nèi)的脅迫下脯氨酸可能先于可溶性糖積累，脯氨酸和可溶性糖可能有相互補償?shù)淖饔谩?/p>

不同種類的鹽堿對胡枝子造成的傷害程度不同，鹽害影響隨溶液堿度的增加而加深，Shi［22］對Aneurolepidium chinense的脅迫研究也顯示出這一點。研究發(fā)現(xiàn)，Na2CO3對胡枝子造成的傷害最嚴重，其處理下的各項生理指標值均高于NaHCO3和混合鹽堿兩種脅迫處理下的值，且與對照組差異較大，濃度為100、150 mmol·L-1脅迫處理下，對胡枝子的生理特性產(chǎn)生影響，植株不能通過自身調(diào)節(jié)正常生長，低濃度下雖能生長，但長勢不佳;NaHCO3對胡枝子造成的傷害弱于Na2CO3，低濃度下植株可以生長，中高濃度下仍不能正常生長，但受害情況弱于Na2CO3;混合鹽堿對胡枝子造成的傷害最小，低、中濃度下植株都可通過自身的調(diào)節(jié)正常生長或影響不大，高濃度略有影響。這與岳樺［23］等對大葉鐵線蓮在Na2CO3、NaHCO3脅迫下生理變化研究結果相同，其結果顯示，同濃度處理下，Na2CO3對鐵線蓮造成傷害，NaHCO3對植株傷害較弱，混合脅迫對植株傷害程度小。

本研究中，胡枝子生理指標的分析結果與實際生長狀態(tài)基本一致，都說明胡枝子在碳酸鹽環(huán)境下表現(xiàn)出一定的適應能力，可在以碳酸鹽為主的鹽漬土地試探應用，這與穆永光［24］對胡枝子在種子萌發(fā)期實驗和鹽堿土壤栽培試驗研究結果基本一致。

本實驗是采用不同濃度的鹽堿液進行澆灌，隨著澆灌次數(shù)的增加，土壤中的鹽堿量會逐漸積累，因此只能說明胡枝子具有抗鹽堿的能力，而不能測定胡枝子的鹽堿耐極限，今后可配置好固定濃度的鹽堿土或水培方式進行試驗以解決這一問題。實驗在溫室內(nèi)進行，與自然環(huán)境中的光照、風、生物等生態(tài)因子及土壤因素都有差異，盆栽條件下植物根系的生長受到限制，這些因素都會直接影響植物的實際生長狀態(tài)，因此自然條件下植物鹽堿抗性尚有待于進一步的研究。

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