不同鹽度水淹脅迫對(duì)海濱木槿生理特性的影響

周和鋒，李會(huì)欣，邵學(xué)新，房聰玲，葉小齊，吳 明.

（1. 浙江省慈溪市林特技術(shù)推廣中心，浙江 慈溪 315300；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局杭州灣濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，浙江 富陽(yáng) 311400）

海濱木槿（Hibiscus hamabo）原產(chǎn)我國(guó)浙江舟山群島和福建沿海島嶼，根系發(fā)達(dá)，抗風(fēng)力強(qiáng)，能耐短時(shí)期的水澇，能在pH 8.2、含鹽量1.1% ～ 1.5%的灘涂泥土中正常生長(zhǎng)，是典型的鹽生植物，是華東沿海地區(qū)優(yōu)良的海岸防風(fēng)林樹種[1]。我國(guó)海岸線面積廣闊，但由于季節(jié)性積水及海水的侵入等原因形成了大面積處于荒蕪和半荒蕪狀態(tài)的灘涂，嚴(yán)重影響了防護(hù)林的建設(shè)。水澇脅迫是灘地植物最常見的逆境脅迫因子之一[2]，過多的水分造成土壤缺氧和光照不足，影響根系活力和光合生理，植物組織產(chǎn)生過量的活性氧自由基引發(fā)膜脂過氧化作用[3]，而植物則通過內(nèi)部生理代謝的變化適應(yīng)淹水脅迫。近年來，有關(guān)樹木如紅樹等耐水淹機(jī)制已有一些報(bào)道，而有關(guān)海濱木槿這方面的報(bào)道較少。本文通過分析海濱木槿內(nèi)部抗氧化酶對(duì)地表水和海水脅迫的響應(yīng)，探討海濱木槿對(duì)水淹脅迫的生理適應(yīng)機(jī)制，這對(duì)其在沿海防護(hù)林及河道沿岸生態(tài)綠化中的應(yīng)用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的海濱木槿為預(yù)備試驗(yàn)中篩選出來的生長(zhǎng)一致的1年生扦插苗，苗高約50 cm，地莖0.7 cm；實(shí)驗(yàn)設(shè)置高鹽度和低鹽度兩種水淹脅迫類型。高鹽度水為取自浙江杭州灣海域的海水，總含鹽量為8.18 ‰，pH值8.17，基本離子與組成為：Na＋10.62 g/kg，Cl-19.10 g/kg，Mg2＋1.28 g/kg，Ca2＋0.40 g/kg，K＋0.38 g/kg。低鹽度水為取自慈溪庵東鎮(zhèn)地表水，總含鹽量為3.71‰，pH8.70。

1.2 處理設(shè)置

試驗(yàn)于2009年7-9月在杭州灣濕地生態(tài)站實(shí)驗(yàn)大棚內(nèi)進(jìn)行。采用“雙套盆法”[4]，即將栽植苗木的花盆放于水泥池內(nèi)，于2009年7月28日開始水淹，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理①ck：正常管理，土壤含水量為田間持水量的70%；②DA：用地表水處理，保持水層距盆土表面5 cm；③DB：用地表水處理，保持水層距盆土表面20 cm；④HA：用海水處理，保持水層距盆土表面5 cm；⑤HB：用海水處理，保持水層距盆土表面20 cm。定時(shí)補(bǔ)水，保持水面穩(wěn)定。分別于水淹的第1天、第9天、第17天、第26天及復(fù)水（脅迫解除）后20 d取成熟葉片，每個(gè)處理設(shè)置3盆重復(fù)，每盆取5張葉片混合，進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果為3盆植物的測(cè)定平均值。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

葉綠素含量采用乙醇-丙酮混合法提取[5]；電解質(zhì)滲出率的測(cè)定用電導(dǎo)率法；MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法；脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮顯色法；SOD活性的測(cè)定采用NBT（氮藍(lán)四唑）光化還原法；POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel和SPSS 10.0軟件分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿葉綠素含量的影響

圖1 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片葉綠素含量的影響Figure 1 Effect of seawater and river water stress on chlorophyll content in H. hamabo

葉綠素含量是反映植物光合能力的重要指標(biāo)[6]，在一定程度上可反映植物的受害程度。由圖1可知，海濱木槿在低鹽度地表水脅迫初期，DA、DB處理的葉綠素含量相對(duì)ck有所下降，17 d后各處理的葉綠素含量下降程度更明顯，脅迫第26天降至最低，僅為對(duì)照的87%、67%，復(fù)水（脅迫解除）第20天，各處理的葉綠素含量均高于對(duì)照。在高鹽度海水脅迫下，各處理的葉綠素含量與地表水相比變化趨勢(shì)一致，但下降程度較明顯，在脅迫第26天，HA、HB處理的葉綠素含量分別是對(duì)照的 64%、53%，脅迫解除后，各處理的葉綠素含量有所上升。表明隨著脅迫程度的加深和時(shí)間的延長(zhǎng)，缺氧影響葉綠素的合成，葉綠素總量下降，而海水脅迫下葉綠素受傷害程度更明顯。

圖2 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片MDA含量的影響Figure 2 Effect of seawater and river water stress on MDA content in H. hamabo

2.2 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿MDA含量的影響

MDA是細(xì)胞質(zhì)膜過氧化的重要產(chǎn)物，會(huì)引起葉片的損傷，其含量的高低可以反應(yīng)逆境脅迫下植物傷害程度的大小。從圖2可知，隨淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，地表水與海水脅迫下葉片MDA含量相比對(duì)照呈先上升后下降的趨勢(shì)，且水淹程度越大變化趨勢(shì)越明顯[7]。方差分析表明，淹水第1天，地表水脅迫下各處理與對(duì)照差異不顯著，海水脅迫下HA、HB處理的MDA含量與對(duì)照差異極顯著，分別是對(duì)照的1.7、2.0倍；水淹 9 d，地表水脅迫下DA、DB處理的MDA含量與對(duì)照差異極顯著，分別是對(duì)照的130%、127%，而海水脅迫下各處理與對(duì)照差異不顯著；水淹脅迫的第17天，無論是海水還是地表水，各處理與對(duì)照差異均不顯著；水淹后期，海水和地表水脅迫下各處理MDA含量均明顯降低，DA、DB處理為對(duì)照的83%、94%，HA、HB處理僅為對(duì)照的79%、67%；復(fù)水后的第20天，地表水脅迫過的MDA含量與對(duì)照差異不顯著，而海水脅迫過的仍與對(duì)照差異顯著。

上述分析表明，與地表水相比，海水對(duì)海濱木槿葉片的傷害程度較大，且水淹程度越大，MDA含量越多，可能是由于在海水脅迫下，海濱木槿受到水淹和鹽雙重脅迫的影響。在水淹脅迫的初期，地表水脅迫下 MDA含量與對(duì)照差異不顯著，說明此時(shí)還未對(duì)植物造成傷害，而海水脅迫下各處理的 MDA含量突然上升，表明植物對(duì)海水較為敏感，受害程度較大，膜系統(tǒng)受損。在地表水脅迫的第9天，MDA含量才開始積累。之后，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量明顯降低且低于對(duì)照，這表明，海濱木槿可通過代謝機(jī)制降低過氧化物對(duì)膜傷害，這也是適應(yīng)逆境的一種表現(xiàn)。

2.3 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿電解質(zhì)滲出率的影響

圖3 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片電解質(zhì)滲出率的影響Figure 3 Effect of seawater and river water stress on electrolyte leakagein H. hamabo

細(xì)胞膜是植物細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)和信息交流的界膜，具有選擇性，任何對(duì)膜的傷害都將導(dǎo)致膜透性增大。水淹脅迫下，細(xì)胞膜透性能反映膜的穩(wěn)定性，常被作為植物耐澇性指標(biāo)之一[8]。如圖3所示，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，地表水脅迫下各處理的電解質(zhì)滲出率與對(duì)照相比持續(xù)上升。在水淹的第26天達(dá)到最大，DA、DB處理的電解質(zhì)滲出率分別是對(duì)照的1.51、1.72倍。表明隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，海濱木槿受害程度加大，電解質(zhì)滲出率增加。海水脅迫下，在水淹的前9 d，各處理電解質(zhì)滲出率與對(duì)照差異均不顯著，說明在水淹的初期細(xì)胞膜還未發(fā)生明顯的滲透作用，但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理的電解質(zhì)滲出率近直線上升。到水淹的第26天，HA、HB處理與對(duì)照差異達(dá)到極顯著水平，分別為對(duì)照的1.77、2.01倍，表明海水各處理對(duì)海濱木槿的傷害明顯高于地表水脅迫。復(fù)水20 d后，各處理仍與對(duì)照差異極顯著，表明此時(shí)還未完全恢復(fù)。

2.4 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿葉片中SOD活性的影響

圖4 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片SOD活性的影響Figure 4 Effect of seawater and river water stress on activity of SOD in the leaves of H. hamabo

在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，自由基水平很低，不會(huì)傷害細(xì)胞，當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，這個(gè)平衡就被打破，此時(shí)積累的自由基對(duì)植物細(xì)胞造成傷害，引起膜脂的過氧化，而細(xì)胞中清除氧的保護(hù)酶系統(tǒng)的存在和活性增強(qiáng)是細(xì)胞免于傷害的重要原因之一[10]。SOD是植物逆境生理中研究最多的一種酶，水淹脅迫對(duì)海濱木槿SOD活性的影響見圖4，各處理的SOD活性表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，對(duì)脅迫的反應(yīng)比較一致，海水脅迫下的SOD變化趨勢(shì)較明顯。脅迫1 ～ 9 d，各處理的SOD活性都顯著升高，DA、DB處理分別比對(duì)照升高了349%、769%，HA、HB處理分別比對(duì)照升高了601%、492%。脅迫17 ～ 26 d，各處理的SOD活性逐漸下降，但DA、HA處理仍高于對(duì)照，分別高出對(duì)照133%、32%，而DB、HB僅為對(duì)照的44%、47%。脅迫解除恢復(fù)20 d，各處理的SOD活性又有所回升。相比之下，SOD對(duì)海水脅迫的反應(yīng)比對(duì)地表水脅迫更敏感。

圖5 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片POD活性的影響Figure 5 Effect of seawater and river water stress on activity of POD in the leaves of H. hamabo

2.5 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿葉片中POD活性的影響

POD在植物體內(nèi)氧自由基清除系統(tǒng)中，起保護(hù)葉綠體細(xì)胞的作用，而且植物在脅迫反應(yīng)中POD的變化比SOD表現(xiàn)得更加敏感[11]。如圖5所示，地表水脅迫下，DA、DB處理的POD活性相比對(duì)照持續(xù)升高，脅迫第17天分別比對(duì)照提高14%、66%，脅迫第26天分別比對(duì)照提高42%、96%，在復(fù)水后的第20天，POD活性達(dá)到最高，分別高出對(duì)照46%、131%。可見，地表水脅迫下，海濱木槿始終保持較高的POD活性，對(duì)活性氧清除能力較高，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；海水脅迫下，各處理的POD活性與地表水相比，顯著降低，在脅迫處理的前期，HA、HB各處理下的POD活性均低于對(duì)照，脅迫第17天僅為對(duì)照的71%、62%，脅迫處理的第26天，各處理的POD活性開始升高，為對(duì)照的150%、180%，復(fù)水20 d后各處理的POD活性與對(duì)照差異極顯著。表明在海水脅迫下，植物受傷害程度較大，POD活性較低，而地表水脅迫下POD還保持較高的活力以清除過氧化氫對(duì)細(xì)胞的過氧化作用。

2.6 不同鹽度脅迫對(duì)海濱木槿葉片中脯氨酸含量的影響

滲透調(diào)節(jié)能力的提高是植物抗性增強(qiáng)的重要機(jī)制之一[9]，脯氨酸是最有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，無論哪一種逆境，植物體內(nèi)都積累脯氨酸，保持原生質(zhì)體與環(huán)境的滲透平衡和膜結(jié)構(gòu)的完整。從圖6可知，海濱木槿葉片中脯氨酸的含量，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。在水淹脅迫的第 1天，DA、DB處理下的脯氨酸含量與對(duì)照差異顯著，分別高出對(duì)照73%、103%。HA、HB處理下的脯氨酸含量與對(duì)照差異極顯著，分別高出對(duì)照76%、592%，表明初始階段海水脅迫使海濱木槿產(chǎn)生了應(yīng)激反應(yīng)。在水淹脅迫的第9天，各處理下的脯氨酸含量下降，均與對(duì)照達(dá)到極顯著水平差異，脯氨酸含量成倍的增加可降低海濱木槿葉片滲透勢(shì)，維持了細(xì)胞的膨壓。但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，脯氨酸含量開始下降，可能是由于脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，阻礙了脯氨酸的合成。復(fù)水后20 d，各處理的脯氨酸含量與對(duì)照差異不顯著，表明海濱木槿的受害程度開始減弱。

圖6 水淹脅迫對(duì)海濱木槿葉片脯氨酸含量的影響Figure 6 Effect of seawater and river water stress on prol ine content in H. hamabo

3 結(jié)論與討論

光合色素在光合作用的光能吸收、傳遞中起重要作用。葉綠素含量下降可以看成是植物受害后的重要生理指標(biāo)，從其下降幅度，可以比較其受害程度[10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理的葉綠素總量降低，到脅迫第26天，地表水各處理的葉綠素含量為對(duì)照的 87%、67%，海水各處理的葉綠素含量?jī)H為對(duì)照的 64%、53%，說明海水對(duì)海濱木槿的傷害較大。復(fù)水20 d后，各處理的葉綠素含量與對(duì)照相比均有所升高。

葉片中的電解質(zhì)滲出率在水淹脅迫前期增幅不大，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)開始大幅上升。隨著水淹程度的加深和時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理的電導(dǎo)率與對(duì)照相比持續(xù)升高，且幅度較大。到水淹的第26天，HA、HB處理與對(duì)照差異達(dá)到極顯著水平，分別為對(duì)照的1.77、2.01倍，而地表水相對(duì)較小。復(fù)水20 d后，各處理的電導(dǎo)率有所下降，但下降不太明顯。而與之相對(duì)應(yīng)的MDA含量變化不太明顯，只是初期相對(duì)增加，之后與對(duì)照差異不顯著，可能是由于葉片中的MDA含量的變化不能顯示海濱木槿的受害程度[11]。

SOD和POD在水淹脅迫過程中變化趨勢(shì)不一致，總體來看地表水脅迫下各處理的酶活性高于海水脅迫，可能由于海濱木槿受害較深，酶活性降低。DA處理中SOD活性先升高后降低，DB處理中到第17天SOD活性開始降低。而海水脅迫與地表水相比SOD酶活性較低，且持續(xù)時(shí)間較短。地表水脅迫下POD酶活性較高，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，海水脅迫下POD酶活性較低[12～13]。水淹處理期間，脯氨酸含量先增加后下降，說明在水分脅迫初期生成的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以維持較強(qiáng)的滲透能力，以提高植株的適應(yīng)能能力。說明，海濱木槿SOD和POD酶活性相對(duì)較強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)再加上滲透調(diào)節(jié)能力，這可能是耐短時(shí)間的水淹的原因之一。

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