NaCl處理對梭梭生長及生理生態(tài)特征的影響

魯艷，雷加強，曾凡江，徐立帥，彭守蘭，劉國軍

（中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所 新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，新疆 烏魯木齊830011）

我國鹽漬土總面積約為3600×104hm2，占全國可利用土地面積的4.88%。西北、華北、東北地區(qū)及沿海是我國鹽漬土的主要集中分布地區(qū)。其中，西部六省區(qū)（陜、甘、寧、青、蒙、新）鹽漬土面積占全國的69.03%［1］。土壤鹽漬化嚴重制約著農林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設，因此，培育和引種能適應高鹽分環(huán)境的優(yōu)良耐鹽堿植物，通過生物措施改良西部地區(qū)鹽堿土，對改善西部地區(qū)鹽堿地生態(tài)景觀，提高土地生產(chǎn)力，具有現(xiàn)實而深遠的意義。耐鹽植物的篩選和應用為鹽堿地區(qū)植被的恢復與重建提供了重要的物質基礎，只有在對植物的抗鹽生理有比較確切的了解的前提下，生物措施才能較好的完成，因此，研究植物的耐鹽性及其機理具有重要的意義。

梭梭（Haloxylon ammodendron）是典型的荒漠多漿旱生植物，產(chǎn)自寧夏西北部、甘肅西部、青海北部、新疆和內蒙古，廣泛分布在固定、半固定的沙丘、沙地上，以及丘間龜裂地甚至強鹽化壤質土上，具有很強的抗逆性，對風蝕沙埋適應性強，對荒漠區(qū)防風固沙，保護生態(tài)平衡具有重要意義［2］，是半荒漠和荒漠地區(qū)優(yōu)良的固沙造林樹種，在含有一定量鹽分（全鹽量2%）的土壤和沙地上生長最好［3］。梭梭是極好的薪炭材，也是良好的飼用植物，為中藥蓯蓉（Cistanche ambigua）的主要寄主［3］，近年來梭梭生態(tài)、經(jīng)濟和藥用價值的凸顯，使得梭梭受到更多專家和學者的關注［4-5］。本試驗以一年生梭梭為材料，研究了不同濃度NaCl處理下其生長、同化枝過氧化氫（H2O2）和丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶活性、水勢和滲透調節(jié)物質含量的變化，初步分析鹽對梭梭的毒害，以及梭梭耐鹽的原因，從而為在鹽漬地區(qū)推廣種植梭梭以及梭梭耐鹽生理機制研究提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

梭梭1年生苗購置于中國科學院塔克拉瑪干沙漠研究站。試驗用土采集于策勒綠洲－沙漠過渡帶30 cm表層沙土，并過2 mm的篩子后備用，土壤基本化學性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗于2010年4月中旬至9月中旬在中國科學院新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站植物生境適應性研究場區(qū)進行。試驗采用盆栽法，將土裝入直徑為40 cm，深為32 cm的塑料盆中，每盆裝土20 kg，為避免塑料盆溫度過高引起植物灼傷，在試驗地開溝5條，溝間距1 m，將試驗用盆放入其中，每溝10盆，盆間距1 m，盆下墊塑料托盤，防止鹽分流失。于4月中旬，將一年生梭梭苗栽入盆中進行培養(yǎng)，每盆栽植1株，培養(yǎng)期間每隔7 d澆清水3 L，以保持土壤濕度。待緩苗2個月后，于6月中旬進行鹽分脅迫處理，試驗設置4個鹽分濃度處理：50，100，200，400 mmol／L NaCl溶液，向盆中1次性施入3 L上述濃度NaCl溶液；以清水為對照（CK）。隨后，每隔7 d澆清水3 L以平衡水分蒸發(fā)，土壤含水量維持在最大持水量的60%～80%。

表1 土壤基本化學性狀Table 1 Basic chemical properties of soil

1.3 測定項目和方法

1.3.1 生長指標測定 于NaCl溶液處理0，30和90 d時用卷尺測量植株高度、東西最長冠徑和南北最長冠徑，冠幅面積按橢圓形估算［（1／4）π×東西最長冠徑×南北最長冠徑］［6］，游標卡尺測量基徑粗；并于處理90 d時用天平測定單株植物同化枝、莖和根干重，計算根冠比［根干重／（同化枝干重＋莖干重）］。每個處理6個重復。

1.3.2 生理生化指標測定 對處理30和90 d后的植株同化枝進行采樣，每個處理4個重復。H2O2含量按Sergiev等［7］方法測定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定［8］。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑還原法測定［9］。過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定［10］。過氧化氫酶（CAT）活性采用 Aebi［11］的方法測定?？箟难崦福ˋPX）活性按照Nakano和Asada［12］的方法測定。同化枝水勢（MPa）是在清晨取新切下的同化枝2 g放于WP4露點水勢儀（Decagon Devices，Inc.，Pullman，Washington）中按照說明書上方法進行測定。脯氨酸含量按張殿忠等［13］方法測定?？扇苄蕴呛堪凑绽詈仙?4］蒽酮比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對不同處理的數(shù)據(jù)進行LSD－單因素最小顯著性差異分析（ANOVA），比較各處理間差異顯著性，采用 Microsoft Excel軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 NaCl處理對梭梭生長的影響

由表2可以看出，梭梭株高、冠幅面積和基莖粗在各濃度NaCl處理開始階段其生長狀況基本一致。經(jīng)NaCl處理30 d，梭梭株高、冠幅面積和基莖粗在50和100 mmol／L NaCl處理下較對照有升高但不顯著，之后隨NaCl處理濃度增加三者較對照呈降低趨勢，當NaCl處理濃度增加到400 mmol／L時三者較對照分別減少3.8%，20.4%和3.7%，三者中株高和基莖粗較對照減少水平不顯著，冠幅面積在NaCl處理濃度≥200 mmol／L時較對照呈顯著減少趨勢。隨NaCl處理時間延長至90 d，梭梭株高、冠幅面積、基莖粗和同化枝、莖干重在50和100 mmol／L NaCl處理下較對照有所增加，在100 mmol／L NaCl處理下達到最大值，其中株高和基莖粗分別略高于對照8.5%和6.5%，冠幅面積和同化枝、莖干重分別顯著高于對照18.6%，8.7%和21.7%，之后上述生長指標隨NaCl濃度增加到200 mmol／L時較對照呈減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時分別較對照顯著減少12.6%，40.4%，13.5%，38.7%和18.3%。根干重在50 mmol／L NaCl處理下較對照略微增加1.8%，之后隨NaCl濃度增加到≥100 mmol／L時較對照呈顯著減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時較對照減少45.4%。根冠比在50 mmol／L NaCl處理下較對照差異不顯著，之后隨NaCl濃度增加根冠比較對照均顯著減少。

表2 NaCl處理對梭梭生長的影響（平均值±標準偏差，n＝6）Table 2 Effect of NaCl treatments on growth of H.ammodendron（mean±SD，n＝6）

2.2 NaCl處理對梭梭同化枝H 2 O2和MDA含量的影響

由圖1可知，經(jīng)50和100 mmol／L NaCl處理30 d后，梭梭同化枝H2O2和MDA含量較對照沒有顯著變化，而后隨NaCl處理濃度增加，H2O2和MDA含量較對照呈顯著增加趨勢，經(jīng)200～400 mmol／L NaCl處理30 d后，H2O2和MDA含量較對照顯著增加8.9%～19.8%和14.5%～27.1%。隨NaCl處理時間延長至90 d，在50 mmol／L NaCl處理下，梭梭同化枝H2O2和MDA含量較對照沒有顯著變化，而后隨NaCl處理濃度增加，H2O2和MDA含量較對照呈顯著增加趨勢，經(jīng)100～400 mmol／L NaCl處理90 d后，H2O2和MDA含量較對照顯著增加25.5%～44.0%和15.5%～33.8%。

2.3 NaCl處理對梭梭同化枝抗氧化酶活性的影響

由圖2可以看出，經(jīng)不同濃度NaCl處理30和90 d后，梭梭同化枝SOD活性隨NaCl濃度升高先呈增加趨勢，當NaCl濃度為100 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加72.3%和130.9%，而后隨NaCl濃度升高呈減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時仍高于對照18.6%和70.9%。

經(jīng)NaCl處理30和90 d后，梭梭同化枝CAT活性在50 mmol／L NaCl處理下達最大值，較對照顯著增加59.2%和106.1%，而后隨NaCl濃度增加呈減少趨勢，100 mmol／L NaCl處理仍高于對照，當NaCl處理濃度≥200 mmol／L時，CAT活性呈減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時，顯著低于對照51.1%和36.7%。

經(jīng)NaCl處理30 d后，梭梭同化枝POD活性隨NaCl濃度升高先呈增加趨勢，當NaCl濃度為200 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加89.0%，而后隨NaCl濃度升高呈減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時仍顯著高于對照55.1%。經(jīng)NaCl處理90 d后，POD活性在NaCl濃度為100 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加35.3%，而后隨NaCl濃度升高呈減少趨勢，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時POD活性較對照減少21.0%。

圖1 不同濃度NaCl處理對梭梭同化枝H2 O2和MDA含量的影響（平均值±標準偏差，n＝4）Fig.1 Effects of NaCl treatments on H2 O2 and MDA contents in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）不同字母表示處理間LSD多重比較差異顯著（P＜0.05），下同。Values with different letters are significant differences at P＜0.05 level according to LSD multiple test，the same below.

圖2 不同濃度NaCl處理對梭梭同化枝SOD、CAT、POD和APX活性的影響（平均值±標準偏差，n＝4）Fig.2 Effects of NaCl treatments on activities of SOD，CAT，POD and APX in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）

經(jīng)不同濃度NaCl處理30和90 d后，梭梭同化枝APX活性隨NaCl濃度升高先呈增加趨勢，當NaCl濃度為200 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加94.0%和131.3%，，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時仍顯著高于對照68.1%和90.8%。

2.4 NaCl處理對梭梭同化枝水勢的影響

由圖3可以看出，梭梭同化枝水勢隨NaCl濃度的增加呈顯著線性減少趨勢（R30d＝0.934，P＜0.05；R90d＝0.828，P＜0.05）。經(jīng)400 mmol／L NaCl處理30 d時，水勢較對照顯著減少47.7%，NaCl處理時間延長至90 d時水勢較對照顯著減少34.8%。

2.5 NaCl處理對梭梭同化枝滲透調節(jié)物質含量的影響

由圖4可知，經(jīng)NaCl處理30 d后，梭梭同化枝可溶性糖含量隨NaCl濃度增加先上升，當NaCl濃度增加到100 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加24.2%，當NaCl濃度增加到200 mmol／L時仍略高于對照7.4%，隨著NaCl濃度進一步增加到400 mmol／L時，顯著低于對照13.2%。經(jīng)NaCl處理90 d后，可溶性糖含量隨NaCl濃度增加先上升，當NaCl濃度增加到200 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加13.8%，隨著NaCl濃度進一步增加到400 mmol／L時，顯著低于對照18.7%。

經(jīng)NaCl處理30 d后，梭梭同化枝脯氨酸含量隨NaCl濃度增加先上升，當NaCl濃度增加到200 mmol／L時達最大值，較對照顯著增加47.3%，隨著NaCl濃度進一步增加到400 mmol／L時顯著低于對照19.3%。經(jīng)NaCl處理90 d后，脯氨酸含量隨NaCl濃度的增加呈緩慢線性增加趨勢（R＝0.870，P＞0.05）。

圖3 不同濃度NaCl處理對梭梭同化枝水勢的影響（平均值±標準偏差，n＝4）Fig.3 Effects of NaCl treatments on water potential in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）

3 討論

生物量是植物對鹽脅迫反應的綜合體現(xiàn)，也是植物耐鹽性的直接指標［15］。不同植物最適鹽濃度及其促進效應大小不同。Woolley［16］研究表明，1 mmol／L NaCl處理使得番茄（Solanum lycopersicum）干重增加12%，認為鈉對番茄的生長具有一定促進作用。麻瑩等［17］研究表明，80 mmol／L的中性鹽脅迫（NaCl∶Na2SO4＝1∶1）對堿地膚（Kochia scoparia）的生長具有促進作用。本試驗中，經(jīng)50～100 mmol／L NaCl處理90 d后，梭梭株高、冠幅面積、基莖粗和同化枝、莖干重均高于對照，尤其在100 mmol／L NaCl處理下達最大值，根干重在50 mmol／L NaCl處理下達最大值。由此可見，低濃度的NaCl處理（≤50 mmol／L）對梭梭生長具有一定的促進效應，梭梭具有一定適應鹽漬土壤環(huán)境的能力。生長抑制是植物對高鹽脅迫最敏感的生理響應［18］。鹽分對植物生長的抑制機理是一個相當復雜的問題，不同鹽類和同一鹽類不同鹽濃度、不同植物和同一植物不同器官和不同發(fā)育階段以及暴于鹽漬條件下時間的長短，都可以產(chǎn)生不同的結果，鹽分的抑制機理也不相同［19］。本研究表明，NaCl處理時間為30 d時，梭梭株高和基莖粗在200和400 mmol／L NaCl處理下較對照有減少但差異不顯著，冠幅面積在≥200 mmol／L NaCl處理下顯著低于對照。隨NaCl處理延長至90 d時，梭梭株高和基莖粗在400 mmol／L NaCl處理下較對照顯著減少，冠幅面積和同化枝、莖干重在NaCl濃度≥200 mmol／L時較對照開始顯著減少，根干重在NaCl濃度≥100 mmol／L時較對照呈顯著減少趨勢。由此可見，高濃度的NaCl處理對梭梭根生長的抑制作用大于對冠幅面積和同化枝、莖干重大于對株高和基莖粗。根冠比能反映植物的耐鹽能力，鹽脅迫下根冠比越大耐鹽能力越強。本研究結果表明，梭梭在50 mmol／L NaCl處理下，能夠保持一定水平的根冠比，表明其具有一定的生長調節(jié)能力來抵抗逆境，隨NaCl處理濃度增加，根冠比較對照顯著下降表明梭梭植株受到了傷害，這與前人的一些研究結論相一致［20-21］。高濃度的NaCl處理下，梭梭生物量下降的同時保持一定的根冠比，表明梭梭具有一定適應鹽脅迫的調節(jié)能力。

鹽脅迫會打破植物體內活性氧產(chǎn)生和清除的平衡，從而引起活性氧的積累［22-23］，H2O2是活性氧的一種［24］?；钚匝跄軉幽ぶ胁伙柡椭舅岬倪^氧化，導致膜脂和膜蛋白損傷，破壞生物膜結構的穩(wěn)定性，引起植物傷害［25］。MDA是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，其含量的高低可以用來衡量植物在逆境脅迫下生物膜受活性氧傷害程度大?。?6］。已有學者研究報道，許多植物在NaCl脅迫下都表現(xiàn)出H2O2和 MDA含量增加［22-23，27］。本試驗與前人研究結果相符，梭梭同化枝H2O2和MDA含量在NaCl處理濃度≥200 mmol／L時呈增加趨勢，表明梭梭體內活性氧的產(chǎn)生與清除平衡狀態(tài)受到破壞，并受到NaCl處理引起的膜脂過氧化損傷。H2O2積累增多，細胞膜脂受損傷，細胞膜通透性增大，使細胞代謝紊亂，細胞伸長生長受抑制，使植株出現(xiàn)毒害癥狀［28］。本試驗中高濃度的NaCl處理抑制梭梭生長。

為了防御活性氧的傷害及維持活性氧生成和清除的動態(tài)平衡，植物在進化過程中形成了一套行之有效的活性氧清除系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶促抗氧化系統(tǒng)。前者稱抗氧化酶系統(tǒng)，主要包括SOD、CAT、POD和APX［25］?？寡趸富钚愿叩涂梢苑从持参矬w內活性氧清除能力或抗逆能力的強弱［14］。本試驗表明，梭梭經(jīng)NaCl處理30 d，同化枝SOD、POD和APX活性隨NaCl處理濃度升高先上升后下降，始終不低于對照，CAT活性在高濃度NaCl（400 mmol／L）處理下顯著低于對照。試驗中，低濃度NaCl處理（≤100 mmol／L）下，梭梭SOD、POD、CAT和APX活性均有所提高，說明梭梭受NaCl處理影響體內已有ROS積累，而為避免受傷害，抗氧化酶系統(tǒng)做出相應反應。隨NaCl處理延長至90 d，高濃度的NaCl處理下（≥200 mmol／L），CAT和POD活性較對照開始減少，當NaCl濃度增加到400 mmol／L時，CAT和POD活性較對照減少達顯著水平，抗氧化酶系統(tǒng)平衡被破壞，影響植物體正常生長代謝，使植物生長受抑制。

在鹽分環(huán)境中，植物受滲透脅迫，造成植物一定程度的水分虧缺，植物水勢出現(xiàn)下降［29-30］。本研究結果顯示，NaCl處理30和90 d，梭梭同化枝水勢均隨鹽分處理濃度的增加而下降。鹽脅迫條件下植物可以通過積累滲透調節(jié)物質，提高細胞的滲透調節(jié)能力［30-31］。在本研究中，經(jīng)NaCl處理30 d，梭梭同化枝可溶性糖和脯氨酸含量較對照先呈增加趨勢，隨NaCl濃度增加二者較對照呈顯著減少趨勢。隨著NaCl處理時間延長至90 d，可溶性糖含量較對照先呈增加趨勢，當NaCl增加到400 mmol／L時較對照顯著減少；脯氨酸含量隨NaCl濃度增加呈緩慢線性增加趨勢。本研究結果與前人研究結果不一致，前人研究表明植物體內脯氨酸和可溶性糖含量隨NaCl濃度升高呈線性增加趨勢［30，32-33］。蔡建一等［34］和張金林等［35］研究結果表明，脯氨酸的積累是少漿旱生植物適應干旱荒漠的重要機制，而中生植物和多漿旱生植物并不主要依靠脯氨酸來調節(jié)滲透勢，認為多漿旱生植物主要以無機離子Na＋而并非有機滲透調節(jié)物質作為主要滲透調節(jié)劑。對于高鹽脅迫下Na＋能否作為梭梭體內主要滲透調節(jié)劑參與滲透調節(jié)還有待研究。