荻幼苗對復(fù)合鹽堿脅迫的生理響應(yīng)

何　淼，王　歡，徐鵬飛，劉長樂，周蘊(yùn)薇*

(1 東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，哈爾濱 150040；2 威海綠苑園林工程有限公司，山東威海 264200；3 黑龍江省林業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150040)

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荻幼苗對復(fù)合鹽堿脅迫的生理響應(yīng)

何淼1，王歡1，徐鵬飛2，劉長樂3，周蘊(yùn)薇1*

(1 東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，哈爾濱 150040；2 威海綠苑園林工程有限公司，山東威海 264200；3 黑龍江省林業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150040)

摘要：該研究以荻(Miscanthus sacchariflorus)幼苗為材料，模擬中國東北大慶鹽堿地的低、中、高濃度鹽堿土壤環(huán)境，考察不同鹽堿處理濃度及其不同處理時間(0～25 d)對荻幼苗各項(xiàng)生理指標(biāo)的影響，以界定荻幼苗的復(fù)合鹽堿耐受范圍，為荻類能源植物的耐鹽堿性篩選和在園林中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：(1)隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長和脅迫程度加劇，荻幼苗葉綠素含量不斷降低，根活力在低、中濃度處理下隨時間不斷升高，而在高濃度處理時先降低后上升再降低；同時，幼苗相對電導(dǎo)率和MDA含量則不斷升高。(2)隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間延長，荻幼苗SOD、POD、CAT、APX、GR活性和ASA、GSH含量一般在低濃度處理時緩慢升高，而高濃度處理時則呈先升高后降低的趨勢。研究發(fā)現(xiàn)，荻幼苗能夠通過調(diào)節(jié)自身保護(hù)酶系統(tǒng)活性和抗氧化物積累，清除體內(nèi)過多活性氧和自由基，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，有效抵御外界低、中濃度的復(fù)合鹽堿脅迫，但其對高濃度的復(fù)合鹽堿脅迫基本沒有抵抗能力。

關(guān)鍵詞：荻；幼苗；復(fù)合鹽堿脅迫；生理響應(yīng)

土壤鹽堿化在世界范圍內(nèi)普遍存在，尤其是在較為干旱的地區(qū)，鹽堿化問題更為嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)的鹽堿地面積大約為9.54億hm2[1]，而中國鹽堿地面積大約是670萬hm2，大約占到耕地總面積的7%[2]。大慶市位于松嫩平原腹地，是中國重要的石油城，而松嫩平原是中國北方土壤鹽漬化最嚴(yán)重的區(qū)域之一[3]，鹽堿地面積達(dá)到全國鹽堿地總面積的一半以上[4]，鹽堿化形式日益嚴(yán)峻。土地鹽堿化程度過高，會嚴(yán)重抑制植物的生長發(fā)育，土地幾乎不能使用[5]。鹽堿脅迫會引起植物的生理干旱[6-7]，危害植物組織[8-9]，影響植物的正常營養(yǎng)[10-11]，引發(fā)氨的積累[9]，并影響植物的氣孔關(guān)閉[12]。隨鹽濃度的增加，番茄每株葉片數(shù)、枝重、株重、根長和根表面積等明顯下降[13]。在中堿性復(fù)合鹽脅迫處理下，向日葵的相對含水量、相對生長率、葉面積和根系活力均隨鹽濃度增加而有所下降[14]。如何合理地將鹽堿地利用起來，已成為目前急需解決的問題，而利用、篩選耐鹽堿植物并培育抗鹽堿材料是改良鹽堿化土壤最經(jīng)濟(jì)有效的措施之一[15]。

荻(Miscanthussacchariflorus)是禾本科(Gramineae)多年生草本C4能源植物[16]，分布于中國東北三省以及河北、山西、河南、山東、甘肅、陜西等地，同時也分布于日本、朝鮮、西伯利亞及烏蘇里。荻是極具開發(fā)潛力的能源植物之一，引起了很多國家，尤其是歐美國家的關(guān)注[17-18]，具有干生物質(zhì)產(chǎn)量較高[19]、生物質(zhì)質(zhì)量較好[20]、種植成本低[21]、適應(yīng)性強(qiáng)、生態(tài)效益好等優(yōu)勢。荻屬植物大都喜歡陽光充足的環(huán)境，在開闊的地段生長勢旺盛[22]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，荻類植物的地下根莖能夠在-20 ℃安全越冬，而葉片在5 ℃環(huán)境下仍能正常生長[23]。荻類植物與其他植物類似，可以通過土壤水分對礦物質(zhì)的吸收進(jìn)行調(diào)控[24-26]。荻類植物一般都有地下橫走莖，根系較為發(fā)達(dá)，抗旱性強(qiáng)[27]。荻還因?yàn)槠洫?dú)特的美感在城市園林中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在還越來越多地將其應(yīng)用在專類園之中，比如巖石園、屋頂花園和禾本園等[28]。本研究以能源植物荻為研究對象，模擬中國東北大慶的低、中、高濃度鹽堿地土壤環(huán)境，對荻幼苗進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫處理，并進(jìn)行荻幼苗耐鹽堿性的綜合評價(jià)，為今后荻類能源植物的耐鹽堿性篩選和在園林中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1材料培養(yǎng)

本試驗(yàn)所用的荻種子于2012年10月采自哈爾濱市太陽島風(fēng)景區(qū)(45°47′09″N，126°35′28″E)外圍，種子采完后保存于東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院種子儲藏柜中，備用。2013年5月將荻種子播于穴盤中，放于東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院110室光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行初期育苗，1個月后移栽于10 cm×10 cm的培養(yǎng)缽中，培養(yǎng)基質(zhì)按照壤土、蛭石、河沙3∶1∶1的比例配置，并將苗缽搬運(yùn)到園林學(xué)院苗圃溫室內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)1年。

1.2試驗(yàn)方法

2014年5月在培養(yǎng)1年后的荻幼苗中選取生長健壯、長勢一致的幼苗進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫處理。脅迫處理之前，將培養(yǎng)缽的排水孔堵住，確保復(fù)合鹽堿液不外流。本試驗(yàn)?zāi)M中國東北大慶鹽堿地的鹽堿土壤環(huán)境，預(yù)試驗(yàn)設(shè)置了3個處理組(L1、L2、M)，荻幼苗生長情況變化不大，故增設(shè)2個處理組。試驗(yàn)共分為5個處理組和1個對照組(CK)，處理組分別用不同濃度的復(fù)合鹽堿液澆灌(表1)，每次200 mL，每5 d澆灌1次，對照組(CK)用等量的蒸餾水灌溉。每組處理60盆，分別在處理后第0、5、10、15、20、25天取樣(葉片和根系)，測定各組荻幼苗相關(guān)生理指標(biāo)。

表1　復(fù)合鹽堿溶液的成分

1.3測定指標(biāo)及方法

葉綠素含量測定主要采用乙醇浸提法[29]；相對電導(dǎo)率的測定采用電導(dǎo)率儀法[30]；丙二醛(MDA)含量的測定主要采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法；超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法；過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[31]；過氧化氫酶(CAT)酶活性的測定參照Kato等方法[31]；抗壞血酸(ASA)含量的測定參照Hodges等方法[32]；谷胱甘肽(GSH)含量的測定參照Griffith方法[33]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的測定參照 Nakano等方法[34]；谷胱甘肽還原酶(GR) 活性的測定參照Grace等方法[35]。根活力的測定主要采用TTC法[29]。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、Duncan多重比較分析、顯著性分析、方差分析及相關(guān)性分析均采用SPSS19.0以及Excel 2007軟件。

2結(jié)果與分析

2.1復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

2.1.1葉綠素含量葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，主要發(fā)揮吸收、傳遞以及轉(zhuǎn)化光能的作用，復(fù)合鹽堿脅迫對植物光合作用的影響將直接體現(xiàn)在植物體內(nèi)葉綠素的含量的變化上。如圖1,A所示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗葉綠素含量在低濃度鹽堿處理(L1、L2)下基本無變化，而在中高濃度鹽堿處理時開始呈現(xiàn)出下降趨勢，且濃度越大下降趨勢越明顯，中高濃度處理(M、H1、H2)分別在脅迫25、15和5 d與同期對照存在顯著性差異(P<0.05)。另外，隨著鹽堿脅迫處理濃度的加大，荻幼苗長勢逐漸變?nèi)?，葉片逐漸變黃、枯萎，生長受到的鹽堿脅迫傷害逐漸加重，直至葉片基本全部變黃、植株死亡(圖2，A～F)，基本與葉綠素含量的測定結(jié)果相符。

2.1.2根活力植物的根系是植物最重要的吸收合成器官，直接影響植物的生長。逆境中植物體內(nèi)過氧化物和自由基就會積累，加快植物根系衰老氧化，因此植物的根活力大小將反映出植物體內(nèi)過氧化物和自由基的含量。圖1,B顯示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗根系活力在中低濃度處理(L1、L2、M)下呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，而在高濃度處理(H1、H2)下則呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的變化趨勢。其中，低濃度處理(L1、L2)荻幼苗根活力與同期對照始終無顯著差異；而中高濃度處理(M、H1、H2)根活力與同期對照相比變化幅度增大，且在高濃度處理(H1、H2)后期顯著低于同期對照組，說明此時荻幼苗根系已經(jīng)遭受嚴(yán)重活性氧傷害，致其植株死亡。

以上結(jié)果說明，荻幼苗生長在低濃度復(fù)合鹽堿脅迫下沒有受到顯著影響，表現(xiàn)出一定的耐鹽堿性；但高濃度復(fù)合鹽堿脅迫已經(jīng)嚴(yán)重影響到其正常的光合作用和根系吸收，抑制其生長發(fā)育。

2.2復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗相對電導(dǎo)率和MDA含量的影響

2.2.1相對電導(dǎo)率植物在受到逆境脅迫時，其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)一般會受到破壞，膜透性增大，細(xì)胞膜內(nèi)各種離子滲出，從而引起相對電導(dǎo)率的變化，因而通過測定相對電導(dǎo)率能推斷出細(xì)胞膜的受害程度。如圖3，A所示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢。在L1處理下，荻幼苗相對電導(dǎo)率一直保持平穩(wěn)升高，且與對照組(CK)相差不大，說明濃度L1下的復(fù)合鹽堿脅迫處理幾乎不會對荻幼苗的膜系統(tǒng)造成危害。隨著鹽堿濃度的不斷增大和脅迫時間的不斷延長，荻幼苗相對電導(dǎo)率的升高趨勢越來越明顯，尤其是中高濃度處理顯著高于同期對照和低濃度處理。其中在高濃度H2處理后期，荻幼苗膜系統(tǒng)被徹底破壞，導(dǎo)致其植株死亡。

CK.對照；L1、L2.低濃度；M.中濃度；H1、H2.高濃度

A.CK;.B.L1;.C.L2; D.M;.E.H1;F.H2.

2.2.2MDA含量植物在逆境下，其細(xì)胞膜一般會發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量的高低將明顯體現(xiàn)植物的受害程度。在各濃度復(fù)合鹽堿處理下，荻幼苗MDA含量均隨著時間的延長有所升高，但升高的幅度不同(圖3,B)。其中，在低濃度鹽堿處理下，荻幼苗MDA含量均與對照組(CK)相差不大，說明此時復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗的膜脂過氧化影響很??；在中濃度鹽堿處理時，荻幼苗MDA含量在處理20 d時迅速升高，并顯著高于對照，說明此時荻幼苗的膜脂過氧化程度開始加??；在高濃度鹽堿處理下，荻幼苗體內(nèi)MDA含量迅速升高，且幅度很大，并始終顯著高于對照和低濃度處理，說明此時荻幼苗的膜脂質(zhì)過氧化程度已經(jīng)超過了它的承受極限，最終會導(dǎo)致植株死亡。

圖3　復(fù)合鹽堿脅迫下荻幼苗相對電導(dǎo)率和

2.3復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗保護(hù)酶系統(tǒng)活性影響

當(dāng)植物受到逆境脅迫時，體內(nèi)的活性氧以及自由基會增多，植物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)就會對其進(jìn)行清除。這種保護(hù)酶系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)。

2.3.1SOD活性SOD是植物界普遍存在的一種含金屬酶，它的主要作用是防止細(xì)胞膜被活性氧和其他過氧化物破壞。隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，各濃度處理荻幼苗體內(nèi)SOD活性均呈先上升后下降的變化趨勢，只是變化的幅度和達(dá)到峰值的時間不同；隨著鹽堿脅迫程度的增強(qiáng)，各處理的SOD活性峰值逐漸升高，達(dá)到峰值時間逐漸前移(圖4,A)。其中，濃度鹽堿脅迫處理(H1、H2)荻幼苗SOD活性在處理第25天時已顯著低于對照組，說明此時荻幼苗體內(nèi)負(fù)氧離子的積累使膜脂過氧化程度加劇，嚴(yán)重?fù)p傷了荻幼苗的膜系統(tǒng)，導(dǎo)致幼苗死亡。

圖4　復(fù)合鹽堿脅迫下荻幼苗SOD、POD和CAT活性變化

2.3.2過氧化物酶活性過氧化物酶(POD)是一種能夠反映出植物體內(nèi)代謝狀況和對外界環(huán)境適應(yīng)性的酶，逆境能夠促使POD活性增高。如圖4,B所示，隨著鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗POD活性在低濃度處理(L1、L2)下與對照組(CK)相比變化趨勢不明顯，而在中高濃度處理(M、H1、H2)下均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，并分別在處理的第20、15、10天達(dá)到最大值。在高濃度鹽堿理后期(第25天)，荻幼苗POD活性均顯著低于對照組(P<0.05)，說明此時過氧化物的積累已經(jīng)達(dá)到了荻幼苗的忍受極限，導(dǎo)致其植株死亡。

2.3.3過氧化氫酶活性過氧化氫酶(CAT)也是植物體內(nèi)一種普遍存在的抗氧化酶，并且是一系列抗氧化酶中的最后一道防線，能夠有效清除植物體內(nèi)過多的過氧化氫。如圖4,C所示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗CAT活性在低濃度鹽堿脅迫處理(L1、L2)下呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢，而在中高濃度處理(M、H1、H2)下則是先上升后下降，并且在高濃度處理(H1、H2)的第25天顯著低于對照(P<0.05)，說明此時荻幼苗體內(nèi)的CAT已經(jīng)失去活性，喪失了對幼苗的保護(hù)能力，造成植株死亡。

以上結(jié)果說明，低濃度復(fù)合鹽堿脅迫沒有對荻幼苗生長造成顯著影響，但高濃度復(fù)合鹽堿脅迫已經(jīng)嚴(yán)重破壞了細(xì)胞膜系統(tǒng)，同時膜脂質(zhì)過氧化程度超出其耐受范圍，最終導(dǎo)致植株死亡。

2.4復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗ASA-GSH循環(huán)相關(guān)非酶抗氧化物質(zhì)含量的影響

2.4.1抗壞血酸含量抗壞血酸(ASA)是植物體內(nèi)普遍存在的一種小分子物質(zhì)，在植物抗氧化以及清除自由基方面起到重要作用，并且影響著植物的光合作用。如圖5,A所示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗體內(nèi)的ASA含量L1濃度脅迫處理下呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢，但與對照始終無顯著性差異；其余處理均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，其峰值隨濃度的增加而升高，峰值出現(xiàn)時間隨濃度增加而提前。其中，荻幼苗體內(nèi)的ASA含量在L1濃度處理下總體來說與對照組(CK)相差不大，說明此時荻幼苗植株沒有受到傷害；在L2和M濃度處理下，荻幼苗體內(nèi)的ASA含量始終高于對照，并在中期達(dá)到顯著水平；而高濃度脅迫處理下，荻幼苗體內(nèi)的ASA含量在處理第5天就開始迅速升高，并明顯高于對照組(CK)，在第10天以后快速明顯下降，在第25天已稍微低于對照組。說明高濃度處理荻幼苗在后期受到復(fù)合鹽堿脅迫損害的程度增大。

圖5 復(fù)合鹽堿脅迫下荻幼苗抗壞血酸(ASA)和

2.4.2谷胱甘肽含量谷胱甘肽(GSH)在植物抗逆性方面起到了尤為重要的作用，并與植物在逆境下的耐受能力密切相關(guān)。如圖5,B所示，隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，各濃度處理下荻幼苗體內(nèi)的GSH含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。其中，低濃度鹽堿脅迫處理(L1、L2)下，荻幼苗體內(nèi)的GSH含量與對照組(CK)始終相差不大；從中濃度處理開始，荻幼苗體內(nèi)的GSH含量的升高降低幅度明顯增大，其峰值隨濃度的增加而升高，峰值出現(xiàn)時間隨濃度增加而提前；在處理第25天時，荻幼苗GSH含量在H1處理下基本與對照組(CK)持平，而H2處理下略低于對照組(CK)，但均未達(dá)到顯著水平。說明在中高濃度鹽堿脅迫處理下荻幼苗生長已經(jīng)受到很嚴(yán)重的損害，尤其是H2處理后期可能導(dǎo)致植株死亡。

2.5復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗ASA-GSH循環(huán)相關(guān)抗氧化酶活性的影響

2.5.1抗壞血酸過氧化物酶活性抗壞血酸過氧化物酶(APX)是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，它能夠清除葉綠體內(nèi)的過氧化氫，并且維持抗壞血酸代謝的平衡。隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的延長，荻幼苗APX活性在各濃度處理下均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，中低濃度處理在第15天達(dá)到峰值，而高濃度處理則在第10天達(dá)到峰值(圖6,A)。其中，荻幼苗APX活性處理第5-20天均高于對照，并在第10～15天多達(dá)到顯著水平；在處理末期，濃度處理APX活性均顯著低于對照組，說明此時復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗植株造成了嚴(yán)重的傷害，其體內(nèi)的APX活性已經(jīng)嚴(yán)重失活，導(dǎo)致植株死亡。

圖6　復(fù)合鹽堿脅迫下荻幼苗抗壞血酸過氧化物酶(APX)

2.5.2谷胱甘肽還原酶活性谷胱甘肽還原酶(GR)也是植物體內(nèi)一種重要的抗氧化酶，其功能和APX類似。隨著復(fù)合鹽堿脅迫時間的不斷延長，荻幼苗GR活性在各濃度處理下均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，只是變化的幅度不同(圖6,B)。其中，L1濃度處理荻幼苗GR活性變化不大，始終與對照相近；L2和M濃度處理荻幼苗GR活性一直高于同期對照，均在處理第20天達(dá)到峰值；H1和H2濃度處理荻幼苗體內(nèi)的GR活性在前期就迅速升高，于處理第10天就達(dá)到峰值，但在處理后期顯著低于對照。說明高濃度鹽堿處理荻幼苗在前期過氧化氫就已迅速積累，促使體內(nèi)的GR活性迅速升高以清除過多的過氧化氫，而由于后期過氧化氫的積累量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GR的最大清除能力，導(dǎo)致GR失去活性，直至荻幼苗植株死亡。

以上結(jié)果說明，荻幼苗生長在低濃度復(fù)合鹽堿脅迫下沒有受到顯著影響，表現(xiàn)出一定的耐鹽堿性；但高濃度復(fù)合鹽堿脅迫對植株造成的傷害已超出其抗逆能力，植株無法維持體內(nèi)的代謝平衡，最終導(dǎo)致植株死亡。

3討論

黑龍江大慶地區(qū)的土地鹽堿化對植物造成的傷害主要是由于鹽堿的過度積累造成土壤顆粒較為分散，土壤不斷膨大化，造成土壤的透水性、相對含水量、吸水速度以及水力傳導(dǎo)度相應(yīng)降低，從而造成土壤理化性質(zhì)惡化，土壤結(jié)構(gòu)黏連，透氣性變差微生物活動較少，滲透系數(shù)變低，導(dǎo)致植物植株發(fā)生生理干旱，生長不良。本研究通過模擬中國東北大慶鹽堿地的土壤環(huán)境，基本界定荻幼苗的復(fù)合鹽堿耐受范圍，以期能為今后荻類能源植物的耐鹽堿性篩選和在園林中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。在以往的研究中，多以NaCl為脅迫指標(biāo)[36]，并借鑒相關(guān)研究結(jié)果以探究植物的抗鹽機(jī)制。但鹽堿地中鹽害與堿害并存，單獨(dú)的NaCl脅迫作用并不能代表真實(shí)情況?？紤]到上述原因，本試驗(yàn)采用復(fù)合鹽堿脅迫的方法對荻幼苗進(jìn)行脅迫處理，因而在復(fù)合鹽堿脅迫下，植物不僅要應(yīng)對生理干旱和離子毒害，還必須應(yīng)對高 pH 值的影響。

葉綠素是進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉綠素含量的高低在一定程度上可以反映植物光合作用的強(qiáng)弱[37]。pH 升高將導(dǎo)致植物生長介質(zhì)中的金屬離子沉淀從而失去有效性，其中受影響較為嚴(yán)重是Fe、Mn、Mg、Ca等金屬離子[38-40]，而Fe和Mg是葉綠素合成時的必需元素，其缺乏會將導(dǎo)致葉綠素含量的降低。有研究發(fā)現(xiàn)，堿地膚的葉綠素含量隨著鹽濃度的增加而逐漸下降[41]。在本試驗(yàn)中，復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗的光合作用影響很大，而且脅迫時間越長、復(fù)合鹽堿濃度越大，則葉綠素降低的趨勢和幅度也越明顯。

同時，由于離子毒害和滲透脅迫作用，鹽脅迫會對植物的膜系統(tǒng)造成傷害[8,42]。鹽脅迫易導(dǎo)致植物體內(nèi)的活性氧大量積累，加劇對膜系統(tǒng)的傷害，甚至導(dǎo)致植物的程序性死亡[43]。在本試驗(yàn)中，隨著脅迫時間的延長，荻幼苗體內(nèi)活性氧和自由基隨之增加，造成膜脂過氧化傷害，使荻幼苗體內(nèi)相對電導(dǎo)率和MDA含量升高，而且隨著脅迫時間的延長和復(fù)合鹽堿濃度的增大，這種破壞愈發(fā)嚴(yán)重。在低濃度復(fù)合鹽堿脅迫處理時，荻幼苗體內(nèi)的過氧化物和自由基積累會誘發(fā)SOD、POD、CAT、APX、GR活性和ASA、GSH含量的升高，而在高濃度復(fù)合鹽堿脅迫處理的初期，荻幼苗植株體內(nèi)過氧化物的過量聚集也促進(jìn)上述抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量的急劇升高，而后期過氧化物的聚集量過大就會造成這些物質(zhì)的活性和含量迅速降低，導(dǎo)致荻幼苗植株死亡，這與黃連[44](Coptischinensis)、煙草[45](Nicotianatabacum)和黃瓜[46](Cucumissativus)上的研究結(jié)果相一致。

根系活力的大小可以在很大程度上反映出根系生命活動的強(qiáng)弱，根系活力越大，呼吸作用越強(qiáng)。當(dāng)植物處于鹽堿脅迫下時，為了平衡細(xì)胞滲透勢，提高保護(hù)酶的活性并及時清除活性氧，需要積累足夠的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，這些適應(yīng)過程或抵御鹽堿脅迫的過程都將損耗大量的能量，而一定程度的鹽堿脅迫會刺激植物根系的呼吸作用，從而能獲得更多的能量以適應(yīng)周圍的環(huán)境，那么其根系活力也必然增大。在本研究中，荻幼苗根系活力在低濃度的鹽堿處理時呈現(xiàn)出緩慢升高的趨勢，說明較低濃度的鹽堿處理促進(jìn)了根活力的提升，此時荻幼苗植株生長良好。而在高濃度處理的初期，由于荻幼苗根系沒有立即適應(yīng)高濃度的復(fù)合鹽堿環(huán)境，根活力有所下降；隨后為抵御外界的高濃度鹽堿環(huán)境，根系活力再次升高；最后，根活力又急劇降低，說明此時荻幼苗根系已受到嚴(yán)重破壞，無法適應(yīng)逆境環(huán)境，植株死亡。這與4種繡線菊[47]根系活力在鹽堿脅迫下的變化趨勢相同。

綜上所述，荻幼苗能夠抵抗低、中濃度的復(fù)合鹽堿脅迫，這與其自身的滲透物質(zhì)調(diào)節(jié)、膜結(jié)構(gòu)以及相關(guān)保護(hù)酶系統(tǒng)有著密切關(guān)系。荻幼苗通過調(diào)節(jié)自身相關(guān)保護(hù)酶系統(tǒng)活性和抗氧化物質(zhì)積累來抵御來自外界鹽堿脅迫，清除體內(nèi)過多活性氧和自由基，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不被破壞。在高濃度鹽堿脅迫條件下，荻幼苗細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和保護(hù)酶系統(tǒng)會遭到嚴(yán)重破壞，造成生長調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂，使其植株不能正常生長。

植物耐鹽堿生理指標(biāo)的評價(jià)和分析是一種較為有效的選擇耐鹽堿植物的方法，要想系統(tǒng)研究荻的耐鹽堿性，不僅要考慮到荻的不同生長階段、進(jìn)行鹽堿脅迫的時間，還要考慮不同個體間的差異。同時，荻的耐鹽堿性篩選主要是為了將來的園林應(yīng)用，而具有園林觀賞價(jià)值的主要是成苗期的花絮，本實(shí)驗(yàn)只是探究了復(fù)合鹽堿脅迫對荻幼苗生長的影響，并沒有深入研究復(fù)合鹽堿脅迫是否影響其開花等其他生理過程。因此，僅憑實(shí)驗(yàn)室測定的幾個生理指標(biāo)進(jìn)行荻的耐鹽堿性評價(jià)是不全面的，我們有必要對荻做更全面的比較分析，才能明確其耐鹽堿本質(zhì)。

參考文獻(xiàn):

[1]封志明.資源科學(xué)論綱[M].北京:地震出版社,1994.

[2]耿華珠,李聰,李茂森.苜蓿耐鹽性鑒定初報(bào)[J].中國草地,1990,2:69-72.

[3]劉東興,宮偉光.大慶鹽堿地立地質(zhì)量評價(jià)[J].中國水土保持科學(xué),2009,7(3):98-103.

LIU D X,GONG W G.Evaluation of site quality for saline-alkali soil in Daqing[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2009,7(3):98-103.

[4]宋德成,洪影,于大永.松嫩平原鹽堿地開發(fā)利用狀況分析[J].東北水利水電,2014,(9):21-22.

SONG D C,HONG Y,YU D Y.Analysis on the development and utilization of saline soil in Songnen Plain[J].WaterResources&HydropowerofNortheastChina,2014,(9):21-22.

[5]田福平,王鎖民,郭正剛,等.紫花苜蓿脯氨酸含量和含水量,單株干質(zhì)量與抗旱性的相關(guān)性研究[J].草業(yè)科學(xué),2004,21(1):3-6.

TIAN F P,WANG S M,GUO Z G,etal.Relationship between proline content and water content,single plant drymatter,and drought resistance of alfalfa[J].GrasslandScience,2004,21(1):3-6.

[6]張敏,蔡瑞國,李慧芝,等.鹽脅迫環(huán)境下不同抗鹽性小麥品種幼苗長勢和內(nèi)源激素的變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(1):310-320.

ZHANG M,CAI R G,LI H Z,etal.Responses of seeding growth and endogenous hormone contents in different wheat cultivars to salt stress[J].ActaEcologicaSinica,2008,28(1):310-320.

[7]阮海華.一氧化氮提高小麥幼苗耐鹽性及其分子機(jī)制研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[8]楊春武,李長有,尹紅娟,等.小冰麥對鹽脅迫和堿脅迫的生理響應(yīng)[J].作物學(xué)報(bào),2007,33(8):1 255-1 261.

YANG C W,LI C Y,YIN H J,etal.Physiological response of Xiaobingmai(Triticumaestivum-Agropyronintermedium)to salt-stress and alkali-stress[J].ActaAgronomicaSinica,2007,33(8):1 255-1 261.

[9]商洪池,洪金祥.鹽堿環(huán)境的改良措施及施工方法[J].河北林業(yè)科技,2003,(4):29-32.

SHANG H C,HONG J X.Improvement measures and construction methods of saline environment[J].TheJournalofHebeiForestryScienceandTechnology,2003,(4):29-32.

[10]王久興,賀桂欣,楊樹宗,等.蔬菜病蟲害診治原色圖譜黃瓜分冊[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2004,122-124.

[11]夏陽,梁慧敏,王太明,等.鹽脅迫對蘋果器官中鈣鎂鐵鋅含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,11(3):431-434.

XIA Y,LIANG H M,WANG T M,etal.Effects of NaCl stress on Ca,Mg,Fe and Zn contents of different apple organs[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2005,11(3):431-434.

[12]段九菊,郭世榮,康云艷,等.鹽脅迫對黃瓜幼苗根系生長和多胺代謝的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008,19(1):57-64.

DUAN J J,GUO S R,KANG Y Y,etal.Effect of salt strees on cucumber seedings root growth and polyamine metabolism[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2008,19(1):57-64.

[13]MOHAMMAD,M,SHIBLI,etal.Tomato root and shoot responses to salt stress under different levels of phosphorus nutrition[J].PlantNutr,1998,21:1 667-1 680.

[14]盛彥敏,許月.不同程度中堿性復(fù)合鹽對向日葵生長的影響[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999,(4):65-69.

SHENG Y M(盛彥敏,XU Y.The effect on growth of sunflwoer to mixed salts with various natural and alkaline[J].JournalofNortheastNormalUniversity(Natural Science Edition),1999,(4):65-69.

[15]李述剛,程心俊,王周瓊.荒漠綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[M].北京:氣象出版社,1998:75-90.

[16]劉亮.中國植物志[Z].北京:科學(xué)出版社,1997,10(3):3-11.

[17]PANG J,ZHENG M,WANG A,etal.Catalytic conversion of concentratedMiscanthusin water for ethylene glycol production[J].AIChEJournal,2014,60(6):2 254-2 262.

[18]HASTINGS A,CLIFTON‐BROWN J,Wattenbach M,etal.Future energy potential ofMiscanthusin Europe[J].GcbBioenergy,2009,1(2):180-196.

[19]HEATON E A,DOHLEMAN F G,LONG S P.Meeting US biofuel goals with less land:the potential ofMiscanthus[J].GlobalChangeBiology,2008,14(9):2 000-2 014.

[20]LEWANDOWSKI I,SCURLOCK J M O,LINDVALL E,etal.The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe[J].BiomassandBioenergy,2003,25(4):335-361.

[21]WANG D,PORTIS A R,MOOSE S P,etal.Cool C4photosynthesis:pyruvate Pi dikinase expression and activity corresponds to the exceptional cold tolerance of carbon assimilation inMiscanthus×giganteus[J].PlantPhysiology,2008,148(1):557-567.

[22]方文培,孔憲需,張澤榮,等.四川植物志[J].四川人民出版社,1984,1.

[23]VANLOOCKE A,BERNACCHI C J,TWINE T E.The impacts ofMiscanthus×giganteusproduction on the Midwest US hydrologic cycle[J].GcbBioenergy,2010,2(4):180-191.

[24]畢銀麗,丁保建,全文智,等.VA菌根對白三葉吸收水分和養(yǎng)分的影響[J].草地學(xué)報(bào),2001,9(2):154-158.

BI Y L,DING B J,QUAN W Z,etal.Influence of VA M ycorrhize on nutrient and water absorption in white clover[J].ActaAgrestiaSinica,2001,9(2):154-158.

[25]陳曉遠(yuǎn),高志紅,劉曉英,等.水分脅迫對冬小麥根,冠生長關(guān)系及產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào),2004,30(7):723-728.

CHEN X Y,GAO Z H,LIU X Y,etal.Effects of water stress on root/shoot relation and grain yield in winter wheat[J].ActaAgronomicaSinica,2004,30(7):723-728.

[26]劉金祥,王銘銘,肖生鴻,等.干旱脅迫對香根草生長及光合生理主要特征的影響[J].四川草原,2005,(3):28-30.

LIU J X,WANG M M,XIAO S H,etal.The Responds of growth and photosynthesis ofVetiveriaZizanioides in condition of drought stress[J].JournalofSichuanGrassland,2005,(3):28-30.

[27]解新明,周峰,趙燕慧,等.多年生能源禾草的產(chǎn)能和生態(tài)效益[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(5):2 329-2 342.

JIE X M,ZHOU F,ZHAO Y H,etal.A summary of ecological and energy-producing effects of perennial energy grasses[J].ActaEcologicaSinica,2008,28(5):2 329-2 342.

[28]蘭茜J,奧德諾.觀賞草及其景觀配置[M].劉建秀,譯.北京:中國林業(yè)出版社,2004.

[29]李合生.植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000:184-263

[30]陳建勛,王曉峰.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].第2版,廣州:華南理工大學(xué)出版社,2006:64-66.

[31]KATO M,SHIMIZU S.Chlorophyll metabolism in higher plants.Chlorophyll degradation in senescing tobacco leaves,phe-nolic-dependent peroxidative degradation[J].CanadianJournalofBotany,1987,65:729-735.

[32]HODGES D M,ANDREWS C J,JOHNSON D A,etal.Antioxidant compound responses to chilling stress in differenti-ally sensitive inbred maize lines[J].PlantPhysiology,1996,98:685-692.

[33]GRIFFITH O W.Determination of glutathione and glutathione disulfide using glutathione reductase and 2-vinylpyridine[J].AnnualReviewofBiochemistry,1980,106:207-212.

[34]NAKANO Y,ASADA K.Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate specific peroxidase in spinach chloroplasts[J].PlantCellPhysiology,1981,22:867-880.

[35]GRACE S C,LOGAN B A.Acclimation of foliar antioxidant systems to growth irradiance in three broad-leaved evergreen species[J].PlantPhysiology,1996,112:1 631-1 640.

[36]湯章城.現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1999:308.

[37]王偉華,張希明,閆海龍,等.鹽處理對多枝怪柳光合作用和滲

調(diào)物質(zhì)的影響[J].干旱區(qū)研究,2009,26(4):561-568.

WANG W H,ZHANG X M,YAN H L,etal.Effects of salt stress on photosynthesis and osmoregulation substances ofTamarixramosissimaLedeb.[J].AridZoneResearch,2009,26(4):561-568.

[38]SHI D,WANG D.Effects of various salt-alkali mixed stresses onAneurolepidiumchinese(Trin.) Kitag[J].PlantandSoil,2005a,271:15-26.

[39]SHI D,SHENG Y.Effect of various salt-alkaline mixed stress conditions on sunflower seedlings and analysis of their stress factors[J].EnvironmentalandExperimentalBotany,2005b,54:8-21.

[40]YANG C,CHONG J,LI C,etal.Osmotic adjustment and ion balance traits of an alkali resistant halophyteKochiasieversianaduring adaptation to salt and alkali conditions[J].PlantandSoil,2007,294:263-276.

[41]賈娜爾·阿汗,楊春武,石德成,等.鹽生植物堿地膚對鹽堿脅迫的生理響應(yīng)特點(diǎn)[J].西北植物學(xué)報(bào)，2007,27(1):70-84.

JIA N E·A H,YANG C W,SHI D C,etal.Physiological response of an alkali resistant halophyteKochiasieversianatosalt and alkali stresses[J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica,2007,27(1):70-84.

[42]CHEESMAN J M.Mechanism of salinity tolerance in plants[J].PlantPhysiology,1988,87:547-558.

[43]KATSUHARA M,KAWASAKI T.Salt stress induced nuclear and DNA degradation in meristematic cells of barley roots[J].PlantCellPhysiology,1996,37:169-173.

[44]武敬亮,田桂香,孫敏.鹽堿脅迫和 SNP對黃連膜脂過氧化及保護(hù)酶活性的影響[J].浙江林業(yè)科技,2006,26(5):5-9.

WU J L,TIAN G X,SUN M.Effect of salt-alkaline stress and SNP on membrane-lipid peroxidation and protective enzyme ofCoptischinensis[J].JournalofZhejiangForestryScienceandTechnology,2006,26(5):5-9.

[45]陳展宇,崔喜艷,史巖玲.混合鹽堿脅迫對3種類型煙草幼苗保護(hù)酶活性的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(5):486-489.

CHEN Z Y,CUI X Y,SHI Y L.Effect of complex alkali-saline stress on activity of protective enzyme in three varieties of tobacco seedlings[J].JournalofJilinAgriculturalUniversity,2006,28(5):486-489.

[46]張麗平.鹽堿脅迫對黃瓜種子發(fā)芽和幼苗生理代謝的影響[D].山東泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[47]石溪嬋.四種繡線菊根系對混合鹽堿脅迫的生理響應(yīng)研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010.

(編輯:裴阿衛(wèi))

Physiological Responses ofMiscanthussacchariflorusSeedlings under Mixed Salt Alkali Stress

HE Miao1,WANG Huan1,XU Pengfei2,LIU Changle3,ZHOU Yunwei1*

(1 College of Landscape Architecture,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China; 2 Weihai Lüyuan Gardening Engineer Co.,Ltd.,Weihai,Shandong 264200,China; 3 Heilongjiang Academy of Forestry,Harbin 150040,China)

Abstract:Simulating the saline-alkali soil environment of Daqing in northeast of China which include low,middle and high concentration,we studied the effects of different concentrations and processing time(0～25 d) on each physiological index of Miscanthus sacchariflorus seedlings which basically defined the complex salt-alkali tolerance range of M.sacchariflorus seedings and provided a theoretical basis for the screen of saline-alkali tolerant plants and applications in landscape of energy plants like M.sacchariflorus in the future.The results showed that:(1)with the increase of mixed saline-alkali stress intensity over time,the chlorophyll content of M.sacchariflorus seedlings was constantly drop.The root activity was rising with the treatments of low concentration and middle concentration over time.While it showed decreased first and then increased and decreased in the end with the treatments of high concentration.At the same time,the relative electrical conductivity and MDA content of M.sacchariflorus seedlings were also rising over time; (2)the SOD,POD,CAT,APX,GR activities,ASA and GSH contents were rising slowly in low concentration,but in the treatment of high concentration these indexes increased at first and then decreased with time passing by.The study found that M.sacchariflorus seedlings could remove excess reactive oxygen and free radicals and protect the cell structure by regulating the activities of the protective enzymes and the accumulation of antioxidants.M.sacchariflorus seedlings could effectively resist saline-alkali stress of middle and low concentrations,while they have no resistance to high concentration.

Key words:Miscanthus sacchariflorus；seedlings；mixed salt alkali stress；physiological response

中圖分類號：Q945.78

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：何淼(1975-)，博士，副教授，主要從事園林植物種質(zhì)資源方面的教學(xué)科研工作。E-mail：hemiao@nefu.edu.cn*通信作者：周蘊(yùn)薇，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事園林植物資源等方向研究工作。E-mail：nefuzhouyw@126.com

基金項(xiàng)目：黑龍江省科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金；林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201404202)

收稿日期：2015-11-11；修改稿收到日期：2016-03-09

文章編號:1000-4025(2016)03-0506-09

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.03.0506