3種地被植物生長及生理特性對鹽脅迫的響應

張芝蕊+張雪微+王貝貝+孫虹豆+王羽淑+駱建霞

摘 要：采用盆栽試驗法，研究鹽脅迫對3種地被植物的生長、鹽害率、鹽害指數(shù)、根系活力、丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶活性、凈光合速率等指標的影響，以了解其耐鹽性差異。結(jié)果表明：隨鹽濃度增加，參試植物的生長量均呈先升后降趨勢，花葉蔓長春的相對生長量最大，荊芥的最小；鹽害率和鹽害指數(shù)均呈上升趨勢，荊芥變化增幅最大；荊芥與花葉蔓長春的MDA含量呈上升趨勢，早開堇菜的變化相對較小；早開堇菜和荊芥的根系活力與POD活性呈先升后降趨勢，花葉蔓長春根系活力極顯著低于對照、POD活力無顯著性差異；3種植物的SOD活性在鹽脅迫下的變化較?。浑S鹽濃度升高，花葉蔓長春與早開堇菜凈光合速率呈先升后降趨勢，荊芥的則極顯著低于對照。早開堇菜的隸屬函數(shù)平均值最高，荊芥的最低。綜合各指標及隸屬函數(shù)分析結(jié)果認為：3種地被植物的耐鹽性強弱依次為早開堇菜、花葉蔓長春、荊芥。

關鍵詞：鹽脅迫；地被植物；生長；生理特性；隸屬函數(shù)

中圖分類號：Q945.78 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.08.005

Abstract： The effects of salinity stress on growth， salt damage rate， salt injury index， root activity， malondialdehyde （MDA） content， antioxidant enzyme activity and net photosynthetic rate of three tested species grown in pots were studied， aiming at understanding the differences among the three ground cover plants in respect of salt tolerance ability .The results showed that with increasing degree of salinity stress， the height growth rate of all tested plants increased at the beginning and reduced afterwards， with the highest relative growth rate for Vinca major and the lowest one for Nepeta cataria， and both salt damage rate and salt injury index had a trend to increase， with the biggest increasing range for Nepeta cataria. The MDA contents of both Nepeta cataria and Vinca major had a trend to increase when the salt concentration was increased， with the relatively small increasing range for Viola prionantha. The root and the peroxidase enzyme （POD）activities of Viola prionantha and Nepeta catariaalso increased at the beginning and decreased afterwards with increasing degree of salinity stress. The root activity of Vinca major was significantly lower than that of the control. There was no significant difference between the three tested species in POD activity. The superoxide enzyme （SOD） activity of three plants changed little under salt stress. The net photosynthetic rate （Pn） of Vinca major and Viola prionantha increased first and then decreased with increasing concentration of the salt， and that of Nepeta cataria was significantly lower than that of the control. Viola prionantha had the highest average value of subordinate function， of which Nepeta cataria was the lowest. According to the analysis results of indexes and subordinate function， the salt resistance ability of the three ground cover plants can be ranked as Viola prionantha， Vinca major and Nepeta cataria.

Key words： salty stress； ground cover plants； growth； physiological characteristics； subordinate function

鹽脅迫是世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境因子中最重要的非生物逆境障礙因子之一。目前，全世界約有9.54×109 hm2的耕地受到鹽脅迫的危害，我國各類鹽堿地面積總計0.21×109 hm2，鹽漬土壤面積大，分布廣泛，且鹽堿化程度逐年加重[1]。天津地處北方渤海灣，分布有較大面積鹽堿土，因而綠化實踐應用中優(yōu)良觀賞地被植物種類相對較少。因此，進行園林地被植物耐鹽性研究并合理選擇利用耐鹽堿植物，對于指導并實現(xiàn)鹽堿地的優(yōu)質(zhì)綠化有著重要的實踐意義。

荊芥、早開堇菜、花葉蔓長春3種多年生草本地被植物具較高的觀賞價值，近年來逐步得到推廣應用。有關地被植物耐鹽堿的研究多有報道[2-5]，但關于上述3種植物的研究[6-8]相對較少，尚未見到關于3種植物的耐鹽性差異比較的研究報道。本試驗研究了不同濃度NaCl脅迫對3種植物生長和生理特性的影響，以了解它們的耐鹽性差異，從而為其在園林綠化中的推廣應用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及處理

以一年生花葉蔓長春（Vinca major ‘variegata）和荊芥（Nepeta cataria）扦插苗及早開堇菜（Viola prionantha）播種苗為試驗材料。含鹽量0.089 mg·g-1、pH值6.7的草炭土為培養(yǎng)基質(zhì)（對照CK）。上盆緩苗1個月后，選擇生長發(fā)育程度基本一致的植株用于試驗處理。設置5個NaCl濃度處理，分別為3，4，5，6，7 mg·g-1。采用隨機區(qū)組設計，重復3次，3盆為一小區(qū)，每處理均在45株以上。鹽處理時，將等量不同濃度的NaCl溶液澆入盆內(nèi)，CK為等量蒸餾水，每個盆下放置托盤。鹽脅迫期間觀察植物表現(xiàn)，統(tǒng)計鹽害率并計算鹽害指數(shù)。

1.2 試驗指標測定

1.2.1 生長量測定 鹽脅迫處理前測定全部植株高度，處理7 d后（植株已表現(xiàn)出明顯鹽害癥狀），再次測定株高，計算生長量及相對生長量，并取樣進行各生理指標測定。

生長量（cm）=處理后平均株高-處理前平均株高

相對生長量=（處理生長量/對照生長量）×100%

1.2.2 鹽害指數(shù)與鹽害率的測定 對全部植株進行觀察統(tǒng)計。計算各處理的鹽害率和鹽害指數(shù)。鹽害分級標準[9]為：0級為無鹽害癥狀；1級為有少部分葉緣、葉尖或葉脈發(fā)黃；2級為有大約1/2的葉尖、葉緣焦枯；3級為大部分葉尖、葉緣焦枯或落葉；4級為枝枯、葉落或死亡。

鹽害率=（鹽害株數(shù)/總株數(shù)）×100%

鹽害指數(shù)=∑（鹽害級值×相應鹽害極值株數(shù)）/（總株數(shù)×鹽害最高極值）×100%

1.2.3 生理指標測定 每小區(qū)隨機取有代表性的成熟葉片進行各指標測定。采用硫代巴比妥酸法[10]測定葉片中丙二醛含量，氯化三苯基四氮唑（TTC）法[10]測定根系活力，氮藍四唑法[10]測定葉片中SOD活性，愈創(chuàng)木酚顯色法[10]測葉片中POD活性，于上午10：00—12：00（晴天）用CI-340光合儀（美國生產(chǎn)）測定凈光合速率（Pn）。每小區(qū)每個樣本重復3次讀數(shù)，取均值。試驗期間，對植物生長表現(xiàn)進行觀察。

1.3 試驗數(shù)據(jù)處理

以小區(qū)平均值為單位，用SPSS17.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。

隸屬函數(shù)：R=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

反隸屬函數(shù)：R=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中：Xi為某一指標測定值，Xmin和Xmax為各處理下某一指標的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對參試植物生長量的影響

對鹽脅迫處理前的株高進行測定分析，花葉蔓長春、早開堇菜、荊芥的F值分別為0.306、0.507、0.158，均未達顯著水平（F（0.05）=1.81），表明用于鹽脅迫處理的苗木生長基本一致，選材正確。對鹽脅迫處理后各植物平均生長量的分析結(jié)果見表1。

由表1可知，3種植物生長量均呈先升后降趨勢。輕中度鹽脅迫下（3～4 mg·g-1，下同），荊芥和早開堇菜的生長量均極顯著上升，且觀察到其長勢較好，花葉蔓長春與對照的差異不顯著。重度鹽脅迫下（≥5 mg·g-1），荊芥和早開堇菜的生長量均不再增加，花葉蔓長春則保持較高的生長量，極顯著高于對照。從平均生長量看，3種植物之間存在極顯著差異，花葉蔓長春最高，早開堇菜最低，這與植物種類不同有關，而相對生長量則可消除植物間的差異以表示在鹽脅迫下的生長狀況。表1顯示，花葉蔓長春和早開堇菜的相對生長量差異不顯著，均極顯著高于荊芥，荊芥的相對生長量達到62.40%。

2.2 鹽脅迫下3種植物的鹽害率及鹽害指數(shù)

由表2可知：3種植物的鹽害率和鹽害指數(shù)均隨鹽濃度的升高呈上升趨勢，荊芥增加的幅度最大，低鹽脅迫下鹽害率和鹽害指數(shù)均已達50%，極顯著高于對照；花葉蔓長春的鹽害率和鹽害指數(shù)在3～5 mg·g-1脅迫下變化較小，但6～7 mg·g-1脅迫下極顯著升高；早開堇菜的鹽害率及鹽害指數(shù)隨NaCl濃度增加的幅度在3種植物中最小。

2.3 鹽脅迫對3種植物丙二醛含量和根系活力的影響

表3顯示，隨著鹽濃度的增加，荊芥與花葉蔓長春的MDA含量均呈上升趨勢，在鹽濃度4 mg·g-1下分別為極顯著和顯著高于對照，說明此時兩種植物的細胞膜已受到了較大損傷，而早開堇菜的MDA含量在各NaCl處理下的變化相對較小，高度鹽脅迫下（5～7 mg·g-1，下同）仍保持在對照水平。由表3還可看出，花葉蔓長春的根系活力在各鹽脅迫處理下均極顯著低于對照，而早開堇菜和荊芥的根系活力則隨鹽濃度升高呈先升后降趨勢，在3 mg·g-1的鹽濃度脅迫下極顯著升高，其它鹽濃度脅迫下的變化幅度相對較小，高度鹽脅迫下仍能保持在對照水平。

2.4 鹽脅迫對供試植物葉片凈光合速率與抗氧化酶活性的影響

由表4可知，參試植物的Pn在鹽脅迫下的變化各異，隨著鹽濃度的升高，荊芥呈下降趨勢；花葉蔓長春先降低，在鹽濃度達5 mg·g-1時保持在對照水平，6 mg·g-1時極顯著高于對照；早開堇菜在3～6 mg·g-1脅迫下仍保持較高的Pn；在7 mg·g-1脅迫下，3種植物的Pn都極顯著低于對照。

表4還顯示，3種植物的SOD活性隨鹽濃度的升高基本呈上升趨勢，但變化幅度較小。荊芥在3～6 mg·g-1脅迫下保持對照水平，達7 mg·g-1時與對照差異極顯著；花葉蔓長春與早開堇菜的SOD活性在低鹽脅迫下略低于對照，高鹽脅迫下保持在對照水平。鹽脅迫下，參試植物的POD活性均呈先升后降趨勢，其中花葉蔓長春的變化幅度最小，各處理間差異不顯著，早開堇菜在鹽濃度為5 mg·g-1處理下達高峰，荊芥在6～7 mg·g-1時脅迫極顯著高于對照。從上述結(jié)果可以看出，參試植物對鹽脅迫所做出的響應差異。

2.5 隸屬函數(shù)分析

隸屬函數(shù)分析可綜合多項指標對植物的耐鹽性做出客觀評價[9，11]。由于參試植物各指標在對照條件下存在差異，為消除此差異對分析結(jié)果的影響，采用相對平均值（即各脅迫處理下的平均值除以相應CK數(shù)值）進行隸屬函數(shù)分析。鹽害率、鹽害指數(shù)和MDA含量指標計算反隸屬函數(shù)，其余指標計算隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)平均值越大，表明該植物的耐鹽能力越強，分析結(jié)果見表5。

由表5可以看出，早開堇菜的隸屬函數(shù)平均值最大，荊芥平均值最小，排序為早開堇菜>花葉蔓長春>荊芥，此結(jié)果與在試驗中對植物外部形態(tài)的觀測表現(xiàn)基本一致。

3 結(jié)論與討論

逆境脅迫會對植物產(chǎn)生影響，植物的生長量與相對生長量可以直觀地體現(xiàn)植物的耐逆性強弱，生長量和相對生長量越大者其抗逆性越強[2，8，12]。由于植物不同，生長特性存在差異，即對照的生長量不同，因此，用相對生長量可更客觀地反映植物在逆境脅迫下的生長狀況。本試驗中，參試植物的生長量均受到影響，輕中度鹽脅迫下（3～4 mg·g-1），荊芥和早開堇菜的生長量均極顯著高于對照組，花葉蔓長春與對照差異不顯著，但重度鹽脅迫下，花葉蔓長春仍可保持較高的生長量，而早開堇菜與荊芥植株生長十分緩慢，增長量近于0。從相對生長量看，由大到小依次為花葉蔓長春、早開堇菜、荊芥，前兩種植物的相對生長量差異不顯著，均極顯著高于荊芥。據(jù)報道，相對生長量超過對照50%的植物有較強的耐鹽性[13]，本試驗中荊芥的相對生長量最低，但也達到62.4%，可見3種植物均具有較強的耐鹽性。3種植物的鹽害率與鹽害指數(shù)均隨鹽濃度的升高呈上升趨勢，表明其受害的數(shù)量和程度都在增高，但增加幅度有較大差異，荊芥增幅最大，早開堇菜最小。綜合以上分析可看出，早開堇菜耐鹽性較強，荊芥較弱。另外，根據(jù)田間觀察，3種植物在鹽堿土下可正常生長發(fā)育（土壤含鹽量4.07 mg·g-1、pH值8.35），也說明了參試植物均具有較強的耐鹽能力。

MDA含量的多少代表植物葉片細胞膜的受損程度，MDA含量值越高表示植物受鹽脅迫的損害程度越高[14]。3種植物的MDA含量基本隨著鹽濃度的升高而呈上升趨勢，荊芥與花葉蔓長春在鹽濃度4 mg·g-1下分別極顯著和顯著高于對照，說明此時兩種植物的細胞膜已受到了較大損傷。而早開堇菜在各NaCl處理下MDA含量的變化相對較小，說明其可能具有在逆境下通過自身代謝過程迅速修復被破壞的結(jié)構(gòu)和功能[15]。

根系是多種物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化和合成的重要器官，根系活力從本質(zhì)上反映苗木根系生長與土壤水分及環(huán)境之間的動態(tài)關系[16]，根系活力的降低不利于植物抵御鹽脅迫。本試驗中，3種植物在鹽脅迫下的根系活力均有降低的趨勢，花葉蔓長春在鹽脅迫處理下極顯著降低，早開堇菜與荊芥在輕度脅迫下根系活力極顯著升高，根系活力高有利于植物抵御鹽脅迫，此結(jié)果與生長量的結(jié)果相吻合，反映出輕度鹽脅迫有利于這兩種植物生長，其機理尚待進一步研究。

光合速率高低決定了植物有機物質(zhì)儲存的快慢，直接影響植物的生長[17]。隨著鹽濃度的升高，花葉蔓長春與早開堇菜的Pn先升后降，分別在鹽濃度為5 mg·g-1和6 mg·g-1時達高峰，荊芥則在各鹽濃度下極顯著低于對照，3種植物在鹽脅迫下Pn的表現(xiàn)與其生長量表現(xiàn)基本一致。逆境下，植物葉片中的抗氧化酶活性增加，這有助于清除活性氧給細胞膜帶來的損傷[8，17-20]。

本試驗中參試植物的SOD、POD活性均呈上升趨勢，與前人研究結(jié)果一致，但不同植物的抗氧化酶活性的表現(xiàn)有較大差異，花葉蔓長春的抗氧化酶活性在各鹽脅迫處理下的變化幅度相對較小，基本保持在對照水平；早開堇菜的POD活性對鹽脅迫比較敏感，鹽濃度5 mg·g-1時極顯著升高；荊芥的POD活性較其SOD活性的變化幅度大，此結(jié)果說明不同植物抵御鹽脅迫的機制可能不同，從而在抗氧化酶活性上做出的響應也有差異[19-21]。

綜合各指標及隸屬函數(shù)的分析結(jié)果，評價3種植物的耐鹽性由強到弱依次為：早開堇菜≥花葉蔓長春≥荊芥。

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