鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇生長(zhǎng)與生理生化特性的影響

邱國(guó)金， 于　敏， 胡衛(wèi)霞， 陳　凱， 姚振宇

(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇句容 212400)

千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)天鵝絨紫薇(Lagerstroemiaindica‘Pink Velour’)是美國(guó)天鵝絨之父卡爾·威特科姆博士于1996年在俄克拉荷馬州斯蒂爾沃特市的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)從650萬(wàn)株籽苗中利用甲磺酸乙酯為主的誘導(dǎo)劑經(jīng)過(guò)6代反復(fù)篩選培育，最終精選出來(lái)的觀花、觀葉及耐寒特性最優(yōu)良的品種。

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2010年從美國(guó)引進(jìn)了天鵝絨紫薇新品種，經(jīng)過(guò)5年引種栽培試驗(yàn)和物候觀察，該品種生長(zhǎng)正常，適應(yīng)性強(qiáng)，基本保持了原產(chǎn)地的優(yōu)良性狀，且扦插繁殖成活率高，具有葉色獨(dú)特、花色高貴、花期超長(zhǎng)、花量特大、極耐低溫等優(yōu)點(diǎn)[1]，在園林景觀中極具推廣應(yīng)用前景。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于天鵝絨紫薇的研究主要集中在扦插、嫁接等無(wú)性繁殖技術(shù)方面，而在園林應(yīng)用方面的研究很少，尤其在抗逆性方面，其中耐鹽性研究還未見(jiàn)報(bào)道，適生鹽濃度依然未知。我國(guó)鹽堿土分布廣泛，各類鹽堿地面積總計(jì)13.3萬(wàn)hm2[2]，包括許多城市土地也有不同程度鹽堿化[3]，致使很多景觀樹(shù)種在鹽脅迫條件下生長(zhǎng)。因此，開(kāi)展天鵝絨紫薇耐鹽性研究、篩選和推廣優(yōu)良耐鹽樹(shù)種，可加快園林綠化速度，提高園林景觀質(zhì)量，對(duì)改良和利用鹽漬土壤具有現(xiàn)實(shí)意義[4]。通過(guò)天鵝絨紫薇耐鹽性的研究，期望能為其在園林中廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)，豐富綠化物種多樣性。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

2010年從美國(guó)引進(jìn)天鵝絨紫薇作為供試材料，2014年8月，從5年生幼樹(shù)上選取生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的當(dāng)年生枝條進(jìn)行嫩枝扦插，2015年7月將生長(zhǎng)至15 cm左右的扦插苗移栽到塑料容器中進(jìn)行統(tǒng)一水肥管理。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年8月從容器苗中挑選生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲危害、20 cm 左右的小苗移入統(tǒng)一規(guī)格的花盆(上徑口20 cm×下徑口15 cm×高25 cm)中進(jìn)行基質(zhì)(V園土∶V珍珠巖∶V細(xì)沙=1 ∶1 ∶1)栽培，每盆1株，土壤干質(zhì)量為6 kg，在相同環(huán)境下自然生長(zhǎng)，常規(guī)管理，培養(yǎng)1個(gè)月后進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)。

試驗(yàn)在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院彩葉苗木實(shí)訓(xùn)基地大棚內(nèi)進(jìn)行，共設(shè)6個(gè)NaCl濃度處理，分別為0(CK)、0.10%、0.25%、0.40%、0.55%、0.70%(NaCl質(zhì)量占風(fēng)干混合土質(zhì)量的比例)，每個(gè)處理15盆，3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，施鹽方式采取逐級(jí)遞增，直至達(dá)到設(shè)置土壤鹽濃度，試驗(yàn)期間對(duì)苗木進(jìn)行常規(guī)管理，每隔3 d澆1次300 mL的蒸餾水，每次澆水200 mL，澆灌時(shí)間為08：00—09：00，以平衡盆內(nèi)水分蒸發(fā)量，花盆底部放置同樣大小的塑料托盤，以防止鹽分淋濕，并將滲出的培養(yǎng)液倒回盆中，保持盆內(nèi)鹽濃度一致。每次澆水后1 d 08：00觀察記錄幼苗生長(zhǎng)狀態(tài)，脅迫后0、7、14、21 d分別取樣，采集不同處理的幼苗相同部位功能葉 5～8張，用蒸餾水洗去表面灰塵，并用吸水紙擦干后裝入寫有對(duì)應(yīng)標(biāo)簽的密封袋中，用液氮固定后-40 ℃保存，用于各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3　指標(biāo)測(cè)定

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定鹽脅迫前測(cè)定每株苗高，鹽脅迫后每隔7 d測(cè)量1次，共測(cè)5次，取其平均值。苗高生長(zhǎng)量H=H2-H1，苗高相長(zhǎng)量=鹽處理的苗高生長(zhǎng)量/對(duì)照的苗高生長(zhǎng)量；地徑生長(zhǎng)量方法相同。

1.3.2生理生化指標(biāo)測(cè)定葉綠素和類胡蘿卜素含量用乙醇提取法測(cè)定[5]；蔗糖含量采用間苯二酚比色法測(cè)定[6]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[7]；抗壞血酸(ASA)含量測(cè)定和谷胱甘肽(GSH)含量測(cè)定參照王利軍等的方法[8]；丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[9]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪圖。

2　結(jié)果與分析

2.1　鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇存活率與生長(zhǎng)勢(shì)的影響從表1和表2可以看出，天鵝絨紫薇在低鹽濃度0.10%脅迫下可保持正常生長(zhǎng)；在鹽濃度0.25%脅迫下生長(zhǎng)勢(shì)開(kāi)始受到影響，隨著鹽濃度和鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，其鹽害癥狀越明顯。脅迫 28 d 時(shí)，植株長(zhǎng)勢(shì)一般，少量植株出現(xiàn)葉片下垂和萎焉等現(xiàn)象；在鹽濃度0.40%脅迫下，植株長(zhǎng)勢(shì)差，脅迫28 d時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)葉柄脫落，葉緣枯焦，有個(gè)別植株死亡；在鹽濃度0.55%下脅迫21 d時(shí)，植株生長(zhǎng)勢(shì)差，脅迫28 d時(shí)，1/2以上植株死亡；在鹽濃度0.70%下脅迫28 d時(shí)，植株全部死亡。存活率和生長(zhǎng)勢(shì)說(shuō)明天鵝絨紫薇的存活閾值低于0.25%。

表1　不同鹽濃度脅迫下天鵝絨紫薇的存活率

表2　不同濃度鹽脅迫下天鵝絨紫薇生長(zhǎng)勢(shì)

2.1.2鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇苗高相對(duì)生長(zhǎng)量的影響由圖1可知，鹽脅迫對(duì)植株苗高相對(duì)生長(zhǎng)量起抑制作用。當(dāng)鹽濃度為0.1%～0.25%時(shí)，對(duì)苗高生長(zhǎng)有輕微影響，而鹽濃度為0.4%～0.7%時(shí)，對(duì)苗高生長(zhǎng)影響極大。

2.1.3鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇地徑相對(duì)生長(zhǎng)量的影響由圖2可知，鹽脅迫對(duì)植株地徑相對(duì)生長(zhǎng)量的影響與苗高相對(duì)生長(zhǎng)量的影響是一致的。

2.2　鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇光合指標(biāo)的影響

2.2.1鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇葉綠素a含量的影響由圖3可知，各處理的葉綠素a含量隨鹽濃度的增加而呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。脅迫7 d時(shí)，僅有鹽濃度為0.70%處理的葉綠素a含量低于CK；脅迫14 d時(shí)，各處理的葉綠素a含量都有所升高，且與CK無(wú)明顯差異，說(shuō)明此時(shí)植株須要產(chǎn)生更多的葉綠素a來(lái)維持體內(nèi)生理平衡；脅迫21 d時(shí)，僅有鹽濃度為0.10%、 0.25% 處理的葉綠素a含量與CK無(wú)顯著差異，其他處理與CK差異顯著，分別下降了33.97%、47.18%、65.09%，這與表2不同鹽濃度脅迫后植株葉片掉落數(shù)據(jù)相吻合。

2.2.2鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇葉綠素b含量的影響由圖4可知，隨著鹽濃度的增加，各處理的葉綠素b含量總體呈先升后降的波浪形趨勢(shì)，與葉綠素a含量變化基本一致。脅迫7 d時(shí)，除鹽濃度為0.55%、0.70%處理外，其余處理的葉綠素b含量都高于CK，且分別上升24.19%、38.13%、10.69%；脅迫14 d時(shí)，各處理的葉綠素b含量都有所下降，且鹽濃度為0.40%、0.70%處理的葉綠素b含量下降明顯，尤其鹽濃度為0.70%處理的葉綠素b含量已不足CK的50%；脅迫21 d時(shí)，只有鹽濃度為0.10%、0.25%處理的葉綠素b含量與CK無(wú)明顯差異，其他處理分別下降28.63%、45.58%、62.56%。說(shuō)明天鵝絨紫薇在鹽濃度為0.10%、0.25%時(shí)可以正常生長(zhǎng)；當(dāng)鹽濃度達(dá)0.40%時(shí)，植株生長(zhǎng)受到抑制；鹽濃度為0.55%和0.70%時(shí)，植株無(wú)法正常生長(zhǎng)，出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。因此，在土壤鹽濃度<0.25%時(shí)，幼苗才能生長(zhǎng)良好。

2.2.3鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇類胡蘿卜素含量的影響從圖5可以看出，隨著鹽濃度增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，類胡蘿卜素含量總體呈下降趨勢(shì)。脅迫7 d時(shí)，5個(gè)處理的類胡蘿卜素含量分別下降36.09%、31.32%、32.08%、22.81%、38.60%，且各處理之間無(wú)明顯差異；脅迫14 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%、0.70% 處理的類胡蘿卜素含量比脅迫7 d都有所上升，分別上升29.41%、6.20%、5.71%，鹽濃度為0.40%、0.55%處理則分別下降14.02%、11.36%；脅迫21 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%處理的類胡蘿卜素含量繼續(xù)升高，與CK無(wú)明顯差異，其余處理則分別下降36.83%、29.51%、44.88%，且各處理間無(wú)明顯差異。說(shuō)明植株中類蘿卜素對(duì)鹽脅迫沒(méi)有那么敏感，各處理間的含量差距較小。類胡蘿卜素降解速度的加快將促進(jìn)葉綠素的氧化[10]，加快葉綠素降解，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量代謝失調(diào)，影響幼苗的光合作用。

2.3　鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇生理指標(biāo)的影響

2.3.1鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇丙二醛(MDA)含量的影響從圖6可知，天鵝絨紫薇在低鹽濃度脅迫下MDA含量比對(duì)照明顯增高，說(shuō)明低鹽脅迫時(shí)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，使MDA積累；而在高鹽濃度脅迫下，MDA含量又降到對(duì)照水平，可能與自由基清除系統(tǒng)中酶活性提高有關(guān)[11]。

2.3.2鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇蔗糖含量的影響從圖7可知，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理間的蔗糖含量總體呈上升趨勢(shì)。脅迫7 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%處理與CK差異不明顯，鹽濃度為0.40%、0.55%、0.70%處理的蔗糖含量則分別上升6.45%、45.80%、33.04%；脅迫14 d時(shí)，各處理蔗糖含量則分別上升16.92%、30.54%、34.88%、60.04%、75.37%；脅迫21 d時(shí)，除鹽濃度為0.25%處理外，其余處理蔗糖含量都有所回落，但明顯高于CK，分別升高24.02%、59.67%、31.50%、54.49%、67.12%。說(shuō)明蔗糖是一種可溶性糖，在植株受到鹽脅迫時(shí)，蔗糖含量會(huì)發(fā)生變化，在高鹽濃度脅迫下，天鵝絨紫薇須要貯藏較多的可溶性糖維持生理平衡。

2.3.3鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇還原性GSH含量的影響由圖8可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，除鹽濃度為0.55%處理外，其余處理的還原性GSH含量總體呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，隨著鹽濃度的增加，還原性GSH含量也呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。脅迫7 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%、0.40%處理的還原性GSH含量與CK相比分別上升45.76%、31.66%、17.16%，鹽濃度為0.55%、0.70%處理則分別下降16.55%、40.55%；脅迫14 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%、0.40%處理的還原性GSH含量繼續(xù)升高，與CK相比分別上升55.06%、38.34%、7.59%，鹽濃度為0.55%、0.70%處理的還原性GSH含量則分別下降39.24%、33.00%；脅迫21 d時(shí)，鹽濃度為0.10%、0.25%處理與CK無(wú)明顯差異，鹽濃度為0.40%、0.55%、0.70% 處理與CK差異明顯，且分別下降31.21%、39.95%、46.40%。說(shuō)明天鵝絨紫薇可通過(guò)升高還原性GSH含量來(lái)保護(hù)自己，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，含量趨于平穩(wěn)，但在高鹽濃度脅迫下一開(kāi)始植株就受到損傷，無(wú)法自我調(diào)節(jié)。

2.3.4鹽脅迫對(duì)天鵝絨紫薇ASA的影響由圖9可知，在鹽脅迫21 d內(nèi)，天鵝絨紫薇的ASA含量與CK無(wú)明顯差異，說(shuō)明鹽脅迫對(duì)植株的ASA含量無(wú)明顯影響。

3　討論與結(jié)論

植物的抗鹽性是多基因控制的極為復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，涉及植物器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器直至分子，生長(zhǎng)量是植物代謝過(guò)程在形態(tài)上的綜合表現(xiàn)，也是植物耐性的直接指標(biāo)[12]，植物生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)鹽脅迫十分敏感。天鵝絨紫薇1年生幼苗在鹽脅迫環(huán)境下苗高和地徑相對(duì)生長(zhǎng)量的大小可以反映植株抗鹽性的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)通過(guò)生長(zhǎng)勢(shì)、苗高生長(zhǎng)量、地徑生長(zhǎng)量等指標(biāo)反映天鵝絨紫薇受害狀況，發(fā)現(xiàn)植株苗高和地徑生長(zhǎng)量隨著NaCl濃度的增高而受到抑制，苗木形態(tài)上隨之出現(xiàn)葉緣卷曲、葉緣焦枯、葉片失綠黃化、葉柄脫落等變化，在NaCl濃度為0.40%及以上時(shí)，植株干枯直至死亡。表明天鵝絨紫薇在重度鹽脅迫下不能正常生長(zhǎng)，這與周琦等與鹽脅迫對(duì)鵝耳櫪的生長(zhǎng)與生理生化特性結(jié)果[13]基本一致。

葉綠素(chlorophyll)是一類參與光合作用最重要的色素，是植物通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過(guò)程。少數(shù)特殊狀態(tài)下的葉綠素a具有吸收和轉(zhuǎn)化光能的作用，而大部分葉綠素a和全部葉綠素b具有吸收和傳遞光能的作用。類胡蘿卜素是一種光合色素，在猝滅活性氧過(guò)程中起著重要作用，保護(hù)光合系統(tǒng)[14]。當(dāng)NaCl濃度為0.10%、0.25%、0.40%處理時(shí)，葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量增加，而當(dāng)NaCl濃度為0.55%、0.70%處理時(shí)，葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素的含量下降。說(shuō)明NaCl濃度在0.55%及以上脅迫時(shí)，天鵝絨紫薇幼苗的光合作用減弱，抑制了植株的生長(zhǎng)而逐步死亡。

丙二醛(MDA)是植物在鹽脅迫下，生物膜發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物，它能進(jìn)一步損傷生物膜，因而可以用來(lái)表示植物細(xì)胞對(duì)逆境條件反映強(qiáng)弱的指標(biāo)[15]。天鵝絨紫薇在低鹽濃度脅迫下MDA含量比對(duì)照明顯增高，而在高鹽濃度脅迫下，MDA含量又降到對(duì)照水平，其含量能反映膜脂質(zhì)過(guò)氧化程度[16]。因?yàn)镸DA具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，MDA含量的增加破壞了生物膜的結(jié)構(gòu)及生理完整性[17]，必然影響植株正常的生理代謝。可溶性總糖和蔗糖是調(diào)節(jié)滲透壓的主要物質(zhì)，各鹽濃度脅迫下天鵝絨紫薇的可溶性糖總量與蔗糖含量隨溶液濃度的增加而增加，為保持植物細(xì)胞在鹽脅迫下滲透壓的平衡。ASA和GSH能與活性氧自由基直接反映作用于細(xì)胞膜的穩(wěn)定[12]。在鹽濃度0.10%、0.25%脅迫下，GSH含量逐漸升高，ASA趨于穩(wěn)定。

天鵝絨紫薇幼苗在鹽濃度小于0.40%脅迫時(shí)，各形態(tài)及生理生化指標(biāo)發(fā)生適應(yīng)性相應(yīng)，形成新的物種代謝平衡，導(dǎo)致生長(zhǎng)狀況受到一定的影響，但未造成植株死亡，因此天鵝絨紫薇耐受的臨界鹽分濃度在0.40%左右，可在輕度和中度鹽堿地區(qū)栽植，讓其發(fā)揮園林觀賞價(jià)值和生態(tài)效益。

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