不同基因型爬山虎耐鹽性比較

孫浩冉

(鄭州工程技術學院 化工食品學院，河南 鄭州 450000)

土壤鹽漬化是一個世界性的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重影響植物的生長發(fā)育和農(nóng)林業(yè)的生產(chǎn)效益[1]。據(jù)最新統(tǒng)計，我國各類鹽漬化土壤面積達到約9 913.3萬hm2，分布廣泛、類型多樣，而且每年的鹽漬化土壤面積仍在不斷增加，嚴重影響生態(tài)環(huán)境和農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[2]。黃河濕地是河南省濕地資源的重要組成部分，在保護濕地生態(tài)系統(tǒng)類型多樣性及維護生物多樣性方面發(fā)揮著重要作用。然而，近年來黃河濕地生態(tài)環(huán)境逐步惡化，鹽漬化現(xiàn)象逐年加重，已成為急需解決的關鍵問題[3]。目前，解決土壤鹽漬化問題主要從兩方面入手：一方面，采用物理、化學及生物方法對土壤進行改良，使之達到植物生長要求；另一方面，種植耐鹽性較強的植物品種改良土壤結構和質(zhì)量[4]。其中，培育耐鹽性較強的植物品種是鹽堿地改良的一種較為經(jīng)濟有效的方法，已受到人們的廣泛關注[5]。

爬山虎(Parthenocissustricuspidata)，別名爬墻虎、地錦、飛天蜈蚣等，是葡萄科地錦屬多年生藤本植物，具有適應性強、耐旱、耐寒及耐貧瘠等優(yōu)點，已成為城市園林綠化、護路護坡及改善生態(tài)環(huán)境等方面的主要選用植物之一[6]。目前，關于爬山虎的研究主要集中在生態(tài)效應[7]、耐旱[8]、白藜蘆醇提取工藝[9]、多糖提取工藝[10]及藥用[11]等方面，而關于耐鹽性方面的研究尚未見相關報道。因此，以6個不同基因型的爬山虎品種為試驗材料，研究了不同添加量NaCl脅迫對爬山虎生理生化指標的影響，通過模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法進行耐鹽性綜合評價，以期篩選出耐鹽性較強的爬山虎品種，為其在鹽堿化土壤中的栽培利用提供參考和借鑒。

1　材料和方法

1.1　試驗材料與設計

試驗于2017年4月在鄭州工程技術學院試驗田開始實施。供試材料為異葉爬山虎、花葉爬山虎、三葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎、栓翅爬山虎6種，均由鄭州工程技術學院生物多樣性課題組提供。分別將各爬山虎品種種子在128孔育苗盤中播種，于三葉一心時期選取生長健壯、長勢一致的幼苗定植到裝有2.5 kg泥炭土的30 cm×40 cm的花盆中進行種植，每盆定植1株。待植株生長到一葉一心期進行鹽脅迫試驗，共設置6個處理，NaCl添加量分別為0(CK)、2、4、6、8、10 mg/g，每個處理20盆，重復3次，每個盆下墊塑料托盤，防止鹽分流失。整個脅迫試驗期間，進行正常的水肥管理及病蟲害防治。

1.2　測定指標及方法

鹽脅迫處理15 d后，取新鮮葉片進行各指標測定。葉片膜透性測定采用電導法，用相對電導率(RC)表示；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸比色法；超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性測定分別采用抑制NBT光還原比色法、愈創(chuàng)木酚法和紫外分光光度法；脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)含量分別采用磺基水楊酸提取法、蒽酮比色法和考馬斯亮藍G-250法。

1.3　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理及作圖，用SPSS 18.0軟件進行差異性分析，采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法進行耐鹽性綜合評價。若所測指標與植物耐鹽性呈正相關，則采用R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)計算隸屬函數(shù)值，反之則采用R(xi)=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)進行計算。其中，xi為某一指標測定值，xmax為某一指標測定的最大值，xmin為某一指標測定的最小值。將每一供試植物各指標的耐鹽隸屬函數(shù)值進行累加，并求平均值，平均值越大，耐鹽性越強。

2　結果與分析

2.1　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片膜質(zhì)過氧化的影響

由圖1-a可知，6個爬山虎品種葉片的細胞膜透性均隨著NaCl添加量的增加而逐漸升高。其中，在NaCl添加量為8 mg/g時，細胞膜透性與對照(CK)差異顯著(P<0.05)；NaCl添加量為10 mg/g時，異葉爬山虎、花葉爬山虎、三葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎、栓翅爬山虎6個品種的葉片細胞膜透性均達到最大，分別較對照(CK)增加814.15%、624.58%、503.14%、810.49%、744.96%、557.22%，均與對照(CK)達到極顯著差異水平(P<0.01)。在相同NaCl添加量脅迫下，6個爬山虎品種葉片的細胞膜透性存在明顯差異，NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎葉片細胞膜透性顯著低于花葉爬山虎和五葉爬山虎(P<0.05)，極顯著低于異葉爬山虎和綠葉爬山虎(P<0.01)。這說明，高濃度的NaCl脅迫會對爬山虎造成一定程度的傷害，致使細胞膜透性增大、穩(wěn)定性降低；同時，爬山虎的細胞膜透性變化情況因品種而異，其中，三葉爬山虎最小，依次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、五葉爬山虎、綠葉爬山虎和異葉爬山虎。

相鄰和相間小寫字母分別表示不同品種在同一鹽濃度處理下差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)，相鄰和相間大寫字母分別表示同一品種在不同鹽濃度處理下差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)，下同。圖1　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片膜質(zhì)過氧化的影響

如圖1-b所示，低NaCl添加量下，6個爬山虎品種葉片的MDA含量略有下降，而隨著NaCl添加量的升高，MDA含量則顯著升高。其中，在NaCl添加量為8 mg/g時，MDA含量與對照(CK)差異顯著(P<0.05)；NaCl添加量為10 mg/g時，6個爬山虎品種的葉片MDA含量均達到最大，分別較對照(CK)增加128.81%、99.68%、62.24%、119.02%、121.97%和85.87%，均達到極顯著差異水平(P<0.01)。在相同NaCl添加量脅迫下，6個爬山虎品種葉片的MDA含量存在明顯差異，NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎葉片的MDA含量顯著低于花葉爬山虎(P<0.05)，極顯著低于異葉爬山虎、五葉爬山虎和綠葉爬山虎(P<0.01)。這說明，低添加量的NaCl脅迫(2、4 mg/g)會降低爬山虎的MDA含量，而8 mg/g和10 mg/g NaCl脅迫則分別會顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)增加爬山虎的MDA含量。同時，在相同添加量的NaCl脅迫下，爬山虎的MDA含量變化因品種而異，其中，三葉爬山虎最低，依次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎和異葉爬山虎。

2.2　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片保護酶活性的影響

如表1所示，隨著NaCl添加量的升高，6種爬山虎葉片的保護酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在NaCl添加量為6 mg/g時，異葉爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎及五葉爬山虎的SOD、POD及CAT活性均達到最大，其中，SOD活性分別較對照提高94.56%、42.59%、65.62%和83.27%，POD活性分別較對照提高251.66%、190.52%、228.13%和163.59%，CAT活性分別較對照提高147.42%、139.49%、142.99%和138.18%；而三葉爬山虎和栓翅爬山虎的SOD、POD及CAT活性則在NaCl添加量為8 mg/g時達到最大，其中，SOD活性分別較對照提高50.25%和55.64%，POD活性分別較對照提高163.06%和187.07%，CAT活性分別較對照提高114.90%和133.55%，差異均達到極顯著水平(P<0.01)。在NaCl添加量為10 mg/g時，異葉爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎及五葉爬山虎植物葉片的SOD活性較對照分別降低49.33%、33.21%、29.58%和47.61%，POD活性分別較對照降低27.96%、11.37%、10.27%和14.87%，CAT活性分別較對照降低5.12%、3.09%、5.14%和1.96%，而三葉爬山虎和栓翅爬山虎葉片的SOD、POD及CAT活性雖然與其他濃度相比有所降低，但均略高于對照。同時，由表1可知，在相同NaCl添加量脅迫下，6種爬山虎葉片的保護酶活性存在明顯差異。在NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎的SOD、POD及CAT活性顯著高于花葉爬山虎、綠葉爬山虎及五葉爬山虎(P<0.05)，極顯著高于異葉爬山虎(P<0.01)。上述結果說明，隨著NaCl添加量的升高，爬山虎的保護酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。同時，在相同添加量的NaCl脅迫下，不同基因型爬山虎的保護酶活性存在顯著差異，其中，三葉爬山虎最高，依次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎和異葉爬山虎。

表1　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片保護酶活性的影響

注：同列相鄰和相間不同小寫字母分別表示同一品種在不同鹽濃度處理下差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)，同列相鄰和相間大寫字母分別表示不同品種在同一鹽濃度處理下差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

2.3　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

如圖2a所示，6個爬山虎品種葉片的脯氨酸含量均隨著NaCl添加量的升高而逐漸升高。其中，在NaCl添加量為6 mg/g時，脯氨酸含量與對照(CK)差異顯著(P<0.05)；在NaCl添加量為10 mg/g時，異葉爬山虎、花葉爬山虎、三葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎、栓翅爬山虎6個品種的葉片脯氨酸含量均達到最大，分別較對照(CK)增加385.73%、417.68%、458.88%、375.79%、453.28%、458.08%，均達到極顯著差異水平。在相同NaCl添加量脅迫下，6個爬山虎品種葉片的脯氨酸含量存在明顯差異，在NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎葉片的脯氨酸含量顯著高于花葉爬山虎(P<0.05)，極顯著高于異葉爬山虎和綠葉爬山虎(P<0.01)。

圖2　NaCl脅迫對不同基因型爬山虎葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖2b可知，隨著NaCl添加量的升高，6種爬山虎葉片的可溶性糖含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在NaCl添加量為6 mg/g時，異葉爬山虎和綠葉爬山虎葉片可溶性糖含量均達到最高，較對照分別提高24.26%和25.5%，達到極顯著水平(P<0.01)；而花葉爬山虎、三葉爬山虎、五葉爬山虎及栓翅爬山虎葉片的可溶性糖含量則在NaCl添加量為8 mg/g時達到最大，分別較對照提高52.83%、72.08%、48.79%和67%，均達到極顯著水平(P<0.01)。同時，在相同濃度的NaCl脅迫下，6種爬山虎葉片的可溶性糖含量存在明顯差異。在NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎的可溶性糖含量顯著高于栓翅爬山虎和花葉爬山虎(P<0.05)，極顯著高于異葉爬山虎、綠葉爬山虎和五葉爬山虎(P<0.01)。

如圖2c所示，隨著NaCl添加量的升高，6種爬山虎葉片的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在NaCl添加量為8 mg/g時，異葉爬山虎、花葉爬山虎、三葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎、栓翅爬山虎6個品種的葉片可溶性蛋白含量均達到最高，分別較對照提高145.08%、142.53%、134.19%、155.65%、143.2%、117.72%，均達到極顯著水平(P<0.01)。同時，在相同添加量的NaCl脅迫下，6種爬山虎葉片的可溶性蛋白含量存在明顯差異。在NaCl添加量為10 mg/g時，三葉爬山虎葉片的可溶性蛋白含量顯著高于花葉爬山虎、綠葉爬山虎及五葉爬山虎(P<0.05)，極顯著高于異葉爬山虎(P<0.01)。

上述結果說明，隨著NaCl添加量的升高，爬山虎的脯氨酸含量逐漸上升，可溶性糖及可溶性蛋白含量則先上升后下降。同時，在相同添加量的NaCl脅迫下，不同基因型爬山虎葉片的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量存在顯著差異，其中，三葉爬山虎含量最高，其次為栓翅爬山虎，綠葉爬山虎含量最低。

2.4　NaCl脅迫下不同基因型爬山虎耐鹽性綜合評價

采用隸屬函數(shù)法對NaCl脅迫下不同基因型爬山虎的8個生理生化指標進行綜合評價，結果如表2所示，異葉爬山虎、花葉爬山虎、三葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎及栓翅爬山虎的平均隸屬函數(shù)值分別為0.32、0.40、0.47、0.35、0.42和0.43。平均隸屬函數(shù)值反映了植物綜合耐鹽性的強弱，值越大表明綜合耐鹽能力越強。因此，6種爬山虎的耐鹽性由強到弱依次為：三葉爬山虎、栓翅爬山虎、五葉爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎和異葉爬山虎。

表2　NaCl脅迫下不同基因型爬山虎各指標的隸屬函數(shù)值及耐鹽性綜合評價

3　結論與討論

大量研究表明，在遭遇鹽脅迫時，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡遭到破壞，活性氧含量大幅提高，導致MDA大量積累，進而造成膜脂的過氧化和脫脂化，破壞細胞結構[12-13]。本研究結果表明，低添加量的NaCl脅迫(2、4 mg/g)下，爬山虎的細胞膜透性有所增大、MDA含量略有下降，但均未達到顯著水平，這可能與爬山虎適應低鹽性有關；而當NaCl添加量達到8～10 mg/g時，爬山虎的細胞膜透性和MDA含量顯著增大，細胞膜受損害程度加劇，這可能是由于高添加量的NaCl脅迫下，爬山虎體內(nèi)的活性氧產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡被破壞所致。不同基因型爬山虎品種膜損害程度不同，其中，三葉爬山虎的膜損害程度最輕，依次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、五葉爬山虎、綠葉爬山虎和異葉爬山虎。

大量研究表明，為了減輕過量的活性氧對自身產(chǎn)生的傷害，植物在長期的進化過程中形成了一套較為精細的抗氧化防御體系用于去除、中和及捕獲體內(nèi)的活性氧，在鹽脅迫條件下，植物的抗氧化酶SOD、POD及CAT活性變化與耐鹽性密切相關[14-15]。本研究結果表明，隨著NaCl添加量的升高，爬山虎的抗氧化酶SOD、POD及CAT活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其原因可能是爬山虎遭遇低添加量的NaCl脅迫時，通過提高自身抗氧化酶SOD、POD及CAT活性來清除過量的活性氧，進而減輕其對自身造成的傷害；而當NaCl添加量超過一定值時，由于爬山虎遭受傷害過于嚴重，導致抗氧化酶SOD、POD及CAT活性極速下降，無法再對植物起到保護作用。這說明SOD、POD及CAT是爬山虎抵御鹽害的主要酶，本結論與賈漫麗等[16]的研究結果較為一致，而與馬彥軍等[17]研究結果存在一定出入，這可能是由于爬山虎與黑果枸杞抵御鹽害的酶類不同所致。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)，不同基因型爬山虎品種抗氧化酶活性存在顯著差異，其中，三葉爬山虎最高，其次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎和異葉爬山虎。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應鹽脅迫的主要方式之一。脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白是植物逆境脅迫下的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。大量研究表明，隨著外界鹽濃度的升高，脯氨酸含量逐漸升高，而可溶性糖及可溶性蛋白含量則先上升后下降[18-19]。本研究結果表明，隨著NaCl添加量的升高，爬山虎的脯氨酸含量逐漸上升，可溶性糖及可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其原因可能是爬山虎遭遇低添加量的NaCl脅迫時，通過增加體內(nèi)的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量來進行滲透調(diào)節(jié)；而隨著鹽脅迫的加重，爬山虎體內(nèi)的可溶性糖及可溶性蛋白的調(diào)節(jié)能力下降，導致合成減慢，分解加速，因而含量降低。這說明，低添加量的NaCl脅迫下，爬山虎通過體內(nèi)的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量來進行滲透調(diào)節(jié)；而高添加量的NaCl脅迫下，則僅通過體內(nèi)的脯氨酸進行滲透調(diào)節(jié)。本結論與高方勝等[12]的研究結果一致，而與馬彥軍等[17]的研究結果存在出入，其原因可能是爬山虎與黑果枸杞在鹽脅迫下的滲透調(diào)節(jié)機制存在差異。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)，不同基因型爬山虎品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量存在顯著差異，其中，三葉爬山虎最高，其他依次為栓翅爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎、五葉爬山虎和異葉爬山虎。

植物耐鹽性是一個非常復雜的過程，受多種因素影響。因此，對植物進行耐鹽性綜合評價時，應選取多種指標進行綜合考慮。本研究對NaCl脅迫下不同基因型爬山虎葉片的相對電導率、MDA含量、3種保護酶(SOD、POD、CAT)活性及Pro、SS、SP含量等8個生理生化指標變化進行了研究，并采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法進行綜合評價，結果表明，6個爬山虎品種的耐鹽性由強到弱依次為：三葉爬山虎、栓翅爬山虎、五葉爬山虎、花葉爬山虎、綠葉爬山虎和異葉爬山虎。