鹽旱交叉脅迫對(duì)灰胡楊(Populus pruinosa)幼苗生長(zhǎng)和生理生化特性的影響

王利界,周智彬，常 青，范敬龍，范文鵬

1 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,烏魯木齊 830011 2 四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院,成都 610101 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

干旱和鹽脅迫不僅影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育,而且也影響植物的各種生理代謝活動(dòng)[1- 2]。我國(guó)大約有3300 hm2的鹽漬地面積,干旱、半干旱地區(qū)分布在華北、西北內(nèi)蒙和新疆等地區(qū),其面積約占全國(guó)土地面積的1/2,干旱、沙漠化日益加劇,已經(jīng)成為我國(guó)面臨的重大環(huán)境問題[3]。植物在受到干旱及鹽脅迫時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的逆境響應(yīng)過程[4- 5],研究干旱及鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)和生理特性的影響對(duì)理解植物抗旱抗鹽機(jī)理具有重要意義。

灰胡楊(Populuspruinosa)屬于楊柳科楊屬的高大落葉喬木、稀灌木[6],主要分布在塔里木河流域,具有防風(fēng)固沙、穩(wěn)定河道、保護(hù)綠洲和維持荒漠區(qū)脆弱環(huán)境生態(tài)平衡的功能[7]。目前對(duì)灰胡楊的研究多集中在鹽分或水分等單一脅迫。如：王海珍在不同干旱脅迫下對(duì)灰胡楊幼苗進(jìn)行試驗(yàn),認(rèn)為灰胡楊幼苗通過積累大量游離的脯氨酸(Pro)來提高抗旱性[8];在土壤水分條件較好時(shí),灰胡楊蒸騰耗水量高,水分利用比較充分[9];胡利華通過對(duì)鹽脅迫下灰葉胡楊幼苗的初步研究,得出在200 mmol/L的鹽分處理下,灰葉胡楊的愈傷組織表現(xiàn)出快速的生長(zhǎng)[10];李志軍采用盆栽試驗(yàn)研究在不同干旱脅迫下灰胡楊的光合作用發(fā)現(xiàn),在干旱脅迫進(jìn)程中輕度和重度干旱脅迫下灰胡楊凈光合作用速率經(jīng)歷了急劇下降—緩慢回升—下降3個(gè)階段,在干旱脅迫下PSII活性下降明顯,隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),FV/Fm和FV/Fo的下降幅度增加[11- 12]。逆境下植物能夠感應(yīng)外界脅迫,并能通過自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng),使之在生理和分布上發(fā)生適應(yīng)性反應(yīng),以增強(qiáng)在脅迫條件下的生存機(jī)會(huì)。本文以1年生灰胡楊幼苗為研究對(duì)象,通過對(duì)灰胡楊在鹽旱交叉脅迫條件下保護(hù)酶系統(tǒng)的研究,旨在揭示其耐鹽耐旱機(jī)理,為沙漠腹地引種優(yōu)良植物品種提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠腹地的塔克拉瑪干沙漠研究站(塔中沙漠植物園),地理坐標(biāo)為39°01′N,83°36′E,海拔在1100 m左右,據(jù)塔中氣象站資料,該地區(qū)年均氣溫12.4℃,最熱月7月平均氣溫28.2℃,沙面最高溫度可達(dá)75.3℃,最冷月12月平均氣溫-8.1℃,極端最高氣溫45.6℃,極端最低氣溫-22.2℃,差為67.8℃;年平均降水量24.6 mm,平均相對(duì)濕度29.4%,年潛在蒸發(fā)量3639 mm;年平均風(fēng)速2.5 m/s,最大瞬時(shí)風(fēng)速20 m/s。植物園內(nèi)從各地引種種植了多種能夠適應(yīng)干旱環(huán)境的植物,其中以多種屬的怪柳、梭梭和沙拐棗為主,塔中植物園利用礦化度為4.04 g/L的地下咸水灌溉,灌水量為30 L,灌溉周期平均為10 d。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)供試材料為1年生灰胡楊幼苗,2015年9月在新疆阿克蘇選取生長(zhǎng)狀態(tài)一致的自然實(shí)生幼苗,移栽至試驗(yàn)田中,緩苗至次年6月。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(表1),包括1個(gè)對(duì)照,3個(gè)單一鹽分脅迫,2個(gè)干旱脅迫以及6個(gè)鹽旱交互脅迫,其中3個(gè)鹽分脅迫處理為B(8 g/L),C(11 g/L),D(15 g/L)。2個(gè)干旱脅迫處理的梯度為灌水量T1(25 L)和T2(15 L),使土壤相對(duì)含水量符合Hsiao[13]提出的植物水梯度劃分設(shè)計(jì)。6個(gè)鹽旱交互為B,C,D和T1,T2隨機(jī)組合,每個(gè)處理設(shè)5個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)區(qū)四周埋設(shè)3層防滲土工膜隔離,防滲膜埋深1.2 m,用以防止小區(qū)之間灌溉水分和鹽分的相互滲透對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。2015年11月至2016年5月緩苗期間,采用礦化度水平約為4 g/L的地下水充分灌水。待苗木生長(zhǎng)完全恢復(fù)正常后,于2016年5月30日開始咸水滴灌控制實(shí)驗(yàn),灌水周期為12 d,灌水量維持在設(shè)定梯度。咸水灌溉處理持續(xù)至2016年9月15日結(jié)束。

表1 鹽旱脅迫試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3個(gè)鹽分脅迫處理為B(8 g/L),C(11 g/L),D(15 g/L)。2個(gè)干旱脅迫處理的梯度為灌水量T1(25 L)和T2(15 L)

2.3 測(cè)定方法

2.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

每個(gè)灌水周期結(jié)束后的一天,用卷尺測(cè)量植株高度、東西最長(zhǎng)冠徑和南北最長(zhǎng)冠徑以及標(biāo)定枝長(zhǎng)。

2.3.2 生理生化指標(biāo)的測(cè)定

試驗(yàn)結(jié)束取樣時(shí),每個(gè)處理取樣3份,分別測(cè)定其相關(guān)指標(biāo)。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)還原法[14];過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[15];過氧化氫酶(CAT)活性采用可見光法[16];丙二醛(MDA)含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[17];游離的脯氨酸(Pro)含量的測(cè)定采用酸性茚三酮顯色法[18]測(cè)定。

2.4 數(shù)據(jù)處理

用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析,比較處理間的差異顯著性,采用Origin軟件制圖。

3 結(jié)果分析

3.1 不同灌水量、鹽分和交互作用下對(duì)灰胡楊幼苗生長(zhǎng)的影響

植物的表觀生長(zhǎng)能夠比較直觀的反應(yīng)植物所在環(huán)境的優(yōu)劣,生長(zhǎng)抑制是植物對(duì)逆境響應(yīng)最敏感的過程[19]。如表2所示,在單一的干旱或鹽脅迫下,隨著灌水量的減少或鹽濃度的增加,冠幅和枝長(zhǎng)的增量受到了明顯的抑制,降低的幅度分別為25.0%、37.0%(干旱脅迫)、71.0%、88.09%(鹽脅迫)差異顯著(P<0.05)。干旱脅迫對(duì)株高的影響并不大,而株高增長(zhǎng)量隨著鹽脅迫的加重,在B處理下先升高,隨后在C、D下逐漸降低,差異顯著(P<0.05),表明灰胡楊具有一定的耐旱性。說明在單一的干旱和鹽脅迫下,灰胡楊受到鹽脅迫的影響顯著大于干旱。

表2不同灌水量、鹽濃度及交叉脅迫下對(duì)灰胡楊幼苗株高、冠幅和枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量的影響

Table2EffectsofdifferentirrigationamountandsaltconcentrationandintercrossstressonincreaseofplantheightandcrowndiameterandbranchlengthinPopuluspruinosa

處理Treatment株高Plant height/cm冠幅Crown width/cm枝長(zhǎng)Branch length/cm處理Treatment株高Plant height/cm冠幅Crown width/cm枝長(zhǎng)Branch length/cmCK10.76+1.95abc13.53+1.64a14.40+0.95aT1C6.44+1.13abcd6.51+0.51bcde4.73+0.86deB11.72+2.65abc9.19+1.19abc6.73+1.27cdT1D3.50+1.80d3.54+0.31e4.53+0.65deC8.28+1.91abcd8.16+0.52abcd6.70+1.21cdT29.94+1.96abc10.15+1.28abc9.06+1.18bcD3.7+0.46d3.92+0.51de4.60+0.78deT2B5.3+0.49cd5.77+0.43cde5.03+0.28cdeT110.68+1.12abc11.78+1.39ab11.43+1.02abT2C3.98+0.23d5.1+0.32cde4.16+0.57deT1B11.26+1.91ab7.88+0.53bcde7.06+0.75cdT2D3.30+0.66d3.38+0.52de3.36+0.26de

相同的字母表示各處理之間差異不顯著;不同的字母表示差異顯著(P<0.05)

在水鹽交互脅迫下,灰胡楊生長(zhǎng)較單因子脅迫下要復(fù)雜。不同的交叉脅迫處理,隨著脅迫程度的增加,灰胡楊冠幅和枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量顯著降低。T1和不同鹽濃度交互脅迫下與對(duì)照相比,株高、冠幅和枝長(zhǎng)的最大降幅分別為67.5%;73.8%和68.5%。T2和不同鹽濃度交互脅迫下與對(duì)照相比,株高、冠幅和枝長(zhǎng)的最大降幅分別為69.3%;75%和76.6%。降幅相互之間并沒有差異,說明在鹽旱交互脅迫下,鹽濃度是影響灰胡楊幼苗生長(zhǎng)的主要因子。同樣,雙因素方差分析表明,在灌水量、鹽分以及鹽旱交互處理下,只有鹽分脅迫對(duì)灰胡楊相對(duì)高生長(zhǎng)(F水=2.679,F鹽=6.238,F水+鹽=0.722)、相對(duì)枝長(zhǎng)(F水=2.18,F鹽=20.252,F水+鹽=1.389)以及冠幅增量(F水=1.912,F鹽=9.779,F水+鹽=0.141)產(chǎn)生了顯著影響(P<0.05),而不同的灌水量、水鹽交互處理均沒有顯著影響。

3.2 不同灌水量、鹽分和交互作用下對(duì)灰胡楊幼苗生理生化影響

3.2.1 不同灌水量、鹽分和交互作用下對(duì)灰胡楊幼苗葉片超氧化物歧化酶活性的影響

在逆境脅迫下,木本植物可動(dòng)員酶性和非酶性兩類防御系統(tǒng)保護(hù)細(xì)胞免遭氧化傷害,前者包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT);后者包括還原型谷胱甘肽,類胡蘿卜素(CAR)等。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)重要的活性氧清除酶,其中SOD它是氧自由基代謝的第一個(gè)酶類,被認(rèn)為是關(guān)鍵酶。

如圖1和表3可知,在干旱脅迫下,灰胡楊幼苗SOD 活性隨著干旱脅迫程度的增加逐漸增加,T1與CK、T2與T1相比,增幅分別為7%、2%,差異不顯著,但T2與CK相比增幅為9%,差異顯著(P<0.05)。說明灰胡楊對(duì)于干旱脅迫具有良好的適應(yīng)能力。在鹽脅迫下灰胡楊幼苗SOD活性隨著脅迫程度的加重,呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在鹽濃度B處理下增幅達(dá)到最大,為29.1%,與對(duì)照存在顯著差異(P<0.05)。在D處理下SOD活性相比對(duì)照有所下降,說明在較高濃度的鹽脅迫下,SOD活性已經(jīng)受到抑制,無法維持正常水平。表明在單一的鹽、旱脅迫下,灰胡楊抗旱能力要大于抗鹽能力。在鹽旱交互脅迫下,除了T2D處理,灰胡楊幼苗SOD活性均上升,且與對(duì)照存在顯著差異,各處理間也存在顯著差異(P<0.05)。在T1和不同鹽分交互脅迫下,隨著脅迫的加重,SOD活性先增高達(dá)到峰值隨后降低,與對(duì)照相比增幅分別為43.3%、31.1%、1.5%。在T2處理和不同鹽分交互脅迫下,隨著脅迫的加重,SOD活性先增高后降低,在T2D處理下,相比對(duì)照SOD活性有所下降,降幅為24.7%。說明灰胡楊在水鹽交互脅迫下,干旱脅迫占據(jù)主導(dǎo)地位。在適度的鹽旱交互脅迫下,可以誘導(dǎo)或激活SOD,增加灰胡楊幼苗的抗逆性,但是重度的鹽旱交互脅迫會(huì)嚴(yán)重打破灰胡楊自由基產(chǎn)生和清除之間的平衡,嚴(yán)重破壞了膜透性,從而抑制灰胡楊的生長(zhǎng)。

表3不同灌水量不同鹽含量下灰胡楊生化特征重復(fù)測(cè)量結(jié)果的方差分析

Table3RepeatedmeasuresANOVAontheeffectsofirrigationamountandsaltconcentrationonphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsinPopuluspruinosa

處理Treatment超氧化物歧化酶活性SOD activity過氧化物酶活性POD activity過氧化氫酶活性CAT activity丙二醛含量MDA content脯氨酸含量Pro content灌水量Irrigation amount21.185**0.6933.076**58.473**12.859**鹽分 Salt concentration120.495**7.354**8.394**349.652**18.6*灌水量×鹽分 Irrigation amount ×Salt concentra-tion5.096**2.521**3.244**4.576**4.469*

SOD, superoxide; POD, peroxidase; CAT, catalase; MDA, malonyldialdehyde; Pro, proline. *,P<0.05; **,P<0.01

圖1 灰胡楊不同鹽旱脅迫下SOD和POD活性的變化Fig.1 Changes of SOD and POD activities under different irrigation amount and salt concentration in Populus pruinosaSOD: 超氧化物歧化酶, superoxide; POD: 過氧化物酶, peroxidase

3.2.2 不同灌水量、鹽分和交互作用下對(duì)灰胡楊幼苗葉片過氧化物酶活性的影響

如圖1和表3可知,干旱脅迫下灰胡楊幼苗POD活性隨著脅迫程度的加重,呈現(xiàn)先上升的趨勢(shì),且與對(duì)照有顯著差異(P<0.05),在T1、T2處理下,增幅分別為29.1%、73.4%。說明灰胡楊幼苗的POD對(duì)其在干旱脅迫下自由基的清除具有重要作用。在鹽脅迫下,葉胡楊幼苗POD活性隨著脅迫程度的加重,呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。在B處理下POD活性達(dá)到最高,與對(duì)照的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05),增幅為72.8%,說明低濃度的鹽脅迫,可以激活灰胡楊幼苗POD活性,增強(qiáng)其抗旱能力。隨著鹽濃度的繼續(xù)增加,POD活性顯著降低,在D處理下,達(dá)到最低,但仍高于對(duì)照,增幅為38.2%,表明高濃度的鹽會(huì)抑制POD活性,使其不能維持正常水平,生長(zhǎng)受到抑制,這也說明灰胡楊幼苗抗旱性要強(qiáng)于抗鹽性。對(duì)于鹽旱交互脅迫來說,灰胡楊幼苗POD活性呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),且與對(duì)照存在顯著差異。在T1與不同濃度鹽分交互脅迫下,POD活性增幅分別為94.2%、68.1%、35.2%,在T2D處理下,POD活性增幅達(dá)到最小,為15.4%,與對(duì)照相比有顯著差異(P<0.05)。已上分析表明在,鹽旱交互脅迫下,灰胡楊幼苗受到刺激,POD活性升高,抗逆性增強(qiáng),但隨著脅迫程度的加重,POD活性顯著降低,卻仍然高于對(duì)照,但差異并不顯著(P>0.05),此時(shí),灰胡楊幼苗POD仍然發(fā)揮著作用,由此我們推斷,若鹽旱交互脅迫進(jìn)一步加重,超過試驗(yàn)所設(shè)處理程度,則灰胡楊幼苗POD活性會(huì)受到抑制。

圖2 灰胡楊不同鹽旱脅迫下CAT活性和MDA含量的變化Fig.2 Changes of CAT activities and MDA under different irrigation amount and salt concentration in Populus pruinosaCAT: 過氧化氫酶; catalase; MDA: 丙二醛; malonyldialdehyde

CAT主要分布于過氧化氫酶體中,將高濃度的 H2O2清除,與SOD協(xié)同反應(yīng),使活性氧維持在較低的水平,減輕有毒物質(zhì)對(duì)生物細(xì)胞的毒害,推遲或阻礙細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞,使組織保持活力。

圖2表明,在干旱脅迫下,灰胡楊幼苗CAT活性隨著灌水量的減少逐漸升高,在T1、T2處理下與對(duì)照相比,增幅分別為31.3%、72.5%,且差異顯著(P<0.05)。在鹽脅迫下,灰胡楊幼苗CAT活性隨著鹽濃度的增加,呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),但仍高于對(duì)照并與對(duì)照有顯著差異(P<0.05),在C處理下達(dá)到峰值,增幅為47.9%。這說明隨著脅迫程度的增加,CAT酶活性增大,從而清除因鹽脅迫而產(chǎn)生的自由基,但是當(dāng)鹽脅迫達(dá)到一定程度后,酶活性開始受到抑制,自由基無法快速清除,幼苗受到一定傷害;T2處理下的干旱程度并不能抑制灰胡楊CAT酶活性,而D處理下CAT酶活性雖然顯著高于對(duì)照,但已經(jīng)有下降的趨勢(shì),說明在單一鹽或者干旱脅迫下,灰胡楊幼苗CAT抗旱能力要高于抗鹽能力。

鹽旱交互脅迫時(shí),在T1與不同鹽分濃度交互脅迫下,灰胡楊葉片CAT活性,隨著脅迫程度的加重,呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),增幅分別為48.1%,60.6%,29.1%。在T2與不同鹽分濃度交互脅迫下,灰胡楊葉片CAT活性同樣呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),增幅達(dá)到最大,分別為107.1%,77.4%,48.5%。這說明對(duì)于灰胡楊幼苗CAT來說,水鹽交互脅迫下干旱脅迫占主導(dǎo)地位。

丙二醛(MDA)是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物之一。它可與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)、酶等結(jié)合、交聯(lián)使之失活,從而破壞生物膜的結(jié)構(gòu)與功能,對(duì)細(xì)胞有毒性的物質(zhì),對(duì)許多生物大分子均有破壞作用,因此MDA可以作為判斷膜脂過氧化作用的一種主要指標(biāo)[20]。MDA也是膜質(zhì)過氧化作用的最終產(chǎn)物,膜系統(tǒng)受傷害的重要標(biāo)志之一[21],MDA積累越多表明組織的保護(hù)能力越弱[22]。

由圖2可知,在單一的鹽分或干旱脅迫下,隨著脅迫程度的加重,灰胡楊幼苗MDA含量均表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì),與對(duì)照有顯著差異(P<0.05),這與抗氧化酶活性先升高后降低的趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。

鹽旱交互脅迫下,在T1與不同鹽分濃度交互脅迫下,隨著交互脅迫程度的加重,灰胡楊幼苗MDA含量表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì),但在T2與不同鹽分濃度交互脅迫下,灰胡楊幼苗MDA含量卻持續(xù)增加,差異顯著(P<0.05),增幅分別達(dá)到23.3%,96.3%,140.6%。

說明在鹽旱交互脅迫過程中,隨著脅迫程度的加重,灰胡楊幼苗細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性下降,自由基的平衡已經(jīng)無法控制,從而引發(fā)了脂膜過氧化作用,對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用。

圖3 灰胡楊不同鹽旱脅迫下Pro含量的變化 Fig.3 Changes of Pro activities under different irrigation amount and salt concentration in Populus pruinosaPro: 脯氨酸, proline

脯氨酸是水溶性較大的氨基酸,具有較強(qiáng)的水合力,當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí),脯氨酸的增加有助于細(xì)胞或組織持水[23]。由圖3和表3可知,在單一干旱或鹽分脅迫下,灰胡楊葉片脯氨酸含量均呈上升趨勢(shì),但是鹽脅迫下脯氨酸含量增幅顯著高于干旱脅迫,且T1與T2相比,脯氨酸含量并無顯著差異(P>0.05)。這說明,灰胡楊幼苗在面對(duì)單一鹽分或干旱脅迫時(shí),脯氨酸的作用更偏向于緩解鹽脅迫所帶來的損傷。

在鹽旱交互脅迫下,隨著脅迫的加重,灰胡楊幼苗葉片脯氨酸含量也顯著增加,各鹽旱交互脅迫處理下的灰胡楊脯氨酸含量均高于各單一鹽脅迫或干旱脅迫下的含量且顯著差異(P<0.05)。與T1相比,T2和不同鹽濃度交互脅迫下,灰胡楊幼苗葉片脯氨酸含量增幅較大,分別為155.3%,188.0%,235.9%。說明隨著鹽旱交互脅迫程度的加重,脯氨酸含量也持續(xù)增加,灰胡楊幼苗抗逆性進(jìn)一步得到增強(qiáng)。

4 討論與結(jié)論

生長(zhǎng)量是對(duì)脅迫響應(yīng)的綜合表現(xiàn),也是反映植物抗旱性和耐鹽性的基本標(biāo)準(zhǔn)。在水、鹽脅迫下,根系首先感應(yīng)并發(fā)出信號(hào),同時(shí)根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理化學(xué)生物量等也發(fā)生相應(yīng)變化,進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng),甚至導(dǎo)致植物死亡[24]。有研究表明,落羽杉[25]和金葉白蠟[26]株高,基徑和生物增量隨著土壤鹽分濃度的增加和土壤水分含量的減少而減少。本實(shí)驗(yàn)中,通過灌水量和鹽濃度的改變,模擬塔克拉瑪干沙漠環(huán)境,結(jié)果表明,隨著干旱程度的加重和鹽濃度的升高,灰胡楊株高,枝長(zhǎng),冠幅均受到不同程度的抑制,差異顯著,這與上述研究結(jié)果一致。在鹽旱脅迫下,由于外界滲透勢(shì)過低,灰胡楊無法吸取足夠水分,從而影響各種生理反應(yīng),導(dǎo)致灰胡楊生長(zhǎng)受到抑制,但是兩者的脅迫損傷程度并不相同,鹽脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的生長(zhǎng)抑制效果明顯大于干旱脅迫,干旱脅迫對(duì)植物的危害主要是通過滲透脅迫,而鹽分對(duì)植物的危害主要是通過滲透脅迫和離子毒害[27]。

植物在各種逆境脅迫下,其保護(hù)酶活性會(huì)發(fā)生不一樣的變化,在鹽旱交互脅迫下,植物葉片內(nèi)會(huì)積累大量的OH-和H2O2,同時(shí)體內(nèi)抗氧化酶SOD、POD、CAT活性增加,及時(shí)清除體內(nèi)有害的活性氧,防止自由基對(duì)細(xì)胞的傷害,以提高植物的適應(yīng)能力[28- 29]。莊偉偉[30]通過對(duì)銀沙槐幼苗在水鹽交叉脅迫下的研究表明,在輕度干旱、中度干旱和鹽分的單一脅迫或交叉脅迫下銀沙槐幼苗保護(hù)酶(SOD、POD、CAT)活性均上升,但在重度鹽旱交叉脅迫下,保護(hù)酶的活性不能維持較高的水平。楊國(guó)會(huì)[31]通過對(duì)甘草的研究表明,隨著NaCl濃度的增加,POD、SOD 2種保護(hù)酶的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

本研究中灰胡楊幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT活性僅受到干旱脅迫時(shí),隨著脅迫的加重,其活性表現(xiàn)出持續(xù)增加。而在鹽分脅迫和鹽旱交叉脅迫下則表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì),表明灰胡楊幼苗的耐脅迫具有一定的范圍,在鹽分和灌水量的交互脅迫下,灰胡楊幼苗體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)和具有抗性特征的生理活動(dòng)被誘導(dǎo)加快,抗氧化酶SOD、POD、CAT活性在此誘導(dǎo)下逐漸增加,以消除鹽分和干旱脅迫所導(dǎo)致的葉片中產(chǎn)生過多的活性氧,但是隨著脅迫程度的增加,葉片中活性氧數(shù)量也在增加,達(dá)到某一數(shù)量超出正常范圍內(nèi)酶系統(tǒng)所能承受的能力,導(dǎo)致其不足以清除體內(nèi)的過多自由基,從而造成了細(xì)胞膜及酶系統(tǒng)等的破壞,說明保護(hù)酶活性是維持在一定脅迫程度之內(nèi)發(fā)生的,超出這一程度后,保護(hù)酶SOD、POD、CAT活性會(huì)急劇下降。

植物生長(zhǎng)環(huán)境受到破壞時(shí),膜脂發(fā)生過氧化,細(xì)胞膜的正常功能受到破壞而使膜與壁分離[32]。MDA是膜脂過氧化過程的終產(chǎn)物,在細(xì)胞中積累的多少可以判斷過氧化的程度,積累量越多,胞膜系統(tǒng)受傷害的程度越大。趙銀河等[33]研究一年生皂角和紫荊實(shí)生苗結(jié)果表明,隨著干旱和鹽交互脅迫強(qiáng)度的增加,兩樹種的抗氧化酶SOD、CAT和POD活性均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì),活性都高于正常水平下的酶的活性,而且丙二醛含量也均高于正常水平下。本研究中,隨著鹽脅迫的加重,灰胡楊葉片MDA含量呈先降低后增加的趨勢(shì),與上述結(jié)論一致。在T1、T2和較低鹽濃度CK、B交互脅迫下,灰胡楊葉片MDA含量也呈先降低后增加的趨勢(shì),但是與較高鹽濃度C、D交互脅迫下,其含量一直穩(wěn)定增加,差異顯著(P<0.05)。說明在輕度的鹽旱脅迫下,保護(hù)酶能夠發(fā)揮作用,從而有效防止膜脂過氧化對(duì)灰胡楊的傷害,但在重度脅迫下,保護(hù)酶活性受到抑制,自由基的清除無法達(dá)到平衡,導(dǎo)致了膜系統(tǒng)受到破壞,從而抑制了植物的生長(zhǎng)甚至導(dǎo)致其死亡。

游離脯氨酸(Pro)是植物體內(nèi)的一種重要的調(diào)節(jié)物質(zhì),能夠有效的保持體內(nèi)的水分平衡,較低的溶質(zhì)水勢(shì)。當(dāng)植物處于逆境下生長(zhǎng)時(shí),脯氨酸的積累,以防止蛋白質(zhì)的脫水變性,持體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境,保證水合能力。王利軍等[34]研究發(fā)現(xiàn),在水分和鹽分脅迫處理下,沙棗脯氨酸含量隨著脅迫時(shí)間的增加逐漸增加。劉瑞寧等[35]研究發(fā)現(xiàn),在水鹽交互脅迫下,葉底珠幼苗脯氨酸含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)中,無論是單一的鹽脅迫、干旱脅迫還是鹽旱交互脅迫,灰胡楊脯氨酸含量隨著脅迫程度的加重而顯著增加,說明水分、鹽分及水鹽交互脅迫對(duì)脯氨酸產(chǎn)生了顯著影響。脯氨酸的增加,可以提高細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)的能力,降低外界脅迫對(duì)灰胡楊葉片細(xì)胞造成的傷害,從而增強(qiáng)了灰胡楊的抗逆性。

干旱、鹽脅迫及交互脅迫對(duì)灰胡楊幼苗的生長(zhǎng)和生理特性均有一定影響,灰胡楊幼苗能夠在鹽分8 g/L、灌水量25 L下良好生長(zhǎng),但在鹽濃度為11、15 g/L脅迫和15 L灌水量的脅迫以及交互作用下,其生理活動(dòng)受到顯著抑制,體內(nèi)抗氧化酶活性降低,但仍高于對(duì)照。MDA含量與抗氧化酶活性呈負(fù)相關(guān),表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)。同時(shí),作為滲透調(diào)節(jié)因子的脯氨酸,在整個(gè)脅迫試驗(yàn)過程中表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì)?；液鷹钣酌缤ㄟ^調(diào)節(jié)自身生長(zhǎng)、體內(nèi)生理代謝等活動(dòng)來適應(yīng)干旱與鹽的脅迫,并對(duì)脅迫表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性,從而減少外界對(duì)幼苗的傷害?？梢?在灌水量為大于30 L,鹽分濃度平均為5 g/L的沙漠腹地,灰胡楊可以健康的成長(zhǎng),因此在沙漠腹地可以引種灰胡楊。