3種熱帶植物幼苗的耐鹽性

趙 斌，徐張俊，吳向崇，郭 昊，崔正坤，陳 穎

(1.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037；3.三亞新大興園林生態(tài)有限公司，海南 三亞 572000)

土壤鹽漬化是影響植物生長的主要因素之一，目前全球約有8×109hm2土地鹽漬化[1]。在我國約有3.6×108hm2鹽漬化土壤，占全國可利用土地面積的4.9%[2]。鹽脅迫對植物產(chǎn)生的傷害有形態(tài)和生理的表現(xiàn)，其中，生理表現(xiàn)包括質(zhì)膜傷害、滲透脅迫、離子平衡失調(diào)、代謝紊亂等[3]。有些植物具有耐鹽性，它們的耐鹽機制主要包括滲透調(diào)節(jié)與離子分布、鹽分的外排和細胞內(nèi)區(qū)隔化、活性氧清除及基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等幾個方面[4-5]。篩選耐鹽植物在鹽堿地栽植，可以對鹽堿地進行修復(fù)和改良，對發(fā)揮耐鹽植物的防護、觀賞、綠化和經(jīng)濟等效能具有重要意義。

鳳凰木[Delonixregia(Boj.) Raf]為豆科(Leguminosae)鳳凰木屬(Delonix)的高大落葉喬木；洋金鳳[Caesalpiniapulcherrima(L.) Sw.]為豆科云實屬(Caesalpinia)的直立常綠灌木或小喬木；雨樹[Samaneasaman(Jacq.) Merr.]為豆科雨樹屬(Samanea)無刺大喬木。這3種植物是我國熱帶地區(qū)重要的常綠植物，鳳凰木和洋金鳳都具有鮮艷絢麗的花序，因而具有較強的觀賞價值，鳳凰木還被多個城市選為市樹，如廈門市、中山市等[6-7]，雨樹生長迅速、抗性強，其莢果含有較多糖分還可用作牛飼料[8]。盡管這3種植物都引自國外，但都已引種多年，有的已成為當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土樹種[9]。目前，對鳳凰木的藥用價值與抗寒性[10-11]、洋金鳳種子萌發(fā)與活力[12]、雨樹在園林綠化中的應(yīng)用[13]等方面已有研究，但對它們的耐鹽性的研究鮮有報道。鑒于此，以鳳凰木、洋金鳳和雨樹3個具有代表性的熱帶樹種為研究對象，對其進行鹽脅迫處理，測定其生長和生理指標(biāo)，并采用隸屬函數(shù)法對其耐鹽性進行綜合評價，篩選出耐鹽性強的樹種，為南方沿海地區(qū)耐鹽堿植物的選育提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019年3月，于海南省三亞市采集鳳凰木、洋金鳳和雨樹的種子，采集后進行發(fā)芽、苗木培育。洋金鳳和雨樹用蒸餾水直接浸泡發(fā)芽，鳳凰木用酸處理腐蝕種皮后再進行蒸餾水浸泡發(fā)芽。當(dāng)種胚發(fā)芽后，胚根長度達到1 cm以上時，將幼苗播種于盛有基質(zhì)(V珍珠巖∶V泥炭土∶V園土=5 ∶ 3 ∶ 2)的育苗缽中，每缽1棵，初次澆水澆透，以后每隔3 d澆1次水，一周澆1次1/4 Hoagland營養(yǎng)液，培養(yǎng)3個月。當(dāng)苗木長至3片羽狀葉時，分別選擇生長一致、無病蟲害的植物苗木進行對照(0 mmol· L-1, CK)、低鹽(100 mmol· L-1, N1)、高鹽(200 mmol· L-1, N2)的NaCl處理，每個處理20株，3次重復(fù)。期間，每隔5 d用各處理所對應(yīng)的鹽溶液20 mL澆灌1次，共澆灌2次，并在育苗缽底部放置托盤回收滲出的鹽溶液，保持鹽脅迫狀態(tài)，15 d時測定苗高等生長指標(biāo)，每個處理隨機選取6株，將根剪下，分別測定根和莖葉的質(zhì)量含水量，剩余植株取葉片用于其他生理指標(biāo)的測定，3次重復(fù)。

1.2 指標(biāo)測定

根、莖葉質(zhì)量含水量的測定：分別稱其根和莖葉鮮質(zhì)量(fresh weight, FW)，分別放入60 ℃烘箱中24 h，取出分別稱其干質(zhì)量(dry weight, DW)，計算含水量，含水量(%)=(根或莖葉鮮質(zhì)量-根或莖葉干質(zhì)量)×100/根或莖葉鮮質(zhì)量。

生理指標(biāo)的測定：相對電導(dǎo)率、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性、過氧化物酶(peroxidase, POD)活性和過氧化氫酶(catalase, CAT)活性的測定均采用CHENetal[14]的方法。抗壞血酸過氧化物酶(ascorbic peroxidase, APX)活性測定參照NAKANOetal[15]的方法，其中，3 mL的反應(yīng)體系中包含100 mmol· L-1的磷酸緩沖液(pH值6.8)1.8 mL、6 mmol· L-1的抗壞血酸(ascorbic acid, AsA)0.1 mL，60 mmol· L-1的H2O2溶液1 mL和酶提取液0.1 mL，在290 nm波長下測定吸光度值，以1 min內(nèi)光密度(optical density, OD)值減少0.1為1個酶活性單位(active unit, U)。AsA含量測定參照UEDAetal[16]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)的顯著性分析，采用Origin 8.0軟件繪圖。用隸屬函數(shù)法進行3種植物幼苗的耐鹽性綜合評價。隸屬函數(shù)值計算公式如下：

f(xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隸屬函數(shù)值計算公式如下：

f(xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中：f(xi)為隸屬函數(shù)值；Xi為指標(biāo)測定值；Xmin、Xmax分別為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對植物幼苗生長的影響

鹽脅迫對3種植物幼苗生長的影響如表1所示。鹽脅迫顯著抑制了鳳凰木幼苗根系的生長，鹽濃度越大，抑制越嚴(yán)重；N2處理下，鳳凰木的根長生長比對照減少了36.4%。N1處理促進了洋金鳳和雨樹幼苗的根長生長，分別比對照增加了12.1%和23.2%；N2處理下洋金鳳幼苗的根長生長與對照相比有增加但都沒有顯著差異?？傮w來說，低鹽脅迫促進了洋金鳳和雨樹幼苗根長的生長，高鹽脅迫沒有明顯抑制，鳳凰木根長的生長隨著鹽濃度的增加而被顯著抑制。從表1可以看出，N1處理下，鳳凰木的苗高顯著低于對照23.5%，而洋金鳳和雨樹的苗高則顯著高于對照28.0%和15.3%。N2處理下，鳳凰木的苗高與對照比顯著降低了24.8%，而洋金鳳和雨樹的苗高與對照比都有所下降，但差異不顯著。低鹽脅迫促進了洋金鳳和雨樹幼苗苗高的生長，高鹽脅迫抑制了這兩種植物幼苗苗高的生長但并不顯著，在不同濃度鹽脅迫下鳳凰木幼苗苗高的生長都被抑制。N1處理下，鳳凰木幼苗的根含水量比對照增加了3.2%，莖葉含水量與對照比沒有顯著變化；洋金鳳幼苗的根和莖葉的含水量與對照比都顯著降低。N2處理下，鳳凰木的根和莖葉含水量與對照比均無顯著差異；洋金鳳的根和莖葉含水量比對照分別顯著下降了11.90%和3.3%。不同濃度鹽脅迫對雨樹的根含水量和莖葉的含水量均無顯著影響。N1處理下，鳳凰木和洋金鳳幼苗的根冠比顯著增加，分別比對照增加了13.3%和50.0%，而N2處理對這兩種植物幼苗的根冠比均無顯著影響。不同濃度鹽脅迫顯著增加了雨樹的根冠比，其中N1處理增加最明顯，比對照增加了28.6%。在低鹽脅迫下，3種植物幼苗為適應(yīng)鹽脅迫根冠比都有所增加，雨樹增加量最顯著；高鹽脅迫下，雨樹的根冠比也顯著大于對照，而鳳凰木和洋金鳳的根冠比則沒有顯著變化。

表1 不同鹽脅迫對3種熱帶植物幼苗生長的影響

2.2 鹽脅迫對植物幼苗相對電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

鹽脅迫對植物幼苗相對電導(dǎo)率的影響如圖1(a)所示，3種植物幼苗的相對電導(dǎo)率都隨著鹽脅迫濃度的增加而增加，且與對照相比差異均達顯著水平。在N2處理下，鳳凰木和洋金鳳幼苗的相對電導(dǎo)率達到最大值，分別比對照增加了22.7%和54.6%。雨樹幼苗在不同濃度鹽脅迫下的相對電導(dǎo)率相等，且比對照增加了40.7%。在N1和N2處理下，洋金鳳和雨樹的相對電導(dǎo)率都沒有顯著差異，表明低鹽和高鹽脅迫下對這兩種植物的膜透性影響差距不大。隨著鹽濃度的增加，3種植物幼苗的細胞膜透性都受到顯著影響，在高鹽脅迫下，洋金鳳受影響最嚴(yán)重，其次雨樹，最后為鳳凰木。

鹽脅迫對植物幼苗MDA含量的影響如圖1(b)所示。鳳凰木幼苗的MDA含量在N1處理下盡管有所降低但不顯著，而在N2處理下，鳳凰木的MAD含量比對照增加了32.0%。洋金鳳幼苗的MDA含量在N1和N2之間無顯著變化，但是與對照比分別顯著增加了30.8%和33.0%；雨樹幼苗的MDA含量在N1處理下稍有增加，在N2處理下顯著增加，比對照增加了21.4%。低鹽脅迫下，鳳凰木和雨樹的細胞膜基本沒受到影響，而在高鹽脅迫下鳳凰木和洋金鳳的細胞膜過氧化程度都高于雨樹。

注：不同小寫字母表示同一樹種在不同濃度鹽脅迫處理間差異顯著(P<0.05)。Note: different lowercase letters indicate significant differences among different salt concentrations for the same tree species(P<0.05).

2.3 鹽脅迫對植物幼苗抗壞血酸含量的影響

鹽脅迫對植物幼苗AsA含量的影響如圖2所示。不同濃度鹽脅迫下，鳳凰木幼苗的AsA含量降低，在N1處理下降最明顯，比對照降低了38.8%；洋金鳳和雨樹幼苗的AsA含量與對照相比均顯著升高，在N1處理下分別比對照提高了42.8%和87.5%，雨樹幼苗的AsA含量增幅最大。表明在不同鹽脅迫下與對照比，鳳凰木的AsA含量是降低的，而洋金鳳和雨樹均升高。

2.4 鹽脅迫對植物幼苗抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫對3種植物幼苗酶活性的影響如圖3所示。與對照相比，在N1處理下鳳凰木幼苗的SOD、POD活性有所下降，CAT和APX活性沒有顯著變化；洋金鳳幼苗的SOD活性有所增加，POD、CAT、APX活性無顯著變化；雨樹幼苗的SOD活性顯著降低，POD、CAT、APX活性都顯著增加。與對照相比，在N2處理下，鳳凰木幼苗的SOD、CAT、APX活性無顯著變化；洋金鳳幼苗的SOD活性顯著下降，CAT活性顯著增加，POD和APX活性無顯著變化；雨樹幼苗的SOD活性顯著下降，POD、CAT、APX活性也都顯著增加。3種植物的酶活性對鹽脅迫的敏感程度不一，因此，單一的酶活性無法判斷它們的耐鹽性。

注：不同小寫字母表示同一樹種在不同濃度鹽脅迫處理間差異顯著(P<0.05)。Note: different lowercase letters indicate significant differences among different salt concentrations for the same tree species(P<0.05).

注：不同小寫字母表示同一樹種在不同濃度鹽脅迫處理間差異顯著(P<0.05)。Note: different lowercase letters indicate significant differences among different salt concentrations for the same tree species(P<0.05).

2.5 3種熱帶植物幼苗耐鹽性的綜合評價

耐鹽性強的植株根長、苗高、根含水量、莖葉含水量、根/冠比、相對電導(dǎo)率、SOD、POD、CAT、APX和AsA活性受鹽分影響相對較小，變幅小，MDA的增幅小，反之受影響較大。采用隸屬函數(shù)法將上述12種指標(biāo)進行綜合評價，分別計算隸屬函數(shù)值，比較平均隸屬函數(shù)值，值越大耐鹽性越強。由表2可以看出，耐鹽性從強到弱依次排序為：雨樹>洋金鳳>鳳凰木。

表2 耐鹽性綜合評價相關(guān)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

植物在逆境脅迫下的生理生化變化以及對逆境適應(yīng)能力是近年來研究的熱點[18]，本研究以3種熱帶植物的幼苗為研究對象，分析逆境下植物的生長和生理響應(yīng)，用隸屬函數(shù)法對3種熱帶植物的耐鹽性進行評價。鹽脅迫下，幼苗的生長情況更能體現(xiàn)植物對鹽的耐受程度，主要通過苗期根長、苗高和生物量等指標(biāo)來體現(xiàn)[19-21]。與對照相比，不同濃度鹽脅迫處理下，鳳凰木幼苗的根長和苗高均減少，而洋金鳳和雨樹幼苗則在低鹽脅迫下升高。與對照相比，鳳凰木幼苗根含水量在低鹽脅迫下減少，洋金鳳幼苗的根和莖葉含水量在不同濃度鹽脅迫下均減少，雨樹則無顯著變化。隨著鹽脅迫濃度的增加，3種植物幼苗的根冠比均表現(xiàn)出先增后減的趨勢。然而，從單個生長指標(biāo)無法清楚的看出哪一種植物耐鹽性比較好，需要進一步分析與總結(jié)。

植物組織電解質(zhì)滲漏量的高低代表環(huán)境脅迫細胞膜損壞的程度，是評價植物抗逆性的有效指標(biāo)，MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，其含量高低可以表征膜脂的過氧化程度[22]。研究表明，相對電導(dǎo)率的大小與鹽濃度成正比[23]。3種植物幼苗的相對電導(dǎo)率隨著鹽脅迫濃度的增加而增加，并在高鹽脅迫下達到最高，說明鹽脅迫增加了這些植物的膜透性。隨鹽脅迫濃度的增加，MDA的含量一般都會升高[24]，然而，鳳凰木幼苗在低鹽脅迫下降低，可能是因為低鹽能促進其生長，在高鹽脅迫下3種植物幼苗的MDA含量都顯著大于對照，從增加量來看鳳凰木和洋金鳳大于雨樹，說明雨樹耐鹽性較強。

植物在遭受鹽脅迫能夠產(chǎn)生大量的活性氧，造成膜脂的過氧化，而此時植物體內(nèi)的SOD、POD、CAT、APX等酶系統(tǒng)和AsA非酶抗氧化系統(tǒng)開始發(fā)揮作用清除過多的活性氧，以維持植物體內(nèi)的動態(tài)平衡[25]。當(dāng)活性氧積累超過抗氧化系統(tǒng)的清除能力時，就會造成抗氧化酶活性的降低[26]。已有研究表明[27-28]，隨鹽脅迫濃度的增加，酶系統(tǒng)活性表現(xiàn)出先升后降的趨勢。在不同濃度鹽脅迫下，3種植物幼苗在活性氧代謝方面表現(xiàn)出了一定的差異：高鹽脅迫下鳳凰木幼苗的抗氧化酶活性下降，說明高鹽對其產(chǎn)生了氧化脅迫，膜脂過氧化產(chǎn)物(MDA)和質(zhì)膜相對透性(相對電導(dǎo)率)的增加，從而導(dǎo)致活性氧清除系統(tǒng)和活性氧積累的平衡打破，產(chǎn)生鹽脅迫癥狀；洋金鳳和雨樹幼苗在高鹽脅迫下，盡管SOD活性降低，但POD等其他清除過氧化氫的酶仍保持較高的活性，清除多余的H2O2，降低膜脂過氧化程度，產(chǎn)生耐鹽性。從鹽脅迫對3種植物幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響來看，其耐鹽性強弱為：雨樹>洋金鳳>鳳凰木。

綜上所述，鹽脅迫對3種植物的生長和生理代謝具有顯著的影響。植物的耐鹽性受生理生化特征和遺傳表現(xiàn)的綜合作用，因此，單靠某一個或幾個指標(biāo)很難對其耐鹽性強弱做出準(zhǔn)確的評價，本研究采用隸屬函數(shù)法對3種植物的12項生長和生理指標(biāo)進行耐鹽性綜合評價，得出3種植物的耐鹽性強弱為：雨樹>洋金鳳>鳳凰木。