NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的影響*

鄭譯儒，趙俊超，龔束芳，王金剛

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院， 哈爾濱 150030)

目前，全球共有鹽堿土面積8.31×108hm2，而中國(guó)大約有9.2×106hm2農(nóng)田遭受鹽堿毒害，其中松嫩平原是最主要的蘇打鹽堿分布區(qū)，主要鹽分是NaHCO3和Na2CO3[1-4]。 自然環(huán)境中的鹽堿脅迫通常是中性鹽脅迫和堿脅迫伴隨發(fā)生的，前期的研究主要集中于以NaCl和Na2SO4為主的中性鹽脅迫，而對(duì)堿性鹽脅迫(NaHCO3和Na2CO3)的研究還較少[5-6]。一般鹽堿脅迫下，植物細(xì)胞膜遭到破壞，可利用植物葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛(MDA)含量來(lái)反映細(xì)胞膜損害程度和植物對(duì)逆境條件抗性強(qiáng)弱[7-8]。鹽堿脅迫會(huì)對(duì)植物光合系統(tǒng)造成傷害，常表現(xiàn)在影響植物光合速率及葉綠素?zé)晒鈪?shù)[9-10]。植物在長(zhǎng)期適應(yīng)鹽堿脅迫過(guò)程中，進(jìn)化出自身適應(yīng)鹽堿脅迫的生理機(jī)制。遭受逆境條件時(shí)，植物體內(nèi)積累的活性氧嚴(yán)重影響植物的正常生長(zhǎng)，而植物防御系統(tǒng)中的抗氧化酶，如超氧化物歧化酶(SOD)，可以清除活性氧[11]。由于鹽堿脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)水勢(shì)顯著高于細(xì)胞外水勢(shì)，從而造成植物細(xì)胞內(nèi)水分失衡，而植物通過(guò)無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)，從外界環(huán)境中吸收大量的無(wú)機(jī)離子，如Na+和K+，來(lái)降低細(xì)胞水勢(shì)而保證自身的生理活動(dòng)正常進(jìn)行[12]。然而，一般的植物僅耐受較低鹽堿脅迫能力，卻無(wú)法在高濃度的鹽堿環(huán)境下生存。因此篩選耐鹽堿能力較強(qiáng)的植物材料并研究其抗逆機(jī)制是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

堿茅和披堿草，均屬于禾本科多年生草本，可用于放牧和飼用，同時(shí)也是潛在的優(yōu)良草坪草資源[13-14]。由于它們常年生活在堿斑土壤上，具有耐鹽堿能力，因此可以作為潛在的耐鹽堿脅迫研究材料。前人研究發(fā)現(xiàn)中性鹽(NaCl和Na2SO4)脅迫抑制堿茅和披堿草正常生長(zhǎng)并影響其生理特征。張海南[15]通過(guò)對(duì)5種堿茅材料的種子萌發(fā)的鹽脅迫和幼苗期鹽脅迫處理，對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)的測(cè)定后進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)價(jià)后得出各項(xiàng)指標(biāo)所占比重。任小青和冀宏[16]用不同濃度NaCl、Na2CO3溶液對(duì)堿茅進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)隨著鹽溶液濃度的增加，發(fā)芽率逐漸降低，平均發(fā)芽時(shí)間逐漸延長(zhǎng)；且相同溶液濃度下，Na2CO3脅迫比NaCl脅迫更為明顯。通過(guò)設(shè)置不同鹽濃度對(duì)披堿草幼苗進(jìn)行脅迫，檢測(cè)葉片細(xì)胞膜透性和游離脯氨酸含量等指標(biāo)，研究者發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)披堿草的耐鹽性存在差異[17-18]。用中性混合鹽(NaCl和Na2SO4)和堿性混合鹽(NaHCO3和Na2CO3)對(duì)披堿草種子萌發(fā)進(jìn)行脅迫處理，顯示堿性脅迫明顯高于中性脅迫[19]。除具有高濃度鹽脅迫，堿性鹽與中性鹽相比，其高pH也會(huì)對(duì)植物造成傷害。采用不同濃度NaCl和Na2CO3處理鹽地堿蓬和小花堿茅，檢測(cè)種子萌發(fā)率及萌發(fā)階段幼苗的生長(zhǎng)狀況、幼苗的生理特性、活性氧清除系統(tǒng)、光合特性以及PSⅡ光化學(xué)特性等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬和小花堿茅種子萌發(fā)率主要受到滲透脅迫的抑制，pH值對(duì)二者種子萌發(fā)的影響很小[20]。目前已知混合堿脅迫影響披堿草生理指標(biāo)和堿茅種子萌發(fā)，然而對(duì)于來(lái)自同一地區(qū)的堿茅和披堿草生長(zhǎng)及生理指標(biāo)如何響應(yīng)混合堿脅迫還不得而知[21]。

本研究采用不同濃度NaHCO3和Na2CO3混合物對(duì)堿茅和披堿草進(jìn)行處理，調(diào)查堿茅和披堿草種子萌發(fā)及生理特征對(duì)堿性鹽脅迫的響應(yīng)，通過(guò)種子發(fā)芽率、幼苗干重、葉片細(xì)胞膜透性、光合氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量，以及葉片和根系Na+、K+離子含量，明確堿茅和披堿草適應(yīng)堿性鹽脅迫的生理機(jī)制。本研究對(duì)二者的鹽堿耐受性分析，旨在篩選抗性更強(qiáng)的植物材料并研究抗逆機(jī)制，可為鹽堿土壤的開(kāi)發(fā)利用以及作物的種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子萌發(fā)的測(cè)定

以采自中國(guó)黑龍江省安達(dá)鹽堿土(pH>9)的堿茅(Puccineliachinampoensis)和披堿草(Elymusdahuricus)為實(shí)驗(yàn)材料。配制NaHCO3和Na2CO3的混合溶液(摩爾比為2∶1)，設(shè)濃度分別為0(對(duì)照)、25、50、75和100 mmol/L的5個(gè)處理(pH分別為6.90、9.15、9.54、9.66、9.76)。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10個(gè)皿，共計(jì)150個(gè)皿。取干凈的培養(yǎng)皿，內(nèi)放3層濾紙，用5 mL不同濃度的混合溶液充分浸濕。選取飽滿的堿茅和披堿草各100粒，先用0.5%次氯酸鈉處理10 min進(jìn)行表面消毒，然后用超純水沖洗，最后將種子均勻鋪在培養(yǎng)皿里。在光照培養(yǎng)箱在進(jìn)行萌發(fā)率的實(shí)驗(yàn)(16 h白天/8 h夜間，11 540 lx，25 ℃/21 ℃)。每天抽取培養(yǎng)皿中剩余溶液，并注入與之濃度相對(duì)應(yīng)的等量溶液。以培養(yǎng)根長(zhǎng)達(dá)到種子長(zhǎng)度的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)，連續(xù)觀察10 d。發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.2 幼苗干重的測(cè)定

選取籽粒飽滿的堿茅和披堿草種子各60粒，分別播種于裝有1 kg洗凈細(xì)沙的花盆中，用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌，待長(zhǎng)至4～5片真葉時(shí)進(jìn)行間苗，每盆留30株。培養(yǎng)30 d后進(jìn)行鹽處理，每盆澆灌100 mL的0、25、50、75和100 mmol/L的堿性鹽混合物(混合物配比同1.1節(jié))的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。處理3 d后，選取長(zhǎng)勢(shì)相同的10株幼苗，分別取地上部和地下部，洗凈擦干后，進(jìn)行105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，記錄植株地上部和地下部干重。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10盆，共計(jì)150盆。

1.3 葉片細(xì)胞膜透性的測(cè)定

采用電導(dǎo)率法測(cè)定葉片細(xì)胞膜透性，取堿性鹽混合物處理3 d后的堿茅和披堿草幼苗葉片各0.2 g，清水洗凈后再用蒸餾水沖洗3遍，剪碎后置于玻璃管中加10 mL蒸餾水進(jìn)行充分震蕩后靜置，用電導(dǎo)率儀測(cè)定其電導(dǎo)率初始值，每隔30 min檢測(cè)1次，待2 h后沸水煮10 min，冷卻后測(cè)定電導(dǎo)率終值。每個(gè)處理3次重復(fù)。細(xì)胞膜透性=電導(dǎo)率初值/煮沸后的測(cè)定值[22]。

1.4 光合氣體交換參數(shù)的測(cè)定

采用LI-6400便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定堿性鹽混合物處理3 d后的葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。每個(gè)處理測(cè)定3次，每次測(cè)定5株。

1.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

堿性鹽混合物處理4 d后，將葉片暗處理30 min后，采用便攜式熒光儀IMAGING-PAM測(cè)定暗適應(yīng)后的最小熒光(Fo)、最大熒光(Fm)和可變熒光(Fv)以及光適應(yīng)后的最小熒光(F′o)、最大熒光(F′m)和可變熒光(F′v)。PSⅡ的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、光化學(xué)淬滅(qP)和非光化學(xué)淬滅(qN)由儀器自動(dòng)給出。每個(gè)處理測(cè)定3次，每次測(cè)定5株。

1.6 葉片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量的測(cè)定

堿性鹽混合物處理3 d后，取葉片0.5 g，經(jīng)液氮速凍后，采用NBT(氮藍(lán)四唑)光化還原法測(cè)定葉片超氧化物歧化酶活性[22]。取葉片0.5 g，采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定葉片丙二醛含量[19]。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5株。

1.7 堿茅和披堿草幼苗Na+和K+離子含量的測(cè)定

堿性鹽混合物處理3 d后，將兩種草本的葉片或根系分別置于105 ℃烘箱中進(jìn)行30 min殺青，85 ℃烘干至恒重后取出進(jìn)行研磨，過(guò)60目篩，分別取0.1 g，用HNO3∶HClO4(體積比5∶1)消煮至澄清透明，用去離子水定容至20 mL后，采用離子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Na+和K+含量[23]，計(jì)算植物限Na+能力。限Na+能力=根系Na+含量/葉片Na+含量[24]。

1.8 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用Prism軟件做圖，利用SPSS 17.0結(jié)合Tukey分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(p<0.05)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草種子萌發(fā)率和干重的影響

種子的發(fā)芽率是檢驗(yàn)種子在萌發(fā)過(guò)程中受到逆境影響的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖1可知，不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理均抑制堿茅和披堿草種子的萌發(fā)。在第10天時(shí)，與0 mmol/L處理相比，隨著混合物濃度的升高，堿茅種子的發(fā)芽率分別為56.60%、38.20%、14.64%和13.35%，見(jiàn)圖1(a)，而披堿草的發(fā)芽率分別為70.12%、53.44%、24.57%和19.10%，見(jiàn)圖1(b)。堿茅和披堿草地上部和地下部干重也均表現(xiàn)出隨混合物濃度增加而逐漸下降的趨勢(shì)，見(jiàn)圖2。與對(duì)照相比，各濃度處理的堿茅和披堿草均顯著下降，見(jiàn)圖2。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，相同混合物濃度處理時(shí)，堿茅與披堿草的地上部和地下部干重差異均達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表1。結(jié)果說(shuō)明，NaHCO3和Na2CO3混合物處理隨時(shí)間的增加均抑制堿茅和披堿草種子的萌發(fā)，且隨混合物濃度的增加堿茅和披堿草幼苗的生長(zhǎng)受抑制嚴(yán)重。

圖1 NaHCO3和Na2CO3混合物對(duì)堿茅(a)和披堿草(b)種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of NaHCO3 and Na2CO3 mixture on germination rate of P. Chinampoensis (a) and E. dahuricus (b)

表1 不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草干重的方差分析Table 1 Variance analysis on plant dry weight under different concentrations of NaHCO3 and Na2CO3 mixture

2.2 NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

由圖3(具體說(shuō)明同圖2圖注，其后各圖亦然)可知，在同一時(shí)間下，堿茅和披堿草葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨NaHCO3和Na2CO3混合物濃度的增加而增加，說(shuō)明堿茅和披堿草相對(duì)電導(dǎo)率變化與混合物濃度有關(guān)。在4個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，25和50 mmol/L濃度處理的披堿草葉片相對(duì)電導(dǎo)率與未處理(0 mmol/L)相比均沒(méi)有差異，而75和100 mmol/L處理的披堿草葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于未處理組。除60 min外，其他時(shí)間段中50、75和100 mmol/L處理的堿茅葉片相對(duì)電導(dǎo)率均顯著高于未處理組。同時(shí)，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草不同時(shí)段的相對(duì)電導(dǎo)率差異均分別達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表2；另外，高濃度混合物處理(75和100 mmol/L)的堿茅葉片在90和120 min的相對(duì)電導(dǎo)率都高于披堿草。結(jié)果說(shuō)明，NaHCO3和Na2CO3混合物處理?yè)p害堿茅和披堿草葉片質(zhì)膜，且堿茅葉片質(zhì)膜的受損程度大于披堿草。

圖3 NaHCO3和Na2CO3混合物處理后堿茅和披堿草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化Fig.3 Changes in leaf relative conductivity (%) of P. Chinampoensis and E. dahuricus under NaHCO3 and Na2CO3 mixture treatments

2.3 NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草葉片SOD活性和MDA含量的影響

如圖4(a)所示，隨NaHCO3和Na2CO3混合物濃度的增加，堿茅和披堿草葉片SOD活性均表現(xiàn)出先升高后下降趨勢(shì)。在25 mmol/L濃度時(shí)，堿茅和披堿草葉片的SOD活性顯著高于未處理組。在50 mmol/L濃度下，堿茅和對(duì)照處理有顯著差異，而披堿草未發(fā)生顯著下降(p<0.05)。在75和100 mmol/L濃度處理時(shí)，與對(duì)照處理相比，堿茅葉片SOD活性顯著下降(p<0.05)，而披堿草葉片SOD活性?xún)H在100 mmol/L處理時(shí)才顯著低于0 mmol/L，說(shuō)明在NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下，披堿草更能維持SOD活性。如圖4(b)所示，隨處理濃度的增加，堿茅和披堿草葉片MDA含量均呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)。同時(shí)，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草葉片內(nèi)的SOD活性和MDA含量差異均達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表3；另外，與對(duì)照組相比，100 mmol/L處理時(shí)的堿茅和披堿草葉片MDA含量與各自的對(duì)照組相比分別增加115.68%和95.14%，說(shuō)明堿茅葉片積累的MDA含量更多。結(jié)果表明通過(guò)SOD活性和MDA含量分析發(fā)現(xiàn)披堿草在NaHCO3和Na2CO3混合物處理下的抗逆性好于堿茅。

表2 不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草相對(duì)電導(dǎo)率的方差分析Table 2 Variance analysis on leaf relative conductivity under different concentrations of NaHCO3and Na2CO3 mixture treatment

圖4 NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下堿茅和披堿草葉片SOD活性和丙二醛含量的變化Fig.4 Changes in leaf SOD activity (a) and MDA content (b) of P. Chinampoensis and E. dahuricus under NaHCO3 and Na2CO3 mixture

表3 不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草的SOD活性和MDA含量方差分析Table 3 Variance analysis on leaf SOD activity and MDA content of selected materials at NaHCO3and Na2CO3 mixture

2.4 NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖5(a)可知，堿茅葉片Pn隨混合物濃度的升高而降低，而披堿草葉片Pn僅在75和100 mmol/L時(shí)顯著低于對(duì)照。高濃度的混合物處理(75和100 mmol/L)堿茅和披堿草葉片Gs和Tr顯著降低，而堿茅葉片Ci提高；另外，披堿草的Ci只在100 mmol/L處理時(shí)才顯著高于未處理組，見(jiàn)圖5。進(jìn)一步分析表明，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草葉片的4個(gè)光合氣體交換參數(shù)差異分別達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表4。結(jié)果說(shuō)明堿茅葉片光合氣體交換參數(shù)與披堿草相比更易受NaHCO3和Na2CO3混合物處理的影響。

不同濃度混合物處理對(duì)堿茅和披堿草的Fv/Fm沒(méi)有影響，見(jiàn)圖6(a)；堿茅與披堿草葉片的Fv/Fm在相同濃度下沒(méi)有顯著差異，見(jiàn)表5。100 mmol/L混合物處理的堿茅和披堿草的ΦPSⅡ均顯著低于未處理組，見(jiàn)圖6(b)。隨著NaHCO3和Na2CO3混合物濃度的增加，披堿草的qP有下降趨勢(shì)，堿茅的qN呈先下降后升高趨勢(shì)，而披堿草的qN呈上升趨勢(shì)，見(jiàn)圖6。同時(shí)，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草葉片的ΦPSⅡ、qP和qN3個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)差異都分別達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表5。

圖5 NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下堿茅和披堿草葉片光合氣體交換參數(shù)的變化Fig.5 Changes in leaf photosynthetic gas exchange of P. Chinampoensis and E. dahuricus under NaHCO3 and Na2CO3 mixture

表4 不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草葉片光合氣體交換參數(shù)的方差分析Table 4 Variance analysis on leaf photosynthetic gas exchange under different concentrations of NaHCO3 and Na2CO3 mixture treatment

圖6 NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下堿茅和披堿草葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化Fig.6 Changes in leaf chlorophyll fluorescence parameters of P. Chinampoensis and E. dahuricus under NaHCO3and Na2CO3 mixture

表5 不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草葉綠素?zé)晒鈪?shù)的方差分析Table 5 Variance analysis of leaf chlorophyll fluorescence parameters under different concentrations of NaHCO3 and Na2CO3 mixture treatment

2.5 NaHCO3和Na2CO3脅迫對(duì)堿茅和披堿草幼苗Na+和K+離子含量的影響

與未處理相比，4種濃度NaHCO3和Na2CO3混合物處理顯著提高堿茅和披堿草葉片Na+含量，降低葉片K+含量和K+/Na+,見(jiàn)圖7；方差分析表明，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草葉片的Na+含量差異達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表6。從圖7可以看出，高濃度混合物(75和100 mmol/L)處理顯著提高堿茅根系Na+含量，降低堿茅和披堿草根系K+含量和K+/Na+；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在相同混合物濃度處理下，堿茅與披堿草的根中K+含量和K+/Na+差異都分別達(dá)到顯著水平，見(jiàn)表6。同時(shí)，隨著混合物濃度的升高，堿茅的限Na+能力升高，而25 mmol/L的混合物處理顯著降低披堿草的限Na+能力，見(jiàn)圖7(g)。說(shuō)明NaHCO3和Na2CO3混合物處理均影響堿茅和披堿草葉片和根系的鉀鈉離子平衡，激活堿茅的限Na+能力。

圖7 NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下堿茅和披堿草Na+和K+離子含量的變化Fig.7 Changes in contents of Na+ and K+ of P. Chinampoensis and E. dahuricus under NaHCO3 and Na2CO3 mixture

3 討論

鹽堿脅迫是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的一個(gè)重要環(huán)境因子，雖然鹽堿脅迫會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，但是其抑制作用的大小取決于植物對(duì)鹽堿的耐受程度[19]。一般而言，滲透效應(yīng)是鹽堿抑制植物種子萌發(fā)的主要原因，隨著鹽濃度的升高，種子萌發(fā)受到的抑制程度加重[25-26]。幼苗期是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，也是對(duì)鹽堿脅迫較為敏感的時(shí)期，幼苗期的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累直接關(guān)系到植物后期對(duì)脅迫環(huán)境的適應(yīng)性[27]。種子發(fā)芽率隨鹽濃度升高而降低外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在不同濃度NaHCO3和Na2CO3混合物脅迫下均能調(diào)查到堿茅和披堿草種子萌發(fā)，說(shuō)明堿茅和披堿草均具有潛在的耐鹽堿能力[19]。前人研究發(fā)現(xiàn)NaCl、NaHCO3、Na2SO4和Na2CO3能抑制植物干物質(zhì)的積累[28]，在本研究中，不同濃度的NaHCO3和Na2CO3混合物處理均造成堿茅和披堿草地上部和地下部干重的降低，說(shuō)明堿茅和披堿草光合同化物的積累受到堿性鹽的抑制。

植物生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗逆性密切相關(guān)。丙二醛(MDA)是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，膜脂過(guò)氧化造成細(xì)胞水解加速，膜的透性增加，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率增加[29]。前人發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿濃度的提高，大麥和小麥幼苗葉片的電解質(zhì)外滲率和MDA含量增加，鹽分濃度越大，細(xì)胞膜透性越大，最終導(dǎo)致膜系統(tǒng)破碎[30-31]。本實(shí)驗(yàn)中，堿茅和披堿草葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量隨NaHCO3和Na2CO3混合物濃度的增加而升高，說(shuō)明NaHCO3和Na2CO3混合物破壞堿茅和披堿草葉片質(zhì)膜的穩(wěn)定性，損害膜結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)滲漏，加重膜脂過(guò)氧化。其中隨著處理濃度的增加，堿茅的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA上升趨勢(shì)均大于披堿草，說(shuō)明披堿草抗性好于堿茅。

表6 不同濃度NaHCO3和Na2CO3混合物處理下堿茅和披堿草Na+和K+離子的方差分析Table 6 Variance analysis of Na+ and K+ contents under different concentrations of NaHCO3 and Na2CO3 mixture treatment

凈光合速率(Pn)反映單位葉面積的碳同化能力，前人研究表明，凈光合速率的降低與植物受堿性鹽脅迫的傷害程度有關(guān)[32]。葉片氣孔部分關(guān)閉導(dǎo)致的氣孔限制和葉肉細(xì)胞光合活性下降導(dǎo)致的非氣孔限制均會(huì)造成Pn降低，且鹽堿脅迫程度較低時(shí)Pn下降多為氣孔因素影響，而當(dāng)鹽堿脅迫程度較高時(shí)Pn下降受非氣孔因素以及氣孔因素和非氣孔因素協(xié)同影響[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的堿性鹽(75和100 mmol/L)對(duì)堿茅和披堿草葉片的Pn抑制作用明顯，同時(shí)伴隨著氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)的降低和胞間二氧化碳濃度(Ci)的升高，說(shuō)明高濃度堿性鹽脅迫造成的凈光合速率下降是由氣孔因素和非氣孔因素共同造成的，這與前人研究結(jié)果一致[34]。此外，過(guò)量濃度處理破壞了堿茅和披堿草葉片碳同化能力。

PSII原初反應(yīng)的最大量子效率Fv/Fm和電子傳遞量子效率(ΦPSⅡ)是調(diào)查植物對(duì)逆境脅迫響應(yīng)的重要參數(shù)和判斷植物是否受到光抑制的重要指標(biāo)[35]。本研究中，雖然披堿草和堿茅的Fv/Fm沒(méi)有受混合物影響，但是ΦPSⅡ和qP在100 mmol/L混合物處理時(shí)均顯著降低，說(shuō)明高濃度的堿性鹽脅迫抑制光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的潛在活性。非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)可用來(lái)衡量植物過(guò)剩激發(fā)能耗散[36]。雖然堿茅的qN隨著混合物濃度的增加先下降后上升，但是沒(méi)有高于對(duì)照處理，而披堿草的qN在高濃度時(shí)顯著高于對(duì)照處理，表明披堿草更能提高熱耗散消耗來(lái)適應(yīng)堿性鹽脅迫。前人研究發(fā)現(xiàn)，高濃度堿性鹽脅迫通過(guò)抑制光系統(tǒng)II反應(yīng)的中心活性最終導(dǎo)致植物凈光合速率的降低[27]。本研究中，100 mmol/L混合物處理顯著降低了堿茅和披堿草ΦPSII，這可能是兩種植物Pn下降的原因。

超氧化物歧化酶(SOD)是最主要的一種抗氧化酶，是植物體內(nèi)清除活性氧的第一道防線，當(dāng)植物處于鹽堿脅迫時(shí)，SOD對(duì)維持活性氧的平衡起到重要作用，其活性大小與植物抗逆性密切相關(guān)[37]。有研究發(fā)現(xiàn)，SOD活性隨著鹽堿脅迫度的增加而增加[38-39]。本研究中，低濃度混合(25和50 mmol/L)處理時(shí)，堿茅和披堿草的SOD活性升高趨勢(shì)，說(shuō)明堿茅和披堿草的抗氧化酶發(fā)揮了清除活性氧的功能。而當(dāng)100 mmol/L混合物處理時(shí)，堿茅和披堿草的SOD活性顯著降低，說(shuō)明混合物的脅迫程度已經(jīng)超出兩種植物的抗氧化能力。披堿草在75 mmol/L混合物處理沒(méi)有抑制披堿草SOD活性，堿茅在50 mmol/L處理下SOD受抑制。披堿草的MDA含量在50 mmol/L濃度下含量與對(duì)照相比無(wú)明顯差異，而堿茅在這個(gè)濃度下顯著高于對(duì)照，這里說(shuō)明披堿草抗性強(qiáng)于堿茅。

植物Na+和K+代謝是其適應(yīng)鹽漬環(huán)境最為重要的生理代謝活動(dòng)，當(dāng)環(huán)境中Na+含量增高時(shí)，會(huì)拮抗植物對(duì)K+的吸收，從而限制植物生長(zhǎng)[40-41]。本研究發(fā)現(xiàn)，堿茅和披堿草的葉片和根系Na+離子含量隨著堿性鹽濃度的升高而升高，而K+離子含量和K+/Na+則呈現(xiàn)出相反趨勢(shì)。植物限制根向葉片轉(zhuǎn)運(yùn)Na+的能力是其耐受鹽堿脅迫的機(jī)制之一[42]。本研究中，堿茅限Na+能力隨著NaHCO3和Na2CO3混合物濃度的升高而升高，NaHCO3和Na2CO3混合物對(duì)披堿草限Na+能力影響不大，說(shuō)明NaHCO3和Na2CO3脅迫激活了堿茅的限Na+能力，堿茅好于披堿草的限Na+能力。

綜上，NaHCO3和Na2CO3脅迫抑制堿茅和披堿草種子萌發(fā)和幼苗干物質(zhì)積累，提高葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量，降低葉片凈光合速率和電子傳遞量子效率，對(duì)兩種植物的正常生長(zhǎng)造成傷害。同時(shí)，不同濃度混合物處理下，披堿草與堿茅相比更能維持SOD酶活性，且MDA含量以及質(zhì)膜損傷程度均低于堿茅。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示披堿草在堿性鹽混合物脅迫下的抗逆性好于堿茅。本實(shí)驗(yàn)豐富了我們對(duì)堿茅和披堿草響應(yīng)NaHCO3和Na2CO3脅迫機(jī)制的理解，對(duì)于今后在中國(guó)東北鹽堿土地區(qū)的生物修復(fù)及推廣種植披堿草具有理論指導(dǎo)意義。