混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗形態(tài)及生理指標(biāo)的影響

郝艷玲， 閆偉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，呼和 浩特 010000）

土壤鹽堿化是全球最為嚴(yán)峻的生態(tài)問(wèn)題，已成為影響全球植物生長(zhǎng)發(fā)育的脅迫因素之一[1]。鹽堿脅迫使植物出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、黃化早衰、品質(zhì)下降以及產(chǎn)量降低等不良表現(xiàn)[2-5]。我國(guó)鹽漬土面積約占國(guó)土面積的25%，近年來(lái)，隨著氣候的變化、環(huán)境污染以及對(duì)土地使用不當(dāng)?shù)仍颍瑢?dǎo)致次生鹽漬化土壤面積逐年增加[6]。據(jù)調(diào)查，我國(guó)約有2 000 萬(wàn) hm2的鹽堿地和 600 萬(wàn) hm2的鹽漬化土壤[6]。我國(guó)絕大部分地區(qū)的鹽堿地所含鹽分復(fù)雜，土壤鹽化與堿化往往同時(shí)發(fā)生，對(duì)植物構(gòu)成鹽、堿雙重脅迫[7]。鹽堿害已成為當(dāng)今造林綠化面臨的重要問(wèn)題。

白榆（Ulmus pumila）又稱家榆，為榆科榆屬多年生落葉喬木，廣泛分布于我國(guó)大部分地區(qū)。榆樹(shù)歷來(lái)是我國(guó)北方城市五大鄉(xiāng)土園林樹(shù)種之一，也是世界四大行道綠化樹(shù)種之一[8]，其具有萌蘗能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、木質(zhì)好、長(zhǎng)速快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗蟲(chóng)抗病、抗風(fēng)、抗污染能力強(qiáng)和保持水土能力強(qiáng)等特點(diǎn)[9]，已成為我國(guó)北方重要的造林樹(shù)種之一[10]；同時(shí)，白榆在耐鹽堿抗旱等方面也具有一定優(yōu)勢(shì)[11-12]，可作為鹽堿地區(qū)造林綠化中的首選樹(shù)種。因此，研究榆樹(shù)對(duì)土壤混合鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際指導(dǎo)意義。

鹽堿土中的氯化物、碳酸鹽及鹽分含量會(huì)對(duì)植物的存活產(chǎn)生一定的影響，是限制鹽堿土分布區(qū)植物生長(zhǎng)、植被恢復(fù)最直接的因素。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于白榆抗鹽堿脅迫方面的研究多數(shù)為單一因子的研究[13-16]，關(guān)于混合鹽脅迫的研究相對(duì)較少?；旌消}堿脅迫可更好地模擬植物耐鹽堿性的實(shí)際情況，對(duì)耐鹽堿品種的選育研究具有實(shí)際意義[17]。本研究采用等濃度的NaCl 和NaHCO3混合鹽進(jìn)行脅迫處理，旨在探究混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗生長(zhǎng)、生理指標(biāo)的影響，并通過(guò)耐鹽性評(píng)價(jià)，探究混合鹽脅迫條件下白榆幼苗的生長(zhǎng)和適應(yīng)機(jī)制，旨在為鹽堿地耐鹽堿品種的篩選和培育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年5—10月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)（E 111°70′30″，N 40°81′10″）林學(xué)院人工氣候室中進(jìn)行，該地區(qū)海拔1 044 m，設(shè)定人工氣候室溫度為20±5 ℃。試驗(yàn)所用的白榆種子于2020年5月采自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)，千粒重為（5.927 9±0.000 2）g，搓翅去雜，水選剔除空粒和雜質(zhì)后，自然風(fēng)干備用。

1.2 試驗(yàn)方法

選擇大小一致、飽滿且無(wú)病蟲(chóng)害的種子，先用質(zhì)量濃度為1%的高錳酸鉀溶液浸泡15 min 消毒，再用蒸餾水沖洗干凈，浸泡于27 ℃清水中進(jìn)行24 h催芽處理，隨后播種于基質(zhì)（主要為蛭石和營(yíng)養(yǎng)土，體積比為2∶1）中，營(yíng)養(yǎng)缽高15 cm，直徑12 cm。3個(gè)月后，選取長(zhǎng)勢(shì)相同的幼苗54 株，重新植苗，每缽種植3 株幼苗。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)澆灌含有等濃度NaCl 和NaHCO3溶液進(jìn)行處理，設(shè)置6個(gè)混合鹽濃度處理[0（CK）、10（T1）、30（T2）、50（T3）、70（T4）、100（T5）mmol·L-1]，每個(gè)處理均設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，取100 mL 對(duì)應(yīng)濃度的混合鹽溶液進(jìn)行澆灌處理，控制單一變量，使用稱重法[18]進(jìn)行定時(shí)補(bǔ)水，以保持土壤中的鹽濃度不變。連續(xù)脅迫35 d，每7 d的清晨取位于小枝條中部葉片進(jìn)行單株采樣，每個(gè)處理采樣重復(fù)3次，用于測(cè)定生理指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在鹽脅迫處理前對(duì)白榆幼苗的株高（H1）和地徑（D1）進(jìn)行測(cè)量；脅迫35 d 后對(duì)其株高（H2）與地徑（D2）進(jìn)行第2 次測(cè)量，并計(jì)算白榆幼苗株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量。待所有鹽脅迫處理試驗(yàn)結(jié)束后用低溫烘干法測(cè)定其根部干重及地上部分干重，并計(jì)算其總生物量、根冠比以及鹽耐受系數(shù)（salt tolerance coefficient，STI）[19]，計(jì)算公式如下。

式中，DW鹽為鹽處理下植株干重，DW對(duì)照為對(duì)照植株干重。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定 參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[20]，利用UV-2800H 紫外分光光度計(jì)［尤尼柯（上海）儀器有限公司］測(cè)定白榆幼苗的生理指標(biāo)，其中過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定；丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定；可溶性糖（soluble saccharin，SS）含量采用蒽酮比色法測(cè)定；葉綠素（cholrophyll，CHL）含量采用丙酮法測(cè)定；電導(dǎo)率采用浸泡法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPASS 24.0軟件進(jìn)行方差分析、顯著性檢驗(yàn)及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量的影響 由圖1 可知，不同鹽濃度脅迫下，白榆幼苗的株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量隨鹽濃度的增加均顯著降低（P＜0.05）。T1 處理白榆幼苗的株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量分別為4.37、0.38 mm，分別較 CK 降低了 42.95%、54.31%；T2 與 CK 相比，株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量分別降低61.22%、73.47%。T3、T4、T5 處理抑制作用進(jìn)一步增強(qiáng)。結(jié)果表明白榆幼苗對(duì)混合鹽脅迫敏感，在低濃度鹽脅迫下即可產(chǎn)生明顯的生長(zhǎng)抑制作用。

圖1 混合鹽脅迫下白榆幼苗的株高增長(zhǎng)量和地徑增長(zhǎng)量Fig.1 Plant height growth and ground diameter growth of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.1.2 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗生物量、鹽耐受系數(shù)的影響 由表1 可知，總生物量、根質(zhì)量和鹽耐受系數(shù)均隨鹽脅迫濃度增加而下降，各處理組與CK 相比差異顯著（P＜0.05）。T5 處理白榆幼苗的總生物量、根質(zhì)量和鹽耐受系數(shù)下降最明顯，與CK 相比，分別降低了60.01%、57.36%、60.0%；T2、T3、T4、T5處理組間總生物量、根質(zhì)量以及鹽耐受系數(shù)下降平緩，差異不顯著（P＞0.05）；T1 處理白榆幼苗的總生物量、根質(zhì)量和鹽耐受系數(shù)均顯著高于其他鹽脅迫處理（P＜0.05）。根冠比在某種程度上可反映植物在鹽脅迫環(huán)境下的適應(yīng)能力，鹽脅迫處理根冠比均大于CK，說(shuō)明鹽脅迫對(duì)于植株的根系部分抑制作用小于地上部分，T4 處理根冠比最大，與CK 相比，增加了25.66%，但各鹽脅迫處理根冠比與CK 相比差異不顯著（P＞0.05）。結(jié)果表明白榆幼苗應(yīng)對(duì)鹽脅迫的策略是通過(guò)增加幼苗根部生物量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

表1 混合鹽脅迫下白榆幼苗的生物量和鹽耐受系數(shù)Table1 Biomass and salt tolerance coefficient of Ulmus pumila seedlings under different mixed salt stress

2.2 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗MDA 含量及SS 含量的影響 如圖2 所示，同一處理時(shí)間時(shí)，隨著鹽濃度的增加，MAD 含量也隨之增加；T5 處理脅迫7、14、21、28、35 d 時(shí) MDA 含量分別為 3.47、4.33、3.88、3.93、3.61 mol·g-1，分別比 CK 顯著增加了17.63%、72.51%、8.99%、35.52%、45.56%（P＜0.05）。在同一鹽濃度脅迫處理下，白榆幼苗SS 含量在脅迫 7、14、21、28 d 時(shí)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，T2 處理脅迫 7、14、28 d 時(shí) SS 含量均達(dá)到最大值。脅迫35 d 時(shí)，白榆幼苗SS 含量隨著鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，各處理組SS含量均顯著低于CK（P＜0.05）。結(jié)果表明，白榆幼苗在鹽濃度較低時(shí)，細(xì)胞膜系統(tǒng)受到損害，MDA 含量增加，但可通過(guò)增加可溶性糖含量進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

圖2 混合鹽脅迫下白榆幼苗MDA含量及SS含量的變化Fig.2 Changes of MDA content and SS content of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.2.2 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗SOD 活性及POD活性的影響 由圖3 可知，同一脅迫處理時(shí)間，隨著混合鹽脅迫濃度的提高，白榆幼苗葉片的SOD活性和POD 活性均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。T2 處理脅迫 7、14、21、28 d 時(shí) SOD 活性均增加到最大值，分別較CK 顯著增加了49.25%、22.74%、24.06%、13.55%（P＜0.05）；T1 處理脅迫35 d 時(shí) SOD 活性達(dá)到最大值（P＜0.05）。T2 處理脅迫 7、14、21、28、35 時(shí) POD 活性均達(dá)到最大值，分別較CK 顯著增加了16.82%、12.69%、52.58%、40.66%、31.53%（P＜0.05）。結(jié)果表明，白榆幼苗可通過(guò)提高體內(nèi)的SOD 活性和POD 活性來(lái)抵御低濃度鹽脅迫。

圖3 混合鹽脅迫下白榆幼苗SOD活性及POD活性的變化Fig.3 Changes of SOD and POD activities of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.2.3 混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗膜透性及葉綠素的影響 由圖4 可知，在同一脅迫時(shí)間處理下，隨著混合鹽濃度的增加，白榆幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率整體上呈增加的趨勢(shì)。T5 時(shí)，白榆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到最大值，脅迫7、14、21、28、35 d 分別較CK顯著增加了52.33%、82.88%、70.17%、91.70%及85.90%（P＜0.05）。同一脅迫時(shí)間處理下，隨著鹽濃度的增加，白榆幼苗葉片的葉綠素含量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，T5 處理葉綠素含量在不同脅迫時(shí)間下含量均最低，CK 均最高。脅迫 7、14、21、28、35 d 時(shí)，T5 處理葉綠素含量分別較CK 顯著降低了39.88%、27.11%、58.88%、77.55%、83.96%（P＜0.05）。結(jié)果表明，鹽脅迫對(duì)白榆幼苗體內(nèi)的膜透性及葉綠素?fù)p害較為嚴(yán)重，在鹽脅迫下，白榆幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率顯著增加，葉綠素含量顯著下降。

圖4 混合鹽脅迫下白榆幼苗相對(duì)電導(dǎo)率及葉綠素含量的變化Fig.4 Changes of relative conductivity and chlorophyll content of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

3 討論

鹽堿地成分較為復(fù)雜，用單一成分鹽對(duì)植物進(jìn)行抗鹽性研究存在一定程度的局限性，但目前混合鹽脅迫對(duì)白榆幼苗生長(zhǎng)及生理特性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究結(jié)果表明，白榆幼苗在混合鹽脅迫下，其生物量、株高增長(zhǎng)量及地徑增長(zhǎng)量均受到明顯抑制，這與前人對(duì)降香黃檀幼苗[21]、檉柳以及白刺[22]等研究結(jié)果一致。

根冠比可反映植物在逆境環(huán)境中生物量對(duì)地上部分與根系部分的分配，植物的不同器官對(duì)于鹽分的敏感程度不同，進(jìn)而造成植物生物量分配存在差異[19]。多數(shù)植物為能夠在高鹽濃度的環(huán)境下生存，會(huì)通過(guò)降低地上生物量的積累以維持植物體內(nèi)的水分[23]。本研究結(jié)果表明，不同混合鹽濃度處理下白榆幼苗的根冠比均大于對(duì)照，說(shuō)明白榆幼苗應(yīng)對(duì)鹽脅迫的策略是通過(guò)增加幼苗根部生物量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，原因?yàn)樵黾痈瞪锪坑欣谟酌鐚?duì)水分的吸收，進(jìn)而稀釋細(xì)胞內(nèi)的鹽分，提高耐鹽性。

膜系統(tǒng)是植物在鹽脅迫條件下受植物鹽害的主要部位，細(xì)胞膜受到損害時(shí)丙二醛含量會(huì)增加[24]，電導(dǎo)率也會(huì)發(fā)生變化[25]。本研究結(jié)果表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增加；同時(shí)，植物體內(nèi)的過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶活性會(huì)被激活，從而加大對(duì)細(xì)胞內(nèi)自由基的清除作用，提高其自身清除活性氧的能力，減輕膜脂過(guò)氧化的程度。在不同脅迫時(shí)間處理時(shí)，過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶酶活性最大值均出現(xiàn)在鹽濃度為30 mmol·L-1時(shí)，說(shuō)明在更高鹽濃度脅迫下，鹽傷害會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化物酶及超氧化物歧化酶等保護(hù)酶系統(tǒng)也會(huì)受到破壞，導(dǎo)致活性降低，膜系統(tǒng)的傷害指數(shù)隨之增加[26]。

可溶性糖對(duì)維持植物體內(nèi)的滲透壓至關(guān)重要，其含量在逆境環(huán)境下會(huì)有所增加[27]。本研究結(jié)果表明，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性糖含量無(wú)顯著變化，而較低混合鹽脅迫濃度可增加溶性糖含量，原因?yàn)榈望}脅迫環(huán)境下會(huì)使白榆幼苗體內(nèi)滲透壓升高，提高細(xì)胞的吸水能力；但當(dāng)鹽濃度增高到一定量時(shí)，細(xì)胞離子平衡系統(tǒng)遭到破壞，滲透勢(shì)下降，可溶性糖含量會(huì)急劇降低[28]。如在鹽脅迫處理35 d 時(shí)，白榆幼苗可溶性糖含量出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，說(shuō)明植物自身對(duì)鹽傷害的修復(fù)能力已達(dá)到極限。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，葉綠素含量可直接反映植物光合能力。植物在鹽脅迫條件下，往往會(huì)抑制葉綠素的合成，從而會(huì)一定程度影響其生長(zhǎng)狀況[29]。本研究結(jié)果表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，白榆幼苗體內(nèi)的葉綠素含量呈顯著下降的趨勢(shì)，這與閆晶秋子等[18]對(duì)蒙桑鹽脅迫研究的結(jié)果一致。

林興生等[30]對(duì)稗草進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度為100 mmol·L-1時(shí)，植株死亡率高達(dá)40%；黃山欒在鹽濃度為75 mmol·L-1時(shí)部分種苗出現(xiàn)枯萎甚至死亡現(xiàn)象，NaCl 濃度為 100 mmol·L-1時(shí)，農(nóng)桑14 號(hào)、農(nóng)桑12 號(hào)以及農(nóng)桑32 號(hào)出現(xiàn)整片葉泛黃，甚至部分植物死亡的情況[18]；韓志平等[31]研究結(jié)果顯示，黃花菜在混合鹽脅迫15 d 時(shí)致死濃度為100 mmol·L-1；混合鹽對(duì)植物的影響大于 NaCl 單鹽[32-33]。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫35 d 時(shí)，混合鹽濃度為100 mmol·L-1的白榆幼苗仍可發(fā)育，說(shuō)明白榆幼苗具有較強(qiáng)的抗鹽能力。

綜上所述，白榆幼苗在鹽脅迫條件下，生物量降低、生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯的抑制，隨著鹽脅迫濃度的增加以及脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，白榆幼苗通過(guò)激發(fā)自身體內(nèi)的過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量的積累，從而減少細(xì)胞膜損傷的程度；并通過(guò)增加可溶性糖含量，提高白榆幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，降低鹽脅迫對(duì)白榆幼苗的傷害；在鹽濃度為 100 mmol·L-1，白榆幼苗脅迫至 35 d 時(shí)，白榆幼苗出現(xiàn)葉片泛黃以及輕微葉片萎蔫，但仍可正常發(fā)育生長(zhǎng)，說(shuō)明白榆幼苗表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性和耐鹽性，可用于鹽堿地造林綠化。