鹽脅迫下山烏桕幼苗對施氮量的生理響應(yīng)

凌惠鋒，賴 略

(1.河源市國有黎明林場， 廣東 河源 517200;2.河源市森林病蟲害防治服務(wù)中心,廣東 河源 517200)

1 引言

目前全世界各類鹽堿地約1×109hm2，占地球可耕地面積10%。我國鹽漬土總面積約0.4億hm2，占全國可用土地面積5%[1,2]。鹽脅迫能顯著抑制植株生長代謝，甚至直接導(dǎo)致植物死亡。研究發(fā)現(xiàn)，施用氮素不僅能減輕植物遭受的鹽害，同時通過調(diào)控養(yǎng)分平衡，促進其他營養(yǎng)元素的循環(huán)代謝，提高植物生長量[3～5]。

山烏桕(Sapiumdiscolor)屬大戟科烏桕屬落葉小喬木，廣泛分布于長江流域以南。其秋葉為紅色，園林觀賞價值高。山烏桕耐貧瘠、耐寒、耐旱、病蟲害少，能獨片成林，具有良好的水土保持和水源涵養(yǎng)功能。此外，山烏桕泌蜜量大、花期長，是一種優(yōu)良的蜜源植物，其根、皮、葉均可入藥，種子含油率達41%，可用作工業(yè)油料[6,7]。山烏桕利用價值高，開發(fā)前景廣闊，近年來逐漸成為一種重要的景觀園林與生態(tài)防護樹種。基于此，本試驗以山烏桕幼苗為試驗材料，通過分析施氮量對鹽脅迫下山烏桕幼苗生理方面的影響，以期揭示氮肥對提升山烏桕耐鹽性方面的應(yīng)用潛力，為鹽海涂灘地區(qū)山烏桕的高效培育提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

種子于2021年1月份采自河源市國有黎明林場(114°47′50″ E，24°26′49″ N)形質(zhì)優(yōu)良母樹，經(jīng)溫水浸泡去除種皮表面蠟質(zhì)后，直接進行沙床育苗。待種子發(fā)芽后，移栽至裝有珍珠巖、泥炭土(體積比，1∶1)的育苗袋中(7 cm×10 cm)中。待苗木培育10個月，選取長勢一致、無病蟲害、苗高約30 cm苗木，經(jīng)流水清洗干凈后轉(zhuǎn)移至1/2 Hoagland營養(yǎng)液中進行適應(yīng)性培養(yǎng)備用。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗處理

本試驗采用水培法，在1/2 Hoagland營養(yǎng)液中添加不同濃度NaCl和尿素進行鹽脅迫下施氮處理。其中，鹽處理先設(shè)置6個梯度，即：0(S0)、1(S1)、3(S2)、5(S3)、7(S4)、9(S5)g/L NaCl進行植株遭受鹽害程度的觀察。根據(jù)該試驗結(jié)果，選擇在0～7 g/L NaCl范圍內(nèi)各鹽處理中添加0(N0)、1.5(N1)、3(N2)g/L尿素(含氮量46%)。以上試驗各處理均設(shè)4重復(fù)，每重復(fù)40株苗，處理周期均為60 d。試驗在控制環(huán)境條件下進行，溫度26±0.5 ℃，相對濕度85%，光照強度500 μmol/(m2·s)，光照時間16 h，每周更換1次培養(yǎng)液，每日充氣一次，每次30 min。

2.2.2 指標測試

鹽害率：以鹽脅迫處理60 d后對照處理苗高增量為參照，根據(jù)對照處理苗高增量和各處理苗高增量的差與對照處理苗高增量的比值計算鹽害率，即：鹽害率(%)=(對照處理苗高增量-鹽處理苗高增量)/對照處理苗高增量×100。

葉片含水率：采集植株中上部4～5片功能葉，將其在65 ℃干燥箱中烘干至恒重。統(tǒng)計各重復(fù)葉片含水率，即：葉片含水率(%)=(葉片鮮重-葉片干重)/葉片鮮重×100。

葉片素含量：采用便攜式葉綠素速測儀進行活體測定。

丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法，游離脯氨酸含量用酸性茚三酮法測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法，全氮含量用半微量凱氏定氮法測定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析與多重比較(p<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 鹽害率變化

為分析山烏桕幼苗對鹽害的敏感程度，觀測了0～9 g/L NaCl處理60 d后幼苗高生長變化。其中，在9 g/L NaCl處理18 d時，苗木已全部死亡，因此未統(tǒng)計該處理基于苗木高度增量計算出的鹽害率。從圖1可以看出，在0～7 g/L NaCl處理下，山烏桕遭受鹽害程度差異顯著。與對照相比，在1 g/L NaCl(S1)處理下植株遭受鹽害率不明顯，而在3～7 g/L NaCl處理下隨著鹽濃度增加，山烏桕遭受的鹽害率明顯增加。其中，在7 g/L NaCl處理下鹽害率已達100%，這表明該鹽濃度處理極大抑制了植株高生長，未觀察到明顯的苗高增長量。在5 g/L NaCl處理下，鹽害率為79%，苗高增長了10%(對照為47%)。這說明，5 g/L NaCl是山烏桕的耐鹽閾值，在3(S2)、5(S3)、7(S3)g/L NaCl處理下供試山烏桕幼苗分別遭受了輕度、中度和重度的鹽害。從整體植株遭受鹽害率與處理鹽濃度間的變化關(guān)系來看，呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)二次項關(guān)系(R2=0.97)。

注：不同小寫字母表示各NaCl濃度處理間顯著性差異(α=0.05)

3.2 生理指標變化

植物水分代謝是一切生理活動的基礎(chǔ)，而葉片是調(diào)控植物生長發(fā)育的重要器官，葉片含水率的變化能直接、客觀地反映植物受到的脅迫傷害程度。通過分析不同程度鹽脅迫下施氮量對葉片含水率變化發(fā)現(xiàn)，在未受明顯鹽害的鹽處理(S1)下，施氮前后未發(fā)現(xiàn)顯著的含水率變化，而在輕度(S2)和中度(S3)鹽脅迫下，施氮明顯增加了葉片含水率，尤其在S3處理下施氮量越高含水率越大，但在重度(S3)鹽脅迫下，葉片含水率并未隨施氮量增加而發(fā)生顯著變化(表1)。從同一施氮處理不同程度鹽脅迫處理間差異來看，未施氮(N0)時隨著鹽脅迫程度加重含水率降低，而在N1、N2處理下S1與S2間含水率無明顯變化。這說明，通過施氮能顯著提升鹽脅迫下幼苗葉片含水量，特別是在輕度鹽脅迫下葉片含水率可恢復(fù)至未受脅迫的水平。

光合作用是植物合成能量物質(zhì)，實現(xiàn)正常生長發(fā)育的重要生理過程，葉綠素是植物進行光合作用的場所[8]。葉綠素含量與植物光合能力密切相關(guān)。從表1可知，葉綠素含量變化與葉片含水率變化相類似，在S1處理下施氮前后葉綠素含量無明顯變化，但在S2、S3處理下施氮增加了葉綠素含量，而在S3處理下施氮未改變?nèi)~綠素含量。在同一施氮水平下各鹽處理間葉綠素含量變化差異顯著，在未施氮N0處理下鹽脅迫程度越大葉綠素含量越低，而在N1處理下S1、S2間葉綠素含量無差異，在N2處理下S1、S2、S3間葉綠素含量無差異。這表明，施氮能增加鹽脅迫下葉片中葉綠素含量，且具有脅迫程度越重，施氮量越高，增加效果越好的趨勢。

MDA、脯氨酸、可溶性糖是3種重要的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與植物抗逆性有關(guān)[9，10]。在S1處理下，施氮未改變?nèi)~片中MDA和脯氨酸含量，但增加了可溶性糖含量，且隨著施氮濃度增加而增大。在S2和S3處理下，施氮后MDA、脯氨酸含量降低，可溶性糖含量增加；在S4處理下，施氮前后MDA與脯氨酸含量未改變，但N2施氮水平增加了可溶性糖含量。從同一施氮水平各鹽處理間滲透物質(zhì)含量大小來看，在N0、N1處理：MDA、脯氨酸表現(xiàn)為S4>S3>S2>S1，可溶性糖為S2>S1>S3>S4；在N2處理：MDA、脯氨酸則為S4>S3≈S2≈S1，可溶糖為S1≈S2>S3>S4。這說明，鹽脅迫下MDA、脯氨酸含量隨脅迫加劇而增加，而可溶性糖含量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。在輕、中度鹽脅迫下，施氮降低了MDA、脯氨酸含量，增加了可溶性糖含量，而重度鹽脅迫下高濃度施氮水平(N2)能顯著增加可溶性糖含量。

表1 鹽脅迫下施氮量對山烏桕幼苗的生理影響

3.3 葉片氮含量變化

為進一步分析施氮處理對植株氮含量的影響，檢測了各鹽處理下不同施氮水平幼苗葉片中全氮含量的變化。由圖2可知，任一施氮水平下，葉片中氮含量大小均表現(xiàn)為：S1>S2>S3>S4，而同一鹽處理水平下，在S1、S2、S3表現(xiàn)為：N0

圖2 鹽脅迫下施氮量對山烏桕幼苗葉片氮含量的影響

4 結(jié)論與討論

山烏桕觀賞價值高，生態(tài)、經(jīng)濟效益顯著[11]，通過探討山烏桕耐鹽性對豐富今后沿海地區(qū)的造林樹種意義重大。本試驗通過研究0～9 g/L NaCl處理下山烏桕幼苗耐鹽性發(fā)現(xiàn)，山烏桕屬于鹽敏感性樹種，在3～7 g/L NaCl范圍內(nèi)均遭受到不同程度鹽害，其耐鹽閾值為5 g/L(0.5%)NaCl。根據(jù)我國鹽堿地劃分，土壤含鹽量0.1%～0.2%為輕度鹽化土，含鹽量0.2%～0.4%為中度鹽化土，而含鹽量0.4%～0.6%為重度鹽化土。根據(jù)山烏桕耐鹽性，說明今后在沿海地區(qū)開展山烏桕推廣種植具有較好潛力。

施氮能引起鹽脅迫下山烏桕在水分、光合和滲透物質(zhì)方面生理響應(yīng)的變化，但不同生理指標對氮素響應(yīng)的敏感性不同。整體上表現(xiàn)為：可溶性糖含量>脯氨酸含量>葉片含水率、葉綠素含量及MDA含量。施氮能顯著增加植株葉片中可溶性糖含量，且氮水平越高可溶性糖含量越大，但該趨勢與植株遭受鹽害與否無關(guān)。相反地，葉片含水率及葉綠素、MDA含量在未遭受鹽害(1 g/L NaCl)和遭受重度鹽害(7 g/L NaCl)時，施氮未能引起三者變化，而在輕度(3 g/L NaCl)和中度(5 g/L NaCl)鹽害下，施氮顯著引起了3個指標的變化。這表明，可溶性糖含量不宜作為山烏桕耐鹽性生理指標，而以葉片含水率、葉綠素含量、MDA含量作為評價指標能較好地反映出山烏桕的鹽適應(yīng)性。

鹽害程度不同對不同施氮水平響應(yīng)的生理指標也不同。以低氮水平(1.5 g/L尿素)處理時，在輕度鹽害下山烏桕幼苗葉片中含水率與葉綠素含量可提升至無鹽害水平，但在高氮水平(3 g/L尿素)處理時，輕度和中度鹽害下葉片中MDA、脯氨酸含量與無鹽害處理間無差異。葉片含水率和葉綠素含量反映植株中水分和光合生理代謝能力[12～14]，通過施用低氮能顯著增加兩者水平，暗示了氮素能提升植物耐鹽性可能與光合和水分生理的快速響應(yīng)有關(guān)。MDA代表膜透性程度，脯氨酸為植物體內(nèi)穩(wěn)定的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[15，16]，高氮水平對MDA與脯氨酸含量的改變表明，細胞中破壞膜完整性的有關(guān)調(diào)節(jié)物質(zhì)對氮素響應(yīng)較慢。綜合以上觀測分析結(jié)果，建議根據(jù)鹽脅迫下光合和水分代謝變化更能有效地判斷山烏桕的耐鹽能力。