鹽堿脅迫對(duì)紅花幼苗的生理影響

眭靜怡，宋雨晴，蔡俊文，徐麗萍*

（1.伊犁師范大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 伊寧 835000；2.伊犁師范大學(xué) 資源與生態(tài)研究所，新疆 伊寧 835000）

鹽堿脅迫是影響作物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力的主要非生物脅迫之一。在我國(guó)的干旱、半干旱及半濕潤(rùn)地區(qū)，土壤鹽堿化是一個(gè)不容忽視的問題。我國(guó)的鹽堿土分布廣泛，覆蓋面積巨大且類型繁多，涵蓋約19 個(gè)省區(qū)。尤其在新疆地區(qū)，由于綠洲灌溉面積相對(duì)較少，約1/4的耕地發(fā)生土壤次生鹽堿化［1］。耕地鹽堿化的嚴(yán)重性不容忽視，它對(duì)植物生長(zhǎng)的影響深遠(yuǎn)，導(dǎo)致作物產(chǎn)量大幅度減少，加劇全球糧食危機(jī)。

紅花（Carthamus tinctoriusL.）屬菊科，一年生草本植物，品種豐富，可種于庭院供人觀賞，同時(shí)也是一種集藥用、油料為一體的特種經(jīng)濟(jì)作物。紅花在新疆分布廣泛，其種植歷史可追溯到2 000 多年前，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)刂匾霓r(nóng)業(yè)資源和經(jīng)濟(jì)作物。目前，關(guān)于紅花的研究主要集中在藥理成分［2-3］、化學(xué)成分［4］以及引種栽培［5-8］等方面，而在鹽堿脅迫方面的研究主要是單獨(dú)考慮鹽脅迫對(duì)紅花生長(zhǎng)的影響［9-11］。由于新疆種植紅花的土壤多是鹽堿地，所以本研究以紅花幼苗為試材，在不同鹽堿混合溶液的處理下，探究植株體內(nèi)發(fā)生的生理生化變化，擬為鹽堿地紅花的栽培及開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

紅花種子來自伊寧縣喀什鎮(zhèn)（43°39′19.63″N，81°56′13.82″E），于2022 年4 月10 日播種在伊犁師范大學(xué)產(chǎn)學(xué)研孵化基地，在植株高3 cm且長(zhǎng)出兩片葉后，移栽至裝有園土的花盆中。當(dāng)植株長(zhǎng)出4片葉片后，開始脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將NaCl 和NaHCO3按照混合比例為1∶1、1∶2 的摩爾比例分別配置0.1 mol/L、0.3 mol/L 的混合鹽堿溶液，以蒸餾水為對(duì)照（CK），共5 組，每個(gè)濃度梯度設(shè)置3 次重復(fù)，每隔7 天處理一次，每天定時(shí)補(bǔ)水，防止干旱。在處理后，采摘幼苗新梢葉片放入保鮮袋內(nèi)，去除葉片表面雜質(zhì)，重復(fù)3 次，進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定；測(cè)定根系活力時(shí)，將植株從盆中挖出，取其根尖部位進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

丙二醛（Malondialdehydev，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［12］；可溶性糖測(cè)定采用苯酚-硫酸法［13］；脯氨酸含量測(cè)定采用磺基水楊酸法［14］；葉綠素含量的提取和測(cè)定采用乙醇浸提法［14-15］；超氧化物歧化酶活性（Superoxide dismutase，SOD）采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定［12］；過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法［12］；根系活力的測(cè)定采用白寶璋等人的甲醇浸泡法［16］；以上各指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)應(yīng)用 WPS Office Excel軟件進(jìn)行處理，應(yīng)用IBM SPSS Statistics 25 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行LSD檢驗(yàn)分析各處理間的差異顯著性，應(yīng)用GraphPad Prism 9.4.0 繪制相應(yīng)圖表，分析鹽堿處理對(duì)紅花葉片、根系部分生理生化指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿處理對(duì)紅花葉片可溶性糖含量的影響

如圖1所示，在不同比例、不同濃度的鹽堿脅迫下，紅花葉片可溶性糖含量均高于對(duì)照，在NaCl∶NaHCO3為1∶2，濃度為0.3 mol/L 時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到最大值，但處理間差異不顯著。

圖1 不同鹽堿處理下紅花葉片可溶性糖含量變化Fig.1 The variation in soluble sugar contents in C. tinctorius leaves under different saline-alkali stress

2.2 鹽堿處理對(duì)紅花葉片光合色素含量的影響

不同鹽堿脅迫下（圖2 ~ 4），葉片內(nèi)的葉綠素a、b 含量均有不同程度變化，但差異不顯著?？?cè)~綠素含量除NaCl∶NaHCO3混合比例為1∶2，濃度為0.3 mol/L 時(shí)比對(duì)照高了0.65%（P< 0.05），其余處理均低于對(duì)照。而在NaCl∶NaHCO3為1∶1，濃度為0.1 mol/L 時(shí)，總?cè)~綠素含量達(dá)到最低，比對(duì)照低了34.06%（P< 0.05）。經(jīng)差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，濃度為0.1 mol/L 時(shí)，所處理的紅花葉片中總?cè)~綠素的含量均顯著低于對(duì)照（P< 0.05）。

圖2 不同鹽堿處理下紅花葉片葉綠素a含量變化Fig.2 The variation in chlorophyll a content in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments

圖3 不同鹽堿處理下紅花葉片葉綠素b含量變化Fig.3 The variation in chlorophyll b content in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments

圖4 不同鹽堿處理下紅花葉片總?cè)~綠素含量變化Fig.4 The variation in total chlorophyll content in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments

2.3 鹽堿處理對(duì)紅花葉片脯氨酸含量的影響

由圖5可知，在混合處理鹽堿溶液濃度相同時(shí)，NaCl∶NaHCO3比例為1∶1 時(shí)葉片中的脯氨酸含量均高于比例為1∶2 時(shí)葉片中的脯氨酸含量，但二者差值不大。所有經(jīng)鹽堿處理后的植株葉片中脯氨酸含量均高于對(duì)照，但差異不顯著。

圖5 不同鹽堿處理下紅花葉片脯氨酸含量變化Fig.5 The variation in proline content in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments

2.4 鹽堿處理對(duì)紅花葉片MDA含量的影響

如圖6所示，當(dāng)NaCl∶NaHCO3比例為1∶2，濃度為0.3 mol/L 時(shí)，MDA 含量達(dá)到最大值；除NaCl∶NaHCO3比例為1∶1，濃度為0.1 mol/L 處理外，其它處理的MDA 含量均顯著高于對(duì)照（P< 0.05）。

圖6 不同鹽堿處理下紅花葉片丙二醛含量變化Fig.6 The variation in MDA content in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments

2.5 鹽堿處理對(duì)紅花葉片抗氧化酶活性的影響

2.5.1 超氧化物歧化酶活性（SOD）

在不同鹽脅迫下（圖7-A），當(dāng)NaCl∶NaHCO3為1∶1時(shí)，紅花葉片中SOD 活性大于對(duì)照。而當(dāng)NaCl∶NaHCO3為1∶2 時(shí)，SOD 活性小于對(duì)照，但差異不大。且脅迫處理組的紅花葉片SOD 活性與對(duì)照均無顯著性差異。

圖7 不同鹽堿處理下紅花葉片抗氧化酶活性的變化Fig.7 The variation in antioxidant enzyme activity in C. tinctorius leaves under different saline-alkali treatments.

2.5.2 過氧化物酶活性（POD）

由圖7-B 可知，當(dāng)NaCl∶NaHCO3為1∶1，濃度為0.3 mol/L時(shí)，葉片POD活性顯著大于對(duì)照（P< 0.05），其余均小于對(duì)照組。且經(jīng)0.3 mol/L 混合溶液處理后所得的葉片，葉片POD 活性均高于經(jīng)0.1 mol/L 混合溶液處理后的葉片POD活性。

2.6 鹽堿處理對(duì)紅花根系活力的影響

鹽堿處理對(duì)紅花根系活力的影響如圖8 所示，當(dāng)NaCl∶NaHCO3為1∶2 時(shí)，0.1 mol/L 和0.3 mol/L 濃度處理的紅花根系活力均顯著高于對(duì)照且二者相差不大（P< 0.05）。在NaCl∶NaHCO3為1∶1 情況下，0.1 mol/L 時(shí)，根系活力高出對(duì)照30.70%（P< 0.05）；0.3 mol/L時(shí)，根系活力低于對(duì)照40.33%（P< 0.05）。

圖8 不同鹽堿處理下紅花根系活力的變化Fig.8 The variation in C. tinctorius root activity under different saline-alkali treatments

3 討論與結(jié)論

可溶性糖是植物能夠抵御滲透脅迫的主要物質(zhì)之一，其含量在鹽堿脅迫下迅速增加，說明可溶性糖含量越多，植物抗性越強(qiáng)［17-18］。于美玲［9］研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下，20 種紅花幼苗中可溶性糖含量與對(duì)照相比均有顯著增加。李玉梅［19］等的研究表明，隨著NaCl、NaHCO3、Na2CO3脅迫濃度的升高，牛疊肚（Rubus crataegifoliusBge.）葉片中的可溶性糖含量呈增加趨勢(shì)。在本實(shí)驗(yàn)中，紅花葉片的可溶性糖含量隨鹽堿濃度的變化而變化，處理組的可溶性糖含量均高于對(duì)照。該結(jié)論與前人的研究結(jié)果一致，說明在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，紅花植株具有一定的抗鹽堿能力。

研究表明，葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，在光合作用的光反應(yīng)中起核心作用［12］。高武軍［10］等對(duì)6 種紅花進(jìn)行NaCl 脅迫處理后，發(fā)現(xiàn)除一種紅花總?cè)~綠素含量呈下降的趨勢(shì)外，其余5 種都是先上升后下降。于美玲［9］研究的20 個(gè)紅花品種中，5種紅花總?cè)~綠素含量呈下降趨勢(shì)，其余15種都是先上升后下降。二者結(jié)論相類似。本實(shí)驗(yàn)中，葉綠素a、b 和總?cè)~綠素含量隨著處理溶液的不同而不同，在單一角度方面有增加趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)中，葉綠素含量呈上升趨勢(shì)，前人研究結(jié)果中所呈現(xiàn)的下降趨勢(shì)并無表現(xiàn)，可能是由于本實(shí)驗(yàn)混合鹽堿濃度不大，未超出紅花植株所能承受的范圍，說明紅花具有一定的耐鹽堿性。

就脯氨酸而言，在低濃度的鹽堿脅迫下，脯氨酸含量會(huì)有所提高，但隨脅迫濃度的繼續(xù)升高，脯氨酸含量會(huì)驟然增加［12］。姚遠(yuǎn)［20］等對(duì)羊草（Leymus chinensis）的研究發(fā)現(xiàn)，羊草葉片脯氨酸含量在中度鹽堿脅迫處理下均顯著低于重度鹽堿脅迫處理，且均顯著高于對(duì)照。在本實(shí)驗(yàn)中，脅迫處理組紅花葉片的脯氨酸含量均高于對(duì)照，說明植物已受到逆境的傷害，但具體承受范圍還有待進(jìn)一步研究。該結(jié)論與前人的研究結(jié)果相同，說明紅花具有一定的耐鹽堿性。

丙二醛含量反映了植物細(xì)胞受傷害時(shí)膜脂過氧化程度，其含量高表明膜脂過氧化程度高，膜系統(tǒng)受損嚴(yán)重，進(jìn)而判斷植物的抗逆性［11］。田梅［11］等人的研究表明，經(jīng)過蒸餾水浸泡的紅花幼苗，隨Na-Cl 濃度的增高M(jìn)DA 含量增多；經(jīng)過NaCl 溶液浸泡的紅花幼苗，MDA 含量先降低后增加。韓浩章［21］等對(duì)櫸樹［Zelkova serrata（ Thunb. ） Makino］的研究發(fā)現(xiàn)，隨鹽處理濃度提高M(jìn)DA 含量上升。本實(shí)驗(yàn)中，鹽堿脅迫下葉片MDA含量與對(duì)照相比，整體相差不大，除最低濃度外，其余處理后MDA 含量均高于對(duì)照，說明紅花在逆境條件下，受到傷害的時(shí)間偏晚，程度偏輕，具有一定的抗鹽堿能力。

植物體內(nèi)的SOD、POD 等都是抗氧化酶，它們參與細(xì)胞的光合、呼吸及生長(zhǎng)素的氧化等，主要將體內(nèi)過氧化物轉(zhuǎn)換為毒害較低或無害的物質(zhì)［12］。這些酶的活性可以反映植物體內(nèi)代謝和抗逆性的變化［22-23］。于美玲［9］對(duì)20 種紅花進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下，POD 隨鹽濃度的增加總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，且不同鹽濃度處理之間差異顯著，而SOD活性隨鹽濃度變化的趨勢(shì)不明顯。馮梅［1］等人的研究表明，對(duì)于紅花幼苗來講，隨著鹽濃度增加，SOD活性逐漸減弱，植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)被破壞，有害物質(zhì)增多。本實(shí)驗(yàn)中，隨著鹽堿脅迫處理，紅花葉片POD 活性均低于對(duì)照，SOD 活性部分高于對(duì)照，部分低于對(duì)照。這一結(jié)果與前人結(jié)論中先上升后下降有相似性，可能原因有兩點(diǎn)：一是實(shí)驗(yàn)材料品種不同；二是在本次實(shí)驗(yàn)過程中，紅花植株初期遭受病蟲害，雖及時(shí)處置，但不排除受蟲害的影響，具體還需進(jìn)一步探究。

根是植物的6大器官之一，可以合成、貯存有機(jī)物質(zhì)。根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響到植物個(gè)體的生長(zhǎng)情況、營(yíng)養(yǎng)狀況和產(chǎn)量水平［12］。根系活力能客觀地反映根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)［24］。修妤［25］等的研究表明，幼苗期的藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）隨著處理鹽堿濃度的增加，根系活力呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)，雖然是對(duì)紅花植株的根系活力測(cè)定，但結(jié)論與藜麥的大體相同，隨鹽堿處理比例的增加、濃度的升高，根系活力除NaCl∶NaHCO3為1∶1，0.3 mol/L 時(shí)低于對(duì)照，其余均高于對(duì)照。根系活力高于對(duì)照，說明一定范圍內(nèi)紅花植株具有一定的抗鹽堿能力，根還能發(fā)揮其功能。

綜上，本研究表明紅花植株具有一定的抗鹽堿能力，后期再細(xì)化鹽堿濃度梯度實(shí)驗(yàn)，以期準(zhǔn)確地對(duì)紅花植株的抗鹽堿能力進(jìn)行測(cè)定，明確適合紅花生長(zhǎng)的鹽堿濃度范圍，從而更好地指導(dǎo)紅花生產(chǎn)實(shí)踐。