石榴幼苗和臭椿幼苗在鹽堿脅迫處理下的生理響應(yīng)對比研究

摘要：鹽漬化土壤環(huán)境限制了果樹產(chǎn)量和果品質(zhì)量的提升，為探究果樹在鹽堿環(huán)境下的生理響應(yīng)機(jī)制，文章將石榴幼苗與臭椿幼苗置于不同濃度梯度的鹽堿溶液中，其中利用 NaCl溶液模擬中性鹽脅迫，利用NaCl、NaCO3、NaHCO3混合溶液模擬鹽堿混合脅迫，以蒸餾水為對照（CK），分別測定鹽堿溶液脅迫處理后第5、10、15天石榴幼苗與臭椿幼苗葉片的可溶性糖含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量等生理指標(biāo)的變化。試驗結(jié)果表明，在鹽堿脅迫第10天左右，石榴幼苗和臭椿幼苗仍能保持一定的活力；在所檢測的4項生理指標(biāo)中，石榴幼苗的各項生理指標(biāo)均明顯低于臭椿幼苗；在鹽堿混合溶液脅迫處理下，石榴幼苗與臭椿幼苗的MDA含量均明顯高于中性鹽處理，說明石榴幼苗和臭椿幼苗對鹽堿環(huán)境均具有較強的適應(yīng)能力，但臭椿幼苗對鹽堿脅迫的耐受能力顯著高于石榴幼苗。試驗結(jié)果顯示，石榴幼苗和臭椿幼苗均對堿脅迫更為敏感。

關(guān)鍵詞：石榴；臭椿；鹽堿脅迫；生理指標(biāo)

中圖分類號：S665.4；S792.32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

土壤鹽堿化已成為阻礙果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要非生物因素，蘋果（Malus pumila）[1-2]、葡萄（Vitis vinifera）[3]、油桃（Prunus persica var. nectarina）[4]等果樹產(chǎn)量和果品質(zhì)量均受到土壤鹽分的嚴(yán)重制約。天津地區(qū)鹽漬化土地占比大，對果樹產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展存在巨大威脅。石榴（Punica granatum）能夠抵抗中度鹽堿脅迫，屬于鹽堿耐受力強的果樹種類[5]。將石榴幼苗在鹽堿脅迫下的生理響應(yīng)與典型耐鹽樹種臭椿（Ailanthus altissima）幼苗進(jìn)行對比和分析，能夠更好地顯示果樹在鹽堿逆境下的生理響應(yīng)機(jī)制，為果樹耐鹽堿品系的良種選育提供依據(jù)。

鹽堿脅迫對植物的影響包括對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的破壞、相關(guān)抗氧化酶活性的顯著下降、滲透脅迫下的水分虧損、高pH導(dǎo)致的植物內(nèi)環(huán)境紊亂、植物細(xì)胞中的離子失衡等[6]，尤其在植物幼苗時期，植物對鹽堿脅迫更為敏感。此外，鹽堿脅迫強度與植物遭受的鹽分組成及其濃度、暴露在鹽堿環(huán)境中的時間長短等因素也密切相關(guān)[7]。

本研究以石榴幼苗和臭椿幼苗為試驗材料，通過設(shè)置不同濃度中性鹽和鹽堿混合溶液的脅迫處理，研究石榴幼苗葉片與臭椿幼苗葉片生理指標(biāo)的變化，以期為有效利用鹽漬化土壤進(jìn)行果樹栽培、為促進(jìn)天津地區(qū)果樹產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展提供參考。

1" 材料和方法

1.1" "試驗材料

試驗材料為一年生石榴幼苗和臭椿幼苗，均購于天津市曹莊花卉市場。

1.2" "試驗方法

試驗以NaCl溶液模擬中性鹽脅迫，以NaCl、NaCO3、NaHCO3混合溶液模擬鹽堿混合脅迫，以蒸餾水為對照組（CK）。試驗共設(shè)6個鹽堿脅迫處理，其中A、B、C為中性鹽溶液脅迫處理，濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%，處理前將溶液pH調(diào)整為7.0；D、E、F為鹽堿混合溶液脅迫處理，由不同比例NaCl、NaCO3、NaHCO3混合溶液構(gòu)成，試驗設(shè)計見表1。經(jīng)測定，3種鹽堿混合溶液脅迫處理的pH分別為7.5、7.8、8.2，代表不同的堿脅迫程度。

幼苗植株經(jīng)清洗、分株、去除爛根后，置于口徑27 cm、高34 cm的塑料桶內(nèi)進(jìn)行水培，水培液為1/20 MS液體培養(yǎng)基，各處理分別加入15 L培養(yǎng)基溶液，3 d后開始進(jìn)行鹽堿脅迫處理，培養(yǎng)基溶液總體積不變，按試驗設(shè)計配置鹽堿脅迫溶液濃度，每2 d更換1次，每個處理重復(fù)3次，每5 d進(jìn)行1次生理指標(biāo)測量，處理時間共計15 d。

1.3" "生理指標(biāo)測定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[8]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸TBA顯色法測定[8]。

1.4" "數(shù)據(jù)分析

利用SPSS22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，利用單因素方差分析法進(jìn)行差異顯著性分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" "不同鹽堿脅迫處理對石榴幼苗與臭椿幼苗可溶性糖含量的影響

試驗表明，試驗周期內(nèi)對照組（CK）石榴幼苗與臭椿幼苗的可溶性糖含量差異不顯著（表2）。但與石榴幼苗相比，臭椿幼苗在中性鹽和鹽堿混合溶液脅迫下的可溶性糖含量明顯更高，這說明臭椿幼苗通過調(diào)節(jié)自身的可溶性糖含量來抵抗鹽堿脅迫的能力明顯優(yōu)于石榴幼苗，抗鹽堿性更強。

在不同濃度NaCl溶液處理下，隨著處理時間的延長，石榴幼苗的可溶性糖含量變化趨勢存在明顯差異（表2）。在0.2% NaCl溶液（A）處理下，石榴幼苗的可溶性糖含量呈明顯上升趨勢，第10、15天與第5天相比，可溶性糖含量分別上升了29.37%和64.00%；在0.4% NaCl溶液（B）處理下，隨著處理時間的延長，石榴幼苗的可溶性糖含量變化不明顯，而在0.6% NaCl溶液（C）處理下，石榴幼苗的可溶性糖含量卻隨著時間的延長呈較明顯的下降趨勢。這說明石榴幼苗對鹽脅迫較為敏感，在鹽濃度較低時，能夠激發(fā)石榴機(jī)體抗性，但鹽濃度較高時，石榴機(jī)體的活性則明顯衰減。

在這3種鹽堿混合溶液脅迫條件下，石榴幼苗的可溶性糖含量隨著處理時間的延長均呈顯著上升趨勢。第5天，D、E、F處理石榴幼苗的可溶性糖含量分別比對照組（CK）下降了1.36%、16.14%、32.99%。這3種鹽堿混合脅迫處理下，石榴幼苗的可溶性糖含量均在第15天達(dá)到最高值，分別比第5天上升了12.15%、71.43%、38.20%，其中E處理下的石榴幼苗可溶性糖含量前10 d均低于pH較低的D處理，而在第15天則明顯高于D處理；F處理的pH最高，石榴幼苗的可溶性糖含量最低。這說明鹽堿混合脅迫更容易激發(fā)石榴幼苗的機(jī)體抗性，使其體內(nèi)通過增加可溶性糖含量來調(diào)節(jié)和緩解滲透壓與水分平衡壓力。

臭椿幼苗的可溶性糖含量隨著NaCl溶液濃度上升和處理時間的延長，呈明顯上升趨勢（表2）。在0.2% NaCl溶液（A）處理下，第5、10、15天臭椿幼苗的可溶性糖含量分別比對照組（CK）上升了31.9%、16.20%、20.42%；在0.4%NaCl溶液（B）處理下，第5、10、15天臭椿幼苗的可溶性糖含量分別比對照（CK）上升了41.65%、30.59%、42.69%；在0.6% NaCl溶液（C）處理下，第5、10、15天臭椿幼苗的可溶性糖含量分別比對照組（CK）上升了90.68%、84.50%、72.50%。D處理下臭椿幼苗的可溶性糖含量在第10天出現(xiàn)下降趨勢，比第5天下降了36.12%，卻在第15天達(dá)到最大值，比對照組（CK）和第5天分別上升了162.80%和51.17%。E處理下臭椿幼苗的可溶性糖含量在第10天和第15天最高，但差異不顯著，分別比對照組（CK）和第5天上升了62.50%和47.48%、45.80%和45.80%。F處理下臭椿幼苗的可溶性糖含量最低，第5、10、15天分別比對照組（CK）下降了10.41%、18.23%、8.81%，這一趨勢與石榴幼苗表現(xiàn)一致。

2.2" "不同鹽堿脅迫處理對石榴幼苗與臭椿幼苗SOD活性的影響

在所有處理條件下，臭椿幼苗的SOD含量均顯著高于石榴幼苗，與石榴幼苗相比，臭椿幼苗在鹽堿環(huán)境條件下具有更好的抗氧化能力和環(huán)境適應(yīng)性（表3）。在不同濃度NaCl溶液處理下，石榴幼苗的SOD含量絕大部分時間均低于對照組（CK），而臭椿幼苗的SOD含量在絕大部分時間均高于對照組（CK），這說明在中性鹽脅迫條件下，石榴幼苗利用SOD消除有害氧自由基的能力較差，機(jī)體細(xì)胞易受氧化損傷，而臭椿幼苗在3種NaCl溶液處理下，SOD含量均呈先上升后下降的趨勢，第10天的SOD含量分別比第5天上升了48.60%、53.19%、49.56%，而第15天的SOD含量分別比第10天下降了4.78%、1.77%、5.68%。這說明臭椿幼苗的SOD活性在維持一段時間的較高水平后，植株的生長狀態(tài)反而好轉(zhuǎn)，表明臭椿在中性鹽脅迫條件下具有更強的適應(yīng)能力和生存能力。

在鹽堿混合脅迫條件下，石榴幼苗和臭椿幼苗的SOD含量呈一致的變化趨勢，即在第5天有所上升，而在第10天和第15天明顯下降（表3）。第15天，3種鹽堿混合溶液處理下石榴幼苗和臭椿幼苗的SOD含量分別比對照組（CK）下降了57.52%、69.51%、40.10%和49.74%、39.02%、43.54%。這說明在短時間的鹽堿混合脅迫條件下，石榴幼苗和臭椿幼苗均能通過增加SOD活性應(yīng)對逆境，但隨著脅迫時間的延長，高pH的溶液環(huán)境會使石榴幼苗和臭椿幼苗的SOD逐漸失去活性，使這2種植物機(jī)體的抗氧化能力逐漸減弱。

2.3" "不同鹽堿脅迫處理對石榴幼苗與臭椿幼苗POD活性的影響

對照組（CK）和處理組臭椿幼苗的POD含量均顯著高于石榴幼苗（表4），這說明不同植物間POD含量的顯著差異主要由遺傳因素決定。隨著鹽堿脅迫時間的延長，石榴幼苗的POD含量在0.2% NaCl溶液（A）和0.4% NaCl溶液（B）處理下均呈明顯上升趨勢，由第5天分別低于對照組（CK）22.22%和44.45%，上升到分別高于對照組（CK）105.13%和41.03%，這說明中性鹽脅迫加速了石榴幼苗組織的老化程度。在0.6% NaCl溶液（C）處理下，石榴幼苗的POD含量呈先上升后下降的趨勢，說明在中性鹽濃度很高的條件下，石榴幼苗組織的活力明顯下降。與中性鹽脅迫相比，鹽堿混合脅迫下石榴幼苗的POD含量則相對較低，絕大部分時間低于對照組（CK）水平。

在3種NaCl溶液處理下，臭椿幼苗的POD含量均隨著處理時間的延長和鹽濃度的上升呈上升趨勢，均在第15天達(dá)到最大值，3種NaCl溶液處理臭椿幼苗的POD含量分別比第5天上升了152.30%、98.25%、37.24%，差異顯著（表4），而在第10天和第15天，0.4% NaCl溶液（B）和0.6% NaCl溶液（C）處理之間臭椿幼苗的POD含量差異不顯著，但均顯著高于0.2% NaCl溶液（A）處理。這說明長時間高濃度的中性鹽脅迫能夠加速臭椿幼苗組織的老化程度。在鹽堿混合脅迫條件下，臭椿幼苗的POD含量隨著處理時間的延長呈整體上升趨勢，D、E、F處理下臭椿幼苗的POD含量均在第15天達(dá)到最大值，分別比第5天上升了130.23%、34.27%、93.62%，但始終低于對照組（CK）水平，這說明臭椿幼苗在中性鹽環(huán)境下的機(jī)體調(diào)節(jié)能力明顯優(yōu)于堿脅迫環(huán)境。

2.4" "不同鹽堿脅迫處理對石榴幼苗與臭椿幼苗MDA含量的影響

在0.2% NaCl溶液（A）處理下（表5），石榴幼苗的MDA含量隨處理時間的延長明顯上升，在第15天達(dá)到最大值，比第5天上升了95.56%。在0.4%NaCl溶液（B）和0.6% NaCl溶液（C）處理下，石榴幼苗的MDA含量在第10天達(dá)到最大值，分別比第5天上升了44.74%和18.92%，但在第15天有所下降，分別比第10天下降了27.27%和25.00%。在鹽堿混合脅迫條件下，隨著處理時間的延長，D、F處理石榴幼苗的MDA含量均呈先上升后下降的趨勢，E處理則呈持續(xù)下降趨勢，這說明石榴幼苗根系對不同鹽堿溶液環(huán)境的適應(yīng)能力和生理反應(yīng)不同，但石榴幼苗的MDA含量均明顯高于中性鹽處理，說明在鹽堿混合環(huán)境下，石榴幼苗的生存能力更強。

在0.2%NaCl溶液（A）和0.4%NaCl溶液（B）處理下（表5），臭椿幼苗的MDA含量隨著處理時間的延長呈先上升后下降的趨勢，在第10天達(dá)到最大值，分別比第5天上升了75.97%和48.21%，但在第15天下降，分別比第10天下降了48.02%和72.29%，而在0.6%NaCl溶液（C）處理下，臭椿幼苗的MDA含量隨著處理時間的延長持續(xù)上升，第15天比第5天和第10天分別上升了20.28%和48.95%，這說明在中性鹽脅迫條件下，當(dāng)鹽濃度較低時，臭椿幼苗經(jīng)過一段時間的適應(yīng)，尚可完成機(jī)體適應(yīng)性調(diào)節(jié)，而在鹽濃度較高時，其適應(yīng)調(diào)節(jié)能力明顯下降。在鹽堿混合脅迫條件下，臭椿幼苗的MDA含量隨著處理溶液pH升高和處理時間的延長整體呈明顯的上升趨勢。隨著處理時間的延長，在D、E、F處理下，臭椿幼苗的MDA含量均在第15天達(dá)到最大值，分別比第5天上升了33.54%、114.19%、78.38%。鹽堿混合溶液pH越高，臭椿幼苗的MDA含量越高。在D、E、F處理下，臭椿幼苗的MDA含量在第15天分別比對照（CK）上升了75.83%、176.67%、120.00%，這說明根系環(huán)境的pH越高，對臭椿幼苗造成的生存壓力越大。

3" 結(jié)論與討論

可溶性糖是植物機(jī)體內(nèi)的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，反映植物在逆境條件下的抗性能力。本研究結(jié)果表明，在不同濃度中性鹽和鹽堿混合溶液的脅迫下，石榴幼苗和臭椿幼苗的可溶性糖含量變化趨勢均呈低濃度時較高、高濃度時較低的現(xiàn)象，且隨著處理時間的延長，植物受害程度明顯加強，石榴幼苗和臭椿幼苗的可溶性糖含量持續(xù)上升，這與前人研究結(jié)果一致[5，9-10]?？傮w來說，臭椿幼苗的可溶性糖含量比石榴幼苗稍高，這說明在鹽堿逆境下，臭椿幼苗比石榴幼苗更容易在細(xì)胞中積累可溶性糖，降低細(xì)胞水勢，水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力更強，有更強的耐鹽堿生理調(diào)節(jié)能力。

超氧化物歧化酶（SOD）通過消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)以及在逆境環(huán)境下產(chǎn)生的大量有害氧自由基，保護(hù)植物細(xì)胞免受氧化損傷。本研究結(jié)果顯示，石榴幼苗和臭椿幼苗在不同濃度鹽堿脅迫條件下的變化趨勢與前人研究結(jié)論一致[5，10]。在所有處理條件下，臭椿幼苗的SOD含量均顯著高于石榴幼苗，說明臭椿在鹽堿環(huán)境條件下清除細(xì)胞內(nèi)活性氧、保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的能力更強。

過氧化物酶（POD）是酶促防御系統(tǒng)中的重要保護(hù)酶，反映植物對逆境抵抗能力的強弱。本研究結(jié)果表明，在鹽堿脅迫條件下，石榴幼苗和臭椿幼苗這2種不同植物間的POD含量差異極顯著，臭椿幼苗的POD含量總體比石榴幼苗高出5倍以上。這說明在鹽堿脅迫條件下，臭椿的POD酶活性非常敏感，極易被激發(fā)，能夠更及時地保護(hù)植物機(jī)體免受毒害和損傷。此外，在中性鹽脅迫條件下，石榴幼苗和臭椿幼苗的POD含量均高于鹽堿混合脅迫，這說明根際的堿脅迫對這2種植物的傷害比鹽脅迫更強，這一結(jié)果與前人研究結(jié)論一致[5，10]。

植物體內(nèi)丙二醛（MDA）含量隨著時間的推移和逆境的積累，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)合成受阻，細(xì)胞功能紊亂，對植物體生長發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響[11]。本研究結(jié)果表明，在不同濃度處理條件下，石榴幼苗和臭椿幼苗的MDA變化均反映出了鹽堿對植物的脅迫壓力。在鹽堿混合環(huán)境下，石榴幼苗和臭椿幼苗根系的MDA含量均明顯高于中性鹽脅迫下的MDA含量，這一結(jié)果與石榴幼苗和臭椿幼苗的POD含量結(jié)果一致，說明鹽堿混合環(huán)境所造成的植物生存壓力更大。

綜上所述，石榴幼苗和臭椿幼苗對鹽堿環(huán)境均具有較強的適應(yīng)能力，隨著處理溶液鹽濃度的加劇、pH的升高以及處理時間的延長，石榴幼苗和臭椿幼苗葉片生理指標(biāo)的變化趨勢并不呈單一上升或下降趨勢，而是因不同鹽堿濃度脅迫處理的變化呈不同的變化趨勢。石榴與臭椿展現(xiàn)出極其顯著的植物間差異，在所有的測試指標(biāo)中，臭椿幼苗對鹽堿脅迫的耐受能力均顯著高于石榴幼苗。此外，石榴幼苗和臭椿幼苗在鹽堿混合環(huán)境下的生理變化均比中性鹽脅迫下更明顯，說明石榴和臭椿均對堿脅迫條件更為敏感。

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