NaCl脅迫對滇黃精幼苗生長和生理特性的影響

摘要：本試驗以滇黃精幼苗為材料，采用容器澆鹽法控制含鹽量，NaCl濃度分別設(shè)為50、100、150、200mmol/L，以清水為對照（CK），研究不同濃度NaCl脅迫下滇黃精幼苗生長及生理指標的變化情況，并通過相關(guān)性分析、主成分分析和隸屬函數(shù)法對其脅迫程度進行評價，探究不同濃度鹽分對滇黃精幼苗生長及生理特性的影響。結(jié)果表明，不同濃度NaCl脅迫下，滇黃精幼苗生長及生理指標均存在明顯差異；隨NaCI濃度增加，滇黃精幼苗各農(nóng)藝性狀指標呈下降趨勢；葉片光合色素含量變化顯著，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量在NaCl脅迫下呈下降趨勢；丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性和葉片相對電導(dǎo)率呈上升趨勢；過氧化物酶（POD）活性和還原型谷光甘肽（CSH）含量則呈先升后降趨勢。主成分分析結(jié)果表明，莖粗、須根長、須根粗、葉綠素、SOD、MDA、相對電導(dǎo)率等指標可作為滇黃精遭受NaCl脅迫的鑒定指標。根據(jù)耐鹽性綜合評價得出，滇黃精幼苗受NaCI脅迫程度從高到低依次表現(xiàn)為200 mmol/L、150mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L。該研究結(jié)果可為滇黃精優(yōu)質(zhì)栽培提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：NaCl脅迫；滇黃精幼苗；生長指標；生理特性

中圖分類號：S567.23+9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）12-0054-07

土壤鹽漬化是植物生長過程中重要的非生物脅迫因素之一，隨著氣候地形因素的變化和人為活動的影響，土壤鹽漬化程度越發(fā)嚴重。我國鹽漬土的分布范圍廣、面積大。土壤鹽漬化會導(dǎo)致作物品質(zhì)和產(chǎn)量降低、土壤滲透、氧化損傷、有效耕地面積減少等危害，因此，探究植物的耐鹽能力將有利于藥用植物在逆境環(huán)境中的生長，對合理開發(fā)和利用鹽漬地具有重要的指導(dǎo)意義。

滇黃精（Polygonatum，kingianum Coll.etHemsl.）為多年生藥食同源草本植物，為中藥黃精的基原植物之一，以其根莖人藥，味甘，性平，歸脾、肺、腎經(jīng)，具有補氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎的功效。近代藥理研究表明，黃精具有抗氧化、抗骨質(zhì)疏松、抗心肌細胞損傷、抗腫瘤、抗高血脂、抗心腦血管疾病、改善睡眠等作用。滇黃精多產(chǎn)于云南、四川、貴州等地。其繁殖方式有根莖繁殖和種子繁殖，如長期用根莖繁殖，不僅出苗率低且種苗整齊度差，使產(chǎn)量和質(zhì)量下降，導(dǎo)致品種退化，因此，不少學(xué)者對滇黃精種子的繁殖特性開展了相關(guān)研究。目前關(guān)于滇黃精的研究主要集中在種子萌發(fā)、化學(xué)成分、組織培養(yǎng)、栽培措施、病原鑒定等方面，對鹽脅迫方面的研究主要以黃精種子作為試驗材料，而對滇黃精幼苗耐鹽性的研究還鮮有報道。本試驗通過研究NaCl脅迫對幼苗生長和生理特性的影響，明確其耐鹽性，以期為滇黃精優(yōu)質(zhì)栽培提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

滇黃精種子購自云南煜欣農(nóng)林生物科技有限公司，其基本性狀見表1。

1.2試驗方法

滇黃精種子經(jīng)揉搓漂洗后沙藏于4℃種子儲藏柜。沙藏4個月后，2月上旬開始育苗，7月下旬滇黃精幼苗長至兩片葉時，選取生長良好、長勢一致的幼苗移栽至塑料盆（口徑19 cm，底徑10cm，高13 cm）內(nèi)。盆內(nèi)填裝泥炭土與蛭石為2：1的混合基質(zhì)，每盆裝0.6 kg。移栽期間噴施兩次霍格蘭營養(yǎng)液，移栽后10天澆等體積（200 mL）不同濃度的NaCl溶液，每周定時定量補充2次鹽溶液。各處理NaCl溶液濃度分別為50（T1）、100（T2）、150（T3）、200（T4） mmol/L，以清水為對照（CK）。每盆種10株幼苗，重復(fù)3次，每處理共30株。盆栽置于組培室內(nèi)，NaCl溶液脅迫20 d時取樣進行相關(guān)指標測定。

1.3測定指標及方法

1.3.1農(nóng)藝性狀測定 鹽脅迫處理結(jié)束后，每處理隨機選擇幼苗植株取樣調(diào)查根數(shù)：采用鋼尺（精度0.1 cm）測量幼苗株高、最大葉長、最大葉寬和須根長：用游標卡尺（精度0.01 mm）測量莖粗、須根粗；用天平（精度0.001 g）稱量植株全株鮮重、全株干重，并計算根冠比。每處理測量5株取平均值。

1.3.2光合色素含量測定 脅迫處理結(jié)束后，用95％乙醇提取比色法測定幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量。

1.3.3生理指標測定 脅迫處理結(jié)束后，各處理分別取長勢一致的植株20株，取所有葉片凍存待測。用試劑盒（北京索萊寶科技有限公司）測定葉片過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、還原型谷胱甘肽（GSH）含量；用力辰科技多參數(shù)測量儀LC-MP-31測定相對電導(dǎo)率；蒽酮比色法測定可溶性糖（SS）含量；考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白（SP）含量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，采用Microsoft Excel 2019進行整理，利用Origin 2022軟件繪圖，SPSS 26.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差顯著性檢驗、相關(guān)性分析和主成分分析。同時用隸屬函數(shù)法進行綜合分析及評價，計算公式為：

R（Xi）=（Xi-Xmin）／（Xmax-Xmin）； （1）

R（Xi）=1-（Xi-Xmin）／（Xmax-Xmin）。 （2）

式中，Xi為黃精指標的測定值，Xmin和Xmax表示測定值的最小值和最大值。若測定指標與耐鹽性呈負相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)法進行轉(zhuǎn)換（公式2）。最后將各試樣所有指標的隸屬函數(shù)值進行累加后取算術(shù)平均值。

2結(jié)果與分析

2.1NaCl脅迫對滇黃精幼苗農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1對滇黃精幼苗地上部生長的影響 由表2可知，不同濃度NaCl脅迫均不同程度地抑制黃精幼苗地上部生長，其中莖粗、最大葉長和最大葉寬較CK均減小，T2處理幼苗株高略高于CK，其他處理均低于CK。高濃度NaCl脅迫對幼苗生長的抑制更為明顯，但各處理間差異均不顯著。

2.1.2對滇黃精幼苗根生長的影響 由表3可知，各鹽脅迫處理均對黃精幼苗根的生長有抑制作用，隨NaCl濃度增加，幼苗的根數(shù)、須根長和須根粗整體均呈下降趨勢：各指標均在T4處理下最低，分別較CK減少21.21％、29.35％和30.91％，其中須根長和須根粗與CK差異顯著。

2.1.3對滇黃精植株鮮重、干重及根冠比的影響 由表4可以看出，隨NaCl濃度增加，滇黃精幼苗全株鮮重和干重及根冠比均呈下降趨勢。T4處理下，全株鮮重較CK顯著下降，降幅達31.88％；全株干重最低，為0.09 g，但與CK差異不顯著；根冠比各鹽脅迫處理均低于CK，但差異不顯著。

2.2NaCl脅迫對滇黃精幼苗葉片光合色素含量的影響

由表5可以看出，各NaCl脅迫處理滇黃精幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量均較CK顯著下降。幼苗葉片總?cè)~綠素含量T1處理低于CK，但差異不顯著，其他處理均顯著低于CK，且T3b理含量最低，較CK下降26.70％。幼苗葉片類胡蘿卜素含量隨NaCI脅迫濃度升高整體也呈下降趨勢，T4處理顯著低于CK，降幅達40.00％，其他處理間差異不顯著。

2.3NaCl脅迫對滇黃精幼苗葉片生理指標的影響

由表6可以看出，T3處理幼苗葉片SOD活性最高，與T4處理差異不顯著，但顯著高于其他處理，是CK的1.93倍。各鹽脅迫處理幼苗葉片POD活性均顯著低于CK，T2、T4處理的活性均較低，為294 U/g，表明其抗氧化系統(tǒng)受損嚴重。

各鹽脅迫處理幼苗葉片MDA含量均顯著高于CK，T4處理最高，為94.09 nmol/g，是CK的3.37倍。T4處理黃精幼苗葉片Pro含量顯著高于其他處理，為576.08 ug/g，是CK的2.80倍，表明黃精幼苗通過增加葉片脯氨酸含量抵御NaCl逆境脅迫。

T2處理黃精幼苗葉片GSH含量顯著高于其他處理，為371.11 ug／g，是CK的1.32倍；T3處理的含量最低，為195.19 ug／g，與CK差異顯著。T4處理幼苗葉片SS含量最高，為23.81％，T3處理含量最低，為13.12％，二者差異顯著，T1、T2、T3處理間無顯著差異。

黃精幼苗葉片SP含量處理間差異顯著，T4處理最高，為2.59 mg/g，是CK的1.42倍，T1處理最低；T1、T2處理均顯著低于CK，T3、T4處理則均顯著高于CK。

隨著NaCl濃度增加，幼苗葉片相對電導(dǎo)率呈上升趨勢，處理間差異顯著，其中T4處理下相對電導(dǎo)率最高，為84.61％，是CK的1.28倍，表明葉片質(zhì)膜系統(tǒng)受損嚴重。

2.4NaCl脅迫下滇黃精幼苗生長與生理指標的相關(guān)性分析

由圖1可知，NaCl脅迫下，滇黃精幼苗株高與類胡蘿卜素、Pro含量分別呈顯著正相關(guān)、負相關(guān)：莖粗與最大葉長、最大葉寬和全株鮮重呈極顯著正相關(guān)，與葉片相對電導(dǎo)率呈極顯著負相關(guān)，與須根長、須根粗、全株干重、總?cè)~綠素含量、類胡蘿卜素含量呈顯著正相關(guān)，與葉片SOD活性呈顯著負相關(guān)；最大葉長與須根粗、全株干重呈極顯著正相關(guān)，與葉片SOD活性和相對電導(dǎo)率呈極顯著負相關(guān)，與最大葉寬、須根長、全株鮮重、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量呈顯著負相關(guān)；最大葉寬與全株鮮重呈極顯著正相關(guān)，與葉片相對電導(dǎo)率呈極顯著負相關(guān)，與須根長、須根粗、全株干重呈顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量呈顯著負相關(guān)；根數(shù)與須根長呈極顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量呈顯著負相關(guān)；須根長與全株干重呈極顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量呈極顯著負相關(guān)，與須根粗、全株鮮重呈顯著正相關(guān)，與葉片相對電導(dǎo)率呈顯著負相關(guān)；須根粗與全株干重呈極顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率呈極顯著負相關(guān)，與全株鮮重、葉片POD活性呈顯著正相關(guān)，與葉片SOD活性呈顯著負相關(guān)；全株干重與全株鮮重、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān)，與葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率呈極顯著負相關(guān)，與葉片SOD活性呈顯著負相關(guān)；全株鮮重與葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率呈顯著負相關(guān)；葉片總?cè)~綠素含量與葉片SOD活性呈極顯著負相關(guān)；葉片類胡蘿卜素含量與葉片Pro含量呈極顯著負相關(guān)，與SP含量呈顯著負相關(guān)。

葉片SOD活性與葉片相對電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)：葉片POD活性與葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率呈顯著負相關(guān)：葉片MDA含量與葉片相對電導(dǎo)率呈極顯著正相關(guān)。其他指標間均表現(xiàn)為無顯著相關(guān)性。

綜上表明，鹽脅迫處理會對滇黃精幼苗生長與生理特性造成影響，大部分指標間存在顯著或極顯著交互作用。

2.5NaCl脅迫下幼苗生長與生理指標的主成分分析

對NaCl脅迫下滇黃精幼苗的各指標進行主成分分析，以特征值大于1為標準提取出3個主成分（表7）。第1主成分特征值為13.884，方差貢獻率最大，為73.073％，特征向量中正向載荷較高的性狀有莖粗、最大葉長、最大葉寬、須根長、須根粗、全株干重、全株鮮重、總?cè)~綠素含量，負向載荷較高的性狀有SOD活性、MDA含量、相對電導(dǎo)率，其特征向量值均大于0.9，反映的是生長因子、滲透調(diào)節(jié)因子以及光合因子：第2主成分特征值為2.451，方差貢獻率為12.902％，特征向量中正向載荷較高的性狀為Pro、SS含量，反映的是滲透調(diào)節(jié)因子；第3主成分特征值為1.742，方差貢獻率為9.168％，特征向量中正向載荷較高的性狀為GSH含量，反映的是滲透調(diào)節(jié)因子。3個主成分累積貢獻率達95.143％。

綜上可知，試驗測定的各指標均能夠較好地反映出滇黃精幼苗生長及生理對NaCl脅迫的響應(yīng)特性，其中，莖粗、最大葉長、最大葉寬、須根長、須根粗、全株干重、全株鮮重及葉片總?cè)~綠素含量、SOD活性、MDA含量和相對電導(dǎo)率可作為滇黃精幼苗遭受NaCl脅迫的鑒定指標。

2.6滇黃精幼苗對NaCl脅迫程度響應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)法綜合分析

由表8可知，用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，不同濃度NaCl對滇黃精幼苗脅迫程度從高到低依次為T4、T3、T1、T2、CK。

3討論

當(dāng)植物受到外界脅迫時，其生長指標和生理指標都會發(fā)生變化，最直觀的表現(xiàn)是植株形態(tài)特征的變化。鹽脅迫條件下，植物會表現(xiàn)出明顯的鹽害癥狀，如發(fā)芽率低甚至喪失種子活力，葉片枯萎變黃、卷曲甚至脫落，植株生長緩慢，株高降低等。

本試驗條件下，NaCl脅迫對滇黃精幼苗農(nóng)藝性狀有明顯的抑制作用，隨脅迫濃度增加，其莖粗、最大葉長、最大葉寬、須根粗、全株鮮重、全株干重等受抑制程度增大。這與郭文婷等對藜科植物種子、Shi等對鳳丹芍藥植株的鹽害研究結(jié)果一致。100 mmol/L NaCl脅迫下，株高較對照有所增加：根數(shù)、須根長較50 mmol/L NaCl處理有所增加，這說明低濃度（50、100 mmol/LNaCl）鹽脅迫對滇黃精幼苗株高和根系生長的影響不大，且在一定程度上還有促進作用，表明滇黃精幼苗對低濃度鹽環(huán)境具有一定的耐受性。NaCl濃度增加到150、200 mmol/L時，對幼苗株高、根數(shù)、須根長、須根粗產(chǎn)生的抑制作用明顯增強，說明高濃度鹽脅迫對滇黃精幼苗株高和根系生長有明顯的抑制作用，最直接的表現(xiàn)為影響根系對水分和養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致植株地上和地下部生長受阻，發(fā)育緩慢，該結(jié)果與董飛等對草花的研究結(jié)果相似。本研究中，NaCl脅迫使滇黃精幼苗根冠比均低于CK，表明鹽脅迫對地下部的抑制作用高于地上部，這與邸桂俐等關(guān)于稗草耐鹽性的研究結(jié)果相似。

葉綠體色素是植物吸收太陽光能進行光合作用的重要物質(zhì)，主要由葉綠素和類胡蘿卜素組成。葉片光合色素含量能反映出植物光合能力的強弱，鹽脅迫條件下，葉片光合色素合成會受到不同程度的抑制。Turan等在對水稻幼苗的研究中指出，NaCl脅迫降低葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，且隨鹽濃度增加，降低強度增大。高鹽脅迫阻礙葉綠素中間產(chǎn)物的合成，致使葉綠素合成減少，降解速度加快，光合速率下降，導(dǎo)致植株葉片逐漸枯萎變黃甚至脫落。本研究得出，較高濃度鹽脅迫會使滇黃精幼幼苗根系生長受到抑制，進而導(dǎo)致地上部生長受阻，葉片葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均降低。

在高鹽脅迫下，作物植株體內(nèi)抗氧化酶保護系統(tǒng)功能減弱，形成膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛，質(zhì)膜系統(tǒng)受損嚴重。本研究中，滇黃精幼苗須根長、須根粗和全株干重與葉片MDA含量呈極顯著負相關(guān)，葉片相對電導(dǎo)率與MDA含量呈極顯著正相關(guān)，高鹽濃度（NaCl 200 mmol/L）下葉片MDA含量最高，是對照的3.37倍，葉片相對電導(dǎo)率也最大，表明高濃度鹽脅迫抑制幼苗根系生長和生物量積累，葉片質(zhì)膜系統(tǒng)受損較嚴重。逆境條件下，植物體內(nèi)的氧化還原酶類（SOD、POD）活性增加。本研究中，隨NaCl濃度的增加，SOD活性呈上升趨勢，原因可能是滇黃精幼苗葉片中的SOD活性被激活，以減輕質(zhì)膜系統(tǒng)受損的程度：葉片POD活性最小低至294.00 U/g，說明鹽脅迫下葉片中活性氧的產(chǎn)生與清除之間的平衡被破壞，植物抗性變?nèi)酰摻Y(jié)論與徐寵然等對半夏的研究結(jié)果一致。GSH是植物體內(nèi)一種重要的抗氧化劑，能清除細胞中多余的活性氧自由基，維持細胞內(nèi)的氧化還原平衡。本研究中，幼苗葉片GSH含量在100 mmol/L NaCI處理下最高，說明在低濃度鹽脅迫下滇黃精幼苗的抵御能力較強。脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)因子，在植物的逆境生理中發(fā)揮著重要作用。植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上能反映植物的抗逆性，抗逆性強的品種能積累更高的脯氨酸。脯氨酸大量積累能夠保持細胞原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡，防止細胞失水。大量研究表明，外源脯氨酸的使用能減輕植物因鹽脅迫帶來的負面影響，提高植物的抗逆性。植物在非生物脅迫下，會表現(xiàn)出不同的響應(yīng)，包括積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸、GSH、SS、SP等）、提高抗氧化酶（SOD、POD）系統(tǒng)活性、改變生長因子和光合因子等，以提高植物抵抗逆境的能力。本研究中，隨NaCl濃度增加，滇黃精幼苗葉片Pro、SS、SP含量總體上呈上升趨勢，且高鹽濃度下（200 mmol/L）含量最高，表明葉片通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以抵御NaCl逆境脅迫。

本研究探討了NaCl脅迫對滇黃精幼苗生長和生理方面的影響，但對NaCl脅迫下植株對離子的吸收、內(nèi)源激素含量的變化及植株對鹽脅迫響應(yīng)的分子機制等有待進一步深入研究。

4結(jié)論

NaCl脅迫下滇黃精幼苗生長及生理指標受到不同程度的抑制，低濃度（50、100 mmol/L）NaCl處理下，植株農(nóng)藝性狀、光合色素、生理指標受抑制程度較低，對株高甚至出現(xiàn)小幅度的促進，表明幼苗通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸、GSH，SS、SP等）、提高抗氧化酶（SOD、POD）活性等激活防御系統(tǒng)來抵抗鹽害；高濃度（150、200 mmol/L）NaCl處理下，抗氧化酶活性受到抑制，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累減少、植株受損嚴重。隸屬函數(shù)綜合評價結(jié)果得出，不同濃度NaCl溶液對黃精幼苗脅迫程度從高到低依次為200 mmol/L、150 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L。