鹽脅迫對3種白刺滲透調節物質的影響1)

武 香 倪建偉 張華新 劉 濤 張 麗

(中國林業科學研究院，北京，100091)

土壤鹽漬化是一個世界性的重大資源問題和生態問題。全世界鹽堿地面積近10億hm2，約占陸地面積的7.6%。我國各類鹽堿地面積0.346億hm2，僅海涂土壤就占海岸帶土壤總面積的17.35%，是世界鹽堿地大國［1］。由于工業污染加劇、灌溉農業的發展和化肥使用不當等原因，次生鹽堿化土地面積還在擴大［2］。篩選和培育耐鹽植物用以改良鹽堿地環境與其他改良鹽堿地方法相比更為切實可行，因而研究植物的耐鹽機理和耐鹽能力、培育篩選優良耐鹽堿植物具有重要的理論和現實意義。植物在鹽漬環境中會表現出一系列的生長和生理反應，以提高自身的抗性或減輕鹽脅迫產生的傷害，不同植物由于其耐鹽能力的差別，對鹽脅迫的響應也不盡相同。目前，樹木耐鹽性研究主要集中在不同樹種對鹽脅迫的響應、樹木耐鹽機理、耐鹽樹種篩選與培育、耐鹽基因工程等方面［3－9］，對于同一屬的不同種植物對鹽脅迫的生長和滲透調節物質含量變化的研究較少。白刺屬(NitrariaL.)屬蒺藜科(Zygophyllaceae)，為多年生落葉小灌木，全世界有12種，中國有8種，主要分布于我國西北部、北部地區［10］。白刺屬植物具有耐干旱、耐高溫、耐嚴寒、耐鹽堿、耐貧瘠、抗風沙等特性，是用于防風固沙和鹽堿地改良的優良植物［11］。本試驗以唐古特白刺(Nitraria tangutorumBobr)、西伯利亞白刺(Nitraria sibiricaPall.)、齒葉白刺(Nitraria roborowskiiKom.)為試材，研究其在不同濃度鹽脅迫下的生長及滲透調節物質含量變化的差別，綜合評價其耐鹽能力，為利用白刺改良鹽堿地和選育優良耐鹽種質資源提供理論依據和指導。

1 材料與方法

試驗設計:試驗在北京市房山區各莊村的大棚溫室內進行。供試材料為唐古特白刺、西伯利亞白刺和齒葉白刺的2年生實生苗，產自吉林白城。2009年5月初，將供試材料定植在30 cm×30 cm的底部帶托盤的塑料盆中。定植所用基質為V(腐殖質土)∶V(草炭)∶V(珍珠巖)=1∶3∶1，用多菌靈進行消毒處理。定植后進行常規管理。7月，選擇長勢相對一致的苗木進行鹽脅迫(NaCl)處理。試驗采用完全隨機區組設計，共4個鹽濃度處理，分別為 100、200、300、400 mmol/L，以不加 NaCl為對照，3次重復，每個小區10株苗木。采取分次澆灌的施鹽方式。鹽脅迫期間，定期定量澆水，漏于花盆托盤中的鹽溶液或水倒回盆中，防止鹽分流失。鹽脅迫處理歷時45 d。

測定指標與方法:鹽脅迫結束后，每小區選擇長勢中等的苗木9株，在105℃下，殺青1 h，然后在80℃下烘干至恒質量，進行稱量，測定生物量、根冠比，其中，根冠比=地下部分干質量/地上部分干質量。采用硫代巴比妥酸法測定［12］丙二醛，采用蒽酮比色法［13］195－197測 定 可 溶 性 糖，采 用 考 馬 斯 亮 藍法［13］184－185測定可溶性蛋白，采用磺基水楊酸比色法［13］258－260測定脯氨酸。礦質元素參照王寶山等［14］和於丙軍等［15］的方法測定，Na+、K+和 Ca2+用原子吸收分光光度計法測定，Cl－用自動滴定儀測定。

數據處理:用SPSS分析軟件進行方差分析和多重比較。采用隸屬函數法［16］，對3種白刺各項耐鹽堿指標的隸屬值進行累加，求取平均值，用以評定其耐鹽性，方法如下:①求出各指標的隸屬函數值。如果某一指標與耐鹽性呈正相關，則，X(u)=(XXmin)/(Xmax－Xmin);如果某一指標與耐鹽性呈負相關，則，X(u)=1－(X－Xmin)/(Xmax－Xmin)。式中:X為各白刺某一指標的測定值;Xmax為3種白刺中某一指標測定值中的最大值;Xmin為該指標中的最小值。②把每種白刺各耐鹽性指標的隸屬函數值進行累加，計算其平均值。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對3種白刺生長指標的影響

不同濃度NaCl脅迫對3種白刺生物量的影響結果(表1)表明，鹽濃度大于200 mmol/L時，唐古特白刺和西伯利亞白刺的生物量與對照差異顯著，大于100 mmol/L的鹽濃度對齒葉白刺的生物量影響顯著(P＜0.05)。唐古特白刺、西伯利亞白刺、齒葉白刺在100 mmol/L NaCl脅迫下的生物量比對照分別增加了 4.57%、5.56%、5.61%。而其他鹽濃度脅迫下植株的生物量與對照相比都有所降低，鹽濃度為400 mmol/L時生物量最少，齒葉白刺生物量減少幅度最大，為24.54%，西伯利亞白刺次之，為23.43%，唐古特白刺減少幅度最小，為22.60%。NaCl脅迫45 d對3種白刺根冠比的影響各不相同(表1)。唐古特白刺在鹽濃度為400 mmol/L時與對照差異顯著(P＜0.05)，鹽脅迫后的根冠比均小于對照，西伯利亞白刺和齒葉白刺各處理間根冠比差異不顯著(P＞0.05)，其中，西伯利亞白刺則隨著鹽濃度的增加而降低。齒葉白刺在鹽濃度為100 mmol/L時略下降，之后隨著鹽濃度的增加而增加。

表1 不同濃度鹽脅迫對3種白刺生物量、根冠比的影響

2.2 鹽脅迫對3種白刺滲透調節物質的影響

2.2.1 對有機滲透調節物質的影響

經45 d鹽脅迫后，3種白刺MDA質量摩爾濃度的變化規律不同(表2)，鹽濃度為100、200 mmol/L時唐古特白刺相比對照差異顯著，西伯利亞白刺白刺僅在100 mmol/L時比對照顯著降低，齒葉白刺鹽脅迫后的MDA質量摩爾濃度顯著高于鹽脅迫前(P＜0.05)。唐古特白刺和西伯利亞白刺在鹽濃度為100 mmol/L時MDA質量摩爾濃度較低，分別比對照減少了34.00%、19.55%，鹽濃度大于100 mmol/L時其質量摩爾濃度增加。齒葉白刺的MDA質量摩爾濃度隨著鹽度的增加呈現先升后降的趨勢，在鹽濃度為300 mmol/L時最大，是對照的1.07倍。低濃度鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺的可溶性糖質量分數的影響顯著，齒葉白刺在高鹽濃度下相比對照顯著增加(P＜0.05)(表2)，除唐古特白刺在鹽濃度200 mmol/L時低于對照外，其它處理均高于對照。西伯利亞白刺和齒葉白刺在鹽濃度為200 mmol/L時的可溶性糖質量分數最大，分別比對照增長了45.89%和61.31%，唐古特白刺在鹽濃度為100 mmol/L時最大，增長了21.07%。3種白刺受鹽脅迫后，可溶性蛋白質量分數均高于對照，鹽脅迫對齒葉白刺影響不顯著(P＞0.05)，唐古特白刺鹽脅迫后的質量分數顯著高于對照，西伯利亞白刺除在100 mmol/L時與對照差異不顯著外，其他濃度鹽處理與對照相比差異顯著(表2)。唐古特白刺和西伯利亞白刺隨鹽濃度的增加而增加，在鹽濃度400 mmol/L時可溶性蛋白質量分數最高，分別比對照增加了95.30%和34.75%。齒葉白刺可溶性蛋白的最大值在鹽濃度為200 mmol/L時，比對照增加了67.00%，當鹽濃度大于200 mmol/L時雖相比200 mmol/L時有所下降但依然高于對照。鹽脅迫45d后，3種白刺的脯氨酸質量分數變化有所不同(表2)。唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫后脯氨酸質量分數均高于對照，唐古特白刺除在100 mmol/L時與對照差異不顯著(P＞0.05)外，其他濃度鹽處理均顯著高于對照，呈明顯的增加趨勢。鹽脅迫對西伯利亞白刺的影響顯著(P＜0.05)。齒葉白刺各鹽濃度處理間的脯氨酸質量分數變化不顯著(P＞0.05)。當鹽濃度為400 mmol/L時唐古特白刺和西伯利亞白刺的脯氨酸質量分數達到最高，分別增長了82.49%和45.46%，齒葉白刺在200 mmol/L時增長4.66%達到最高。

表2 不同濃度鹽脅迫對3種白刺丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的影響

2.2.2 對3種白刺礦質元素質量分數的影響

由表3可見，鹽脅迫后3種白刺葉片中Na+質量分數變化趨勢不同。唐古特白刺僅在300 mmol/L時與對照差異顯著，為69.1625 mg/g，達到最大值，其他處理與對照差異不明顯(P＞0.05);西伯利亞白刺的Na+質量分數鹽脅迫后變化顯著(P＜0.05)，均高于對照，且隨鹽濃度的增加呈明顯的先增后減趨勢，在鹽濃度為200 mmol/L時質量分數最大，增加了39.47%。齒葉白刺各處理間差異不顯著(P＞0.05)，在100 mmol/L時齒葉白刺增加了3.54%，達到最大值。鹽脅迫對西伯利亞白刺葉片中K+質量分數影響不顯著(P＞0.05)，唐古特白刺在鹽濃度大于 100 mmol/L時與對照差異顯著(P＜0.05)，齒葉白刺除200 mmol/L時差異不顯著外，其他處理均比對照顯著增加(P＜0.05)。其中唐古特白刺的K+質量分數隨著鹽濃度的增加先降低后增加，鹽濃度為400 mmol/L時質量分數最大，增加了22.60%。西伯利亞白刺鹽脅迫后的K+質量分數均低于對照，鹽濃度為400 mmol/L時最小，降低了14.18%。齒葉白刺鹽脅迫后的K+質量分數均高于對照，在100 mmol/L時增加了43.54%，達到最大。鹽脅迫后，3種白刺葉片中的Ca2+質量分數除唐古特白刺在200 mmol/L時與對照差異不顯著外，其他處理均變化顯著(P＜0.05);唐古特白刺在鹽濃度為200 mmol/L時的Ca2+質量分數高于對照外，其它均低于對照。唐古特白刺和西伯利亞白刺在鹽濃度為400 mmol/L時Ca2+質量分數最低，分別下降了15.59%和45.93%。齒葉白刺在鹽濃度為300 mmol/L時最低，下降了45.95%，400 mmol/L時略有升高。脅迫后，3種白刺葉片中的Cl－質量分數均高于對照，鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺影響顯著(P＜0.05)，齒葉白刺在低鹽濃度下無明顯變化，在高鹽濃度下與對照差異顯著(P＜0.05)。唐古特白刺和齒葉白刺在300 mmol/L時Cl－質量分數最高，分別增長了20.29%和30.56%，鹽濃度大于300 mmol/L時下降，西伯利亞白刺在200 mmol/L時Cl－質量分數最高，增長了31.54%，鹽濃度大于200 mmol/L時下降。鹽脅迫45d后，3種白刺葉片中的鉀鈉比變化各不相同。唐古特白刺呈明顯的先降后升趨勢，在400 mmol/L時鉀鈉比比對照增長了10.87%，達到最大，其他鹽濃度處理均低于對照。西伯利亞白刺鹽脅迫后的鉀鈉比均低于對照，在鹽濃度200 mmol/L時鉀鈉比最小，為0.32。齒葉白刺鹽脅迫后的鉀鈉比均高于對照。

表3 不同濃度鹽脅迫對3種白刺Na+、K+、Cl－、Ca2+質量分數和鉀鈉比的影響

2.3 3種白刺耐鹽性的綜合評價

以生物量、根冠比、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、Na+、K+、Ca2+、Cl－、鉀鈉比 11 個指標對3種白刺進行綜合評價(表4)，結果表明，西伯利亞白刺的隸屬度最大，為0.604 0，唐古特白刺次之，為0.466 6，齒葉白刺最小，僅為 0.395 6。故 3 種白刺耐鹽能力由強到弱依次為:西伯利亞白刺、唐古特白刺、齒葉白刺。

表4 3種白刺的耐鹽性綜合評價結果

3 結論與討論

植物的生長過程對鹽脅迫非常敏感，生物量是評估鹽脅迫程度和植物抗鹽能力的可靠標準［17］，高濃度鹽脅迫會抑制鹽生植物根、莖的生長，改變根系的形態學特征［18］，因此鹽脅迫下根冠比的變化對植物的耐鹽性具有重要意義。本試驗中，3種白刺生物量在低鹽濃度下略有上升，高鹽濃度下降，可見低鹽脅迫沒有對白刺的生物量積累造成實質性的傷害，高鹽脅迫明顯抑制了白刺的正常生長。在高濃度鹽脅迫下，唐古特白刺和西伯利亞白刺的根冠比小于對照，齒葉白刺大于對照，顯然高鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺根的傷害較大，對齒葉白刺地上部分的傷害大于根。

鹽漬條件下，植物都要受到滲透脅迫的傷害，它們只有通過在細胞液中積累無機離子或合成有機溶質等方式進行滲透調節以減輕或避免傷害［19］，參與滲透調節的有機溶質主要有氨基酸及其衍生物、有機酸類、可溶性碳水化合物類和糖醇類［20］。鹽脅迫后，唐古特白刺和西伯利亞白刺的可溶性蛋白質量分數隨鹽濃度增加而增加，齒葉白刺變化不明顯。唐古特白刺除在100 mmol/L鹽濃度時可溶性糖質量分數明顯高于對照外，其它處理與對照無顯著差異，西伯利亞白刺和齒葉白刺呈先增后降趨勢。唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫下的脯氨酸質量分數有所增加，齒葉白刺無明顯變化。可見不同種類白刺在不同鹽濃度脅迫下用于滲透調節的主要有機滲透調節物質不同，其變化趨勢也有所差別。

決定林木耐鹽能力的關鍵之一在于林木對Na+、K+、Cl－等離子的吸收調節能力，即限制 Na+和Cl－進入體內，選擇性吸收K+，才能提高耐鹽能力，所以葉片中Na+和Cl－的質量分數是反映林木耐鹽特性的良好指標［21］。在本試驗中，唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫后的Na+質量分數增加，齒葉白刺鹽脅迫前后變化不顯著。唐古特白刺高鹽濃度下的K+質量分數明顯高于對照，西伯利亞白刺變化不顯著，齒葉白刺各鹽濃度處理后均高于對照。鹽脅迫后，3種白刺葉片中積累Cl－。Ca2+質量分數除唐古特白刺在200 mmol/L鹽脅迫時略高于對照外，其他均低于鹽脅迫前。可見礦質元素含量變化對白刺適應鹽脅迫環境有重要意義。唐古特白刺除400 mmol/L外的其他鹽濃度和西伯利亞白刺的全部鹽濃度下的鉀鈉比均比鹽脅迫前小，齒葉白刺相比對照呈現不同程度的增加。這可能是由于種間差別，植物對鹽的耐受程度和根系對離子的選擇性吸收不同造成的。

滲透調節是植物抵御鹽脅迫的重要生理機制，滲透調節物質復雜多樣，各種滲透調節物質對植物耐鹽性的重要性存在差別。唐古特白刺所測定的滲透調節物質對其耐鹽性均有重要作用;K+相對其他物質反映西伯利亞白刺耐鹽性的作用較小;在鹽脅迫后的齒葉白刺葉片中，Na+、脯氨酸、可溶性蛋白的質量分數與其他滲透調節物質相比變化不明顯，可見不同白刺抵御鹽脅迫的的主要滲透調節物質各不相同。目前，還沒有統一確定的鑒定指標評價植物的耐鹽性，筆者對測定的與白刺滲透調節相關的11個指標對白刺的耐鹽性進行了綜合評價，結果顯示西伯利亞白刺的耐鹽性最強，唐古特白刺次之，齒葉白刺最差。但植物的耐鹽性是一個復雜的綜合性狀，除受滲透調節物質的影響外還受多種因素的影響。因此在以后的試驗中應盡可能多地考慮到與植物耐鹽性相關的性狀，以便更好地評價植物的耐鹽性。

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