NaCl脅迫對美國金鐘連翹生理特性的影響

薛騰笑， 任子蓓， 任士福

(河北農業大學林學院，河北保定 071000)

美國金鐘連翹(ForsythiaintermeliaZabel)為木犀科連翹屬落葉灌木，為金鐘花(ForsythiaviridissimaLindl.)和連翹(Forsythiasuspensa)的雜交種[1]。其花色金黃，著花繁密，花期3～4個月，早春開花；喜光，稍耐陰，耐寒，耐干旱，抗旱性強，適生范圍廣，不擇土壤，是優良的護坡植物[2]。美國金鐘連翹花色金黃，花朵繁密，美麗的花朵與優美的樹姿使其廣泛應用于園林綠化。美國金鐘連翹還是優良的水土保持樹種，有著較強的固土能力，可以防止土塊滑移，保持水土和維持地力[3]。

當土壤中鹽堿過多時，就會危害植物的正常生長，稱為鹽害[4]。植物的耐鹽性一般都很弱，當土壤表層的含鹽量超過0.6%時，大多數植物已不能生長；當土壤中的可溶性鹽含量超過1.0%時，只有一些特殊的適應于鹽土的植物才能生長[5]，而土壤中的致害鹽類以中性鹽NaCl為主[6]。在濱海鹽堿地區，鹽漬化土壤使該地區植物種類受到很大的限制，樹種較為單一。近年來，濱海鹽堿地區除了種植鄉土樹種，也在積極引進一些抗鹽堿能力較強的樹種，以豐富當地的園林綠化及造林樹種種類。本試驗以美國金鐘連翹為試驗材料，研究不同濃度NaCl脅迫對其各項生理指標的影響，旨在為連翹抗鹽性研究提供參考，從而為連翹在濱海鹽堿地區園林綠化及造林方面的應用提供基礎的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以美國金鐘連翹(F.intermeliaZabel)為試驗材料，選取生境長勢一致的一年生實生苗木進行盆栽試驗。盆栽試驗選用底部有孔的花盆(25 cm×20 cm)，就地取土(土壤中含鹽量為0.103%)，每盆裝土5 kg，栽種苗木2株，每個品種25盆，共計75盆。

1.2 試驗方法

本試驗于2016年7月在河北農業大學標本園(地理位置115°26′36.28″E，38°49′18.62″N)塑料大棚內進行，采用隨機區組設計，共設CK(0.103%)、T1(0.2%)、T2(0.3%)、T3(0.4%)和T4(0.5%)5個鹽分處理，各個處理設5次重復。根據試驗需要將相應量的NaCl(以干土質量分數計算)溶于水，在第1、8、15天08：00分3次等量地澆灌NaCl溶液，最終土壤累積含鹽量分別為0.103%(CK)、0.2%(T1)、0.3%(T2)、0.4%(T3)和0.5%(T4)，各處理具體澆灌的鹽溶液質量見表1。在鹽脅迫過程中，需要定期澆少量水，以此來平衡蒸發量。為了防止鹽分的流失，在花盆底部墊塑料托盤，將滲出的溶液及時倒回盆中。分別在鹽脅迫第2、9、16、23天采集樣品，進行相關指標的測定。

表1 各處理澆灌NaCl總質量及累積含鹽量

1.3 測定方法

1.3.1 鹽脅迫危害調查 調查方法參照孫晶等的報道[7]。分別于鹽脅迫后第7、14、21、28、35、42天觀察記錄美國金鐘連翹的生長狀態和葉片顏色等的變化。植株鹽害癥狀根據受危害程度的輕重可分為5個級別：0級，無鹽脅迫危害癥狀；1級，少部分葉尖、葉緣和葉脈變黃；2級，約1/2的葉尖和葉緣焦枯；3級，大部分葉片有葉尖、葉緣焦枯和落葉現象；4級，枝枯、葉落直至死亡。

1.3.2 葉片生理指標測定 質膜相對透性的測定采用電導率法[8]，葉綠素含量的測定采用乙醇提取法[8]，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[8]，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[9]，游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法[8]，丙二醛(malonaldehyde，簡稱MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，簡稱TBA)法[8]，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，簡稱SOD)活性的測定采用氮藍四唑(nitro-blue tetrazolium，簡稱NBT)法[8]，過氧化物酶(peroxidase，簡稱POD)活性的測定采用愈創木酚顯色法[8]。

1.4 數據處理

采用Excel和DPS軟件對數據進行統計和分析，采用Duncan’s新復極差法進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 苗木受鹽害情況調查

由表2可以看出，隨著NaCl含量的升高及鹽脅迫時間延長，植株受害癥狀越嚴重。在鹽脅迫第7天，當鹽分含量為0.5%時，苗木受鹽害等級為1級，即少部分葉尖、葉緣和葉脈變黃；在鹽脅迫第14天，當鹽分含量為0.4%、0.5%時，苗木少部分葉尖、葉緣和葉脈變黃；在鹽脅迫第21、28天，當鹽分含量為0.3%、0.4%、0.5%時，苗木少部分葉尖、葉緣和葉脈變黃；在鹽脅迫第35天，當鹽分含量為0.4%、0.5%時，苗木受鹽害等級為2級，即約1/2的葉尖和葉緣焦枯；在鹽脅迫第42天，當鹽分含量為0.5%時，苗木受鹽害等級為3級，即大部分葉片有葉尖、葉緣焦枯和落葉現象。

表2 NaCl脅迫下苗木受鹽害癥狀等級

2.2 NaCl脅迫對葉片細胞膜透性的影響

由圖1可見，美國金鐘連翹葉片相對電導率隨著脅迫時間和NaCl含量的增加呈上升趨勢。在鹽脅迫第2天，當鹽分含量為0.5%時，相對電導率與對照差異顯著，說明該含量對葉片細胞膜有明顯影響。在鹽脅迫第9、16天，當鹽分含量為0.4%、0.5%時，其相對電導率分別與對照差異顯著。在脅迫第23天，此時累積含鹽量達到預期值后又進行7 d鹽脅迫處理，在0.4%、0.5%含量的鹽分處理下，相對電導率均與對照差異顯著。在鹽脅迫第2、9、16、23天，當鹽分含量為 0.5% 時，美國金鐘連翹葉片相對電導率分別為對照的1.16、1.27、1.30、1.61倍，說明NaCl對葉片細胞膜的傷害逐漸加深。

2.3 NaCl脅迫對葉綠素含量的影響

研究表明，鹽脅迫會使葉綠素含量降低，且降低程度隨鹽含量的增大而增大[10-11]。由圖2-A可見，在一定范圍內，葉綠素總含量隨著脅迫時間的增加和NaCl含量的升高呈先升后降的趨勢。在鹽脅迫第2天和第9天，各處理與對照均無顯著差異；在鹽脅迫第16天，當鹽分含量為0.5%時，顯著低于對照；在鹽脅迫第23天，各處理均顯著低于對照，即葉綠素含量顯著下降。

由圖2-B可見，在一定范圍內，葉綠素a含量隨著脅迫時間和NaCl含量的增加呈先升后降的趨勢。在鹽脅迫的第2天，各處理均與對照差異顯著；在鹽脅迫的第16天，當鹽分含量為0.5%時顯著低于對照；在鹽脅迫第23天，當鹽分含量為0.3%、0.4%、0.5%時，顯著低于對照，即葉綠素a含量顯著下降。

由圖2-C可見，葉綠素b含量隨著脅迫時間和NaCl含量的增加呈波動下降趨勢。在鹽脅迫第2天，各處理間無顯著差異；在鹽脅迫第9天，對照顯著高于各處理，葉綠素b含量顯著下降；在鹽脅迫第16天，各處理間均無顯著差異；在鹽脅迫第23天，當鹽分含量為0.2%、0.4%、0.5%時，均顯著低于對照，即葉綠素b含量顯著下降。

2.4 NaCl脅迫對丙二醛含量的影響

MDA是膜系統受害的重要標志之一，在鹽脅迫下，植物體內丙二醛含量積累得越多，說明其組織的保護能力越弱[12]。如圖3所示，隨著脅迫時間及土壤中NaCl含量的增加，葉片中丙二醛含量呈上升趨勢。在鹽脅迫第2天，各處理與對照無顯著差異；在鹽脅迫第9天，當鹽分含量為0.5%時，MDA含量顯著高于對照；在鹽脅迫的第16和第23天，各處理均與對照差異顯著，即MDA含量顯著高于對照；當鹽分含量為0.5%時，4個脅迫時間的葉片中MDA含量分別為對照的1.06、1.20、1.39、1.53倍，說明隨著鹽脅迫程度的加深，其細胞膜系統的受害程度逐漸加重。

2.5 NaCl脅迫對滲透調節物質含量的影響

由圖4-A可見，在一定范圍內，隨著脅迫時間和土壤中NaCl含量的增加，葉片中的可溶性糖含量呈先升后降再升的趨勢。在鹽脅迫的第2天，當鹽分含量為0.3%時，可溶性糖含量顯著高于對照；在鹽脅迫的第16天，當鹽分含量為 0.2% 時，可溶性糖含量顯著低于對照；在鹽脅迫的第23天，當鹽分含量為0.4%、0.5%時，可溶性糖含量與對照的差異均顯著。

由圖4-B可見，隨著鹽脅迫程度的加深，葉片中可溶性蛋白含量總體呈波動下降的趨勢。通過方差分析可知，在鹽脅迫的第2天，葉片中的可溶性蛋白含量呈先升后降趨勢，當鹽分含量為0.2%、0.3%時，顯著高于對照，當鹽分含量為 0.5% 時，顯著低于對照；在鹽脅迫的第9天，當鹽分含量為0.2%、0.3%時，顯著高于對照；在鹽脅迫的第16天，當鹽分含量為0.2%時，顯著低于對照；在鹽脅迫的第23天，當鹽分含量為0.5%時，顯著低于對照。

脯氨酸是植物體內重要的滲透調節物質，在鹽脅迫下能改變滲透壓，起到改善細胞膜水環境和增強結構穩定的作用。相關研究表明，在鹽脅迫環境下，植物體內脯氨酸會大量積累[13-14]。由圖4-C可知，隨著脅迫時間和土壤中NaCl含量的增加，葉片中游離脯氨酸含量呈上升趨勢。當鹽分含量為0.5%時，各時期游離脯氨酸含量分別為對照的1.26、1.53、2.18、2.79倍。通過方差分析可知，在鹽脅迫的第2、第9天，當鹽分濃度為0.2%時，與對照無顯著差異，而當NaCl濃度為0.3%、0.4%、0.5%時，與對照的差異均顯著。在鹽脅迫的第16、23天，各處理與對照的差異均顯著。

2.6 NaCl脅迫對抗氧化酶活性的影響

POD是一種在植物體內防護活性氧對細胞膜系統傷害的重要保護酶，可以有效清除植物體內的自由基[15]。由圖 5-B 可見，葉片中POD活性逐漸上升。由方差分析可知，在鹽脅迫的第2天，當鹽分含量為0.3%、0.4%時，葉片中的POD活性顯著高于對照；在鹽脅迫的第9天，當NaCl含量為0.4%時，葉片中的POD活性顯著低于對照；在鹽脅迫的第23天，當鹽分含量分別為0.3%、0.4%、0.5%時，POD活性顯著高于對照。

3 討論與結論

本研究發現，隨著鹽脅迫程度的加劇，美國金鐘連翹葉片相對電導率呈上升趨勢。植物在遭受鹽脅迫后，其細胞膜透性會增加，胞內電解質隨之外滲，因此導致植物細胞浸提液電導率增大。植物細胞膜透性的大小可反映其質膜受害程度，其數值越大，受害程度越大[16]，因此在鹽脅迫的第23天，當鹽分含量為0.5%時，對細胞膜的影響最大，苗木受鹽害程度最深。

在鹽脅迫下，葉片中葉綠素含量是衡量植物耐鹽性的重要指標之一。本研究發現，隨著鹽脅迫的加重，總葉綠素、葉綠素a和葉綠素b含量在一定范圍內呈下降趨勢，其中葉綠素b含量降低尤為顯著。這主要是由葉綠素酶對葉綠素b的降解造成的，而對葉綠素a的影響較小。這主要是離子毒害的結果，隨著NaCl濃度的增加及受鹽害時間的延長，過量的Cl-滲入細胞后使原生質凝聚，導致葉綠素被破壞。這與劉行等關于鹽脅迫對金露梅葉綠素的影響研究結果[10]一致。在鹽脅迫的第23天，當鹽分濃度為0.5%時，美國金鐘連翹植株葉片約1/2的葉尖和葉緣焦枯，鹽害癥狀加重，說明NaCl脅迫對葉綠素的抑制逐漸加強。

本研究發現，在鹽脅迫下，美國金鐘連翹葉片中MDA含量呈上升趨勢。這與周麗霞等關于密花連翹抗鹽性研究結果[17]一致。MDA是膜質過氧化的最終產物，其含量的高低反映出細胞膜質過氧化水平以及細胞膜系統受鹽害程度。MDA含量升高，說明鹽脅迫導致葉片中MDA迅速積累，細胞膜系統失去了原有的選擇透過性，進而導致電解質滲漏，細胞水勢下降。

滲透調節物質主要包括可溶性糖、可溶性蛋白質及游離脯氨酸等，滲透調節是鹽脅迫的基本特征之一。本研究發現，在不同鹽濃度處理下，美國金鐘連翹葉片中可溶性糖含量與對照相比均有不同程度的增加。鹽脅迫下植物生長受到抑制，糖利用減少，葉片內可溶性糖含量增加，調節自身的滲透平衡，從而增強自身對鹽脅迫的抵御能力。隨著鹽脅迫程度加深，葉片正常生理功能和各種代謝受到破壞，影響了可溶性糖的合成和運輸[18]，導致個別處理可溶性糖含量降低。本研究發現，在鹽脅迫下，在一定的時間與濃度范圍內，美國金鐘連翹葉片中可溶性蛋白含量呈先下降后小幅度上升的趨勢。可溶性蛋白含量降低，是因為植物葉片中蛋白質分解成糖等小分子物質，這些小分子物質有穩定膠體性質的作用，從而使植物細胞在組織代謝中免受傷害或減少傷害[19]；在鹽脅迫下植物體內可溶性糖含量大幅增加，能有效提高自身的滲透調節能力，同時提高了脅迫蛋白的表達，引起可溶性蛋白含量的增加，所以葉片中可溶性蛋白含量小幅上升。本研究發現，隨著鹽脅迫的加劇，美國金鐘連翹葉片中游離脯氨酸含量呈上升趨勢，這與周麗霞等關于連翹抗鹽性的研究結果[17，20]一致。有些研究認為，鹽脅迫下游離脯氨酸含量變化與植物抗鹽性存在正相關關系[21-22]。游離脯氨酸含量快速增加并代替可溶性糖和可溶性蛋白成為主要的滲透調節物質來維持滲透平衡，以減緩鹽分對植物的侵害。

在鹽脅迫下，植物通過增加自身SOD和POD活性來清除體內積累的活性氧和自由基，這是對鹽脅迫環境的一種適應。本研究發現，美國金鐘連翹葉片中SOD活性先降后升，POD活性則呈上升趨勢。當鹽分濃度為0.5%時，金鐘連翹葉片中SOD和POD活性仍在增加，說明其對細胞膜有一定的保護作用，鹽脅迫程度仍在苗木自身調節能力范圍內，植物受鹽害程度較輕。

本試驗通過測定與抗鹽性相關的指標，再結合苗木受鹽害的情況可以得出，美國金鐘連翹有一定的抗鹽能力，當土壤中NaCl含量不超過0.3%時，植株可正常生長；當鹽分含量為0.4%時，植株受鹽害最高等級為2級，約1/2的葉尖和葉緣焦枯，生長狀況受到一定影響；當鹽分含量為0.5%時，植株受鹽害最高等級為3級，大部分葉片有葉尖、葉緣焦枯和落葉現象，植株生長受到嚴重影響。因此，美國金鐘連翹可在輕度(0.1%～0.2%)和中度(0.2%～0.4%)濱海鹽堿地區栽植。為了進一步研究美國金鐘連翹的抗鹽能力，還可采用復合鹽進行鹽脅迫試驗，在其實際推廣應用前還須進行大田試驗。

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