鹽脅迫下不同地錦屬植物的生理響應及耐鹽性研究

孫浩冉，孫 淼

(1.鄭州工程技術學院 化工食品學院，河南 鄭州 450044；2.南陽農業職業學院 圖書館，河南 南陽 473000)

鹽漬化土壤抑制作物生長，影響糧食產量，降低土地利用價值，是環境和農業可持續發展的主要破壞因素之一，也是世界性生態難題[1]。目前全球超過20%的農田和旱地遭受鹽漬化的威脅[2]。我國作為世界上土壤鹽漬化最嚴重的國家之一，鹽漬化的治理一直是研究的熱點和難點之一。鹽漬化土壤易滯水，不易疏干，地溫低，降低了酶的活性，抑制微生物代謝和有機質轉化，導致土壤肥力下降。另一方面，鹽離子含量偏高升高了土壤中溶液的滲透壓，導致植物出現生理性缺水，生長發育被抑制。目前，鹽漬化土壤的治理可通過兩種手段來實現：一是利用生化或物理的手段降低鹽含量，增加土壤肥力，滿足植物生長發育的需要；二是種植耐鹽植物來逐漸改善和提高土質。其中，后者是鹽漬化治理的一種更為經濟有效的手段，受到人們的廣泛關注。

地錦為多年生藤本植物，具有喜攀爬、觀賞性強等特點，其根莖可入藥，具有活血、消腫的功效。作為立體綠化的首選植物，地錦對SO2等污染物具有較強的吸收力，同時在防沙護坡、保持水土等方面顯示了獨特的生物學特性。目前對地錦的研究多集中在醫學和藥用價值、城市園林綠化、生態、食品等方面，對其耐鹽性研究較少。通過研究170 mmol/L NaCl對6個不同地錦品種種子發芽、幼苗生長及生理生化指標變化的影響，根據耐鹽程度進行分類，為選育合適的品種及鹽堿地改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗地錦共6種：異葉地錦、花葉地錦、三葉地錦、綠葉地錦、五葉地錦和栓翅地錦，分別用符號T1，T2，T3，T4，T5和T6表示。試驗前用95%乙醇將種子消毒,蒸餾水沖洗,溫水浸泡48 h后置于培養皿中(每皿25粒)，設置2個處理：0(CK)，170 mmol/L，每個處理重復3次。每天定時觀察記錄，15 d后測量苗長、胚根長、莖葉干鮮重，計算發芽率、發芽指數、活力指數。

分別將各品種種子播種于128孔育苗盤中，于一葉一心時選取長勢健壯的幼苗移植于40cm×30cm的塑料盆中，每盆1株，待長至三葉一心時進行鹽脅迫處理，每個處理重復3次。有關計算式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

受害等級劃分如下：0級為正常生長；1級為少量葉片枯黃；2級為50%葉片枯黃；3級為80%葉片枯黃，50%莖干干枯；4級為完全死亡。

1.2 生理指標測定和數據處理

于鹽脅迫處理15d后，剪取新鮮葉片分別測定葉片的相對電導率(RC)[3]、丙二醛(MDA)[4]、超氧化物歧化酶(SOD)[4]、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)[4]和可溶性蛋白(SP)含量。使用SPSS 18.0和Excel 2010軟件對取得的數據進行差異性分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對種子萌發的影響

表1中,在對照濃度下，各種子發芽率和發芽勢無顯著性差異。在受到鹽脅迫時，種子發芽率和發芽勢顯著降低，其中T1，T2發芽率極顯著低于CK，T4，T5顯著低于CK；T3，T6顯著高于T5，極顯著高于T1，T2和T4。T3，T6發芽勢較對照差異不顯著，但顯著高于T4和T5，極顯著高于T1和T2。上述結果表明：鹽脅迫抑制了種子萌發和胚根生長。其中，T3胚根長度顯著高于其他基因型，其耐鹽指數也最高，表明其耐鹽性較強，其余種子的耐鹽能力從高到低依次為T6，T5，T4，T2，T1。

表1 不同基因地錦種子萌發情況

注：同列相鄰和相間不同小寫字母分別表示同一品種較對照CK差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)；同列相鄰和相間不同大寫字母分別表示不同品種差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)；下同。

2.2 鹽脅迫對幼苗生長的影響

2.2.1 干物重和組織含水量

干物重和組織含水量分別反映植物體內有機物多寡和水分含量，兩者對植物生長發育、葉表氣孔開合、光合作用，乃至果實品質產生重要影響。由表2可知，各樣品干物重和組織含水量較對照無顯著差異。在鹽脅迫下，不同品種地上部分和地下部分干重均較對照明顯下降，但降幅不同。地上部分干重，T2，T4較對照分別降低21%和24%，達顯著差異水平(P<0.05);T1，T5分別降低28%和25%，達極顯著差異水平(P<0.01)。地下部分干重，T1，T5較對照均顯著降低 (P<0.05)，其他均較對照無顯著差異。同時，不同幼苗的組織含水量也明顯下降，其中T2，T3，T6較對照分別降低1.26%，2.09%和1.78%，差異不顯著，而T1，T4，T5較對照分別下降5.03%，4.44%和4.54%，處于顯著差異水平。這說明T1，T4，T5干物重和組織含水量受鹽脅迫影響最大，其余受影響由大到小依次為T2，T6，T3。

2.2.2 幼苗存活率和鹽害指數

在鹽脅迫下，不同品種幼苗存活率均不同程度下降。其中，T2，T3的幼苗存活率分別為46.23%和51.74%，顯著高于T6(P<0.05)，極顯著高于T1，T4和T5(P<0.01)，而T1，T4，T5幼苗存活率分別僅為29.45%，26.67%和25.78%。結果顯示幼苗存活率與鹽害指數呈反比，幼苗存活率越低其鹽害指數越高，鹽害指數由高到低依次為T1，T5，T4，T6，T2，T3。

表2 不同基因地錦幼苗生長情況

2.3 鹽脅迫對幼苗相對電導率(RC)和丙二醛(MDA)的影響

由圖1a可知，在鹽脅迫下與各樣品的RC與對照相比分別增加813.95%，623.99%，502.99%，809.94%，744.95%和565.91%，均達到極顯著差異水平(P<0.01)。同時，6種樣品葉片的RC也存在明顯差異，T3極顯著低于T1，T2，T4和T5(P<0.01)，顯著低于T6(P<0.05)，說明NaCl脅迫會改變植物細胞膜結構，引起相對電導率升高，膜透性增大，從而降低了自身的穩定性，但這種變化也因品種而有差異，各品種RC數值由高到低依次為T1，T4，T5，T2，T6，T3。

細胞膜脂過氧化生成MDA，繼而與蛋白質、氨基酸生成不溶物，干擾細胞的正常生理活動，因此，MDA含量也可反映細胞膜透性變化情況。由圖1b可知，在NaCl脅迫下，各樣品的MDA較對照顯著增大，T1～T6分別增加128.99%，100%，61.98%，118.95%，121.96%和85.96%，均達到極顯著差異水平(P<0.01)。同時，6個品種葉片的MDA含量彼此也存在顯著差異，T3的MDA含量顯著低于T2(P<0.05)，極顯著低于T1，T4和T5(P<0.01)，說明鹽脅迫會極顯著地提高植物葉片中MDA含量，導致細胞膜透性增大。在相同濃度鹽脅迫下不同品種的MDA含量有明顯差異，由高到低依次為T1，T5，T4，T2，T6，T3。

圖1 鹽脅迫對RC/MDA的影響

2.4 鹽脅迫對葉片保護酶活性的影響

作為一種重要的抗氧化酶，SOD肩負著清除生物體新陳代謝生成的自由基，保護自身免受傷害的重任，其水平高低間接反映機體所受傷害程度。由圖2a可見，在同濃度鹽脅迫下，不同品種的SOD活性變化趨勢不同，其中T1，T2，T4，T5均較對照明顯降低，而T3，T6則顯著高于對照(P<0.05)。同濃度鹽脅迫下，T3和T6的SOD含量高于T1，T2，T4，T5，表明在鹽脅迫下，爬山虎能通過調整自身的SOD活性水平，從而減輕鹽脅迫的傷害。T3，T6的SOD活性水平最高，代表其對鹽分的適應性更強，T1最低，代表其對鹽分的耐受性最差。

POD和CAT則是生物體內清除自由基的另兩種保護酶，其活性高低可以判斷機體受活性氧自由基傷害的程度。由圖2b和2c可見，較對照T1，T2，T4，T5均下降，T6升高，T3顯著升高。同樣脅迫下，POD和CAT活性水平由高到低依次為T3，T6，T5，T2，T4，T1。

上述結果說明，在鹽脅迫下，不同品種葉片保護酶活性水平存在顯著差異，其在保護酶活性方面由強到弱依次為T3，T6，T5，T2，T4，T1。

2.5 鹽脅迫對葉片滲透調節物質的影響

脯氨酸可以調節細胞質滲透平衡，在有機體抗擊滲透脅迫中起到保護作用。圖3a中T1～T6脯氨酸含量較對照極顯著升高 (P<0.01)。在相同濃度鹽脅迫下T3葉片的脯氨酸含量顯著高于T2(P<0.05)，極顯著高于T1和T4(P<0.01)。可溶性糖含量增加是植物抵抗鹽脅迫的一種自我保護機制。圖3c中T1～T6葉片的可溶性糖含量存在明顯差異，較對照分別增加25.57%，54.93%，73.64%，26.15%，171.57%和70.44%，其中T2，T3，T5，T6達到顯著差異水平(P<0.05)。在鹽脅迫下，T3顯著高于T2，T6(P<0.05)，極顯著高于T1，T4，T5 (P<0.01)。圖3c中6種樣品SP含量均較對照顯著升高,鹽脅迫下T3顯著高于T2，T4，T5，極顯著高于T1。這說明，鹽脅迫會顯著提高葉片的SP含量，不同爬山虎葉片的滲透調節物質含量存在顯著差異，其中，T3爬山虎含量最高,其次為T6，而T4含量最低。

圖2 鹽脅迫對葉片保護酶活性的影響

3 討論

3.1 對種子萌發和幼苗生長的影響

一般認為，鹽分對植物的脅迫最初表現為種子萌發受到影響。這種影響往往會產生3種效應：完全抑制效應、增效效應和負效效應[5]。鹽分通過滲透脅迫和離子毒害兩種手段達到這種抑制，但不同植物作用機制不同，低濃度下以離子毒害為主,高濃度下以滲透脅迫為主。實驗發現，NaCl脅迫下，各種子的萌發率顯著下降,發芽時間明顯延后。

生物量下降和個體矮小則是鹽脅迫對植物生長發育影響的另外兩種表現，其機理一是鹽脅迫制造出低水勢環境從而引發葉片水勢降低，導致氣孔導度下降；二是鹽脅迫環境降低了光合作用的生產效率，減少物質和能量的產出；三是抑制特定酶和代謝進程。在鹽脅迫下，植物地上部分和地下部分生物量都受到不同程度影響，這與STROGONOV[6]的研究結果一致。這可能與幼苗葉綠素受到破壞，削弱了光合作用，致使生物量下降有關。研究還發現，鹽脅迫下，地錦幼苗組織含水量降幅越小，幼苗存活率越高，耐鹽性越好，與樊秀彩[7]等人研究結果一致，即耐鹽性與幼苗組織含水量降幅呈負相關。

圖3 鹽脅迫對葉片滲透調節物質的影響

3.2 對幼苗生理生化指標的影響

滲透調節是植物抵抗鹽脅迫的基本手段之一。鹽脅迫下，植物體內的活性氧含量大幅提高，引起MDA隨之升高，細胞膜脂出現過氧化和脫脂化，細胞結構被破壞。本研究發現，鹽脅迫下葉片細胞膜透性和MDA含量較對照顯著增加，表明細胞膜受損害程度加重，這可能是鹽脅迫破壞了植物體內活性氧生成與清除的動態平衡所致。不同品種損害程度不同，其中，T1最重，依次為T4，T5，T2，T6和T3。

SOD，POD，CAT是生物體內重要的抗氧化酶，三者協同作用共同抵御自由基的侵害。植物在逆境環境中，會誘發3種保護酶活性升高，從而增強自身機體對脅迫的抵抗能力[8]，這與本實驗結果有一定出入，可能是鹽脅迫濃度已超過T1，T2，T4和T5最大脅迫濃度，保護酶活性已開始逐漸降低，而T3和T6還未達到其最大值。試驗樣品中保護酶活性高低也與品種有關，T3顯著高于其他品種，依次是T6，T5，T2，T4和T1。植物通過有機和無機滲透調節自身水勢從而維持正常生理代謝，通過合成脯氨酸等小分子有機物有助降低細胞水勢，進而達到提高自身吸水能力的目的。文獻發現抗滲透脅迫能力與體內脯氨酸含量存在顯著的正相關關系，即耐鹽能力越強，對應的脯氨酸含量越高，本實驗發現在鹽脅迫下各樣品脯氨酸均顯著升高，但不同品種間也有顯著差異，T3最高，依次為T6，T2，T4，T5和T1。

植物耐鹽性機理十分復雜，通常認為耐鹽性的大小由其遺傳性決定。因此，對植物進行耐鹽性評價時，應選擇同一植物的不同品種從多種指標多角度進行綜合分析。本實驗從種子萌發、幼苗生長發育、葉片相對電導率、葉片保護酶活性、滲透調節物質等指標研究出發，發現鹽脅迫不同品種的影響存在明顯差異，其中三葉地錦等在鹽脅迫下種子發芽、幼苗滲透調節和抗氧化酶生成能力較強，耐鹽能力強。異葉地錦受鹽脅迫影響較大，為鹽敏感型，綠葉地錦等表現介于兩者之間，為中等耐鹽性型，實驗結果對耐鹽性品種的篩選具有一定的參考意義。