鹽堿復合脅迫對蠟梅幼苗生長及生理響應的研究

王 靜，羅燕杰，遆羽靜，李海燕，肖 可，李慶衛

(北京林業大學園林學院，北京 100083)

【研究意義】蠟梅(Chimonanthuspraecox)是我國重要的冬春香花樹種，栽培歷史悠久，具有較高的應用價值[1]。根據第二次全國土壤普查統計，我國鹽堿土覆蓋面積約為5.2億667 m2，主要分布在華北平原、東北平原、西北內陸地區及濱海地區[2]。為了推動蠟梅在鹽堿地區的規模化生產，開展蠟梅耐鹽堿生理機制方面的研究具有重要意義。【前人研究進展】研究表明，土壤的鹽堿化會使植物受害，影響其生長發育[3-5]。朱世楊等[6]以花椰菜為試材，研究發現高鹽高堿脅迫對其發育有顯著抑制作用。Srivashtav V[7]對黃櫨的耐鹽性研究發現，隨鹽濃度增加，可溶性糖含量和可溶性蛋白含量等滲透調節物質呈上升趨勢。邵金彩等[8]研究發現蠟梅幼苗的生長量和成活率隨單鹽NaCl濃度增加呈下降趨勢。【本研究切入點】目前對蠟梅的耐鹽性研究主要以單鹽NaCl脅迫為主，復合鹽堿對蠟梅的脅迫機制尚未有研究，因此模擬土壤鹽堿復合脅迫環境進行蠟梅耐鹽堿性研究十分必要。【擬解決的關鍵問題】本研究通過綜合評價蠟梅的耐鹽堿性，以期篩選出脅迫的臨界濃度和可用于耐鹽堿性評價的鑒定指標，為科學評價蠟梅的耐鹽堿機制提供理論基礎，為推動蠟梅在鹽堿地的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以兩年生‘小磬口’蠟梅幼苗為試材。采用盆栽方法，將長勢相對一致的35株幼苗定植于上部30 cm、下部20 cm、高30 cm的塑料花盆，(盆中基質為草炭土、珍珠巖、洗凈河沙體積比2∶1∶1，重8 kg)內，花盆底布置托盤，置于北京林業大學梅菊園苗圃中進行統一管理。

1.2 試驗設計

當試驗苗進入旺盛生長期時，開始對蠟梅進行脅迫處理。共設置7個處理，土壤鹽分梯度分別為0.0 %(pH 6.91，對照組)、0.2 %、0.4 %、0.6 %、0.8 %、1.0 %、1.2 %，對照組澆灌營養液，處理組澆灌營養液+混合鹽堿溶液(NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按照1∶10∶10∶1混合，pH 8.78)，每個處理組5株。其中高鹽分梯度處理按照每天0.2 %的頻率遞增，待全部處理達到設定的濃度后，開始計算脅迫時間，于脅迫的0、10、20、30、40 d時，在植株中上部四面均勻采取葉片進行各項指標的測定。

1.3 試驗指標及測定方法

1.3.1 鹽害指數與生長指標測定方法 鹽害指數的觀察和計算參照胡曉立等[9]對鹽害的分級標準。葉長、葉寬及新梢生長量分別在鹽堿脅迫試驗前和試驗末期，在植株中上部四面均勻選取10枚成熟葉片進行測量。

1.3.2 生理指標測定方法 電解質外滲率采用相對電導率法測定[10]。葉片組織含水量的測定方法參照高俊鳳[11]的烘干法。丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、可溶性蛋白(SP)、可溶性糖(SS)、游離脯氨酸(Pro)的測定方法分別參照李合生[12]的巴比妥酸法、NBT法、愈創木酚法、考馬斯亮藍G-250染色法、蒽酮比色法、酸性茚三酮比色法。

1.4 試驗數據處理及分析

采用Excel2012、SPSS22.0等統計軟件對試驗數據進行相關性分析、主成分分析。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對蠟梅葉片表觀性狀的影響

脅迫結束40 d時，葉片的鹽害指數和鹽害率表現為隨鹽濃度增加逐漸上升(圖1)。鹽濃度為0.2 %～0.4 %時，蠟梅鹽害指數在35 %～55 %，鹽害率為80 %；當鹽濃度大于0.6 %時，蠟梅表觀受害較嚴重，鹽害率均達到100 %(表1)。綜合表1中的鹽害指數和鹽害率，根據Logistic回歸方程y=53.571x+31.667(回歸系數b=53.571)得出鹽害指數為50 %時的土壤鹽濃度為0.340 %。

表1 鹽堿脅迫下蠟梅鹽害指數和鹽害率變化

圖1 鹽堿脅迫下蠟梅表型性狀變化Fig.1 Phenotypic traits change of Ch. praecox under saline-alkali stress

2.2 鹽堿脅迫對蠟梅生長特性的影響

脅迫結束40 d時，隨鹽濃度增加，蠟梅葉長、葉寬及新梢生長量均呈下降趨勢(表2)。其中0.2 %處理下，蠟梅的葉長、葉寬、新梢生長量與CK差異不顯著(P>0.05)，蠟梅的各生長量均在1.2 %處理時下降至最低值，相對于CK分別下降了94.00 %、91.12 %、76.76 %，差異顯著(P<0.05)。

表2 鹽堿脅迫對蠟梅生長特性的影響

2.3 鹽堿脅迫對蠟梅生理特性的影響

隨鹽濃度增加和脅迫時間延長，各處理組蠟梅葉片組織含水量整體呈下降趨勢(表3)，鹽濃度為0.2 %時，各階段葉片組織含水量與CK差異不顯著(P>0.05)；脅迫40 d時，鹽濃度為0.4 %～1.2 %時，葉片組織含水量顯著下降至最低值(P<0.05)，與CK相比下降了30.31 %、33.99 %、40.32 %、44.74 %和69.83 %。各處理組蠟梅葉片相對電導率整體呈上升趨勢(表3)，脅迫10 d，鹽濃度為0.2 %～0.6 %時，相對電導率與CK差異不顯著(P>0.05)，0.8 %～1.2 %處理下顯著高于CK(P<0.05)；脅迫40 d時，1.2 %處理下相對電導率均上升至最大值，相對于CK上升了58.00 %。各處理組MDA含量整體呈上升趨勢(表3)，脅迫10 d，鹽濃度為0.4 %～1.2 %時，MDA含量顯著上升(P<0.05)。隨脅迫時間延長，在40 d時，MDA含量達到最大值，顯著高于CK(P<0.05)。各處理組SOD活性呈先上升后下降趨勢(表3)，脅迫20 d，鹽濃度為1.0 %時，SOD值達到最大值，與CK差異顯著(P<0.05)；其他濃度鹽堿脅迫處理下，SOD活性均在30 d時上升到最大值，相對于CK分別上升了60.00 %、66.00 %、55.00 %、43.00 %和37.00 %，其中鹽濃度為0.4 %時上升幅度最大。

表3 鹽堿脅迫對蠟梅各生理指標的影響

續表3 Continued table 3

隨鹽濃度增加和脅迫時間延長，POD活性整體呈先升高后降低趨勢(表4)，各鹽濃度處理下，POD活性均在20 d時達到最大值；0.2 %～0.6 %和1.0 %處理下POD活性與CK差異顯著(P<0.05)，相對于CK分別上升了29.00 %、42.00 %、33.00 %和18.00 %，其中在0.4 %處理下POD活性上升幅度最大。各處理組Pro含量呈上升趨勢(表4)，各處理組均在1.2 %濃度下上升至最大值，差異顯著(P<0.05)，脅迫40 d時，各濃度處理下Pro含量相對于CK分別顯著上升了86.00 %、89.00 %、90.00 %、91.00 %、92.00 %和94.00 %。各處理組SP含量整體呈先急劇上升后下降至接近CK再急劇上升趨勢(表4)，脅迫10 d時各濃度處理下SP含量急劇上升，20 d時SP含量降低至與CK組接近，隨后各濃度處理組SP含量再次逐漸上升，與CK差異顯著(P<0.05)，40 d時0.8 %～1.2 %處理下SP含量上升幅度最大，相對于CK顯著上升了55.36 %、59.07 %和65.73 %。各處理組SS含量整體呈上升趨勢(表4)，脅迫10 d時，鹽濃度0.2 %～0.4 %處理下，SS含量與CK差異不顯著(P>0.05)，而0.6 %～1.2 %處理下，SS含量顯著上升(P<0.05)。40 d時，各濃度處理組的SS含量均上升至最大值，相對于CK分別顯著上升了20.35 %、21.46 %、32.40 %、36.94 %、37.54 %和42.72 %。

表4 鹽堿脅迫對蠟梅各生理指標的影響

2.4 蠟梅耐鹽堿性綜合分析

2.4.1 各指標相關性分析 對鹽堿脅迫下蠟梅各項指標進行相關性分析，由表5可知，葉長生長量與葉寬生長量呈顯著正相關，與MDA含量呈顯著負相關；新梢生長量與相對電導率、MDA含量呈顯著負相關，與SP呈顯著正相關；相對電導率與SP、Pro呈顯著負相關，與MDA呈顯著正相關；SS與SP、Pro呈顯著正相關。

2.4.2 主成分分析 對每個指標的耐鹽堿系數進行主成分分析，由表6可知，前3個綜合指標的貢獻率分別為81.937 %、8.84 %和6.643 %，其累積貢獻率達到了97.428 %。主成分1中除葉片組織含水量、SOD、POD和SS外，其余指標絕對值均在0.9以上，主成分1主要反映了各指標與耐鹽堿能力的關系。主成分2中和主成分3中SOD負載權數較高，主要反映了酶活性與蠟梅耐鹽堿能力的關系。

3 討 論

植物受到鹽害脅迫通常表現為：葉片的干枯、失綠和落葉，生長受到抑制等現象[13-14]，這些表觀性狀的變化是植物耐鹽堿性最為直觀的反映。本研究中0.6 %處理下，蠟梅鹽害率已經達到100 %，同時隨著鹽濃度的上升各生長量顯著下降，說明較高鹽濃度嚴重影響蠟梅的生長發育。本研究中，0.2 %處理下各階段葉片組織含水量與CK差異不顯著(P>0.05),表明在較低濃度鹽堿脅迫下，蠟梅能維持正常生長所需水分。隨鹽濃度增加葉片含水量下降幅度逐漸增大，細胞發生嚴重失水，已經無法滿足蠟梅正常生長所需，這與李長有[15]對堿地夫的研究結果類似。細胞失水，從葉片形態特征來看發生萎焉、枯落等現象。

逆境脅迫下，植物的細胞膜最先受到傷害，電解質滲透率可以反應細胞膜受損程度，其含量越高，植物受害程度越大[16]。本研究中，20 d時0.2 %處理下相對電導率與CK差異不顯著(P>0.05)，細胞電解質外滲較少，表明低鹽濃度脅迫時間較短的情況下蠟梅葉片細胞膜尚未受到傷害。隨著脅迫濃度增大和時間的延長，電解質滲透率急劇上升，說明蠟梅葉片細膜結構的穩定性已經受到破壞，電解質外滲量較大，引起電導率的上升。細胞膜結構的穩定是植物正常進行光合作用的保障。因此，鹽堿復合脅迫下，電解質滲透率的大小可以作為判斷蠟梅耐鹽堿能力的重要指標，這與相關性研究結果一致[17]。MDA含量是植物細胞膜脂氧化降解的產物，也可以通過其含量反映膜受損的程度[18]。本研究中，各處理組較短時間內MDA含量變化不顯著(P>0.05)，隨著時間的延長，各處理組均顯著高于CK，表明鹽堿脅迫下，較短時間內蠟梅葉片細胞膜未發生氧化降解。隨著鹽濃度的增大，MDA含量顯著上升，說明高鹽濃度脅迫使蠟梅膜脂過氧化程度加劇，細胞膜受損，蠟梅受害加重，該結果與黃春燕[19]對甜菜的研究結論相似。鹽堿脅迫下，植物體內抗氧化酶(SOD、POD)具有清除大量活性氧自由基的能力，能維持細胞膜穩定，保障植物進行正常的生長和代謝活動[20]。本研究中，隨鹽濃度增加和脅迫時間延長，SOD、POD活性表現出先上升后下降趨勢。這與王琪[21]對芍藥耐鹽堿的研究結果類似。鹽濃度為0.4 %時，SOD、POD活性在各階段均取得最大值，說明在鹽濃度小于0.4 %時，蠟梅可以通過增加體內SOD、POD的活性，使細胞內活性氧清除能力得以增強，對鹽堿脅迫導致的膜損傷進行有效修復，維持細胞膜的穩定性，適應鹽堿脅迫。但隨著鹽濃度增大，細胞內的活性氧的積累水平超出蠟梅自身的調控能力，導致歧化反應除氧機制被嚴重抑制，SOD、POD活性下降，蠟梅體內正常的代謝平衡被打破。

滲透調節作用是植物抵御逆境的重要生理機制，鹽堿脅迫下，植物通過積累Pro、SP、SS等滲透調節物質，提高細胞內溶質濃度，調節細胞滲透平衡增加自身的耐鹽堿性，從而緩解鹽害[22]。本研究中，隨鹽濃度增加和脅迫時間延長，各處理組Pro、SS含量呈上升趨勢，該結果與李玉梅[23]對牛疊肚研究結論相似。其中脅迫40 d時，1.2 %處理Pro相對于CK上升的含量(94.00 %)明顯高于SS(42.72 %)，說明蠟梅在鹽堿脅迫下，主要通過積累Pro的含量來調節細胞滲透平衡。各處理組在脅迫初期SP含量均急劇上升而后回落至與CK接近再次顯著上升，猜測是蠟梅產生的應激反應，引起初期SP含量的上升。脅迫40 d時，1.2 %處理下SP含量相對于CK上升了65.73 %，積累量較大，說明SP也是蠟梅調節細胞滲透平衡的重要物質，與相關研究結果類似[24]。

4 結 論

在鹽堿脅迫響應研究中，隨鹽濃度增大和脅迫時間延長，蠟梅鹽害指數、鹽害率、相對電導率、SP、Pro、MDA和SS含量呈上升趨勢；蠟梅葉長、葉寬及新梢生長量、葉片組織含水量呈下降趨勢；SOD活性和POD活性呈先上升后下降趨勢。蠟梅可以通過增強體內酶的活性和積累大量滲透調節物質來適應低濃度的鹽堿脅迫，當鹽濃度超過蠟梅的耐受能力，細胞膜、酶系統和滲透調節系統會受到破壞。‘小磬口’蠟梅的耐鹽閾值為0.340 %，表明蠟梅具有一定的耐鹽堿能力，同時篩選出葉長生長量、葉寬生長量、新梢生長量、相對電導率、MDA、Pro及SP作為評價蠟梅耐鹽堿性的主要指標。