密胡楊對Na2SO4環(huán)境的生理響應

唐宏宥，師建銀，韓占江，白夢晗，孫 陽，張 敏

（1塔里木大學生命科學學院/塔里木盆地生物資源保護利用兵團重點實驗室，新疆阿拉爾843300；2新疆生產(chǎn)建設兵團林業(yè)工作管理總站，烏魯木齊830000）

0 引言

土壤鹽漬化對植物生長和繁殖有很大影響，對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、食品安全和不可替代的生物多樣性也有著深遠的影響。新疆是中國鹽漬化土壤集中分布區(qū)之一，約1/3的耕地受鹽分影響[1-3]，每年仍在增加。目前，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項緊迫而重要的任務就是合理利用和開發(fā)鹽漬化土壤。鹽漬土壤綜合治理的主要手段之一就是生物措施，選育耐鹽植物是切實可行的途徑[4-6]。

密胡楊是以密葉楊和胡楊為親本雜交育種取得的新品種[7]，又被稱為胡雜[8]。密胡楊選育成功解決了胡楊雜交的世界性難題[9-11]，為國內(nèi)鹽漬區(qū)改良提供了新的優(yōu)良新品種[12]。密胡楊具有耐鹽、耐瘠、耐干旱、耐寒等抗逆的特性，又具有密葉楊扦插易成活的特性，可以在惡劣的環(huán)境下生存。塔里木盆地鹽漬土壤面積較大，鹽分含量有較大差異，栽植抗逆性強的密胡楊有重要的應用價值。目前相關研究報道還較少，前人研究主要集中在品種選育[13]、扦插繁育[12,14]、傷害適應[15]等方面?；诖?，本研究以密胡楊為研究對象，設置不同濃度Na2SO4處理，對密胡楊在不同鹽漬環(huán)境下生長的生理指標進行測定，旨在評估密胡楊的耐鹽性，為在鹽漬環(huán)境大面積種植密胡楊提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為1年生密胡楊幼苗。

1.2 試驗方法

1.2.1 密胡楊的前期處理及材料收集 試驗于2018年生長季在塔里木大學園藝試驗站（81°17'17″E、40°32'6.41″N，海拔963 m）進行，采用盆栽的方法，塑料盆規(guī)格為上口徑35 cm、下口徑19 cm、高26 cm，苗圃熟土5 kg。將長勢一致的密胡楊幼苗分成5組，每組10株，進行Na2SO4處理，設置5個濃度梯度，即0（對照）、50、100、150、200 mmol/L，每5天處理一次，共處理6次。保持3個月相同條件生長，定期觀察密胡楊幼苗的生長情況，3個月后取樣，測定生理指標，3次重復。

1.2.2 生理指標的測定 取部分新鮮葉片采用電導儀法測定相對電導率；其他生理指標采用液氮速凍后的葉片集中測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用高錳酸鉀滴定法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[16-17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件進行統(tǒng)計分析和作圖，用SPSS軟件進行方差分析和多重比較(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片相對電導率的影響

植物細胞膜為半透性生物膜，可以通過控制物質(zhì)的進出來調(diào)解細胞內(nèi)滲透壓，當植物受到傷害時，細胞膜的選擇性會根據(jù)受傷情況變化，細胞膜的相對透性增加，因此會有大量物質(zhì)滲透出來，導致相對電導率增加[16]。由圖1可以看出，與對照相比，50～200 mmol/L的Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片相對電導率無顯著變化，說明本試驗的Na2SO4處理并未造成細胞膜透性的改變。

圖1 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的相對電導率

2.2 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片丙二醛(MDA)含量的影響

丙二醛(MDA)是植物細胞膜脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物。植物在逆境下容易積累較多的自由基，導致發(fā)生膜脂質(zhì)過氧化作用，脂質(zhì)過氧化作用越強，MDA含量越高[17]。由圖2可以看出，密胡楊幼苗葉片中MDA含量隨Na2SO4濃度的增大呈先增后減的趨勢。各Na2SO4處理的密胡楊幼苗葉片的MDA含量均與對照有顯著差異。說明Na2SO4環(huán)境造成了密胡楊幼苗葉片膜脂過氧化。

圖2 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的MDA含量

2.3 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是植物在逆境條件下的酶促防御系統(tǒng)中的重要保護酶也是關鍵酶。由圖3可以看出，與對照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片SOD活性無顯著變化，說明SOD對Na2SO4環(huán)境反應不敏感。

圖3 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的SOD活性

2.4 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

過氧化氫酶(CAT)可以催化植物體內(nèi)的H2O2分解成H2O和O2，進而減少H2O2對植物的傷害。由圖4可以看出，與對照相比，密胡楊幼苗葉片的CAT活性隨Na2SO4濃度的增大呈先減后增的趨勢。50 mmol/L Na2SO4處理時，密胡楊幼苗葉片的CAT活性顯著低于對照，100～200 mmol/L Na2SO4處理時，密胡楊幼苗葉片的CAT活性顯著高于對照。說明密胡楊幼苗葉片在遇到Na2SO4環(huán)境時，CAT活性有適應和調(diào)節(jié)（先降低再恢復并增高）的過程。

圖4 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的CAT活性

2.5 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

過氧化物酶(POD)也是植物體內(nèi)一種可以清除H2O2的重要保護酶。由圖5可以看出，與對照相比，50～200 mmol/L Na2SO4處理下，密胡楊幼苗葉片的POD活性顯著高于對照，說明密胡楊幼苗葉片的POD活性對Na2SO4環(huán)境反應靈敏，通過提高活性來提高密胡楊抗逆性。

圖5 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的POD活性

2.6 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸的主要作用是抗脫水，脯氨酸含量增加，葉片細胞的滲透調(diào)節(jié)能力也會增強[18]。由圖6可以看出，與對照相比，密胡楊幼苗葉片中游離脯氨酸含量隨著Na2SO4濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢。50 mmol/L Na2SO4濃度時，密胡楊幼苗葉片的游離脯氨酸含量顯著增加；Na2SO4濃度為100～200 mmol/L時，游離脯氨酸含量較50 mmol/L Na2SO4濃度時顯著降低，但與對照無顯著差異。說明密胡楊幼苗葉片遇到低濃度Na2SO4時做出應激反應，大量合成游離脯氨酸，當Na2SO4濃度增加時游離脯氨酸含量又恢復到對照水平，說明密胡楊幼苗葉片仍能保持脯氨酸代謝的平衡，以適應高濃度的Na2SO4環(huán)境。

圖6 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的游離脯氨酸含量

2.7 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

逆境中植物的抗逆和植物體內(nèi)的可溶性蛋白有一定的關系[20]，可溶性蛋白的積累，不僅可以降低細胞內(nèi)的滲透勢，還可以平衡原生質(zhì)的內(nèi)外滲透壓[21]。由圖7可以看出，與對照相比，密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白含量隨著Na2SO4濃度的增大呈現(xiàn)先持平再降低又增加的趨勢，說明密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復雜的代謝適應（先合成與分解保持代謝平衡，再分解大于合成，然后逐漸恢復代謝平衡）。

圖7 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白含量

2.8 不同濃度Na2SO4處理對密胡楊幼苗葉片可溶性糖含量的影響

植物在遭受逆境時，可溶性糖是起調(diào)節(jié)作用的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[22]。由圖8可以看出，與對照相比，密胡楊幼苗葉片的可溶性糖含量隨著Na2SO4濃度的增大呈現(xiàn)先減后增的趨勢，說明密胡楊幼苗葉片的可溶性糖在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復雜的代謝適應（先分解大于合成，然后逐漸恢復代謝平衡）。

圖8 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的可溶性糖含量

3 結論

密胡楊幼苗可以適應50～200 mmol/L Na2SO4環(huán)境。與對照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片發(fā)生了細胞膜脂質(zhì)過氧化作用（MDA含量增加），但細胞膜選擇透性未被破壞（相對電導率無顯著變化），3種保護酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢（SOD活性維持不變、CAT活性先減后增、POD活性增加），可溶性蛋白和可溶性糖在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復雜的代謝適應。

4 討論

丙二醛(MDA)是細胞膜脂過氧化的終產(chǎn)物之一，可以表示細胞膜損傷程度[23-24]。本研究結果顯示，50～200 mmol/L Na2SO4環(huán)境下，密胡楊幼苗葉片的MDA含量有所增加，提示細胞膜受到了傷害。細胞膜受傷程度越大，膜透性越大。根據(jù)相對電導率的大小可以判斷細胞膜受傷程度，本試驗中的Na2SO4環(huán)境未造成膜透性增加。

SOD、POD、CAT是植物抗氧化系統(tǒng)的組成部分[25]，可以降低活性氧對植物體的傷害作用。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，這3種保護酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢（SOD活性維持不變、CAT活性先減后增、POD活性增加），說明密胡楊幼苗葉片在鹽漬環(huán)境下可以通過調(diào)節(jié)保護酶活性來維持細胞中的活性氧的動態(tài)平衡狀態(tài)，降低鹽的傷害。鹽漬環(huán)境還會造成植物的生理干旱。本研究發(fā)現(xiàn)，密胡楊幼苗葉片通過合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白來調(diào)節(jié)細胞的滲透壓，這也是植物適應逆境的重要方式[26-27]。如前所述，三者在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)出復雜的代謝適應，其產(chǎn)生原因尚待進一步研究。另外，本研究結果提示密胡楊幼苗可能忍耐更高濃度的Na2SO4環(huán)境，這是未來研究的方向。