白蠟屬樹種耐鹽生理變化與解剖結構研究進展

潘莉虹，燕麗萍，吳德軍，王因花，李慶華，張 釗

(1.中國農業大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2.山東省林業科學研究院/山東省林木遺傳改良重點實驗室，山東 濟南 250014)

我國白蠟屬樹種資源豐富，許多品種經過引種之后得到廣泛利用。全世界約有70種以上的白蠟樹，大多分布在北半球溫暖帶，少數分布于熱帶林中。我國現有白蠟屬植物30種以上，原產26種[1]，其中包括中國白蠟(Fraxinuschinensis)、小葉白蠟(F.sogdianaBunge)、美國白蠟(F.AmericanaLinn.)、絨毛白蠟(F.velutina)、紅梣(F.pennsylvanicaMarsh.)、綠梣(F.pennsylvanicavarsubintegerrima)、水曲柳(F.mandshuricaRupr.)、常綠白蠟(F.griffithii)等。其中絨毛白蠟、紅梣和綠梣并稱為洋白蠟[2]。小葉白蠟又名歐洲白蠟(F.excelsior)，被稱為“闊葉林活化石”，在我國有很長的栽培歷史[3]。美國白蠟又名大葉白蠟，原產加拿大南部和美國，輕度耐鹽堿。而絨毛白蠟是北方地區最耐鹽堿的喬木樹種之一。水曲柳是我國東北地區重要的造林珍貴闊葉樹種，具有較高的經濟價值和生態價值。還有一些中國白蠟的自然變種如金葉白蠟(F.chinensis‘Jingguan’)等。

鹽脅迫是影響當今各國作物產量的主要非生物脅迫之一[4]，據權威機構對相關資料的不完全統計， 我國現有鹽堿地面積約為3 400萬hm2，大面積的鹽堿地嚴重制約著現代農業的發展[5-6]。馬贊留等[7]對生長在江蘇沿海鹽堿地的中國白蠟進行研究發現，90%以上的該種植物能在土壤鹽質量分數為0.6%—1%的地方成活，耐鹽能力很強。眾多研究表明白蠟屬植物具有較強的耐鹽性，其對于我國鹽堿地的開發與利用具有重要的研究價值。多年來，國內外許多學者對白蠟屬樹種的形態特征、解剖結構與和其耐鹽性相關的生理代謝、耐鹽基因工程等方面開展了研究[8]。在查閱了大量相關文獻之后，本文綜述了白蠟屬樹種耐鹽生理適應性與解剖結構的特征，希望能為該樹種耐鹽的后續研究提供幫助。

1 白蠟屬樹種遭受鹽脅迫的生理機制

1.1 生長形態變化

鹽脅迫環境會導致白蠟屬樹種的生長和外部形態發生適應性變化。劉萍對絨毛白蠟種子的萌發特性進行研究，發現鹽處理條件下的絨毛白蠟的種子萌發和正常生長被明顯抑制，同時證明了鹽處理后的絨毛白蠟種子的萌發潛力仍然較高[9]。李國雷[10]對13個樹種的耐鹽生理進行研究，發現在質量分數為0.6% 的NaCl脅迫下，白蠟葉片干質量變化不大，其根冠比也并未受到顯著影響。同樣0.6% NaCl脅迫時，美國白蠟葉片開始出現變小、變黃、卷曲的現象，而洋白蠟葉片變黃的面積擴大，脫落的數量也增多[11]。隨著鹽處理質量分數的不斷增加，美國白蠟的相對苗高和地徑增長量下降幅度逐漸增大[12]。

1.2 光合因子

鹽脅迫會對植物葉片產生影響，阻礙正常生理活動。楊升對16個樹種耐鹽生理的研究表明，從鹽濃度0—500 mmol/L的脅迫過程中，美國白蠟的葉綠素含量逐漸下降，且下降幅度增大；對不同鹽濃度下11個樹種進行研究，發現美國白蠟的胞間CO2濃度隨鹽脅迫的增強變化不大，其蒸騰速率先升高后下降，凈光合速率和氣孔導度一直下降[13]。張川紅等[14]發現鹽脅迫時絨毛白蠟的凈光合速率無明顯變化。武德等[15]研究發現，在中性鹽處理下絨毛白蠟光合色素中的葉綠素a和葉綠素b含量逐漸下降，類胡蘿卜素含量先上升后下降；而在堿性鹽處理后期絨毛白蠟葉綠素a含量上升，葉綠素b含量呈上下波動。吳永波等[16]發現鹽脅迫下小葉白蠟的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和葉綠素含量都下降。彭方仁等[17]發現常綠白蠟幼苗在中、低質量濃度的鹽脅迫下，葉綠素熒光Fv/Fm值呈較大幅度減小，表明其對鹽脅迫響應較為敏感。

1.3 離子代謝

鹽脅迫下植物對鹽離子和其他養分的吸收是相互競爭的關系，過高鹽離子濃度嚴重危害樹木生長。Na+/K+值是衡量林木耐鹽性的一個重要指標，該值越小，表示植物越抗鹽[18]。研究人員對美國白蠟進行不同梯度鹽處理，發現其根中的Na+含量大于莖，而莖中Na+含量大于葉[13]。朱振賢[19]研究發現在3‰鹽脅迫條件下，常綠白蠟葉片的Na+含量增多，導致其遭受嚴重鹽害。常越霞[20]發現鹽脅迫時白蠟苗木的K+和Ca2+含量在葉片中最多，其次是莖的韌皮部、根和莖的木質部。蔣海月等[11]對8個樹種實生苗進行耐鹽研究發現，隨著鹽質量分數的增加，洋白蠟根中Ca2+含量逐漸降低，而美國白蠟根中Ca2+含量比莖和葉中的高，且在高鹽質量分數下根中Ca2+含量激增。段麗君等[21]發現局部鹽脅迫下絨毛白蠟葉片鈉離子積累適中，且顯著低于均勻鹽脅迫條件，但鹽脅迫強度增高時，鉀離子積累較低。

1.4 細胞膜透性和丙二醛

植物細胞膜在保持生理生化穩定方面有重要作用，丙二醛含量會引起細胞膜透性的改變。研究表明，白蠟在2‰，4‰的鹽脅迫水平上，MDA含量變化較小，而達到6‰水平時其含量迅速上升[10]。絨毛白蠟葉片的MDA含量會隨著中性鹽濃度的增加而不斷增加，且在脅迫后期變化幅度增大；當堿性鹽脅迫不斷增強，其MDA含量先上升再下降最后上升[22]。鹽脅迫下美國白蠟的MDA含量總體上要高于水蠟(Ligustrumobtusifolium)、杜梨(PvrusbetulaefoliaBunge)等樹種[13]。楊傳平等[23]的研究發現，水曲柳的相對電導率隨土壤基質電導率的增加而逐漸增加，但其相對于白樺(Betulaplatyphylla)和紅松(Pinuskoraiensis)來說，變化幅度較小。

1.5 抗氧化酶系統

鹽脅迫導致植物細胞自由基的積累，引起膜脂過氧化，其產生與清除的平衡需要依賴抗氧化酶系統。有研究發現，隨著NaCl質量分數的增加，白蠟和金葉白蠟的SOD酶活性都出現“S”型上升的趨勢，其POD酶活性先升高后降低[20]。吳麗云等[24]研究證明，隨著鹽處理濃度的增加，絨毛白蠟幼苗的CAT酶和SOD酶活性逐漸增加，且活性都高于同一環境條件下的苦楝幼苗，但POD酶活性變化平緩。李常艷[25]研究證明，美國白蠟的SOD活性會隨鹽濃度的增強而不斷增加，美國白梣SOD活性升高較快，而美國紅梣和中國白蠟的SOD活性先上升后下降，它們的POD酶活性也出現先上升后下降的變化。這說明當鹽脅迫達到一定程度時，植物細胞內自我調節能力受到限制，導致抗氧化酶活性降低[26]。

1.6 滲透調節物質

植物在鹽脅迫下，細胞大量失水導致滲透脅迫，為了維持正常的生理代謝，植株體內開始積累用于滲透調節的物質。徐明廣等[27]曾證明絨毛白蠟耐鹽的方法之一，便是積累滲透調節物質。武德[22]研究發現，在鹽處理后期，絨毛白蠟的脯氨酸含量迅速增加，而可溶性蛋白含量先降低后升高，鹽脅迫使可溶性蛋白加速分解，但后期植物體內可能會產生逆境蛋白，從而使其耐鹽能力增強。同時，低濃度NaCl會使絨毛白蠟可溶性糖含量降低，高濃度NaCl則導致其含量上升。研究人員對白蠟和金葉白蠟進行可溶性蛋白含量的測定，發現隨著鹽濃度的增加，兩者的變化趨勢相同，逐漸升高后至4.5‰處理后下降[20]。劉海曼等[28]的研究表明，鹽處理下的耐鹽優株白蠟可溶性糖含量明顯高于普通白蠟，并且隨著土壤含鹽量的增加而上升。在鹽處理過程中，美國白蠟的可溶性蛋白含量呈現先下降后上升再下降的曲折變化，其原因之一可能是逆境使植物體內的蛋白質代謝平衡被打破，從而使其作出調整；隨著脅迫時間的延長，美國白蠟的脯氨酸含量不斷增加，可溶性糖含量先增加后減少[12]。

2 白蠟屬樹種的耐鹽性與解剖結構的關系

2.1 根的解剖結構

根是植物與土壤直接相連的重要組成部分，根的解剖結構一定程度上影響植物的耐鹽性。絨毛白蠟為深根樹種，存在發達且稠密的側根，具有明顯的避鹽性。鹽堿土上生長的絨毛白蠟對鈣、鎂、磷等元素具有較強的吸收能力，鹽分積累在初生根的外皮層細胞中，對根的正常吸收功能影響不大[29]。水曲柳主根短，側根和毛細根發達，其初生根不具有木栓層，存在發達的通道細胞與皮層組織，為根系吸收水分和養分創造了條件；次生根形成完整的木栓層可阻礙物質進出，發達的維管組織使其根系地上與地下部分之間的物質運輸更加便捷[30]。水曲柳的這些結構為其耐鹽性提供了基礎。王月海等[31]通過對黃河三角洲鹽漬土上包括白蠟在內的5種耐鹽植物進行研究，發現中度鹽漬土環境下，白蠟的根系發達程度和分生能力最強，根系多，根系序級高，故而對營養物質的吸收較強。

2.2 葉的解剖結構

葉片的解剖結構與其耐鹽堿性具有相關性[32-33]。絨毛白蠟葉片存在柵欄組織和發達的表皮毛，葉表具有大量可泌鹽的腺體，可將植物體內吸收的鹽分排出[29]。王友平等[34]發現絨毛白蠟葉肉細胞存在較大液泡，在鹽脅迫條件下可進行滲透調節或以離子區域化作用積累離子。賴久鑫[35]研究發現，白蠟葉片中的柵欄組織排列緊湊整齊，而海綿組織的分布較為疏松，其部分胞間空隙可聚集而形成通氣結構，從而使白蠟具有一定的耐鹽能力。

白蠟屬樹種對鹽脅迫環境有一定的適應能力，該樹種側根稠密，具有發達的通氣組織和維管組織，可降低鹽害的破壞程度；葉片柵欄組織較厚且排列整齊，可提高光合效率，減少水分流失，同時葉片中形成的通氣結構和其他特殊結構也為該種植物耐鹽提供了基礎。

3 白蠟屬樹種的耐鹽性評價方法

不同研究人員對于各樹種的耐鹽指標研究與評價方法各有不同。燕麗萍等[26]用主成分分析和隸屬函數法對包括美國白蠟、紅梣在內的4種白蠟屬喬木進行耐鹽分析，證明了耐鹽性最強的是絨毛白蠟。馬健[12]通過坐標綜合評定法和聚類分析對美國白蠟、美國皂莢(Gleditsiatriacanthos)、紅枝榿木(Alnusrubua)、水紫樹(Nyssaaquatica)、茶條槭(AcerGinnalaMaxim)進行耐鹽評價，發現美國白蠟最耐鹽。姜福成等[36]通過聚類分析證明了美國紅葉白蠟和絨毛白蠟耐鹽能力較強。楊洛濱[37]對白蠟(F.chinensisRoxb)、法國梧桐(PlatanusorientalisL.)、烏桕(SapiumsebiferumL. Roxb)等5個樹種進行主成分分析、回歸分析和相關分析，發現耐鹽性最強的是白蠟。根據對不同樹種鹽脅迫下細胞膜透性的比較，研究人員發現水曲柳比白樺更耐鹽[23]。

4 小結與展望

植物對鹽脅迫的反應和調節是一個相當復雜的生理過程[38]，不僅包括酶和激素等生長調節物質的合成與激活，核酸、蛋白質、碳水化合物等物質和能量的代謝，還有內部解剖結構和外部形態的改變[39-40]。對白蠟屬樹種耐鹽機理的研究是一個復雜而長遠的過程，需要研究人員的不斷探索與思考。多年來，許多學者對于白蠟屬樹種的研究都表明其具有較強的耐鹽性，且存在一定的生態價值、經濟價值和研究利用價值。但目前對于白蠟樹種的耐鹽研究資料相對較少，主要包括白蠟屬不同品種之間或者不同樹種與白蠟之間在鹽脅迫下的生理變化比較研究，關于其解剖結構、分子、基因等方面的研究還有待深入。

一些對于白蠟屬樹種的研究并不足以全面、宏觀地反映或評價耐鹽能力，因此在進行耐鹽分析時，應全面考慮白蠟屬樹種生長的環境和自然生態條件、鹽脅迫方式和時長、品種等多種因素的影響，構建該樹種耐鹽評價的標準體系；可以從多角度進行耐鹽研究，例如短期脅迫與長期脅迫、單鹽脅迫與復合鹽脅迫、局部鹽脅迫與均勻鹽脅迫、混合鹽堿脅迫等的比較；同時，在對白蠟屬樹種進行鹽脅迫時還可以利用遺傳學與轉基因技術，提取耐鹽基因，篩選耐鹽品種。研究學者通過對白蠟屬樹種耐鹽性進行多角度、多方面、更深層次的試驗與探討，可以更好地為選育優良耐鹽白蠟品種、充分利用土地資源、促進我國現代農業的發展和改善生態環境做出努力。