NaCl脅迫對白玉蘭形態(tài)及生理特性的影響

金荷仙 沈徐悅 陳蓉蓉 吳 振 申亞梅 張冬梅

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，臨安 311300；2. 上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232）

我國是世界白玉蘭（Magnolia denudata Desr.）的起源中心與分布中心［1］，現(xiàn)廣泛栽培于全國各大城市園林中。目前關(guān)于白玉蘭的研究主要集中在繁育［2～5］、解剖［6］及抗寒性［7］方面，常鵬杰等［8］對白玉蘭在鹽脅迫下目的基因表達的內(nèi)參基因篩選進行深入探討，除此之外，未見對其相關(guān)耐鹽性研究報道。

上海地區(qū)分布著總面積約630 km2的濱海鹽漬土，土壤含鹽量較高，鹽分組成以NaCl為主，1 m土體平均含鹽量為0.4%～0.6%，局部表土含鹽量高達4.6%［9］，在其鹽漬土上常見的耐鹽人工植被主要有木麻黃（Casuarina equisetifolia）、烏桕（Sapi?um sebiferum）等樹種［10］，觀花植物應(yīng)用較少，白玉蘭作為上海市的市花尚未見其應(yīng)用，因此對其耐鹽性進行研究具有重要意義。本文調(diào)查NaCl脅迫下苗木受鹽害癥狀，并研究NaCl 脅迫對白玉蘭幼苗葉片細胞膜透性，丙二醛、葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量和SOD、POD 活性的影響，為白玉蘭在鹽化土壤的推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植物白玉蘭由嵊州市秋葉苗木開發(fā)有限公司提供，為當年生實生苗，于2019 年4 月購入，定植于V（泥炭土）∶V（珍珠巖）∶V（蛭石）=1∶1∶1的花盆中（花盆上口徑6 cm，下口徑5 cm，高8 cm），每盆1 株。放置于浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院教學(xué)實驗基地溫室內(nèi)，進行常規(guī)管理。

于2019 年6 月挑選生長基本一致的幼苗，轉(zhuǎn)移至浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院人工氣候室中，環(huán)境條件為光照時間14 h·d-1；光下溫度28℃，暗中溫度25℃；空氣相對濕度68%～75%，置于配置1/2 Hoagland 營養(yǎng)液的玻璃培養(yǎng)瓶（上口徑6 cm，下口徑6 cm，高14 cm）每瓶1 株進行水培，每3 d更換一次1/2 Hoagland營養(yǎng)液。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

待幼苗恢復(fù)正常生長后，于2019 年7 月開始NaCl 脅迫處理，NaCl 處理液用1/2 Hoagland 營養(yǎng)液配制，設(shè)置0（CK）、100（T1）、200（T2）、300（T3）mmol·L-14個NaCl濃度處理；在處理期間以設(shè)定的NaCl 濃度每3 d 更換1 次NaCl 處理液；每處理5株，3 次重復(fù)。分別于NaCl 脅迫的第1、3、5、7 d 清晨，采集各處理植株從下至上的第3 至第7 位葉片，每5 株混合后用電子天平（精度0.01 g）取5.0 g進行相應(yīng)生理指標測定。

1.2.2 鹽脅迫危害調(diào)查

于NaCl 脅迫后第1、3、5、7 d 觀察植株的表觀癥狀。鹽害癥狀分為5 個級別。0 級：無癥狀；1 級：植株葉片出現(xiàn)皺縮；2 級：植株葉片出現(xiàn)變黃焦枯；3級：植株出現(xiàn)落葉；4級：植株枯死。

1.2.3 葉片生理指標測定

用乙醇提取法［11］測定葉綠素含量，用電導(dǎo)儀法［11］測定相對電導(dǎo)率，用硫代巴比妥酸法［11］測定丙二醛含量，用蒽酮比色法［11］測定可溶性糖含量，用考馬斯亮藍G-250 染色法［11］測定可溶性蛋白含量，用磺基水楊酸法［11］測定脯氨酸含量，用氮藍四唑法［11］測定超氧化物歧化酶活性，用愈創(chuàng)木酚法［11］測定過氧化物酶活性。每個指標均重復(fù)測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel、SPSS19.0 進行數(shù)據(jù)收集、處理；用單因素方差分析對實驗數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗，Dun?can新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽害癥狀分析

由表1 可以看出，隨著NaCl 脅迫時間的延長，白玉蘭受害癥狀加重，最高受害等級為2級。

表1 NaCl脅迫下白玉蘭受鹽害癥狀等級Table 1 Salt-damaged grade of M. denudata under NaCl stress

在鹽脅迫第3 天，T3 處理下植株葉片出現(xiàn)皺縮；在鹽脅迫第7 天，T2 處理下植株葉片出現(xiàn)皺縮，T3處理下植株葉片出現(xiàn)變黃焦枯（見圖1）。

2.2 NaCl脅迫對葉綠素含量的影響

隨著NaCl 脅迫時間的延長，白玉蘭的葉綠素和葉綠素a 含量（見圖2～3）在T1 和T2 處理下呈先升后降趨勢，T3 處理下呈下降的趨勢，葉綠素b 含量（見圖4）在不同處理下均呈先升后降趨勢。在脅迫的各個時期，葉綠素含量、葉綠素a 含量和葉綠素b含量在不同處理下均與對照均無顯著差異。脅迫中期（3 d），葉綠素含量和葉綠素a 含量在T1和T2 處理下達到峰值，葉綠素含量分別較對照上升了12.05%和19.21%，葉綠素a 含量分別較對照上升了9.42%和19.00%，葉綠素b 含量在不同處理下均達到峰值，分別較對照上升了17.74%、19.67%和7.48%。脅迫末期（7 d），葉綠素含量、葉綠素a 含量和葉綠素b 含量在不同處理下均與對照接近，且有小于對照的趨勢，其中葉綠素含量和葉綠素a 含量在T3 處理下分別較對照下降了7.76%和4.45%。

2.3 NaCl脅迫對相對電導(dǎo)率、丙二醛含量的影響

由圖5 可見，隨著脅迫時間的延長，白玉蘭的相對電導(dǎo)率在不同處理下總體均呈上升趨勢。在脅迫的各個時期，不同處理與對照均無顯著差異。在脅迫末期T1、T2和T3處理下分別較對照上升了4.08%、10.87%和28.86%。

NaCl 脅迫下，白玉蘭的丙二醛含量在不同處理下也均呈上升趨勢（見圖6）。在脅迫的各個時期，T1 和T2 處理均與對照無顯著差異，在脅迫末期，T3 處理較對照有顯著的上升。在脅迫末期T1、T2 和T3 處理下分別較對照上升了29.00%、34.11%和51.18%。

2.4 NaCl脅迫對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

隨著NaCl 脅迫時間的延長，白玉蘭的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量在不同處理下均呈先升后降趨勢，脯氨酸含量呈上升趨勢（見圖7～9）。脅迫初期（1 d）可溶性糖含量在T1 處理下與對照間存在顯著差異，比對照高74.74%，脯氨酸含量在T2 處理下與對照間存在顯著差異，比對照高27.22%，可溶性蛋白含量與對照無顯著差異。脅迫中期可溶性糖含量在T2 處理下與對照間存在顯著差異，比對照高70.18%，可溶性蛋白含量在T1 和T2 處理下與對照間存在顯著差異，分別比對照高18.38%和17.48%，脯氨酸含量與對照無顯著差異。脅迫后期（5 d）可溶性糖含量在T2 和T3 處理下與對照間存在顯著差異，分別比對照高77.84%和33.80%，可溶性蛋白含量和脯氨酸含量與對照無顯著差異。脅迫末期脯氨酸含量在T2處理下與對照間存在顯著差異，比對照高25.92%，可溶性糖含量和可溶性蛋白含量與對照無顯著差異。

2.5 NaCl脅迫對抗氧化酶活性的影響

隨著NaCl 脅迫時間的延長，白玉蘭的SOD 活性和POD 活性在不同處理下均呈先升后降趨勢（見圖10～11）。脅迫初期POD 活性在T3處理下與對照間存在顯著差異，比對照高7.29%，SOD 活性與對照無顯著差異。脅迫中期SOD 活性在T3 處理下與對照間存在顯著差異，比對照高9.70%，POD 活性在不同處理下均與對照間存在顯著差異，分別比對照高29.72%、14.70%和14.89%。脅迫后期POD 活性在不同處理下均與對照間存在顯著差異，分別比對照高66.42%、66.58%和61.30%，SOD 活性與對照無顯著差異。脅迫末期POD 活性在不同處理下均與對照間存在顯著差異，分別比對照高25.04%、15.12%和19.06%，SOD 活性與對照無顯著差異。

2.6 各指標間相關(guān)性分析

由表2可知，鹽脅迫下白玉蘭葉綠素與可溶性糖和SOD 呈顯著正相關(guān)（P≤0.05）；相對電導(dǎo)率與丙二醛呈極顯著正相關(guān)（P≤0.01）；可溶性蛋白與可溶性糖呈極顯著正相關(guān)。說明在鹽脅迫下，相對電導(dǎo)率和丙二醛含量增加，各指標相互作用以應(yīng)對鹽害。

表2 NaCl脅迫下白玉蘭幼苗指標間的相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis of indexes of M. denu‐data seedlings under NaCl stress

3 討論

土壤中過量的NaCl 會抑制植物的生長發(fā)育［12］，鹽脅迫下植物生長狀況受到的影響可通過鹽害等級直觀體現(xiàn)［13］。本試驗中，在脅迫結(jié)束時，T2 和T3 處理下植物受鹽害的癥狀明顯，但均能成活，說明高濃度的鹽脅迫會抑制白玉蘭幼苗的生長。

細胞膜的穩(wěn)定程度與植物對鹽脅迫的耐受性有關(guān)［14］。鹽脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧升高，膜脂過氧化加劇，造成細胞膜系統(tǒng)的損害［15］。相對電導(dǎo)率是衡量細胞膜透性的重要指標，丙二醛含量的高低可以衡量細胞膜受損傷的程度［16］，反映細胞膜質(zhì)過氧化水平。本實驗中，白玉蘭葉片的相對電導(dǎo)率和丙二醛含量在不同處理下較對照均有所上升，說明鹽脅迫下造成了膜質(zhì)過氧化傷害，細胞膜受到破壞。這與袁軍偉等［17］對赤霞珠葡萄的研究結(jié)果一致。

葉綠體是植物光合作用的場所，而葉綠素是體現(xiàn)植物光合特性的重要指標［18］。鹽脅迫影響植物葉綠素的合成，葉綠素含量的高低會影響植物的生長［19］。本試驗中，白玉蘭葉片的葉綠素含量在T1和T2處理下隨著脅迫時間的延長先升后降，說明在中低濃度的NaCl 脅迫范圍內(nèi)，脅迫初期會促進白玉蘭自身葉綠素的合成，隨著脅迫時間的延長，過量的鹽進入植物細胞，植株體內(nèi)葉綠素的合成受到抑制，葉綠素含量有所下降。這與佘漢基等［20］對狗牙花和鵝掌藤的研究結(jié)果一致。而葉綠素含量在T3 處理下呈下降趨勢，說明高濃度的NaCl處理對白玉蘭幼苗葉片中葉綠素的破壞程度較大，在脅迫初期就抑制了葉綠素的合成。

鹽脅迫下，植物細胞體內(nèi)通過可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等小分子有機物的合成和積累進行滲透調(diào)節(jié)。植物體內(nèi)的可溶性糖不僅作為滲透調(diào)節(jié)劑發(fā)揮作用，還作為合成其他有機溶質(zhì)的碳骨架和能量來源［12］，鹽脅迫下可溶性糖含量的積累是植物進行滲透調(diào)節(jié)以適應(yīng)鹽脅迫的重要策略［21］；可溶性蛋白含量的增加可以維持功能蛋白的數(shù)量和細胞滲透勢［22］，而脯氨酸的積累能使植物在鹽脅迫中保護大分子物質(zhì)，清除羥基自由基［23］。本試驗中白玉蘭葉片的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量在不同處理下均隨著脅迫時間的延長先升后降，脯氨酸含量有所上升。鹽脅迫的初期，植物通過增加體內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量以調(diào)節(jié)自身的滲透平衡，而隨著NaCl 脅迫時間的延長，可溶性糖和可溶性蛋白含量有所下降，說明植物在鹽脅迫中受到損傷，生理代謝被破壞。當鹽脅迫時間延長時，可溶性糖、可溶性蛋白含量不再增加，而游離脯氨酸含量持續(xù)增加，成為主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在保護大分子物質(zhì)的同時清除羥基自由基，從而保護植物細胞。可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸的變化均與李碩等［24］對番茄的研究結(jié)果一致。

鹽脅迫破壞植物體內(nèi)的氧化還原體系的平衡，誘導(dǎo)出具有破壞能力的活性氧，SOD、POD 等活性氧酶促清除劑能平衡活性氧的毒害［25］。本試驗中，白玉蘭葉片的SOD 活性和POD 活性在NaCl脅迫下均隨著脅迫時間的延長先升后降，在脅迫初期，白玉蘭通過SOD、POD 的協(xié)同作用以清除NaCl脅迫下產(chǎn)生的活性氧，緩解氧化傷害，而酶活性的耐受度有限，隨著脅迫時間的延長，植物細胞膜系統(tǒng)被破壞，導(dǎo)致體內(nèi)代謝紊亂，SOD 和POD 活性下降，這與高帆等［26］對美味獼猴桃實生苗的研究結(jié)果一致。

通過對鹽脅迫下白玉蘭的受害狀況觀察及生理指標分析，得知白玉蘭具有一定的耐鹽性，但其對鹽環(huán)境的適應(yīng)能力有一定的范圍，在短時間的低鹽環(huán)境下可以通過增加葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和酶活性以保護細胞免受損傷，而在300 mmol·L-1的NaCl脅迫下葉片變黃焦枯，細胞膜受損明顯，植物生長受到不可逆的傷害。因此，白玉蘭可在輕度鹽土地區(qū)栽植。