NaCl脅迫對油茶幼苗生理特性的影響

劉艷菊 徐玉芬 賈效成

(1中國熱帶農業科學院椰子研究所海南文昌571339;2海南省熱帶油料作物生物學重點實驗室海南文昌571339)

油茶（Camellia vietnamensis）是山茶科山茶屬（CamelliaL.）植物，為中國南方主要的經濟林木，與椰子、油棕和油橄欖并稱為世界四大木本食用油料樹種［1］。中國是油茶的主要產區，主要分布于長江流域以南地區，除此之外，越南、緬甸、泰國、馬來西亞和日本也有少量分布［2］。海南島是中國油茶資源分布的最南緣，具有種植和利用油茶的悠久歷史［3］。海南稱本地油茶果為“山柚”，其茶籽油為“山柚油”，該油具有廣泛的用途與神奇的功效，被海南人民視為珍品［4］。油茶可作良好的生態林，同時，也是農林業產業結構調整、精準扶貧的重要經濟作物，具有很高的經濟效益、社會效益和生態效益［5］。

植物逆境脅迫分為生物脅迫和非生物脅迫，鹽脅迫是非生物脅迫的一種。中國有近15億畝（1畝＝667m2）鹽堿地，海南有1 800多公里海岸線，有的濱海灘涂因含鹽量高而利用率低。尤其是2014年17級超強臺風“威馬遜”、13級臺風“海鷗”引起海水倒灌，導致海南4萬多畝良田呈鹽漬化。因此，了解鹽脅迫對植物生理生化的影響，對明確鹽脅迫的作用機理和提高植物的抗鹽性有重要意義。

油茶抗逆性的研究多集中在抗旱和抗寒等方面［6-7］。有關鹽脅迫對油茶生理生化特性影響的研究報道甚少。本研究以18個月盆栽油茶幼苗為試驗材料，研究不同濃度NaCl脅迫對油茶幼苗生長、質膜透性、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛（MDA）、SOD酶、POD酶和離子吸收與分配變化情況的影響，明確油茶對鹽脅迫的生理響應特征，以期為了解鹽脅迫對油茶的影響奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用的油茶材料取自海南省文昌市中國熱帶農業科學院椰子研究所育苗基地，品種為熱研1號，18個月生嫁接苗。

1.2 方法

1.2.1 育苗方法

采用花盆（內口徑21.5 cm，高19.5 cm）育苗，栽培基質由蛭石、珍珠巖按質量比為1∶3混合而成，每盆1株幼苗。

1.2.2 試驗設計

每天注入定量的1/2 Hoagland營養液，保證幼苗正常生長；待其長勢健壯后，在Hoagland營養液中添加不同質量的NaCl，配制成5個NaCl濃度梯度［0（CK）、100、200、400、800 mmol/L］，每個處理3個重復；將1 L含不同NaCl濃度梯度的Hoagland營養液分別倒入對應的育苗盆，每隔3 d更換一次以維持鹽處理濃度；連續處理20 d后，取心葉外圍第3、4片葉進行相關指標的測定。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 生長指標

幼苗土面到頂端新芽芽尖的距離為株高，鹽處理前和處理20 d后分別測量單株幼苗的株高，其差值即為株高生長量；全株收獲洗凈后將地上部分（莖葉）和地下部分（根）分開，于110℃烘箱殺青15 min，以80℃烘干至恒質量；每一單株莖葉干質量和根干質量的總和即為全株干質量，每一單株根干質量與莖葉干質量的比值即為根冠比。

1.2.3.2 生理指標的測定

可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法［8］，過氧化氫（H2O2）含量采用硫酸鈦法［9］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［10］，脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸法［11］，質膜透性測定采用電導法［12］，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性應用南京建成試劑盒進行測定；吸光值利用日本島津UV-2600紫外分光光度計測定。

Na+、K+和Ca2+含量測定取幼苗根、莖、葉樣品烘干（80℃）并粉碎研磨后過篩；采用消煮法［13］，取0.10 g烘干樣品，經灰化、消煮和定容后，用原子吸收分光光度計測定Na+、K+和Ca2+含量，每個處理重復3次。

1.2.4 統計分析

用Excel 2010進行數據統計和制圖，用DPS 7.05軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對油茶幼苗生長和生理指標的影響

2.1.1 NaCl脅迫對油茶幼苗生長指標的影響

由表1可知，不同濃度NaCl處理對油茶幼苗株高增加量、全株干質量和根冠比的影響不同。低濃度NaCl處理下，株高呈增加趨勢，100、200、400 mmol/L NaCl處理的株高明顯增加（p＜0.05），與CK相比，分別增加35.91%、45.31%、78.37%；800 mmol/L NaCl處理的株高增加量顯著降低（p＜0.05），與CK相比減少13.47%。全株干質量變化趨勢與株高相類似，在低濃度NaCl處理下呈增加趨勢，在800 mmol/L NaCl處理下全株干質量顯著降低（p＜0.05），與CK相比減少16.3%。不同濃度NaCl處理的根冠比值均顯著增加（p＜0.05），其中400 mmol/L NaCl處理的增加量最高，與CK相比，增加213.79%。與CK相比，100 mmol/L NaCl處理的油茶幼苗株高增加量、全株干質量和根冠比均顯著增加（p＜0.05），分別增長35.91%、49.33%和96.55%。說明一定濃度的NaCl處理促進油茶幼苗生長，尤其是根的生長。

2.1.2 NaCl脅迫對油茶幼苗生理指標的影響

由表2可看出，NaCl脅迫處理下油茶幼苗的7個生理指標均受到不同程度的影響。與CK相比，100 mmol/L NaCl處理的葉片可溶性蛋白含量變化不大；隨著NaCl濃度的增大，葉片可溶性蛋白含量顯著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl處理的增加量最大，與CK相比，增加29.49%。僅有100 mmol/L NaCl處理的油茶幼苗相對含水量明顯增加；而隨著NaCl濃度的增大，葉片相對含水量呈現顯著下降趨勢，400和800 mmol NaCl處理與CK相比，分別減少73.13%和83.81%。油茶幼苗葉片中可溶性糖含量隨著NaCl濃度的增加而增加，其中100、200 mmol/L NaCl處理下葉片中可溶性糖含量差異不顯著（p＞0.05），但與CK相比，均顯著增加（p＜0.05）；400、800 mmol/L NaCl處理下葉片中可溶性糖含量與對照相比差異顯著（p＜0.05），分別是CK的3.93、5.90倍。

表1 NaCl脅迫對油茶幼苗3個生長指標的影響

0～200 mmol/L NaCl處理下，幼苗葉片質膜透性呈增加趨勢；400 mmol/L NaCl處理下質膜透性較小，200 mmol/L NaCl處理顯著下降（p＜0.05），減少10.5%；800 mmol/L NaCl處理下的葉片質膜透性最大，是CK的1.93倍，是400 mmol/L NaCl處理的1.71倍。0～200 mmol/L NaCl處理下油茶幼苗葉片MDA含量雖略有增加但變化不大；但隨著NaCl濃度的增加，MDA含量顯著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl處理是CK的1.86倍。0～200 mmol/L NaCl處理下，葉片中脯氨酸含量呈先增加后降低的趨勢，分別是CK的1.35、1.17倍；400 mmol/L NaCl處理的葉片脯氨酸含量與200 mmol NaCl相比略增加，與100 mmol/L NaCl相比略有下降，比CK增加24.65%；在800 mmol/L NaCl處理下達到最大，比CK增加242.41%。0～400 mmol/L NaCl處理下油茶幼苗葉片H2O2含量呈逐漸增加趨勢，在400 mmol/L NaCl處理下達到最大，是CK的3.01倍。

表2 NaCl脅迫對油茶幼苗7個生理指標的影響

抗氧化酶SOD、POD在ROS清除過程中發揮重要作用［14］。由圖1可知，隨著NaCl濃度的增加，油茶幼苗葉片中SOD、POD活性均呈上升趨勢，在800 mmol/L NaCl處理下達到最高，分別是CK的1.67倍 和3.93倍。100和200 mmol/L NaCl處 理 下的SOD活性差異不顯著，但分別較CK增加12.23%、17.20%。

圖1 鹽脅迫對油茶幼苗SOD、POD活性變化的影響

2.1.3 NaCl脅迫對油茶幼苗離子吸收與分配的影響

由表3可以看出，NaCl脅迫促進油茶幼苗植株內Na+的積累。NaCl脅迫下，根和莖中Na+含量均隨著脅迫程度的增加而顯著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl處理下二者Na+含量均最高，分別是CK的9.08和40.47倍；葉片中Na+含量在NaCl脅迫下也顯著增加（p＜0.05），其中200 mmol/L NaCl處理的Na+含量最高，為CK的29倍，400與800 mmol/L NaCl處理組間差異不顯著（p＞0.05），分別為CK的22.52和23.24倍。低濃度NaCl脅迫下，油茶幼苗根和莖中Na+含量均低于葉中的；而隨著NaCl濃度升高，莖中Na+含量高于根和葉中。

NaCl脅迫下，油茶幼苗根和莖中K+含量呈現先降低再增加的趨勢，其中800 mmol/L NaCl處理的K+含量最高，比100 mmol/L NaCl處理分別增加85.76%、84.48%。葉中K+含量與根莖相反，呈先增加再降低的趨勢，均高于CK，其中200 mmol/L NaCl處理比CK增加65.34%。不同濃度NaCl脅迫下，葉片中K+含量均比根、莖中高，說明鹽脅迫下K+主要集中于葉片，K+在根和莖中含量相近。

NaCl脅迫下，油茶幼苗根和葉片中Ca2+含量與CK相比均顯著下降，其中800 mmol/L NaCl處理的根中Ca2+含量顯著下降（p＜0.05），與CK相比降低32.08%；葉片中Ca2+含量在100、200、400 mmol/L NaCl處理下變化不明顯，但與CK相比均明顯下降，其中100 mmol/L NaCl處理與CK相比降低38.97%；莖中Ca2+含量除400 mmol/L NaCl處理外均升高（p＜0.05），與CK相比，200 mmol/L NaCl處理的Ca2+含量最高，與CK相比增加24.1%。不同濃度NaCl脅迫下，莖和葉中Ca2+含量均比根中高，說明鹽脅迫下Ca2+主要集中于地上部分。

由表4可知，隨著NaCl濃度的增加，油茶幼苗根、莖、葉中的K+/Na+均呈顯著下降趨勢（p＜0.05）。800 mmol/L NaCl處理下，油茶幼苗根、莖、葉中的K+/Na+均為最低，與CK相比，分別下降86.65%、96.91%和95.31%；而100與200 mmol/L NaCl處理的莖中K+/Na+差異不顯著（p＞0.05）。

與K+/Na+變化趨勢相似，油茶幼苗根、莖和葉的Ca2+/Na+也隨著NaCl濃度的增加呈顯著下降（p＜0.05）。800 mmol/L NaCl處理下，根、莖、葉中的Ca2+/Na+顯著下降，與CK相比，分別降低了92.54%、97.09%和97.12%；200 mmol/L NaCl與100 mmol/L NaCl處理相比，根、莖和葉中Ca2+/Na+差異顯著（p＜0.05），分別顯著降低了21.6%、6.12%和29.19%；400與800 mmol NaCl處理相比，根、莖和葉中Ca2+/Na+差異不顯著（p＞0.05）。

表3 NaCl脅迫對油茶幼苗離子吸收與分配的影響

表4 NaCl脅迫對油茶幼苗K+/Na+和Ca2+/Na+的影響

3 討論與結論

目前，有諸多學者通過研究油茶生理特性變化來評價其抗逆能力，且大多集中于低溫、干旱等逆境條件，關于鹽脅迫對油茶生理特性影響的研究報道較少。本研究表明，經100～800 mmol/L NaCl脅迫后，油茶幼苗的生長和生理代謝過程均受到不同程度的影響。100～400 mmol/L NaCl處理的油茶幼苗株高增加量、全株干質量和根冠比均增加，而800 mmol/L NaCl處理的油茶幼苗株高增加量、全株干質量均顯著下降，說明一定濃度的鹽處理能促進油茶幼苗的生長，尤其是根的生長。這與魏秀君等［15］、周瑩等［16］、陳新紅等［17］對海濱木槿、田菁、荊芥幼苗和小麥的研究結果一致。

鹽脅迫下，植物細胞會發生水分虧缺現象，進而積累可溶性滲透調節物質，以降低胞內滲透勢，使其在逆境下能吸收水分，維持正常生長［18-20］。本研究結果表明，低濃度NaCl脅迫下油茶幼苗葉片相對含水量略增加，但隨著NaCl濃度的增加，相對含水量顯著下降，油茶幼苗細胞發生失水現象。可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸是植物細胞內重要的滲透調節物質，能夠增加細胞滲透性，提高植物耐鹽能力。有研究發現，可溶性蛋白是評價植物耐鹽性的重要指標之一，鹽脅迫下可溶性蛋白含量越高，表明其代謝能力越強［21］。可溶性糖對細胞膜能起到保護作用［22］。鹽脅迫下紅葉石楠脯氨酸含量顯著增加［23］。本研究結果表明，在200～800 mmol/L NaCl處理下，油茶幼苗可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量較CK均有增加，表明NaCl脅迫下油茶幼苗通過合成滲透調節物質來提高其耐鹽能力。H2O2作為相對穩定的活性氧分子，參與調控鹽、低溫等多種非生物脅迫及生物脅迫［24-25］，被認為是植物耐受鹽脅迫的信號分子［26-28］。本研究表明，100～400 mmol/L NaCl處理的葉片H2O2含量隨NaCl濃度的增加而呈上升趨勢，而800 mmol/L NaCl處理的H2O2含量與400 mmol/L NaCl處理相比明顯下降。說明一定濃度NaCl脅迫可刺激油茶幼苗發生氧化脅迫，產生大量氧化產物。

鹽脅迫對植物傷害的最敏感部位和原初位點是膜系統［29］。鹽脅迫下植物積累大量的活性氧自由基［30］，引發膜脂過氧化，導致MDA含量增加［31-32］和細胞內電解質外滲，即質膜透性增加［33］，且質膜透性隨鹽濃度增加呈上升趨勢［16］。本研究發現，隨NaCl濃度增加，質膜透性較CK均有增加，并且800 mmol NaCl處理下葉片質膜透性達到最大，是CK的1.93倍。這與李倩等［34］、劉會超等［35］對燕麥、三色堇的研究結果一致。

SOD、POD在植物體內活性氧清除過程起重要作用［14］［18］。SOD主要作用是在細胞酶系統中清除超氧自由基O2-，將其分解為H2O2；而POD能催化分解H2O2，當SOD活性升高后產生大量H2O2，POD活性也上升，更好地促進分解H2O2［36］。本研究中，隨NaCl濃度的增加，油茶幼苗葉片SOD、POD活性呈上升趨勢，在800 mmol/L NaCl處理下二者活性皆達到最大值。說明鹽脅迫可誘導油茶幼苗SOD、POD活性增強，減少氧化傷害，從而維持油茶幼苗正常生長。

鹽脅迫對植物的傷害包括滲透脅迫和營養虧缺，及過量吸收的鹽離子對組織細胞造成的離子毒害，能引起細胞膜透性發生變化，影響礦質離子的選擇吸收和運輸，破壞離子平衡，進而影響植株的生長和發育［37-38］。離子區隔化是耐鹽植物維持生理活躍區域細胞離子平衡的途徑之一［39］。側伯幼苗根中Na+含量均高于莖和葉［40］。本研究發現，隨NaCl濃度的增加，Na+在油茶幼苗各部位不斷積累，100、200 mmol/L NaCl處理下，Na+含量表現為葉＞莖＞根，而在400、800 mmol/L NaCl處理下，Na+含量表現為莖＞葉＞根。說明根吸收的Na+多數運往地上部分，在莖和葉中積累，這與李玉梅等［41］、周瑩等［16］對牛疊肚、荊芥的研究結果一致。葉片中Na+過量積累會抑制油茶幼苗的生長發育，使其發生離子毒害，這也是高鹽脅迫下油茶幼苗葉片干枯的原因。

鹽脅迫下，Na+和K+在植物體內的分布情況，可反映植物潛在的耐鹽能力。研究表明，鹽脅迫會增加植物體內Na+含量和減少K+、Ca2+［42］，影響細胞Na+、K+離子通道的正常運行，進而引發植物體的代謝紊亂［43-45］。耐鹽種質可通過離子的選擇性吸收和運輸更好地限制Na+積累，減少K+、Ca2+的流失，從而維持體內K+/Na+和Ca2+/Na+平衡［30，46-49］。

K+在調控植物體內離子平衡、細胞膨壓、滲透調節、光合作用和蛋白質合成等方面發揮著重要作用［50］。本研究發現，NaCl脅迫下油茶幼苗不同部位K+含量表現不同，莖和根中的K+含量在100和200 mmol/L NaCl處理下均比CK低，而在較高濃度NaCl（400、800 mmol/L）處理下莖和根中K+含量上升；葉片中K+含量隨NaCl濃度的增加呈現先增加后降低的變化趨勢，但均比CK含量高。油茶幼苗在較低濃度NaCl處理下，K+含量均表現為葉＞莖＞根。隨NaCl濃度的增加，油茶幼苗各部位的K+/Na+均呈下降趨勢，葉片中K+/Na+均高于莖和根。說明NaCl脅迫抑制油茶幼苗對K+的吸收和運輸，葉片中K+、K+/Na+均高于根和莖。

Ca2+是植物生長必需的營養元素，能維持細胞膜和膜蛋白的穩定，對植物適應逆境條件起著重要作用［51］。Ca2+參與離子毒害和滲透脅迫的調控，能降低Na+含量，進而維持離子平衡［52］。本研究發現，油茶幼苗根和葉的Ca2+含量均隨著NaCl增加呈下降趨勢，而莖中Ca2+含量除400 mmol/L NaCl處理外均比CK顯著升高。莖和葉中Ca2+含量高于根，說明鹽脅迫主要影響油茶幼苗根系對Ca2+的吸收，而對Ca2+的運輸影響較小。隨著NaCl濃度的增加，油茶幼苗根和莖的Ca2+/Na+均呈顯著下降趨勢；而葉片中Ca2+/Na+呈先降低后上升的變化趨勢，均比CK明顯下降。葉片和莖的Ca2+/Na+均比根中的高。本研究表明，NaCl脅迫下，油茶幼苗葉片中的K+和Ca2+含量始終高于根或莖，這對于維持植株細胞膜穩定性和光合作用有重要意義。

綜上所述，不同濃度NaCl處理對油茶幼苗生長有不同的影響，較低濃度NaCl處理的油茶幼苗株高增加量、全株干質量、根冠比均增加，高濃度NaCl處理的株高增加量和全株干質量顯著下降。隨著NaCl濃度增加，油茶幼苗的可溶性蛋白、可溶性糖、MDA、H2O2含量、質膜透性、脯氨酸含量和SOD、POD活性均呈增加趨勢，相對含水量則呈先升高后降低的變化趨勢。鹽脅迫下，油茶幼苗不同部位Na+、K+和Ca2+均呈不同程度變化。Na+大量積累，表現為葉＞莖＞根。根和莖中K+含量呈先降低后增加趨勢，葉片中積累較多的K+。而莖中Ca2+含量僅在100、200和800 mmol/L NaCl處理下比CK高。

本研究結果表明，低濃度（100 mmol/L）NaCl脅迫下，油茶幼苗株高增加量、全株干質量、根冠比、相對含水量、可溶性糖含量均增加，葉片SOD、POD活力增強，葉片中K+含量大幅提高，以抵御鹽脅迫對幼苗的傷害，進而維持植株的正常生長。油茶幼苗對低濃度的鹽脅迫有一定耐受能力。