NaCl對密胡楊（Populus talassica× P.euphratica）成活率及生理特性的影響

張敏，翟軍團，韓占江*，師建銀 ，孫陽

（1塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(shè)兵團林業(yè)工作管理總站，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆是我國典型鹽堿土的分布區(qū)［1］，其鹽堿土的總面積占全國鹽堿土面積的22.01%，鹽堿地土壤環(huán)境條件惡劣，對新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展造成了不利影響［2-3］。鹽堿地土地資源開發(fā)利用是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，選擇耐鹽性較高的植物在鹽堿地上種植對于提高鹽堿地利用和經(jīng)濟效益具有重要意義［4］。目前開發(fā)和利用鹽堿地主要有兩種途徑，一是運用技術(shù)改良土壤，但是需要大量資源［5-7］；二是選擇培育可以適應(yīng)鹽堿地生長的植物品種，提高鹽堿地利用效率［8-10］。鹽堿地的改良應(yīng)用與種植密切結(jié)合，選擇適應(yīng)于塔里木盆地鹽堿環(huán)境的植物尤為重要，可通過持續(xù)種植耐鹽植物改良鹽堿土地，做到生態(tài)保護與社會經(jīng)濟共同發(fā)展［11-12］。

密胡楊（Populus talassica×P.euphratica）是密葉楊（P.talassica）和胡楊（P.euphratica）的雜交種［12］。密胡楊屬于落葉喬木，高度一般在10～20 m，具有抗性強、無性繁殖能力高和生長速度快的特點，是沙荒地區(qū)控制風(fēng)沙的良好樹種［13-15］。目前關(guān)于密胡楊的研究，主要集中在苗木扦插培養(yǎng)，提高繁殖能力等方面［13-16］，但關(guān)于密胡楊的耐鹽性研究報道較少。因此，本研究通過揭示密胡楊對塔里木盆地鹽堿環(huán)境的適應(yīng)性，為塔里木盆地鹽堿地的利用以及密胡楊的鹽脅迫響應(yīng)機制研究提供參考。

1 材料與方法

本試驗以密胡楊為研究對象，主要分為樣地調(diào)查以及盆栽試驗。

1.1 塔里木盆地密胡楊調(diào)查

塔里木盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)南部，氣候干燥，降水少，年降水量大多在50 mm以下。密胡楊幼苗栽植在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木盆地的不同團場，試驗地點主要有第一師3團（1個樣點）、第二師22團（2個樣點）、29團（3個樣點）、30團（3個樣點）、第三師53團（2個樣點）、第十四師224團（3個樣點），共計14個樣點。

1.2 不同樣點土壤類型的劃分

表1 不同樣點土壤按易溶鹽中各種陰離子相對含量對土壤類型劃分

1.3 密胡楊盆栽試驗

采用盆栽法，在塔里木大學(xué)園藝試驗站進行，將同一時間扦插的一年生密胡楊幼苗分成5組，每組10株，進行NaCl處理，設(shè)置5個濃度梯度：0 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L，間隔5 d澆灌一次，共澆灌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(biāo)，每個處理3次重復(fù)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 成活率、土壤鹽分及養(yǎng)分測定

每個樣點逐行調(diào)查密胡楊總株樹和成活株樹，計算成活率。選擇能夠充分反映密胡楊的生長狀況，具有代表性的樣點，利用土鉆法，取密胡楊根際地表 0～60 cm 深的土層土壤，分為 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm共3層，每個土層取土500～1000 g，將土壤樣品帶回實驗室自然風(fēng)干，磨碎，過2 mm土壤篩，采用電位法測定pH值（土水比1∶5），水溶鹽總量采用殘渣烘干法，Cl-含量采用硝酸銀滴定法含量采用EDTA間接絡(luò)合滴定法［17］。

1.4.2 生理指標(biāo)的測定

取盆栽試驗中的密胡楊部分新鮮葉片，采用電導(dǎo)法測定相對電導(dǎo)率，MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定，SOD活性采用氮藍四唑法測定，脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定［18-19］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣點密胡楊的成活率調(diào)查與不同層土壤鹽分的相關(guān)性分析

對栽植在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團密胡楊幼苗成活率進行調(diào)查，結(jié)果顯示（圖1），3團樣點1、29團樣點3、30團樣點2、53團樣點2的密胡楊幼苗成活率顯著低于其他團場樣點密胡楊的成活率。

圖1 不同樣點密胡楊的成活率

從不同團場樣點密胡楊成活率與不同土壤層鹽分的相關(guān)分析顯示（表2），存活率與0～20 cm土層土壤、20～40 cm土層土壤和40～60 cm土層土壤的pH均呈正相關(guān)；存活率與0～20 cm土層土壤、20～40 cm土層土壤和40～60 cm土層土壤的水溶性鹽總量均呈負(fù)相關(guān)；存活率與0～20 cm土層土壤和20～40 cm土層土壤的Cl-呈負(fù)相關(guān)，與40～60 cm土層土壤的Cl-呈正相關(guān)；存活率與0～20 cm土層土壤、20～40 cm土層土壤和40～60 cm土層土壤的均呈負(fù)相關(guān)；但均未達到顯著水平，說明塔里木盆地的鹽堿不是影響密胡楊成活的決定因素，密胡楊可以適應(yīng)塔里木盆地的鹽堿環(huán)境。

表2 不同團場樣點密胡楊成活率與不同層土壤鹽分的相關(guān)分析

2.2 NaCl對密胡楊幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 NaCl對密胡楊幼苗相對電導(dǎo)率的影響

植物質(zhì)膜受傷害的程度顯示電導(dǎo)率的大小，電導(dǎo)率數(shù)值越大，質(zhì)膜受到的傷害越大，說明植物的生長受到了影響［20］。由圖2可以看出，與對照（CK：0 mmol/L的NaCl）相比，在50～200 mmol/L濃度的NaCl處理下，密胡楊幼苗葉片的相對電導(dǎo)率無顯著變化，說明本試驗中不同NaCl濃度條件下并未造成密胡楊幼苗細(xì)胞膜透性的改變。

圖2 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗相對電導(dǎo)率的影響

2.2.2 NaCl對密胡楊幼苗MDA含量變化的影響

MDA是植物膜脂過氧化作用的終產(chǎn)物，其含量可作為膜脂過氧化水平的指標(biāo)［21］。由圖3可以看出，經(jīng)濃度為50～150 mmol/L NaCl溶液處理的密胡楊幼苗的MDA含量與對照相比無顯著變化，趨于正常的生理指標(biāo)。說明密胡楊幼苗在50～150 mmol/L濃度條件下受NaCl溶液的影響弱，當(dāng)NaCl濃度達到200 mmol/L時，密胡楊幼苗的MDA含量顯著增加。

圖3 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗MDA含量的影響

2.2.3 NaCl對密胡楊幼苗SOD、CAT及POD活性的影響

不同濃度NaCl溶液對SOD、CAT及POD活性的影響不同，如圖4所示，密胡楊幼苗葉片中SOD活性隨NaCl濃度的增大呈先增后減的趨勢，說明密胡楊幼苗葉片在不同NaCl濃度條件下，SOD活性有適應(yīng)和調(diào)節(jié)的過程。由圖5所示，與對照相比，NaCl溶液的濃度在200 mmol/L時，密胡楊幼苗CAT活性顯著增加，說明密胡楊幼苗葉片的生理活動受到了較強的脅迫，密胡楊的抗性增強。由圖6所示，經(jīng)不同濃度NaCl處理后的密胡楊幼苗POD活性均顯著高于對照。說明在本試驗的NaCl溶液中，密胡楊幼苗通過增強POD活性來減少高濃度NaCl溶液造成的傷害，從而提高耐鹽性。

圖4 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗SOD活性的影響

圖5 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗CAT活性的影響

圖6 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗POD活性的影響

2.2.4 NaCl對密胡楊幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸的積累與植物對環(huán)境脅迫的耐受能力呈正比，植物在處于脅迫狀態(tài)時，游離脯氨酸的含量可反應(yīng)植物的抗逆性。由圖7所示，與對照相比，NaCl濃度為50 mmol/L時，密胡楊幼苗葉片的游離脯氨酸含量顯著增加，說明此濃度條件下密胡楊幼苗做出了抗逆反應(yīng)，當(dāng)NaCl濃度為100～200 mmol/L時，密胡楊幼苗的游離脯氨酸含量無顯著變化。

圖7 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗脯氨酸含量的影響

2.2.5 NaCl對密胡楊幼苗可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是鹽分脅迫條件下植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)劑之一，可溶性蛋白在細(xì)胞內(nèi)的積累對于降低細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的滲透勢、平衡原生質(zhì)體內(nèi)外的滲透壓等具有重要作用［22］。由圖8所示，與對照相比，密胡楊幼苗的可溶性蛋白含量隨NaCl濃度的升高呈先增加后減少的趨勢，說明密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白含量在不同濃度NaCl條件下表現(xiàn)復(fù)雜的代謝適應(yīng)。

圖8 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗可溶性蛋白含量的影響

2.2.6 NaCl對密胡楊幼苗可溶性糖含量的影響

可溶性糖參與植物細(xì)胞內(nèi)滲透壓的調(diào)節(jié)，保證細(xì)胞的正常生理功能。由圖9所示，與對照相比，密胡楊幼苗葉片可溶性糖含量在濃度為50～200 mmol/L的NaCl溶液處理下，可溶性糖含量無顯著變化，說明本試驗的密胡楊幼苗在此濃度NaCl溶液的處理下，可溶性糖含量變化不顯著。

圖9 不同濃度NaCl溶液對密胡楊幼苗可溶性糖含量的影響

3 討論

植物膜系統(tǒng)是受環(huán)境脅迫最敏感的部位之一，在植物的抗性生理中具有重要作用，當(dāng)受到脅迫時，細(xì)胞膜滲透性增大，內(nèi)物質(zhì)外滲，MDA含量增加，膜脂過氧化加劇［21］。相對電導(dǎo)率是衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，MDA含量的高低可以衡量細(xì)胞膜受損傷的程度［23］。本研究結(jié)果顯示，經(jīng)濃度為200 mmol/L NaCl溶液處理后，密胡楊幼苗葉片的MDA含量增加，說明細(xì)胞膜受到了傷害。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽脅迫的基本特征之一，鹽脅迫下，細(xì)胞可以通過積累一些物質(zhì)，如脯氨酸、多胺、可溶性糖和可溶性蛋白等來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢，維持水分平衡，還可以保護細(xì)胞內(nèi)許多重要代謝活動所需的酶類活性［24］。脯氨酸是植物對鹽堿脅迫反應(yīng)敏感的生理指標(biāo)［25］，大量的研究表明，在鹽脅迫下游離脯氨酸會發(fā)生積累，對提高植物的抗逆性具有十分重要的意義［19］。本研究中NaCl濃度為50 mmol/L時，密胡楊幼苗的游離脯氨酸含量顯著增加，NaCl濃度為100 mmol/L時可溶性蛋白含量顯著增加，說明在不同NaCl濃度下植物做出了一定的抗逆反應(yīng)，密胡楊幼苗可通過合成和積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持細(xì)胞滲透勢從而適應(yīng)鹽脅迫的環(huán)境。在鹽脅迫下幼苗可通過積累可溶性糖來維持細(xì)胞滲透平衡［26］，本試驗中密胡楊葉片的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量隨著NaCl濃度的增大先升后降，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。SOD、CAT和POD是植物抗逆的3種重要的保護酶［27］，CAT是抗氧化酶系統(tǒng)中重要的組成部分，可以將H2O2分解為O2和H2O［28］，本研究顯示，與對照相比，50～200 mmol/L NaCl溶液處理下，3種保護酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢，說明密胡楊幼苗在鹽環(huán)境下可通過調(diào)節(jié)保護酶活性來維持細(xì)胞內(nèi)活性氧的動態(tài)平衡。

4 結(jié)論

在樣地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，密胡楊可適應(yīng)塔里木盆地團場的鹽堿環(huán)境。盆栽試驗中，不同濃度NaCl處理下，隨著NaCl濃度的升高，密胡楊幼苗的POD活性、游離脯氨酸含量和可溶性蛋白含量呈先增加后減少的趨勢。表明密胡楊通過調(diào)節(jié)POD活性、游離脯氨酸含量和可溶性蛋白含量來適應(yīng)不同濃度的NaCl。本研究為密胡楊在鹽環(huán)境的栽培及推廣提供參考。