鹽脅迫對桐花樹生長及生理的響應

馮立輝，徐揚帆，陳文峰，劉劍彤，吳辰熙，胡紅娟

（1.中交第二航務工程局有限公司，武漢 430040；2.中國科學院水生生物研究所，武漢 430072）

紅樹林是生長于熱帶、亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落，紅樹林濕地系統處于淡水和海水的交互地帶［1］。而中國分布的種類多為桐花樹、秋茄、白骨壤、木欖、海桑、無瓣海桑等［2，3］。桐花樹（Aegiceras corniculata）屬于紫金牛科，為泌鹽型紅樹植物［4］。常見于紅樹林的外緣，其對鹽適應性較強，在內灘、中灘、海灣港汊、淡水河口的淤泥和沙質鹽土以及海水倒灌的淡水河兩岸均有分布，尤其在淡水輸入的河口、海灣較多［3］。桐花樹群落在廣東沿海分布最廣，面積最大，分布于海灘前緣或咸淡水匯合河川出口的兩岸。單一的桐花樹林結構簡單，只有一層，由于基部的分枝多，一般基部的直徑達15 cm 左右，大者可達30 cm［4］。

目前，有關桐花樹的研究適宜鹽度范圍大多較為廣域［5］，而在受不規則半日潮影響的廣東廣州珠江口內河地區［1］，其內河區域的鹽度變化尺度較小。針對這類區域桐花樹的適宜生長鹽度以及恢復建議研究報道較少，且大多為耐鹽的機理研究［6］，與實際結合較少。本研究通過研究鹽脅迫桐花樹的鹽害程度，主要針對形態學和生理學指標變化，提出濱海濕地恢復建議，以期為沿海及鹽堿化地區的濕地修復提供理論依據。

1 試驗方法

1.1 試驗設計

本試驗選取的桐花樹來自廣州市南沙區某濱海濕地，試驗在中國科學院水生生物研究所進行。在試驗開始前，將選取的桐花樹在室外培養2 周進行適應培養，之后選擇無病蟲害、發育良好、生長較為一致的桐花樹試驗。用塑料桶裝20 cm 厚原土（來自桐花樹取苗地），分別設置6 個不同鹽度（0.5‰、1‰、1.5‰、3‰、6‰、9‰），每個桶內種植3～4 株植物。試驗過程中適時補充去離子水，每天測定鹽度并使桶內的鹽度維持在設定的濃度。試驗期間，每隔7 d 測定植物葉長等生長指標，每個處理隨機選取3～4 片葉片用于生理指標的測定。

1.2 指標測定

植物生長指標有葉片長、寬增量，植株高度增量；生理指標有過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量。其中，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定，過氧化氫酶活性采用鉬酸銨比色法測定。每個樣品各指標重復測定3次。

1.3 數據處理

使用SPSS 20.0 軟件進行單因素ANOVA 和Tukey’s 檢驗（P＜0.05），并對數據進行顯著差異分析，采用Origin 8.0 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對桐花樹幼苗形態的影響

2.1.1 鹽脅迫對桐花樹幼苗高度的影響 本試驗所選取的桐花樹幼苗，初始高度均為30 cm。每7 d 測定同一植株的高度，結果如圖1 所示。在第7 天，鹽度為0.5‰和1.5‰的處理中，生長較快（P＜0.05），增量可達2 cm 以上；其余鹽度的處理組，桐花樹幼苗增量為0.8～1.6 cm。隨著時間的推移，到第14 天，不同鹽度處理生長顯著（P＜0.05），桐花樹仍然是0.5‰和1.5‰鹽度處理組增量最大，分別增加3.8 cm 和4.3 cm；其余組分別為2.8、2.8、3.2 cm。待第21 天時，鹽度為0.5‰和1.5‰的處理組增量可達5.6 cm和5.5 cm；在鹽度為3‰、6‰、9‰時，隨鹽度增加，植株增量也增加，最大可達到4.1 cm。第28 天時，鹽度為0.5‰和1.5‰的植物組，增量均達到5.8 cm；其余組表現出同之前一樣的規律，植株增量隨鹽度增加而增大，最大為鹽度9‰ 時，植物增量為4.3 cm。

圖1 不同鹽度處理植株高度

2.1.2 鹽脅迫對桐花樹幼苗葉片的影響 每處理組選取固定葉片測定長、寬，葉片初始長1 cm，寬為0.5 cm。本試驗中各階段處理組（圖2）中葉片的增量差異顯著（P＜0.05）。在第7 天除鹽度為1.5‰的處理組外，葉片的增量隨著鹽度的增加而增加，在1.5‰的鹽脅迫下增量最小僅為0.2 cm；其余組葉片增量最大可達2 cm。到第14 天，不同鹽度處理的桐花樹葉片生長變化較大（P＜0.05），鹽度為0.5‰的處理組，葉片的增量最大為5 cm；除1.5‰組植株增量較小，其余組總體表現為隨鹽度增加增量也增大，但增量均較低鹽度0.5‰ 的試驗組小，最大僅為3.6 cm。第21 天葉片的增量也表現出一致的規律。第28 天，鹽度為0.5‰的試驗組，葉片的增量最大為7 cm，其余處理組，最大僅為5.3 cm。

圖2 不同鹽度處理葉片長度

2.2 鹽脅迫對桐花樹幼苗生理的影響

2.2.1 鹽脅迫對桐花樹葉片過氧化氫酶的影響 不同鹽度處理在培養7 d 后（圖3），桐花樹幼苗葉片的過氧化氫酶含量差異顯著（P＜0.05），其范圍為19.25～27.67 μg/（g·min）。其中鹽濃度越大，過氧化氫酶含量越高。隨著時間推移，在培養第14 天時，桐花樹幼苗對鹽度反應也逐漸表現出來，到第21 天時，各處理組桐花樹幼苗過氧化氫酶的含量均達到最大值，其中，1‰、1.5‰處理組的過氧化氫酶濃度均高于其他處理組，分別為249、532.5 μg/（g·min）。而到第28 天，不同處理組的過氧化氫酶的含量也逐步下降。整個試驗過程中，各處理組桐花樹幼苗葉片過氧化氫酶含量均表現出先上升后下降的趨勢。

圖3 不同鹽度處理葉片過氧化氫酶含量

2.2.2 鹽脅迫對桐花樹葉片丙二醛的影響 在培養第7 天，桐花樹幼苗葉片不同鹽度處理組的丙二醛含量差異較大（P＜0.05），范圍為27.53～57.87 nmol/g。其中，低鹽度處理組的丙二醛含量相對較高，鹽度在0.5‰～3‰處理中丙二醛含量為50 nmol/g 左右，其中3‰的處理組最大，為57.87 nmol/g。隨著鹽度的增加，在6‰、9‰的處理組，丙二醛的含量分別為27.53、35.02 nmol/g。第14 天時，桐花樹幼苗葉片丙二醛的含量均表現為下降趨勢，最明顯的是1.5‰處理組，降幅超過50%，丙二醛含量為25.02 nmol/g。而試驗到第21 天時，所有處理組中桐花樹幼苗葉片丙二醛含量與第14 天時含量變化不大。待試驗進行到第28 天時，1‰、6‰處理組表現出上升趨勢，且1‰處理組升幅近50%，含量為74.26 nmol/g。其余處理組表現為下降趨勢，且不同處理組，葉片丙二醛含量范圍為27.03～29.54 nmol/g。

圖4 不同鹽度處理葉片丙二醛含量

3 小結與討論

植物對鹽脅迫的綜合體現主要表現為植株生物量的變化，在不同的鹽脅迫下，植物通過調節自身的生長和重新構建生物量分配等途徑，來維持其在逆境下的生長［7］。本研究結果表明，隨著時間的推移，在鹽脅迫為0.5‰和1.5‰的桐花樹幼苗植株的生長量明顯高于3‰、6‰和9‰（P＜0.05），并且鹽度在0.5‰時，植株的葉片生長狀況也優于其他處理組。這與李品芳等［8］的研究結果相似，即隨著鹽脅迫的增加，桐花樹幼苗的生長速率明顯減慢。這可能是在低濃度鹽脅迫下，植物受到促進作用；隨著鹽脅迫的加強，其對植物的作用變為脅迫作用。在高濃度（9‰）鹽脅迫處理下，植株仍能緩慢生長，說明桐花樹植株在通過調節自身細胞膜的通透性和分泌滲透調節物質等生理響應來適應含鹽度較高的水體，使其具有更強的耐鹽能力［9］。

植物在逆境生長下會產生大量的活性氧，造成體內膜脂的過氧化，進而對植物細胞造成損害［10，11］物體內膜保護系統的關鍵酶類，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶、過氧化物酶等能夠清除體內過多的自由基（ROS），從而抑制膜脂的過氧化作用，以維持植物體內的動態平衡。在本研究中，在不同鹽度處理下的桐花樹幼苗體內過氧化氫酶的含量總體呈先上升后下降的趨勢，且在低濃度（1‰、1.5‰）處理下過氧化氫酶的含量均高于高濃度處理組（3‰、6‰、9‰）（P＜0.05）。這與對八棱海棠株、花生的研究結果相似［12］。這說明在鹽脅迫下，為了清除植物體內過量的ROS，降低ROS 對細胞膜的傷害，桐花樹的抗氧化能力均得到了增強，并且在高濃度鹽脅迫下，桐花樹幼苗體內保持了相對較高的CAT活性，可以更快地代謝ROS，緩解對胞膜脂的傷害。

丙二醛是膜脂過氧化作用的產物之一，它能與植物體內細胞膜上的酶類物質等反應使酶失去活性，進而破壞細胞膜的構造［13］。在本研究中桐花樹葉片的丙二醛含量在3‰鹽度時，總體趨勢為隨鹽度增加而降低，而高于3‰呈先下降后上升的趨勢。這說明在高濃度鹽脅迫處理下，會加重細胞膜的過氧化反應，導致MDA 的含量增加。

桐花樹作為一種泌鹽紅樹植物，葉表皮可分化出了一種特殊的鹽分泌結構（鹽腺），使其可以將體內多余的鹽分分泌到體外，以減少體內鹽分；同時也可以通過調節光合色素合成速率，平衡碳氮代謝來適應鹽脅迫［14］，進而可以提高SOD 活性，降低MDA含量，減少活性氧的產生和膜脂過氧化反應的傷害，促進桐花樹的正常生長［15］。