鹽脅迫對3種白刺滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響1)

武 香 倪建偉 張華新 劉 濤 張 麗

(中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京，100091)

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的重大資源問題和生態(tài)問題。全世界鹽堿地面積近10億hm2，約占陸地面積的7.6%。我國各類鹽堿地面積0.346億hm2，僅海涂土壤就占海岸帶土壤總面積的17.35%，是世界鹽堿地大國［1］。由于工業(yè)污染加劇、灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展和化肥使用不當(dāng)?shù)仍?，次生鹽堿化土地面積還在擴(kuò)大［2］。篩選和培育耐鹽植物用以改良鹽堿地環(huán)境與其他改良鹽堿地方法相比更為切實(shí)可行，因而研究植物的耐鹽機(jī)理和耐鹽能力、培育篩選優(yōu)良耐鹽堿植物具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。植物在鹽漬環(huán)境中會表現(xiàn)出一系列的生長和生理反應(yīng)，以提高自身的抗性或減輕鹽脅迫產(chǎn)生的傷害，不同植物由于其耐鹽能力的差別，對鹽脅迫的響應(yīng)也不盡相同。目前，樹木耐鹽性研究主要集中在不同樹種對鹽脅迫的響應(yīng)、樹木耐鹽機(jī)理、耐鹽樹種篩選與培育、耐鹽基因工程等方面［3－9］，對于同一屬的不同種植物對鹽脅迫的生長和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化的研究較少。白刺屬(NitrariaL.)屬蒺藜科(Zygophyllaceae)，為多年生落葉小灌木，全世界有12種，中國有8種，主要分布于我國西北部、北部地區(qū)［10］。白刺屬植物具有耐干旱、耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐鹽堿、耐貧瘠、抗風(fēng)沙等特性，是用于防風(fēng)固沙和鹽堿地改良的優(yōu)良植物［11］。本試驗(yàn)以唐古特白刺(Nitraria tangutorumBobr)、西伯利亞白刺(Nitraria sibiricaPall.)、齒葉白刺(Nitraria roborowskiiKom.)為試材，研究其在不同濃度鹽脅迫下的生長及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化的差別，綜合評價(jià)其耐鹽能力，為利用白刺改良鹽堿地和選育優(yōu)良耐鹽種質(zhì)資源提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì):試驗(yàn)在北京市房山區(qū)各莊村的大棚溫室內(nèi)進(jìn)行。供試材料為唐古特白刺、西伯利亞白刺和齒葉白刺的2年生實(shí)生苗，產(chǎn)自吉林白城。2009年5月初，將供試材料定植在30 cm×30 cm的底部帶托盤的塑料盆中。定植所用基質(zhì)為V(腐殖質(zhì)土)∶V(草炭)∶V(珍珠巖)=1∶3∶1，用多菌靈進(jìn)行消毒處理。定植后進(jìn)行常規(guī)管理。7月，選擇長勢相對一致的苗木進(jìn)行鹽脅迫(NaCl)處理。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共4個(gè)鹽濃度處理，分別為 100、200、300、400 mmol/L，以不加 NaCl為對照，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)10株苗木。采取分次澆灌的施鹽方式。鹽脅迫期間，定期定量澆水，漏于花盆托盤中的鹽溶液或水倒回盆中，防止鹽分流失。鹽脅迫處理歷時(shí)45 d。

測定指標(biāo)與方法:鹽脅迫結(jié)束后，每小區(qū)選擇長勢中等的苗木9株，在105℃下，殺青1 h，然后在80℃下烘干至恒質(zhì)量，進(jìn)行稱量，測定生物量、根冠比，其中，根冠比=地下部分干質(zhì)量/地上部分干質(zhì)量。采用硫代巴比妥酸法測定［12］丙二醛，采用蒽酮比色法［13］195－197測 定 可 溶 性 糖，采 用 考 馬 斯 亮 藍(lán)法［13］184－185測定可溶性蛋白，采用磺基水楊酸比色法［13］258－260測定脯氨酸。礦質(zhì)元素參照王寶山等［14］和於丙軍等［15］的方法測定，Na+、K+和 Ca2+用原子吸收分光光度計(jì)法測定，Cl－用自動滴定儀測定。

數(shù)據(jù)處理:用SPSS分析軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。采用隸屬函數(shù)法［16］，對3種白刺各項(xiàng)耐鹽堿指標(biāo)的隸屬值進(jìn)行累加，求取平均值，用以評定其耐鹽性，方法如下:①求出各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈正相關(guān)，則，X(u)=(XXmin)/(Xmax－Xmin);如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)，則，X(u)=1－(X－Xmin)/(Xmax－Xmin)。式中:X為各白刺某一指標(biāo)的測定值;Xmax為3種白刺中某一指標(biāo)測定值中的最大值;Xmin為該指標(biāo)中的最小值。②把每種白刺各耐鹽性指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，計(jì)算其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對3種白刺生長指標(biāo)的影響

不同濃度NaCl脅迫對3種白刺生物量的影響結(jié)果(表1)表明，鹽濃度大于200 mmol/L時(shí)，唐古特白刺和西伯利亞白刺的生物量與對照差異顯著，大于100 mmol/L的鹽濃度對齒葉白刺的生物量影響顯著(P＜0.05)。唐古特白刺、西伯利亞白刺、齒葉白刺在100 mmol/L NaCl脅迫下的生物量比對照分別增加了 4.57%、5.56%、5.61%。而其他鹽濃度脅迫下植株的生物量與對照相比都有所降低，鹽濃度為400 mmol/L時(shí)生物量最少，齒葉白刺生物量減少幅度最大，為24.54%，西伯利亞白刺次之，為23.43%，唐古特白刺減少幅度最小，為22.60%。NaCl脅迫45 d對3種白刺根冠比的影響各不相同(表1)。唐古特白刺在鹽濃度為400 mmol/L時(shí)與對照差異顯著(P＜0.05)，鹽脅迫后的根冠比均小于對照，西伯利亞白刺和齒葉白刺各處理間根冠比差異不顯著(P＞0.05)，其中，西伯利亞白刺則隨著鹽濃度的增加而降低。齒葉白刺在鹽濃度為100 mmol/L時(shí)略下降，之后隨著鹽濃度的增加而增加。

表1 不同濃度鹽脅迫對3種白刺生物量、根冠比的影響

2.2 鹽脅迫對3種白刺滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.2.1 對有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

經(jīng)45 d鹽脅迫后，3種白刺MDA質(zhì)量摩爾濃度的變化規(guī)律不同(表2)，鹽濃度為100、200 mmol/L時(shí)唐古特白刺相比對照差異顯著，西伯利亞白刺白刺僅在100 mmol/L時(shí)比對照顯著降低，齒葉白刺鹽脅迫后的MDA質(zhì)量摩爾濃度顯著高于鹽脅迫前(P＜0.05)。唐古特白刺和西伯利亞白刺在鹽濃度為100 mmol/L時(shí)MDA質(zhì)量摩爾濃度較低，分別比對照減少了34.00%、19.55%，鹽濃度大于100 mmol/L時(shí)其質(zhì)量摩爾濃度增加。齒葉白刺的MDA質(zhì)量摩爾濃度隨著鹽度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在鹽濃度為300 mmol/L時(shí)最大，是對照的1.07倍。低濃度鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響顯著，齒葉白刺在高鹽濃度下相比對照顯著增加(P＜0.05)(表2)，除唐古特白刺在鹽濃度200 mmol/L時(shí)低于對照外，其它處理均高于對照。西伯利亞白刺和齒葉白刺在鹽濃度為200 mmol/L時(shí)的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，分別比對照增長了45.89%和61.31%，唐古特白刺在鹽濃度為100 mmol/L時(shí)最大，增長了21.07%。3種白刺受鹽脅迫后，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對照，鹽脅迫對齒葉白刺影響不顯著(P＞0.05)，唐古特白刺鹽脅迫后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對照，西伯利亞白刺除在100 mmol/L時(shí)與對照差異不顯著外，其他濃度鹽處理與對照相比差異顯著(表2)。唐古特白刺和西伯利亞白刺隨鹽濃度的增加而增加，在鹽濃度400 mmol/L時(shí)可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，分別比對照增加了95.30%和34.75%。齒葉白刺可溶性蛋白的最大值在鹽濃度為200 mmol/L時(shí)，比對照增加了67.00%，當(dāng)鹽濃度大于200 mmol/L時(shí)雖相比200 mmol/L時(shí)有所下降但依然高于對照。鹽脅迫45d后，3種白刺的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化有所不同(表2)。唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫后脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對照，唐古特白刺除在100 mmol/L時(shí)與對照差異不顯著(P＞0.05)外，其他濃度鹽處理均顯著高于對照，呈明顯的增加趨勢。鹽脅迫對西伯利亞白刺的影響顯著(P＜0.05)。齒葉白刺各鹽濃度處理間的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不顯著(P＞0.05)。當(dāng)鹽濃度為400 mmol/L時(shí)唐古特白刺和西伯利亞白刺的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高，分別增長了82.49%和45.46%，齒葉白刺在200 mmol/L時(shí)增長4.66%達(dá)到最高。

表2 不同濃度鹽脅迫對3種白刺丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的影響

2.2.2 對3種白刺礦質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表3可見，鹽脅迫后3種白刺葉片中Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢不同。唐古特白刺僅在300 mmol/L時(shí)與對照差異顯著，為69.1625 mg/g，達(dá)到最大值，其他處理與對照差異不明顯(P＞0.05);西伯利亞白刺的Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽脅迫后變化顯著(P＜0.05)，均高于對照，且隨鹽濃度的增加呈明顯的先增后減趨勢，在鹽濃度為200 mmol/L時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，增加了39.47%。齒葉白刺各處理間差異不顯著(P＞0.05)，在100 mmol/L時(shí)齒葉白刺增加了3.54%，達(dá)到最大值。鹽脅迫對西伯利亞白刺葉片中K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著(P＞0.05)，唐古特白刺在鹽濃度大于 100 mmol/L時(shí)與對照差異顯著(P＜0.05)，齒葉白刺除200 mmol/L時(shí)差異不顯著外，其他處理均比對照顯著增加(P＜0.05)。其中唐古特白刺的K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽濃度的增加先降低后增加，鹽濃度為400 mmol/L時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，增加了22.60%。西伯利亞白刺鹽脅迫后的K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于對照，鹽濃度為400 mmol/L時(shí)最小，降低了14.18%。齒葉白刺鹽脅迫后的K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對照，在100 mmol/L時(shí)增加了43.54%，達(dá)到最大。鹽脅迫后，3種白刺葉片中的Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)除唐古特白刺在200 mmol/L時(shí)與對照差異不顯著外，其他處理均變化顯著(P＜0.05);唐古特白刺在鹽濃度為200 mmol/L時(shí)的Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對照外，其它均低于對照。唐古特白刺和西伯利亞白刺在鹽濃度為400 mmol/L時(shí)Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，分別下降了15.59%和45.93%。齒葉白刺在鹽濃度為300 mmol/L時(shí)最低，下降了45.95%，400 mmol/L時(shí)略有升高。脅迫后，3種白刺葉片中的Cl－質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對照，鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺影響顯著(P＜0.05)，齒葉白刺在低鹽濃度下無明顯變化，在高鹽濃度下與對照差異顯著(P＜0.05)。唐古特白刺和齒葉白刺在300 mmol/L時(shí)Cl－質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，分別增長了20.29%和30.56%，鹽濃度大于300 mmol/L時(shí)下降，西伯利亞白刺在200 mmol/L時(shí)Cl－質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，增長了31.54%，鹽濃度大于200 mmol/L時(shí)下降。鹽脅迫45d后，3種白刺葉片中的鉀鈉比變化各不相同。唐古特白刺呈明顯的先降后升趨勢，在400 mmol/L時(shí)鉀鈉比比對照增長了10.87%，達(dá)到最大，其他鹽濃度處理均低于對照。西伯利亞白刺鹽脅迫后的鉀鈉比均低于對照，在鹽濃度200 mmol/L時(shí)鉀鈉比最小，為0.32。齒葉白刺鹽脅迫后的鉀鈉比均高于對照。

表3 不同濃度鹽脅迫對3種白刺N(yùn)a+、K+、Cl－、Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鉀鈉比的影響

2.3 3種白刺耐鹽性的綜合評價(jià)

以生物量、根冠比、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、Na+、K+、Ca2+、Cl－、鉀鈉比 11 個(gè)指標(biāo)對3種白刺進(jìn)行綜合評價(jià)(表4)，結(jié)果表明，西伯利亞白刺的隸屬度最大，為0.604 0，唐古特白刺次之，為0.466 6，齒葉白刺最小，僅為 0.395 6。故 3 種白刺耐鹽能力由強(qiáng)到弱依次為:西伯利亞白刺、唐古特白刺、齒葉白刺。

表4 3種白刺的耐鹽性綜合評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

植物的生長過程對鹽脅迫非常敏感，生物量是評估鹽脅迫程度和植物抗鹽能力的可靠標(biāo)準(zhǔn)［17］，高濃度鹽脅迫會抑制鹽生植物根、莖的生長，改變根系的形態(tài)學(xué)特征［18］，因此鹽脅迫下根冠比的變化對植物的耐鹽性具有重要意義。本試驗(yàn)中，3種白刺生物量在低鹽濃度下略有上升，高鹽濃度下降，可見低鹽脅迫沒有對白刺的生物量積累造成實(shí)質(zhì)性的傷害，高鹽脅迫明顯抑制了白刺的正常生長。在高濃度鹽脅迫下，唐古特白刺和西伯利亞白刺的根冠比小于對照，齒葉白刺大于對照，顯然高鹽脅迫對唐古特白刺和西伯利亞白刺根的傷害較大，對齒葉白刺地上部分的傷害大于根。

鹽漬條件下，植物都要受到滲透脅迫的傷害，它們只有通過在細(xì)胞液中積累無機(jī)離子或合成有機(jī)溶質(zhì)等方式進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)以減輕或避免傷害［19］，參與滲透調(diào)節(jié)的有機(jī)溶質(zhì)主要有氨基酸及其衍生物、有機(jī)酸類、可溶性碳水化合物類和糖醇類［20］。鹽脅迫后，唐古特白刺和西伯利亞白刺的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鹽濃度增加而增加，齒葉白刺變化不明顯。唐古特白刺除在100 mmol/L鹽濃度時(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于對照外，其它處理與對照無顯著差異，西伯利亞白刺和齒葉白刺呈先增后降趨勢。唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫下的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加，齒葉白刺無明顯變化?？梢姴煌N類白刺在不同鹽濃度脅迫下用于滲透調(diào)節(jié)的主要有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)不同，其變化趨勢也有所差別。

決定林木耐鹽能力的關(guān)鍵之一在于林木對Na+、K+、Cl－等離子的吸收調(diào)節(jié)能力，即限制 Na+和Cl－進(jìn)入體內(nèi)，選擇性吸收K+，才能提高耐鹽能力，所以葉片中Na+和Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是反映林木耐鹽特性的良好指標(biāo)［21］。在本試驗(yàn)中，唐古特白刺和西伯利亞白刺鹽脅迫后的Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，齒葉白刺鹽脅迫前后變化不顯著。唐古特白刺高鹽濃度下的K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于對照，西伯利亞白刺變化不顯著，齒葉白刺各鹽濃度處理后均高于對照。鹽脅迫后，3種白刺葉片中積累Cl－。Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)除唐古特白刺在200 mmol/L鹽脅迫時(shí)略高于對照外，其他均低于鹽脅迫前?？梢姷V質(zhì)元素含量變化對白刺適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境有重要意義。唐古特白刺除400 mmol/L外的其他鹽濃度和西伯利亞白刺的全部鹽濃度下的鉀鈉比均比鹽脅迫前小，齒葉白刺相比對照呈現(xiàn)不同程度的增加。這可能是由于種間差別，植物對鹽的耐受程度和根系對離子的選擇性吸收不同造成的。

滲透調(diào)節(jié)是植物抵御鹽脅迫的重要生理機(jī)制，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)復(fù)雜多樣，各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對植物耐鹽性的重要性存在差別。唐古特白刺所測定的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對其耐鹽性均有重要作用;K+相對其他物質(zhì)反映西伯利亞白刺耐鹽性的作用較小;在鹽脅迫后的齒葉白刺葉片中，Na+、脯氨酸、可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)相比變化不明顯，可見不同白刺抵御鹽脅迫的的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)各不相同。目前，還沒有統(tǒng)一確定的鑒定指標(biāo)評價(jià)植物的耐鹽性，筆者對測定的與白刺滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的11個(gè)指標(biāo)對白刺的耐鹽性進(jìn)行了綜合評價(jià)，結(jié)果顯示西伯利亞白刺的耐鹽性最強(qiáng)，唐古特白刺次之，齒葉白刺最差。但植物的耐鹽性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，除受滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響外還受多種因素的影響。因此在以后的試驗(yàn)中應(yīng)盡可能多地考慮到與植物耐鹽性相關(guān)的性狀，以便更好地評價(jià)植物的耐鹽性。

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