NaCl脅迫對(duì)文冠果幼苗生理特性及生長(zhǎng)的影響

馬新+董鵬+姜繼元+朱耀軍+李銘

摘要：以2年生文冠果幼苗為試材料，研究3個(gè)NaCl鹽分梯度0%（SCK）、0.5%（S1）、1%（S2）處理下文冠果幼苗生理指標(biāo)及生長(zhǎng)指標(biāo)的差異。結(jié)果表明，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，在S1及S2處理下文冠果葉片丙二醛（MDA）含量及細(xì)胞膜相對(duì)透性（RCM）明顯提高，但處理30 d，S2處理有所下降；鹽處理可顯著提高文冠果葉片內(nèi)可溶性糖（SS）、脯氨酸（Pro）及可溶性蛋白（SP）含量，且S2>S1；鹽處理下文冠果葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性有整體增強(qiáng)的趨勢(shì)，但S2處理在取樣后期POD及CAT酶活性下降；隨著鹽脅迫濃度的提高，文冠果幼苗各部分器官（根、莖、葉）的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和株高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，主根長(zhǎng)度增加，葉片數(shù)減少。研究表明，在低鹽脅迫下，文冠果幼苗通過提高保護(hù)酶活性，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)緩解鹽脅迫傷害，表現(xiàn)出一定的耐鹽潛力，而在較高濃度的鹽脅迫下幼苗受到傷害，自我調(diào)節(jié)保護(hù)能力下降。

關(guān)鍵詞：文冠果；NaCl脅迫；生理指標(biāo)；生長(zhǎng)指標(biāo)；抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： S565.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）17-0123-03

通信作者：李銘，研究員，主要從事經(jīng)濟(jì)林研究。E-mail：lm0993@163.com。文冠果（Xanthoceras sorbifolia）別稱木瓜、文登閣、文官果等，屬無(wú)患子科文冠果屬，該屬僅1種，是我國(guó)特有的珍稀木本油料植物[1]。文冠果在我國(guó)北方分布廣泛，其根系發(fā)達(dá)、保水力強(qiáng)，耐干旱、嚴(yán)寒、貧瘠，具有在荒山、荒地、沙化等不良條件下生長(zhǎng)的能力，是山區(qū)綠化、退耕還林、防風(fēng)固沙的首選生態(tài)經(jīng)濟(jì)樹種[2]，具有巨大的開發(fā)和利用潛力[3]。

目前對(duì)于文冠果的研究多集中在文冠果果實(shí)的藥理成分分析[4-5]、開花結(jié)實(shí)機(jī)制[6-7]、提取生物柴油工藝[8-9]和繁殖技術(shù)[10-11]等方面，而有關(guān)文冠果耐鹽性的研究還少有報(bào)道。本研究通過對(duì)文冠果幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，設(shè)置NaCl鹽分梯度，比較文冠果幼苗在不同鹽分條件下的生理和生長(zhǎng)指標(biāo)的變化，為文冠果抗逆栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年在新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園所試驗(yàn)田進(jìn)行，位于新疆石河子市，地處天山北麓中段、古爾班通古特大沙漠南緣，屬典型的干旱半干旱氣候區(qū)。年平均氣溫6.5 ℃，年平均最高氣溫13 ℃，年平均最低氣溫0 ℃，無(wú)霜期為168～171 d，年日照2 300～2 700 h，年平均降水量125～207.7 mm，年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm，蒸發(fā)量是降水量的5倍以上。

1.2材料

試驗(yàn)材料為內(nèi)蒙古赤峰市林業(yè)科學(xué)研究院提供的文冠果種子，種子收集后在地下室覆濕沙儲(chǔ)藏，2014年培育試驗(yàn)用的文冠果幼苗，2015年5月份選擇大小一致的幼苗移栽至上口徑40 cm、下口徑25 cm、高40 cm的塑料盆內(nèi)，苗木移栽后進(jìn)行正常的水分管理，使土壤含水量維持在27.8%左右。

1.3方法

7月1日開始進(jìn)行NaCl脅迫處理，試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理：SCK、S1、S2，其土壤相對(duì)含鹽量分別為0%、0.5%、1%。根據(jù)土壤干質(zhì)量計(jì)算NaCl質(zhì)量，間隔2 d分3次（每次1/3）添加（表1），6 d后使各處理同時(shí)達(dá)到預(yù)設(shè)濃度。每天08：00用稱重法（奧豪斯儀器廠生產(chǎn)的EX35001ZH天平，最大稱量為 35 kg，最小精度為0.1 kg）控制土壤相對(duì)恒定含水量（變化幅度0.1 g），加水補(bǔ)充其消耗水分，持續(xù)30 d。脅迫期間，晴天盆栽苗正常照光，雨天及時(shí)用防雨布遮擋。

1.3測(cè)試指標(biāo)及方法

1.3.1生理指標(biāo)測(cè)定脅迫處理后0、10、20、30 d分別取植株新鮮葉片，用鋁箔紙包裝后用液氮速凍，帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。丙二醛（MDA）和可溶性糖（SS）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[12]；細(xì)胞膜相對(duì)透性（RCM）測(cè)定采用相對(duì)電導(dǎo)法；可溶性蛋白（SP）含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[13]；脯氨酸（Pro）含量的測(cè)定采用茚三酮比色法[13]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑染色法[13]；過氧化物酶（POD）活性測(cè)定用愈創(chuàng)木酚染色法[14]；過氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定用紫外吸收法[15]。測(cè)定時(shí)，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3.2生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定用鋼卷尺測(cè)量株高，電子游標(biāo)卡尺測(cè)量地徑。用流水沖松盆土，用蒸餾水將植株洗凈，濾紙吸干，在天平上分別稱量根、莖、葉鮮質(zhì)量，同時(shí)測(cè)量主根長(zhǎng)，并統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)，最后按根、莖、葉不同器官采集樣本，裝進(jìn)牛皮紙袋，標(biāo)號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室，在烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，用奧豪斯儀器廠生產(chǎn)的EX224ZH天平（最大稱量為220 g，最小精度為0.000 1 g）測(cè)定文冠果各器官干物質(zhì)質(zhì)量。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1NaCl脅迫對(duì)文冠果葉片細(xì)胞膜透性及丙二醛含量的影響

植物處于逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)累積大量自由基，自由基累積的活性氧可直接攻擊膜系統(tǒng)中的不飽和脂肪酸，使膜脂發(fā)生過氧化，MDA增加，膜脂組分發(fā)生變化，生物膜的結(jié)構(gòu)和功能遭到損傷或破壞[16]。由圖1-A可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，S1處理下的文冠果葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性逐漸升高，且在 30 d 時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照增加了48.6%，而S2處理膜透性最大值出現(xiàn)在20 d，為68.3%，隨后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。由圖1-B可知，S1處理下葉片MDA含量呈緩慢上升的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在30 d，為0.051 μmol/g，較對(duì)照提高了 64.5%，S2處理下MDA含量的最大值出現(xiàn)在20 d，隨后下降。表明S2處理下的文冠果葉片膜系統(tǒng)受到了一定程度的鹽脅迫傷害。endprint

2.2NaCl脅迫對(duì)文冠果葉片內(nèi)有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

可溶性糖是很多植物主要的滲透調(diào)節(jié)劑，對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體起穩(wěn)定作用，脯氨酸是滲透脅迫下易于積累的一種氨基酸，是植物調(diào)節(jié)滲透壓的一種溶質(zhì)[17]，可溶性蛋白也是植物的滲透調(diào)節(jié)劑之一[18]。由圖2-A可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，S1處理下文冠果葉片可溶性糖含量呈緩慢上升的趨勢(shì)，在30 d達(dá)最大值，為0.332 mmol/g，較對(duì)照增加 29.7%。S2處理在0～20 d時(shí)逐漸上升，而后趨于平緩，可能是試驗(yàn)后期重度鹽脅迫破壞了其細(xì)胞結(jié)構(gòu)所致。由圖2-B可知，S1處理下文冠果葉片可溶性蛋白含量增加較迅速，而S2處理下葉片可溶性蛋白含量緩慢增加，二者均在30 d時(shí)達(dá)最大值，分別為3.64、3.38 mg/g。由圖2-C可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，S1和S2處理下文冠果葉片脯氨酸含量整體呈上升的趨勢(shì)，在30 d時(shí)達(dá)最大值，分別達(dá)202.1、284.3 μg/g，較對(duì)照處理分別提高了77.3%和149.5%，且S2在各個(gè)時(shí)期均大于S1。

2.3NaCl脅迫對(duì)文冠果葉片內(nèi)保護(hù)酶活性的影響

SOD是保護(hù)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)免受自由基傷害的“第一道防線”，是清除活性氧的關(guān)鍵保護(hù)酶[19]。POD和CAT也是植物體內(nèi)的重要保護(hù)酶，對(duì)提高植物的抗逆能力有重要作用[20]。由圖3-A可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，S1處理的SOD活性在10 d時(shí)達(dá)到最大值，為857.1 U/g，隨后在30 d時(shí)下降至841.8 U/g。S2的SOD活性整體呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)，在NaCl處理10 d時(shí)有1個(gè)峰值，較對(duì)照增加了 4.3%，說明脅迫激活了SOD的活性，其清除自由基的能力加強(qiáng)；到20 d又有所下降，說明隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，自由基大量增加，消耗了大量的SOD，致使SOD活性下降；此后，在可承受的范圍內(nèi)，植物進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，SOD合成能力增加，SOD活性在 30 d 時(shí)又大幅上升。由圖3-B可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，S1處理下文冠果葉片POD活性在20 d時(shí)達(dá)最大值，為 3 284 U/g，較對(duì)照處理提高了52.6%，而后趨于平緩。S2處理POD活性在10 d時(shí)達(dá)最大值，為3 741 U/g，而后呈下降趨勢(shì)。由圖3-C可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，S1處理下文冠果葉片CAT活性在0～20 d緩慢上升，而后趨于平緩。S2處理CAT活性在10 d時(shí)達(dá)最大值，為283 U/g，隨后逐漸下降，30 d時(shí)達(dá)最低值，為149 U/g，較對(duì)照降低了25.1%。

2.4NaCl脅迫對(duì)文冠果幼苗生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，鹽脅迫下文冠果幼苗各部分器官（根、莖、葉）的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和株高均呈現(xiàn)低鹽脅迫（S1）升高后高鹽脅迫（S2）降低的趨勢(shì)。NaCl脅迫可促進(jìn)文冠果幼苗基徑和主根長(zhǎng)的生長(zhǎng)，其中S1表現(xiàn)優(yōu)于S2處理，與SCK相比，S1和S2處理下文冠果幼苗的基徑分別提高了16.2%和 6.8%，主根長(zhǎng)分別提高了33.0%和21.6%，葉片數(shù)則隨著NaCl濃度的提高而不斷減少，且處理間差異顯著（P<005）。以上結(jié)果表明，低濃度鹽脅迫下，可以刺激文冠果生物量的積累，而高濃度鹽脅迫在一定范圍內(nèi)能抑制文冠果地上部分促進(jìn)地下部分生長(zhǎng)，通過降低葉片數(shù)量增加根系生長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)逆境環(huán)境。

影3討論與結(jié)論

文冠果幼苗在生長(zhǎng)過程中對(duì)于生物量分配和形態(tài)適應(yīng)上的策略是對(duì)現(xiàn)有生境資源利用效率最大化的體現(xiàn)[21]。本研究結(jié)果表明不同濃度NaCl對(duì)文冠果幼苗的生長(zhǎng)影響較大，隨著土壤鹽分濃度的增加，文冠果幼苗主根長(zhǎng)度增加形成發(fā)達(dá)的根系，葉片數(shù)則隨著NaCl濃度的提高而不斷減少，表明低濃度鹽脅迫下可以刺激文冠果生物量的積累，而高濃度鹽脅迫抑制文冠果地上部分促進(jìn)地下部分生長(zhǎng)，通過降低葉片數(shù)量增加根系生長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)逆境環(huán)境。

植物的抗逆性與其體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)對(duì)活性氧的清除能力直接相關(guān)[22]，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，S1及S2處理文冠果葉片細(xì)胞內(nèi)SOD、POD及CAT酶的活性整體有增強(qiáng)的趨勢(shì)，說明植物葉片在受到鹽脅迫后可以有效誘導(dǎo)保護(hù)酶清除自由基，使細(xì)胞免于傷害[23]。其中S2處理，在取樣后期POD及CAT酶活性下降，可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期的鹽脅迫環(huán)境，超出了葉片細(xì)胞忍耐活性氧自由基的閾值，植株細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到破壞所致。

可見，文冠果幼苗能通過調(diào)整自身生長(zhǎng)和保護(hù)酶活性、可溶性物質(zhì)含量等提高其抗鹽性，從而有效地防止了膜脂過氧化對(duì)植株的傷害。

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