混合鹽堿脅迫對駿棗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性的影響

閆敏，王艷，鮑荊凱，王程成，盧登洋，吳翠云，2

（1．塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；2．塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

棗（Ziziphus jujube Mill．）為鼠李科（Rhamnaceae）棗屬（Ziziphus Mill．）植物，是原產(chǎn)我國的特有果樹。駿棗原產(chǎn)山西交城縣邊山一帶，由于果大皮薄、口感甘甜且適應(yīng)性強(qiáng)而被眾多人喜愛。環(huán)塔里木盆地綠洲帶及其邊緣地帶的駿棗種植面積已占到新疆全區(qū)棗種植總面積的50%以上，駿棗成為新疆紅棗的主栽品種［1，2］。南疆地區(qū)優(yōu)越的光熱資源及較大的晝夜溫差，十分有利于棗果營養(yǎng)的積累。但新疆土壤鹽堿化嚴(yán)重，以天山南麓、塔里木盆地西部各灌區(qū)最為嚴(yán)重，影響了新疆農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力［3］。

近年來，土壤鹽漬化問題已引起眾多研究者的廣泛關(guān)注。大量研究表明，鹽脅迫和堿脅迫是兩種不同類型的脅迫，鹽脅迫包括滲透脅迫、離子損傷和氧化應(yīng)激；堿脅迫除了滲透脅迫和離子毒害外，還存在對植物的高pH損害現(xiàn)象；而混合脅迫不同于單一脅迫，鹽和堿具有一定的協(xié)同作用［4-6］。不同類型鹽、堿脅迫對植物種子萌發(fā)、植株生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的影響均表現(xiàn)為堿性鹽脅迫＞混合鹽堿脅迫＞中性鹽脅迫［7-9］。在鹽堿混合脅迫下，鹽堿脅迫濃度較低時，鹽脅迫對植株的影響較大；鹽堿脅迫濃度較高時，堿脅迫對植株的影響較大［10］。王志強(qiáng)等［11］研究表明，在0．3%～0．9%鹽堿處理下，一年生酸棗幼苗的株高、莖粗和生物量降低，限制了植株正常生長。在混合鹽堿脅迫下，植物可通過提高水分利用效率、降低光合色素積累、減少光合電子傳遞、增加熱耗散等方式來調(diào)節(jié)光合作用，從而抵御脅迫［12］。張凌等［13］研究發(fā)現(xiàn)，隨著混合鹽堿脅迫濃度的增加，梭梭、沙棗、檉柳、杜仲可通過不斷提升總有機(jī)酸含量來穩(wěn)定體內(nèi)的pH值。王靜等［14］報(bào)道在混合鹽（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝1∶10∶10∶1）濃度低于0．4%時，蠟梅可通過提高SOD、POD活性來提高對體內(nèi)活性氧的清除能力，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。

目前關(guān)于鹽堿脅迫對紅棗影響的研究大部分是以單一中性鹽NaCl脅迫為主，但多數(shù)鹽堿地除鹽害外高pH值堿害對植物的危害更嚴(yán)重，單一的鹽脅迫或堿脅迫并不能代表植物生長的真實(shí)環(huán)境，缺乏生態(tài)學(xué)依據(jù)。因此，本研究以南疆主栽品種駿棗為試驗(yàn)材料，選用NaCl和NaHCO3作為混合鹽模擬南疆鹽堿地條件，研究混合鹽堿脅迫對其葉綠素含量、抗氧化酶活性、細(xì)胞膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等指標(biāo)的影響，以期為駿棗的抗性研究及鹽堿地栽培生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)地位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十團(tuán)（81°28′E、40°58′N），屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候，光照充足，熱量豐富，土壤基本理化性狀見表1。試驗(yàn)樹為多年生駿棗樹，樹高2．0～2．5 m，冠幅1．8～2．2 m，樹形為開心形，株行距1．5 m×3．0 m。

表1 試驗(yàn)地土壤基本性狀

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)阿拉爾墾區(qū)棗園鹽堿土壤特點(diǎn)，以中性鹽NaCl和堿性鹽NaHCO3按摩爾比3∶1混合，加清水配制不同濃度混合鹽進(jìn)行滴灌。共設(shè)6個混合鹽濃度梯度：0（CK）、30、60、90、120、150 mmol·L-1。完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每處理20株棗樹。

脅迫處理前，在各處理的行間挖90 cm深長溝，四周及底部鋪雙層塑料薄膜隔離，以防止處理間相互滲透影響，并于上方設(shè)有兩側(cè)通風(fēng)的塑料遮雨棚。脅迫處理前幾天控制灌水，以利于澆灌的鹽堿溶液能迅速擴(kuò)散。于2020年7月17日，選取長勢一致的駿棗植株開始脅迫處理。為了防止發(fā)生鹽激傷害，鹽溶液從各濃度的1/2開始加入，每5 d遞增1次濃度梯度，2次后累計(jì)達(dá)到設(shè)定濃度，即7月27日全部處理達(dá)到設(shè)定鹽堿濃度時開始計(jì)算脅迫時間，8月17日補(bǔ)充澆灌混合鹽溶液1次。

1．3 測定項(xiàng)目及方法

1．3．1 葉片生理指標(biāo) 于脅迫40 d后選取樹冠外圍中部棗吊的第6～8片葉，每個處理采60片葉；將葉片洗凈擦干后置于-80℃保存，用于各項(xiàng)指標(biāo)的測定。用萬深LA-S葉片分析儀掃描分析葉片形態(tài)指標(biāo)；葉綠素含量采用80%丙酮浸提法測定；相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；有機(jī)酸含量采用酸堿中和滴定法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)-G250法測定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定。

1．3．2 隸屬函數(shù)值計(jì)算方法 當(dāng)指標(biāo)與耐鹽堿性呈正相關(guān)時，隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為U（Xj）＝（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）；當(dāng)指標(biāo)與耐鹽堿性呈負(fù)相關(guān)時，計(jì)算公式為U（Xj）＝1-［（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）］。式中，Xj為某一指標(biāo)的測定值，Xmax和Xmin分別為某一指標(biāo)測定值中的最大值和最小值。

1．4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù)并繪圖，用DPS 7．05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2．1 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片形態(tài)指標(biāo)的影響

如表2所示，駿棗葉面積、葉長、葉寬均隨著混合鹽濃度的增加而減小。在150 mmol·L-1混合鹽處理下，葉面積和葉寬均顯著低于0～60 mmol·L-1處理，分別降低8．48% ～9．21%和6．20%～8．92%。鹽堿處理對葉長與葉形指數(shù)無顯著影響。

表2 不同濃度混合鹽堿脅迫對駿棗葉片形態(tài)指標(biāo)的影響

2．2 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片光合色素的影響

由表3可知，30 mmol·L-1混合鹽處理的駿棗葉片中葉綠素a、葉綠素b及總含量最高，其次為CK和60 mmol·L-1混合鹽處理，兩者含量相當(dāng)，與30 mmol·L-1處理差異不顯著；但當(dāng)混合鹽濃度達(dá)到90 mmol·L-1后，葉綠素含量明顯下降，尤其葉綠素b和葉綠素總含量下降顯著，至150 mmol·L-1處理時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量分別較CK降低4．12%、21．84%、13．61%?？梢?，葉綠素b的降低幅度大于葉綠素a，導(dǎo)致葉綠素a/b值逐漸升高。

表3 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片葉綠素含量的影響

2．3 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片抗氧化酶活性的影響

隨著混合鹽濃度的增加，駿棗葉片SOD、POD和CAT活性均呈先上升后下降的趨勢（圖1）。SOD和CAT活性在鹽濃度為60mmol·L-1時達(dá)到最大值，分別為347．52、27．20 U·g-1·min-1，是CK的2．07、1．57倍，均顯著高于CK和其它濃度鹽處理；除150 mmol·L-1鹽處理的SOD活性與CK差異不顯著外，混合鹽處理均極顯著提高了葉片SOD和CAT活性。POD活性在鹽濃度為30 mmol·L-1時上升至最高值，其次為60 mmol·L-1處理，兩者間差異極顯著且均極顯著高于其他處理，分別比CK增加63．09%和29．38%；在90、120 mmol·L-1混合鹽處理下，POD活性與CK無顯著差異，而在150 mmol·L-1鹽濃度時則極顯著低于CK 37．46%。

柱上不同大、小寫字母分別表示處理間在0．01、0．05水平差異顯著，下同。

2．4 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片細(xì)胞膜透性的影響

從圖2可知，隨著混合鹽濃度的增加，駿棗葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢，且均在90 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下增幅明顯。在低濃度（30、60 mmol·L-1）混合鹽處理下，相對電導(dǎo)率極顯著高于對照10．94%、25．96%，而MDA含量與對照無顯著差異；在高濃度（90、120、150 mmol·L-1）混合鹽處理下，相對電導(dǎo)率和MDA含量均極顯著高于對照，分別是CK的1．42倍和1．19倍、1．48倍和1．32倍、1．55倍和1．36倍。

圖2 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片相對電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

2．5 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

如表4所示，駿棗葉片中的可溶性蛋白含量隨著混合鹽濃度的增加而逐漸升高，混合鹽堿脅迫處理的可溶性蛋白含量均極顯著高于CK，增幅為32．47%～112．99%。混合鹽堿脅迫處理的可溶性糖、有機(jī)酸含量均顯著高于CK，且隨鹽濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，在鹽濃度為90 mmol·L-1時達(dá)到最大值，分別是CK的1．49、1．33倍。脯氨酸含量在混合鹽堿脅迫處理下極顯著高于CK17．55% ～65．25%，且隨著鹽濃度的增加也呈先上升后下降趨勢，在鹽濃度為120 mmol·L-1時達(dá)到最大值。

表4 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2．6 駿棗耐鹽堿能力評價(jià)

2．6．1 相關(guān)性分析 對鹽堿脅迫下駿棗葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表5）顯示，葉面積與葉綠素總含量呈極顯著正相關(guān)，與葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；葉綠素總含量與POD活性呈顯著正相關(guān)，與葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；SOD活性與CAT活性、有機(jī)酸含量呈顯著正相關(guān)；相對電導(dǎo)率與MDA、可溶性蛋白、脯氨酸含量呈極顯著正相關(guān)；MDA含量與可溶性蛋白、脯氨酸含量呈顯著或極顯著正相關(guān)；可溶性蛋白含量與脯氨酸含量呈極顯著正相關(guān)；可溶性糖含量與有機(jī)酸含量呈極顯著正相關(guān)。

表5 混合鹽堿脅迫下駿棗各指標(biāo)的相關(guān)性分析

2．6．2 隸屬函數(shù)法綜合評價(jià) 采用隸屬函數(shù)法，基于葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)，對駿棗在不同濃度混合鹽堿脅迫處理下的耐性進(jìn)行綜合評價(jià)，綜合評價(jià)值（D值）越大耐性越高。由表6可看出，各混合鹽堿處理的D值均高于CK，且均為正值，說明在鹽濃度為0～150 mmol·L-1處理下，駿棗植株耐受性較好。其中，駿棗對低濃度（30～60 mmol·L-1）混合鹽堿處理的D值最高（0．63～0．73），但隨著鹽濃度繼續(xù)升高，駿棗對其耐受性則逐漸降低。說明駿棗對低濃度鹽堿脅迫具有一定的耐受性，在60 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下抗性指標(biāo)的綜合作用效果最好，超過該濃度后植株受傷害加重，對鹽堿脅迫的耐受性逐漸降低。

表6 混合鹽堿脅迫下各參試指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評價(jià)D值

3 討論

當(dāng)受到鹽堿脅迫時，植物對水分和養(yǎng)分的吸收、積累及分配均會發(fā)生變化，從而引發(fā)植物的形態(tài)變化，這是植物在保護(hù)機(jī)制作用下對逆境的適應(yīng)表現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)，在高濃度混合鹽堿脅迫下，駿棗葉面積顯著減小，表明其生產(chǎn)力下降。葉綠素含量是衡量植物光合作用能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，本研究結(jié)果顯示，駿棗葉片中的葉綠素含量在鹽濃度為30 mmol·L-1時較對照小幅上升，之后隨著鹽濃度的增大而持續(xù)下降。這可能是因?yàn)榈蜐舛塞}堿脅迫時，葉片中可溶性蛋白和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)快速積累，有利于葉綠素的合成，而高濃度鹽堿脅迫則提高了駿棗葉片中的Na+含量，類囊體膜超微結(jié)構(gòu)遭到破壞，葉綠素含量下降，這與金銀花［15］、荊芥［16］對鹽脅迫的響應(yīng)相一致。而葉綠素b與葉綠素總含量的變化趨勢基本一致，說明葉綠素總含量的減少主要是由于葉綠素酶對葉綠素b的降解所導(dǎo)致的。

鹽堿脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞氧化失衡，蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜的完整性因此而受損，但植物可通過提高抗氧化酶活性來消除活性氧以降低植物體內(nèi)的氧化損傷［17］。本研究中，隨著鹽濃度的增加，駿棗葉片SOD、POD和CAT活性均呈先升后降的趨勢，可能是由于低濃度鹽堿處理下抗氧化酶可高效清除細(xì)胞內(nèi)的自由基，但隨著脅迫濃度的繼續(xù)提高，活性氧在細(xì)胞內(nèi)積累過多，細(xì)胞膜損傷嚴(yán)重，功能減退，抗氧化酶合成受阻，表達(dá)活性降低［18］。這與殷夢竹等［19，20］用NaCl、Na2CO3處理山柿幼苗得到的結(jié)果相似，而與楊萬鵬［21］、張榮梅［22］等認(rèn)為黑果枸杞在NaCl脅迫下POD活性持續(xù)下降有差異，這可能是由于不同樹種對鹽種類及濃度、脅迫時間的響應(yīng)不同，還需進(jìn)一步研究駿棗對不同鹽種類和不同脅迫時間的響應(yīng)差異。

MDA含量是細(xì)胞膜氧化損傷的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，駿棗葉片的相對電導(dǎo)率和MDA含量與鹽濃度成正比，表明隨著混合鹽濃度的增加，氧化損傷加重，這與張亞冰［23］、位杰［24］等的研究結(jié)論相吻合。

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等是細(xì)胞主動合成的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與植物在逆境條件下的滲透調(diào)節(jié)。在本試驗(yàn)混合鹽濃度范圍內(nèi)，隨著鹽濃度的增加，駿棗葉片中的可溶性蛋白含量逐漸升高，可溶性糖、有機(jī)酸、脯氨酸含量先升高后降低，但各混合鹽堿處理的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均顯著高于CK。說明在混合鹽堿脅迫下，駿棗植株主要是通過不斷積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以維持細(xì)胞滲透壓，降低氧化損傷，但高濃度鹽堿脅迫則使細(xì)胞膜受損嚴(yán)重，進(jìn)一步加劇了脅迫傷害，對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累具有一定的抑制作用。

4 結(jié)論

在低濃度混合鹽堿脅迫下，駿棗葉片葉綠素含量增加，抗氧化酶活性升高，可以抵御鹽堿脅迫造成的傷害，維持植株的正常生長；但高濃度鹽堿脅迫使抗氧化酶活性受到抑制，細(xì)胞膜損害嚴(yán)重，主要通過植株體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累來抵御脅迫。綜合來看，在0～150 mmol·L-1鹽堿處理下，駿棗植株均表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐性，其中，60 mmol·L-1鹽堿脅迫下其保護(hù)機(jī)制運(yùn)行較好，植株耐鹽堿性較強(qiáng)。但本研究僅為1年的試驗(yàn)結(jié)果，還需進(jìn)一步研究駿棗不同生長發(fā)育階段遭受鹽堿脅迫后的生理特性及果實(shí)品質(zhì)等的變化規(guī)律。