NaCl处理对梭梭生长及生理生态特征的影响

鲁艳，雷加强，曾凡江，徐立帅，彭守兰，刘国军

（中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，新疆 乌鲁木齐830011）

我国盐渍土总面积约为3600×104hm2，占全国可利用土地面积的4.88%。西北、华北、东北地区及沿海是我国盐渍土的主要集中分布地区。其中，西部六省区（陕、甘、宁、青、蒙、新）盐渍土面积占全国的69.03%［1］。土壤盐渍化严重制约着农林业生产和生态环境建设，因此，培育和引种能适应高盐分环境的优良耐盐碱植物，通过生物措施改良西部地区盐碱土，对改善西部地区盐碱地生态景观，提高土地生产力，具有现实而深远的意义。耐盐植物的筛选和应用为盐碱地区植被的恢复与重建提供了重要的物质基础，只有在对植物的抗盐生理有比较确切的了解的前提下，生物措施才能较好的完成，因此，研究植物的耐盐性及其机理具有重要的意义。

梭梭（Haloxylon ammodendron）是典型的荒漠多浆旱生植物，产自宁夏西北部、甘肃西部、青海北部、新疆和内蒙古，广泛分布在固定、半固定的沙丘、沙地上，以及丘间龟裂地甚至强盐化壤质土上，具有很强的抗逆性，对风蚀沙埋适应性强，对荒漠区防风固沙，保护生态平衡具有重要意义［2］，是半荒漠和荒漠地区优良的固沙造林树种，在含有一定量盐分（全盐量2%）的土壤和沙地上生长最好［3］。梭梭是极好的薪炭材，也是良好的饲用植物，为中药苁蓉（Cistanche ambigua）的主要寄主［3］，近年来梭梭生态、经济和药用价值的凸显，使得梭梭受到更多专家和学者的关注［4-5］。本试验以一年生梭梭为材料，研究了不同浓度NaCl处理下其生长、同化枝过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶活性、水势和渗透调节物质含量的变化，初步分析盐对梭梭的毒害，以及梭梭耐盐的原因，从而为在盐渍地区推广种植梭梭以及梭梭耐盐生理机制研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

梭梭1年生苗购置于中国科学院塔克拉玛干沙漠研究站。试验用土采集于策勒绿洲－沙漠过渡带30 cm表层沙土，并过2 mm的筛子后备用，土壤基本化学性状见表1。

1.2 试验设计

试验于2010年4月中旬至9月中旬在中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站植物生境适应性研究场区进行。试验采用盆栽法，将土装入直径为40 cm，深为32 cm的塑料盆中，每盆装土20 kg，为避免塑料盆温度过高引起植物灼伤，在试验地开沟5条，沟间距1 m，将试验用盆放入其中，每沟10盆，盆间距1 m，盆下垫塑料托盘，防止盐分流失。于4月中旬，将一年生梭梭苗栽入盆中进行培养，每盆栽植1株，培养期间每隔7 d浇清水3 L，以保持土壤湿度。待缓苗2个月后，于6月中旬进行盐分胁迫处理，试验设置4个盐分浓度处理：50，100，200，400 mmol／L NaCl溶液，向盆中1次性施入3 L上述浓度NaCl溶液；以清水为对照（CK）。随后，每隔7 d浇清水3 L以平衡水分蒸发，土壤含水量维持在最大持水量的60%～80%。

表1 土壤基本化学性状Table 1 Basic chemical properties of soil

1.3 测定项目和方法

1.3.1 生长指标测定 于NaCl溶液处理0，30和90 d时用卷尺测量植株高度、东西最长冠径和南北最长冠径，冠幅面积按椭圆形估算［（1／4）π×东西最长冠径×南北最长冠径］［6］，游标卡尺测量基径粗；并于处理90 d时用天平测定单株植物同化枝、茎和根干重，计算根冠比［根干重／（同化枝干重＋茎干重）］。每个处理6个重复。

1.3.2 生理生化指标测定 对处理30和90 d后的植株同化枝进行采样，每个处理4个重复。H2O2含量按Sergiev等［7］方法测定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定［8］。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑还原法测定［9］。过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定［10］。过氧化氢酶（CAT）活性采用 Aebi［11］的方法测定。抗坏血酸酶（APX）活性按照Nakano和Asada［12］的方法测定。同化枝水势（MPa）是在清晨取新切下的同化枝2 g放于WP4露点水势仪（Decagon Devices，Inc.，Pullman，Washington）中按照说明书上方法进行测定。脯氨酸含量按张殿忠等［13］方法测定。可溶性糖含量按照李合生［14］蒽酮比色法测定。

1.4 数据处理

采用SPSS 13.0软件对所有数据进行统计分析，对不同处理的数据进行LSD－单因素最小显著性差异分析（ANOVA），比较各处理间差异显著性，采用 Microsoft Excel软件制图。

2 结果与分析

2.1 NaCl处理对梭梭生长的影响

由表2可以看出，梭梭株高、冠幅面积和基茎粗在各浓度NaCl处理开始阶段其生长状况基本一致。经NaCl处理30 d，梭梭株高、冠幅面积和基茎粗在50和100 mmol／L NaCl处理下较对照有升高但不显著，之后随NaCl处理浓度增加三者较对照呈降低趋势，当NaCl处理浓度增加到400 mmol／L时三者较对照分别减少3.8%，20.4%和3.7%，三者中株高和基茎粗较对照减少水平不显著，冠幅面积在NaCl处理浓度≥200 mmol／L时较对照呈显著减少趋势。随NaCl处理时间延长至90 d，梭梭株高、冠幅面积、基茎粗和同化枝、茎干重在50和100 mmol／L NaCl处理下较对照有所增加，在100 mmol／L NaCl处理下达到最大值，其中株高和基茎粗分别略高于对照8.5%和6.5%，冠幅面积和同化枝、茎干重分别显著高于对照18.6%，8.7%和21.7%，之后上述生长指标随NaCl浓度增加到200 mmol／L时较对照呈减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时分别较对照显著减少12.6%，40.4%，13.5%，38.7%和18.3%。根干重在50 mmol／L NaCl处理下较对照略微增加1.8%，之后随NaCl浓度增加到≥100 mmol／L时较对照呈显著减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时较对照减少45.4%。根冠比在50 mmol／L NaCl处理下较对照差异不显著，之后随NaCl浓度增加根冠比较对照均显著减少。

表2 NaCl处理对梭梭生长的影响（平均值±标准偏差，n＝6）Table 2 Effect of NaCl treatments on growth of H.ammodendron（mean±SD，n＝6）

2.2 NaCl处理对梭梭同化枝H 2 O2和MDA含量的影响

由图1可知，经50和100 mmol／L NaCl处理30 d后，梭梭同化枝H2O2和MDA含量较对照没有显著变化，而后随NaCl处理浓度增加，H2O2和MDA含量较对照呈显著增加趋势，经200～400 mmol／L NaCl处理30 d后，H2O2和MDA含量较对照显著增加8.9%～19.8%和14.5%～27.1%。随NaCl处理时间延长至90 d，在50 mmol／L NaCl处理下，梭梭同化枝H2O2和MDA含量较对照没有显著变化，而后随NaCl处理浓度增加，H2O2和MDA含量较对照呈显著增加趋势，经100～400 mmol／L NaCl处理90 d后，H2O2和MDA含量较对照显著增加25.5%～44.0%和15.5%～33.8%。

2.3 NaCl处理对梭梭同化枝抗氧化酶活性的影响

由图2可以看出，经不同浓度NaCl处理30和90 d后，梭梭同化枝SOD活性随NaCl浓度升高先呈增加趋势，当NaCl浓度为100 mmol／L时达最大值，较对照显著增加72.3%和130.9%，而后随NaCl浓度升高呈减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时仍高于对照18.6%和70.9%。

经NaCl处理30和90 d后，梭梭同化枝CAT活性在50 mmol／L NaCl处理下达最大值，较对照显著增加59.2%和106.1%，而后随NaCl浓度增加呈减少趋势，100 mmol／L NaCl处理仍高于对照，当NaCl处理浓度≥200 mmol／L时，CAT活性呈减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时，显著低于对照51.1%和36.7%。

经NaCl处理30 d后，梭梭同化枝POD活性随NaCl浓度升高先呈增加趋势，当NaCl浓度为200 mmol／L时达最大值，较对照显著增加89.0%，而后随NaCl浓度升高呈减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时仍显著高于对照55.1%。经NaCl处理90 d后，POD活性在NaCl浓度为100 mmol／L时达最大值，较对照显著增加35.3%，而后随NaCl浓度升高呈减少趋势，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时POD活性较对照减少21.0%。

图1 不同浓度NaCl处理对梭梭同化枝H2 O2和MDA含量的影响（平均值±标准偏差，n＝4）Fig.1 Effects of NaCl treatments on H2 O2 and MDA contents in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）不同字母表示处理间LSD多重比较差异显著（P＜0.05），下同。Values with different letters are significant differences at P＜0.05 level according to LSD multiple test，the same below.

图2 不同浓度NaCl处理对梭梭同化枝SOD、CAT、POD和APX活性的影响（平均值±标准偏差，n＝4）Fig.2 Effects of NaCl treatments on activities of SOD，CAT，POD and APX in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）

经不同浓度NaCl处理30和90 d后，梭梭同化枝APX活性随NaCl浓度升高先呈增加趋势，当NaCl浓度为200 mmol／L时达最大值，较对照显著增加94.0%和131.3%，，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时仍显著高于对照68.1%和90.8%。

2.4 NaCl处理对梭梭同化枝水势的影响

由图3可以看出，梭梭同化枝水势随NaCl浓度的增加呈显著线性减少趋势（R30d＝0.934，P＜0.05；R90d＝0.828，P＜0.05）。经400 mmol／L NaCl处理30 d时，水势较对照显著减少47.7%，NaCl处理时间延长至90 d时水势较对照显著减少34.8%。

2.5 NaCl处理对梭梭同化枝渗透调节物质含量的影响

由图4可知，经NaCl处理30 d后，梭梭同化枝可溶性糖含量随NaCl浓度增加先上升，当NaCl浓度增加到100 mmol／L时达最大值，较对照显著增加24.2%，当NaCl浓度增加到200 mmol／L时仍略高于对照7.4%，随着NaCl浓度进一步增加到400 mmol／L时，显著低于对照13.2%。经NaCl处理90 d后，可溶性糖含量随NaCl浓度增加先上升，当NaCl浓度增加到200 mmol／L时达最大值，较对照显著增加13.8%，随着NaCl浓度进一步增加到400 mmol／L时，显著低于对照18.7%。

经NaCl处理30 d后，梭梭同化枝脯氨酸含量随NaCl浓度增加先上升，当NaCl浓度增加到200 mmol／L时达最大值，较对照显著增加47.3%，随着NaCl浓度进一步增加到400 mmol／L时显著低于对照19.3%。经NaCl处理90 d后，脯氨酸含量随NaCl浓度的增加呈缓慢线性增加趋势（R＝0.870，P＞0.05）。

图3 不同浓度NaCl处理对梭梭同化枝水势的影响（平均值±标准偏差，n＝4）Fig.3 Effects of NaCl treatments on water potential in assimilation shoot of H.ammodendron（mean±SD，n＝4）

3 讨论

生物量是植物对盐胁迫反应的综合体现，也是植物耐盐性的直接指标［15］。不同植物最适盐浓度及其促进效应大小不同。Woolley［16］研究表明，1 mmol／L NaCl处理使得番茄（Solanum lycopersicum）干重增加12%，认为钠对番茄的生长具有一定促进作用。麻莹等［17］研究表明，80 mmol／L的中性盐胁迫（NaCl∶Na2SO4＝1∶1）对碱地肤（Kochia scoparia）的生长具有促进作用。本试验中，经50～100 mmol／L NaCl处理90 d后，梭梭株高、冠幅面积、基茎粗和同化枝、茎干重均高于对照，尤其在100 mmol／L NaCl处理下达最大值，根干重在50 mmol／L NaCl处理下达最大值。由此可见，低浓度的NaCl处理（≤50 mmol／L）对梭梭生长具有一定的促进效应，梭梭具有一定适应盐渍土壤环境的能力。生长抑制是植物对高盐胁迫最敏感的生理响应［18］。盐分对植物生长的抑制机理是一个相当复杂的问题，不同盐类和同一盐类不同盐浓度、不同植物和同一植物不同器官和不同发育阶段以及暴于盐渍条件下时间的长短，都可以产生不同的结果，盐分的抑制机理也不相同［19］。本研究表明，NaCl处理时间为30 d时，梭梭株高和基茎粗在200和400 mmol／L NaCl处理下较对照有减少但差异不显著，冠幅面积在≥200 mmol／L NaCl处理下显著低于对照。随NaCl处理延长至90 d时，梭梭株高和基茎粗在400 mmol／L NaCl处理下较对照显著减少，冠幅面积和同化枝、茎干重在NaCl浓度≥200 mmol／L时较对照开始显著减少，根干重在NaCl浓度≥100 mmol／L时较对照呈显著减少趋势。由此可见，高浓度的NaCl处理对梭梭根生长的抑制作用大于对冠幅面积和同化枝、茎干重大于对株高和基茎粗。根冠比能反映植物的耐盐能力，盐胁迫下根冠比越大耐盐能力越强。本研究结果表明，梭梭在50 mmol／L NaCl处理下，能够保持一定水平的根冠比，表明其具有一定的生长调节能力来抵抗逆境，随NaCl处理浓度增加，根冠比较对照显著下降表明梭梭植株受到了伤害，这与前人的一些研究结论相一致［20-21］。高浓度的NaCl处理下，梭梭生物量下降的同时保持一定的根冠比，表明梭梭具有一定适应盐胁迫的调节能力。

盐胁迫会打破植物体内活性氧产生和清除的平衡，从而引起活性氧的积累［22-23］，H2O2是活性氧的一种［24］。活性氧能启动膜脂中不饱和脂肪酸的过氧化，导致膜脂和膜蛋白损伤，破坏生物膜结构的稳定性，引起植物伤害［25］。MDA是膜脂过氧化的主要产物之一，其含量的高低可以用来衡量植物在逆境胁迫下生物膜受活性氧伤害程度大小［26］。已有学者研究报道，许多植物在NaCl胁迫下都表现出H2O2和 MDA含量增加［22-23，27］。本试验与前人研究结果相符，梭梭同化枝H2O2和MDA含量在NaCl处理浓度≥200 mmol／L时呈增加趋势，表明梭梭体内活性氧的产生与清除平衡状态受到破坏，并受到NaCl处理引起的膜脂过氧化损伤。H2O2积累增多，细胞膜脂受损伤，细胞膜通透性增大，使细胞代谢紊乱，细胞伸长生长受抑制，使植株出现毒害症状［28］。本试验中高浓度的NaCl处理抑制梭梭生长。

为了防御活性氧的伤害及维持活性氧生成和清除的动态平衡，植物在进化过程中形成了一套行之有效的活性氧清除系统，该系统主要包括酶促抗氧化系统和非酶促抗氧化系统。前者称抗氧化酶系统，主要包括SOD、CAT、POD和APX［25］。抗氧化酶活性高低可以反映植物体内活性氧清除能力或抗逆能力的强弱［14］。本试验表明，梭梭经NaCl处理30 d，同化枝SOD、POD和APX活性随NaCl处理浓度升高先上升后下降，始终不低于对照，CAT活性在高浓度NaCl（400 mmol／L）处理下显著低于对照。试验中，低浓度NaCl处理（≤100 mmol／L）下，梭梭SOD、POD、CAT和APX活性均有所提高，说明梭梭受NaCl处理影响体内已有ROS积累，而为避免受伤害，抗氧化酶系统做出相应反应。随NaCl处理延长至90 d，高浓度的NaCl处理下（≥200 mmol／L），CAT和POD活性较对照开始减少，当NaCl浓度增加到400 mmol／L时，CAT和POD活性较对照减少达显著水平，抗氧化酶系统平衡被破坏，影响植物体正常生长代谢，使植物生长受抑制。

在盐分环境中，植物受渗透胁迫，造成植物一定程度的水分亏缺，植物水势出现下降［29-30］。本研究结果显示，NaCl处理30和90 d，梭梭同化枝水势均随盐分处理浓度的增加而下降。盐胁迫条件下植物可以通过积累渗透调节物质，提高细胞的渗透调节能力［30-31］。在本研究中，经NaCl处理30 d，梭梭同化枝可溶性糖和脯氨酸含量较对照先呈增加趋势，随NaCl浓度增加二者较对照呈显著减少趋势。随着NaCl处理时间延长至90 d，可溶性糖含量较对照先呈增加趋势，当NaCl增加到400 mmol／L时较对照显著减少；脯氨酸含量随NaCl浓度增加呈缓慢线性增加趋势。本研究结果与前人研究结果不一致，前人研究表明植物体内脯氨酸和可溶性糖含量随NaCl浓度升高呈线性增加趋势［30，32-33］。蔡建一等［34］和张金林等［35］研究结果表明，脯氨酸的积累是少浆旱生植物适应干旱荒漠的重要机制，而中生植物和多浆旱生植物并不主要依靠脯氨酸来调节渗透势，认为多浆旱生植物主要以无机离子Na＋而并非有机渗透调节物质作为主要渗透调节剂。对于高盐胁迫下Na＋能否作为梭梭体内主要渗透调节剂参与渗透调节还有待研究。