不同基因型爬山虎耐盐性比较

孙浩冉

(郑州工程技术学院 化工食品学院，河南 郑州 450000)

土壤盐渍化是一个世界性的生态环境问题，严重影响植物的生长发育和农林业的生产效益[1]。据最新统计，我国各类盐渍化土壤面积达到约9 913.3万hm2，分布广泛、类型多样，而且每年的盐渍化土壤面积仍在不断增加，严重影响生态环境和农林业生产的可持续发展[2]。黄河湿地是河南省湿地资源的重要组成部分，在保护湿地生态系统类型多样性及维护生物多样性方面发挥着重要作用。然而，近年来黄河湿地生态环境逐步恶化，盐渍化现象逐年加重，已成为急需解决的关键问题[3]。目前，解决土壤盐渍化问题主要从两方面入手：一方面，采用物理、化学及生物方法对土壤进行改良，使之达到植物生长要求；另一方面，种植耐盐性较强的植物品种改良土壤结构和质量[4]。其中，培育耐盐性较强的植物品种是盐碱地改良的一种较为经济有效的方法，已受到人们的广泛关注[5]。

爬山虎(Parthenocissustricuspidata)，别名爬墙虎、地锦、飞天蜈蚣等，是葡萄科地锦属多年生藤本植物，具有适应性强、耐旱、耐寒及耐贫瘠等优点，已成为城市园林绿化、护路护坡及改善生态环境等方面的主要选用植物之一[6]。目前，关于爬山虎的研究主要集中在生态效应[7]、耐旱[8]、白藜芦醇提取工艺[9]、多糖提取工艺[10]及药用[11]等方面，而关于耐盐性方面的研究尚未见相关报道。因此，以6个不同基因型的爬山虎品种为试验材料，研究了不同添加量NaCl胁迫对爬山虎生理生化指标的影响，通过模糊数学隶属函数法进行耐盐性综合评价，以期筛选出耐盐性较强的爬山虎品种，为其在盐碱化土壤中的栽培利用提供参考和借鉴。

1　材料和方法

1.1　试验材料与设计

试验于2017年4月在郑州工程技术学院试验田开始实施。供试材料为异叶爬山虎、花叶爬山虎、三叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎、栓翅爬山虎6种，均由郑州工程技术学院生物多样性课题组提供。分别将各爬山虎品种种子在128孔育苗盘中播种，于三叶一心时期选取生长健壮、长势一致的幼苗定植到装有2.5 kg泥炭土的30 cm×40 cm的花盆中进行种植，每盆定植1株。待植株生长到一叶一心期进行盐胁迫试验，共设置6个处理，NaCl添加量分别为0(CK)、2、4、6、8、10 mg/g，每个处理20盆，重复3次，每个盆下垫塑料托盘，防止盐分流失。整个胁迫试验期间，进行正常的水肥管理及病虫害防治。

1.2　测定指标及方法

盐胁迫处理15 d后，取新鲜叶片进行各指标测定。叶片膜透性测定采用电导法，用相对电导率(RC)表示；丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性测定分别采用抑制NBT光还原比色法、愈创木酚法和紫外分光光度法；脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)含量分别采用磺基水杨酸提取法、蒽酮比色法和考马斯亮蓝G-250法。

1.3　数据处理

采用Excel 2007进行数据整理及作图，用SPSS 18.0软件进行差异性分析，采用模糊数学隶属函数法进行耐盐性综合评价。若所测指标与植物耐盐性呈正相关，则采用R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)计算隶属函数值，反之则采用R(xi)=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)进行计算。其中，xi为某一指标测定值，xmax为某一指标测定的最大值，xmin为某一指标测定的最小值。将每一供试植物各指标的耐盐隶属函数值进行累加，并求平均值，平均值越大，耐盐性越强。

2　结果与分析

2.1　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片膜质过氧化的影响

由图1-a可知，6个爬山虎品种叶片的细胞膜透性均随着NaCl添加量的增加而逐渐升高。其中，在NaCl添加量为8 mg/g时，细胞膜透性与对照(CK)差异显著(P<0.05)；NaCl添加量为10 mg/g时，异叶爬山虎、花叶爬山虎、三叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎、栓翅爬山虎6个品种的叶片细胞膜透性均达到最大，分别较对照(CK)增加814.15%、624.58%、503.14%、810.49%、744.96%、557.22%，均与对照(CK)达到极显著差异水平(P<0.01)。在相同NaCl添加量胁迫下，6个爬山虎品种叶片的细胞膜透性存在明显差异，NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎叶片细胞膜透性显著低于花叶爬山虎和五叶爬山虎(P<0.05)，极显著低于异叶爬山虎和绿叶爬山虎(P<0.01)。这说明，高浓度的NaCl胁迫会对爬山虎造成一定程度的伤害，致使细胞膜透性增大、稳定性降低；同时，爬山虎的细胞膜透性变化情况因品种而异，其中，三叶爬山虎最小，依次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、五叶爬山虎、绿叶爬山虎和异叶爬山虎。

相邻和相间小写字母分别表示不同品种在同一盐浓度处理下差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)，相邻和相间大写字母分别表示同一品种在不同盐浓度处理下差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)，下同。图1　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片膜质过氧化的影响

如图1-b所示，低NaCl添加量下，6个爬山虎品种叶片的MDA含量略有下降，而随着NaCl添加量的升高，MDA含量则显著升高。其中，在NaCl添加量为8 mg/g时，MDA含量与对照(CK)差异显著(P<0.05)；NaCl添加量为10 mg/g时，6个爬山虎品种的叶片MDA含量均达到最大，分别较对照(CK)增加128.81%、99.68%、62.24%、119.02%、121.97%和85.87%，均达到极显著差异水平(P<0.01)。在相同NaCl添加量胁迫下，6个爬山虎品种叶片的MDA含量存在明显差异，NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎叶片的MDA含量显著低于花叶爬山虎(P<0.05)，极显著低于异叶爬山虎、五叶爬山虎和绿叶爬山虎(P<0.01)。这说明，低添加量的NaCl胁迫(2、4 mg/g)会降低爬山虎的MDA含量，而8 mg/g和10 mg/g NaCl胁迫则分别会显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)增加爬山虎的MDA含量。同时，在相同添加量的NaCl胁迫下，爬山虎的MDA含量变化因品种而异，其中，三叶爬山虎最低，依次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎和异叶爬山虎。

2.2　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片保护酶活性的影响

如表1所示，随着NaCl添加量的升高，6种爬山虎叶片的保护酶活性均呈现先升高后降低的趋势。在NaCl添加量为6 mg/g时，异叶爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎及五叶爬山虎的SOD、POD及CAT活性均达到最大，其中，SOD活性分别较对照提高94.56%、42.59%、65.62%和83.27%，POD活性分别较对照提高251.66%、190.52%、228.13%和163.59%，CAT活性分别较对照提高147.42%、139.49%、142.99%和138.18%；而三叶爬山虎和栓翅爬山虎的SOD、POD及CAT活性则在NaCl添加量为8 mg/g时达到最大，其中，SOD活性分别较对照提高50.25%和55.64%，POD活性分别较对照提高163.06%和187.07%，CAT活性分别较对照提高114.90%和133.55%，差异均达到极显著水平(P<0.01)。在NaCl添加量为10 mg/g时，异叶爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎及五叶爬山虎植物叶片的SOD活性较对照分别降低49.33%、33.21%、29.58%和47.61%，POD活性分别较对照降低27.96%、11.37%、10.27%和14.87%，CAT活性分别较对照降低5.12%、3.09%、5.14%和1.96%，而三叶爬山虎和栓翅爬山虎叶片的SOD、POD及CAT活性虽然与其他浓度相比有所降低，但均略高于对照。同时，由表1可知，在相同NaCl添加量胁迫下，6种爬山虎叶片的保护酶活性存在明显差异。在NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎的SOD、POD及CAT活性显著高于花叶爬山虎、绿叶爬山虎及五叶爬山虎(P<0.05)，极显著高于异叶爬山虎(P<0.01)。上述结果说明，随着NaCl添加量的升高，爬山虎的保护酶活性呈现先上升后下降的趋势。同时，在相同添加量的NaCl胁迫下，不同基因型爬山虎的保护酶活性存在显著差异，其中，三叶爬山虎最高，依次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎和异叶爬山虎。

表1　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片保护酶活性的影响

注：同列相邻和相间不同小写字母分别表示同一品种在不同盐浓度处理下差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)，同列相邻和相间大写字母分别表示不同品种在同一盐浓度处理下差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)。

2.3　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片渗透调节物质含量的影响

如图2a所示，6个爬山虎品种叶片的脯氨酸含量均随着NaCl添加量的升高而逐渐升高。其中，在NaCl添加量为6 mg/g时，脯氨酸含量与对照(CK)差异显著(P<0.05)；在NaCl添加量为10 mg/g时，异叶爬山虎、花叶爬山虎、三叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎、栓翅爬山虎6个品种的叶片脯氨酸含量均达到最大，分别较对照(CK)增加385.73%、417.68%、458.88%、375.79%、453.28%、458.08%，均达到极显著差异水平。在相同NaCl添加量胁迫下，6个爬山虎品种叶片的脯氨酸含量存在明显差异，在NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎叶片的脯氨酸含量显著高于花叶爬山虎(P<0.05)，极显著高于异叶爬山虎和绿叶爬山虎(P<0.01)。

图2　NaCl胁迫对不同基因型爬山虎叶片渗透调节物质含量的影响

由图2b可知，随着NaCl添加量的升高，6种爬山虎叶片的可溶性糖含量呈现先升高后降低的趋势。在NaCl添加量为6 mg/g时，异叶爬山虎和绿叶爬山虎叶片可溶性糖含量均达到最高，较对照分别提高24.26%和25.5%，达到极显著水平(P<0.01)；而花叶爬山虎、三叶爬山虎、五叶爬山虎及栓翅爬山虎叶片的可溶性糖含量则在NaCl添加量为8 mg/g时达到最大，分别较对照提高52.83%、72.08%、48.79%和67%，均达到极显著水平(P<0.01)。同时，在相同浓度的NaCl胁迫下，6种爬山虎叶片的可溶性糖含量存在明显差异。在NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎的可溶性糖含量显著高于栓翅爬山虎和花叶爬山虎(P<0.05)，极显著高于异叶爬山虎、绿叶爬山虎和五叶爬山虎(P<0.01)。

如图2c所示，随着NaCl添加量的升高，6种爬山虎叶片的可溶性蛋白含量呈现先升高后降低的趋势。在NaCl添加量为8 mg/g时，异叶爬山虎、花叶爬山虎、三叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎、栓翅爬山虎6个品种的叶片可溶性蛋白含量均达到最高，分别较对照提高145.08%、142.53%、134.19%、155.65%、143.2%、117.72%，均达到极显著水平(P<0.01)。同时，在相同添加量的NaCl胁迫下，6种爬山虎叶片的可溶性蛋白含量存在明显差异。在NaCl添加量为10 mg/g时，三叶爬山虎叶片的可溶性蛋白含量显著高于花叶爬山虎、绿叶爬山虎及五叶爬山虎(P<0.05)，极显著高于异叶爬山虎(P<0.01)。

上述结果说明，随着NaCl添加量的升高，爬山虎的脯氨酸含量逐渐上升，可溶性糖及可溶性蛋白含量则先上升后下降。同时，在相同添加量的NaCl胁迫下，不同基因型爬山虎叶片的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量存在显著差异，其中，三叶爬山虎含量最高，其次为栓翅爬山虎，绿叶爬山虎含量最低。

2.4　NaCl胁迫下不同基因型爬山虎耐盐性综合评价

采用隶属函数法对NaCl胁迫下不同基因型爬山虎的8个生理生化指标进行综合评价，结果如表2所示，异叶爬山虎、花叶爬山虎、三叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎及栓翅爬山虎的平均隶属函数值分别为0.32、0.40、0.47、0.35、0.42和0.43。平均隶属函数值反映了植物综合耐盐性的强弱，值越大表明综合耐盐能力越强。因此，6种爬山虎的耐盐性由强到弱依次为：三叶爬山虎、栓翅爬山虎、五叶爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎和异叶爬山虎。

表2　NaCl胁迫下不同基因型爬山虎各指标的隶属函数值及耐盐性综合评价

3　结论与讨论

大量研究表明，在遭遇盐胁迫时，植物体内活性氧产生和清除的动态平衡遭到破坏，活性氧含量大幅提高，导致MDA大量积累，进而造成膜脂的过氧化和脱脂化，破坏细胞结构[12-13]。本研究结果表明，低添加量的NaCl胁迫(2、4 mg/g)下，爬山虎的细胞膜透性有所增大、MDA含量略有下降，但均未达到显著水平，这可能与爬山虎适应低盐性有关；而当NaCl添加量达到8～10 mg/g时，爬山虎的细胞膜透性和MDA含量显著增大，细胞膜受损害程度加剧，这可能是由于高添加量的NaCl胁迫下，爬山虎体内的活性氧产生与清除的动态平衡被破坏所致。不同基因型爬山虎品种膜损害程度不同，其中，三叶爬山虎的膜损害程度最轻，依次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、五叶爬山虎、绿叶爬山虎和异叶爬山虎。

大量研究表明，为了减轻过量的活性氧对自身产生的伤害，植物在长期的进化过程中形成了一套较为精细的抗氧化防御体系用于去除、中和及捕获体内的活性氧，在盐胁迫条件下，植物的抗氧化酶SOD、POD及CAT活性变化与耐盐性密切相关[14-15]。本研究结果表明，随着NaCl添加量的升高，爬山虎的抗氧化酶SOD、POD及CAT活性呈现先上升后下降的趋势，其原因可能是爬山虎遭遇低添加量的NaCl胁迫时，通过提高自身抗氧化酶SOD、POD及CAT活性来清除过量的活性氧，进而减轻其对自身造成的伤害；而当NaCl添加量超过一定值时，由于爬山虎遭受伤害过于严重，导致抗氧化酶SOD、POD及CAT活性极速下降，无法再对植物起到保护作用。这说明SOD、POD及CAT是爬山虎抵御盐害的主要酶，本结论与贾漫丽等[16]的研究结果较为一致，而与马彦军等[17]研究结果存在一定出入，这可能是由于爬山虎与黑果枸杞抵御盐害的酶类不同所致。同时，本研究还发现，不同基因型爬山虎品种抗氧化酶活性存在显著差异，其中，三叶爬山虎最高，其次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎和异叶爬山虎。

渗透调节是植物适应盐胁迫的主要方式之一。脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白是植物逆境胁迫下的主要渗透调节物质。大量研究表明，随着外界盐浓度的升高，脯氨酸含量逐渐升高，而可溶性糖及可溶性蛋白含量则先上升后下降[18-19]。本研究结果表明，随着NaCl添加量的升高，爬山虎的脯氨酸含量逐渐上升，可溶性糖及可溶性蛋白含量则呈现先上升后下降的趋势，其原因可能是爬山虎遭遇低添加量的NaCl胁迫时，通过增加体内的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量来进行渗透调节；而随着盐胁迫的加重，爬山虎体内的可溶性糖及可溶性蛋白的调节能力下降，导致合成减慢，分解加速，因而含量降低。这说明，低添加量的NaCl胁迫下，爬山虎通过体内的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量来进行渗透调节；而高添加量的NaCl胁迫下，则仅通过体内的脯氨酸进行渗透调节。本结论与高方胜等[12]的研究结果一致，而与马彦军等[17]的研究结果存在出入，其原因可能是爬山虎与黑果枸杞在盐胁迫下的渗透调节机制存在差异。同时，本研究还发现，不同基因型爬山虎品种渗透调节物质含量存在显著差异，其中，三叶爬山虎最高，其他依次为栓翅爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎、五叶爬山虎和异叶爬山虎。

植物耐盐性是一个非常复杂的过程，受多种因素影响。因此，对植物进行耐盐性综合评价时，应选取多种指标进行综合考虑。本研究对NaCl胁迫下不同基因型爬山虎叶片的相对电导率、MDA含量、3种保护酶(SOD、POD、CAT)活性及Pro、SS、SP含量等8个生理生化指标变化进行了研究，并采用模糊数学隶属函数法进行综合评价，结果表明，6个爬山虎品种的耐盐性由强到弱依次为：三叶爬山虎、栓翅爬山虎、五叶爬山虎、花叶爬山虎、绿叶爬山虎和异叶爬山虎。