盐胁迫对柳枝稷生物量及品质的影响

黄高鉴，王 斌，杨治平，王永亮，郭彩霞，武文丽

(山西省农业科学院农业环境与资源研究所 山西太原030031)

柳枝稷原产北美，禾本科黍属C4 草本植物，耐寒，适应干旱环境，对贫瘠、盐碱等逆境具有胁迫能力，生物质产量相对较高，极易进行管理，便于收获。柳枝稷苗期呈现良好的耐盐性，在科研方面具有潜力。科学家以柳枝稷幼苗为研究对象，围绕其耐盐性、根系分布和生长状况等展开研究，结果表明，不同盐胁迫对全生育期柳枝稷的品质造成的影响不大，对生物量的影响非常少。

本文对不同盐胁迫对全生育期柳枝稷品质和生物量的影响进行分析，通过得到的实验结果为后续探究提供思路。

1 材料与方法

1.1 供试材料

柳枝稷属多年生草本，秆呈现直立状态，质地非常坚硬，高度在1～2 m 之间。叶舌相对短小，叶片呈线形，叶鞘和叶片两面均无毛。分枝相对粗糙，疏生小穗；小穗无毛，呈椭圆，颜色偏绿或偏紫。第一颖的长度介于小穗的2/3 和3/4 间，顶部较尖；第二颖的长度和小穗一样，顶端尖。从形状来看，第一外稃和第二颖相同，但从长度上来看略短，内包3 雄蕊；第二外稃呈椭圆，顶部较尖，长度为3 mm，相对平滑，十分光亮，6～10月为其花果期。

1.2 试验设计

本文在开展研究的过程中，主要采用土柱法和配对设计。土壤盐分和质量分数为0.4%氯化钠、0.8%硫酸钠和0.8%碳酸氢钠，对照组为无盐胁迫，对土壤进行过筛处理，并将其按照质量分数进行混合，每组实验重复3 次。土柱的高度为1.2 m，直径为0.4 m，管壁下端有小孔，大小约为1 cm，数量为10 个，均置于深度为1.2 m 的坑内，确保土面和地面保持齐平状态。对应土柱专门设置桶，直径为0.5 m，桶内水深0.1 m，避免出现盐分流失现象。叶期柳枝稷幼苗于2018年6月13 日进行移栽，桶内水深一直保持为0.1 m。经过一个月的盐胁迫处理，对其各项生理指标进行检测，11月4 日结束试验，通过取样检测柳枝稷的品质和生物量等指标。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 生物量测定方法

对柳枝稷进行取样后，分别将地上、地下部分清洗干净，分装于纸袋中。样品进行杀青处理，处理时间为0.5 h，处理温度为105 ℃，之后在80 ℃的条件下进行烘干处理，一直到恒重状态，记录重量。以人工的方式来获得柳枝稷籽粒，分别将颖、稃去除后，在80 ℃的条件下进行烘干处理，直到恒重状态。

1.3.2 生物品质测定方法

对柳枝稷进行烘干处理，达到恒重状态后，进行粉碎并经过40 目筛处理，然后置于干燥器中备用。按照直接灰化法对灰分进行测定，用马弗炉来检测挥发组分，运用消煮-比色法来检测钾、磷和氮等含量，运用消煮-流动注射分析仪法来检测硫含量，运用莫尔法来检测氯含量，运用消煮-重量法来检测硅元素，采用洗涤法对纤维素、木质素和半纤维素等进行检测。

2 结果与分析

2.1 不同盐胁迫对柳枝稷生物量的影响

氯化钠、硫酸钠和碳酸氢钠的胁迫会明显抑制柳枝稷的生长状态，如表1。分别和对照组相比，柳枝稷的总生物量降低了9.39%、60.52%、76.45%，地上生物量降低了56.14%、61.73%、76.90%，籽粒产量降低了70.95%、52.88%、33.81%。对这3 种盐的胁迫效果进行比较，发现抑制柳枝稷生长的程度有差异，其中抑制作用最强和最弱的分别是碳酸氢钠和氯化钠。对籽粒产量进行比较，发现氯化钠胁迫所对应的产量最小，碳酸氢钠胁迫对应的产量最大；3 种盐胁迫不会对根冠比产生非常明显的影响。

表1 不同盐胁迫下柳枝稷生物量Tab.1 Biomass of switchgrass under different salt stress

2.2 不同盐胁迫对柳枝稷地上生物质燃烧特性的影响

不同盐的胁迫对柳枝稷地上生物质燃烧特性产生的影响较小，如表2。氯化钠的胁迫会明显增加柳枝稷地上生物质的灰分含量，增加约14.89%，其他两种盐对其不会造成明显影响。对3 种盐的胁迫效果进行比较，发现氯化钠的胁迫会导致地上生物质灰分含量明显比其他两种盐要高，比较其他指标，不存在明显差异。

2.3 不同盐胁迫对柳枝稷地上生物质矿质元素含量的影响

不同盐的胁迫对柳枝稷地上生物质矿质元素含量造成非常明显的影响，如表3。和对照组相比，3 种盐的胁迫不会对地上生物质硅、氯、磷和氮等造成明显影响。硫酸钠的胁迫会明显增加硫含量；碳酸氢钠的胁迫会明显降低钾含量。对3 种盐的胁迫效果进行比较，硫酸钠的胁迫导致硫含量显著增加，碳酸氢钠的胁迫会导致钾含量明显降低。

表2 不同盐胁迫下柳枝稷地上生物质燃烧特性Tab.2 Biomass burning characteristics of switchgrass under different salt stresses

2.4 不同盐胁迫对柳枝稷地上生物质细胞壁组分含量的影响

和对照组相比，不同盐的胁迫造成柳枝稷地上生物质木质素、纤维素含量下降，而半纤维素含量明显增加，如表4。在硫酸钠的胁迫下，纤维素含量明显降低；在碳酸氢钠的胁迫下，半纤维素含量明显增加。对3 种盐的胁迫效果进行比较，不难发现，硫酸钠的胁迫导致纤维素含量明显高于氯化钠和碳酸氢钠；碳酸氢钠的胁迫导致半纤维素含量明显高于另外两种盐的胁迫。

表3 不同盐胁迫下柳枝稷地上生物质矿质元素含量(干物质)Tab.3 Contents of mineral elements(dry matter)of aboveground biomass of switchgrass under different salt stresses

表4 不同盐胁迫下柳枝稷地上生物质细胞壁组分含量Tab.4 Contents of aboveground biomass cell wall of switchgrass under different salt stresses

3 结 论

研究发现，盐的胁迫对柳枝稷生长起到明显的抑制作用，显著降低生物量，使生物量分配发生变化。不同盐的胁迫对柳枝稷地上生物质品质所造成的影响极其有限，氯化钠的胁迫会明显增加柳枝稷地上生物质灰分含量，硫酸钠的胁迫会明显增加硫的含量，不利于燃烧。硫酸钠的胁迫会明显降低纤维素含量，碳酸氢钠的胁迫明显增加半纤维素含量，不利于转化利用。

盐胁迫不利于植物生长和发育，本文通过实验发现，不同盐的胁迫导致根冠比、籽粒产量、生物量明显下降，与前人所得结论相似。不同盐胁迫会在不同程度上影响柳枝稷的生长，在3 种盐中，碳酸氢钠的胁迫所产生的抑制作用最强。研究发现，pH 值和盐分对柳枝稷的影响呈现协同与拮抗关系。和其他两种盐相比，碳酸氢钠抑制柳枝稷生长的程度最大，可能是这种盐和pH 值的共同作用对柳枝稷生长产生了抑制作用。植物受到胁迫后，细胞壁组分会发生变化，如蛋白质、多糖等。本文经过实验发现，不同盐的胁迫，会导致柳枝稷地上生物质半纤维素含量增加，碳酸氢钠的胁迫导致其涨幅为10.87%，该响应极有可能是适应盐胁迫的机制。逆境胁迫会抑制分配碳源和合成纤维素的关键酶活性，使得纤维素含量明显减少，极有可能是导致生物质纤维素含量减少的重要原因。植物、土壤中的硫含量呈正相关性。本文通过研究发现，土壤所含二氧化硫浓度较高，使得柳枝稷地上生物质硫含量明显增加。