三种桑生理特性对盐胁迫的响应

胡博, 闫伟, 刘宇, 郝艳玲

(内蒙古农业大学林学院, 呼和浩特 010020)

土壤盐渍化是世界性生态环境问题之一，是影响农、林业生产的主要因素。土壤盐碱化的地表植被稀疏、肥力较低，在很大程度上限制了植物的生长。目前，我国约有2 000万hm2的盐碱地和600万hm2的盐渍化土壤，我国的盐渍土面积占国土面积的1/4，由于灌溉不合理造成的盐渍化土地面积约达250万hm2[1]。西北、华北、东北及沿海地区是我国盐碱土的主要集中分布地区。其中，土壤盐渍化大量存在于蒸发量大于降雨量的干旱、半干旱地区，特别是西部六省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古、新疆)盐渍化土地面积占全国的69.03%[1]。随着经济的发展，工业污染加剧、气候变化、不合理的灌溉和化肥施用不当等原因，次生盐渍化土壤面积仍在逐年增加。

桑树(MorusablaL.)是多年生木本植物，在我国分布广泛，具有很高的生态、经济利用价值[2-4]。桑树对于旱涝[5]、盐碱、重金属[6]以及其他逆境胁迫具有很强的耐受性，成为改善脆弱生态区植被条件极具潜力的树种之一。于翠等[5]研究发现，不同果桑幼苗对不同浓度盐分胁迫表现出的酶活性也不同，这与果桑品种耐盐能力有关；李卫国等[7]研究发现，盐胁迫下桑树的生长受到了显著抑制，对盐环境下的响应表现出渗透胁迫和离子毒害共同作用的结果。因此，研究桑树对土壤盐分胁迫的响应机制具有重要意义。

在我国北部地区，黑龙江龙桑 (Morusalbacv. Tortuosa)、通辽蒙桑(MorusmongolicaSchneid.)、杨凌鸡桑(MorusaustralisPoir. var. Australis)表现出良好的抗旱、抗寒能力，叶片长势、结桑率、根系发达程度均优于其他桑品种，能更好地适应我国北部地区的气候条件。然而，目前关于龙桑、蒙桑、鸡桑耐盐能力的相关报道较少。本研究以一年生的龙桑、蒙桑、鸡桑作为研究对象,以不同浓度的NaCl溶液作为渗透物质,比较了不同盐胁迫条件下3种桑科植物丙二醛(malondialdehyde，MDA)、叶绿素、可溶性糖(soluble sugar，SS)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide，SOD)等耐盐性相关生理指标的变化，探讨这3种桑对土壤盐分胁迫的响应机制，以期为西部盐渍化地区栽植不同桑品种的耐盐性能评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年3—8月在内蒙古农业大学(113°73′29″E，40°83′35″N，海拔1 051 m)气候室中进行，试验期间室内温度为12～25 ℃，相对湿度为40%～50%，试验材料为生长健壮的一年生桑树幼苗(黑龙江龙桑、通辽蒙桑、杨凌鸡桑，由乌拉特旗东绿生态科技研究院提供)，供试用盐为NaCl(分析纯)。

1.2 试验方法

选取长势基本一致的3种桑树苗各30株。于2018年10月下旬将种苗移栽至塑料花盆中(30 cm×20 cm×15 cm)。栽培基质为黄土、营养土和蛭石(体积比为3∶2∶1)。以盐浓度水平分别设置0(CK)、100(T1)、200(T2)、300(T3)、400 mmol·L-1(T4)5个处理组，每个处理组设6个重复。苗木在气候室缓苗2个月，自试验开始，每隔1 d每盆浇200 mL相应浓度的NaCl溶液进行盐胁迫处理。

1.3 测定指标及方法

利用紫外分光光度计[UV-2800H，尤尼柯(上海)仪器有限公司]在盐胁迫的第7 d和第14 d进行生理指标测定。其中，MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法，叶绿素含量测定采用丙酮法,POD活性测定采用愈创木酚法，SOD活性采用氮蓝四唑法，SS含量的测定采用蒽酮比色法[8]。

1.4 数据分析

采用Excel 2007软件整理数据，采用SPSS 18.0进行统计学分析，采用 Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 盐分胁迫对3种桑MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化作用的产物之一，能直接反映膜受损程度。由图1可以看出，在不同浓度NaCl胁迫下，3种桑MDA含量均随着盐胁迫程度加剧呈上升趋势。其中，在T4处理(盐浓度400 mmol·L-1)时，3种桑MDA含量上升幅度最大。T4处理下，在盐胁迫第7 d时，龙桑、鸡桑、蒙桑分别比CK增加了73.89%、57.18%、125.56%；在盐胁迫第14 d，龙桑、鸡桑、蒙桑分别比CK增加了89.44%、80.16%、148.38%。其中，蒙桑的涨幅最大，鸡桑涨幅最小。方差分析表明，在盐胁迫第7 d与第14 d，同一浓度不同桑种和不同浓度同一桑种均呈现出显著差异(P<0.05)。鸡桑在受盐胁迫时，MDA含量显著低于其他2个桑种。

注：不同希腊字母表示同一处理不同品种间差异在P <0.05水平具有统计学意义，不同英文字母表示同一品种不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different Greek letters of different species under the same treatment indicate significant difference at P< 0.05 level, different English letters of the same species under different treatments indicate significant difference at P< 0.05 level.图1 盐分胁迫对3种桑MDA含量的影响Fig.1 Effect of salt stress on MDA content of three kinds of mulberry

2.2 盐分胁迫对3种桑叶绿素含量的影响

图2显示，随着胁迫时间的延长和盐浓度的增加，3种桑叶绿素含量均呈现出下降的趋势，这说明3种桑科植物的叶绿素对盐渍较为敏感。在盐胁迫的第7 d和第14 d，鸡桑对照组(CK)叶绿素含量最高，分别为23.11、23.74 mg·g-1。在盐胁迫第14 d、盐浓度为400 mmol·L-1时，3种桑的叶绿素含量降幅最大，龙桑、鸡桑、蒙桑叶绿素含量均达到最小值，分别为6.75、12.61、8.93 mg·g-1。盐胁迫的第7 d，龙桑、鸡桑、蒙桑叶绿素含量分别比CK降低了42.59%、29.80%、30.59%；盐胁迫的第14 d，3种桑叶绿素含量继续下降，分别比CK下降了66.50%、47.38%、58.94%。其中，龙桑叶绿素含量降幅在同组中最大，鸡桑叶绿素含量在同组中降幅最小。方差分析表明，在盐胁迫的第7 d，龙桑叶绿素含量显著低于其他2品种(P<0.05)，鸡桑和蒙桑叶绿素含量差异不显著(P>0.05)；在盐胁迫的第14 d，鸡桑叶绿素含量显著高于其他2个品种(P<0.05)。

注：不同希腊字母表示同一处理不同品种间差异在P<0.05水平具有统计学意义，不同英文字母表示同一品种不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different Greek letters of different species under the same treatment indicate significant difference at P<0.05 level, different English letters of the same species under different treatments indicate significant difference at P<0.05 level.图2 盐分胁迫对3种桑叶绿素含量的影响Fig.2 Effect of salt stress on chlorophyll content of three kinds of mulberry

2.3 盐分胁迫对3种桑POD含量的影响

从图3可以看出，随盐分胁迫的增强，蒙桑、鸡桑、龙桑POD活性总体趋势是先升高后降低。龙桑在盐胁迫的第7 d，盐浓度为300 mmol·L-1时，POD活性出现最大值，比CK显著增加了45.44%；在盐胁迫的第14 d盐浓度为200 mmol·L-1时，POD活性出现最大值，比CK显著性增加了27.56%。鸡桑在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为300 mmol·L-1时，POD活性出现了最大值，分别比CK增加了31.29%、12.45%。蒙桑在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为200 mmol·L-1时，POD活性出现最大值，分别比CK显著增加了35.44%、19.51%。龙桑、鸡桑、蒙桑POD活性最大值分别为23.9、39.64、33.07 U·g-1。方差分析表明，盐浓度200 mmol·L-1时，盐胁迫的第7 d和第14 d，鸡桑与蒙桑POD活性无显著差异(P>0.05)。而龙桑POD活性显著低于其他2品种(P<0.05)。

2.4 盐分胁迫对3种桑SOD活性的影响

图4显示，3种桑SOD活性总体呈现出先上升后下降的趋势。龙桑在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为100 mmol·L-1时，SOD活性处于最大值，分别比CK显著性升高了31.66%、16.42%。鸡桑在不同盐胁迫处理下，SOD活性均处于3种桑的最大值。在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为200 mmol·L-1时，SOD活性处于最大值，分别比CK显著增加了38.49%、17.52%。蒙桑在盐胁迫的第7 d，盐浓度为100 mmol·L-1时，SOD活性处于最大值，与对照组(CK)相比显著增加了22.97%；在盐胁迫的第14 d时，蒙桑SOD活性呈现逐渐降低趋势。方差分析表明，鸡桑的SOD活性在正常生长情况下显著高于其他2品种(P<0.05)。在相同盐浓度和相同胁迫时间下，3种桑SOD活性均差异显著(P<0.05)。

2.5 盐分胁迫对3种桑可溶性糖含量的影响

从图5可以看出，3种桑可溶性糖(SS)含量总体呈现出先上升后下降趋势。在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为200 mmol·L-1时，龙桑和鸡桑SS含量处于最大值，分别比对照组(CK)增加52.94%、24.97%和23.74%、21.06%。2种桑SS含量在盐胁迫的第7 d的增幅均比第14 d大。在盐胁迫的第7 d和第14 d，盐浓度为100 mmol·L-1时，蒙桑SS含量降幅最小，分别比CK降低了4.58%、6.11%。方差分析表明，在盐浓度100 mmol·L-1时，盐胁迫的第7 d和第14 d，鸡桑SS含量显著高于其他2品种(P<0.05)，而蒙桑与龙桑却无显著差异(P>0.05)。

注：不同希腊字母表示同一处理不同品种间差异在P <0.05水平具有统计学意义，不同英文字母表示同一品种不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different Greek letters of different species under the same treatment indicate significant difference at P< 0.05 level, different English letters of the same species under different treatments indicate significant difference at P<0.05 level.图3 盐分胁迫对3种桑POD活性的影响Fig.3 Effect of salt stress on POD activity of three kinds of mulberry

注：不同希腊字母表示同一处理不同品种间差异在P <0.05水平具有统计学意义，不同英文字母表示同一品种不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different Greek letters of different species under the same treatment indicate significant difference at P< 0.05 level, different English letters of the same species under different treatments indicate significant difference at P< 0.05 level.图4 盐分胁迫对3种桑SOD活性的影响Fig.4 Effect of salt stress on SOD activity of three kinds of mulberry

注：不同希腊字母表示同一处理不同品种间差异在P<0.05水平具有统计学意义，不同英文字母表示同一品种不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different Greek letters of different species under the same treatment indicate significant difference at P<0.05 level, different English letters of the same species under different treatments indicate significant difference at P<0.05 level.图5 盐分胁迫对3种桑可溶性糖的影响Fig.5 Effect of salt stress on soluble sugar content of three kinds of mulberry

3 讨论

膜脂过氧化的最终分解产物丙二醛(MDA)，可以用来表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件下反应的强弱。本研究中，经盐胁迫后，3种桑的膜系统均受到了一定程度损伤，其中蒙桑受损最为严重，膜内MDA活性变化显著大于龙桑与鸡桑，这是由于盐胁迫条件下蒙桑体内正常的水分散失更为严重。气孔关闭，光合速率下降，植物细胞内产生大量活性氧，使其功能和结构均遭到破坏，细胞内各细胞器和酶系统无法正常工作[9]，盐胁迫致使植物体内MDA含量显著上升，细胞及细胞膜结构的损坏更为明显[10]。张晓勉等[11]通过盆栽控盐试验发现，随着盐浓度的增大或处理时间的延长，沙枣适应性防御反应能力无法再抵御盐胁迫的破坏，从而造成细胞膜受损、细胞膜透性和MDA浓度大幅增加。该结论与本研究结果相同。3种桑MDA显著差异，这可能是因为盐胁迫下桑苗基部叶片的脱落凋零和植物体内水分吸收和散失间的不平衡，这种形态的差异可能是导致鸡桑具有较强的耐盐能力。

叶绿素是重要的光合作用物质,其含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用的强弱,从而影响植物的生长,其最直接的反应就是生物量积累减少[12]。在盐胁迫下条件下,植物叶片内的叶绿体会遭到破坏，从而抑制了叶绿素的合成。本研究中，随着盐胁迫程度的增加，植物叶片中的叶绿素含量呈现下降趋势。这与张国英等[13]研究的盐胁迫能影响桑幼苗叶片中叶绿素的合成，随NaCl浓度升高叶绿素含量逐渐减少的结果相一致。3种桑叶绿素含量均有不同程度降低，可能是由于盐分胁迫下植物体内活性氧大量产生，叶绿体的结构遭受破坏，合成的叶绿素减少，致使叶绿素含量降低[14]。其中，鸡桑与同组其他2种桑相比，叶绿体受损程度较小，高含量的叶绿素能够促进光合作用，从而对盐胁迫做出的积极响应。

超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)是植物体清除自由基的重要保护酶。当植物受到一定浓度的盐胁迫时会打破自身活性氧代谢的动态平衡，引起SOD和POD活性的变化[15-16]。本研究得出在不同盐浓度条件下，3种桑SOD与POD活性在NaCl浓度为200～300 mmol·L-1时达到峰值，随后降低。其中，鸡桑SOD与POD酶活性均显著高于蒙桑与龙桑，这是因为在盐浓度为100、200 mmol·L-1时，鸡桑SOD对盐胁迫所产生超氧阴离子自由基、POD对盐胁迫产生的H2O2发挥了有效的清除作用，但在高盐浓度下(300、400 mmol·L-1NaCl)保护作用受到抑制，导致酶的活性降低，活性氧受到伤害[17]。这与朱金方等[18]研究的柽柳扦插幼苗通过提高超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性，提高耐盐性的研究结果相一致。另外，在盐胁迫的第14 d时，蒙桑SOD活性在长时间盐胁迫影响下，随盐胁迫程度的增加呈现持续下降趋势，这可能是因为长时间盐分胁迫使得其超出酶活性的耐受范围，SOD清除活性氧能力受到抑制。

可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质，在干旱、低温、高温、盐渍等逆境下都会造成植物体内可溶性糖含量的增加，是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应[19]。在不同浓度及不同胁迫时长下，鸡桑的可溶性糖均高于其他2个桑品种，说明在盐胁迫环境下鸡桑能够调节自身渗透压，累积渗透调节物质，维持正常细胞吸水能力较强，从而增加了自身可溶性糖含量[20]。整体而言，3种桑随着盐分的增强可溶性糖含量逐渐减少，主要原因可能是叶绿体受到破坏光合能力减弱，碳和能量代谢产物也随之减弱[21]。这与李卫国等[22]研究的盐分胁迫对桑树叶片中渗透调节物质含量的影响中提到的可溶性糖含量变化结果相一致。而师长海等[23]关于小麦植物的研究得出：随着盐分浓度的升高,植物叶片可溶性糖含量呈现持续增加趋势结果相反。因此，为进一步阐明不同盐浓度胁迫对桑可溶性糖含量的作用机理及变化趋势，仍需进行大量理论研究。

综上所述，龙桑、鸡桑和蒙桑在盐胁迫后会有不同程度的生理响应。通过对这3种桑受盐胁迫后叶绿素、MDA、POD、SOD及可溶性糖等重要指标的分析发现，鸡桑在盐胁迫时，具有一定的耐盐性，在不同盐浓度情况下，均表现出比其他2个桑品种更好的适应性，耐盐性能更优。可见，鸡桑能较好地适应西部盐渍化的土地，更适合大面积推广和种植。