密胡杨对Na2SO4环境的生理响应

唐宏宥，师建银，韩占江，白梦晗，孙 阳，张 敏

（1塔里木大学生命科学学院/塔里木盆地生物资源保护利用兵团重点实验室，新疆阿拉尔843300；2新疆生产建设兵团林业工作管理总站，乌鲁木齐830000）

0 引言

土壤盐渍化对植物生长和繁殖有很大影响，对经济的可持续发展、食品安全和不可替代的生物多样性也有着深远的影响。新疆是中国盐渍化土壤集中分布区之一，约1/3的耕地受盐分影响[1-3]，每年仍在增加。目前，该地区农业生产中一项紧迫而重要的任务就是合理利用和开发盐渍化土壤。盐渍土壤综合治理的主要手段之一就是生物措施，选育耐盐植物是切实可行的途径[4-6]。

密胡杨是以密叶杨和胡杨为亲本杂交育种取得的新品种[7]，又被称为胡杂[8]。密胡杨选育成功解决了胡杨杂交的世界性难题[9-11]，为国内盐渍区改良提供了新的优良新品种[12]。密胡杨具有耐盐、耐瘠、耐干旱、耐寒等抗逆的特性，又具有密叶杨扦插易成活的特性，可以在恶劣的环境下生存。塔里木盆地盐渍土壤面积较大，盐分含量有较大差异，栽植抗逆性强的密胡杨有重要的应用价值。目前相关研究报道还较少，前人研究主要集中在品种选育[13]、扦插繁育[12,14]、伤害适应[15]等方面。基于此，本研究以密胡杨为研究对象，设置不同浓度Na2SO4处理，对密胡杨在不同盐渍环境下生长的生理指标进行测定，旨在评估密胡杨的耐盐性，为在盐渍环境大面积种植密胡杨提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为1年生密胡杨幼苗。

1.2 试验方法

1.2.1 密胡杨的前期处理及材料收集 试验于2018年生长季在塔里木大学园艺试验站（81°17'17″E、40°32'6.41″N，海拔963 m）进行，采用盆栽的方法，塑料盆规格为上口径35 cm、下口径19 cm、高26 cm，苗圃熟土5 kg。将长势一致的密胡杨幼苗分成5组，每组10株，进行Na2SO4处理，设置5个浓度梯度，即0（对照）、50、100、150、200 mmol/L，每5天处理一次，共处理6次。保持3个月相同条件生长，定期观察密胡杨幼苗的生长情况，3个月后取样，测定生理指标，3次重复。

1.2.2 生理指标的测定 取部分新鲜叶片采用电导仪法测定相对电导率；其他生理指标采用液氮速冻后的叶片集中测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用高锰酸钾滴定法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[16-17]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行统计分析和作图，用SPSS软件进行方差分析和多重比较(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片相对电导率的影响

植物细胞膜为半透性生物膜，可以通过控制物质的进出来调解细胞内渗透压，当植物受到伤害时，细胞膜的选择性会根据受伤情况变化，细胞膜的相对透性增加，因此会有大量物质渗透出来，导致相对电导率增加[16]。由图1可以看出，与对照相比，50～200 mmol/L的Na2SO4溶液处理下，密胡杨幼苗叶片相对电导率无显著变化，说明本试验的Na2SO4处理并未造成细胞膜透性的改变。

图1 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的相对电导率

2.2 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片丙二醛(MDA)含量的影响

丙二醛(MDA)是植物细胞膜脂质过氧化的产物。植物在逆境下容易积累较多的自由基，导致发生膜脂质过氧化作用，脂质过氧化作用越强，MDA含量越高[17]。由图2可以看出，密胡杨幼苗叶片中MDA含量随Na2SO4浓度的增大呈先增后减的趋势。各Na2SO4处理的密胡杨幼苗叶片的MDA含量均与对照有显著差异。说明Na2SO4环境造成了密胡杨幼苗叶片膜脂过氧化。

图2 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的MDA含量

2.3 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)是植物在逆境条件下的酶促防御系统中的重要保护酶也是关键酶。由图3可以看出，与对照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液处理下，密胡杨幼苗叶片SOD活性无显著变化，说明SOD对Na2SO4环境反应不敏感。

图3 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的SOD活性

2.4 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响

过氧化氢酶(CAT)可以催化植物体内的H2O2分解成H2O和O2，进而减少H2O2对植物的伤害。由图4可以看出，与对照相比，密胡杨幼苗叶片的CAT活性随Na2SO4浓度的增大呈先减后增的趋势。50 mmol/L Na2SO4处理时，密胡杨幼苗叶片的CAT活性显著低于对照，100～200 mmol/L Na2SO4处理时，密胡杨幼苗叶片的CAT活性显著高于对照。说明密胡杨幼苗叶片在遇到Na2SO4环境时，CAT活性有适应和调节（先降低再恢复并增高）的过程。

图4 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的CAT活性

2.5 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

过氧化物酶(POD)也是植物体内一种可以清除H2O2的重要保护酶。由图5可以看出，与对照相比，50～200 mmol/L Na2SO4处理下，密胡杨幼苗叶片的POD活性显著高于对照，说明密胡杨幼苗叶片的POD活性对Na2SO4环境反应灵敏，通过提高活性来提高密胡杨抗逆性。

图5 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的POD活性

2.6 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片游离脯氨酸含量的影响

游离脯氨酸的主要作用是抗脱水，脯氨酸含量增加，叶片细胞的渗透调节能力也会增强[18]。由图6可以看出，与对照相比，密胡杨幼苗叶片中游离脯氨酸含量随着Na2SO4浓度的增加呈现先增后减的变化趋势。50 mmol/L Na2SO4浓度时，密胡杨幼苗叶片的游离脯氨酸含量显著增加；Na2SO4浓度为100～200 mmol/L时，游离脯氨酸含量较50 mmol/L Na2SO4浓度时显著降低，但与对照无显著差异。说明密胡杨幼苗叶片遇到低浓度Na2SO4时做出应激反应，大量合成游离脯氨酸，当Na2SO4浓度增加时游离脯氨酸含量又恢复到对照水平，说明密胡杨幼苗叶片仍能保持脯氨酸代谢的平衡，以适应高浓度的Na2SO4环境。

图6 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的游离脯氨酸含量

2.7 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响

逆境中植物的抗逆和植物体内的可溶性蛋白有一定的关系[20]，可溶性蛋白的积累，不仅可以降低细胞内的渗透势，还可以平衡原生质的内外渗透压[21]。由图7可以看出，与对照相比，密胡杨幼苗叶片的可溶性蛋白含量随着Na2SO4浓度的增大呈现先持平再降低又增加的趋势，说明密胡杨幼苗叶片的可溶性蛋白在Na2SO4环境下表现复杂的代谢适应（先合成与分解保持代谢平衡，再分解大于合成，然后逐渐恢复代谢平衡）。

图7 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的可溶性蛋白含量

2.8 不同浓度Na2SO4处理对密胡杨幼苗叶片可溶性糖含量的影响

植物在遭受逆境时，可溶性糖是起调节作用的渗透调节物质之一[22]。由图8可以看出，与对照相比，密胡杨幼苗叶片的可溶性糖含量随着Na2SO4浓度的增大呈现先减后增的趋势，说明密胡杨幼苗叶片的可溶性糖在Na2SO4环境下表现复杂的代谢适应（先分解大于合成，然后逐渐恢复代谢平衡）。

图8 不同浓度Na2SO4处理密胡杨幼苗叶片的可溶性糖含量

3 结论

密胡杨幼苗可以适应50～200 mmol/L Na2SO4环境。与对照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液处理下，密胡杨幼苗叶片发生了细胞膜脂质过氧化作用（MDA含量增加），但细胞膜选择透性未被破坏（相对电导率无显著变化），3种保护酶活性呈现不同的变化趋势（SOD活性维持不变、CAT活性先减后增、POD活性增加），可溶性蛋白和可溶性糖在Na2SO4环境下表现复杂的代谢适应。

4 讨论

丙二醛(MDA)是细胞膜脂过氧化的终产物之一，可以表示细胞膜损伤程度[23-24]。本研究结果显示，50～200 mmol/L Na2SO4环境下，密胡杨幼苗叶片的MDA含量有所增加，提示细胞膜受到了伤害。细胞膜受伤程度越大，膜透性越大。根据相对电导率的大小可以判断细胞膜受伤程度，本试验中的Na2SO4环境未造成膜透性增加。

SOD、POD、CAT是植物抗氧化系统的组成部分[25]，可以降低活性氧对植物体的伤害作用。本研究发现，与对照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液处理下，这3种保护酶活性呈现不同的变化趋势（SOD活性维持不变、CAT活性先减后增、POD活性增加），说明密胡杨幼苗叶片在盐渍环境下可以通过调节保护酶活性来维持细胞中的活性氧的动态平衡状态，降低盐的伤害。盐渍环境还会造成植物的生理干旱。本研究发现，密胡杨幼苗叶片通过合成渗透调节物质如游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白来调节细胞的渗透压，这也是植物适应逆境的重要方式[26-27]。如前所述，三者在Na2SO4环境下表现出复杂的代谢适应，其产生原因尚待进一步研究。另外，本研究结果提示密胡杨幼苗可能忍耐更高浓度的Na2SO4环境，这是未来研究的方向。