混合盐碱胁迫对柳树幼苗生理指标的影响1)

李子英 李佳迪 刘铎 丛日春

(中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京，100091) (中国农业科学院农田灌溉研究所) (中国林业科学研究院荒漠化研究所)

土壤盐碱化是导致生态环境恶化，限制农业发展的重要因素[1]，我国的盐碱土分布广泛，总面积约3 600万hm2，是重要的土地资源之一，具有广阔的治理与应用前景[2-3]，在东北、华北、华东、西北四大区域皆有分布[4-5]，在一些地区，盐化与碱化往往同时发生，如东北松嫩平原盐碱地中，以Na2CO3和NaHCO3为主，同时又伴有NaCl和Na2SO4危害[6-7]，对植物的影响远高于单一盐碱的胁迫[8]。因此，对于混合盐碱胁迫下的植物生理响应的研究具有现实意义，更能真实反应植物耐盐碱机制。

柳树在我国广泛分布，种类繁多，耐水湿，抗逆性强，作为我国重要的阔叶树种，具有较高的生态和经济价值[9]。近年来，对于柳树耐盐碱的研究逐渐增多，但是多集中于单一盐或碱胁迫的研究[10-11]，对于混合盐碱胁迫下柳树光合色素及抗氧化酶等方面的研究较少。本研究以耐盐柳树新品系盐柳1号为研究材料，以不同比例混合的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3模拟出12种不同浓度和组成的盐碱情况，对盐柳1号幼苗的叶片含水量、光合色素含量及抗氧化酶活性进行测定，为柳树耐盐碱的生理机制的深入研究及耐盐碱品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料培养

试验材料于中国林业科学研究院科研温室中进行培养，选取粗细一致、健壮的盐柳1号插条定植于装有栽培基质(洗净的河沙混合少量珍珠岩)的花盆中，每盆1株，定期浇灌1/2霍格兰营养液进行培养，待幼苗培养45 d左右，选取长势良好、大小相同的盐柳1号幼苗进行胁迫处理[12-13]。

1.2 模拟盐碱设计

将NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3按不同比例混合以模拟混合盐碱胁迫。混合盐碱胁迫分为3组，每组设置50、100、150、200 mmol/L 4个浓度梯度。A组各中性盐与碱性盐的物质的量比为n(NaCl)∶n(Na2SO4)∶n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=1∶2∶1∶0，pH值分别为7.91、8.01、8.09、8.16；B组各中性盐与碱性盐的物质的量比为n(NaCl)∶n(Na2SO4)∶n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=1∶9∶9∶1，pH值分别为8.47、8.62、8.71、8.84；C组各中性盐与碱性盐的物质的量比为n(NaCl)∶n(Na2SO4)∶n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=1∶1∶1∶1，pH值分别为9.33、9.47、9.51、9.56。

1.3 混合盐碱胁迫处理

将选取的盐柳1号幼苗随机分为13组，每组3次生物学重复。其中，一组作为对照，浇灌1/2霍格兰营养液，其余12组按照A1-A4、B1-B4、C1-C4的顺序进行编号，每隔3 d浇灌100 mL上述相对应的混合盐碱溶液进行胁迫处理，胁迫处理14 d。然后采集对照和各处理组幼苗相同部位的功能叶片，带回实验室进行各指标的测定。

1.4 指标测定及数据处理

采用烘干法测定盐柳1号幼苗的叶片含水量；使用直接浸提法[14]提取盐柳1号幼苗的叶片叶绿素，然后用紫外分光光度计测定叶绿素含量；分别采用愈创木酚法、过氧化氢还原法[15]、氮蓝四唑法[16]测定盐柳1号幼苗的叶片过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及超氧化物歧化酶(SOD)活性。所测得的数据使用Excel 2016、SPSS 19.0进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片含水量的影响

盐柳1号幼苗的叶片含水量随着盐浓度的增大表现出降低的趋势，且碱性盐比例越大的组合降幅越大。A处理组的叶片含水量在盐浓度100 mmol/L时有最小值，与对照相比降低了6.62%；B、C处理组的叶片含水量在盐浓度200 mmol/L时降至最低，与对照相比分别显著降低了48.40%和73.03%(P<0.05)。盐浓度为50 mmol/L时，随着pH值的增大，叶片含水量无显著变化，此时各混合盐碱胁迫组合对叶片含水量的影响较小；在盐浓度100 mmol/L、150 mmol/L时，随着pH值的增大，C处理组的叶片含水量相对于A、B处理组显著下降；在盐浓度200 mmol/L时，A、B、C处理组的叶片含水量均表现出显著差异(P<0.05)，下降趋势随盐浓度的增大而加剧，在pH值为9.56时降至最低，此时叶片含水量仅为21.13%(表1)。

表1 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片含水量的影响

2.2 盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片光合色素含量的影响

A处理组盐柳1号幼苗的叶片叶绿素a和叶绿素b质量分数均未有显著变化(P>0.05)，呈先降低后升高又降低的趋势；B处理组的叶绿素a和叶绿素b质量分数在200 mmol/L时均降至最低，叶绿素a质量分数相对于对照显著降低了19.14%(P<0.05)，叶绿素b质量分数相较于对照变化不显著(P>0.05)；C处理组的叶绿素a和叶绿素b质量分数随盐浓度的增大上升，但未表现出显著差异(P>0.05)。在低盐浓度条件下(50、100 mmol/L)，随着pH值的增高，叶绿素a和叶绿素b质量分数变化不明显，相对于对照略有上升；在高盐浓度条件下(150、200 mmol/L)，随着pH值的增高，叶绿素a质量分数显著降低(P<0.05)，叶绿素b质量分数仍未有明显变化(p>0.05)，说明混合盐碱胁迫对叶绿素b质量分数的影响小于叶绿素a(表2、表3)。

表2 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片叶绿素a质量分数的影响

2.3 盐碱胁迫对盐柳1号幼苗抗氧化酶活性的影响

2.3.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化

A、B处理组的盐柳1号幼苗的叶片SOD活性随着盐浓度的增大呈现出先升高后降低的趋势，在盐浓度150 mmol/L时升至最高，分别相对于对照显著增加了110.72%、123.78%(P<0.05)，随后下降；C处理组的叶片SOD活性呈升高的趋势，在盐浓度100 mmol/L时达到最大值，相对于对照显著增加了130.62%(P<0.05)。在盐浓度50、100 mmol/L的胁迫条件下，随着pH值的增高，盐柳1号幼苗的叶片SOD活性不断增加；在150 mmol/L盐浓度条件下，B处理组的叶片SOD活性仍大于A处理组，说明在盐浓度低于150 mmol/L，pH值<9.51范围内，盐柳1号幼苗能表现出较好的适应性；在盐浓度200 mmol/L时，盐柳1号幼苗的叶片SOD活性不断降低(表4)。

表3 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片叶绿素b质量分数的影响

表4 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片SOD活性的影响

2.3.2 过氧化物酶(POD)活性的变化

同叶片SOD活性的变化趋势类似，A、B处理组的盐柳1号幼苗的叶片POD活性随着盐浓度的增大呈现出先升高后降低的趋势，在盐浓度150 mmol/L时升至最高，分别相对于对照增加或显著增加了31.31%、71.73%(P<0.05)，随后下降；C处理组的叶片POD活性呈升高的趋势，在盐浓度100 mmol/L时达到最大值，相对于对照显著增加了22.16%(P<0.05)。在低盐浓度条件下(50、100 mmol/L)，随着pH值的增高，盐柳1号幼苗的叶片POD活性变化不明显；在盐浓度150、200 mmol/L时，盐柳1号幼苗的叶片POD活性升高(表5)。

表5 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗叶片POD活性的影响

2.3.3 过氧化氢酶(CAT)活性的变化

A、B处理组的盐柳1号幼苗的叶片CAT活性随着盐浓度的增大呈现出先升高后降低的趋势，A、B处理组的叶片CAT活性分别在150、100 mmol/L时达到最高，分别相对于对照显著增加了110.61%和75.84%(P<0.05)；C处理组的叶片CAT活性不断升高，在盐浓度100 mmol/L时急剧增高，相对于对照显著增加了142.62%(P<0.05)。盐浓度100 mmol/L以下的混合盐碱胁迫对盐柳1号幼苗的叶片CAT活性有一定的促进作用，而在盐浓度150 mmol/L、200 mmol/L胁迫条件下，叶片CAT活性随着pH值的增大而降低(表6)，说明随着盐浓度的增大，盐柳1号对pH值的耐受性下降。

表6 不同浓度盐碱胁迫对盐柳1号幼苗CAT活性的影响

3 结论与讨论

相对含水量是反应盐胁迫下植物水分状况的指标[17]。在混合盐碱胁迫下，油用向日葵[18]地上部分含水量和碱地肤[19]叶片含水量均随着盐浓度的增大和pH值的升高表现出降低的趋势。本研究中，在50 mmol/L时A、B、C 3组以及在100、150 mmol/L时A、B两组盐柳1号幼苗的叶片含水量未出现显著下降，说明盐柳1号在低盐浓度和低pH值下，仍能保持较高的相对含水量以维持各项生命活动。随着pH值的增高以及盐浓度的增大，叶片含水量下降趋势明显加剧。由此可见，盐浓度和pH值的协同作用对盐柳1号叶片含水量的影响大于盐浓度和pH值的单独作用。

光合色素是植物利用光能的主要载体，是进行光合作用的物质基础，在植物光合作用中发挥着重要的作用[20]。本研究中，在盐浓度和碱性盐含量较低时，盐柳1号幼苗的叶片叶绿素a、叶绿素b质量分数变化不大，大致呈升高趋势，而随着碱性盐含量和盐浓度的增大，混合盐碱胁迫对叶绿素a合成影响增大，表现出下降的趋势，叶绿素b质量分数的变化小于叶绿素a。除B处理组的盐柳1号幼苗的叶片叶绿素a质量分数在盐浓度高于150 mmol/L时显著下降，其他处理组的叶绿素a、叶绿素b质量分数均无显著变化。郭金博[21]等在对混合盐碱胁迫下‘中山杉406’叶绿素含量的研究中也曾得出类似的结论，盐碱混合胁迫并未对‘中山杉406’的叶绿素a和叶绿素b 2种光合色素的含量造成显著影响。同样，在对耐盐植物盐地碱蓬[22]和耐盐棉花品种[23]的研究中，其在高盐胁迫下叶绿素含量也未发生明显变化，这在一定程度上体现了盐柳1号的耐盐碱能力，保护叶片中的光合色素不被降解。

盐碱胁迫下，植物体内的活性氧代谢平衡被破坏，植物体内SOD、POD、CAT等保护酶类的活性大幅升高清除细胞内过量的活性氧，维持活性氧的代谢平衡，在一定程度上减缓盐碱胁迫对植物的伤害，保护膜结构，当超过植物抗氧化酶系统的清除能力时，致使活性氧大量积累，抗氧化酶活性下降[24]。本研究中，在盐浓度小于150 mmol/L，pH值低于9.51的混合盐碱胁迫下，随着盐浓度的增高，各处理组的叶片SOD、POD、CAT活性都增强或显著增强。说明盐柳1号幼苗体内的抗氧化酶系统的活性不断提高，有效的清除了多余的活性氧，对盐柳1号的膜系统起到了一定的保护作用。这与前人在芍药[25]、巨菌草[26]等植物的研究结果一致。而超过这一限度后，在高盐碱浓度下，幼苗体内的活性氧平衡被破坏，抗氧化酶活性下降，膜脂过氧化程度加重，细胞膜受到伤害。