NaCl胁迫对油茶幼苗生理特性的影响

刘艳菊 徐玉芬 贾效成

(1中国热带农业科学院椰子研究所海南文昌571339;2海南省热带油料作物生物学重点实验室海南文昌571339)

油茶（Camellia vietnamensis）是山茶科山茶属（CamelliaL.）植物，为中国南方主要的经济林木，与椰子、油棕和油橄榄并称为世界四大木本食用油料树种［1］。中国是油茶的主要产区，主要分布于长江流域以南地区，除此之外，越南、缅甸、泰国、马来西亚和日本也有少量分布［2］。海南岛是中国油茶资源分布的最南缘，具有种植和利用油茶的悠久历史［3］。海南称本地油茶果为“山柚”，其茶籽油为“山柚油”，该油具有广泛的用途与神奇的功效，被海南人民视为珍品［4］。油茶可作良好的生态林，同时，也是农林业产业结构调整、精准扶贫的重要经济作物，具有很高的经济效益、社会效益和生态效益［5］。

植物逆境胁迫分为生物胁迫和非生物胁迫，盐胁迫是非生物胁迫的一种。中国有近15亿亩（1亩＝667m2）盐碱地，海南有1 800多公里海岸线，有的滨海滩涂因含盐量高而利用率低。尤其是2014年17级超强台风“威马逊”、13级台风“海鸥”引起海水倒灌，导致海南4万多亩良田呈盐渍化。因此，了解盐胁迫对植物生理生化的影响，对明确盐胁迫的作用机理和提高植物的抗盐性有重要意义。

油茶抗逆性的研究多集中在抗旱和抗寒等方面［6-7］。有关盐胁迫对油茶生理生化特性影响的研究报道甚少。本研究以18个月盆栽油茶幼苗为试验材料，研究不同浓度NaCl胁迫对油茶幼苗生长、质膜透性、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛（MDA）、SOD酶、POD酶和离子吸收与分配变化情况的影响，明确油茶对盐胁迫的生理响应特征，以期为了解盐胁迫对油茶的影响奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用的油茶材料取自海南省文昌市中国热带农业科学院椰子研究所育苗基地，品种为热研1号，18个月生嫁接苗。

1.2 方法

1.2.1 育苗方法

采用花盆（内口径21.5 cm，高19.5 cm）育苗，栽培基质由蛭石、珍珠岩按质量比为1∶3混合而成，每盆1株幼苗。

1.2.2 试验设计

每天注入定量的1/2 Hoagland营养液，保证幼苗正常生长；待其长势健壮后，在Hoagland营养液中添加不同质量的NaCl，配制成5个NaCl浓度梯度［0（CK）、100、200、400、800 mmol/L］，每个处理3个重复；将1 L含不同NaCl浓度梯度的Hoagland营养液分别倒入对应的育苗盆，每隔3 d更换一次以维持盐处理浓度；连续处理20 d后，取心叶外围第3、4片叶进行相关指标的测定。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 生长指标

幼苗土面到顶端新芽芽尖的距离为株高，盐处理前和处理20 d后分别测量单株幼苗的株高，其差值即为株高生长量；全株收获洗净后将地上部分（茎叶）和地下部分（根）分开，于110℃烘箱杀青15 min，以80℃烘干至恒质量；每一单株茎叶干质量和根干质量的总和即为全株干质量，每一单株根干质量与茎叶干质量的比值即为根冠比。

1.2.3.2 生理指标的测定

可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法［8］，过氧化氢（H2O2）含量采用硫酸钛法［9］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［10］，脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸法［11］，质膜透性测定采用电导法［12］，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性应用南京建成试剂盒进行测定；吸光值利用日本岛津UV-2600紫外分光光度计测定。

Na+、K+和Ca2+含量测定取幼苗根、茎、叶样品烘干（80℃）并粉碎研磨后过筛；采用消煮法［13］，取0.10 g烘干样品，经灰化、消煮和定容后，用原子吸收分光光度计测定Na+、K+和Ca2+含量，每个处理重复3次。

1.2.4 统计分析

用Excel 2010进行数据统计和制图，用DPS 7.05软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对油茶幼苗生长和生理指标的影响

2.1.1 NaCl胁迫对油茶幼苗生长指标的影响

由表1可知，不同浓度NaCl处理对油茶幼苗株高增加量、全株干质量和根冠比的影响不同。低浓度NaCl处理下，株高呈增加趋势，100、200、400 mmol/L NaCl处理的株高明显增加（p＜0.05），与CK相比，分别增加35.91%、45.31%、78.37%；800 mmol/L NaCl处理的株高增加量显著降低（p＜0.05），与CK相比减少13.47%。全株干质量变化趋势与株高相类似，在低浓度NaCl处理下呈增加趋势，在800 mmol/L NaCl处理下全株干质量显著降低（p＜0.05），与CK相比减少16.3%。不同浓度NaCl处理的根冠比值均显著增加（p＜0.05），其中400 mmol/L NaCl处理的增加量最高，与CK相比，增加213.79%。与CK相比，100 mmol/L NaCl处理的油茶幼苗株高增加量、全株干质量和根冠比均显著增加（p＜0.05），分别增长35.91%、49.33%和96.55%。说明一定浓度的NaCl处理促进油茶幼苗生长，尤其是根的生长。

2.1.2 NaCl胁迫对油茶幼苗生理指标的影响

由表2可看出，NaCl胁迫处理下油茶幼苗的7个生理指标均受到不同程度的影响。与CK相比，100 mmol/L NaCl处理的叶片可溶性蛋白含量变化不大；随着NaCl浓度的增大，叶片可溶性蛋白含量显著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl处理的增加量最大，与CK相比，增加29.49%。仅有100 mmol/L NaCl处理的油茶幼苗相对含水量明显增加；而随着NaCl浓度的增大，叶片相对含水量呈现显著下降趋势，400和800 mmol NaCl处理与CK相比，分别减少73.13%和83.81%。油茶幼苗叶片中可溶性糖含量随着NaCl浓度的增加而增加，其中100、200 mmol/L NaCl处理下叶片中可溶性糖含量差异不显著（p＞0.05），但与CK相比，均显著增加（p＜0.05）；400、800 mmol/L NaCl处理下叶片中可溶性糖含量与对照相比差异显著（p＜0.05），分别是CK的3.93、5.90倍。

表1 NaCl胁迫对油茶幼苗3个生长指标的影响

0～200 mmol/L NaCl处理下，幼苗叶片质膜透性呈增加趋势；400 mmol/L NaCl处理下质膜透性较小，200 mmol/L NaCl处理显著下降（p＜0.05），减少10.5%；800 mmol/L NaCl处理下的叶片质膜透性最大，是CK的1.93倍，是400 mmol/L NaCl处理的1.71倍。0～200 mmol/L NaCl处理下油茶幼苗叶片MDA含量虽略有增加但变化不大；但随着NaCl浓度的增加，MDA含量显著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl处理是CK的1.86倍。0～200 mmol/L NaCl处理下，叶片中脯氨酸含量呈先增加后降低的趋势，分别是CK的1.35、1.17倍；400 mmol/L NaCl处理的叶片脯氨酸含量与200 mmol NaCl相比略增加，与100 mmol/L NaCl相比略有下降，比CK增加24.65%；在800 mmol/L NaCl处理下达到最大，比CK增加242.41%。0～400 mmol/L NaCl处理下油茶幼苗叶片H2O2含量呈逐渐增加趋势，在400 mmol/L NaCl处理下达到最大，是CK的3.01倍。

表2 NaCl胁迫对油茶幼苗7个生理指标的影响

抗氧化酶SOD、POD在ROS清除过程中发挥重要作用［14］。由图1可知，随着NaCl浓度的增加，油茶幼苗叶片中SOD、POD活性均呈上升趋势，在800 mmol/L NaCl处理下达到最高，分别是CK的1.67倍 和3.93倍。100和200 mmol/L NaCl处 理 下的SOD活性差异不显著，但分别较CK增加12.23%、17.20%。

图1 盐胁迫对油茶幼苗SOD、POD活性变化的影响

2.1.3 NaCl胁迫对油茶幼苗离子吸收与分配的影响

由表3可以看出，NaCl胁迫促进油茶幼苗植株内Na+的积累。NaCl胁迫下，根和茎中Na+含量均随着胁迫程度的增加而显著增加（p＜0.05），800 mmol/L NaCl处理下二者Na+含量均最高，分别是CK的9.08和40.47倍；叶片中Na+含量在NaCl胁迫下也显著增加（p＜0.05），其中200 mmol/L NaCl处理的Na+含量最高，为CK的29倍，400与800 mmol/L NaCl处理组间差异不显著（p＞0.05），分别为CK的22.52和23.24倍。低浓度NaCl胁迫下，油茶幼苗根和茎中Na+含量均低于叶中的；而随着NaCl浓度升高，茎中Na+含量高于根和叶中。

NaCl胁迫下，油茶幼苗根和茎中K+含量呈现先降低再增加的趋势，其中800 mmol/L NaCl处理的K+含量最高，比100 mmol/L NaCl处理分别增加85.76%、84.48%。叶中K+含量与根茎相反，呈先增加再降低的趋势，均高于CK，其中200 mmol/L NaCl处理比CK增加65.34%。不同浓度NaCl胁迫下，叶片中K+含量均比根、茎中高，说明盐胁迫下K+主要集中于叶片，K+在根和茎中含量相近。

NaCl胁迫下，油茶幼苗根和叶片中Ca2+含量与CK相比均显著下降，其中800 mmol/L NaCl处理的根中Ca2+含量显著下降（p＜0.05），与CK相比降低32.08%；叶片中Ca2+含量在100、200、400 mmol/L NaCl处理下变化不明显，但与CK相比均明显下降，其中100 mmol/L NaCl处理与CK相比降低38.97%；茎中Ca2+含量除400 mmol/L NaCl处理外均升高（p＜0.05），与CK相比，200 mmol/L NaCl处理的Ca2+含量最高，与CK相比增加24.1%。不同浓度NaCl胁迫下，茎和叶中Ca2+含量均比根中高，说明盐胁迫下Ca2+主要集中于地上部分。

由表4可知，随着NaCl浓度的增加，油茶幼苗根、茎、叶中的K+/Na+均呈显著下降趋势（p＜0.05）。800 mmol/L NaCl处理下，油茶幼苗根、茎、叶中的K+/Na+均为最低，与CK相比，分别下降86.65%、96.91%和95.31%；而100与200 mmol/L NaCl处理的茎中K+/Na+差异不显著（p＞0.05）。

与K+/Na+变化趋势相似，油茶幼苗根、茎和叶的Ca2+/Na+也随着NaCl浓度的增加呈显著下降（p＜0.05）。800 mmol/L NaCl处理下，根、茎、叶中的Ca2+/Na+显著下降，与CK相比，分别降低了92.54%、97.09%和97.12%；200 mmol/L NaCl与100 mmol/L NaCl处理相比，根、茎和叶中Ca2+/Na+差异显著（p＜0.05），分别显著降低了21.6%、6.12%和29.19%；400与800 mmol NaCl处理相比，根、茎和叶中Ca2+/Na+差异不显著（p＞0.05）。

表3 NaCl胁迫对油茶幼苗离子吸收与分配的影响

表4 NaCl胁迫对油茶幼苗K+/Na+和Ca2+/Na+的影响

3 讨论与结论

目前，有诸多学者通过研究油茶生理特性变化来评价其抗逆能力，且大多集中于低温、干旱等逆境条件，关于盐胁迫对油茶生理特性影响的研究报道较少。本研究表明，经100～800 mmol/L NaCl胁迫后，油茶幼苗的生长和生理代谢过程均受到不同程度的影响。100～400 mmol/L NaCl处理的油茶幼苗株高增加量、全株干质量和根冠比均增加，而800 mmol/L NaCl处理的油茶幼苗株高增加量、全株干质量均显著下降，说明一定浓度的盐处理能促进油茶幼苗的生长，尤其是根的生长。这与魏秀君等［15］、周莹等［16］、陈新红等［17］对海滨木槿、田菁、荆芥幼苗和小麦的研究结果一致。

盐胁迫下，植物细胞会发生水分亏缺现象，进而积累可溶性渗透调节物质，以降低胞内渗透势，使其在逆境下能吸收水分，维持正常生长［18-20］。本研究结果表明，低浓度NaCl胁迫下油茶幼苗叶片相对含水量略增加，但随着NaCl浓度的增加，相对含水量显著下降，油茶幼苗细胞发生失水现象。可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸是植物细胞内重要的渗透调节物质，能够增加细胞渗透性，提高植物耐盐能力。有研究发现，可溶性蛋白是评价植物耐盐性的重要指标之一，盐胁迫下可溶性蛋白含量越高，表明其代谢能力越强［21］。可溶性糖对细胞膜能起到保护作用［22］。盐胁迫下红叶石楠脯氨酸含量显著增加［23］。本研究结果表明，在200～800 mmol/L NaCl处理下，油茶幼苗可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量较CK均有增加，表明NaCl胁迫下油茶幼苗通过合成渗透调节物质来提高其耐盐能力。H2O2作为相对稳定的活性氧分子，参与调控盐、低温等多种非生物胁迫及生物胁迫［24-25］，被认为是植物耐受盐胁迫的信号分子［26-28］。本研究表明，100～400 mmol/L NaCl处理的叶片H2O2含量随NaCl浓度的增加而呈上升趋势，而800 mmol/L NaCl处理的H2O2含量与400 mmol/L NaCl处理相比明显下降。说明一定浓度NaCl胁迫可刺激油茶幼苗发生氧化胁迫，产生大量氧化产物。

盐胁迫对植物伤害的最敏感部位和原初位点是膜系统［29］。盐胁迫下植物积累大量的活性氧自由基［30］，引发膜脂过氧化，导致MDA含量增加［31-32］和细胞内电解质外渗，即质膜透性增加［33］，且质膜透性随盐浓度增加呈上升趋势［16］。本研究发现，随NaCl浓度增加，质膜透性较CK均有增加，并且800 mmol NaCl处理下叶片质膜透性达到最大，是CK的1.93倍。这与李倩等［34］、刘会超等［35］对燕麦、三色堇的研究结果一致。

SOD、POD在植物体内活性氧清除过程起重要作用［14］［18］。SOD主要作用是在细胞酶系统中清除超氧自由基O2-，将其分解为H2O2；而POD能催化分解H2O2，当SOD活性升高后产生大量H2O2，POD活性也上升，更好地促进分解H2O2［36］。本研究中，随NaCl浓度的增加，油茶幼苗叶片SOD、POD活性呈上升趋势，在800 mmol/L NaCl处理下二者活性皆达到最大值。说明盐胁迫可诱导油茶幼苗SOD、POD活性增强，减少氧化伤害，从而维持油茶幼苗正常生长。

盐胁迫对植物的伤害包括渗透胁迫和营养亏缺，及过量吸收的盐离子对组织细胞造成的离子毒害，能引起细胞膜透性发生变化，影响矿质离子的选择吸收和运输，破坏离子平衡，进而影响植株的生长和发育［37-38］。离子区隔化是耐盐植物维持生理活跃区域细胞离子平衡的途径之一［39］。侧伯幼苗根中Na+含量均高于茎和叶［40］。本研究发现，随NaCl浓度的增加，Na+在油茶幼苗各部位不断积累，100、200 mmol/L NaCl处理下，Na+含量表现为叶＞茎＞根，而在400、800 mmol/L NaCl处理下，Na+含量表现为茎＞叶＞根。说明根吸收的Na+多数运往地上部分，在茎和叶中积累，这与李玉梅等［41］、周莹等［16］对牛叠肚、荆芥的研究结果一致。叶片中Na+过量积累会抑制油茶幼苗的生长发育，使其发生离子毒害，这也是高盐胁迫下油茶幼苗叶片干枯的原因。

盐胁迫下，Na+和K+在植物体内的分布情况，可反映植物潜在的耐盐能力。研究表明，盐胁迫会增加植物体内Na+含量和减少K+、Ca2+［42］，影响细胞Na+、K+离子通道的正常运行，进而引发植物体的代谢紊乱［43-45］。耐盐种质可通过离子的选择性吸收和运输更好地限制Na+积累，减少K+、Ca2+的流失，从而维持体内K+/Na+和Ca2+/Na+平衡［30，46-49］。

K+在调控植物体内离子平衡、细胞膨压、渗透调节、光合作用和蛋白质合成等方面发挥着重要作用［50］。本研究发现，NaCl胁迫下油茶幼苗不同部位K+含量表现不同，茎和根中的K+含量在100和200 mmol/L NaCl处理下均比CK低，而在较高浓度NaCl（400、800 mmol/L）处理下茎和根中K+含量上升；叶片中K+含量随NaCl浓度的增加呈现先增加后降低的变化趋势，但均比CK含量高。油茶幼苗在较低浓度NaCl处理下，K+含量均表现为叶＞茎＞根。随NaCl浓度的增加，油茶幼苗各部位的K+/Na+均呈下降趋势，叶片中K+/Na+均高于茎和根。说明NaCl胁迫抑制油茶幼苗对K+的吸收和运输，叶片中K+、K+/Na+均高于根和茎。

Ca2+是植物生长必需的营养元素，能维持细胞膜和膜蛋白的稳定，对植物适应逆境条件起着重要作用［51］。Ca2+参与离子毒害和渗透胁迫的调控，能降低Na+含量，进而维持离子平衡［52］。本研究发现，油茶幼苗根和叶的Ca2+含量均随着NaCl增加呈下降趋势，而茎中Ca2+含量除400 mmol/L NaCl处理外均比CK显著升高。茎和叶中Ca2+含量高于根，说明盐胁迫主要影响油茶幼苗根系对Ca2+的吸收，而对Ca2+的运输影响较小。随着NaCl浓度的增加，油茶幼苗根和茎的Ca2+/Na+均呈显著下降趋势；而叶片中Ca2+/Na+呈先降低后上升的变化趋势，均比CK明显下降。叶片和茎的Ca2+/Na+均比根中的高。本研究表明，NaCl胁迫下，油茶幼苗叶片中的K+和Ca2+含量始终高于根或茎，这对于维持植株细胞膜稳定性和光合作用有重要意义。

综上所述，不同浓度NaCl处理对油茶幼苗生长有不同的影响，较低浓度NaCl处理的油茶幼苗株高增加量、全株干质量、根冠比均增加，高浓度NaCl处理的株高增加量和全株干质量显著下降。随着NaCl浓度增加，油茶幼苗的可溶性蛋白、可溶性糖、MDA、H2O2含量、质膜透性、脯氨酸含量和SOD、POD活性均呈增加趋势，相对含水量则呈先升高后降低的变化趋势。盐胁迫下，油茶幼苗不同部位Na+、K+和Ca2+均呈不同程度变化。Na+大量积累，表现为叶＞茎＞根。根和茎中K+含量呈先降低后增加趋势，叶片中积累较多的K+。而茎中Ca2+含量仅在100、200和800 mmol/L NaCl处理下比CK高。

本研究结果表明，低浓度（100 mmol/L）NaCl胁迫下，油茶幼苗株高增加量、全株干质量、根冠比、相对含水量、可溶性糖含量均增加，叶片SOD、POD活力增强，叶片中K+含量大幅提高，以抵御盐胁迫对幼苗的伤害，进而维持植株的正常生长。油茶幼苗对低浓度的盐胁迫有一定耐受能力。