三种湿地植物对盐胁迫响应的研究

徐扬帆，冯立辉，陈文峰，刘剑彤，吴辰熙，胡红娟

（1.中交第二航务工程局有限公司，武汉 430040；2.中国科学院水生生物研究所，武汉 430072）

沿海湿地长时间受到盐分的侵袭，在不同程度上受到盐的胁迫，植被修复是保护和调节沿海生态系统的重要环节之一［1］。盐胁迫容易对植物造成形态和生理上的伤害，比如离子平衡失调、渗透胁迫、质膜伤害、离子毒害等［2，3］，让植物组织和器官不能正常生长和分化，从而使植物的生长受到抑制，严重时可能会导致植物死亡［4］。盐胁迫不仅会影响植物个体的生长和发育，还会对沿海地区整个湿地生态系统的植物分布及群落的演替方向产生影响［5］。研究发现，Na+、K+、Cl-是参与植物渗透调节的主要无机离子，在植物体内处于动态平衡，当环境中钠离子过多对植物造成毒害时，植物就会减少对钾离子的吸收，从而导致植物体内的Na+/K+比值失衡，使植物细胞代谢紊乱而死亡［6，7］。经过长时间的适应和进化，沿海区域植物在形态和生理上形成了与盐碱环境相适应的调节机制［8］，而不同植物的耐盐能力及其对盐分胁迫的响应也不同，大部分植物可通过调节渗透压和离子分布来适应盐的胁迫，而有些植物（滨藜属）可以通过把体内多余的盐分排出体外、将细胞内区隔化以及基因的转录调节作用来抵御盐胁迫［9，10］。因此，研究不同种类的植物对盐胁迫的响应不但能丰富盐碱湿地的植物种类，而且可以对盐碱湿地的改良提供参考。

本研究通过水培模拟试验，研究了沿海湿地中常见的3种水生植物黄菖蒲（IrispseudacorusL.）、美人蕉（Canna indica）和梭鱼草（Pontederia cordataL.）在4种不同盐胁迫下的生长状况，根据测定的生长和生理指标，筛选出耐盐范围较高的植物，为重建沿海湿地植物群落及植被修复工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 耐盐植物的筛选

通过对广州珠江口海岸带湿地植物的现场调查及室内试验，从观赏和耐盐性等方面出发，筛选出黄菖蒲、美人蕉和梭鱼草作为试验植物。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 所有的试验植物均采购于保定市，试验在中国科学院水生生物研究所实验室楼顶进行。在试验开始前，采用无土栽培的方式将生长一致、无病虫害的同一种植物用去离子水培养1周进行适应培养。然后将这3种植物栽培于设有4种不同NaCl梯度（0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰）水溶液中。每桶栽种4～5株同种植物，3次重复，用泡沫板固定，试验过程中适时补充去离子水，每天测定盐度并使桶内的盐度维持在设定的浓度。期间，每隔7 d测定植物苗高、根长等生长指标，每个处理随机选取2株取叶片用于生理指标的测定。

1.2.2 指标测定 植物生长指标有叶片大小、植物株高增量、根系生长量，生理指标有丙二醛（MDA）含量和过氧化氢酶（CAT）活性。其中，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定，过氧化氢酶活性采用钼酸铵比色法测定［11］。各指标重复测定3次。

1.2.3 数据处理 使用SPSS 20.0软件进行单因素ANOVA和Tukey’s检验（P＜0.05）对数据进行差异显著性分析，采用Origin 8.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对植物生长的影响

不同盐胁迫对3种植物根长的影响见图1。如图1所示，在0.5‰～3.0‰NaCl处理下，3种植物根长随着盐胁迫时间的增长呈逐渐增加。随着NaCl的浓度升高，黄菖蒲和梭鱼草的根系生长率呈降低的趋势，而美人蕉的根系生长率随着NaCl的浓度升高而增加。在浓度为0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰的盐胁迫下水培28 d，黄菖蒲根系增长率分别为87.5%、84.0%、79.2%、78.9%，梭鱼草的根系增长率分别为95.2%、87.5%、72.1%、72.0%，美人蕉的根系增长率分别为70.0%、73.1%、79.2%、80.8%。表明高浓度NaCl抑制了黄菖蒲和梭鱼草根系的生长。

图1 不同浓度NaCl处理对3种植物根长的影响

不同浓度NaCl处理对3种水生植物叶宽的影响见图2。如图2所示，黄菖蒲在0.5‰NaCl处理28 d后，其叶宽的增幅达到最大，是处理前的3.15倍，而1.0‰～3.0‰NaCl处理下黄菖蒲叶宽仅为处理前的1.85～2.67倍，表明较高浓度的NaCl可能抑制了黄菖蒲叶宽的增长。在1.5‰、3.0‰NaCl处理28 d后，梭鱼草叶宽分别为处理前的1.44、1.49倍，而在0.5‰、1.0‰低浓度NaCl处理下，梭鱼草叶宽分别为处理前的1.27和1.31倍。美人蕉在高浓度盐胁迫下叶宽的增长趋势与低浓度盐胁迫下相比也较强，这表明在盐胁迫的条件下，梭鱼草和美人蕉对维持叶宽增加的能力较强。

图2 不同浓度NaCl处理对3种植物叶宽的影响

如图3所示，在28 d不同浓度NaCl处理下，黄菖蒲的株高增幅的变化差异较小。在不同盐胁迫处理下，其株高增长率分别为56%～66%。梭鱼草株高增幅随着NaCl的浓度升高而增加，当NaCl浓度达到3.0‰时，其植株增长率达到最大，为21%。而美人蕉却与梭鱼草相反，其株高增幅随着NaCl的浓度升高而呈降低的趋势，当0.5‰浓度的NaCl处理28 d后，其增幅达35%，当NaCl浓度为3.0‰时，增幅只有9%。因此，盐胁迫对美人蕉植株的增长有较大影响。

图3 不同浓度NaCl处理对3种植物株高的影响

2.2 盐胁迫对植物丙二醛含量的影响

黄菖蒲在1.0‰浓度的NaCl处理下，其体内丙二醛的含量呈先降低后升高的趋势（图4），在培养14 d后，丙二醛含量最低，为11.08 nmol/g。而在其他3种盐胁迫下，植物体内丙二醛含量均呈先升高后降低的趋势，部分浓度处理差异显著（P＜0.05）。在28 d低浓度（0.5‰、1.0‰）NaCl处理下，美人蕉体内丙二醛的含量呈逐渐升高的趋势，丙二醛的增量分别为5.38、5.97 nmol/g。而在高浓度（1.5‰、3.0‰）盐胁迫下，美人蕉体内丙二醛的含量却呈先升高后降低的趋势，说明美人蕉植株的保护能力较强。在不同盐胁迫下，梭鱼草体内丙二醛的含量均呈先降低后升高的趋势。在第7天时，各处理组梭鱼草体内丙二醛的含量差异不显著（P＞0.05）。在低浓度（0.5‰、1.0‰）NaCl处理下，梭鱼草体内丙二醛的含量在培养第14天时达到最低，分别为13.71、9.68 nmol/g。而在高浓度（1.5‰、3.0‰）盐胁迫处理下，其体内丙二醛含量在培养第21天时达到最低，并且在第21天2个处理之间的差异显著（P＜0.05）。

图4 不同浓度NaCl处理对3种植物丙二醛含量的影响

2.3 盐胁迫对植物过氧化氢酶活性的影响

由图5可知，不同浓度NaCl处理下，黄菖蒲、美人蕉、梭鱼草的过氧化氢酶活性在28 d内总体上均呈先升高后降低的趋势。在1.0‰、1.5‰和3.0‰NaCl处理下，黄菖蒲的过氧化氢酶活性在14 d达到最大值，且3个浓度间差异显著（P＜0.05），分别为88.76、126.53、233.02 U/（g·min），之后逐渐降低。在4种盐胁迫（0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰）下，美人蕉过氧化氢酶活性最大值分别为106.97、58.55、75.36、126.18 U/（g·min），而梭鱼草过氧化氢酶活性最大值分别为79.97、78.66、62.21、89.88 U/（g·min）。

图5 不同浓度NaCl处理对3种植物过氧化氢酶活性的影响

3 讨论

盐胁迫对水生植物的生长变化有明显影响，对沿海湿地水生植物的研究是近年来的热点［12］。植物对盐胁迫的耐受程度主要通过根系、叶宽和株高的增幅来体现［13］。本研究结果表明，随着盐胁迫的浓度增加，黄菖蒲、美人蕉和梭鱼草的根系、叶宽和株高均有不同程度的增幅，但增幅的趋势并不相同。在低浓度盐胁迫下，黄菖蒲的根系和叶宽的长势较好，当浓度较高时，黄菖蒲的叶片也能较缓慢地增长，而美人蕉和梭鱼草的叶宽长势也较好，这可能是由于水生植物叶片内拥有较为发达的通气组织，能加速植物的代谢作用，从而减弱盐胁迫对其造成的伤害［14］。随着盐胁迫的增加，美人蕉株高的增幅明显降低，这与陈慧英等［1］的研究相似，当外界NaCl浓度较高或超出植物的耐受范围，植物的株高生长量可能会受到抑制，严重时可能导致植物死亡。

在衰老死亡、盐碱等逆境胁迫下，植物体内细胞膜脂产生过氧化物质，这些物质会破坏细胞膜系统［15］。丙二醛是过氧化作用的产物之一，它能与细胞膜上的酶类物质和蛋白质相结合，从而使其失去活性，因此MDA对细胞有很强的毒性，其含量的高低可反映植物在胁迫条件下抗逆性能力的强弱［16］。本研究发现，在低浓度盐胁迫（0.5‰、1.0‰）下，美人蕉体内MDA的含量随胁迫时间增加呈增大趋势。这说明在盐胁迫下，美人蕉体内活性氧增加，增强了细胞膜的过氧化反应，使MDA含量增多［14］。在4种盐胁迫下，梭鱼草MDA的含量随胁迫时间增加呈先增加后减小的趋势。这与在高浓度盐胁迫（1.5‰、3.0‰）下黄菖蒲和美人蕉体内MDA的含量变化相同，这说明黄菖蒲和美人蕉在盐浓度较高的情况下能通过自身的调节机理降低了体内丙二醛的含量，减弱其对植物的氧化伤害作用。

过氧化氢酶是植物体内重要的抗氧化剂，它可以减弱细胞膜内的过氧化程度，提高植物的稳定和耐受能力，当外界胁迫超过了植物的耐受能力时，植物就无法正常合成过氧化氢酶［17］。本研究结果表明，随着胁迫浓度和胁迫时间的增加，3种植物酶活性呈先增加后降低的趋势，这与沈金玲等［18］的研究结果相似。研究发现在盐胁迫下，水生植物可以通过提高体内酶的活性来清除产生的活性氧，进而减弱植物体内的氧化伤害［19］。当植物长时间处于高盐胁迫下时，植物体内活性氧积累超过植物抗氧化系统的清除能力，使植物过氧化氢酶的活性降低［20］。从盐胁迫对这3种水生植物生长指标及生理指标来看，其耐盐性的强弱为美人蕉＞黄菖蒲＞梭鱼草。

4 小结

随着盐胁迫浓度的增加和胁迫时间的延长，黄菖蒲、美人蕉和梭鱼草都出现不同的生理生化变化，3种植物的根系增长量、叶宽和植株的增幅整体上呈上升趋势。但长期处于高浓度盐胁迫下，黄菖蒲叶宽和根系增长量、梭鱼草根系生长量、美人蕉的株高的增幅均呈下降趋势。黄菖蒲、美人蕉和梭鱼草的丙二醛含量变化存在一定的差异，而过氧化氢酶酶活性整体均呈增加趋势。本研究结果表明，3种水生植物对盐胁迫的抵抗能力为美人蕉＞黄菖蒲＞梭鱼草。