沈徐悅，張 浪，陳蓉蓉，申亞梅，金荷仙

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；2. 上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232）

土壤鹽堿化是當(dāng)今世界性的資源和生態(tài)問(wèn)題[1]，是限制農(nóng)林業(yè)發(fā)展的主要因素之一[2]。中國(guó)現(xiàn)有鹽堿土面積3 600 萬(wàn)hm2，主要分為濱海鹽堿土區(qū)、黃淮海平原鹽堿土區(qū)、西北半干旱鹽堿土區(qū)和干旱鹽堿土區(qū)以及東北鹽堿土區(qū)[3]，其中濱海鹽堿土區(qū)是中國(guó)重要的鹽堿地土地類型，涵蓋大部分沿海地區(qū)，分布范圍較廣[4]。濱海鹽堿地土壤含鹽量過(guò)高，鹽分組成以氯化物為主[5]，能夠適應(yīng)生存的植物種類較少，常選用木麻黃Casuarina equisetifolia、烏桕Sapium sebiferum等耐鹽人工植被[6]和檉柳屬Tamarix先鋒樹種[7]綠化造林，而深根、肉質(zhì)根系、喜酸性土壤的木蘭科Magnoliaceae植物較少應(yīng)用。望春玉蘭Magnolia biondii系木蘭科木蘭屬M(fèi)agnolia多年生落葉喬木，為木蘭科植物中典型的春花喬木，園林綠化效果好，應(yīng)用前景廣闊。目前，對(duì)望春玉蘭的研究主要側(cè)重于抗寒性[8]、花色[9]及其花蕾“辛夷”的應(yīng)用研究[10]上，而其耐鹽性方面研究極少。為明確木蘭科植物在濱海鹽堿土種植的可能性，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果，選擇望春玉蘭為對(duì)象，采用水培法研究了氯化鈉脅迫對(duì)1年生實(shí)生苗形態(tài)和生理指標(biāo)的影響，并探討了對(duì)氯化鈉脅迫具有指示性的生理指標(biāo)，為木蘭科植物的耐鹽性評(píng)價(jià)及耐鹽樹種或品種的篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以望春玉蘭1年生實(shí)生苗為材料，于2019年4月定植于上口徑6 cm、下口徑5 cm、高8 cm的塑料盆中，栽培基質(zhì)為泥炭土、珍珠巖、蛭石(體積比1∶1∶1)，每盆1株。定植后的苗木置于浙江農(nóng)林大學(xué)平山基地溫室中，進(jìn)行常規(guī)管理。待幼苗高生長(zhǎng)約10 cm時(shí)，挑選生長(zhǎng)一致的幼苗轉(zhuǎn)移至浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院智能溫室中，溫室培養(yǎng)條件為光照強(qiáng)度2 200～3 000 lx，光照14 h·d-1，白天溫度28 ℃，夜間溫度25 ℃，空氣相對(duì)濕度68%～75%。幼苗經(jīng)去土洗凈根系后置于上口徑6 cm、下口徑6 cm、高14 cm的玻璃培養(yǎng)瓶中，每瓶1株，采用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水培，水培過(guò)程中隔3 d更換1次1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，不通氣。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 待幼苗恢復(fù)正常生長(zhǎng)后，選取葉片數(shù)為7～8片的幼苗，于2019年7月開始進(jìn)行鹽脅迫處理。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選取鹽脅迫下苗木有明顯脅迫反應(yīng)，又不至于生長(zhǎng)明顯受到抑制的臨界濃度作為試驗(yàn)濃度，設(shè)置0(對(duì)照組)和200 mmol·L-1(試驗(yàn)組)2個(gè)氯化鈉濃度處理，每處理5株，重復(fù)3次。在處理期間以設(shè)定的氯化鈉濃度隔3 d更換1次培養(yǎng)液，于鹽脅迫后的第1、3、5、7、9天清晨，采集各處理植株從下至上的第3位至第7位葉片，每處理5株植株的葉片混合后進(jìn)行相應(yīng)生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 鹽脅迫傷害調(diào)查 分別于鹽脅迫后第1、3、5、7、9天觀察植株葉片的受害程度，將鹽害癥狀分為5個(gè)級(jí)別。①0級(jí)：葉片顏色和生長(zhǎng)正常；②1級(jí)：少量葉尖、葉緣變黃；③2級(jí)：部分葉尖變黃萎蔫，少量葉片脫落；④3級(jí)：大部分葉片變黃，萎蔫干枯，有明顯落葉；⑤4級(jí)：葉片脫落較(極)嚴(yán)重。

1.2.3 葉片生理指標(biāo)測(cè)定 生理指標(biāo)的測(cè)定參照李合生[11]的方法，葉綠素采用乙醇提取法測(cè)定，質(zhì)膜相對(duì)透性采用電導(dǎo)率法測(cè)定，丙二醛采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，可溶性糖采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定，脯氨酸采用酸性茚三酮法測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010處理數(shù)據(jù)、繪圖，利用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)望春玉蘭幼苗傷害情況調(diào)查

觀察望春玉蘭幼苗葉片受傷害程度(圖1)可知：隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，望春玉蘭的受害癥狀加重。在脅迫的第1天，葉片顏色和生長(zhǎng)正常，在脅迫第3、5、7天時(shí)受害癥狀為1級(jí)，少量葉尖、葉緣變黃；在脅迫的第9天受害癥狀為2級(jí)，部分葉尖變黃萎蔫，少量葉片脫落。

圖1 鹽脅迫下望春玉蘭受害癥狀調(diào)查Figure 1 Survey on the symptoms of salt damage of M. biondii under NaCl stress

2.2 鹽脅迫對(duì)葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸等物質(zhì)是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能減輕植物在脅迫條件下受到的傷害。由圖2可以看出：鹽脅迫下，望春玉蘭葉片的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸上升趨勢(shì)；可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，在鹽脅迫處理的第3、9天，與對(duì)照組相比，差異顯著(P＜0.05)；脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，且在脅迫處理的時(shí)間范圍內(nèi)始終與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)。

圖2 鹽脅迫下葉片可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸的變化Figure 2 Changes of soluble sugar content, soluble protein content and Pro content in leaves under NaCl stress

2.3 鹽脅迫對(duì)葉綠素及葉片細(xì)胞膜透性的影響

從圖3可見(jiàn)：鹽脅迫下，望春玉蘭葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先上升后下降的趨勢(shì)，在鹽脅迫的第3天與對(duì)照組相比，差異顯著(P＜0.05)。望春玉蘭葉片的相對(duì)電導(dǎo)率在鹽脅迫下呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，在脅迫末期保持穩(wěn)定，且在鹽脅迫處理的時(shí)間范圍內(nèi)均與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)。望春玉蘭葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，在鹽脅迫的第9天與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)。

圖3 鹽脅迫下葉片葉綠素、相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的變化Figure 3 Changes of chlorophyll content, relative conductivity and MDA content in leaves under NaCl stress

2.4 鹽脅迫對(duì)抗氧化酶活性的影響

SOD是植物體內(nèi)防御氧化逆境下自由基形成的關(guān)鍵酶，是植物防御體系的第1道防線[12]，POD是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的重要保護(hù)酶類，用于清除植株體內(nèi)過(guò)多的活性氧[13]。圖4結(jié)果顯示：望春玉蘭葉片的SOD活性隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升的趨勢(shì)，且在脅迫處理的第3、5、7、9天均與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)；POD活性隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，且在脅迫處理的時(shí)間范圍內(nèi)均與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)。

圖4 鹽脅迫下葉片SOD和POD活性的變化Figure 4 Changes of SOD activity and POD activity in leaves under NaCl stress

2.5 鹽脅迫生理指標(biāo)的相關(guān)性分析和主成分分析

對(duì)望春玉蘭的8個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表1)表明：可溶性糖與相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著相關(guān)(P＜0.05)，與丙二醛呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)；葉綠素與POD活性呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)。

表1 鹽脅迫下望春玉蘭葉片生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation matrix of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress

對(duì)望春玉蘭8個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表2)可知：前2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.892%，可以概括原指標(biāo)的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)信息。望春玉蘭的第1主成分主要為丙二醛、可溶性糖和超氧化物歧化酶，第2主成分主要為可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸。

表2 鹽脅迫下望春玉蘭葉片生理指標(biāo)的主成分分析Table 2 Principal component analysis of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress

3 討論

鹽脅迫環(huán)境中鹽分離子的濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致植物根系吸收水分困難，引發(fā)滲透脅迫[14]。植物通過(guò)可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸等小分子有機(jī)物的合成和積累以降低水勢(shì)，維持水分平衡。本研究中，望春玉蘭葉片的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升的趨勢(shì)，而可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，但始終高于對(duì)照。不同植物選擇的主要有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)存在差異[15]，本研究表明：鹽脅迫后期望春玉蘭主要是通過(guò)提高可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)的。

當(dāng)鹽脅迫超出細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)作用的上限時(shí)，細(xì)胞膜會(huì)受到損傷。本研究中，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，望春玉蘭葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)先升高后降低，說(shuō)明脅迫初期植物通過(guò)促進(jìn)自身葉綠素的合成以適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境，但在長(zhǎng)時(shí)間的鹽脅迫下，過(guò)量的鹽進(jìn)入植物細(xì)胞，使葉綠素分解[16]，這可能與細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力下降有關(guān)。而葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均呈上升趨勢(shì)，在脅迫結(jié)束時(shí)均較對(duì)照有顯著的提高。說(shuō)明在鹽脅迫條件下，植物體膜結(jié)構(gòu)不斷膜脂過(guò)氧化，加劇細(xì)胞膜受損傷的程度。

鹽脅迫下植物體內(nèi)氧化還原體系的平衡被破壞，誘導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)植物的生理功能具有破壞作用的活性氧，植物體通過(guò)提高超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶等活性氧清除劑的活性以維持植物體內(nèi)活性氧代謝平衡，維護(hù)膜結(jié)構(gòu)完整性。本研究中，望春玉蘭葉片的超氧化物歧化酶活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升的趨勢(shì)，過(guò)氧化物酶活性呈先升高后下降的趨勢(shì)。表明在脅迫前期2種酶共同參與清除活性氧，緩解氧化傷害的活動(dòng)，而到脅迫后期植物體主要通過(guò)增加超氧化物歧化酶活性以增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)活性氧的清除能力，保護(hù)膜系統(tǒng)。

鹽脅迫對(duì)植物葉片生理指標(biāo)的傷害表現(xiàn)在形態(tài)上為葉形葉色的變化。在脅迫的第1天，望春玉蘭正常生長(zhǎng)，各項(xiàng)生理指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)；在脅迫的第3天后，望春玉蘭葉片開始變黃；在脅迫的第9天，即脅迫結(jié)束時(shí)，葉片開始脫落，此時(shí)葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸、過(guò)氧化物酶較前期均有所下降。

植物的耐鹽性是復(fù)雜的生理生化過(guò)程，其耐鹽機(jī)制涉及多種生理生化的協(xié)調(diào)作用[17-19]。本研究主成分分析得出：鹽脅迫下望春玉蘭的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和超氧化物歧化酶活性具有絕對(duì)值較大的負(fù)荷系數(shù)。說(shuō)明這3個(gè)指標(biāo)可能是望春玉蘭受到鹽脅迫時(shí)起關(guān)鍵作用的生理指標(biāo)，這3個(gè)指標(biāo)在鹽脅迫下的生理表現(xiàn)也一致。

由于植物耐鹽性受多基因控制，不同生長(zhǎng)發(fā)育階段及生態(tài)環(huán)境條件下，基因表達(dá)存在差異，耐鹽性強(qiáng)弱表現(xiàn)也不同。而本研究采用水培法對(duì)1年生幼苗進(jìn)行鹽脅迫處理，所用望春玉蘭植株偏小，未進(jìn)行不同大小植株的比較，因此結(jié)果不能完全代替成株期的抗鹽性情況。且本研究選用的氯化鈉濃度為望春玉蘭的耐鹽臨界濃度，與各地濱海鹽漬土的實(shí)際含鹽量存在一定的差異。因此，還需在植物的各個(gè)生長(zhǎng)階段采用大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，以獲得更加客觀的耐鹽性評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 結(jié)論

望春玉蘭體內(nèi)的各項(xiàng)生理指標(biāo)對(duì)鹽脅迫均有一定的響應(yīng)。鹽脅迫下望春玉蘭幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛質(zhì)量摩爾濃度持續(xù)增加，可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與過(guò)氧化物酶活性在短期脅迫下能有所上升以減緩鹽害，而可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)和超氧化物歧化酶活性在長(zhǎng)時(shí)間的脅迫下仍能保持較高水平以進(jìn)行滲透保護(hù)和清除活性氧等活動(dòng)，從而減弱細(xì)胞膜損傷程度。對(duì)耐鹽性生理指標(biāo)的主成分分析發(fā)現(xiàn)：丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超氧化物歧化酶活性對(duì)望春玉蘭的指示性最強(qiáng)，可以作為望春玉蘭等木蘭科植物鹽脅迫耐性強(qiáng)弱的主要生理指標(biāo)。