于世河，鄭 穎，卜鵬圖，金 山

（1.遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院，沈陽 110032；2.新賓滿族自治縣自然資源發(fā)展中心，遼寧撫順 113200）

土壤鹽堿化是世界范圍內(nèi)廣泛存在的農(nóng)業(yè)及生態(tài)問題，由Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽所造成的土壤鹽堿化問題日益嚴(yán)重[1-4]。植物生長(zhǎng)與鹽的關(guān)系密不可分，植物種子萌發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育及新陳代謝等都會(huì)對(duì)鹽脅迫做出敏感的響應(yīng)。一般土壤鹽化都伴隨堿化一起發(fā)生，鹽堿脅迫會(huì)對(duì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至導(dǎo)致其死亡[5-6]。但是，不同植物對(duì)鹽堿脅迫的耐受程度各不相同，所以探究鹽堿脅迫對(duì)植物的影響，了解其作用機(jī)制，對(duì)于提高植物抗脅迫能力及合理開發(fā)利用鹽堿地具有重要意義。

科羅拉多藍(lán)杉(Picea pungensvar.glauca)又名藍(lán)杉，原產(chǎn)于北美，目前已在我國(guó)很多省份，如黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧、河北、山西、山東、甘肅等地大面積栽培[7-9]?？屏_拉多藍(lán)杉是傳統(tǒng)的彩葉觀賞樹種，具有很高的園林觀賞價(jià)值。因其色彩奇特，作為珍稀藍(lán)色針葉樹，在松科中別具一格，可孤植或叢植，用于點(diǎn)綴和調(diào)節(jié)園林景觀色彩，也可栽植于公路兩側(cè)。藍(lán)杉生長(zhǎng)較緩，適應(yīng)性強(qiáng)，在肥沃及濕潤(rùn)的土壤中生長(zhǎng)良好。課題組在前期藍(lán)杉苗木的培育研究中發(fā)現(xiàn)，科羅拉多藍(lán)杉具有一定的抗旱性[7]。同時(shí)，在其種子萌發(fā)過程中，其對(duì)輕微的鹽脅迫也具有一定的抵抗能力。但是鹽脅迫對(duì)于藍(lán)杉植株的影響研究并無探討；特別是針對(duì)于堿性鹽脅迫，目前尚無人對(duì)其進(jìn)行研究。因此，研究不同程度鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉生理特性的影響，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

為此，本研究擬通過對(duì)盆栽藍(lán)杉進(jìn)行梯度濃度Na2CO3脅迫，測(cè)定其不同時(shí)期的生理特性，探討不同程度鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉生長(zhǎng)的影響，以期為栽植地及澆灌水資源的合理選擇與應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

2019年6月于遼寧沈陽進(jìn)行科羅拉多藍(lán)杉耐鹽堿性試驗(yàn)。選取株高（超過30cm）一致，且生長(zhǎng)良好的1年生藍(lán)杉進(jìn)行研究。溫度為22~25℃；光強(qiáng)度為1000μmol·m-2·s-1,晝夜各12h；濕度為50%。栽培土壤均采集于遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)田，有機(jī)含量<10%，pH值6.5；花盆規(guī)格：直徑30cm，高45cm。

1.2 方法

本研究采取盆栽梯度濃度鹽水補(bǔ)給法。藍(lán)杉適應(yīng)生長(zhǎng)6周后，各植株生長(zhǎng)狀況基本穩(wěn)定且趨于一致時(shí)，進(jìn)行不同濃度Na2CO3的鹽堿脅迫處理，每組5個(gè)重復(fù)。分別在第10天、第20天、第30天、第40天對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

鹽堿脅迫處理方法：取Na2CO3溶于蒸餾水中，配制成不同濃度（0，3‰，6‰，9‰）堿性鹽脅迫溶液。每5d澆水1次，同時(shí)檢測(cè)土壤中Na2CO3的濃度（鹽酸滴定法），以保證脅迫濃度的準(zhǔn)確性。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

分別于藍(lán)杉被脅迫處理的第10天、第20天、第30天、第40天，于植株上、中、下部位剪取等量（各2g）混于一起，3個(gè)重復(fù)，以備后續(xù)生理指標(biāo)檢測(cè)。

1.3.1 葉綠素含量測(cè)定按4∶5∶1的體積例配置丙酮、乙醇及水的提取溶液。將等量針葉剪碎成小塊，于提取液中對(duì)葉綠素進(jìn)行提取。利用分光光度計(jì)測(cè)定吸光值，朗伯-比爾定律計(jì)算葉綠素a和葉綠素b含量[7]。

1.3.2 有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測(cè)定取等量針葉于液氮中，研磨成粉狀，然后將其溶于生理鹽水中。蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量[10]；酸性茚三酮顯色法測(cè)定游離脯氨酸含量[11]。

1.3.3 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定將0.5g針葉剪碎成小塊置于20mL蒸餾水中，靜置20min。測(cè)定電導(dǎo)率S1，然后將其于100℃中水浴30min，冷卻后測(cè)定電導(dǎo)率S2。蒸餾水電導(dǎo)率為S0。相對(duì)電導(dǎo)率S（%）=(S1-S0)/(S2-S0)×100[7]。

1.3.4 酶活力的測(cè)定氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）活力[12]；比色法測(cè)定過氧化物酶（POD）活力[13]；硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(MAD)含量[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)進(jìn)行two-way ANOVA分析（GraphPad Prism 8），p<0.05視為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不同字母標(biāo)記視為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽堿脅迫對(duì)科羅拉多藍(lán)杉光合色素的影響

由圖1可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其含量呈下降的趨勢(shì)。第10天，各組之間葉綠素a的含量并無顯著性差異；第20天，CK組、3‰組及6‰組之間的葉綠素a含量并無顯著差異，但9‰組的含量相對(duì)于其他3組顯著降低（p＜0.05）；第30天，6‰組葉綠素a含量顯著低于CK組，9‰組顯著低于CK組和3‰組（p<0.05）；第40天，6‰組葉綠素a顯著低于CK組，且9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）。

圖1 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉葉綠素a含量的影響Figure 1 Effects of saline-alkali stress on chlorophyll a content of Picea pungens var.glauca

不同濃度的鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉針葉中葉綠素b含量的影響與葉綠素a相似。由圖2可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其含量也呈下降的趨勢(shì)。第10天，各組之間葉綠素b的含量并無顯著差異；第20天，CK組、3‰組及6‰組之間的葉綠素b并無顯著差異，但9‰組的含量顯著低于CK組和3‰組（p<0.05）；第30天，6‰組葉綠素b含量顯著低于CK組，9‰組顯著低于CK組和3‰組（p<0.05）；第40天，6‰組和9‰組葉綠素b顯著低于其他兩組（p<0.05）。

圖2 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉葉綠素b含量的影響Figure 2 Effects of saline-alkali stress on chlorophyll b content of Picea pungens var.glauca

2.2 不同鹽堿脅迫對(duì)科羅拉多藍(lán)杉有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及細(xì)胞膜透性的影響

由圖3可知，隨著Na2CO3處理濃度的增大，其含量整體呈上升趨勢(shì)。第10天和第20天，各組之間可溶性糖的含量并無顯著性差異。但是，第30天和第40天，9‰組葉綠素b的含量大幅升高，顯著高于其他3組（p<0.05）。

圖3 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉可溶性糖含量的影響Figure 3 Effects of saline-alkali stress on soluble sugar content of Picea pungens var.glauca

由圖4可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其含量呈下降的趨勢(shì)。第10天，各組之間游離脯氨酸的含量并無顯著性差異；第20天，CK組、3‰組及6‰組之間的游離脯氨酸含量并無顯著差異，但9‰組的含量卻顯著低于其他3組（p<0.05）；第30天和第40天，6‰組游離脯氨酸含量顯著低于CK組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）。

圖4 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉游離脯氨酸含量的影響Figure 4 Effects of saline-alkali stress on free proline content of Picea pungens var.glauca

由圖5可知，第10天，各組之間相對(duì)電導(dǎo)率并無顯著性差異；在第20天，CK組、3‰組及6‰組之間的相對(duì)電導(dǎo)率并無顯著差異，但9‰組相對(duì)于3‰組卻顯著上升（p<0.05）；第30天和第40天，CK組、3‰組及6‰組之間的相對(duì)電導(dǎo)率也無顯著性變化，但是9‰組相對(duì)于其他3組卻顯著上升（p<0.05）。

圖5 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉相對(duì)電導(dǎo)率的影響Figure 5 Effects of saline-alkali stress on relative electrical conductivity of Picea pungens var.glauca

2.3 不同鹽堿脅迫對(duì)科羅拉多藍(lán)杉抗氧化物酶活性和丙二醛含量的影響

由圖6可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其活性呈下降趨勢(shì)。第10天，各組之間相對(duì)SOD活性并無顯著性差異；第20天，6‰組的SOD活性顯著低于3‰組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）；第30天6‰組的SOD活性顯著低于CK組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）；第40天，3‰組及6‰組的SOD活性顯著低于CK組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）。

圖6 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉超氧化物歧化酶活力的影響Figure 6 Effects of saline-alkali stress on superoxide dismutase activity of Picea pungens var.glauca

不同濃度的鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉針葉中過氧化物酶(POD)活性的影響與SOD相似。由圖7可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其活性呈下降趨勢(shì)。第10天，6‰組及9‰組的POD活性顯著低于CK組及3‰組；第20天，4組之間的POD活性都具有顯著差異，其中，3‰組顯著高于其他3組，而6‰組顯著低于CK組及3‰組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）；第30天和第40天，6‰組的POD活性顯著低于CK組，9‰組顯著低于其他3組（p<0.05）。

圖7 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉過氧化物酶活力的影響Figure 7 Effects of saline-alkali stress on peroxidase activity of Picea pungens var.glauca

不同濃度的鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉針葉中丙二醛(MDA)含量的影響與SOD及POD活性相反。由圖8可知，隨著Na2CO3處理濃度的升高，其含量呈上升趨勢(shì)。第10天，CK組、3‰組及6‰組之間的MDA含量并無顯著差異，但9‰組顯著高于3‰組（p<0.05）；第20天，6‰組的MDA含量顯著高于3‰組，9‰組顯著高于其他3組（p<0.05）；第30天，6‰組的MDA含量顯著高于CK組及3‰組，9‰組顯著高于其他3組（p<0.05）；第40天，6‰組及9‰組的MDA含量顯著高于CK組及3‰組，且9‰組顯著高于6‰組（p<0.05）。

圖8 鹽堿脅迫對(duì)藍(lán)杉丙二醛含量的影響Figure 8 Effects of saline-alkali stress on malondialdehyde content of Picea pungens var.glauca

3 討論與結(jié)論

植物生長(zhǎng)發(fā)育受到土壤鹽堿度的高度影響。鹽堿度過高會(huì)對(duì)植物造成不可逆的損害，甚至導(dǎo)致其死亡。鹽堿脅迫環(huán)境中，植物的一列生理活動(dòng)都會(huì)受到不同程度的抑制，如光合色素及有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成、細(xì)胞膜透性的變化、抗氧化酶活性的平衡和細(xì)胞膜的脂質(zhì)氧化[5-7]。

光合作用在葉綠素的參與下才能順利完成。葉綠體作為葉綠素的合成部位，其在鹽堿脅迫下會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)及功能的破壞，使葉綠素的合成效率減小，光合作用效率降低[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，低濃度鹽堿脅迫處理（3‰），藍(lán)杉葉內(nèi)的葉綠素a及葉綠素b含量與CK（0）并無顯著性區(qū)別；而隨著濃度的增加，6‰與9‰鹽堿脅迫的藍(lán)杉葉內(nèi)葉綠素含量在第20天~第40天內(nèi)顯著下降。這表明鹽堿脅迫可能損害了藍(lán)杉的葉綠素合成路徑或合成器官，致使其葉內(nèi)的葉綠素合成受阻，葉綠素含量降低。這與孔強(qiáng)等[1]對(duì)東方杉的鹽堿脅迫研究相似。

鹽堿脅迫會(huì)造成植物的有機(jī)滲透調(diào)物質(zhì)的變化，通過提高其合成水平來實(shí)行對(duì)植物的保護(hù)作用。這些有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)包括可溶性糖、游離脯氨酸、茉莉酸等[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，在0~9‰的鹽堿脅迫處理范圍內(nèi)，前期藍(lán)杉葉內(nèi)可溶性糖含量并無明顯區(qū)別；直到第30天~第40天，9‰的可溶性糖含量才出現(xiàn)顯著性升高。而游離脯氨酸含量在低濃度鹽堿脅迫處理（3‰）下并無顯著變化；但是隨著鹽堿濃度的升高，在后期游離脯氨酸的含量反而出現(xiàn)了顯著的降低。這表明在藍(lán)杉體內(nèi)可溶性糖對(duì)于鹽堿脅迫的敏感度要強(qiáng)于游離脯氨酸，其可作為滲透調(diào)節(jié)物對(duì)植物起保護(hù)作用。

植物抗氧化酶體系，是植物抵御其在逆境脅迫環(huán)境中所產(chǎn)生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)及自由基的重要防線，從而對(duì)植物起到保護(hù)的作用。SOD與POD是植物抗氧化酶體系的重要組分[18-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，SOD與POD活力在輕度鹽堿脅迫（3‰）的條件下，前期有所升高，但是其會(huì)隨著脅迫程度的加劇而降低，特別是6‰及9‰組相對(duì)于CK（0）組顯著降低。這表明，在遭遇輕度鹽堿脅迫的情況下，藍(lán)杉會(huì)啟動(dòng)抗氧化酶體系抵御脅迫所造成的的傷害，但是一旦脅迫程度過重，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)體系的不可逆破壞。MDA是植物體內(nèi)膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，也是膜系統(tǒng)受傷害程度的重要標(biāo)志之一[7]。本研究發(fā)現(xiàn)，在低濃度的鹽堿脅迫條件下（3‰），藍(lán)杉體內(nèi)的MDA含量與CK（0）并無明顯區(qū)別，但是當(dāng)脅迫程度加劇的情況下，其含量顯著上升。這表明藍(lán)杉在較低的鹽堿脅迫條件下，其細(xì)胞膜并未受到明顯傷害，但鹽脅迫程度的加劇，細(xì)胞膜出現(xiàn)了不同程度的損傷。這與王京偉等[21]對(duì)藍(lán)杉種子萌發(fā)的NaCl脅迫研究相似。

綜上所述，輕度鹽堿脅迫（3‰）并不會(huì)對(duì)藍(lán)杉的生理活動(dòng)造成顯著的抑制作用；而隨著脅迫程度的加劇及時(shí)間的延長(zhǎng)，其各項(xiàng)生理指標(biāo)則顯著受到干擾。因此，在藍(lán)杉栽植地及水源的選擇上，可以選擇中性甚至是輕度鹽堿突然進(jìn)行栽植和水源進(jìn)行澆灌。本研究的結(jié)果為藍(lán)杉栽植地及澆灌水資源的合理選擇與應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，藍(lán)杉對(duì)鹽脅迫的應(yīng)對(duì)機(jī)制還需更加深入的探究。