馬興羽， 黃彩變， 曾凡江， 李向義， 張玉林,5， 丁 雅,5，高艷菊， 徐夢琪

（1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所新疆荒漠植物根系生態(tài)與植被修復(fù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；3.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，新疆 策勒 848300；4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830046）

我國目前有各類可利用鹽漬土面積達(dá)3.69×107hm2，其中具有農(nóng)業(yè)利用前景的鹽漬土面積約6.7×106hm2［1-2］。新疆是我國鹽漬化最嚴(yán)重的地區(qū)之一，可占到全國鹽漬土總面積的22.01%［3］，主要為綠洲和沙化鹽漬土，是我國目前具有較好農(nóng)業(yè)開發(fā)價(jià)值、具備農(nóng)業(yè)改良利用潛力的鹽漬土地之一。有效治理開發(fā)可利用鹽漬土地，不但可以有效擴(kuò)增區(qū)域耕地資源，拓展農(nóng)業(yè)發(fā)展空間［4］，還可緩解糧食安全壓力。引進(jìn)和種植耐鹽植物可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和生物多樣性，對鹽漬化土壤微生態(tài)環(huán)境也具有顯著改善作用［2］，因此，引進(jìn)適宜于鹽漬化土地生長的植物，尤其是綜合利用價(jià)值較高作物，是鹽漬化土地改良利用和土地生產(chǎn)力提高的重要措施之一。油莎豆（Cyperus esculentus）是莎草科莎草屬多年生草本植物（在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上作為一年生作物栽培），是一種集糧、油、牧、飼、藥、綠化觀賞于一體的高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物，具有抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、耐瘠薄等特性［5-6］，近年來在新疆南北部綠洲和風(fēng)沙區(qū)均已試種成功［7-8］。但是關(guān)于油莎豆能否在沙化且有不同程度鹽漬化的土地上成功種植還了解較少，且缺乏對油莎豆在沙化鹽漬土地規(guī)?；N植的有效的理論指導(dǎo)。因此，研究沙化土地油莎豆對鹽脅迫的響應(yīng)及適應(yīng)機(jī)制，對其在新疆沙質(zhì)鹽漬土地進(jìn)行規(guī)模化種植和土地高效利用方面具有重要意義。

鹽脅迫對植物生長發(fā)育的傷害主要通過滲透脅迫、離子毒害、營養(yǎng)失衡和氧化損傷等次生反應(yīng)過程來實(shí)現(xiàn)［9-10］。為適應(yīng)鹽脅迫，植物已進(jìn)化出一系列生理生化保護(hù)機(jī)制，如通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成、抗氧化酶活性的提高及耐鹽基因的上調(diào)表達(dá)等一系列的響應(yīng)機(jī)制來進(jìn)行自我調(diào)節(jié)和緩解［11-13］。不同植物的耐鹽機(jī)制和響應(yīng)機(jī)制也不同，如耐鹽小麥（Triticum aestivum）幼苗通過其較強(qiáng)的K+/Na+、Ca2+/Na+調(diào)節(jié)能力和抗氧化酶體系緩解鹽脅迫［14］；藜麥（Chenopodium quinoa）幼苗采取提高體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性，降低丙二醛（MDA）含量等自我保護(hù)機(jī)制以適應(yīng)鹽脅迫［15］；小報(bào)春(Primula forbesii)幼苗可通過提高可溶性蛋白和脯氨酸含量及超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性來抵御鹽害［16］；唐榕等［17］對以蛭石為培養(yǎng)基質(zhì)油莎豆幼苗在短時(shí)間內(nèi)的耐鹽性進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)其可通過提高葉片內(nèi)抗氧化酶活性、積累脯氨酸與可溶性糖等來提高其耐鹽能力。但是延長脅迫時(shí)間，油莎豆幼苗是否仍有較強(qiáng)的耐鹽能力尚不明確。為此，本研究以塔里木盆地南緣綠洲-荒漠過渡帶的風(fēng)沙土為培養(yǎng)基質(zhì)，在溫室大棚內(nèi)采用盆栽試驗(yàn)，通過監(jiān)測油莎豆幼苗在不同鹽脅迫時(shí)間和鹽濃度下植株的生長表現(xiàn)、Na+和K+含量，以及葉片有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)累積和MDA含量變化等，分析油莎豆幼苗對沙化土壤鹽脅迫的生長生理響應(yīng)及耐鹽性，以期為油莎豆在新疆沙質(zhì)鹽漬土地的大面積推廣種植提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)與處理

試驗(yàn)在新疆烏魯木齊植物園溫室大棚中進(jìn)行（43?53′N,87?33′E），供試油莎豆品種為新科1號，前期進(jìn)行種子萌發(fā)預(yù)實(shí)驗(yàn)，種子萌發(fā)率達(dá)90%。播種前挑選籽粒飽滿、無霉化、無機(jī)械損傷，且大小均一的種子放入蒸餾水中浸種48 h 備用。供試土壤采集于塔里木盆地南緣策勒綠洲-沙漠過渡帶0～30 cm 土層，土壤類型為風(fēng)沙土，pH 為8.81，鹽分含量為0.108%，有效磷含量為0.9 mg·kg-1，堿解氮含量為2.16 mg·kg-1，速效鉀含量為128 mg·kg-1。K+含量為4.40 mg·kg-1，Na+含量為7.44 mg·kg-1。據(jù)調(diào)查油莎豆在新疆的種植時(shí)間一般在4 月下旬至5 月下旬，該時(shí)段氣溫還不是很穩(wěn)定，平均氣溫不超過15 ℃［18］。因此，幼苗生長期間，溫室日平均溫度控制在15.64±1.74 ℃，平均濕度為68.18±7.93%，日平均光照度為9089.54±3399.09 lux，日照時(shí)長為10 h。

于2021年9月10日，將風(fēng)干處理后的土壤裝入高34 cm、上口徑23 cm、下口徑20 cm 的塑料花盆中，每盆裝土重10 kg，盆下墊托盤，以便后期澆水時(shí)滲漏液被再次吸收利用。次日施肥和播種，每盆基施尿素0.08 g·kg-1，磷酸二氫鉀0.12 g·kg-1，之后每盆播入3粒種子，隨后灌入300 mL水。待油莎豆植株生長至三葉一心時(shí)（播種后20 d）開始間苗，每盆留苗1 株，且生長情況基本一致。于10 月2 日開始鹽脅迫處理，土壤鹽脅迫梯度參照黃紹文等［19］依據(jù)Cl-含量劃分的鹽漬化程度分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），共設(shè)置5個(gè)NaCl 濃度梯度，分別為對照（0 g·kg-1，CK），輕度鹽分脅迫（0.5 g·kg-1，S1），中度鹽分脅迫（1.0 g·kg-1，S2），重度鹽分脅迫，（2.0 g·kg-1，S3），鹽土（3.5 g·kg-1，S4），每個(gè)處理30 盆，共150 盆。為避免鹽基效應(yīng)，S1，S2和S3處理按每日遞增0.5 g·kg-1Na?Cl 融入清水澆入土壤中，S4處理按每日遞增0.7 g·kg-1NaCl 澆入土壤中，CK 處理補(bǔ)入清水。經(jīng)測量盆內(nèi)土壤的田間持水量為18%，采用稱重法補(bǔ)充水分，保持土壤含水量為田間持水量的75%。分別在播種后50 d 和70 d（鹽脅迫后的30 d 和50 d）進(jìn)行采樣。

表1 土壤鹽漬化分級參考標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standard of soil salinization

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 生長指標(biāo)測定 在鹽分處理30 d和50 d時(shí)測量油莎豆幼苗的株高，每個(gè)處理選15 盆，記錄并取平均值。之后每個(gè)處理隨機(jī)選取3 盆，每盆為1 個(gè)重復(fù)，剪去所有葉片，帶回實(shí)驗(yàn)室，用清水洗凈并擦干，利用掃描儀（惠普G3110）掃描葉片，通過Image J軟件計(jì)算葉面積。將油莎豆幼苗掃描葉片，地上部剩余部分和地下部分分別清洗后放入烘箱，在105 ℃下殺青30 min，隨后在75 ℃烘干至恒重，并稱量獲得各部位干重。其中地上部分包括莖與葉，地下部分包括根系與塊莖。根冠比計(jì)算公式如下［20］：

參照鄒琦［21］的飽和稱重法測定葉片相對含水量，每個(gè)處理另選3 盆。選取油莎豆幼苗相同部位的成熟葉片，保存于便攜冰箱內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室，用蒸餾水迅速?zèng)_洗葉片表面，吸干表面水分后稱其葉片鮮重，然后將葉片浸入15 mL 試管中，加滿蒸餾水（期間注意避免葉片損傷），使葉片完全浸入水中，在陰暗環(huán)境下浸泡24 h，將葉片取出并輕輕吸干表面水分。稱取葉片飽和鮮重后，放入105 ℃烘箱中殺青30 min，75 ℃烘干至恒重，稱取干重。利用下式計(jì)算油莎豆葉片的相對含水量：

1.2.2 生理指標(biāo)及離子含量測定 每個(gè)處理隨機(jī)選取3盆，剪下成熟葉片，采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法［22］測定MDA含量；脯氨酸含量參照李合生［23］的磺基水楊酸提取法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)G-250比色法測定［24］。MDA、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均是按葉片鮮重計(jì)算。葉片和根系的Na+、K+含量參照王寶山等［25］的方法提取與測定，其含量均按干重計(jì)算。

1.3 耐鹽性綜合評價(jià)

根據(jù)鹽脅迫后測定的油莎豆幼苗的指標(biāo)（生長、生理生化指標(biāo)和葉片Na+、K+含量），選用模糊隸屬函數(shù)法分別計(jì)算鹽脅迫30 d 和50 d 的油莎豆幼苗隸屬函數(shù)值，數(shù)值越大表示耐鹽性越強(qiáng)［15］，計(jì)算公式如下：

式中：R為隸屬函數(shù)值；X為各指標(biāo)某一測定值；Xmin為該指標(biāo)的測定最小值；Xmax為該指標(biāo)的測定最大值。當(dāng)耐鹽性與指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系時(shí)，采用公式（3）計(jì)算，負(fù)相關(guān)時(shí)采用公式（4）計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用IBM SPSS statistics 23軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用單因素方差分析（One-Way ANOVA）及多重比較（Duncan）檢驗(yàn)各生長及生理指標(biāo)在不同鹽濃度脅迫下的差異性（95%置信區(qū)間）。利用Person相關(guān)系數(shù)分析各指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系；采用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對油莎豆幼苗生長的影響

鹽脅迫對油莎豆幼苗生長有顯著影響（圖1）。在鹽脅迫處理30 d后，地上部分干重隨鹽脅迫程度加劇而明顯下降（圖1a），輕度鹽分脅迫S1處理與CK處理無明顯差異，均顯著高于其他處理；S2和S3處理差異也不明顯，但顯著高于S4。地下部分干重在S1處理下最高，與其他處理差異卻不顯著（圖1b）。株高在鹽分處理后也顯著下降（圖1c），S1與S2處理差異不明顯，但顯著高于S3與S4。葉面積對鹽脅迫的響應(yīng)與地上部分干重一致（圖1d）。

圖1 不同鹽分梯度下油莎豆幼苗干物質(zhì)、株高和葉面積的變化Fig.1 Changes in dry matter,plant height and leaf area of Cyperus esculentus seedlings under different salt stress treatments

在鹽分處理50 d 后，地上部分干重在S1與CK間差異不明顯，但均顯著高于其他處理；S3與S4差異也不明顯，均顯著低于其他處理。地下部分干重在S1處理下較CK 下降了23.6%，但二者差異不明顯，其他處理均顯著低于CK。株高在鹽分處理后均顯著下降，在S2處理下最低，但與S3和S4處理差異不顯著。葉面積也在各鹽分處理后顯著下降，分別比CK處理降低了25.3%，65.8%，64.9%和72.6%。

與鹽脅迫30 d相比，在鹽分處理50 d后同一處理的地上部分干重均有不同程度增加，CK～S4處理分別增加了32.1%，36.2%，29.8%，2.4%和27.6%；地下部分干重除CK增加47.2%外，其他處理分別下降了18.2%，38.9%，40.9%和32.9%。CK～S4處理的株高分別增加了19.5%，7.6%，1.5%，27.8%和15.1%。葉面積僅CK處理增加了30.1%，其余各處理葉面積下降幅度分別為2.5%，39.3%，27.8%和17.0%。

由圖2可以看出，在鹽分脅迫30 d后，葉片相對含水量在S1處理下略有增加，且顯著高于其他鹽分處理（圖2a）；不同鹽分處理的根冠比均較CK 有所增加，但不明顯（圖2b）。鹽分脅迫50 d 后，葉片相對含水量在S1處理下最高，但與其他處理差異均不明顯；根冠比在所有鹽分處理下均出現(xiàn)下降，S1與S4處理下降不明顯，但S2與S3顯著低于CK。與鹽分脅迫30 d 相比，葉片相對含水量在CK 與S1處理下分別增加了2.4%和8.0%，其他鹽分處理變化很??；除CK的根冠比在50 d時(shí)稍有增加，其他鹽分處理均出現(xiàn)降低。

2.2 鹽脅迫對葉片有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.2.1 鹽脅迫下油莎豆葉片脯氨酸含量的變化 由圖3a 可以看出，在鹽分處理30 d 后，各鹽分處理下葉片中脯氨酸含量均高于CK，其中S1和S2處理差異不明顯，與其他各處理間差異也不明顯；S3和S4處理差異也不明顯，與CK相比分別顯著提高了35.6%和40.5%。在鹽分處理50 d 后，葉片脯氨酸含量在S1，S2和S3處理下差異不明顯，分別比CK 降低了24.6%，18.3%和23.2%。脯氨酸含量在S4處理下最高，且顯著高于其他處理。與鹽脅迫30 d 相比，鹽分處理50 d后，CK和S4處理的脯氨酸含量分別增加了19.4%和11.3%；S1，S2和S3處理分別降低了20.3%，14.6%和32.4%。

圖3 不同鹽分梯度下油莎豆幼苗葉片有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及MDA含量變化Fig.3 Changes in organic osmotic regulatory substances and MDA contents of C.esculentus seedlings leaves under different salt stress treatments

2.2.2 鹽脅迫下油莎豆葉片可溶性糖含量的變化 在2 個(gè)脅迫時(shí)間，葉片可溶性糖含量均隨鹽分脅迫加劇呈先升高后降低的趨勢（圖3b）。在鹽分處理30 d后，S2處理的可溶性糖含量最高，與S3處理差異不明顯，但顯著高于其他處理。在鹽脅迫處理50 d后，各鹽分脅迫處理間差異不明顯，但S1和S2分別比CK 顯著增加20.3%和19.5%，而S3和S4處理略高于CK 16.2%和8.3%。鹽分脅迫50 d后，各處理葉片可溶性糖含量均比30 d 有所升高，S1處理增加最多為19.3%。

2.2.3 鹽脅迫下油莎豆葉片可溶性蛋白含量的變化 由圖3c可以看出，各鹽分處理的可溶性蛋白含量均高于CK。鹽脅迫處理30 d后，葉片可溶性蛋白含量隨鹽分脅迫加強(qiáng)略有上升，但各處理間差異卻不顯著。鹽脅迫50 d后，各鹽分處理的可溶性蛋白含量均顯著高于CK，并隨鹽脅迫程度增加而顯著上升。與鹽脅迫30 d 相比，在鹽脅迫50 d 后除CK 處理下可溶性蛋白含量降低了6.7%，S1～S4分別增加了23.5%，53.2%，51.6%和68.4%。

2.3 鹽脅迫下油莎豆葉片MDA含量的變化

在鹽分脅迫30 d后，葉片MDA含量隨鹽分脅迫程度加劇先升高而后降低（圖3d）。MDA 含量在S1處理下最高，顯著高于CK 25.2%，S2和S3處理與CK差異不明顯，S4處理顯著低于其他處理，較CK 顯著下降62.6%。在鹽分脅迫50 d 后，S1和S2處理的MDA 含量與CK 沒有明顯差異，在S3處理下顯著下降，并在S4處理下又升至最高，較CK 處理顯著提高了12.7%。與鹽脅迫處理30 d 后相比，S1處理在鹽分處理50 d后降低了6.2%，其他處理均有不同程度增加，其中S4處理增加了278.2%。

2.4 鹽脅迫對油莎豆植株中的Na+、K+、Na+/K+比的影響

2.4.1 鹽脅迫下油莎豆葉片Na+、K+、Na+/K+比的變化 由圖4a可以看出，油莎豆葉片K+含量隨鹽脅迫程度加劇而下降。在鹽分處理30 d 后，K+含量在4個(gè)鹽分處理下均顯著低于CK，分別較CK 降低了20.7%，24.1%，27.8%和30.9%。Na+含量和Na+/K+比均隨鹽分脅迫程度增加而顯著增加，在S4處理下顯著高于其他處理（圖4b，圖4c）。在鹽分脅迫處理50 d后，葉片K+含量在各濃度鹽分處理下均顯著降低，S1～S4處理分別比CK 下降了11.9%，19.0%，30.7%和27.0%。Na+含量和Na+/K+比均隨鹽脅迫加劇而顯著增加。

圖4 不同鹽分梯度下油莎豆幼苗葉片和根系Na+和K+含量及Na+/K+比值變化Fig.4 Changes in Na+and K+contents and Na+/K+ratio in leaves and roots of C.esculentus seedlings under different salt stress treatments

與鹽脅迫30 d 相比，S1處理的葉片K+含量在鹽分脅迫50 d 后提高了0.3%，CK 和S2～S4處理分別下降了9.8%，3.8%，13.5%和4.9%。Na+含量除在S4處理下降了9.6%，其他各處理均有不同程度增加。CK，S1，S2和S3處理的葉片Na+/K+比分別增加了31.2%，12.5%，36.0%和39.7%；S4處理卻降低了3.6%。

2.4.2 鹽脅迫對油莎豆根系Na+、K+、Na+/K+比變化的影響 由圖4d 可以看出，在鹽分處理30 d 后，S1～S4處理的根系K+含量分別比CK減少了43.3%，55.4%，49.0%和44.3%，各鹽分處理間差異不顯著。Na+含量和Na+/K+比隨鹽分梯度增加而顯著上升，在S1和S2處理下差異不明顯（圖4e，圖4f）。鹽分處理50 d后，各鹽分處理的根系K+含量均顯著低于CK，S1與S2，S3處理之間差異均不顯著，但顯著高于S4處理。Na+含量和Na+/K+比隨鹽分脅迫加劇而顯著增加，其中S2和S3處理之間差異不明顯，但顯著低于S4處理。根系隨鹽分濃度升高而增加，在S4處理下達(dá)到最大，且顯著高于其他處理。

與鹽分脅迫30 d 相比，鹽分脅迫50 d 后，CK 和S1～S4處理的根系K+含量分別升高了4.8%，47.6%，43.6%，25.1%和8.8%。Na+含量在各處理下也分別提高了16.9%，30.4%和100.3%，40.9%和30.1%。根系Na+/K+比在S1處理下略有降低，其他處理下分別升高了12.1%，41.7%，11.1%和20.2%。

2.5 不同濃度鹽脅迫下油莎豆的隸屬函數(shù)值及耐鹽性評價(jià)

采用隸屬函數(shù)法對油莎豆的耐鹽能力特性進(jìn)行綜合評價(jià)（表2）。在2個(gè)脅迫時(shí)間，油莎豆的隸屬函數(shù)值大小順序均是：CK＞S1＞S2＞S3＞S4。由圖5 看出，在鹽脅迫30 d 和50 d 后在輕度鹽分脅迫處理S1的耐鹽性綜合評價(jià)值與CK 差異均不顯著，但顯著高于其他鹽分處理。鹽脅迫30 d 的綜合評價(jià)值隨脅迫程度加劇而顯著下降，而在鹽脅迫50 d后S2，S3和S4卻差異不明顯。

圖5 油莎豆幼苗耐鹽性綜合評價(jià)得分Fig.5 Comprehensive evaluation scores of salt tolerance of C.esculentus seedlings

表2 不同鹽分梯度下油莎豆的隸屬度函數(shù)值及耐鹽性評價(jià)Tab.2 Subjection values and salt tolerance evaluation of C.esculentus under different salt stress treatments

3 討論

3.1 鹽脅迫對油莎豆生長的影響

植物遭受鹽損傷會(huì)出現(xiàn)植株矮小，葉面積減少，根系生物量下降等現(xiàn)象［15,26］，但不同植物的響應(yīng)不同，耐鹽程度也有差異。對湖南稷子（Echino?chloa frumentacea）［27］、冰草（Agropyron cristatum）［28］等植物研究均發(fā)現(xiàn)，低鹽脅迫可促進(jìn)株高和生物量累積的增加，而高鹽濃度則起到抑制作用。本研究表明，輕度鹽分脅迫（S1）30 d 后對油莎豆地上部干重和葉面積沒有明顯影響，對地下部干重略有促進(jìn)，但株高顯著下降。隨鹽脅迫時(shí)間延長，S1處理的地上部干重受影響仍較小，但其株高、葉面積均顯著下降，且地下部干重也受到抑制。在中度和重度鹽脅迫下，油莎豆地上和地下干重、株高及葉面積均遭到明顯抑制。這表明短期內(nèi)低鹽脅迫不會(huì)對油莎豆產(chǎn)生負(fù)面影響，但脅迫時(shí)間過長則會(huì)抑制地下部生長和光合葉面積的擴(kuò)大。豆昕桐等［14］對小麥幼苗的研究也發(fā)現(xiàn)，不同程度鹽脅迫短時(shí)間對小麥幼苗生長有一定的促進(jìn)作用，但隨著脅迫時(shí)間的增加，幼苗的生長則會(huì)受到抑制。這說明除了鹽脅迫強(qiáng)度外，脅迫時(shí)間也會(huì)同樣影響到油莎豆幼苗的生長。

很多研究認(rèn)為，鹽脅迫下植物根系生長的敏感性要高于地上部，在鹽分濃度過大時(shí)會(huì)通過減緩根系生長［29-30］，降低鹽分的吸收，減少其向地上部的運(yùn)輸來防御鹽害［31］，因此在鹽脅迫下植物根冠比會(huì)下降［20］。但也有研究認(rèn)為，在鹽脅迫下根系的敏感程度要低于地上部，植物通過增加生物量在根系的分配［32］，以加強(qiáng)根對水分和養(yǎng)分的獲取，因此其根冠比也會(huì)明顯增加［33］。本研究表明，在鹽脅迫30 d后，各鹽分處理的根冠比均略有增加，但在鹽脅迫50 d 后，各鹽分處理的根冠比均出現(xiàn)不同程度下降。這可能是由于油莎豆幼苗根系對鹽脅迫的敏感性比較滯后，但是長時(shí)間的鹽分脅迫將不利于根系生長，進(jìn)而造成根冠比下降。

3.2 鹽脅迫對油莎豆葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

滲透脅迫是植物暴露于鹽漬土壤時(shí)的主要脅迫，它會(huì)造成植物的生理干旱［34］，直接影響植物的生長。植物為了抵御鹽累積所造成的滲透脅迫，通過可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累以提高細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，維持植物的正常吸水和代謝活動(dòng)［35-37］。脯氨酸是一種優(yōu)質(zhì)的具有滲透調(diào)節(jié)功能的氨基酸，可有效緩解鹽脅迫傷害，維持膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性［38］。可溶性蛋白是參與各種代謝的酶類，具有保護(hù)植物細(xì)胞膜和代謝相關(guān)酶類的功能［37］?？扇苄蕴鞘呛铣善渌袡C(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來源，對細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體起穩(wěn)定作用［39］。本研究表明，在鹽脅迫30 d 后，各鹽分處理下油莎豆葉片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于CK，但是隨鹽分脅迫程度加劇脯氨酸含量增加最明顯，可溶性糖先顯著增加而后又降低，可溶性蛋白變化卻不明顯。這表明在鹽脅迫早期油莎豆主要通過葉片脯氨酸大量積累來減輕鹽脅迫。隨脅迫時(shí)間延長，脯氨酸含量隨鹽脅迫程度增強(qiáng)先顯著下降而后又顯著增加，可溶性糖含量則顯著增加到一定水平后變化不明顯，可溶性蛋白則呈線性顯著增加趨勢?？梢钥闯?，長時(shí)間鹽脅迫后油莎豆主要通過可溶性蛋白和可溶性糖的大量累積來提高其滲透調(diào)節(jié)能力，在高鹽條件下脯氨酸也會(huì)出現(xiàn)大量累積。大多研究表明，隨著鹽分脅迫程度加劇，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈上升趨勢［13,40］，但也有研究發(fā)現(xiàn)，鹽濃度過高時(shí)三者均會(huì)出現(xiàn)下降［15,27］，這與本研究中可溶性糖的變化趨勢一致。有研究認(rèn)為，這主要是不同有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對鹽脅迫的響應(yīng)差異，可能與各自貢獻(xiàn)率不同相關(guān)［41］。長時(shí)間的鹽脅迫導(dǎo)致植物累積了更多的有害物質(zhì)，需要合成更多的酶類加以清除［42］，因此在鹽脅迫50 d后可溶性蛋白在細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)中起到了更大的作用，成為油莎豆葉片中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，這與對石竹(Dianthus chinensis）［13］的研究結(jié)果一致。此外，該時(shí)段重度鹽脅迫（S4）下過氧化產(chǎn)物MDA的大量累積也反映了油莎豆的細(xì)胞膜受到了嚴(yán)重?fù)p傷和破壞，所以脯氨酸含量急劇升高，可能是葉片需要累積更多的脯氨酸來維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。據(jù)此也說明，油莎豆在鹽脅迫條件下具有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力。

3.3 鹽脅迫對油莎豆植株Na+、K+含量及Na+/K+的影響

Na+和K+代謝是植物適應(yīng)鹽漬環(huán)境非常重要的生理代謝活動(dòng)，若打破它們之間的平衡，將對生理作用產(chǎn)生不良影響。Na+對于大多數(shù)植物而言是有害的，其過量吸收會(huì)引起植物的滲透脅迫，并會(huì)抑制K+吸收［43］，降低酶活性，擾亂細(xì)胞代謝過程［44］。K+則參與了細(xì)胞膨壓的控制，光合代謝和酶活化，其含量的下降會(huì)導(dǎo)致植株生長減緩［45］。本研究表明，隨鹽分脅迫程度加劇，油莎豆幼苗葉片和根系Na+含量均顯著增加，K+含量則顯著下降，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致［43,46］。本研究還發(fā)現(xiàn)，葉片中K+含量要高于根系，且在中、高度脅迫時(shí)葉片和根系K+含量均維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的水平，這說明油莎豆對K+具有較強(qiáng)的選擇性吸收能力。鹽脅迫下將更多的K+運(yùn)輸至葉片中，有利于降低葉片中的滲透脅迫［47］，同時(shí)還有脯氨酸、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的累積，減緩了植物細(xì)胞的失水趨勢，所以在高鹽脅迫下油莎豆葉片的相對含水量也比較穩(wěn)定（圖3）。因此，適宜的K+累積在一定程度上能夠增強(qiáng)油莎豆的生長適應(yīng)能力。

Na+/K+比是衡量植物耐鹽能力的重要的指標(biāo)，維持適宜的Na+/K+比是植物保障氣孔正常功能和一些生理代謝的必要前提，為此Na+/K+比可作為反映植物組織鹽離子傷害的一個(gè)典型指標(biāo)［48］。較低的Na+/K+比通常意味著更強(qiáng)的耐鹽能力，耐鹽植物往往會(huì)吸收足夠的K+含量來應(yīng)對鹽害［49］，本研究中，隨NaCl濃度的升高，葉片和根系的Na+/K+比也顯著增大，說明細(xì)胞質(zhì)中Na+增加的同時(shí)K+外滲，離子平衡遭到破壞，油莎豆生長受到抑制，這與大多研究結(jié)果一致［40］。隨鹽脅迫時(shí)間的延長，中度和重度鹽脅迫下根系與葉片的Na+/K+比均有不同程度增加。這表明鹽脅迫時(shí)間越長，Na+/K+比越難維持在合適植物生長的范圍，這主要與Na+在油莎豆細(xì)胞質(zhì)中的積累也越嚴(yán)重有關(guān)。因此，輕度鹽脅迫可能更有利于油莎豆幼苗生長。

3.4 基于隸屬函數(shù)的鹽脅迫下油莎豆耐鹽性評價(jià)

植物耐鹽性會(huì)受到多種因素的共同影響，單獨(dú)選取某一指標(biāo)進(jìn)行耐鹽性評價(jià)會(huì)使評價(jià)結(jié)果片面化，利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)評定油莎豆耐鹽性，有助于消除評價(jià)結(jié)果的局限性［50］。綜合評價(jià)表明，油莎豆在沙質(zhì)土壤不同程度鹽脅迫下的耐鹽性大小為：CK ＞S1＞S2＞S3＞S4，且CK與S1差異不明顯?？梢钥闯觯蜕沟哪望}性隨鹽脅迫程度加劇而降低。輕度鹽脅迫下油莎豆的適應(yīng)性很強(qiáng)，且有良好的的生長表現(xiàn)。鹽脅迫50 d 的耐鹽性評價(jià)值在各處理之下均低于鹽脅迫30 d，說明在沙質(zhì)土壤中長時(shí)間的鹽脅迫不利于油莎豆幼苗生長。鹽漬化土壤中鹽化和堿化相伴而生，有研究發(fā)現(xiàn)，輕度鹽漬化沙質(zhì)土壤更利于油莎豆種子出苗［51］，但在偏堿性沙質(zhì)土壤中也能正常生長［52］。本研究中培育油莎豆幼苗的沙土也偏堿性，油莎豆幼苗在沙土輕度鹽脅迫下生長良好的主要原因可能是因?yàn)閴A性環(huán)境對低鹽脅迫有緩解作用［53］。此外，砂質(zhì)土壤土質(zhì)疏松，對油莎豆根系和塊莖的生長及后期收獲都十分有利［54］，因此油莎豆是可以在新疆沙質(zhì)輕度鹽漬化土地和沙質(zhì)偏堿性輕度鹽漬化土壤進(jìn)行推廣種植。

4 結(jié)論

通過研究不同濃度鹽脅迫下油莎豆幼苗的生長發(fā)育變化及生理響應(yīng)，探討了油莎豆作為經(jīng)濟(jì)作物被種植于沙質(zhì)鹽漬化土壤中的可行性，綜合油莎豆在鹽脅迫下各生長及生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)：

（1）輕度鹽脅迫處理的（≤0.5 g·kg-1）油莎豆幼苗地上和地下部均生長良好，但隨脅迫程度加劇和脅迫時(shí)間延長明顯受到抑制。

（2）油莎豆幼苗在鹽脅迫早期主要通過脯氨酸的大量積累來減輕鹽脅迫，在后期主要通過可溶性蛋白和可溶性糖的大量累積來提高其滲透調(diào)節(jié)能力。隨鹽脅迫程度的加劇，油莎豆幼苗體內(nèi)葉片和根系Na+含量和Na+/K+比均顯著增加，K+含量則顯著下降，且下降到一定程度時(shí)維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的水平。

（3）大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的累積使鹽脅迫下葉片的相對含水量變化較小。表明油莎豆幼苗可通過保持較高的葉片持水能力和滲透調(diào)節(jié)能力來適應(yīng)沙質(zhì)土壤的鹽脅迫，但高鹽脅迫不宜持續(xù)過長時(shí)間。本研究對油莎豆在新疆沙質(zhì)鹽漬化土地的推廣種植具有重要指導(dǎo)意義。