史鋒厚，宋 珂，郭 銳，張于卉，尹中明，沈永寶

（1.南京林業(yè)大學(xué) a.林學(xué)院；b.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2.上海市林業(yè)總站，上海 200072）

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性生態(tài)問題，全球約7%的陸地表面受到鹽漬化的威脅[1]。中國(guó)是土壤鹽漬化較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，鹽漬土總面積約為3.6×107hm2，占全國(guó)可利用土地總面積的5%，嚴(yán)重制約著農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了一定的影響[2]。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外在鹽漬土改良利用方面已經(jīng)進(jìn)行了大量深入研究。與物理、化學(xué)及農(nóng)藝改良措施相比，通過種植耐鹽植物改良鹽漬土具有投資少、見效快、收益大等優(yōu)點(diǎn)，既能綠化環(huán)境，又能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，篩選和培育耐鹽植物對(duì)于鹽漬地的改良具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

培忠杉×Taxodiomera peizhongii為我國(guó)林木育種專家葉培忠教授以墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum和柳杉Cryptomera fortunei進(jìn)行雜交獲得的遠(yuǎn)緣雜交種，該樹種具有生長(zhǎng)速度快、落葉期短、抗鹽堿、適應(yīng)性強(qiáng)和綠化效果好等特性，在沿海、沿江灘地防護(hù)林建設(shè)中具有較高的推廣價(jià)值[4]。前人圍繞培忠杉的耐鹽性進(jìn)行了一系列的研究。陳端欽等[5]研究發(fā)現(xiàn)，培忠杉具有一定的抗濱海沙地土壤貧瘠能力，但土壤鹽分含量對(duì)培忠杉生長(zhǎng)影響較大，在鹽含量為0.789 g·kg-1的條件下可以生長(zhǎng)正常，而在鹽含量為8.928 g·kg-1下已致死，即培忠杉適合在沒有鹽漬化或輕度鹽漬化的濱海沙地上造林；而孔強(qiáng)等[6]、張曉磊等[7]均集中開展對(duì)鹽脅迫下培忠杉苗木生長(zhǎng)及生理生化變化方面的研究；其中，張曉磊等[7]研究認(rèn)為，培忠杉苗木的耐鹽臨界值在0.4%左右。但以上研究均未從鹽離子在培忠杉苗木不同部位間累積與分配的角度探討其耐鹽機(jī)制。因此，本研究將采用NaCl 溶液澆灌的方法對(duì)3年生培忠杉苗木進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)，測(cè)定培忠杉苗木根、莖、葉各部位Na+、K+、Ca2+等離子含量的變化，深入了解培忠杉苗木在鹽脅迫下的適應(yīng)機(jī)制，為培忠杉苗木在鹽漬化區(qū)域栽培與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

培忠杉苗木由上海市林業(yè)總站提供，為2年生扦插苗。3月下旬，在南京林業(yè)大學(xué)白馬教學(xué)科研基地（南京市溧水區(qū)白馬鎮(zhèn)），將苗木移栽至高25 cm、口徑20 cm 的塑料花盆中，每個(gè)塑料花盆種植1 株；種植基質(zhì)為鎮(zhèn)江興農(nóng)有機(jī)栽培基質(zhì)和黃土混合物，混合體積比例為1∶2；露天擺放整齊，正常水分管理。5月中旬將盆栽苗移入塑料大棚溫室中，正常水分管理，緩苗1年。于翌年6月選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的120株培忠杉苗木進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

鹽脅迫試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4 個(gè)處理，每個(gè)處理30 株苗木。試驗(yàn)前先采用烘干殘?jiān)╗8]測(cè)定盆栽土壤積鹽層中的總含鹽量，計(jì)算需要澆灌的NaCl 質(zhì)量（按盆土干質(zhì)量計(jì)，扣除脫鹽土中0.1%的含鹽量），在6月12日進(jìn)行澆鹽處理，將稱量好的NaCl 用水溶解至250 mL，一次性加入盆中，待盆土吸收后，加自來水至土壤水分飽和，使土壤中可溶性鹽的最終含量分別達(dá)到0.3%、0.4%和0.5%（干物質(zhì)含量），對(duì)照組澆水至土壤水分飽和。若有鹽水下漏到托盤中，可在適當(dāng)時(shí)間返澆入盆，加鹽后根據(jù)土壤干濕度，每隔2～5 d 澆自來水一次。鹽脅迫第92 d 時(shí)進(jìn)行采樣，用以測(cè)定苗木不同部位的離子含量。

1.3 測(cè)定方法

鹽脅迫第92 天時(shí)，每個(gè)處理組隨機(jī)選取10株苗木，挖出整個(gè)植株，于水中清洗干凈，按根、莖、葉部位分開，放置在80～90℃的鼓風(fēng)烘箱中殺青30 min，然后在65℃下烘12～14 h，直至質(zhì)量不再減輕為止。粉碎，過2 mm 篩孔。

離子測(cè)定參照LY/T1270—1999 和LY/T1271—1999 操作。采用硫酸—高氯酸消煮，用電子天平稱取0.8 g 烘干樣品放置于凱氏瓶中，加10 mL混合酸（硫酸與高氯酸體積比為9∶1），混勻，放置過夜，同時(shí)做兩個(gè)空白試驗(yàn)。次日在調(diào)溫電爐上消煮樣品，把溫度控制在瓶?jī)?nèi)樣品與酸作用后產(chǎn)生的泡沫不到達(dá)瓶頸處，并只有少量的煙從瓶口冒出為度。直至無色透明后再消煮20 min，整個(gè)消煮過程經(jīng)常搖動(dòng)凱氏瓶，以防局部燒干。消煮完后使用去離子水將消煮液稀釋，定容至100 mL作為測(cè)定鉀、鈉和鈣的待測(cè)液。使用原子吸收光譜測(cè)定相應(yīng)的離子值，再根據(jù)稀釋倍數(shù)、樣品干重和分取液體積計(jì)算鉀、鈉和鈣含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，單因素方差分析法進(jìn)行差異顯著性分析，LSD 方法進(jìn)行多重比較，并采用Origin 2018 軟件繪制相關(guān)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)培忠杉苗木不同器官離子含量的影響

由圖1 可知，培忠杉苗木體內(nèi)的Na+總量隨著土壤含鹽量的增大而不斷增大。不同鹽含量處理對(duì)培忠杉苗木不同部位的Na+含量具有顯著性影響（P＜0.05）。對(duì)照組苗木體內(nèi)的Na+主要分布在葉部，根部和莖部的Na+含量?jī)H為葉部的31.14%和32.93%。而3 種鹽含量處理組苗木體內(nèi)的Na+則主要分布在根部和葉部，均顯著大于莖部（P＜0.05）；其中，土壤含鹽量為0.3%和0.4%的處理組苗木根部和葉部的Na+含量差異不顯著（P＞0.05），而土壤含鹽量為0.5%的處理組苗木葉部Na+含量則顯著高于根部（P＜0.05），為根部的1.55 倍。此外，與對(duì)照組相比，土壤含鹽量為0.3%、0.4%和0.5%的處理組苗木根部和葉部的Na+含量分別增加了146%、312%、267%，7%、53%、76%。由此可知，培忠杉苗木根部Na+積累的速率遠(yuǎn)大于在葉部積累的速率。

圖1 不同鹽含量處理下培忠杉苗木不同部位的Na+含量Fig.1 Na+ contents in different parts of ×Taxodiomera peizhongii seedlings under different salinity conditions

由圖2 可知，與對(duì)照組相比，3 種鹽含量處理組培忠杉苗木體內(nèi)的K+總量變化幅度較小。不同鹽含量處理對(duì)培忠杉苗木不同部位的K+含量具有顯著的影響（P＜0.05）。同一鹽含量處理?xiàng)l件下，培忠杉苗木不同部位的K+含量整體表現(xiàn)為：葉部＞莖部＞根部。其中，苗木葉部的K+含量隨著土壤含鹽量的增大而增大，同比增長(zhǎng)16.80%、18.39%、30.32%，均顯著大于對(duì)照組（P＜0.05）。苗木莖部的K+含量均呈負(fù)增長(zhǎng)，土壤含鹽量為0.3%的處理組苗木莖部的K+含量略有下降，但差異不顯著（P＞0.05）；土壤含鹽量為0.4%和0.5%的處理組苗木莖部的K+含量顯著下降16.86%和12.46%（P＜0.05）。而不同鹽含量處理?xiàng)l件下，培忠杉苗木根部的K+含量與對(duì)照相比均未發(fā)生顯著變化（P＞0.05）。

圖2 不同鹽含量處理下培忠杉苗木不同部位的K+含量Fig.2 K+ contents in different parts of ×Taxodiomera peizhongii seedlings under different salinity conditions

由圖3 可知，與對(duì)照組相比，3 種鹽含量處理組培忠杉苗木體內(nèi)的Ca2+總量均明顯增大。不同鹽含量處理對(duì)培忠杉苗木不同部位的Ca2+含量具有顯著性影響（P＜0.05）。同一鹽含量處理?xiàng)l件下，培忠杉苗木不同部位的Ca2+含量整體表現(xiàn)為：莖部＞葉部＞根部。其中，3 種鹽含量處理組苗木根部的Ca2+含量與對(duì)照組相比差異不顯著（P＞0.05），而苗木莖部和葉部的Ca2+含量與對(duì)照組相比均顯著增大（P＜0.05），但不同鹽含量處理組之間的Ca2+含量無顯著差異（P＞0.05）。

圖3 不同鹽含量處理下培忠杉苗木不同部位的Ca2+含量Fig.3 Ca2+ contents in different parts of ×Taxodiomera peizhongii seedlings under different salinity conditions

2.2 鹽脅迫對(duì)培忠杉苗木不同器官離子含量比值的影響

由圖4 可知，同一處理組培忠杉苗木不同部位的K+/Na+比值整體表現(xiàn)為：莖部＞葉部＞根部。與對(duì)照組相比，3 種鹽含量處理組苗木根部的K+/Na+比值分別顯著下降58.03%、75.23%和74.08%（P＜0.05）。3 種鹽含量處理組苗木莖部的K+/Na+比值與對(duì)照組相比差異不顯著（P＜0.05），但3 種鹽含量處理組之間苗木莖部的K+/Na+比值存在差異，土壤鹽含量為0.5%的處理組苗木莖部的K+/Na+比值與土壤含鹽量為0.3%的處理組相比顯著下降（P＜0.05）。不同處理組之間苗木葉部的K+/Na+比值變化幅度較小，差異不顯著（P＞0.05）。

圖4 不同鹽含量處理下培忠杉苗木不同部位的K+/Na+比值Fig.4 K+/Na+ ratios in different parts of ×Taxodiomera peizhongii seedlings under different salinity conditions

由圖5 可知，同一鹽含量處理?xiàng)l件下，培忠杉苗木莖部的Ca2+/Na+比值顯著高于根部與葉部（P＜0.05），根部與莖部差異不顯著（P＞0.05）。與對(duì)照組相比，土壤含鹽量為0.3%、0.4%和0.5%的處理組苗木根部的Ca2+/Na+比值分別顯著下降133.58%、77.53% 和73.53%（P＜0.05），但處理間差異不顯著（P＜0.05）。苗木莖部和葉部的Ca2+/Na+比值變化幅度較小，差異不顯著（P＞0.05）。

圖5 不同鹽含量處理下培忠杉苗木不同部位Ca2+/Na+比值Fig.5 Ca2+/Na+ ratios in different parts of ×Taxodiomera peizhongii seedlings under different salinity conditions

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

在鹽脅迫條件下，植物對(duì)Na+、Cl-等鹽離子的大量吸收是引起滲透脅迫、離子毒害及營(yíng)養(yǎng)失衡的主要原因[9]。鹽分對(duì)植物的作用可能涉及一系列形態(tài)、生理、生化和分子變化，對(duì)種子萌發(fā)、植物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力產(chǎn)生不利影響，但在對(duì)鹽脅迫長(zhǎng)期適應(yīng)的過程中，不同植物已經(jīng)進(jìn)化形成了特定的應(yīng)對(duì)策略[10-11]。在本試驗(yàn)中，培忠杉苗木體內(nèi)的Na+總量隨著土壤含鹽量的增大而增大，且各處理組培忠杉苗木在鹽脅迫10 d 時(shí)已經(jīng)表現(xiàn)出鹽害癥狀（葉片尖端開始枯黃），隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)和土壤含鹽量的增大，苗木鹽害癥狀逐漸加重，即主要表現(xiàn)為小葉枯黃，伴有二級(jí)分枝的脫落，并且只要葉基部出現(xiàn)淡黃色，葉片就一觸即掉；但直至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)也未出現(xiàn)苗木死亡的現(xiàn)象，這證明了培忠杉苗木具有一定的耐鹽性，且在應(yīng)對(duì)鹽脅迫的過程中形成了自身的適應(yīng)策略。

Na+的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分布特性是植物在鹽脅迫條件下能否正常生長(zhǎng)的關(guān)鍵。通過對(duì)培忠杉苗木不同部位的Na+含量的測(cè)定分析可知，培忠杉苗木的耐鹽策略是首先將Na+運(yùn)輸至葉片，對(duì)照組苗木亦是如此，其次將Na+積累在根部，莖中的Na+含量最少。一方面，培忠杉苗木的葉片較小而且數(shù)量多，將Na+積累在成熟葉片、次級(jí)分枝和葉子密集的地方，可以通過形成離層的方式使葉片和小枝脫落來減少苗木體內(nèi)的鹽分積累量，這與四季竹Oligostachyum lubricum的耐鹽策略相似[12]。另一方面，苗木可以通過提高葉片中Na+含量來降低滲透勢(shì)，以促進(jìn)水分向地上部分的運(yùn)輸，緩解鹽脅迫造成的生理干旱[13]。此外，培忠杉苗木根部Na+積累的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在葉部積累的速率，推測(cè)可能是由于培忠杉苗木根部存在鹽離子的區(qū)隔化作用[14]，能夠主動(dòng)將Na+控制在根部，從而減少過多的Na+運(yùn)輸至地上部分，降低Na+對(duì)苗木地上部分的毒害作用。

在鹽脅迫條件下，植物常遭受Na+毒害和K+、Ca2+虧缺的雙重危害。植物體內(nèi)Na+含量過高會(huì)抑制植物對(duì)K+、Ca2+等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[15]。鉀（K）作為植物體內(nèi)保證植物正常代謝和生長(zhǎng)發(fā)育的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，具有調(diào)節(jié)離子平衡、滲透壓、細(xì)胞膨壓和光合作用等生理功能[16-17]。由于Na+和K+的物理化學(xué)性質(zhì)相似（即離子半徑和離子水合能），Na+會(huì)競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞質(zhì)關(guān)鍵代謝過程中K+的主要結(jié)合位點(diǎn)，從而導(dǎo)致K+的流失[18]。在本試驗(yàn)中，3 種鹽含量處理組苗木體內(nèi)的K+總量變化幅度較小，并未出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，在對(duì)唐古特白刺[19]Nitraria tangutorum、歐洲落葉松[20]Larix deciduaMill.的研究中也有類似結(jié)果，表明鹽脅迫對(duì)培忠杉苗木K+的吸收抑制作用影響較小。此外，3 種鹽含量處理組苗木根部的K+含量與對(duì)照相比差異不顯著，而葉部的K+含量則均顯著增大，莖部的K+含量則均呈負(fù)增長(zhǎng)，說明苗木在鹽脅迫條件下，其體內(nèi)的K+被重新分配，苗木莖部的K+更多地被運(yùn)輸至葉片中，這與對(duì)流蘇[21]Chionanthus retusus、 鵝耳櫪[22]Carpinus turczaninowiiHance 的研究結(jié)果具有相似之處。植物葉片內(nèi)K+含量的增大有利于葉部維持正常生理代謝，是培忠杉苗木適應(yīng)鹽脅迫的一種正常表現(xiàn)。

鈣（Ca）是植物細(xì)胞膜的主要成分，起著維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的作用[23]。高含量的Na+可置換質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)所結(jié)合的Ca2+，但由于Na+和Ca2+的電荷密度不同，這種置換破壞了膜結(jié)構(gòu)，增加了膜的通透性，致使細(xì)胞內(nèi)K+、P 和有機(jī)溶質(zhì)外滲[24]。在本試驗(yàn)中，3 種含鹽量處理組苗木體內(nèi)的Ca2+總量與對(duì)照組相比均明顯增大。且莖部和葉部的Ca2+含量均顯著上升，根部的Ca2+含量則與對(duì)照相比差異不顯著，表明培忠杉苗木在鹽脅迫條件下將更多的Ca2+運(yùn)輸至地上部分。黃璐瑤等[25]對(duì)金銀花Lonicera japonicaThunb的研究中發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫條件下，施用外源Ca2+將導(dǎo)致金銀花幼苗體內(nèi)的K+含量增大，而Na+含量明顯降低。因此，培忠杉苗木地上部分Ca2+含量的增大可能是維持其地上部分Na+和K+平衡，從而適應(yīng)鹽脅迫的一種重要機(jī)制。

植物正常生長(zhǎng)發(fā)育需要維持細(xì)胞內(nèi)離子的相對(duì)平衡狀態(tài)。在鹽脅迫條件下，各種元素與Na+比值的變化更能反映植物葉片受傷害的程度，特別是反映植物整體的營(yíng)養(yǎng)平衡狀況，其中，K+/Na+、Ca2+/Na+值是評(píng)定樹種受鹽害程度和耐鹽性的重要指標(biāo)[26-27]。在本試驗(yàn)中，培忠杉苗木根部的K+/Na+、Ca2+/Na+比值均顯著下降，結(jié)合上述有關(guān)K+和Ca2+含量的變化分析，產(chǎn)生這種變化的主要原因是苗木根部的Na+含量的凈升高，即3 種鹽含量處理組苗木根部的離子平衡被打破。相反，3 種鹽含量處理組苗木葉部的K+/Na+、Ca2+/Na+比值則與對(duì)照組差異不顯著，說明培忠杉苗木地上部分仍能維持離子平衡，保證了苗木葉片在鹽脅迫條件下仍能進(jìn)行正常的生理代謝。同時(shí)，這也證明了K+/Na+比值和Ca2+/Na+比值比單一的K+和Ca2+含量更能反應(yīng)樹種的耐鹽特性。

3.2 結(jié)論

綜上所述，從離子吸收及分布的角度分析可知，培忠杉苗木的耐鹽策略主要是：首先將吸收的Na+積累在成熟葉片，隨著成熟葉片的脫落來降低樹體的鹽分總量；其次是將Na+固定在根系中以減少對(duì)地上部分的傷害。在一定鹽脅迫范圍內(nèi)，維持苗木地上部分K+、Ca2+和Na+的相對(duì)平衡狀態(tài)，減輕鹽脅迫條件下的離子毒害和滲透脅迫作用。在本試驗(yàn)中設(shè)置的3 種鹽含量處理還不能準(zhǔn)確地確定培忠杉苗木的耐鹽臨界點(diǎn)，并且對(duì)于培忠杉苗木耐鹽反應(yīng)中的鹽分的感應(yīng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及相關(guān)的基因表達(dá)調(diào)控等方面的研究較少，未來仍需開展更加深入的研究。