劉 薇， 孫 楨，2， 姚蘇焱， 于學文， 苗翠翠， 莊杰隆， 邱振魯

（1.齊魯理工學院化學與生物工程學院，山東 濟南 250200；2.江西理工大學材料冶金化學部，江西 贛州 341000）

植物在生長過程中可能遇到多種逆境脅迫，例如高濃度Cu2+、Cd2+可抑制幼根和幼葉生長、干物質(zhì)積累、根系生長[1]；沙塵脅迫影響植物葉片的正常生理代謝，并在嚴重時導致植物死亡[2]；高溫脅迫抑制光合作用碳反應的卡爾文循環(huán)，同時可抑制PSII 使光反應減弱。此外，高溫脅迫還使呼吸作用加強，營養(yǎng)物質(zhì)消耗增多，并造成膜的損傷以及酶和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變[3-4]。當前，土壤鹽漬化已經(jīng)成為嚴重影響我國部分地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要環(huán)境問題。鹽堿脅迫會造成植物細胞內(nèi)外滲透壓平衡的改變，進而抑制細胞內(nèi)生理生化代謝過程，使植物光合作用下降，最終因碳饑餓而死亡[5]。鹽堿土壤高滲環(huán)境，能阻止植物根系吸收水分，從而使植物因干旱而死亡。同時其pH 值較高，使植物體與外界環(huán)境酸堿失衡，致使植物體發(fā)生氧化脅迫，直接或間接啟動膜脂過氧化反應，進而使細胞膜透性增大，最終導致細胞膜系統(tǒng)變性，造成細胞內(nèi)溶物外滲而使植物死亡[6]。因此，受鹽堿脅迫的植物一方面要降低細胞質(zhì)中離子積累，另一方面還要通過主動積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低滲透勢，阻止細胞失水，穩(wěn)定質(zhì)膜及酶類的結(jié)構(gòu)，增強細胞滲透調(diào)節(jié)能力。

香椿（Toona sinensis），楝科香椿屬落葉喬木，富含氨基酸、揮發(fā)油及黃銅、皂苷、生物堿等多種生物活性成分[7]，材芽兩用。彭方仁等[8]研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性強的香椿種源受脅迫后表現(xiàn)為水分飽和虧（WSD）增加幅度低、水勢降低幅度大及細胞膜穩(wěn)定性高；張京芳等[9]指出，香椿葉中抗脂質(zhì)過氧化物（FTAP）能抑制豬油和菜籽油的氧化，且呈量效關系；王列富等[10]指出，同一種源不同時期香椿苗木可溶性糖的變化趨勢基本一致，但變化幅度不同；劉愛杰等[11]通過復水處理，找出香椿幼苗致死時土壤及植株各部分含水量的臨界值，為提高香椿造林成活率和抗旱品種選育提供依據(jù)。姚俠妹等[12]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫環(huán)境中香椿幼苗生長和光合作用受到抑制，且程度與NaCl 濃度正相關。

我國種植香椿的范圍較廣，有關香椿的研究多限于中部和東南地區(qū)香椿種植及其生理生化方面，北方地區(qū)年積溫低，氣溫年較差大，香椿發(fā)芽、收獲相對較晚，不利于占據(jù)市場，故相關研究較少。章丘趙八洞地區(qū)地處山東省濟南市章丘區(qū)東南部，為平原與山地過渡地形，其山地陰坡夜晚溫度較低，有利于紅芽香椿的生長及干物質(zhì)合成，是優(yōu)質(zhì)種源紅芽香椿的產(chǎn)地。本文以章丘趙八洞種源1 年生香椿幼苗為研究對象，使用不同濃度的NaCl 和Na2SO4對其進行脅迫，并通過脅迫期和恢復期丙二醛、可溶性糖及脯氨酸含量的變化規(guī)律揭示香椿幼苗對中性鹽脅迫及恢復過程的響應特征。研究結(jié)論既可為土壤鹽堿化日益嚴重趨勢下的香椿苗木種植管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持，也可為香椿向濱海地區(qū)鹽堿地引種的可能性論證提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018 年，向章丘區(qū)東南部山區(qū)趙八洞農(nóng)戶收集其栽培的1 年生香椿苗，直徑1 cm 左右，高度50～60 cm。取當?shù)厣絽^(qū)土壤帶回實驗室用于栽培實驗，香椿1 年生苗栽植在花盆中，每盆土質(zhì)量3 kg，以新葉萌生作為可用于鹽脅迫實驗苗木的選擇標準，共計200 株。

1.2 試驗方法

1.2.1待測葉片的選取與處理 選取符合要求的1年生苗木，每株取從上方數(shù)第2 片復葉，去掉葉柄和小葉柄，只保留小葉片。

1.2.2指標測定與脅迫處理 選取符合條件的可用于鹽脅迫的苗木共計180 株，檢測丙二醛（MDA）、可溶性糖與脯氨酸含量[13]并隨即用0.1%、0.2%、0.3%的NaCl 和Na2SO4分別處理，每種鹽每個濃度平行處理30 株幼苗，共180 株。脅迫處理方式為每天用含有相應脅迫種類和濃度的鹽溶液淋洗土壤，陰天時使用500 mL，晴天時使用1 000 mL，持續(xù)14 天。

分別于脅迫1 周、2 周和恢復1 周后檢測葉片中的丙二醛、可溶性糖和脯氨酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)處理與作圖，IBM SPSS Statistics 19.0 軟件對實驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，Tukey 法比較各測定指標在相同中性鹽同一濃度不同脅迫時間的差異。顯著性差異水平設置為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對香椿葉片丙二醛含量的影響

不同濃度NaCl 脅迫下，香椿葉片丙二醛含量隨時間的變化趨勢不同，脅迫濃度對香椿脂質(zhì)過氧化恢復產(chǎn)生了很大的影響。NaCl 脅迫下，恢復1 周后丙二醛含量均低于脅迫前，但脅迫期并無顯著變化（P＞0.05）；脅迫下，丙二醛含量總體表現(xiàn)為脅迫期上升和停止脅迫后下降，但恢復1 周的丙二醛含量也都明顯高于脅迫前，其中0.2%和0.3%濃度Na2SO4脅迫下，恢復期丙二醛含量顯著高于脅迫前（P＜0.05）。脅迫期不同濃度的效應有較大差別，0.2%和0.3%濃度的Na2SO4脅迫造成了丙二醛含量的顯著增加（P＞0.05），而0.1%Na2SO4脅迫僅造成丙二醛的輕微上升（P＞0.05）（圖1）。比較可知，Na2SO4對香椿葉片細胞膜脂質(zhì)過氧化的損傷更大，濃度效應更明顯。

圖1 不同濃度和種類鹽脅迫下香椿葉片丙二醛含量變化

2.2 鹽脅迫對香椿葉片可溶性糖含量的影響

在NaCl 脅迫下，香椿葉片可溶性糖含量在脅迫期先下降后上升，并在恢復期明顯下降至含量顯著低于脅迫前（P＜0.05），其中0.2%和0.3%濃度的NaCl脅迫在整個實驗周期造成可溶性糖含量分別下降了39.63%和53.16%。從脅迫期看，NaCl 脅迫時間的延長有助于可溶性糖的生成，說明香椿在長期的鹽脅迫下可能通過增加可溶性糖的合成來減少細胞失水，而失去了NaCl 脅迫的恢復期反而不利于可溶性糖的合成。Na2SO4脅迫效應則呈現(xiàn)出明顯的濃度差異，且趨勢都為先上升后下降，說明起初Na2SO4促進了可溶性糖的合成，但隨脅迫時間增加，滲透調(diào)節(jié)能力開始下降。0.2%和0.3%Na2SO4的脅迫造成了脅迫前與脅迫1 周后可溶性糖含量的顯著差異（P＜0.05），且脅迫期和恢復期可溶性糖含量均高于脅迫前（圖2）?？芍邼舛萅a2SO4脅迫更有利于植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成。

圖2 不同濃度和種類鹽脅迫下香椿葉片可溶性糖含量變化

2.3 鹽脅迫對香椿葉片脯氨酸含量的影響

由圖3 所示，0.1%和0.2%NaCl 濃度脅迫下，脯氨酸含量呈現(xiàn)隨脅迫時間顯著下降的趨勢（P＜0.05），說明NaCl 脅迫導致香椿滲透調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降，持續(xù)效應較為明顯，只是0.2%NaCl 脅迫下下降趨勢更慢。而0.3%NaCl 濃度脅迫下，脅迫2 周后脯氨酸含量略高于脅迫1 周，說明NaCl 脅迫時間延長有利于脯氨酸的生成，香椿在長期的高濃度鹽脅迫下可能通過增加脯氨酸的合成來減少細胞失水，增強植物的抗逆性。0.1%NaCl 處理下恢復期的脯氨酸含量基本沒有變化，0.2%NaCl 處理下恢復期脯氨酸含量增加也較少，與脅迫2 周時無顯著差異，且顯著低于脅迫前，0.3%NaCl 處理下恢復期脯氨酸含量迅速增加，顯著高于對照（P＜0.05）。Na2SO4脅迫效應則呈現(xiàn)出明顯的含量-時間變化特點。在其各個濃度的脅迫下，脯氨酸含量變化趨勢持續(xù)下降且表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），說明Na2SO4抑制了脯氨酸的合成，滲透調(diào)節(jié)能力下降，香椿苗抗逆能力降低?；謴推诰憩F(xiàn)為脯氨酸含量的升高，但均未恢復到脅迫前的水平。比較相同濃度NaCl 和Na2SO4脅迫對脯氨酸含量的影響，可見0.1%、0.2%的NaCl 和0.2%、0.3%的Na2SO4脅迫所造成的脯氨酸含量下降更明顯，細胞滲透調(diào)節(jié)能力損傷程度更為嚴重。

3 討論與結(jié)論

3.1 鹽脅迫對紅芽香椿細胞膜脂質(zhì)過氧化的影響

土壤中鹽離子含量對植物生長、發(fā)育和產(chǎn)量形成具有很大影響[14]，過高的鹽含量可破壞植物體內(nèi)的新陳代謝過程，植物幼苗相對其成熟植株個體，在逆境下的自我保護與抵御、調(diào)節(jié)能力都相對較弱，更易受到逆境脅迫的損傷。因此，研究鹽脅迫對植物幼苗生長的影響是非常必要的。鹽離子往往造成植物細胞內(nèi)外滲透壓的不平衡，從而破壞植物的細胞膜，這可能使其他的有害物質(zhì)進入細胞，或者破壞細胞的抗氧化系統(tǒng)，從而引發(fā)脂質(zhì)過氧化。但是植物可以通過超氧化物歧化酶、過氧化物酶等多種方式來防御氧化損傷。丙二醛含量的變化，是過氧化損傷和抗氧化系統(tǒng)相互拮抗作用的綜合結(jié)果。前人研究表明，對香椿施加100 mmol/L 的NaCl 脅迫，在未加入緩解劑的情況下，香椿葉片丙二醛濃度上升并顯著高于脅迫前[15-18]。本研究表明，NaCl 脅迫下，濃度越低，脅迫1 周的丙二醛含量增加越多，這可能是由于低濃度的NaCl 未能很好地激活抗氧化防御系統(tǒng)而使細胞膜脂質(zhì)過氧化損傷產(chǎn)生的丙二醛增加。隨脅迫時間延長，0.1%NaCl 脅迫下的香椿脂質(zhì)過氧化系統(tǒng)被激活，丙二醛含量下降。從停止脅迫后的恢復期來看，均低于脅迫前，說明停止脅迫后恢復效應明顯，細胞抗氧化防御系統(tǒng)酶得到了較好的激活。Na2SO4脅迫下丙二醛含量效應則具有明顯的時間與濃度效應，濃度越高，造成的丙二醛含量增加越明顯，說明脂質(zhì)過氧化損傷程度重且抗氧化防御系統(tǒng)未能很好地被激活。停止脅迫后丙二醛含量下降，說明去除鹽分脅迫后細胞膜的過氧化損傷程度開始下降，雖恢復1 周時的丙二醛含量仍高于脅迫前，但推測繼續(xù)恢復丙二醛含量將持續(xù)下降到與脅迫前接近。由此可見，香椿幼苗對不同中性鹽脅迫的響應特點非常不同。

3.2 鹽脅迫對紅芽香椿細胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

鹽脅迫還會導致細胞內(nèi)外滲透壓的不平衡，植物在鹽脅迫下會產(chǎn)生和積累一些有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以此來緩解脅迫對植物造成的傷害和降低胞內(nèi)滲透勢以保證鹽脅迫條件下水分的正常供應[19]。這些物質(zhì)主要包括非結(jié)構(gòu)性碳水化合物如可溶性糖、小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸等?？扇苄蕴鞘巧矬w內(nèi)重要的能源和碳源，可以降低水勢，提高植物細胞的吸水和保水能力，有利于增強抗逆性[20]。而在鹽脅迫下，由于外界滲透勢較低，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成受抑制而分解被促進，結(jié)果使氨基酸含量上升，其中最突出的就是脯氨酸含量的上升。王列富等[10]研究發(fā)現(xiàn)，香椿葉片可溶性糖含量在整個干旱脅迫過程中（包括輕度脅迫和重度脅迫）呈現(xiàn)“低—高—低”的變化趨勢，而脯氨酸含量的變化則是輕度脅迫水平下呈現(xiàn)“高—低—高”的變化趨勢，重度脅迫下一直上升。本文同樣證明了鹽脅迫可以造成香椿可溶性糖與脯氨酸含量隨時間的變化。在NaCl 脅迫下，香椿可溶性糖含量先降低后升高，可能的原因是NaCl短時間便抑制了可溶性糖的合成與積累，但隨著脅迫時間延長，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成能力逐漸增強。NaCl脅迫下可溶性糖整體變化趨勢與鹽濃度關系并不緊密。相反，0.1%和0.2%Na2SO4在最初脅迫期激活了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，表現(xiàn)為可溶性糖含量的上升，但長時間的脅迫抑制了可溶性糖的合成，使?jié)B透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成量減少。脯氨酸含量則基本上表現(xiàn)為隨脅迫時間增加而下降，說明香椿很可能并不依靠脯氨酸的增加來進行滲透調(diào)節(jié)。而恢復期擺脫了鹽脅迫后，只有0.3%NaCl 脅迫的恢復期含量顯著高于對照，這說明高濃度NaCl 脅迫更有利于恢復期脯氨酸的迅速合成。楊玉珍等[21]研究干旱脅迫造成香椿脯氨酸含量動態(tài)變化，結(jié)果表明脯氨酸隨脅迫時間延長含量增加，在恢復期下降，這與本研究結(jié)論不同，可能是脅迫方式不同所致。

綜上所述，章丘種源的紅芽香椿具有一定的中性鹽抗性。在不同中性鹽脅迫下的響應不同。Na2SO4比NaCl 脅迫更易造成脂質(zhì)過氧化損傷且不易恢復；在滲透調(diào)節(jié)能力上，Na2SO4脅迫造成可溶性糖含量先增加后下降，而NaCl 脅迫下可溶性糖含量先下降后增加，說明兩種中性鹽激活可溶性糖合成的速度存在差異。兩種中性鹽脅迫均使脯氨酸合成能力持續(xù)下降，證明脯氨酸或不是紅芽香椿應對中性鹽脅迫的自我調(diào)節(jié)方式。研究結(jié)論可為該地區(qū)香椿的種植管理甚至向沿海地區(qū)引種提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

注：不同小寫字母表示0.05 水平上差異顯著