高戰(zhàn)武，劉 晶，李絨萱，劉金雨，姚永清，李 倩，李玉波

（1.白城師范學(xué)院 吉林西部環(huán)境保護(hù)與生態(tài)工程綜合技術(shù)研究中心，吉林 白城 137000；2.吉林省東遼縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，吉林 東遼 136600；3.吉林省水土保持局，長(zhǎng)春 130022）

0 引言

鹽堿土廣泛分布于世界100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，中國(guó)鹽堿土主要分布在西北、華北、東北和沿海地區(qū)，面積約有3 460萬(wàn)hm2，占耕地面積的10%左右［1］.土壤鹽堿含量高會(huì)對(duì)植物造成嚴(yán)重傷害并破壞土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn).土壤中的中性鹽NaCl、Na2SO4是最主要的致害鹽分，中性鹽過(guò)多，會(huì)降低土壤溶液的滲透勢(shì)，使植物吸水困難，形成生理干旱.高濃度的NaCl可將細(xì)胞膜上結(jié)合的Ca2+置換，最終破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu).鹽分過(guò)多會(huì)導(dǎo)致植物生理紊亂，降低植物蛋白質(zhì)的合成速率，加速植物體內(nèi)已有蛋白質(zhì)的水解，造成植物體內(nèi)氨大量積累，也會(huì)導(dǎo)致植物體葉綠素被破壞、呼吸速率降低，使植物缺乏營(yíng)養(yǎng)等［2］.植物為了抵御鹽堿脅迫的危害，通常采取在細(xì)胞質(zhì)中積累有機(jī)酸、可溶性糖和脯氨酸等一些小分子有機(jī)化合物以及無(wú)機(jī)離子的適應(yīng)對(duì)策.小麥通過(guò)提高Cl-含量適應(yīng)鹽脅迫，海濱雀稗主要是通過(guò)合成可溶性糖等有機(jī)物適應(yīng)鹽脅迫［3］.

多年來(lái)關(guān)于鹽堿脅迫對(duì)植物影響的研究報(bào)道多集中于成體苗的地上器官，對(duì)地下器官生長(zhǎng)和生理影響的研究報(bào)道卻很少.有的研究表明，鹽脅迫對(duì)植物體不同器官的影響因植物種類(lèi)的不同而有差異.如在鹽脅迫下，檳榔莖葉的生物量顯著下降，而根的生物量卻下降不顯著，甚至在低濃度時(shí)顯著增加［4］，而向日葵和紫苑與其相反，根受到的傷害顯著大于莖葉［5］.在鹽脅迫下，作物幼苗生長(zhǎng)是相對(duì)重要的階段，探究鹽脅迫下幼苗生長(zhǎng)的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)鹽化土壤的農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)和利用具有重要意義.

燕麥（Avena sativaL.）是禾本科早熟禾亞科燕麥屬的一年生植物，對(duì)栽培土壤要求不嚴(yán)格，并具有較好的抗鹽堿能力，是干旱、半干旱土壤鹽堿化地區(qū)較為廣泛種植的一種傳統(tǒng)作物.關(guān)于鹽脅迫對(duì)作物苗期生長(zhǎng)狀況的響應(yīng)機(jī)制已有許多研究，但對(duì)燕麥抵御鹽脅迫生理機(jī)制和對(duì)地上與地下器官的適應(yīng)策略鮮見(jiàn)報(bào)道.為此，本文模擬自然條件下不同的鹽脅迫梯度對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響，其目的在于探討NaCl脅迫對(duì)燕麥地上器官和地下器官生長(zhǎng)與生理代謝影響的差異以及燕麥的耐鹽性機(jī)理和適應(yīng)策略.

1 材料與方法

1.1 植物材料與材料培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)材料是由吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院2003年選育的裸燕麥品種“白燕2號(hào)”，千粒重為30.0 g.挑選飽滿均勻的種子在2019年6月3日播種于直徑20 cm盛洗凈細(xì)沙的塑料花盆內(nèi)，置于室外，人工遮雨.出苗后每天17：00時(shí)用霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液透灌一次，并及時(shí)進(jìn)行間苗，每盆定苗20株.

1.2 脅迫條件與處理

用蒸餾水配制48、72、96、120、144 mmol/L不同濃度梯度的NaCl溶液，共模擬5個(gè)不同條件.挑選生長(zhǎng)4周且長(zhǎng)勢(shì)均勻的燕麥苗24盆，分為6組.其中一組為對(duì)照，其余的五組用于脅迫處理，每一處理4次重復(fù).每天16：00～18：00時(shí)用500 mL相應(yīng)的脅迫處理液，分3次透灌，對(duì)照組只用霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液透灌，連續(xù)處理9 d.

1.3 脅變指標(biāo)的調(diào)查與測(cè)定

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的調(diào)查

在最后一次處理后的第二天，分別調(diào)查各處理組燕麥的存活率（n/N，n為存活株數(shù)，N為總株數(shù)）、分蘗數(shù)和株高.之后將每盆燕麥幼苗取出，并用自來(lái)水沖洗再用蒸餾水沖洗干凈，將莖葉與根部分開(kāi)稱(chēng)取鮮重及根長(zhǎng)后，立即將莖葉及根在105℃烘箱內(nèi)殺青15 min，然后在80℃烘箱內(nèi)烘至恒重，稱(chēng)取莖葉和根系的干重.莖葉與根系的含水量由鮮重減去干重算出.

1.3.2 pH值

在最后一次處理后的第二天分別取5 g燕麥幼苗新鮮莖葉和根系，用蒸餾水充分沖洗3次，用濾紙吸干表面水分后再用注射器擠出組織汁液，立即用數(shù)字pH計(jì)（PHSI-4A型）測(cè)定其pH值.

1.3.3 葉綠素含量測(cè)定

稱(chēng)取第9天的燕麥幼苗新鮮葉片0.1～0.15 g，剪碎后放入離心管中.隨后取10 mL葉綠素提取液加入其中，置黑暗處放置2～4 d，直至葉綠素提取完全.然后分別在波長(zhǎng)663、645 nm處測(cè)定OD值，根據(jù)式（1）和式（2）及樣品質(zhì)量計(jì)算色素含量：

1.3.4 有機(jī)溶質(zhì)與無(wú)機(jī)離子的測(cè)定

將每盆燕麥幼苗干樣剪碎混勻后，取0.1 g烘干樣，用10 mL去離子水浸泡，并在水浴鍋中沸水浸提8 h，水浸提液用于測(cè)定莖葉和根系有機(jī)溶質(zhì)及各離子含量.采用原子吸收分光光度計(jì)（TAS-990，Purkinje General，北京）分別測(cè)定Na+、K+和游離Ca2+三種陽(yáng)離子；Cl-、SO2-4、NO3-與有機(jī)酸含量用DX-300離子色譜系統(tǒng)（DIONEX，Sunnyvale，USA）測(cè)定（離子測(cè)定條件：AS4A-SC離子交換柱，CDM-II電導(dǎo)檢測(cè)器；移動(dòng)相為：Na2CO3/NaHCO3=1.7/1.8；有機(jī)酸測(cè)定條件：ICE-AS6分析柱，CDM-II電導(dǎo)檢測(cè)器，AMMS-ICE II干擾抑制器，移動(dòng)相為：0.4 mmol/L全氟丁酸，流速：1.0 mL/min，柱溫：20℃）；H2PO4-采用鉬藍(lán)染色法測(cè)定，脯氨酸含量采用水合茚三酮法進(jìn)行測(cè)定［6］.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 26.0的Two-WayANOVA進(jìn)行不同鹽濃度梯度對(duì)燕麥各種指標(biāo)影響的差異性檢驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響如圖1所示.由圖1（a）可知，不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗的存活率幾乎無(wú)影響，差異不顯著（P＞0.05）.由圖1（b）可知，當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，燕麥分蘗數(shù)最少，且與其他處理組相比，差異性顯著（P＜0.05）.由圖1（c）可知，除對(duì)照組外，其他處理組隨NaCl濃度的增加燕麥幼苗株高大體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，其株高大約是對(duì)照組的9/10；隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗根系長(zhǎng)度呈下降趨勢(shì)，但當(dāng)NaCl濃度為96、120、144 mmol/L時(shí)，燕麥幼苗根系長(zhǎng)度差異不顯著（P＞0.05）.由圖1（d）可知，燕麥幼苗地上部分生物量隨NaCl濃度的增加而呈下降趨勢(shì)，當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，燕麥幼苗地上部分生物量大約是對(duì)照組的1/2；隨NaCl濃度的增大，各處理組燕麥幼苗地下部分生物量呈先上升后下降的趨勢(shì)，差異不顯著（P＞0.05），當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，燕麥幼苗地下部分生物量大約是對(duì)照組的4/5；不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗地上部分生物量的影響大于地下部分.由圖1（e）可知，燕麥幼苗地上部分含水量隨NaCl濃度的增大大體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)NaCl濃度大于48 mmol/L時(shí)，燕麥幼苗地上部分含水量的變化不大，差異不顯著（P＞0.05）：不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗地下部分含水量的影響不顯著（P＞0.05）.

圖1 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.2 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗有機(jī)溶質(zhì)含量的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗有機(jī)溶質(zhì)含量的影響如圖2所示.由圖2（a）可知，當(dāng)NaCl脅迫濃度大于72 mmol/L時(shí)，與對(duì)照組相比，燕麥幼苗地上部分和地下部分的脯氨酸含量隨脅迫濃度的增大均呈明顯增加趨勢(shì)，差異性顯著（P＜0.05）；不同濃度NaCl脅迫對(duì)莖葉脯氨酸含量的影響小于根系.由圖2（b）可知，不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗地上部分和地下部分有機(jī)酸含量均沒(méi)有顯著影響（P＞0.05）.

2.3 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗生理指標(biāo)的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗葉綠素含量的影響如圖3所示.由圖3可知，隨NaCl濃度的增大，燕麥幼苗葉綠素a和葉綠素b的含量大體呈下降趨勢(shì)；當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，燕麥幼苗葉綠素a的含量大約是對(duì)照組的4/5，葉綠素b的含量大約是對(duì)照組的7/10.不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗葉綠素a的影響小于葉綠素b.

圖3 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗葉綠素含量的影響

2.4 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)離子含量的影響

2.4.1 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的影響如圖4所示.由圖4（a）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉和根系的Na+含量均顯著上升（P＜0.01），當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，莖葉Na+的含量為對(duì)照組的7.4倍，根系Na+的含量為對(duì)照組的6.5倍，且根系Na+的含量大于莖葉的含量.由圖4（b）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的K+含量呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.01），當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，莖葉和根系K+的含量約為對(duì)照組的7/10，根系K+的含量小于莖葉.由圖4（c）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉和根系中的Ca2+含量下降且差異顯著（P＜0.01）.由圖4（d）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的Na+和K+的比值顯著增大（P＜0.01），當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，莖葉Na+和K+的比值為對(duì)照組的9.4倍，根系Na+和K+的比值為對(duì)照組的11.2倍，根系Na+和K+的比值大于莖葉.

圖4 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的影響

2.4.2 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陰離子的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陰離子的影響如圖5所示.由圖5（a）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的Cl-含量顯著增加（P＜0.01），當(dāng)NaCl濃度為144 mmol/L時(shí)，莖葉Cl-的含量是對(duì)照組的3.7倍、根系Cl-的含量是對(duì)照組的2.6倍.由圖5（b）可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的SO42-含量大體呈增加趨勢(shì)，當(dāng)NaCl濃度大于72 mmol/L時(shí)，SO42-含量增加顯著，與其他各處理組相比差異顯著（P＜0.01）.由圖5（c）和圖5（d）可知，除對(duì)照組外，其他各處理組隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的H2PO4-、NO3-含量呈下降趨勢(shì).

圖5 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗無(wú)機(jī)陰離子的影響

2.4.3 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗pH值的影響

不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗莖葉組織液和根系組織液pH值的影響如圖6所示.由圖6可知，隨NaCl濃度的增加，燕麥幼苗莖葉與根系的pH值均變化不大，說(shuō)明不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗體內(nèi)的pH值影響不顯著（P＞0.05）.

圖6 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗莖葉和根系組織液pH值的影響

3 討論

3.1 不同濃度NaCl脅迫對(duì)燕麥幼苗的影響

NaCl脅迫作用主要是以Na+為主的離子毒害效應(yīng)和高濃度鹽溶液造成水勢(shì)下降的滲透脅迫帶來(lái)的生理干旱［7］，因植物種類(lèi)及器官的不同對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)程度不同.有的植物將鹽離子隔離在根中或貯存在莖等器官內(nèi)，從而減少對(duì)其他器官的轉(zhuǎn)移和危害，或者通過(guò)特殊的離子通道將鹽離子排出體外，從而使其具有較高耐鹽性.在植物地上及地下器官對(duì)鹽脅迫的耐鹽性比較中，研究結(jié)果各異，莖葉比根敏感的植物如檳榔，根比莖葉敏感的植物如玉米和小麥.在本研究中，NaCl脅迫下燕麥幼苗生長(zhǎng)與生理的反映出現(xiàn)了不同的傾向，即根系的長(zhǎng)度相對(duì)下降幅度大于莖葉長(zhǎng)度相對(duì)下降幅度，尤其是生物量的下降程度小于莖葉，但根系中Na+含量上升幅度比莖葉更高，K+含量下降幅度更大，使根系中Na+與K+的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于莖葉，燕麥幼苗在NaCl脅迫下根系對(duì)Na+起截留保護(hù)作用，但對(duì)鹽堿耐受性強(qiáng)于莖葉，說(shuō)明不同植物各器官的生長(zhǎng)與生理敏感性對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制是不同的.這進(jìn)一步補(bǔ)充了植物耐鹽堿方面研究的成果.

3.2 不同濃度NaCl脅迫下燕麥幼苗的適應(yīng)策略

鹽生植物在鹽脅迫下具有不同的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制和離子平衡調(diào)節(jié)機(jī)制.在鹽脅迫下，主要是無(wú)機(jī)離子參與離子平衡調(diào)節(jié)作用.從本研究結(jié)果得出，在NaCl脅迫下燕麥主要采取大量積累脯氨酸和Cl-的適應(yīng)對(duì)策以抵御滲透脅迫和離子毒害，而與有機(jī)酸無(wú)關(guān).通過(guò)改變地上地下離子的分布來(lái)適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境.Cl-是燕麥適應(yīng)鹽脅迫的根本所在，這一研究結(jié)果與前人進(jìn)行的小麥研究結(jié)果相似.

4 結(jié)論

綜合分析表明，NaCl脅迫下，燕麥不同器官的反應(yīng)機(jī)理有差異，不同濃度NaCl脅迫下燕麥幼苗的適應(yīng)策略不同.通過(guò)積累脯氨酸含量及不同無(wú)機(jī)離子分配適應(yīng)鹽脅迫條件.