盐分胁迫对5种园林灌木生理生化指标的影响

赵红洋，陈 莉

（1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070；2.西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730020）

盐碱土是陆地上分布广泛的一种土壤类型，全世界约有1/3盐渍化土壤，目前我国有2 22 000多万hm2盐荒地和666.7万hm2盐渍化土壤，约占全国可耕地面积的25%，是国内一项巨大的土壤资源。盐碱土严重制约着农业生产和城市绿化，是影响生态环境的重要因素之一。大部分植物在土壤含盐量0.3%便受到危害，大于0.5%时即不能生长［1］。植物在盐分的胁迫下，会产生一些生理生化变化以适应不良环境。叶绿素和类胡萝卜素的含量下降，脯氨酸含量上升，蛋白质表达改变，盐胁迫蛋白合成的种类和数量增多，保护性酶活性降低，丙二醛、超氧阴离子自由基和细胞膜相对透性在盐分胁迫下，大多呈上升趋势。通过对盐胁迫下大花六道木、滨柃、花叶胡颓子、伞房决明和迷迭香5种园林灌木生理生化指标的测定和分析，研究其对盐分胁迫的适应机制和高盐对植物造成的伤害，为在土地盐碱化的沿海地区引种以上植物提供一定的理论指导。

1 材料和方法

1.1 材料

供试5种材料见表1。

1.2 试验方法

2010年2月将供试5种园林灌木的幼苗带原土移栽到口径25cm的硬塑料容器。3月将容器苗移入长、宽分别为7.0m、2.0m，深度为0.8m的试验池中。3月26号池中放入30cm深度的盐水，盛苗容器底部由空容器支撑，保持底部3cm浸在盐水。在4个试验池中设4个盐浓度梯度，分别为0（ck）、1‰、3‰、5‰。为了使盐分组成更接近于崇明滨海盐土的实际情况，试验按 NaCl、Na2SO4、NaHCO3分别占85.0%、14.7%和0.3%的比例配制［2］。每处理6个重复。人工控制水分和盐分，定期对盆内土壤及试验池内盐溶液进行含盐量测定，适时调整以确保盆内土壤含盐量。耐盐试验从3月26日开始，4月20日采样测定下列各指标：采用丙酮乙醇等量混合液法［9］对叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、叶绿素（Chla＋b）和类胡萝卜素（Car）含量进行测定；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性测定见参考文献［10］；脯氨酸（Pro）、可溶性糖和可溶性蛋白质含量测定见参考文献［11］；超氧阴离子自由基的测定见参考文献［12］；硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量（MDA）［10］，DDS－307电导率仪测定膜相对透性［12］。

表1 5种供试园林灌木Table 1 List of the tested plants

2 结果与分析

2.1 盐分胁迫对5种园林灌木叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

5种园林灌木叶绿素含量变化趋势除大花六道木在重度盐分胁迫时略有回升外，其余4种园林灌木的叶绿素含量都随盐分胁迫而不断下降，且处理之间差异较大。5种园林灌木叶绿素含量的平均变化率分别为28.8%、33.3%、34.0%、23.5%、21.2%（图1）。与对照相比，重度盐分胁迫下，大花六道木、花叶胡颓子、伞房决明、迷迭香、滨柃含量下降的幅度分别为31%、54%、56%、37%、34%（表2）。随着盐分胁迫程度的加深，树种的耐盐性越强，叶绿素含量的变化幅度越小［12］。大花六道木、滨柃和迷迭香的叶绿素含量的变化幅度、变化率均较小，说明3种园林灌木有较强的适应盐分环境的能力，耐盐能力较强。

轻度盐分胁迫下，大花六道木、迷迭香、滨柃的类胡萝卜素含量上升，其他树种则持续下降（表2）。中度和重度盐分下，除滨柃外，其余园林灌木的类胡萝卜素含量有明显下降（表2）。

图1 盐分胁迫5种园林灌木叶绿素的变化率Table 1 Variation of chlorophyll content under salt stress

类胡萝卜素在轻度盐分胁迫下含量上升，可能是对轻度盐分胁迫的一种适应，目的是起到光保护作用［13］。在严重盐分胁迫下，5种园林灌木的类胡萝卜素含量明显下降，可能此时自由基积累超过了抗氧化剂的清除能力，从而使细胞受到损伤［14］。

迷迭香、滨柃的类胡萝卜素含量下降幅度较小，表明这2个灌木清除活性氧自由基的能力和保护光合系统免受光动力氧化作用破坏的能力较强。

表2 盐分胁迫5种园林灌木叶绿素含量的变化Table 2 Variation of chloroplasts pigment contents under salt stress mg·g－1 FW

2.2 盐分胁迫对保护酶活性的影响

在轻度盐分胁迫下，除花叶胡颓子的SOD酶活性呈下降趋势外（图2），其余园林灌木均为上升趋势。中度胁迫下5种园林灌木的SOD活性均呈现升高趋势。重度盐分胁迫下均表现出下降的趋势，但比对照仍有较大提高，5种园林灌木的升高量分别为滨柃258%、迷迭香178%、伞房决明133%、花叶胡颓子70%和大花六道木164%。

重度盐分胁迫下，POD活性均比ck有所升高，但升高的程度有所不同，分别为大花六道木44%、花叶胡颓子75%、伞房决明58%、迷迭香43%、滨柃184%（图3）。表明POD活性在盐分胁迫下稳定升高，从而增强对H2O2的分解，减少对植株的危害，增强了植株的抵抗能力。方差分析显示，除滨柃外，其他植物均未达到显著水平。滨柃和大花六道木的POD活性最高值出现在重度盐分胁迫下，而其余3个树种的最高值出现在中度胁迫下。

在轻度和中度盐分胁迫时5种园林灌木的CAT活性均持续升高。在重度盐分胁迫下，5种园林灌木的CAT活性均呈下降趋势。滨柃、迷迭香的下降幅度较大，分别为22.4%、28.0%，大花六道木下降幅度次之，为14.5%，伞房决明、花叶胡颓子下降幅度最小，分别为7.9%、9.4%（图4）。

4种园林灌木的APX活性均呈先升高后降低的趋势，而大花六道木持续升高，APX活性在中度盐分胁迫时达到最高值，以后随着胁迫的加强其活性下降，滨柃和迷迭香的变化幅度较大，伞房决明和花叶胡颓子变化较缓和。虽然滨柃和迷迭香在重度盐分胁迫时APX活性呈现下降的趋势，但仍然高于一直上升的大花六道木，伞房决明和花叶胡颓子的APX活性较弱（图5）。

5种园林灌木按其在重度胁迫下酶活性的差异可分为3类：第1类为花叶胡颓子和伞房决明，其酶活性相对较低，第2类为迷迭香和滨柃，其酶活性相对较高；第3类为大花六道木，其酶活性介于前两类间。因此，迷迭香和滨柃可适应盐分较高的地区，而花叶胡颓子和伞房决明则可在盐分含量相对较低的地区推广。

图3 盐分胁迫5种园林灌木POD活性的变化Fig.3 Variation of POD activity under salt stress

图2 盐分胁迫5种园林灌木SOD活性的变化Fig.2 Variation of SOD activity under salt stress

图4 盐分胁迫5种园林灌木CAT活性的变化Fig.4 Variation of CAT activity under salt stress

图5 盐分胁迫5种园林灌木APX活性的变化Fig.5 Variation of APX activity under salt stress

2.3 盐分胁迫对脯氨酸，可溶性糖，可溶性蛋白质含量的影响

盐分胁迫下5种园林灌木脯氨酸含量上升，与对照相比，差异达到极显著水平（P＜0.01）。在轻度盐分胁迫下，各园林灌木内脯氨酸增加幅度较小，随着盐分胁迫程度的增加，脯氨酸开始大量积累，重度盐胁迫下，脯氨酸含量显著上升，滨柃最大，为对照的6倍，大花六道木最小。脯氨酸含量的大小顺序为滨柃＞迷迭香＞伞房决明＞花叶胡颓子＞大花六道木（图6）。

图6 盐分胁迫5种园林灌木脯氨酸含量的变化Fig.6 Proline content under salt stress

盐分胁迫下脯氨酸的积累在一定程度上反映了植物对盐分胁迫的适应性。综合5种园林灌木的生长指标和形态指标以及成活率，滨柃耐盐性最强，而其积累的脯氨酸量也最多；迷迭香、伞房决明和花叶胡颓子脯氨酸的积累与其耐盐性相适应。大花六道木耐盐性较强，但其脯氨酸积累量却最小。究其原因，可能大花六道木存在其他的渗透调节途径。

随着盐分胁迫程度的增加，大花六道木、滨柃、迷迭香可溶性糖含量均呈递增趋势，其中大花六道木可溶性糖的积累速率最高，滨柃次之，迷迭香最小，说明可溶性糖对大花六道木所起的渗透调节作用最大，与盐分胁迫下大花六道木脯氨酸积累量最少但耐盐性较强相适应；花叶胡颓子、伞房决明在轻、中度盐分胁迫下可溶性糖含量上升，随着盐胁迫程度的进一步增加，可溶性糖含量下降，但仍高于对照，说明在盐分胁迫初期，可溶性糖的增加对花叶胡颓子、伞房决明的渗透调节有重要作用，但随着胁迫的进一步加剧，糖的合成可能受阻，加之糖的纤维化，造成叶片的可溶性糖含量下降（图7）。

图7 盐分胁迫5种园林灌木可溶性糖含量的变化Fig.7 Glucose content under salt stress

随着盐分胁迫程度增加，5种园林灌木的可溶性蛋白含量呈现不同的变化趋势：花叶胡颓子和伞房决明呈下降趋势，大花六道木和迷迭香先上升后下降；在轻、中度盐分胁迫下，可溶性蛋白含量上升，但不明显，重度盐分胁迫下，蛋白质含量显著下降，滨柃呈上升趋势，但变化幅度很小，基本不变（图8），这可能是由于盐分胁迫使脂质过氧化产生了与蛋白质复合体反应并使之失活的有毒物质而抑制蛋白质的合成或膜蛋白在过氧化过程中受到伤害，从而减少蛋白质含量［16，17］。有研究表明，盐分胁迫下可溶性蛋白增加说明这些蛋白在增强植物耐盐性上起重要作用，可溶性蛋白水平的提高有渗透调节和延缓衰老的作用［18，19］。研究还证明，随蛋白含量的增加，其他渗透调节物质如可溶性糖、游离脯氨酸等亦随之增加。这是因为植物的耐盐能力是由基因表达所控制的，表达的最终效应是一系列的生理生化方面的变化。所以可以猜测有新生蛋白存在，这种逆境蛋白的生成有利于增强苗木的耐盐性。

图8 盐分胁5种园林灌木可溶性蛋白含量的变化Fig.8 Soluble protein content under salt stress

图9 盐分胁迫5种园林灌木O2－产生速率的变化Fig.9 Produce rate O2－under salt stress

花叶胡颓子、伞房决明、迷迭香、滨柃和大花六道木5种园林灌木在盐分胁迫下各自的渗透调节机制不同。盐分胁迫下，脯氨酸含量的大小顺序为滨柃＞迷迭香＞伞房决明＞花叶胡颓子＞大花六道木，说明脯氨酸对滨柃和迷迭香所起的渗透调节作用较大，而大花六道木脯氨酸含量的变化对盐分胁迫最不敏感。但盐分胁迫下，大花六道木具有最大的可溶性糖含量，因此，推论可溶性糖的积累是大花六道木主要的有机渗透调节机制。大花六道木和迷迭香在轻、中度盐分胁迫下，可溶性蛋白含量上升，说明可溶性蛋白与其耐盐性有一定的相关性，花叶胡颓子和伞房决明在盐分胁迫下，可溶性蛋白含量一直下降，说明可溶性蛋白对其耐盐性作用不大。

试验结果表明，在有机渗透调节物质中，滨柃的脯氨酸和可溶性糖均有较高的含量，而其可溶性蛋白含量也比较稳定，因此，认为其具有较好的自我调节能力，具有较高的耐盐性。大花六道木以可溶性糖和可溶性蛋白为主，耐盐性也较强。而花叶胡颓子和伞房决明3种渗透调节物质的含量变化均不显著，耐盐性较小，迷迭香耐盐性稍大于伞房决明和花叶胡颓子。

2.4 盐分胁迫对膜透性和过氧化产物的影响

轻度盐分胁迫下，5种园林灌木的O2－产生速率虽有所上升，但幅度很小，基本上保持不变。中度盐分胁迫下，O2－产生速率增幅有所增加，但增加不大，灌木自身仍可通过保持较高水平的酶活性和渗透调节能力来进行自我调节，减弱盐分胁迫所带来的伤害。重度盐分胁迫下，超氧阴离子自由基产生速率急剧上升，自由基大量积累，严重破坏了灌木的膜系统，膜透性大幅度增加。其中O2－产生速率增幅滨柃最小，为90%，其次为大花六道木95%，花叶胡颓子最大，为475%，伞房决明422.98%和迷迭香146.24%。重度盐分胁迫已对植物产生了极大的伤害。

2.4.1 盐分胁迫对MDA含量的影响 大花六道木、花叶胡颓子、伞房决明、迷迭香随着胁迫强度的增加MDA表现出增加的趋势，与对照相比，增幅最小的是滨柃，为18.71%，其次，大花六道木40.53%，迷迭香、伞房决明和花叶胡颓子分别为42.77%，63.68%和67.65%。MDA与电导率的变化趋势相似，膜透性的增加与膜质过氧化关系密切。在盐分胁迫下，滨柃和大花六道木、迷迭香受到的伤害较小（图10）。

2.4.2 盐分胁迫对质膜相对透性的影响 5种园林灌木在盐分胁迫下膜透性均随着胁迫强度的加剧而呈现增加的趋势（图11）。这说明盐分胁迫对5种园林灌木的细胞膜造成了一定伤害。

与ck方差分析表明，滨柃和大花六道木的膜透性变化不显著（P＞0.05），迷迭香和伞房决明达显著水平（P＜0.05），花叶胡颓子达极显著水平（P＜0.01）。重度盐分胁迫下，花叶胡颓子和伞房决明分别比ck增加200%和183%；迷迭香和大花六道木分别增加160%和100%；滨柃仅为70%。说明盐分胁迫对滨柃膜透性影响不明显，能够较好的适应盐分胁迫条件；其他4种园林灌木均达到了显著和极显著水平，说明盐胁迫对其膜透性影响较大。

2.5 盐分胁迫下各生理生化指标的相关性分析

表3所示SOD、CAT、POD等3种酶的活性与细胞膜透性呈显著或极显著负相关，如滨柃的POD活性与膜透性的负相关系数达到0.910。

图10 盐分胁迫5种园林灌木MDA含量的变化Fig.10 MDA content under salt stress

图11 盐分胁迫5种园林灌木细胞膜相对透性的变化Fig.11 Relative permeability of cell membranes under salt stress

表3 9个生理生化指标和细胞膜透性之间的相关性分析Table 3 Correlation between 9physiological and biochemical indexes and cell membrane permeability

续上表

游离Pro和可溶性糖均与细胞膜透性呈极显著正相关。

可溶性蛋白含量和膜透性呈极显著负相关。许多研究［16］表明，可溶性蛋白含量的增加与电解质外渗率的增大呈显著正相关，但本研究结果表明，可溶性蛋白对细胞的调节作用不大。

膜透性与MDA呈显著或极显著正相关。表明在盐分胁迫下MDA含量的增加与电解质外渗率的增大呈正相关，膜质过氧化过程是造成膜结构与功能破坏的重要因素。

3 小结

（1）盐分胁迫下，5种园林灌木的叶绿素和类胡萝卜素含量在不断的下降，大花六道木、滨柃的下降幅度较小，滨柃叶绿素含量的变化幅度最小。在轻度盐分、中度盐分下Chla/Chlb的比值先升高，后降低。

（2）5种园林灌木的酶活性总的趋势是先升高后下降，大花六道木的酶活性介于各园林灌木之间，迷迭香、滨柃的酶活性较高，花叶胡颓子、伞房决明的酶活性较低。

（3）5种园林灌木的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量变化的趋势大体相似。盐胁迫下脯氨酸含量大幅度升高。大花六道木、迷迭香和滨柃可溶性糖升高；而花叶胡颓子、伞房决明则先升高后降低；可溶性蛋白的含量在盐分胁迫下大多呈下降趋势。

脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质对5种园林灌木所起的渗透调节作用是不同的。可溶性糖的积累是大花六道木的主要渗透调节机制，脯氨酸和可溶性糖的大量增加是滨柃和迷迭香的主要渗透调节机制，这3种内渗透调节物质对于花叶胡颓子和伞房决明的渗透调节作用不太明显。

（4）在盐分胁迫下各园林灌木的MDA、超氧阴离子自由基和细胞膜相对透性，基本呈上升趋势。滨柃、大花六道木、迷迭香的MDA含量、超氧阴离子自由基含量变化幅度较小，细胞膜受伤害程度较小，而花叶胡颓子和伞房决明上升幅度较大，细胞质膜透性较大，受伤害较为严重。

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