钠复合肥提高多浆旱生植物霸王幼苗生长及抗旱性

周向睿，岳利军，王锁民＊

（1．兰州大学草地农业科技学院 草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州730020；2．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 兰州730070）

霸王（Zygophyllumxanthoxylum）属蒺藜科，是多浆强旱生灌木［1］，分布于我国西北地区荒漠、草原化荒漠及荒漠化草原地带，是荒漠灌丛植被的主要优势种和建群种之一，在维系生态平衡、保持生物多样性方面发挥着巨大的作用［2－4］。

研究表明，霸王、梭梭（Halaxylonammodendron）等多浆旱生植物通过根吸收大量Na＋，然后将其运输到叶或同化枝，并区域化进液泡作为渗透调节物质来进行渗透调节，因此，多浆旱生植物适应干旱环境的最有效策略是积累Na＋［5］。进一步分析表明，外源加入50mmol／L NaCl后，干旱胁迫下Na＋在霸王叶渗透调节中的贡献从13%提高到了28%，同时，提高了霸王的光合能力，增强了叶中SOD和CAT酶的活性，从而促进了霸王的生长并提高植株的抗胁迫能力［6－10］。根据以上研究，王锁民等［11］研制出一种显著促进荒漠植物生长、提高其抗旱性的钠复合肥。研究表明，钠复合肥能显著促进白刺（Nitrariatangutorum）、梭梭的成活率及抗旱性［12－14］。鉴于此，本研究以荒漠植物霸王为材料，探讨了钠复合肥在多浆旱生植物抗旱性方面的作用，以期为钠复合肥的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试土壤

供试土壤采自内蒙古阿拉善左旗孪井滩荒漠土，土壤pH值为7．5，基本化学性状见表1。

表1 供试土壤基本化学性状Table 1 Soil chemical properties for the experimentsμmol／g干土 Dry soil

1．2 实验材料及材料培养

霸王种子采自内蒙古阿拉善左旗孪井滩。挑选籽粒饱满的霸王种子，用75%乙醇浸泡1min，然后用蒸馏水冲洗3次，再用蒸馏水浸泡24h，催芽。待发芽后，移栽到盛有10kg土壤的花盆中（高22cm、内径28cm）。培养室的昼夜温度为（28±2）℃／（23±2）℃，光照16h／d，光强度约为600μmol／（m2·s），相对湿度60%～80%。土壤含水量保持在最大持水量的70%。

1．3 材料处理

幼苗生长4周后，进行以下3个处理：对照（不施肥）、磷酸二铵肥（与钠复合肥含等量的N和P）以及钠复合肥，钠复合肥现已获国家发明专利［11］。3个处理在正常生长4周后停止浇水，让其自然干旱。直到对照植株出现萎蔫现象（2周）后，测定相关指标，每个处理取6个重复。

1．4 测定指标与方法

组织含水量的测定：按（FW－DW）／DW计算，FW为鲜重，DW为干重。植物中Na＋、K＋含量的测定：将烘至恒重的植物根、茎、叶干样捣碎后放入20mL试管中，加入100mmol／L的冰乙酸10mL。然后密封试管，置于90℃沸水中水浴2h，冷却，过滤，稀释适当倍数后，在火焰光度计（2655－00）上测定离子含量［15］。

丙二醛（MDA）的测定：参考Peever和Higgins［16］的方法，用硫代巴比妥酸（TBA）法提取。质膜透性的测定：参考Gibon等［17］的方法，用DDS－ⅡA型电导率仪测定。

相对有机干重的测定：参考Khan等［18］的方法。取植物同一部位的叶片，快速用水洗去表面灰尘，吸水纸吸干后放入105℃的烘箱中杀青10min，之后在80℃下烘干至恒重，称其干重。然后放入坩埚中置于马富氏炉中在550℃下烘2h，灰化后称灰分的重量。相对有机干重（%）＝［（干重－灰分重量）／干重］×100%。

光合指标的测定：用Li－6400便携式光合作用测定系统测定光合速率；用PAM2100叶绿素荧光仪进行测定PSⅡ原初光能转换效率（Pv／Pm）、电子传递速率（ETR）和量子产额。

稳定碳同位素（δ13C）的测定：将各处理叶样放入烘箱中，105℃杀青30min，70℃下烘干至恒重（约72h），研磨过筛，经高温燃烧成CO2，用 MAT－251型质谱仪测定样品的13C／12C，并根据以下公式计算δ13C：δ13C ＝（Rp－Rs）／Rs，式中Rp、Rs分别表示植物组织样品和标准化石PDB的13C／12C。

1．5 数据处理

用Excel制图，用SPSS 16．0软件进行统计分析，采用单因素方差分析比较不同处理间各项指标的差异。

2 结果与分析

2．1 干旱胁迫下钠复合肥对霸王生物量的影响

施磷酸二铵后，与对照相比，霸王幼苗叶面积、相对有机干重、株高、叶片干重和组织含水量分别增加了41%，3%，30%（表2），14%（图1）和190%（图1）。而与对照和磷酸二铵处理相比，施钠复合肥后霸王幼苗叶面积分别增加了97%和40%，叶相对有机干重增加了10%和7%，株高增加了30%和12%（表2），叶干重增加了57%和38%（图1），含水量增加了347%和55%（图1）。由此可见，在干旱胁迫下，磷酸二铵和钠复合肥对霸王生长均有促进作用，但钠复合肥的效果比磷酸二铵更好。

表2 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗叶面积、叶相对有机干重及株高的影响Table 2 Effects of Na compound fertilizer on leaf area，leaf relative organic weight and plant height in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

图1 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗干重及组织含水量的影响Fig．1 Effects of Na compound fertilizer on dry weight and tissue water content in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

2．2 干旱胁迫下钠复合肥对霸王细胞膜受损程度的影响

在干旱胁迫下，与对照相比磷酸二铵处理植株叶MDA含量和相对质膜透性分别下降了48%和32%。而与对照和磷酸二铵处理相比，施钠复合肥后霸王幼苗叶MDA含量显著下降了58%和18%（图2），相对质膜透性下降了50%和26%（图2）。可见，钠复合肥比磷酸二铵更能减轻干旱胁迫对霸王细胞膜的伤害程度。

图2 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗叶MDA含量和相对质膜透性的影响Fig．2 Effects of Na compound fertilizer on leaf MDA content and relative plasma membrane permeability in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

2．3 干旱胁迫下钠复合肥对霸王体内Na＋、K＋浓度的影响

磷酸二铵处理与对照相比，霸王体内Na＋浓度差异不显著（图3）。而在钠复合肥处理下，霸王体内则积累了更多的Na＋。与对照相比，施钠复合肥后霸王幼苗根、茎和叶中Na＋浓度分别增加了67%，95%和75%（图3）；同时，K＋浓度则下降了50%，32%和55%（图3）。

2．4 干旱胁迫下钠复合肥对霸王光合作用的影响

由表3可知，在干旱胁迫下，磷酸二铵和钠复合肥处理下霸王幼苗的Pn、Fv／Fm、ETR以及量子产额均显著增加。与对照相比，磷酸二铵处理植株分别增加了100%，3%，8%和8%；而与对照和磷酸二铵处理相比，施钠复合肥后植株的Pn分别增加了145%和24%，Fv／Fm增加了6%和4%，ETR增加了16%和8%，量子产额增加了14%和5%。这些结果表明，钠复合肥比磷酸二铵更能增强霸王的光合作用，从而促进其生长来提高抗旱能力。

2．5 干旱胁迫下钠复合肥对霸王水分利用效率的影响

植物叶片δ13C的值可以反映水分利用效率。与对照相比，钠复合肥处理植株叶片δ13C的值增加了4%（图4）。这说明在干旱胁迫下，施钠复合肥能够提高霸王的水分利用效率。

图3 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗Na＋和K＋浓度的影响Fig．3 Effects of Na compound fertilizer on Na＋ and K＋ concentrations in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

表3 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗光合作用的影响Table 3 Effects of Na compound fertilizer on photosynthesis in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

3 讨论

图4 干旱胁迫下钠复合肥对霸王幼苗叶片δ13C的影响Fig．4 Effects of Na compound fertilizer onδ13C in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

3．1 钠复合肥减轻了干旱胁迫对霸王细胞膜的伤害

干旱胁迫会引起活性氧的大量积累，导致膜脂过氧化产生丙二醛，从而破坏植物的细胞膜，抑制植物生长［19］。在本研究中，对照植株叶MDA含量和相对质膜透性最高，磷酸二铵处理次之，钠复合肥处理植株最低（图2），说明磷酸二铵和钠复合肥均能缓解干旱胁迫对霸王细胞膜造成的伤害，但钠复合肥的效果更好。有研究表明，植物是通过过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）来避免活性氧的伤害［20］。蔡 建 一 等［8］发现，在 渗 透 胁迫下，50 mmol／L NaCl能够显著提高霸王体内CAT和SOD的活性。由此表明Na＋能够减轻干旱所引起的细胞膜的伤害。由于本实验中磷酸二铵和钠复合肥处理中氮磷含量相当，因此，二者之间的差异是由钠复合肥中的Na＋引起的。

3．2 干旱胁迫下钠复合肥增强了霸王的光合能力

与对照相比，干旱胁迫下磷酸二铵和钠复合肥促进了霸王的生长，株高、有机干重、干重等均显著增加，但钠复合肥的促进作用更大（表2和图1）。进一步分析钠复合肥对霸王光合作用的影响表明，与对照和磷酸二铵处理相比，施钠复合肥显著促进了霸王的Pn、Fv／Fm、ETR以及量子产额（表3）。这可能是由于霸王体内积累了更多的Na＋（图3）。Wang等［5］研究表明，霸王、梭梭等多浆旱生植物能够吸收大量的Na＋，并通过液泡膜Na＋／H＋逆向转运蛋白（NHX）将其区域化进液泡中以适应干旱环境［21－22］。另外，马清等［7］研究表明，在水分胁迫下，50mmol／L NaCl能够显著促进霸王的叶面积、Pn和气孔导度，同时，PSⅡ的潜在光合活性（Fv／Fo）、Fv／Fm、ETR、叶绿素含量以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）活性均显著增加。

3．3 干旱胁迫下钠复合肥提高了霸王的水分利用效率

研究表明，植物叶片δ13C的值能够反映其水分利用效率［23－24］，二者呈正相关关系［25－26］。本研究结果表明，与对照相比，在施钠复合肥后霸王叶片δ13C的值显著增加（图4）。可见，钠复合肥能够促进干旱胁迫下霸王的水分利用效率。研究表明，干旱胁迫下，50mmol／L NaCl使霸王叶中的Na＋增加了2．3倍，Na＋相应地在植株渗透调节中的贡献从13%提高到了28%，同时霸王植株的水分状况明显改善［9］。蔡建一等［8］研究表明在重度水分胁迫（－1．5MPa）下，外源加入50mmol／L NaCl能够使霸王水分利用效率增加1倍。由此可见，通过吸收Na＋来进行渗透调节，是钠复合肥提高霸王水分利用效率的重要原因。

4 结论

钠复合肥与对照和磷酸二铵相比显著缓解了干旱胁迫对霸王幼苗的氧化伤害。同时，钠复合肥比磷酸二铵更能促进霸王幼苗的光合能力，从而提高其生物量。另外，钠复合肥提高了霸王在干旱胁迫下的水分利用效率。综上所述，钠复合肥在增强霸王抗旱性中起到了重要作用。

［1］Dong X J，Zhang X S．Some observations of the adaptations of sandy shrubs to the arid environment in the Mu Us sandland：leaf water relations and anatomic features［J］．Journal of Arid Environments，2001，48（1）：41－48．

［2］刘桂香，任志弼．阿拉善荒漠区几种主要植物饲用价值的探讨［J］．中国草地，1990，5：31－34．

［3］李毅，徐世健，冯虎元，等．蒙古沙冬青和霸王种子超干保存效果的研究［J］．中国沙漠，2007，27（4）：578－583．

［4］赵一之，朱宗元．亚洲中部荒漠区的植物特有属［J］．云南植物研究，2003，25（2）：113－121．

［5］Wang S M，Wan C G，Wang Y R，etal．The characteristics of Na＋，K＋and free proline distribution in several drought resistant plants of the Alxa Desert，China［J］．Journal of Arid Environments，2004，56（3）：525－539．

［6］李三相，周向睿，王锁民．Na＋在植物中的有益作用［J］．中国沙漠，2008，28（3）：485－490．

［7］马清，楼洁琼，王锁民．Na＋对渗透胁迫下霸王幼苗光合特性的影响［J］．草业学报，2010，19（3）：198－203．

［8］蔡建一，马清，周向睿，等．Na＋在霸王适应渗透胁迫中的生理作用［J］．草业学报，2011，20（1）：89－95．

［9］Ma Q，Yue L J，Zhang J L，etal．Sodium chloride improves photosynthesis and water status in the succulent xerophyteZygophyllumxanthoxylum［J］．Tree Physiology，2011，32（1）：4－13．

［10］Yue L J，Li S X，Ma Q，etal．NaCl stimulates growth and alleviates water stress in the xerophyteZygophyllumxanthoxylum［J］．Journal of Arid Environments，2012，87：153－160．

［11］王锁民，周向睿，岳利军．钠复合肥及其应用和施用方法［P］：中国，ZL200710018840．0．2011－03－16．

［12］段娇娇，康建军，于健龙，等．钠复合肥培育白刺强旱生植株的研究［J］．草业科学，2011，28（6）：1019－1024．

［13］康建军，王锁民，赵明，等．苗期施用钠复合肥增强梭梭抗逆性的初步研究［J］．草业学报，2011，20（2）：127－133．

［14］徐建华，于健龙，伍国强，等．钠复合肥增强荒漠区梭梭抗旱性的研究［J］．草业科学，2011，28（6）：1025－1029．

［15］Flowers T J，Hajibagheri M A．Salinity tolerance inHordeumvulgare：ion concentrations in root cells of cultivars differing in salt tolerance［J］．Plant and Soil，2001，231（1）：1－9．

［16］Peever T L，Higgins V J．Electrolyte leakage，lipoxygenase，and lipid peroxidation induced in tomato leaf tissue by specific and non specific elicitors fromCladosporiumfluvum［J］．Plant Physiology，1989，90（3）：867－875．

［17］Gibon Y M，Bessieres M A，Larher F．Is glycine betaine a non－compatible solute in higher plants that do not accumulate it？［J］．Plant Cell and Environment，1997，20（3）：329－340．

［18］Khan M A，Ungar I A，Showalter A M．The effect of salinity on the growth，water status，and ion content of a leaf succulent perennial halophyte，Suaedafruticosa（L．）Forssk［J］．Journal of Arid Environments，2000，45（1）：73－84．

［19］霍红，张勇，陈年来，等．干旱胁迫下五种荒漠灌木苗期的生理响应和抗旱评价［J］．干旱区资源与环境，2011，25（1）：185－189．

［20］Lin J N，Kao C H．Water stress，ammonium and leaf senescence in detached rice leaves［J］．Plant Growth Regulation，1998，25（3）：165－169．

［21］Blumwald E，Aharon G S，Apse M P．Sodium transport in plant cells［J］．Biochimicaet Biophysica Acta，2000，1465（1－2）：140－151．

［22］Wu G Q，Xi J J，Wang Q，etal．TheZxNHXgene encoding tonoplast Na＋／H＋antiporter from the xerophyteZygophyllumxanthoxylumplays important roles in response to salt and drought［J］．Journal of Plant Physiology，2011，168（8）：758－767．

［23］Farquhar G D，Rechards R A．Isotopic composition of plant carbon correlates with water－use efficiency of wheat genotypes［J］．Australian Journal of Plant Physiology，1984，11（6）：539－552．

［24］Lajtha K K，Michener R H．Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science［M］．London：Blackwell Scientific Publications，1994：1－5．

［25］Knight J D，Livingston N J，Vankessel C．Carbon isotope discrimination and water－use efficiency of six crops grown under wet and dry land conditions［J］．Plant，Cell and Environment，1994，17（2）：173－179．

［26］Sun Z J，Livingston N J，Guy R D，etal．Stable carbon isotopes as indicators of increased water use efficiency and productivity in white spruce（Piceaglauca（Moench）Voss）seedlings［J］．Plant，Cell and Environment，1996，19（7）：887－894．