秋茄幼苗对盐度—淹水双胁迫的生理适应

谭芳林等

摘 要 采用潮汐自动模拟系统，探讨盐度-淹水交互处理下，秋茄幼苗叶片生理指标（包括超氧化歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、膜透性、游离脯氨酸、可溶性蛋白）的变化特征。结果表明，盐度-淹水胁迫显著影响秋茄幼苗叶片的生理适应特征（p<0.05）。SOD活性、MDA含量及游离脯氨酸含量随盐度升高呈先升后降趋势，POD及CAT活性随盐度升高而持续降低，膜透性及可溶性蛋白含量随盐度升高而升高，短时淹水环境（2～4 h）的SOD活性、游离脯氨酸含量及可溶性蛋白含量高于长时淹水环境（6～8 h）。盐度胁迫的影响效应大于淹水胁迫，水盐胁迫较单一胁迫对秋茄幼苗的伤害更为严重。

关键词 秋茄；盐度；淹水时间；生理适应

中图分类号 Q945.78 文献标识码 A

Abstract In the study， the influences of two hydrological factors（salinity and waterlogging time）on the physiological characters of Kandelia candel in the leaf were studied using the automatic tidal-simulation device in a greenhouse. The contents of physiological characters including superoxide dismutase（SOD）， peroxidase（POD）， catalase（CAT）， MDA， membrane permeability， free proline content and soluble protein content were determined in the salinity and waterlogging treatments. The results showed that salinity-waterlogging had an significant effect on the physiological characters of K. candel in the leaf（p<0.05）. The activities of SOD， MDA content and free proline content initially increased but then decreased with the increase of salinity. POD and CAT kept reducing as salinity increased. Membrane permeability and soluble protein content increased as salinity increased SOD activity， free proline content and soluble protein content in shorter waterlogging environment（inundated for about 2-4 h）were higher than that in longer environment（inundated for about 6-8 h）. The influential effect of salinity was stronger than that of waterlogging. Salinity-waterlogging treatment resulted in more serious harm to K. candel seedlings than each stress along.

Key words Kandelia candel seedlings； Salinity； Waterlogging time； Physiological adaptability

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.11.014

红树林是分布于热带与亚热带海岸潮间带滩涂的木本植物群落[1]，在防风消浪，保滩护堤、净化海水等方面具有重要作用。但由于长期不合理的开发利用，天然红树林已大面积消失和退化，红树林面临着资源枯竭的严重处境。为了更好地保护和恢复红树林资源，红树林人工营造工作亟需加强。大量实践研究表明，盐度及淹水时间是影响红树林造林成活率的主要限制因子[2-3]。开展红树林植物对盐分及淹水环境的适应性研究，将为红树林造林的立地选择提供理论和实践依据。关于淹水胁迫和盐胁迫对红树植物幼苗的影响，前人已做了大量的研究，但研究大都基于单因素胁迫[4-8]，而关于淹水和盐双胁迫的研究较少[3]。自然环境中，淹水胁迫和盐胁迫同时作用于红树植物，双胁迫下红树植物幼苗表现出的耐盐性与耐淹性可能与单因素胁迫不一。因此，研究盐度和淹水时间双胁迫对红树植物秋茄（Kandelia candel）的影响，探讨红树植物秋茄对盐度及淹水环境的生理适应，为中国东南沿海红树林造林提供理论依据，也为划定不同红树植物的宜林界限提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

秋茄胚轴于2011年 5月19日采自漳江口红树林国家级自然保护区天然秋茄林分，从中选取无病虫害、发育良好、成熟度相近，平均长（20.60±1.32）cm的胚轴开展试验；培养基质取自漳江口淤泥质滩涂，淤泥的理化性质基本一致。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验在福建省林业科学研究院潮汐模拟实验室中进行。该实验室有32个独立的模拟单元，每个单元由上下两部分组成，上部为全透明的培养槽，规格：1 m×1 m×1 m，培养槽的底部填充淤泥，厚30 cm，下部为储水槽，槽内的水可调配成不同的盐度。通过自动化控制系统，可实现对每个单元分别模拟涨潮和落潮过程。所有单元置于京鹏自动控制玻璃温室内（型号：LB64S4）。试验期间，温室始终保持通风状态，但当室温超过36 ℃时，系统自动对其进行降温，尽量与自然状态一致。本次试验设置7‰、21‰、35‰ 3个盐度水平；在不同盐度条件下，设置每个半日潮苗木完全被淹没的时间分别为2、4、6、8 h，4个水平，共12个处理，选取24个模拟单元，设置2组重复，每个处理126株，即每个单元设3个重复，每处理6个重复，每重复21株。每个单元内人工配置的海水（用速溶海盐与自来水配制而成，以模拟海水的盐分组成）每周更换1次，每天补充适量自来水以保持盐度稳定。试验时间为2011年5～9月。试验结束后，取秋茄中上部无损伤成熟叶进行各项生理指标的测定。

1.2.2 测定方法 生理指标测定方法参考相关文献进行[9-10]。采用氮蓝四唑（NBT）比色法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性；硫代巴比妥酸法测定叶片丙二醛（MDA）含量；考马斯亮蓝G-250染料法测定可溶性蛋白质含量；酸性茚三酮法测定游离脯氨酸含量；电导法测定质膜透性。

1.3 数据统计与分析

试验数据均为3次重复；采用DPS7.05及Excel 2003软件进行数据统计分析，其中方差分析采用双因素方差分析（2-way ANOVA），多重比较采用最小显著差异法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 盐度-淹水胁迫对秋茄幼苗叶片抗氧化酶类活性的影响

图1表明，盐度-淹水胁迫对秋茄幼苗叶片抗氧化酶类活性有显著交互作用（p<0.05），盐度胁迫对SOD活性、POD活性及CAT活性影响显著（p<0.05）。

交互胁迫下秋茄幼苗叶片的SOD活性（图1-A）显示，盐度-淹水胁迫组合中以盐度21‰-淹水时间4 h的SOD活性最高，而盐度21‰-淹水时间6 h的SOD活性最低，且二者显著差异于其他组合处理（p<0.05）；淹水时间<4 h时，叶片SOD活性随盐度升高先升高后降低，盐度35‰-淹水2 h胁迫组的SOD活性下降47.26%，较盐度35‰-淹水4 h胁迫组的29.58%高；淹水时间介于6～8 h时，叶片SOD活性则呈先下降后上升的趋势，盐度21‰胁迫组的SOD活性最低。短时淹水环境（2～4 h）下的SOD活性显著高于长时淹水环境（6～8 h）。淹水胁迫下，盐度7‰处理组的叶片SOD活性随淹水时间增加呈先减后增再降趋势，而盐度21‰及35‰处理组的响应趋势正好相反。

秋茄幼苗叶片POD活性对水盐胁迫的响应（图1-B）显示，叶片POD活性随盐度的升高而下降；随水淹时间增加呈先增后减趋势，水淹时间为8 h时，POD活性反而下降，长时淹水环境（6～8 h）下的POD活性较短时淹水环境（2～4 h）高。

秋茄幼苗叶片CAT活性对水盐胁迫的响应（图1-C）显示，随盐度的升高，叶片CAT活性下降；CAT活性随淹水时间增加呈先减后增趋势，其中盐度21‰及35‰处理组的叶片CAT活性在淹水胁迫间的最低值均位于6 h；CAT活性在淹水时间间的差异较盐度小，且与SOD、POD相比，CAT受淹水胁迫的影响效应也较小。

总体看来，水盐双胁迫对秋茄幼苗叶片SOD活性的影响较为复杂，POD与CAT活性对水盐胁迫的响应趋势相近。

2.2 盐度-淹水胁迫对秋茄幼苗叶片膜脂过氧化的影响

从图2可以看出，盐度胁迫、淹水胁迫及盐度-淹水交互胁迫对秋茄幼苗叶片MDA含量的影响作用显著（p<0.05）；盐度35‰处理组叶片MDA含量随淹水时间增加呈先减后增再降趋势，但其受淹水胁迫影响不显著（p>0.05），变化趋势与SOD酶活性相反；盐度21‰处理随淹水时间增加，呈先增后减趋势，该趋势与POD酶及CAT酶活性正好相反；盐度7‰处理随淹水时间增加，呈先减后增再降趋势，该趋势与SOD酶活性相似；淹水胁迫介于2～6 h时，盐度7‰与35‰处理间差异不显著（p>0.05），淹水胁迫8 h，叶片MDA含量随盐度升高而升高。

图3表明，秋茄幼苗叶片质膜透性受盐度胁迫及盐度-淹水胁迫的影响作用显著（p<0.05），而受淹水胁迫影响不显著（p>0.05）；随盐度升高，秋茄幼苗叶片质膜透性显著升高（p<0.05）；盐度7‰处理组叶片质膜透性受淹水时间影响不显著（p>0.05），盐度21‰及35‰处理叶片质膜透性受淹水时间影响显著（p<0.05）。与盐度7‰处理组相比，盐度35‰组的叶片质膜透性显著增加（p<0.05），其中，淹水8 h的剧增情况最显著，增加4.3倍。

2.3 盐度-淹水胁迫对秋茄幼苗叶片渗透调节物质的影响

图4表明，盐度胁迫、淹水胁迫及盐度-淹水交互胁迫对秋茄幼苗叶片游离脯氨酸（FPRO）的影响作用显著（p<0.05）；轻度盐度胁迫（盐度7‰），FPRO随淹水时间增加而升高，中度盐度胁迫（盐度21‰），则相反，呈现随淹水时间增加而降低的趋势，重度盐度胁迫（盐度35‰），随淹水时间增加呈先增后减趋势。各淹水处理组内，叶片FPRO含量随盐度的变化趋势不一，淹水时间<6 h时，盐度7‰处理组的FPRO含量均最低，淹水时间8 h时，盐度7‰处理组的FPRO含量反而最大。低盐胁迫（盐度7‰）下，短时间淹水环境叶片FPRO含量低于长时间淹水环境，中重度盐度胁迫下叶片FPRO含量对淹水环境的响应趋势相反。

图5显示，盐度-淹水胁迫对秋茄幼苗叶片可溶性蛋白含量的交互影响作用显著（p<0.05）；秋茄幼苗叶片可溶性蛋白含量在盐度胁迫间差异不显著（p>0.05）；而在淹水胁迫间差异显著（p<0.05）；淹水时间介于2～4 h，可溶性蛋白含量随盐度升高而升高，淹水8 h，则呈相反趋势，随盐度升高而降低。盐度7‰处理组的可溶性蛋白含量，在淹水2～4 h间差异不显著（p>0.05），淹水8 h可溶性蛋白含量突增；中重度盐度处理组，短时间淹水环境（2～4 h）叶片可溶性蛋白含量高于长时间淹水环境6～8 h。

2.4 盐度、淹水时间对秋茄幼苗生理适应指标的通径分析

盐度、淹水时间对秋茄幼苗生理适应指标的直接通径系数（表1）显示：总体上盐度因素对秋茄幼苗叶片的POD、CAT、膜透性及游离脯氨酸的影响大于淹水时间，淹水时间对SOD、MDA及可溶性蛋白的影响大于盐度因素；盐度对秋茄幼苗叶片膜透性的直接影响力最大，对可溶性蛋白的影响力最小；淹水时间对POD的影响力最大，而对CAT的影响最小；膜保护系统中POD及CAT受盐度影响较大，SOD受盐度影响较小，盐度胁迫的加入，与淹水胁迫发生拮抗作用，会缓解淹水胁迫对SOD的伤害；就CAT而言，淹水胁迫的加入，虽与盐度胁迫发生拮抗作用，但难以缓解盐度对CAT的伤害；MDA含量受水盐胁迫的影响力较小，且负影响力大于正影响力；盐度及淹水时间二者对膜透性的影响均为正影响，表现为协同作用。

3 讨论与结论

3.1 盐度-淹水胁迫下秋茄幼苗过氧化物酶类活性的响应

SOD、POD及CAT是植物适应多种逆境胁迫的重要保护酶类。低强度胁迫下，过氧化物酶类活性随胁迫程度增加而升高，当胁迫超出其耐受范围，胁迫程度越高，酶活性越低[11-12]。逆境胁迫下，SOD处于抵御活性氧伤害的“第一道防线”[13]，SOD催化超氧化物向H2O2和O2转变，H2O2则被POD、CAT等分解[14]。本研究中，秋茄幼苗叶片保护酶SOD、POD、CAT对水盐胁迫的响应趋势表现不一，SOD平均活性随盐度升高呈先增后降趋势，而POD及CAT随盐度升高均持续降低，说明水盐双胁迫下，膜保护系统的功能下降，低强度胁迫下秋茄幼苗通过提高抗氧化酶类活性来对抗逆境，后期胁迫增强，胁迫超出其耐受范围，秋茄对抗逆境的能力下降，抗氧化酶活性降低。廖宝文等[8]采用了12个淹水梯度，总体显示随淹水时间延长，秋茄幼苗叶片的SOD活性上升，结论与本研究结果不一致，可能由于其试验仅考虑淹水的单因素胁迫，而本试验综合考虑水盐双胁迫，此外，也可能由于本研究的淹水梯度较少，具体原因还有待后期扩展研究。

3.2 盐度-淹水胁迫下秋茄幼苗的膜脂过氧化作用

MDA是植物逆境和衰老过程中膜脂过氧化的重要产物，其含量在一定程度上反映植物受逆境伤害的程度[12，15]。王文卿等[5]指出单一盐度胁迫下，随盐度升高，秋茄幼苗SOD活性先提高后下降，MDA含量下降，本研究水盐双胁迫下，SOD活性与MDA含量随盐度变化的响应趋势基本一致，均为先升高后下降的趋势，但降幅甚微，MDA升高间接表明细胞质膜受损，后期降低说明秋茄幼苗对水盐胁迫作出了响应，采取积极的自我保护措施，说明水盐双胁迫对秋茄幼苗的伤害更严重；石福臣等[12]显示单一盐度胁迫下，互花米草的SOD活性与MDA变化趋势基本一致，可见较互花米草而言，秋茄的抗盐能力更高；马建华等[6]指出对秋茄而言，低盐降低其MDA含量，高盐却增加其含量，本研究淹水2 h的短时淹水环境中呈现相似的响应趋势，而淹水8 h处理，却呈现明显的随盐度升高，MDA含量升高的趋势，说明水盐双胁迫下，淹水胁迫增加，秋茄幼苗的抗盐能力降低。

膜透性是植物环境胁迫抗性之一[16]，其大小是衡量膜结构与功能完整性的可靠指标[17]，水盐双胁迫下，秋茄幼苗叶片的膜透性随胁迫强度的增大而显著升高，与MDA、游离脯氨酸及可溶性蛋白含量相比，膜透性的变幅显剧，可见，膜透性对水盐胁迫更为敏感，该结论与肖用森等[17]及张宜辉等[18]相符。

3.3 盐度-淹水胁迫下秋茄幼苗的渗透调节作用

植物细胞的渗透调节作用是植物适应环境，增强抗逆性的基础，也是植物对盐分和水分胁迫的重要适应手段之一[19]。

游离脯氨酸含量的增加是植物适应逆境胁迫的一种生理生化反应[20]，多数植物在逆境中积累游离脯氨酸[12]，本研究中游离脯氨酸含量随盐度增加呈先升后降趋势，这是植物对逆境胁迫的一种生理适应，说明水盐双胁迫增强，超出其耐受范围，细胞结构和功能遭受伤害，渗透调节能力降低，该结论与覃光球等[20]的单一Cd胁迫一致，廖宝文（2010）[3]未出现降低情况，可能由于其盐度梯度仅至30‰，未超过秋茄幼苗的耐受范围；廖宝文等（2009）[8]指出单一淹水胁迫下，游离脯氨酸含量随淹浸时间延长先降后升，本研究中低盐度处理组（7‰）呈类似响应趋势，而中高盐度处理组，呈持续降低趋势，可能由于廖宝文等（2009）[8]的培养环境为10‰的盐度处理，响应趋势与本研究的低盐胁迫组一致。总体上，水盐双胁迫处理组的游离脯氨酸含量均高于单一淹水胁迫组。本研究的游离脯氨酸累积与膜透性的加大并不完全同步，且随水盐胁迫增强，其含量甚至出现降低的情况，说明水盐双胁迫对细胞完整性造成一定伤害，游离脯氨酸的渗透调节作用相对滞后。

可溶性蛋白是植物的渗透调节剂之一，高盐胁迫使植物细胞中蛋白质的合成代谢增强，增加蛋白质含量，降低细胞的渗透势，提高植物的保水能力[21]。本研究中，秋茄幼苗的平均可溶性蛋白含量，随盐度增加而升高，其中短时间淹水环境（2～4 h）可溶性蛋白含量上升，淹水8 h，可溶性蛋白含量下降，说明短时淹水促进叶蛋白质的合成，参与渗透调节，使植物适应高盐环境[22]，长时淹水抑制蛋白质的合成，易使秋茄遭受盐害。可见，秋茄对短时淹水胁迫能产生一定的适应性和耐性，淹水时间增加适应性降低，该结论与陈鹭真等[7]相符。可溶性蛋白含量在盐度间差异不显著（p<0.05），说明可溶性蛋白含量不是秋茄适应盐胁迫的主要渗透调节物质。

3.4 盐度、淹水时间对秋茄幼苗生理适应的影响

通径系数作为一种因果机理的分析方法，能反映出变量之间相互作用的途径，而且能说明作用的强度。本研究中MDA含量受水盐胁迫的影响力较小，且负影响力大于正影响力，总体上有利于降低MDA含量，抑制膜脂的过氧化作用。膜透性可以直接反映膜伤害程度，是植物抗逆境伤害的直观指标[23]，本研究中膜透性受胁迫环境的影响最大，且盐度及淹水时间二者对其的影响，均为正影响，说明盐度和淹水时间二者对秋茄幼苗膜透性的交互作用为协同作用，协同增加对秋茄幼苗叶片的伤害。

综上所述，我们不难看出，盐度-淹水交互胁迫对秋茄幼苗的伤害更为严重，二者交互增加逆境对细胞结构及新陈代谢的破坏作用。总体上，低强度胁迫（盐度<35‰，淹水2～4 h），秋茄幼苗对水盐胁迫能产生一定的适应性，膜保护系统的功能有所提高或基本保持较高水平，使得各种自由基对生物膜的破坏作用保持在较低水平，很好地保护了细胞的正常功能，保证其正常生长；胁迫增强（盐度35‰，淹水6～8 h）时，膜保护系统的功能下降，体内各种自由基对生物膜地破坏作用加剧，膜脂质过氧化作用明显，致使细胞的正常代谢过程受损，细胞功能逐渐衰弱，秋茄幼苗对水盐胁迫的适应性降低。

参考文献

[1] 王文卿， 王 瑁. 中国红树林[M]. 北京： 科学出版社， 2007： 1.

[2] Satyanarayana B， Idris I F， Mohamad K A， et al. Mangrove species distribution and abundance in relation to local environmental settings： a case-study at Tumpat， Kelantan Delta， east coast of peninsular Malaysia[J]. Botanica Marina， 2010， 53（1）： 79-88.

[3] 廖宝文. 三种红树植物对潮水淹浸与水体盐度适应能力的研究[D]. 北京： 中国林业科学研究院， 2010： 1， 61-80.

[4] 郑文教， 林鹏， 郑逢中， 等. 秋茄幼苗抗盐的生理特性[J]. 厦门大学学报， 1993， 32 （4）： 489-493.

[5] 王文卿， 林 鹏.不同盐胁迫时间下秋茄幼苗叶片膜脂过氧化作用的研究[J]. 海洋学报， 2000， 22（3）： 49-54.

[6] 马建华， 郑海雷， 张春光， 等. 盐度对秋茄和桐花树幼苗蛋白质、 H2O2及脂质过氧化作用的影响[J]. 厦门大学学报（自然科学版）， 2002， 41 （3）： 354-358.

[7] 陈鹭真， 王文卿， 林 鹏. 潮汐淹水时间对秋茄幼苗生长的影响[J]. 海洋学报， 2005， 27（2）： 141-147.

[8] 廖宝文， 邱凤英， 谭凤仪， 等. 红树植物秋茄幼苗对模拟潮汐淹浸时间的适应性研究[J]. 华南农业大学学报， 2009， 30（3）： 49-54.

[9] 张志良， 瞿伟菁. 植物生理学实验指导[M]. 北京： 高等教育出版社， 2004： 121-276.

[10] 邹琦.植物生理学实验指导[M]. 北京： 中国农业出版社， 2003： 159-163.

[11] Lorne K， Kriwoken， Paul H. Exotic species and estuaries： managing Spartina anglica in Tasmania[J]. Ocean and Coastal Management， 2000， 43（7）： 573-584.

[12] 石福臣， 鲍 芳. 盐和温度胁迫对外来中互花米草（Spartina alterniflora）生理生态特性的影响[J]. 生态学报， 2007， 27（7）： 2 733-2 741.

[13] Bowler C， Montagu M V， Inze D. Superoxide dismutase and stress tolerance[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology， 1992， 43： 83-116.

[14] Salin M L. Chloroplasts and mitochondrial mechanisms for protection against oxygen toxicity[J]. Free Rad Res Commun， 1991， 12（13）： 851-858.

[15] Jia H X， Zhao M R， Ma Y. The study on cell lipid over-oxidation injuries and changes of plasmalemma ultrastructure in typical saline plants[J]. Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica， 1994， 14（6）： 1-5.

[16] 昝启杰， 王勇军， 廖宝文， 等. 秋茄种源引种深圳湾后幼苗生理生态研究[J]. 生态学报， 2001， 21（10）： 1 662-1 669.

[17] 肖用森， 王正直， 郭绍川. 渗透胁迫下稻苗中游离脯氨酸累积与膜脂过氧化的关系[J]. 武汉植物学研究， 1996， 14（4）： 334-340.

[18] 张宜辉， 王文卿， 林 鹏. 短时间和长时间盐度对木榄幼苗生长及叶片膜脂过氧化作用的研究[J]. 水生生物学报， 2004， 28（2）： 186-190.

[19] 张海燕. 盐分和水分胁迫对盐地碱蓬幼苗渗透调节效应的研究[J]. 植物学报， 1998， 40（1）： 56-61.

[20] 覃光球， 严重玲， 韦莉莉. 秋茄幼苗叶片单宁、 可溶性糖和脯氨酸含量对Cd胁迫的响应[J]. 生态学报， 2006， 26（10）： 3 366-3 371.

[21] 肖强， 郑海雷， 陈 瑶， 等. 盐度对互花米草生长及脯氨酸、 可溶性糖和蛋白质含量的影响[J]. 生态学杂志， 2005， 24（4）： 373-376.

[22] 方志红， 董宽虎. NaCl胁迫对碱蒿可溶性糖和不溶性蛋白含量的影响[J]. 中国农学通报， 2010， 26（16）： 147-149.

[23] 侯 雨， 瞿淑美， 王晓萍. 低温和常温条件下莎稗磷胁迫对铁皇冠生理特性的影响[J]. 中国农学通报， 2012， 28（24）： 52-56.