NaCl胁迫对盐角草不同阶段生长和水分生理的影响

2017-06-29包灵黄俊华杨文英王锋

山东农业科学 2017年6期

包灵++黄俊华++杨文英++王锋

摘要：采用室内盆栽方法研究了不同浓度NaCl处理对盐角草不同阶段（7、21、42 d）生长和水分生理的影响。结果表明：任一阶段中，随着盐浓度的升高，盐角草鲜重、束缚水含量呈先上升后下降趋势；水势、含水量（占鲜重）呈下降趋势；自由水/束缚水呈先下降后上升趋势。株高在处理7 d时随盐浓度升高而升高，21 d随盐浓度升高先上升后下降，42 d随盐浓度升高而下降。外渗物的量在1周内随盐浓度升高呈先下降后上升趋势，之后随盐浓度的升高而升高。自然饱和亏在短时间内（7 d）随盐浓度升高而下降，21 d时则随盐浓度升高先下降后升高，42 d随盐浓度升高呈现先上升后降低趋势。综上所述，盐角草的生长是需盐的，200～400 mmol/L NaCl浓度对其生长是顺境，无盐或高盐（>400 mmol/L）环境对其生长是逆境。

关键词：NaCl胁迫；盐角草；不同阶段；水分生理

中图分类号：S332.6文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）06-0048-06

AbstractThe effects of different NaCl treatments on the growth and water physiology of Salicornia europaea at different stages （the 7th， 21th， 42th day） were studied by a pot experiment in lab. The results showed that at any stage， with the increase of NaCl concentration， the fresh weight and bound water content of S. europaea firstly increased and then decreased； the water potential and water content （FW） presented decrease trends； the free water/bound water decreased at first and then increased. With the increase of NaCl concentration， the plant height increased at the 7th day， rose firstly and then reduced at the 21th day， while declined gradually at the 42th day. The amount of extravasation reduced firstly and then went up in the first week with the increase of NaCl concentration， after then it showed a rising trend. The natural water-saturated deficit（NWSD）decreased in short time（7th day）when the concentration of NaCl increased， decreased firstly and then rose at the 21th day， and increased firstly and then decreased at the 42th day. In conclusion， the growth of S. europaea had a requirement of salt， 200～400 mmol/L NaCl was good for its growth， and no salt or high salt （>400 mmol/L） environment was adverse to its growth.

KeywordsNaCl stress； Salicornia europaea； Different stages； Water physiology

鹽碱土壤是制约农业生产的重要因素之一。我国盐碱土面积约为3 700×104 hm2 ，相当于现有耕地面积的1/4。要提高我国人民现有的生活水平，除提高粮食单产外，唯一出路就是开发利用大面积盐碱地和沙漠荒地[1]。盐生植物是一种天然的抗逆物种，能够在盐渍土壤上正常完成整个生活史，具有较强的抗盐、抗旱能力，有重要的研究价值。且随着分子遗传学的快速发展，盐生植物成为一种重要的耐盐种质资源——耐盐基因库[2]。显然，大力开展盐生植物研究，不但具有重要的理论意义，且更具实用价值。

盐角草（Salicornia europaea）为藜科盐角草属的一年生真盐生植物，被认为是世界上最耐盐的陆生植物之一[3]。张梅茹等[4]研究发现200 mmol/L左右的盐浓度是盐角草生长的最适浓度，在该浓度下，盐角草体内SOD、POD、CAT及MDA含量达到最小值。尹海龙等[5]以NaCl模拟不同盐度环境，用盆栽试验研究了氮处理对盐角草生长发育的影响，结果表明同一施氮水平下，随着盐度的增加，同化枝的渗透调节能力增大。臧洁等[6]采用RACE技术从盐角草中扩增获得Cu/Zn-SOD基因，通过耐盐性分析表明盐角草Cu/Zn-SOD基因可能在盐胁迫逆境中起耐受性作用。

目前关于盐角草耐盐生理的研究多集中在离子吸收运输[7-9]、抗氧化代谢[10]以及基因表达[11]等方面，对于盐胁迫下盐角草体内水分生理变化的研究却少见报道。本试验采用室内盆栽方法，以盐角草为材料，研究NaCl胁迫对盐角草不同阶段生长和水势、膜透性、束缚水含量等水分生理指标的影响，以期进一步揭示其耐盐机制，为培育耐盐作物品种和提高植物抗盐性提供一定的参考。

1材料与方法

1.1材料的培养和处理

挑选大小一致、饱满的盐角草种子（采于吐鲁番市艾丁湖），于2016年4月初播种于装有蛭石的干净塑料盆中，每盆播30粒种子，于室温下培养。萌发后用1/2浓度的Hoagland营养液浇灌，幼苗长至4 cm左右时疏苗，每盆保留20株左右。生长3个月后用含有NaCl的1/2 Hoagland营养液进行处理，NaCl浓度分别为0（CK）、200、400、600、800 mmol/L。每天以固定浓度的NaCl溶液浇灌，浇灌量为持水量的两倍，约800 mL。在处理的第7、21、42 d取样，进行各项生理指标的测定，每处理重复3次。

1.2株高、鲜重及膜透性的测定

各处理盐角草均随机选取10株，测定株高，然后用去离子水反复冲洗干净，用吸水纸吸干，称鲜重。细胞膜透性的测定采用电导仪法[12]。

1.3水势、含水量、束缚水含量的测定

用小液流法[12]测定不同NaCl浓度下植物的水势：

其中，i：解离系数（CaCl2=2.60）；C：溶液浓度（mol/L）；R：气体常数[（0.008 314 L·MPa）/（mol·K）]；T（K）：绝对温度[273+t（℃）]。

组织含水量的测定采用高俊凤[13]的方法。称2 g鲜样浸入水中，6 h后取出，吸干表面水分，称饱和鲜重。根据公式计算组织含水量、自然饱和亏：

组织含水量（占鲜重）=（FW-DW）/FW×100%，DW：样品干重；

自然饱和亏 =（1-RWC）×100%，RWC为组织相对含水量。

参照史树德等[14]的方法测定束缚水的含量并计算自由水/束缚水：

束缚水含量（%）= 总含水量（%）-自由水含量（%）。

1.4数据处理

试验数据利用Microsoft Excel 2003进行做图，采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析，图中误差线上的小写字母均表示不同浓度NaCl 处理在P<0.05时的显著性差异。

2结果与分析

2.1不同处理对盐角草株高、鲜重的影响

由图1可见，处理7 d，盐角草的株高随盐浓度升高略呈上升趋势，与对照相比，600、800 mmol/L的高盐浓度也能促进其生长，各处理间差异不显著。处理21 d，株高呈现先升高后下降的趋势，在低盐浓度下（≤400 mmol/L）促进其生长，超过一定浓度（>400 mmol/L）显著抑制生长。处理42 d，株高随盐浓度上升呈下降趋势，无盐条件下达到最大值，为21.45 cm，800 mmol/L盐浓度下值最小，为16 cm，比对照降低了25%。

如图2所示，随着盐浓度的增大，盐角草不同阶段的鲜重均呈现先上升后下降的趋势，且最大值均出现在200 mmol/L盐浓度下。在短时间内600、800 mmol/L高盐浓度同样促进鲜重的增大，超过21 d后则会显著抑制其生长。处理42 d，这两个浓度下盐角草呈现萎蔫状态，800 mmol/L盐浓度下鲜重达到三个阶段里的最低值，为2.22 g。

2.2不同处理对盐角草膜透性、水势的影响

当植物受到逆境伤害时，质膜会先受到破坏，其选择透性功能会减弱或丧失，透性增大，从而使细胞内的电解质外渗[15]。由图3看出，处理7 d，随着盐浓度的升高，外滲物的量呈现先下降后上升趋势，说明盐角草在短时间内，在200～600 mmol/L盐浓度下，细胞膜受害程度较轻，在无盐条件和800 mmol/L盐浓度下质膜均受到一定程度的损坏。处理21、42 d，外渗物的量随盐浓度增高呈现显著上升趋势，外渗物的量均在800 mmol/L NaCl浓度下达到最高值，分别比对照上升4.49倍和1.93倍。说明盐角草在超过21 d的高盐浓度胁迫下，细胞膜已受到严重伤害。

水势是植物根系吸收水分、水分从植物体向外扩散的关键因素，是衡量植物抗逆生理的一个重要指标[16]。盐角草体内水势在不同阶段内均随盐浓度的升高而呈现下降趋势（图4），各个浓度下的水势在处理7 d时差异不显著，处理21、42 d，800 mmol/L NaCl浓度下的水势与对照相比差异显著，不同盐浓度下水势均大幅度下降。水总是由水势高处流向低处，植物体内的水势越高，吸水能力越差。因此，与对照相比，施加不同浓度的盐分会更有利于盐角草组织吸水，将盐分稀释到不致害水平。

2.3不同处理对盐角草含水量、自然饱和亏的影响

三个阶段内盐角草的组织含水量均随盐浓度的上升呈下降趋势（图5），处理7 d、处理21 d，不同浓度处理下的含水量没有显著差异。处理42 d，在低盐浓度下（≤400 mmol/L）小幅下降，当盐浓度为600、800 mmol/L时大幅度下降，分别比对照降低10%、8%，但含水量仍达到80%以上。说明盐角草作为一种典型的真盐生植物，在长达一个多月的高盐浓度胁迫下，体内的肉质化组织含水量仍然很高，从而将盐分进行稀释，降低细胞的水势，提高吸水能力。

自然饱和亏与相对含水量呈反比关系，反映了植物体内水分亏缺的程度，值越大，表明水分亏缺越严重[17]。由图6可见，处理7 d，自然饱和亏随盐浓度的上升呈下降趋势，说明短时间内，无盐条件下，盐角草体内水分亏缺较严重。处理21 d，400 mmol/L与200 mmol/L处理相比有所下降，之后随着盐浓度的升高，自然饱和亏也呈上升趋势，说明经过一段时间的盐胁迫后，600、800 mmol/L高盐浓度下盐角草体内水分不充足，处于缺水状态。最后一个阶段中，自然饱和亏随盐浓度升高呈现先下降后上升的趋势，在200 mmol/L盐浓度下达到最低值，表明长时间盐胁迫下低盐浓度范围内盐角草体内的水分比较充足，盐胁迫对其造成的影响较小。由此可见，在无盐条件或是高盐胁迫下，均会造成盐角草体内不同程度的水分亏缺，使整株植物表现出细弱、萎蔫和绿色加深的症状。

2.4不同处理对盐角草束缚水含量及自由水/束缚水比值的影响

植物组织中的水分依据其存在状态可分为自由水和束缚水两类。当束缚水含量较多时，植物代谢缓慢，生长速度也变慢，但抗性较强；自由水含量较多时，情况相反[18]。从图7来看，随着盐浓度的上升，不同阶段内盐角草体内的束缚水含量均呈现先上升后下降的趋势。无盐条件下，束缚水含量均达到最小值，盐浓度为600 mmol/L时，含量最高，之后便呈下降趋势。说明盐角草在一定盐浓度（≤600 mmol/L）范围内，体内束缚水含量较高，有利于增强其应对盐胁迫的能力。

当自由水/束缚水的比值较大时，植物组织代谢旺盛，生长速度快，但抗性较弱。图8表明，三个阶段内自由水/束缚水的比值均随盐浓度的升高呈先下降后上升的趋势，均在不加盐的情况下达到最大值，之后便呈下降趋势，盐浓度超过600 mmol/L后，又呈上升趋势。表明盐角草在无盐或高盐（>600 mmol/L）环境下，生长活动比较旺盛，抗性较低。

3讨论与结论

生长状况是植物应对盐胁迫的综合体现，也最能直接反映出其抗盐性。李悦等[19]研究表明，翅碱蓬（Suaeda heteroptera Kitagawa）在低盐处理时，生长受到促进，而高盐（400 mmol/L）处理植株则死亡。蒋永超等[10]研究发现盐角草鲜重最大值出现在50 mmol/L NaCl处，300 mmol/L NaCl处达到最小。本研究中，三个不同时期盐角草鲜重均在盐浓度为200 mmol/L时达到最大值，800 mmol/L NaCl时值最小，耐盐程度几乎为蒋永超等研究的盐角草的三倍。这可能是因为种源地不同带来的差异，本研究的盐角草种子采自新疆中东部艾丁湖地区。艾丁湖地处我国最酷热干旱的吐鲁番盆地，年均降水量不足30 mm，蒸发量为降水量的数百倍，生态环境独特，基于这一极端环境，该地区的盐角草能够耐受更高浓度的盐分胁迫。

当受到盐胁迫时，植物可以通过积累渗透调节物质，降低水势，使自身维持细胞膜的稳定，保证其生命代谢的有序进行。张梅茹等[4]研究表明随着NaCl处理浓度的增大盐角草的电导率呈现先下降后上升的趋势，在500、800 mmol/L NaCl处理时急剧上升。本试验研究结果与前人一致，盐角草外渗物的量在三个生长阶段均在800 mmol/L NaCl浓度下达到最高值，分别比对照上升了30%、4.49倍和1.93倍，說明盐角草在超过21 d的高盐浓度胁迫下，细胞膜已受到严重伤害。李源等[20]对紫花苜蓿（Medicago sativa）在盐胁迫下的生理反应研究表明，耐盐性强的种质M7通过叶水势的大幅度降低来增强其吸水能力以维持正常生长所需要的膨压。刘春华等[21]对禾本科牧草5个耐盐生理指标的研究表明，叶片水势降低越多，其吸水能力就越强，越能克服盐处理后造成的渗透胁迫。本试验盐角草呈现出同样的变化趋势，即随着盐浓度的升高，其水势大幅度降低，处理42 d不同盐浓度分别较对照下降了61%、112%、120%、180%，但体内含水量仍达到87%、86%、80%、82%，表明长时间盐胁迫下盐角草可以通过大幅度降低水势来吸收外界水分，以此增强抗盐能力。

当植物体内水分供应不足时，自然饱和亏可反映出植物的需水状况。张荣梅[22]的研究结果表明，随着NaCl浓度的增大，5个种源的黑果枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）叶片水分饱和亏呈增加趋势，但增加幅度并不一致，不同种源间变化差异较大。本试验中盐角草在不同生长阶段内随盐浓度的升高，自然饱和亏表现出各自不同的变化趋势，但综合三个生长时期来看，盐角草在三周左右的时间自然饱和亏达到最大值，随后呈下降趋势。盐浓度在200～400 mmol/L时，三个阶段内自然饱和亏均呈现较低值，说明该浓度范围内盐角草体内水分状况良好，其生长代谢比其它浓度下更趋于正常，耐盐性也较强。

综上所述，无论从鲜重、膜透性这些生长指标还是从水势、含水量、自然饱和亏这类水分生理指标来看，盐生植物盐角草的旺盛生长都是需盐的，且在200～400 mmol/L NaCl浓度下各项生理指标表现出较好水平，无盐条件下盐角草植株细弱，颜色浓绿，分枝较少；高盐条件下则整株萎蔫，在无盐或高盐浓度胁迫下长势均不好。本试验表明，盐角草是通过降低水势、自然饱和亏和自由水/束缚水比值，同时提高束缚水含量来耐受盐分胁迫的。盐角草的生长状况及其水分生理情况均表明其有较强的耐盐性。

参考文献：

[1]赵可夫，范海. 盐生植物及其对盐渍生境的适应生理[M]. 北京：科学出版社，2005：29-30.

[2]赵可夫，李法曾，张福锁. 中国盐生植物[M]. 北京：科学出版社，2013：128-133.

[3]Lv S L，Nie L L，Fan P X，et al. Sodium plays a more important role than potassium and chloride in growth of Salicornia europaea[J]. Acta Physiologiae Plantarum，2012，34（2）：503-513.

[4]张梅茹，马金彪，姚银安，等. 盐角草（Salicornia europaea）对NaCl处理的生理响应[J]. 中国沙漠，2014，34（2）：441-447.

[5]尹海龙，田长彦，任婧，等. 土壤氮、盐浓度对盐角草（Salicornia europaea）生长发育及氮素吸收的影响[J]. 中国沙漠，2014，34（5）：1277-1284.

[6]臧洁，余梅，王先磊，等. 盐角草Cu/Zn-SOD基因的克隆及耐盐性分析[J]. 农业生物技术学报，2013，21（7）：847-854.

[7]Ushakova S A，Kovaleva N P，Gribovskaya I V，et al. Effect of NaCl concentration on productivity and mineral composition of Salicornia europaea as a potential crop for utilization NaCl in LSS[J].Advances in Space Research，2005，36（7）：1349-1353.

[8]Lv S L， Jiang P， Chen X Y，et al. Multiple compartmentalization of sodium conferred salt tolerance in Salicornia europaea[J]. Plant Physiology & Biochemistry，2012，51（2）：47-52.

[9]郑青松，华春，董鲜，等. 盐角草幼苗对盐离子胁迫生理响应的特性研究[J]. 草业学报，2008，17（6）：164-168.

[10]蒋永超，刘斌，郭欢，等. 稀盐盐生植物盐角草对盐胁迫生理响应的初步研究[J]. 新疆农业科学，2012，49（4）：694-700.

[11]吳晓朦，马雪梅，马金彪，等. 盐胁迫下盐角草Na+/H+转运基因表达分析[J]. 生物学杂志，2014，31（5）：60-65，70.

[12]张治安，陈展宇. 植物生理学实验技术[M]. 长春：吉林大学出版社，2008.

[13]高俊凤. 植物生理学实验指导[M]. 北京：高等教育出版社，2006：15-16.

[14]史树德，孙亚卿，魏磊. 植物生理学实验指导[M]. 北京：中国林业出版社，2011：14-17，139.

[15]姚广，高辉远，夏阳，等. NyPa宽叶草抗盐生理特性的初步研究[J]. 中国草地学报，2007，29（4）：28-32.

[16]赵恩峰，李玲，曾幼玲. 盐胁迫对盐生植物盐穗木生理特性的变化分析[J]. 新疆农业科学，2012，49（4）：716-722.

[17]秦景，董雯怡，贺康宁，等. 盐胁迫对沙棘幼苗生长与光合生理特征的影响[J]. 生态环境学报，2009，18（3）：1031-1036.

[18]王俊杰，云锦凤，吕世杰. 黄花苜蓿耐盐生理特性的初步研究[J]. 干旱区资源与环境，2008，22（12）：158-163.

[19]李悦，陈忠林，王杰，等. 盐胁迫对翅碱蓬生长和渗透调节物质浓度的影响[J]. 生态学杂志，2011，30（1）：72-76.

[20]李源，刘贵波，高洪文，等. 紫花苜蓿种质耐盐性综合评价及盐胁迫下的生理反应[J]. 草业学报，2010，19（4）：79-86.