木榄幼苗对淹水-盐胁迫的生理响应

黄丽，谭芳林，林捷，乐通潮，游惠明，欧阳亚群

(福建省林业科学研究院,福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室，福建 福州 350012)

红树林生长于热带亚热带的潮间带，具有重要的生态功能和经济价值[1]。20世纪50年代，红树林在我国仍有较大面积的分布，约占25万 hm2。但是，红树林滩涂的转换性开发利用，如开垦滩涂以改造成鱼塘等造成红树林分布大面积减少，红树林资源不断枯竭[2]。目前，不仅要保护现有的红树林来维持其生态功能和经济价值，还需要加强红树林的营造工作。红树林宜林地选择主要受如下因子的限制：温度、潮位、水体盐度、底泥和潮水流速[1]。潮位是影响红树造林成活的关键。潮位高低直接决定红树植物周期性淹水的时间，潮位越低，红树植物周期性淹水的时间就越长。调查表明，低潮位滩涂上的红树植物的存活率低于中、高潮位[3]。水体盐度影响红树植物幼苗生长的好坏，对幼苗的存活具有重要意义[4]。因此，开展红树植物对盐度及淹水环境的适应性研究以确定最佳的水体盐度和淹水时间，将为红树植物的造林提供重要的理论依据。前人关于淹水胁迫或盐胁迫对红树植物幼苗生长影响的研究大多数是单一胁迫[5-8]，而关于两者的交互作用影响的研究为数不多[9，10]。木榄(Bruguieragymnorrhiza)是我国东南沿海一种重要的红树植物，也是红树造林的重要树种。研究木榄幼苗对不同淹水-盐胁迫的生理适应特性，将进一步揭示红树植物在淹水胁迫、盐胁迫以及两种胁迫交互作用下的抗逆性机制，为红树人工栽培提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料和设计

木榄胚轴采自漳江口红树林国家级自然保护区。选取无病虫害、生长状况相近的木榄胚轴种植于洗净的河沙上。试验在福建省林业科学研究院潮汐模拟实验室中进行。水体盐度设置为0‰、5‰、10‰、15‰、20‰和30‰6个水平；在不同盐度水平下，每个半日潮苗木被完全水淹的时间设置为0、2、4、6和8 h5个水平，共30个处理(表1)，每个处理设置3个重复，每个重复30株苗。培养周期为3个月，每周更换1次盐水，每天补充适量的自来水以保持盐度和水位高度。培养结束后随机选取木榄幼苗中上部健康成熟的叶片进行各项生理指标的测定。

表1 试验组合设计表

1.2 试验方法

质膜透性应用电导法测定[11]；叶片丙二醛( MDA)含量应用硫代巴比妥酸法测定[12]；超氧化物歧化酶( SOD )活性应用氮蓝四唑( NBT )比色法测定，一个SOD酶活性单位U定义为抑制NBT光化还原的50%所需要的酶量[12]；过氧化物酶( POD )活性应用愈创木酚法测定，以每分钟A470变化0.01为一个POD酶活单位U[12]；可溶性总糖含量应用蒽酮比色法测定[12]；可溶性蛋白质含量应用Bradford法测定[13]。

1.3 数据统计与分析

应用 Excel 2010对数据进行图表制作。应用 DPS 15.10软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片膜脂过氧化作用的影响

如图1A所示，在低盐(盐度≤15‰)处理下，随着淹水时间的增加，MDA含量基本呈现先增后降的趋势。而在高盐(盐度为20‰～30‰)胁迫下，MDA含量随淹水时间的增加，先降低后增加。另外，在同一个淹水胁迫处理下，随着水体盐度的增加，MDA含量基本均呈现先降后增的趋势，在8 h淹水-20‰盐胁迫下的MDA含量最大。同时，质膜透性的变化趋势与MDA含量的一致(图1B)，在8 h淹水-20‰盐胁迫下的质膜透性最大，高盐胁迫下质膜透性均普遍高于低盐胁迫。

图1 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片膜透性的影响

对MDA含量和质膜透性进行方差分析，结果显示木榄幼苗叶片MDA含量、质膜透性对淹水、盐度及其交互作用影响具有极显著性差异(P<0.01)。而且水体盐度对木榄幼苗生长的影响比淹水时间更大(表2)。

表2 木榄幼苗在淹水-盐处理下的MDA含量及质膜透性的方差分析

2.2 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

如图2A所示，当水体盐度介于10‰和15‰之间时，随着淹水时间的增加，POD活性呈现先降后升的趋势，且均在淹水时间为8 h时POD活性最高。当水体盐度<30‰，且淹水时间>4 h时，POD活性与淹水时间呈正相关关系。当水体盐度位于10‰～20%区间时，短时水淹(2～4 h)使POD活性降低，长时水淹(6-8 h)则使POD活性增强。

如图2B所示，在2 h淹水处理下，水体盐度由5‰增加到10‰时，SOD活性呈明显的增强趋势，增长率为193.61%。长时淹水环境下，且水体盐度为5‰～20‰时，SOD活性均明显增强，然而在30‰盐度下反而降低。在10‰和20‰盐胁迫条件下，随着淹水时间的增加，SOD活性均呈现先增后降再增的趋势，且在 2 h淹水环境下SOD活性最大。

图2 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片POD、SOD活性的影响

由表3可以看出，淹水时间和水体盐度分别对POD活性和SOD活性产生极显著影响(P< 0.01)；淹水-盐度交互作用对POD活性和SOD活性也具有极显著影响(P< 0.01)。

表3 木榄幼苗在淹水-盐胁迫处理下的POD、SOD活性的方差分析

2.3 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片渗透调节物质的影响

如图3A所示，当水体盐度<15‰时，可溶性总糖含量随着淹水时间的增加呈现先降低后增加的趋势。只有盐胁迫下，可溶性总糖含量与水体盐度呈现正相关关系。当木榄幼苗受到盐胁迫时，短时淹水胁迫下的可溶性总糖含量普遍低于长时淹水胁迫，随着淹水时间的增加，可溶性总糖不断累积，有利于细胞膜的渗透调节。当木榄幼苗受到淹水胁迫的同时，低盐胁迫条件下的可溶性总糖含量普遍高于高盐胁迫，然而高盐胁迫造成可溶性总糖含量的降低，不利于渗透调节。由此可知，盐胁迫对可溶性总糖含量的影响要高于淹水胁迫。

在相同盐胁迫条件下，随着淹水时间的增加，可溶性蛋白含量不断下降，均低于未淹水处理(即淹水时间为0 h)。而在相同淹水胁迫下，随着水体盐度的增加，可溶性蛋白含量变化比较复杂；总体上看，在短时淹水处理下，可溶性蛋白含量随着水体盐度的增加先增加后下降，而在长时淹水处理下，盐度越高其可溶性蛋白含量也越高。

图3 淹水-盐胁迫对木榄幼苗叶片可溶性总糖、

如表4所示，盐胁迫、淹水胁迫及其淹水-盐胁迫交互作用极显著地影响木榄幼苗叶片内的可溶性总糖含量和可溶性蛋白质含量(P< 0.01)。

表4 木榄幼苗在淹水-盐胁迫处理下的可溶性总糖、可溶性蛋白含量的方差分析

3 讨论与结论

3.1 淹水-盐胁迫下木榄幼苗叶片抗氧化作用

在胁迫环境下，植物可通过提高SOD和POD的活性以达到清除过多ROS的目的。高盐胁迫下秋茄叶片中SOD和POD的活性显著提高[14]。在水淹胁迫下，秋茄叶片中的POD和SOD活性随着水淹时间的增加而明显增强，木榄叶片的POD和SOD活性也显著提高[15，16]。在淹水-盐双胁迫处理下，木榄幼苗叶片POD活性在适宜盐度(< 15‰)下随着淹水时间的增加，先降低后提高，而SOD活性均普遍降低；在4 h淹水-30‰盐胁迫下，木榄幼苗叶片中POD活性最大，而4 h淹水-10‰盐胁迫下，其SOD活性最大。这些结果说明木榄幼苗叶片内SOD对盐度变化的敏感性高于POD，且能高盐度抑制SOD活性，促进POD活性，而低盐度促进SOD活性。这与前人研究结果不一致，这可能与试验考虑的胁迫因素和试验材料的不同有关，具体原因还需后续深入研究。

3.2 淹水-盐胁迫下木榄幼苗叶片膜脂过氧化作用

水淹、盐胁迫等逆境胁迫会对植物体内的活性氧(ROS)含量的动态平衡产生不利影响，造成ROS的大量累积，超过了阈值就会导致细胞中膜脂物质受到破坏，MDA含量将会升高。在未淹水条件下，木榄幼苗叶片中MDA含量最大，然而随着淹水时间的增加，木榄幼苗叶片内MDA含量在总体上呈降低趋势，这表明随着淹水胁迫的加剧，木榄幼苗通过积极的抗氧化作用来减轻ROS对植物的伤害，同时淹水环境有利于木榄幼苗的生长。低盐胁迫下 MDA含量明显增加，随着盐胁迫的加剧，MDA含量显著降低，这说明木榄幼苗在低盐胁迫下开始响应盐胁迫，抗氧化系统还未起作用，随着盐度的增加，抗氧化酶发挥作用，有效地降低膜脂过氧化作用，降低逆境对植物造成的伤害[4]，这与抗氧化酶活性变化趋势相一致。

在淹水、盐度及其交互作用下，木榄幼苗叶片的质膜透性，随着胁迫的增强，表现出先增加后降低，这与MDA含量的变化趋势相一致性。木榄幼苗在短时间盐胁迫下，叶片质膜透性未发生显著变化，而在长时间盐胁迫下，叶片质膜透性下降，这表明长时间盐胁迫下木榄幼苗表现出对盐胁迫更大的适应性[17]。这也说明膜脂过氧化不是盐胁迫下木榄叶片膜损伤的主要原因。本试验中，木榄幼苗因受到低盐胁迫的伤害而导致质膜透性加强，随着盐胁迫的加剧，木榄幼苗通过积极的防护措施降低质膜透性，保证细胞不受到逆境伤害。当淹水-盐胁迫超出木榄幼苗承受范围时，质膜透性再次增强。

3.3 淹水-盐胁迫下木榄幼苗叶片渗透调节作用

在逆境胁迫条件下，植物通过细胞内的渗透调节作用，适应不良环境条件，增强植物抗性[18]。可溶性总糖和可溶性蛋白是参与植物渗透调节作用的主要物质，在环境胁迫下，这两类物质的大量积累，调节细胞内的渗透势，维持渗透平衡，稳定蛋白质和细胞膜的正常功能[19,20]。木榄幼苗在盐胁迫下，随着水体盐度的增加，可溶性总糖和可溶性蛋白含量先增加后降低。当水体盐度从20‰增加到30‰时，可溶性总糖和可溶性蛋白含量均没有明显变化，说明高盐胁迫范围，细胞内的渗透调节作用不再发生改变。整体上，低盐胁迫促进可溶性物质的积累，从而抵御不良环境；高盐胁迫对植物细胞造成一定程度的伤害，从而导致可溶性物质的降低。在淹水环境下，短时淹水使细胞内可溶性总糖含量增加，而长时淹水可促进细胞内可溶性蛋白积累，这说明在淹水胁迫下，木榄幼苗可溶性总糖和可溶性蛋白起到的渗透调节作用并不一致，短时淹水主要是可溶性蛋白发挥作用，长时淹水主要是可溶性总糖在起作用。另外，在淹水-盐双胁迫下，可溶性物质的含量均明显低于单一胁迫，这说明淹水-盐双胁迫对植物造成的伤害要高于单一胁迫。这与谭芳林等在淹水-盐胁迫秋茄的结果相一致。

总体上，木榄幼苗对低盐胁迫或短时胁迫产生一定的适应性，而对高盐胁迫或长时胁迫适应性降低。淹水-盐双胁迫对木榄幼苗的伤害更严重，增加逆境对细胞结构及新陈代谢的破坏作用。通过本试验分析，我们认为较适合木榄幼苗生长的淹水时间-水体盐度组合为：2 h-15‰、2 h-20‰、4 h-15‰。但是，在实际种植过程中，除了淹水时间和盐度对红树植物生长会造成影响外，还要多重考虑各类因素的影响，因而本研究结果仅能为木榄造林提供一定的建议。