盐碱复合胁迫对蜡梅幼苗生长及生理响应的研究

王 静，罗燕杰，遆羽静，李海燕，肖 可，李庆卫

(北京林业大学园林学院，北京 100083)

【研究意义】蜡梅(Chimonanthuspraecox)是我国重要的冬春香花树种，栽培历史悠久，具有较高的应用价值[1]。根据第二次全国土壤普查统计，我国盐碱土覆盖面积约为5.2亿667 m2，主要分布在华北平原、东北平原、西北内陆地区及滨海地区[2]。为了推动蜡梅在盐碱地区的规模化生产，开展蜡梅耐盐碱生理机制方面的研究具有重要意义。【前人研究进展】研究表明，土壤的盐碱化会使植物受害，影响其生长发育[3-5]。朱世杨等[6]以花椰菜为试材，研究发现高盐高碱胁迫对其发育有显著抑制作用。Srivashtav V[7]对黄栌的耐盐性研究发现，随盐浓度增加，可溶性糖含量和可溶性蛋白含量等渗透调节物质呈上升趋势。邵金彩等[8]研究发现蜡梅幼苗的生长量和成活率随单盐NaCl浓度增加呈下降趋势。【本研究切入点】目前对蜡梅的耐盐性研究主要以单盐NaCl胁迫为主，复合盐碱对蜡梅的胁迫机制尚未有研究，因此模拟土壤盐碱复合胁迫环境进行蜡梅耐盐碱性研究十分必要。【拟解决的关键问题】本研究通过综合评价蜡梅的耐盐碱性，以期筛选出胁迫的临界浓度和可用于耐盐碱性评价的鉴定指标，为科学评价蜡梅的耐盐碱机制提供理论基础，为推动蜡梅在盐碱地的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以两年生‘小磬口’蜡梅幼苗为试材。采用盆栽方法，将长势相对一致的35株幼苗定植于上部30 cm、下部20 cm、高30 cm的塑料花盆，(盆中基质为草炭土、珍珠岩、洗净河沙体积比2∶1∶1，重8 kg)内，花盆底布置托盘，置于北京林业大学梅菊园苗圃中进行统一管理。

1.2 试验设计

当试验苗进入旺盛生长期时，开始对蜡梅进行胁迫处理。共设置7个处理，土壤盐分梯度分别为0.0 %(pH 6.91，对照组)、0.2 %、0.4 %、0.6 %、0.8 %、1.0 %、1.2 %，对照组浇灌营养液，处理组浇灌营养液+混合盐碱溶液(NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按照1∶10∶10∶1混合，pH 8.78)，每个处理组5株。其中高盐分梯度处理按照每天0.2 %的频率递增，待全部处理达到设定的浓度后，开始计算胁迫时间，于胁迫的0、10、20、30、40 d时，在植株中上部四面均匀采取叶片进行各项指标的测定。

1.3 试验指标及测定方法

1.3.1 盐害指数与生长指标测定方法 盐害指数的观察和计算参照胡晓立等[9]对盐害的分级标准。叶长、叶宽及新梢生长量分别在盐碱胁迫试验前和试验末期，在植株中上部四面均匀选取10枚成熟叶片进行测量。

1.3.2 生理指标测定方法 电解质外渗率采用相对电导率法测定[10]。叶片组织含水量的测定方法参照高俊凤[11]的烘干法。丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、可溶性蛋白(SP)、可溶性糖(SS)、游离脯氨酸(Pro)的测定方法分别参照李合生[12]的巴比妥酸法、NBT法、愈创木酚法、考马斯亮蓝G-250染色法、蒽酮比色法、酸性茚三酮比色法。

1.4 试验数据处理及分析

采用Excel2012、SPSS22.0等统计软件对试验数据进行相关性分析、主成分分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对蜡梅叶片表观性状的影响

胁迫结束40 d时，叶片的盐害指数和盐害率表现为随盐浓度增加逐渐上升(图1)。盐浓度为0.2 %～0.4 %时，蜡梅盐害指数在35 %～55 %，盐害率为80 %；当盐浓度大于0.6 %时，蜡梅表观受害较严重，盐害率均达到100 %(表1)。综合表1中的盐害指数和盐害率，根据Logistic回归方程y=53.571x+31.667(回归系数b=53.571)得出盐害指数为50 %时的土壤盐浓度为0.340 %。

表1 盐碱胁迫下蜡梅盐害指数和盐害率变化

图1 盐碱胁迫下蜡梅表型性状变化Fig.1 Phenotypic traits change of Ch. praecox under saline-alkali stress

2.2 盐碱胁迫对蜡梅生长特性的影响

胁迫结束40 d时，随盐浓度增加，蜡梅叶长、叶宽及新梢生长量均呈下降趋势(表2)。其中0.2 %处理下，蜡梅的叶长、叶宽、新梢生长量与CK差异不显著(P>0.05)，蜡梅的各生长量均在1.2 %处理时下降至最低值，相对于CK分别下降了94.00 %、91.12 %、76.76 %，差异显著(P<0.05)。

表2 盐碱胁迫对蜡梅生长特性的影响

2.3 盐碱胁迫对蜡梅生理特性的影响

随盐浓度增加和胁迫时间延长，各处理组蜡梅叶片组织含水量整体呈下降趋势(表3)，盐浓度为0.2 %时，各阶段叶片组织含水量与CK差异不显著(P>0.05)；胁迫40 d时，盐浓度为0.4 %～1.2 %时，叶片组织含水量显著下降至最低值(P<0.05)，与CK相比下降了30.31 %、33.99 %、40.32 %、44.74 %和69.83 %。各处理组蜡梅叶片相对电导率整体呈上升趋势(表3)，胁迫10 d，盐浓度为0.2 %～0.6 %时，相对电导率与CK差异不显著(P>0.05)，0.8 %～1.2 %处理下显著高于CK(P<0.05)；胁迫40 d时，1.2 %处理下相对电导率均上升至最大值，相对于CK上升了58.00 %。各处理组MDA含量整体呈上升趋势(表3)，胁迫10 d，盐浓度为0.4 %～1.2 %时，MDA含量显著上升(P<0.05)。随胁迫时间延长，在40 d时，MDA含量达到最大值，显著高于CK(P<0.05)。各处理组SOD活性呈先上升后下降趋势(表3)，胁迫20 d，盐浓度为1.0 %时，SOD值达到最大值，与CK差异显著(P<0.05)；其他浓度盐碱胁迫处理下，SOD活性均在30 d时上升到最大值，相对于CK分别上升了60.00 %、66.00 %、55.00 %、43.00 %和37.00 %，其中盐浓度为0.4 %时上升幅度最大。

表3 盐碱胁迫对蜡梅各生理指标的影响

续表3 Continued table 3

随盐浓度增加和胁迫时间延长，POD活性整体呈先升高后降低趋势(表4)，各盐浓度处理下，POD活性均在20 d时达到最大值；0.2 %～0.6 %和1.0 %处理下POD活性与CK差异显著(P<0.05)，相对于CK分别上升了29.00 %、42.00 %、33.00 %和18.00 %，其中在0.4 %处理下POD活性上升幅度最大。各处理组Pro含量呈上升趋势(表4)，各处理组均在1.2 %浓度下上升至最大值，差异显著(P<0.05)，胁迫40 d时，各浓度处理下Pro含量相对于CK分别显著上升了86.00 %、89.00 %、90.00 %、91.00 %、92.00 %和94.00 %。各处理组SP含量整体呈先急剧上升后下降至接近CK再急剧上升趋势(表4)，胁迫10 d时各浓度处理下SP含量急剧上升，20 d时SP含量降低至与CK组接近，随后各浓度处理组SP含量再次逐渐上升，与CK差异显著(P<0.05)，40 d时0.8 %～1.2 %处理下SP含量上升幅度最大，相对于CK显著上升了55.36 %、59.07 %和65.73 %。各处理组SS含量整体呈上升趋势(表4)，胁迫10 d时，盐浓度0.2 %～0.4 %处理下，SS含量与CK差异不显著(P>0.05)，而0.6 %～1.2 %处理下，SS含量显著上升(P<0.05)。40 d时，各浓度处理组的SS含量均上升至最大值，相对于CK分别显著上升了20.35 %、21.46 %、32.40 %、36.94 %、37.54 %和42.72 %。

表4 盐碱胁迫对蜡梅各生理指标的影响

2.4 蜡梅耐盐碱性综合分析

2.4.1 各指标相关性分析 对盐碱胁迫下蜡梅各项指标进行相关性分析，由表5可知，叶长生长量与叶宽生长量呈显著正相关，与MDA含量呈显著负相关；新梢生长量与相对电导率、MDA含量呈显著负相关，与SP呈显著正相关；相对电导率与SP、Pro呈显著负相关，与MDA呈显著正相关；SS与SP、Pro呈显著正相关。

2.4.2 主成分分析 对每个指标的耐盐碱系数进行主成分分析，由表6可知，前3个综合指标的贡献率分别为81.937 %、8.84 %和6.643 %，其累积贡献率达到了97.428 %。主成分1中除叶片组织含水量、SOD、POD和SS外，其余指标绝对值均在0.9以上，主成分1主要反映了各指标与耐盐碱能力的关系。主成分2中和主成分3中SOD负载权数较高，主要反映了酶活性与蜡梅耐盐碱能力的关系。

3 讨 论

植物受到盐害胁迫通常表现为：叶片的干枯、失绿和落叶，生长受到抑制等现象[13-14]，这些表观性状的变化是植物耐盐碱性最为直观的反映。本研究中0.6 %处理下，蜡梅盐害率已经达到100 %，同时随着盐浓度的上升各生长量显著下降，说明较高盐浓度严重影响蜡梅的生长发育。本研究中，0.2 %处理下各阶段叶片组织含水量与CK差异不显著(P>0.05),表明在较低浓度盐碱胁迫下，蜡梅能维持正常生长所需水分。随盐浓度增加叶片含水量下降幅度逐渐增大，细胞发生严重失水，已经无法满足蜡梅正常生长所需，这与李长有[15]对碱地夫的研究结果类似。细胞失水，从叶片形态特征来看发生萎焉、枯落等现象。

逆境胁迫下，植物的细胞膜最先受到伤害，电解质渗透率可以反应细胞膜受损程度，其含量越高，植物受害程度越大[16]。本研究中，20 d时0.2 %处理下相对电导率与CK差异不显著(P>0.05)，细胞电解质外渗较少，表明低盐浓度胁迫时间较短的情况下蜡梅叶片细胞膜尚未受到伤害。随着胁迫浓度增大和时间的延长，电解质渗透率急剧上升，说明蜡梅叶片细膜结构的稳定性已经受到破坏，电解质外渗量较大，引起电导率的上升。细胞膜结构的稳定是植物正常进行光合作用的保障。因此，盐碱复合胁迫下，电解质渗透率的大小可以作为判断蜡梅耐盐碱能力的重要指标，这与相关性研究结果一致[17]。MDA含量是植物细胞膜脂氧化降解的产物，也可以通过其含量反映膜受损的程度[18]。本研究中，各处理组较短时间内MDA含量变化不显著(P>0.05)，随着时间的延长，各处理组均显著高于CK，表明盐碱胁迫下，较短时间内蜡梅叶片细胞膜未发生氧化降解。随着盐浓度的增大，MDA含量显著上升，说明高盐浓度胁迫使蜡梅膜脂过氧化程度加剧，细胞膜受损，蜡梅受害加重，该结果与黄春燕[19]对甜菜的研究结论相似。盐碱胁迫下，植物体内抗氧化酶(SOD、POD)具有清除大量活性氧自由基的能力，能维持细胞膜稳定，保障植物进行正常的生长和代谢活动[20]。本研究中，随盐浓度增加和胁迫时间延长，SOD、POD活性表现出先上升后下降趋势。这与王琪[21]对芍药耐盐碱的研究结果类似。盐浓度为0.4 %时，SOD、POD活性在各阶段均取得最大值，说明在盐浓度小于0.4 %时，蜡梅可以通过增加体内SOD、POD的活性，使细胞内活性氧清除能力得以增强，对盐碱胁迫导致的膜损伤进行有效修复，维持细胞膜的稳定性，适应盐碱胁迫。但随着盐浓度增大，细胞内的活性氧的积累水平超出蜡梅自身的调控能力，导致歧化反应除氧机制被严重抑制，SOD、POD活性下降，蜡梅体内正常的代谢平衡被打破。

渗透调节作用是植物抵御逆境的重要生理机制，盐碱胁迫下，植物通过积累Pro、SP、SS等渗透调节物质，提高细胞内溶质浓度，调节细胞渗透平衡增加自身的耐盐碱性，从而缓解盐害[22]。本研究中，随盐浓度增加和胁迫时间延长，各处理组Pro、SS含量呈上升趋势，该结果与李玉梅[23]对牛叠肚研究结论相似。其中胁迫40 d时，1.2 %处理Pro相对于CK上升的含量(94.00 %)明显高于SS(42.72 %)，说明蜡梅在盐碱胁迫下，主要通过积累Pro的含量来调节细胞渗透平衡。各处理组在胁迫初期SP含量均急剧上升而后回落至与CK接近再次显著上升，猜测是蜡梅产生的应激反应，引起初期SP含量的上升。胁迫40 d时，1.2 %处理下SP含量相对于CK上升了65.73 %，积累量较大，说明SP也是蜡梅调节细胞渗透平衡的重要物质，与相关研究结果类似[24]。

4 结 论

在盐碱胁迫响应研究中，随盐浓度增大和胁迫时间延长，蜡梅盐害指数、盐害率、相对电导率、SP、Pro、MDA和SS含量呈上升趋势；蜡梅叶长、叶宽及新梢生长量、叶片组织含水量呈下降趋势；SOD活性和POD活性呈先上升后下降趋势。蜡梅可以通过增强体内酶的活性和积累大量渗透调节物质来适应低浓度的盐碱胁迫，当盐浓度超过蜡梅的耐受能力，细胞膜、酶系统和渗透调节系统会受到破坏。‘小磬口’蜡梅的耐盐阈值为0.340 %，表明蜡梅具有一定的耐盐碱能力，同时筛选出叶长生长量、叶宽生长量、新梢生长量、相对电导率、MDA、Pro及SP作为评价蜡梅耐盐碱性的主要指标。