盐胁迫对3个桂花品种生长和生理特性的影响

顾 恒，李 玲，欧阳绮霞，岳远征，杨秀莲，王良桂,2*

(1.南京林业大学 风景园林学院，江苏 南京 210037；2.南京林业大学 林学院南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037)

盐度一直威胁着世界上越来越多的土地[1]。据不完全统计，全球现有各种盐渍化土地约1.0×109hm2，中国是世界上盐渍土壤面积较大的国家之一，拥有的盐碱地面积约1.0×108hm2，且盐碱地面积还在不断增加[2-4]。土壤盐碱化是引起盐胁迫的主要原因，植物发生盐害后，其生长发育受到影响，甚至直接导致死亡，严重影响生物多样性，加速生态环境恶化。

研究植物的盐碱耐受性对于充分利用植物资源、改良和利用盐渍土地、恢复生态与保护环境具有重要意义[5]。因此，植物耐盐能力的研究一直受到科研工作者们的广泛关注。杨秀莲等以一年生桂花幼苗为材料，设置不同的NaCl浓度梯度，研究了桂花盐害指数的变化[6]。在室内模拟条件下，刘文竹等对6种沉水植物用不同的NaCl浓度进行胁迫处理，最终筛选出耐盐的沉水植物[7]。孔芬的研究结果表明，高浓度NaCl处理芍药时，易使植株死亡，当浓度超过200 mmol/L时，对芍药造成的伤害是不可逆的[8]。

桂花(OsmanthusfragransLour.)是木犀科木犀属常绿植物，是我国十大传统名花之一，树形优美，适应性强，既是优良的园林绿化树种，又是著名的香料植物，在药材、食品工业等方面也有很大的开发利用潜力，可带来良好的生态效益、社会效益和经济效益[9-10]。目前关于桂花品种花色[11]、花香[12]的研究较多，对于其抗逆性如水分[13]、低温[14]、干旱[15]、重金属胁迫[16]也有所报道，但对其耐盐碱的胁迫研究较少。因此，本文以3个桂花品种：笑秋风(O.fragrans‘Xiao Qiufeng’)、潢川金桂(O.fragrans‘Huangchuan Jingui’)和大叶银桂(O.fragrans‘Daye Yin’)为材料，研究不同NaCl浓度胁迫对桂花幼苗形态与生理指标的影响，以探讨它们对盐胁迫的响应和适应机制，为桂花在盐渍化土壤区域的应用和推广提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

材料为潢川金桂、笑秋风、大叶银桂一年生实生苗，在温室中将苗高10 cm的一年生实生苗移栽于内径15 cm，高10 cm的盆内，基质为去离子水洗净的河沙，每盆3株。盆栽实验于南京林业大学温室进行，指标测定在南京林业大学风景园林学院实验室完成。

1.2 试验方法

本试验采用3因素随机区组设计，模拟苏北土壤含盐量[17]，NaCl浓度共设4个水平，分别为0、40、70、100 mmol/L，采用含有NaCl的Hoagland溶液浇灌处理组，对照组为不含NaCl的Hoagland溶液。为避免盐激效应，在正式处理之前先进行预处理，首次处理为40 mmol/L，每次增加30 mmol/L，每两天浇灌预定浓度溶液一次，每次0.5 L/盆，保证离子完全代换。每品种240株，每个处理3个重复。达到预定浓度的当天为处理0 d，分别在处理第0、6、12、19 d选取植株进行破坏性取样，测定各项生理生化指标，同时观察植株的受害症状。

1.3 测定方法

1.3.1 形态观察与记录

不同盐浓度胁迫后第6、12、19 d分别观察记录桂花3个品种幼苗的受害状况。

1.3.2 指标测定

叶片细胞膜透性采用电导法[18]；可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分别采用蒽酮比色法和考马斯亮蓝G-250法测量[19]；SOD活性测定采用NBT法[20]；POD活性测定采用愈创木酚法[21]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010处理试验数据，SPSS 19.0分析数据。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对3个桂花品种形态特征的影响

随着盐胁迫浓度增加，桂花受害症状逐渐显现出来。由表1可知，不同桂花品种枝条和叶片受害症状存在明显差异，潢川金桂由无明显症状慢慢变为植株下部叶片枯黄，最后植株全部受害；笑秋风由无明显症状慢慢变为植株下部叶片枯黄，最后叶片大量枯黄，但长势良好；大叶银桂的受害症状与笑秋风基本一致。总体而言，中低浓度下，潢川金桂的耐盐能力较强；高浓度下，笑秋风与大叶银桂的耐盐能力较强。

表1 桂花3个品种不同盐浓度胁迫下外部受害症状Table 1 External injury symptoms of three O.fragrans cultivars under different salt concentration stress

2.2 盐胁迫下质膜透性的变化

盐胁迫下，3个桂花品种的相对电导率随着处理浓度的升高而升高，说明盐胁迫对植物的细胞膜产生伤害，且浓度越高，细胞膜所受伤害就越大。3个桂花品种间盐胁迫下的电导率值差异显著，潢川金桂在盐胁迫下，其叶片电导率值较低，细胞膜受害较轻，而笑秋风和大叶银桂的受害程度均高于潢川金桂，受害最为严重的是大叶银桂。

如图1所示，盐胁迫处理19 d后，与对照相比，笑秋风相对电导率分别增加了79.15%，124.33%和138.84%，细胞膜受到了严重伤害；潢川金桂相对电导率分别增加了69.75%，128.7%和157.95%，表明潢川金桂在中高盐浓度处理下才表现出较为明显的细胞膜受害症状；大叶银桂相对电导率分别增加了81.38%，96.99%，97.44%，各处理均与对照有极显著的差异，但在中高盐浓度的处理下，相对电导率与对照相比增加的程度明显低于笑秋风和潢川金桂。

图1 3个桂花品种盐胁迫处理19d后 细胞膜透性的变化Fig.1 Changes of cell membrane permeability of three Q.fragrans cultivars after 19 days of salt stress注：不同大写字母表示相同品种不同处理浓度间差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示相同处理浓度不同品种间差异显著(P<0.05)。

2.3 盐胁迫下可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化

可溶性糖是植物渗透调节的重要物质，有研究发现盐胁迫下植物生长受抑制，导致糖利用减少，可溶性糖含量增加[21]。由图2可知，在胁迫处理的第19 d，笑秋风可溶性糖含量随浓度升高呈下降趋势。多重比较结果显示，在100 mmol/L盐浓度处理下，笑秋风可溶性糖含量与对照差异显著，与对照相比降低了23.69%，而在中低浓度处理下，其可溶性糖含量与对照的差异不显著。在40 mmol/L盐浓度处理下，随着时间的推移，潢川金桂可溶糖含量呈现持续增加的趋势。在胁迫处理的第19 d，潢川金桂可溶性糖含量随浓度升高呈先升后降的变化趋势，盐浓度为40 mmol/L时，其可溶性糖含量达到最高，比对照高出了32.90%，而在70 mmol/L和100 mmol/L的处理下，可溶性糖含量分别比对照降低了2.60%和11.90%。大叶银桂在盐胁迫环境中，可溶性糖含量随时间的推进先升高后下降。在胁迫处理的第19 d，可溶性糖含量随处理浓度的升高而呈下降趋势，其中盐浓度为40 mmol/L时，可溶性糖含量与对照相比下降了12.75%，与对照差异不显著，而在70 mmol/L和100 mmol/L的处理下，可溶性糖含量分别下降了27.73%和35.30%，同对照相比差异显著。可溶性蛋白是盐分胁迫下植物细胞内重要的渗透调节剂之一，其在细胞内的积累对于降低细胞内溶质的渗透势、平衡原生质体内的渗透压等具有重要作用。随着胁迫时间的延长，3个桂花品种可溶性蛋白含量的大体变化趋势为先降低后升高。由图2可知，在胁迫处理第19 d时，随着处理浓度的升高，潢川金桂和大叶银桂可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势，而笑秋风的可溶性蛋白含量呈先降低后升高的趋势。方差分析和多重比较显示，高浓度盐胁迫处理下笑秋风可溶性蛋白含量与对照相比差异极显著，而潢川金桂不同处理浓度间可溶性蛋白含量差异均不显著。大叶银桂在胁迫处理的第19 d时，在各浓度处理下的可溶性蛋白含量高于对照，分别增加了24.78%，37.39%和8.93%。

图2 笑秋风(A)、潢川金桂(B)、大叶银桂(C)盐胁迫处理后可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化Fig.2 Changes of soluble sugar and soluble protein content after salt stress in O. fragrans ‘Xiao Qiufeng’ (a), O. fragrans ‘Huangchuan Jingui’ (b) and O. fragrans ‘Daye Yin’ (c)注：不同大写字母表示相同处理浓度不同处理时间间差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示相同处理时间不同处理浓度间差异显著(P<0.05)，下同。

2.4 盐胁迫下超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的变化

植物处于逆境时，体内的抗氧化酶系统(SOD、POD)会协同调控活性氧生成与清除的动态平衡，以维持细胞膜的稳定性和完整性[22]。由图3可知，随着盐胁迫时间延长，在浓度为40 mmol/L、70 mmol/L处理下，笑秋风SOD活性呈现不断升高的趋势，而在100 mmol/L处理下，其SOD活性持续降低。胁迫处理第19 d，浓度处理为40 mmol/L和70 mmol/L时，笑秋风SOD活性比对照分别提高10.03%和20.35%，而处理浓度为100 mmol/L，SOD活性与对照相比下降了23.62%。随着胁迫时间的延长，与对照相比，潢川金桂SOD值在各浓度处理下呈现出先升高后降低的趋势。方差分析与多重比较显示，只有100 mmol/L处理下的SOD值与对照差异显著，表明高浓度处理的潢川金桂SOD活性较低。在盐胁迫下，随着时间的延长，大叶银桂SOD活性在不同浓度处理下有不同的表现趋势，具体为在胁迫第19 d时，40 mmol/L的处理下，SOD活性显著下降，而在70 mmol/L和100 mmol/L处理下，SOD活性均高于对照，分别增加了15.59%和2.75%。

3个桂花品种在不同盐浓度胁迫下POD活性的变化趋势各不相同。在低浓度下笑秋风具有较高的酶活性，清除活性氧的能力也比较强，而高浓度下则相对弱些。方差分析和多重比较显示，处理浓度为40 mmol/L时，笑秋风POD活性与对照差异显著,而处理浓度在70 mmol/L和100 mmol/L盐浓度处理下，POD活性均低于对照，分别降低了52.67%和44.59%。潢川金桂在盐胁迫的第19 d，其POD活性均低于对照，与对照相比，分别减少了12.21%，29.64%和9.40%，方差分析和多重比较显示不同浓度处理下POD酶活性与对照间的差异不显著。大叶银桂在胁迫处理的前期POD活性对于盐处理的响应比较迅速，盐胁迫处理19 d后，各浓度处理下的大叶银桂POD活性均低于对照，与对照相比，分别减少了48.88%，39.57%和3.19%。

图3 笑秋风(A)、潢川金桂(B)、大叶银桂(C)盐胁迫处理后超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的变化Fig. 3 Changes of superoxide dismutase and peroxidase activities after salt stress in O. fragrans ‘Xiao Qiufeng’ (a), O. fragrans ‘Huangchuan Jingui’ (b) and O. fragrans ‘Daye Yin’ (c)

3 讨论

当植物受到胁迫时，叶片可直接表现出盐害症状，且在盐胁迫浓度和持续时间上响应速率和受害程度不同[23]。本研究中，未进行盐胁迫处理的桂花植株都能保持正常生长，在中低浓度下，潢川金桂能保持良好的生长，表明其耐盐能力较强，而高浓度下，潢川金桂出现了叶片大量枯黄、脱落甚至植株死亡的现象，反之笑秋风与大叶银桂长势良好。

植物细胞膜透性的大小可反映其质膜受害程度，其数值越大，植物所受害程度越大[24]。电导率是衡量植物细胞膜透性的重要指标。植物器官遭受逆境胁迫伤害时，膜系统往往会受到破坏，使其丧失功能，导致电解质大量外渗，膜透性增强[25]。本研究中，随着盐胁迫浓度的升高，3个桂花品种叶片的相对电导率也随之增大。在盐胁迫前期，电导率逐渐增加，质膜开始受到伤害，随着时间的延长，电导率增长缓慢，表明3个品种的桂花对盐胁迫具有一定的适应性，这个结果与陆瑛等[26]对“宁杞1号”和刘伟娜等[27]对刺槐的耐盐性研究得出的结论一致。

可溶性糖作为重要的渗透调节物质，有研究认为其在耐盐性评价中具有较强的指示作用[24]。盐胁迫下植物生长受到抑制，叶片内可溶性糖含量增加，可以调节自身的渗透平衡，从而增强自身对盐胁迫的抵御能力。本研究发现，随着盐胁迫时间的延长，潢川金桂在40 mmol/L的可溶性糖含量达到最高，表明此时潢川金桂的耐盐性很强，而笑秋风和大叶银桂两个桂花品种的可溶性糖含量逐渐下降。可能的原因是，一方面植物受到盐分胁迫时，可溶性糖的积累在种类和种间都有很大的不同，另一方面桂花叶片受到胁迫后，其正常生理功能和各种代谢受到破坏，影响了可溶性糖的合成和运输，从而导致处理后期可溶性糖含量降低，这与薛腾笑等关于美国金钟连翘的研究结果不一致[28]。

盐胁迫下的另一种渗透调节物质是可溶性蛋白，当植物受到盐胁迫，细胞中蛋白质的合成会增强，植物通过自身的调节以适应盐胁迫环境。本研究中，随着盐浓度的升高，3个桂花品种的可溶性蛋白先下降后升高，其中潢川金桂在40 mmol/L时其可溶性蛋白的含量要高于对照，表明在低盐浓度胁迫下的耐性强，而笑秋风和大叶银桂在70 mmol/L和100 mmol/L盐浓度下的可溶性蛋白含量高于对照，说明这两个桂花品种在此浓度下的耐性强，可能原因是低浓度胁迫下蛋白质合成受阻，而高浓度胁迫下蛋白质分解加速，这与曹尚银等[29]研究4个不同品种枣树的耐盐性得到的结论相一致。

SOD和POD作为抗氧化酶系统的重要组成部分，在清除自由基方面发挥了重要作用[30]。正常情况下，当植物遇到胁迫时会通过提高SOD活性来增强抗逆性。本研究中，当处理浓度为100 mmol/L时，笑秋风和潢川金桂的SOD活性低于对照，可能原因是低浓度处理时，SOD活性没有被诱导，而在中高浓度盐分胁迫下，SOD活性被诱导，但高浓度盐分对桂花的胁迫超过了植物自身的适应能力，最终导致了其SOD活性在100 mmol/L时低于对照，这与薛腾笑等关于美国金钟连翘的研究结果一致[28]。3个桂花品种POD活性在处理末期也基本低于对照，可能是在盐胁迫下，桂花体内代谢趋于紊乱，从而抑制抗氧化酶基因的表达，与刘国华等[31]对四照花的研究结论相一致。

综上所述，根据盐害症状的观察以及生理指标分析，可将3个桂花品种的耐盐性分为两个层次：当盐浓度低于40 mmol/L时，潢川金桂适应性良好，一旦高于此浓度，潢川金桂受害严重；而在70 mmol/L和100 mmol/L浓度下，大叶银桂和笑秋风适应性则更好，这为桂花在盐渍化土壤区域的应用和推广提供了理论参考。但要进一步了解桂花的耐盐机制以及选育适合盐渍化土壤区域栽培的品种，还有待于更多桂花品种耐盐性的研究。