细穗柽柳对3种单盐胁迫的生理响应

李星, 胡杨, 马媛, 贾守义, 李钢铁*

(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院， 呼和浩特 010010；2.中国林业科学研究院沙漠林业实验中心， 内蒙古 磴口 015200；3.巴彦淖尔市林业研究所， 内蒙古 巴彦淖尔 015000)

土壤盐渍化已成为全球性的环境问题和限制农业生产力发展的主要因素之一[1]。据调查统计，全世界范围内约有10亿 hm2的土地受到盐碱化危害[2]，预计到2050年全球耕地面积的50%以上将会被盐渍化[3]。据农业农村部组织的第2次全国普查资料报道，中国的盐渍土总面积占全国可利用土地面积的4.88%，其中耕地中盐渍化面积达到920.9×104hm2，占全国耕地面积的6.62%[4]。河套灌区是我国三大灌区之一，也是内蒙古自治区主要的粮油生产基地，气候干旱少雨，蒸发强烈，蒸降比在10:1以上，农业发展严重依赖灌溉，而灌溉水主要是平均矿化度为0.65 g·L-1的黄河水，长期大水漫灌导致地下水位居高不下，在强烈的植物蒸腾与地面蒸发下，地下水携带水溶性盐分沿土壤毛细管到达土壤表层造成地表积盐，致使灌区农业生态环境较为脆弱，轻、中度盐碱地上尚有植物可以生长，但是在占地约2×104hm2的重度盐碱耕地上，大部分植物都不能正常生长。因此荒废了大量土地资源，制约了当地农业的可持续发展[5]。

一个多世纪以来，国内外学者尝试用各种方法进行盐碱地改良。植被恢复是盐碱地改良的主要措施，树种选择是盐碱地植被恢复的根本。细穗柽柳为柽柳科(Tamaricaceae)柽柳属(Tamarix)泌盐性盐生灌木，枝叶繁茂，春夏两季青葱翠绿，秋季变红，总状花序细长，紫红色或粉色，花期6—7月，具有很高的观赏价值[6]。其广泛分布于我国西北干旱、盐碱地区，是盐碱地造林的优良树种。目前，关于细穗柽柳的研究主要集中在黄酮类化合物的提取、播种育苗技术、低温胁迫、萌发特性与嫩枝扦插技术、通过田间生长量比较耐盐性等方面[7-11]。关于其抗盐性的研究主要局限于种子萌发层面，苗木抗盐性的研究非常少，而植苗是造林及城市绿化的主要方法。

已有研究表明，盐碱土的一个重要属性即为土壤水溶性盐，它是限制作物生长的障碍因素。目前所知土壤盐分中 Na2CO3对植物的危害最大，NaCl次之[12]。研究表明，盐分中NaCl胁迫影响植物光合作用和蒸腾作用，Na2CO3胁迫削弱光合能力并抑制呼吸作用，土壤中的 Na2CO3和 NaHCO3易产生高pH胁迫，而高pH环境使钙、锰、磷、铁等元素被土壤固结，不易被植物吸收[13-17]。高pH环境破坏作物根部的各种酸，影响植物新陈代谢，特别对幼嫩植物的芽和根直接产生腐蚀作用[18]。研究表明，盐胁迫对植物光合作用的影响直接体现在植物体内叶绿素含量的变化上[19]。丙二醛 (malondialdehyde, MDA) 含量的高低明显体现植物的受害程度。过氧化物酶 (peroxidase, POD)、过氧化氢酶 (catalase, CAT)能够反映出植物体内代谢状况和对外界环境适应性，逆境能够促使POD、CAT活性增高。逆境会加快植物根系衰老氧化，因此植物的根系活力大小将反映植物根系受损情况。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

河套灌区地处干旱、半草原地带，极少降雨，但蒸发强烈，区域耕地经常受到盐渍化和荒漠化的威胁，严重影响了土地可持续发展。该灌区位于内蒙古自治区西部，是主要的粮、油生产基地，地理坐标为N 40°19′—41°18′，E 106°20′—109°19′。东西长250 km，南北宽达50 km，海拔1 007—1 050 m，总面积105.33×104hm2。灌区属黄河冲积平原，土壤母质为含盐的黄河冲积物，以盐渍化浅色草甸土和盐土为主，该区域热量充足，年降水量仅130～250 mm，而年蒸发量达2 000～2 400 mm。在该区域约2×104hm2的重度盐碱化耕地上，大多数植物都不能正常生长。

1.2 试验材料

试验选择的植物材料为2年生细穗柽柳容器苗，由内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县细穗柽柳育苗基地提供，运输至内蒙古农业大学温室，进行盆栽试验。

1.3 试验设计

试验于2018年8月2日在内蒙古农业大学温室进行，将2年生细穗柽柳容器苗栽入19 cm×23 cm的塑料花盆中，并在花盆底部衬上托盘，防止盐碱胁迫过程中盐分流失，浇透水，进行缓苗，将苗木修剪至30 cm高，从而达到快速缓苗的目的。并于8月12日，前往河套灌区盐碱地进行土壤采样，选取三块样地，用随机采样的方法分别采取0—10、10—20、20—30 cm土层土样，并用四分法分别保留约1 kg土样装入密封袋中带回实验室。用自然风干法进行晾土，晾干后过2 mm筛，进行土壤盐离子的测定。

1.4 测定指标与方法

1.4.2生理指标的测定叶绿素含量的测定用比色法；POD活性的测定用愈创木酚法；CAT活性的测定用紫外吸收法；丙二醛含量的测定用硫代巴比妥酸显色法；根系相对含水量的测定用称重法；根系活力的测定用α-萘胺法，均参照史树德等[20]方法。

1.5 数据处理

用 Microsoft Excel 2007 进行数据的整理与绘图，使用 SAS 9.0 软件对数据进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，并用最小显著性差异法(LSD)检验不同处理之间的显著性。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对细穗柽柳叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，随着胁迫时间的延长，叶绿素a含量在 Na2CO3-T3、NaCl-T3处理下出现持续下降的趋势，Na2CO3-T3和NaCl-T3处理40 d的叶绿素a含量相对于0 d分别显著降低了65%、47% (P<0.05)；而CK处理40 d的叶绿素a含量较0 d无显著变化 (P>0.05)。随着胁迫时间的延长，所有处理的叶绿素b含量均呈现先降低后升高的趋势。已有研究表明，绝大多数叶绿素a和全部的叶绿素b均具有吸收和传递光能的作用，极少数特殊状态的叶绿素a参加光化学反应[21]。由此可知，Na2CO3-T3和NaCl-T3处理阻碍了叶绿素的光化学反应，从而影响了细穗柽柳的光合作用。不同梯度盐胁迫分析表明，T1梯度处理下，叶绿素总含量由降低转为升高的变化拐点首先出现；其次是T2梯度处理；T3梯度处理下，叶绿素总含量由降低转为升高的变化拐点最后出现。表明胁迫程度越强，细穗柽柳自我调节所需时间越长。Na2CO3-T3和NaCl-T3处理下，叶绿素总含量呈现持续下降趋势，较相应处理0 d分别显著下降53%、36% (P<0.05)；CK处理40 d的叶绿素总含量较 0 d无显著变化 (P>0.05)。由此可知，细穗柽柳在T3梯度盐胁迫下，正常生理机能受到严重破坏；在T2、T1梯度盐胁迫处理下，具备较强的适应性。

注：不同小写字母表示同一时期不同处理间差异在P<0.05 水平具有显著性。

2.2 盐胁迫对细穗柽柳叶片MDA含量的影响

植物在逆境中遭受伤害，普遍会发生膜脂过氧化作用生成MDA[20]。因此，MDA含量在一定程度上反映了植物的受伤害程度。由图2可知，随着胁迫时间的延长，各处理的MDA含量均表现为先升高后降低的趋势。同一种盐分不同盐胁迫梯度间比较发现，Na2CO3盐胁迫下，Na2CO3-T1、Na2CO3-T2、Na2CO3-T3处理40 d MDA含量的峰值相对于0 d分别增长了93%、115%、146%，呈现递增趋势；NaCl盐胁迫下，NaCl-T1、NaCl-T2、NaCl-T3处理40 d MDA含量的峰值相对于0 d分别增长了143%、167%、191%，也呈现递增趋势，表明胁迫程度越强，MDA含量越高；然而NaHCO3盐胁迫下不同处理间MDA含量的峰值差异不显著。从盐分组成的角度分析，T3处理下，NaHCO3-T3、Na2CO3-T3、NaCl-T3 处理组40 d MDA含量的峰值相对于0 d分别增长了71%、146%、191%；T2梯度下，NaHCO3-T2、Na2CO3-T2、NaCl-T2处理组40 d MDA含量的峰值相对于0 d分别增长了111%、115%、167%；T1梯度下，NaHCO3-T1、Na2CO3-T1、NaCl-T1处理组40 d MDA含量的峰值相对于0 d分别增长了114%、93%、143%，均呈现递增趋势。可见，NaCl 胁迫在各梯度下的MDA含量均最高，表明 NaCl 胁迫对细穗柽柳的危害比 NaHCO3和 Na2CO3胁迫更加严重。

注：不同小写字母表示同一时期不同处理间差异在P<0.05 水平具有显著性。

2.3 盐胁迫对细穗柽柳叶片POD和CAT活性的影响

由图3可知，随着胁迫时间的延长，各处理POD活性呈现先升高后降低的趋势。同一种盐分不同梯度，NaHCO3-T1、NaHCO3-T2、NaHCO3-T3处理40 d的POD活性测定值相对于0 d分别增长了32%、77%、49%；Na2CO3-T1、Na2CO3-T2、Na2CO3-T3处理40 d的POD活性测定值相对于0 d分别增长了21%、71%、66%；NaCl-T1、NaCl-T2、NaCl-T3处理40 d的POD活性测定值相对于0 d分别增长了61%、76%、21%；而CK处理40 d的POD活性测定值相对于0 d无显著变化(P>0.05)。3种盐胁迫比较而言，T1胁迫处理下，NaHCO3-T1、Na2CO3-T1、NaCl-T1 处理40 d的POD活性测定值相对于0 d分别显著增长了32%、21%、61%；T2胁迫梯度下，NaHCO3-T2、Na2CO3-T2、NaCl-T2处理40 d的POD活性测定值相对于0 d分别显著增长了77%、71%、76%；T3胁迫梯度下，NaHCO3-T3、Na2CO3-T3、NaCl-T3处理40 d的POD活性较CK分别显著增长了49%、66%、21%(P<0.05)。对比增长率发现，T2梯度盐胁迫处理组的POD活性增长率高于T1梯度盐胁迫处理组，但T3梯度盐胁迫处理组POD活性增长率明显下降，表明T3梯度盐胁迫处理已经破坏了细穗柽柳的保护酶系统。

随着胁迫时间的延长，细穗柽柳叶片CAT活性呈现先升高后降低的趋势。同一种盐分不同胁迫梯度结果显示，NaHCO3-T3、Na2CO3-T3、NaCl-T3梯度处理下40 d CAT活性的峰值相对于0 d分别增长了18%、32%、45%，呈现递增趋势；NaCl-T1、NaCl-T2、NaCl-T3处理下40 d CAT活性的峰值相对于0 d分别增长了31%、21%、16%，呈现递减趋势，说明 NaHCO3盐胁迫处理激发了CAT的保护作用，而NaCl盐胁迫处理下，随着胁迫梯度的增加，CAT的保护作用受到抑制。

注：不同小写字母表示同一时期不同处理间差异在P<0.05 水平具有显著性。

2.4 盐胁迫对细穗柽柳根系活力的影响

不同盐胁迫处理的细穗柽柳根系活力结果(图4)显示，在NaHCO3-T2、NaHCO3-T3、Na2CO3-T1、Na2CO3-T2、Na2CO3-T3、NaCl-T1、NaCl-T2、NaCl-T3盐胁迫处理下，细穗柽柳的根系活力分别较CK降低了32%、46%、29%、43%、73%、21%、32%和78%，其中 NaCl-T3 处理的根系活力降幅最大，即NaCl-T3处理严重破坏了细穗柽柳的根系活力， Na2CO3-T3 处理次之；NaHCO3-T1根系活力与CK无显著差异 (P>0.05)。同种盐胁迫下，均出现随胁迫梯度增强，根系活力逐渐下降的变化趋势，而 NaHCO3、Na2CO3、NaCl 3种盐胁迫之间，无明显变化规律。

注：不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05 水平具有显著性。

3 讨论

研究表明，随着盐胁迫的增强，碱蓬(SuaedaglaucaBunge)、荻(Miscanthussacchariflorus)幼苗的叶绿素总含量呈下降趋势。而本研究中，随着盐胁迫的增强，NaHCO3-T1[19,22]、NaHCO3-T2、NaHCO3-T3、Na2CO3-T1、Na2CO3-T2、NaCl-T1和NaCl-T2处理的叶绿素总含量均呈现先降低后升高的趋势，仅有Na2CO3-T3和NaCl-T3处理的叶绿素总含量呈现持续下降趋势。表明极重度盐胁迫下，细穗柽柳的光合作用受到较大影响，而在中、重度盐胁迫下则其表现出较强的耐受性。杜中军等[23]研究发现，平邑甜茶(Malushupenensis)和小金海棠(Malusxiaojinensis)叶片中叶绿素a、叶绿素b含量随盐胁迫增强，呈现下降趋势。本研究中，随着胁迫时间的延长，细穗柽柳叶片叶绿素b含量呈现先降低后升高的趋势，随着胁迫程度的加剧，叶绿素a含量在 Na2CO3-T3和NaCl-T3处理下呈现持续降低的趋势，表明 Na2CO3-T3和NaCl-T3 胁迫不同程度地影响了细穗柽柳的光化学反应，进而影响光合作用。

植物在逆境中受到胁迫，普遍会发生膜脂过氧化作用，膜脂被氧化产生MDA，膜受伤害又产生大量自由基，此时保护酶系统被激活。POD和CAT是植物体内重要的保护酶，它们共同保护植物膜系统。本研究结果表明，随着胁迫时间的延长，MDA含量呈现先升高后降低的趋势，POD和CAT活性也呈现先升高后降低的趋势，反映出保护酶对植物膜系统受到破坏的积极响应，表明细穗柽柳具有较强的自我调节能力，对盐胁迫有较强的耐受性。李永涛等[24]和鲁艳等[25]对盐胁迫下甘蒙柽柳(Tamarixaustromongolica)、中国柽柳(Tamarixchinensis)、多枝柽柳(Tamarixrampsissima)叶片过氧化酶活性响应的研究发现，POD和CAT活性也随着盐胁迫程度增强呈现先升高后降低的趋势[25-26]，与本研究结果一致。周芬等[26]研究发现，随着盐胁迫时间的延长，拟南芥中MDA含量呈现上升趋势，而本研究中，MDA含量呈现先升高后降低的趋势，再次表明细穗柽柳对盐胁迫有较强的耐受性。

根系活力的大小在很大程度上反映出根系生命活动的强弱。盐胁迫会影响植物的根系活力，降低其活力，从而影响植物的呼吸作用和光合作用等生理活动，以致使植物的生长发育受阻[20]。郭淑华等[27]研究发现，碱性盐会降低葡萄的根系活力。本研究结果显示，NaHCO3、Na2CO3和 NaCl 盐胁迫下细穗柽柳根系活力均有所下降，NaCl-T3 处理下根系活力降幅最大。表明极重度盐胁迫下细穗柽柳的根系受损最严重。

综上所述，在中、重度盐胁迫下，细穗柽柳表现出较强的自我调节能力，具有较强的耐受性；在极重度盐胁迫下，尤其在206.46 g·kg-1NaCl 胁迫下，细穗柽柳的各项生理指标与对照组均出现显著差异；2.05 g·kg-1Na2CO3与 206.46 g·kg-1NaCl处理则对光合作用有抑制作用。因此，在极重度盐碱地选择细穗柽柳造林尚需进一步研究与实践。