干旱胁迫下文冠果耐盐生理生化特性研究

张 璐 刘炳响 牟洪香 马长明 连亚妮 王 晓

（河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

植物“交叉适应性”理论认为，当植物遭受某一种逆境时，会提高对另一种逆境的抵抗能力，从而通过某些机制来增强植物的抗性[1]。有研究发现，柽柳（Tamarix chinensis）幼苗在盐旱胁迫下表现出一定的交叉适应性，适度的干旱胁迫能增强柽柳幼苗对盐分胁迫的耐受能力，浓度过高则会加剧盐害[2]；与单一干旱胁迫相比，旱盐复合胁迫在一定程度上能够缓解干旱胁迫对侧柏（Platycladus orientalis）幼苗生长的影响[3]。盐渍和干旱是大部分植物所面临的最严重问题之一，已成为限制森林和农作物生长的主要因素[4]。盐碱化土壤经常会伴随干旱一起发生，对植物生长及生理代谢方面造成不同程度的影响，因此研究植物在干旱、盐渍条件下的耐受性及生长适应性对于其在盐碱地的推广应用极为重要。

文冠果（Xanthoceras sorbifolium）是我国北方干旱半干旱地区乡土木本油料树种，对土壤瘠薄和干旱有较好的耐受性[5]。目前对于文冠果的研究主要集中在繁殖技术、栽培管理、药用价值、良种选育和抗逆生理等方面，且在抗逆性方面主要集中在水分、盐分等单一因子对文冠果的胁迫方面[6-11]，而在水分盐分共同胁迫方面研究较少。聚乙二醇（PEG）是一种渗透调节剂，可用来人为模拟水分渗透胁迫[12]。本研究以2 年生文冠果苗为材料，利用15% PEG 6000 和不同浓度NaCl（0%、0.25%、0.35%、0.45%）分别模拟旱盐胁迫，通过测定不同胁迫条件下文冠果叶片有机渗透调节系统、无机离子浓度、膜系统等方面的生理指标，研究各生理生化指标在干旱、单盐、旱盐交叉胁迫条件下的变化规律，探讨在旱盐交叉胁迫条件下文冠果苗是否具有“交叉适应性”，以期为文冠果在干旱盐碱地区的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019 年春季，选取生长状况良好、无病虫害且长势基本一致的2 年生苗文冠果营养杯苗，栽植于试验盆中。盆上口径44 cm、下口径25 cm、高30 cm，每盆2 株，每盆装土20 kg，胁迫前对苗木进行常规管理，保证其能够正常生长。试验地位于河北省保定市南市区河北农业大学标本园（115°25′E，38°48′N），属暖温带半湿润大陆季风气候，年平均气温12 ℃，年平均降水529.7 mm，无霜期165～210 d，试验期间日均最高气温为37 ℃，夜均最低气温22 ℃。试验土为壤土，土壤田间持水量为20.95%，土壤的电导率为89.18 μs/cm。为避免雨水对试验结果产生影响，该试验在遮雨棚中进行，遮雨棚四面通风。

1.2 试验方法

采用随机区组设计，采用PEG 6000 设置2 个干旱（0、15%）水平，利用NaCl 设置4 个盐分水平（0、0.25%、0.35%、0.45%）进行试验，共8 个处理，每个处理4 株，进行3 次重复。用水溶解NaCl（以干土质量百分数计）至各胁迫预定浓度。2019 年7 月18 日开始对盆栽苗进行旱盐胁迫处理，胁迫时间持续22 d。试验期间，定期称重浇灌以平衡水分蒸发量。在胁迫处理2 d（7 月19 日）、6 d（7 月23 日）、11 d（7 月28 日）、16 d（8 月2 日）、22 d（8 月8 日）分别取相同方位且大小一致的中部功能叶片，用冰盒保存取回至实验室，并用液氮处理放入超低温冰箱内，用于各项生理生化指标的测定，每个指标重复3 次。

可溶性糖含量采用蒽酮比色法，脯氨酸含量采用李合生的方法，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法，相对电导率测定采用电导仪法，丙二醛含量（MDA）采用硫代巴比妥酸法[13-14]，钠离子（Na+）含量、钾离子（K+）含量用原子吸收法测定[15]。

1.3 数据分析

采用Excel 2010 进行数据统计，表中数据以平均值±标准误（SE）表示；用SPSS 21.0 进行显著性分析，运用One-way ANOVA 方法进行Duncan 检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 旱盐胁迫对文冠果有机渗透调节物质的影响

2.1.1 旱盐胁迫对文冠果叶片可溶性糖的影响

由表1 可知，在无盐胁迫下，经15% PEG 6000 处理6 d 后，文冠果叶片可溶性糖含量均显著高于不经PEG 6000 处理（P<0.05）。在单盐胁迫下，各处理可溶性糖含量在同一时间内均随盐分浓度的升高而升高，不同盐分浓度间差异显著（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片可溶性糖含量随盐浓度提高而升高，各处理间差异显著（P<0.05）。在0.25% NaCl 处理下，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片可溶性糖含量均显著低于未经PEG 6000 处理的（P<0.05）；但当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15%PEG 6000 处理的文冠果叶片可溶性糖含量高于不经PEG 6000 处理的含量。经单旱胁迫、单盐胁迫及旱盐交叉胁迫各处理可溶性糖含量均随胁迫时间延长出现先上升后下降的趋势，各处理均在16 d 后达到最大值，不同胁迫天数间差异极显著（P<0.01）。

表1 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片可溶性糖含量变化Table 1 Changes of soluble sugar content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.1.2 旱盐胁迫对文冠果叶片脯氨酸含量的影响

由表2 可知，在无盐条件下，经15% PEG 6000 处理6 d 后，文冠果叶片脯氨酸含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，各处理叶片脯氨酸含量在同一时间内均随盐分梯度的升高而升高，0.45% NaCl 处理的显著高于0.25% NaCl 处理的（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫下，相同时间内叶片脯氨酸含量随盐浓度升高而升高，且差异显著（P<0.05）；低盐浓度（0.25% NaCl 和0.35% NaCl）处理下，除个别差异不显著 外（0.35% NaCl 胁 迫16 d），经15%PEG 6000 处理的文冠果叶片脯氨酸含量均显著低于未经PEG 6000 处理的（P<0.05）。当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片脯氨酸含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。单旱胁迫、单盐胁迫及旱盐交叉胁迫各处理叶片脯氨酸含量均随胁迫时间延长呈上升趋势，不同胁迫天数间差异极显著（P<0.01）。

表2 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片脯氨酸含量变化Table 2 Changes of proline content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.1.3 旱盐胁迫对文冠果叶片可溶性蛋白含量的影响

由表3 可知，在无盐胁迫下，经15% PEG 6000 处理6 d 后，文冠果叶片可溶性蛋白含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，各处理叶片可溶性蛋白含量在同一时间内均随盐分梯度的升高而升高，0.45% NaCl 处理的显著高于0.25% NaCl 处理的（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片可溶性蛋白含量随盐浓度升高而升高，且差异显著（P<0.05）；在0.25% NaCl 处理下，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片可溶性蛋白含量显著低于未经PEG 6000 处理的（P<0.05）；在0.35% NaCl 处理下，经15% PEG 6000 处理胁迫11 d 后，文冠果叶片可溶性蛋白含量显著低于未经PEG 6000 处理（P<0.05）；而当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理6 d 后，可溶性蛋白含量显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。随胁迫时间的延长，各处理叶片可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趋势，16 d 后达到最大值，不同胁迫天数间差异显著（P<0.05）。

表3 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片可溶性蛋白含量变化Table 3 Changes of soluble protein content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.2 旱盐胁迫对文冠果无机离子浓度的影响

2.2.1 旱盐胁迫对文冠果叶片Na+含量的影响

由表4 可知，在无盐胁迫下，经15% PEG 6000 处理6 d 后，文冠果叶片Na+含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，在同一时间内各处理叶片Na+含量均随盐分浓度的升高而升高，0.45% NaCl 处理的显著高于0.25% NaCl处理的（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片Na+含量随盐浓度升高而升高，且差异显著（P<0.05）；在0.25% NaCl处理下，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片Na+含量显著低于未经PEG 6000 处理的（P<0.05）；在0.35% NaCl 处理下，经15% PEG 6000 处理胁迫11 d 后，文冠果叶片Na+含量显著低于未经PEG 6000 处理（P<0.05）；而当NaCl 浓度达到0.45%时，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片Na+含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。随胁迫时间延长各处理Na+含量呈上升趋势，且盐浓度越高，增幅越大，不同胁迫天数间差异极显著（P<0.01）。

表4 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片Na+含量变化Table 4 Changes of Na+ ion content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.2.2 旱盐胁迫对文冠果叶片K+含量的影响

由表5 可知，在无盐胁迫下，相同时间内，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片K+含量显著低于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，在同一时间内各处理叶片K+含量随盐分梯度的升高而降低。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片K+含量随盐浓度提高而降低，且差异显著（P<0.05）；低浓度NaCl 处理（0.25% 和0.35%），经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片K+含量显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片K+含量均显著低于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。随胁迫时间延长，各处理K+含量呈下降趋势，各处理前16 d 变化幅度较大，之后变化较小趋于稳定，不同胁迫天数间差异显著（P<0.05）。

表5 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片K+含量变化Table 5 Changes of K+ ion content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.3 旱盐胁迫对文冠果细胞膜透性、膜脂过氧化程度的影响

2.3.1 旱盐胁迫对文冠果叶片细胞膜透性的影响

由表6 可知，在无盐胁迫下，同一时间内经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片相对电导率均显著高于不经15% PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，各处理叶片相对电导率在同一时间内均随盐分梯度的升高而升高，0.25% NaCl 处理的显著低于0.45% NaCl 处理的（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片相对电导率随盐浓度提高而增大，且差异显著（P<0.05）；低盐浓度范围内（0.25% NaCl 和0.35% NaCl）经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片相对电导率显著低于未经15% PEG 6000 处理的（P<0.05），而当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片相对电导率显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。各处理叶片相对电导率均随胁迫时间的延长呈上升趋势，盐浓度越高，增幅越大，不同胁迫天数间差异极显著（P<0.01）。

表6 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片相对电导率变化Table 6 Changes of relative conductivity in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

2.3.2 旱盐胁迫对文冠果叶片MDA 含量的影响

由表7 可知，在无盐胁迫下，同一时间内经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片MDA 含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。在单盐胁迫下，同一时间内各处理叶片MDA 含量均随盐分梯度的升高而升高，0.25% NaCl 处理的显著低于0.45% NaCl 处理的（P<0.05）。在旱盐交叉胁迫条件下，相同时间内叶片MDA 含量随盐浓度升高而增大，且差异显著（P<0.05）。在0.25% NaCl 处理下，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片MDA含量6 d 后显著低于未经PEG 6000 处理的（P<0.05）；当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片MDA 含量均显著高于不经PEG 6000 处理的（P<0.05）。各处理叶片MDA含量随胁迫时间的延长呈上升趋势，盐浓度越高，增幅越大，不同胁迫天数间差异极显著（P<0.01）。

表7 不同旱盐交叉胁迫下文冠果叶片MDA 含量变化Table 7 Changes of MDA content in X.sorbifolium leaves under drought and salt cross stress

3 结论与讨论

植物在遭受逆境胁迫时，可通过调节体内生理生化物质来增强自身抗逆性，减弱逆境带来的伤害，这些物质包括渗透调节物质、保护酶等，其中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白是植物体常见的渗透调节物质[16-19]。本研究发现，在旱盐胁迫下文冠果叶片脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随盐浓度上升呈上升趋势，除脯氨酸随胁迫时间延长呈上升趋势外，其余两指标均呈先上升后下降趋势。胁迫前期，文冠果通过提高可溶性糖、脯氨酸含量等渗透调节物质，去抵御外界胁迫，当胁迫超过一定程度后，文冠果渗透调节系统被破坏，系统发生紊乱。再加之细胞膜破坏受损，细胞内大量物质外渗，从而影响可溶性糖的合成与运输，可溶性糖含量下降，耿广琴等[20]、刘炳响[21]在研究中也得到了相同的结论。

交叉适应性理论认为，当植物遭受某一逆境时，会增强对另一种逆境的抵抗力。本研究发现在低盐浓度下（0.25% NaCl 和0.35% NaCl），经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量均显著低于未经PEG 6000 处理的，而当NaCl 浓度达到0.45% 时，经15% PEG 6000 处理的均显著高于不经PEG 6000处理的。这表明与单盐胁迫相比，旱盐交叉胁迫并不是简单的效应累积，存在一定的“交叉适应性”，适当程度干旱可以降低盐胁迫下文冠果生理代谢系统发生紊乱的几率，当超过一定范围后，这种交叉胁迫可加重其伤害，这与偶春的研究结果一致[3]。此外，各渗透调节物质含量随胁迫时间延长总体呈上升趋势，但变化并不一致。可溶性糖和可溶性蛋白含量在胁迫16 d 后达到最大值，随后下降，说明文冠果体内渗透调节物质的调节作用一定程度上存在差异性，这种协同作用和差异性还有待进一步研究。

在逆境下植物通过吸收和积累无机盐离子进行渗透调节，增加细胞浓度，降低细胞渗透势，防止细胞脱水；但在高浓度盐胁迫下，植物原生质膜被破坏，导致大量Na+涌入细胞内，破坏细胞离子平衡状态，影响K+胞内分布，对植物造成单盐毒害、渗透胁迫及养分亏缺，抑制植物生长[22-23]。本研究结果表明，单旱胁迫、单盐胁迫和旱盐交叉胁迫文冠果叶片Na+含量均随盐分浓度上升和胁迫时间的延长呈上升趋势，且盐浓度越高Na+含量增幅越大，而叶片中K+含量表现出相反的规律性。随胁迫加重叶片Na+含量升高而K+含量下降，这是因为Na+和K+有着相似的离子半径和水合能，二者会竞争转运体的同一结合位，Na+的增多加剧了这种竞争，造成了K+的亏缺。这一结果与庞彩菊[24]对肾叶打碗花的研究结果基本一致。此外，胁迫初期，质膜对K+的选择性降低，导致Na+含量明显增加，K+含量下降，当其长期处于高盐环境，植物将会产生一种自我保护机制，维持较高浓度K+含量，增强细胞渗透调节能力，王永慧等[25]也得到了相同的结论。此外，低盐浓度下（0.25% NaCl 和0.35% NaCl），经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片Na+含量表现出了和上述渗透调节相似的规律性，即显著低于未经PEG 6000 处理的，而在高浓度盐分胁迫下，显著高于不经PEG 6000 处理的，K+含量与之相反。这说明15% PEG 6000 在一定盐浓度范围内可以有效减轻盐胁迫对植物的伤害，这与刘建新等[26]的研究结果一致。

植物在盐胁迫下生长，吸收的盐分在植物体内积累，破坏细胞膜透性，细胞内大量元素外流，电导率升高，膜脂过氧化程度升高，MDA 含量显著增加，这是植物应答逆境的一种自我保护机制[27-28]。有研究表明随盐浓度提高和胁迫时间延长可以促进欧李（Cerasus humilis）细胞质相对电导率明显升高，电解质大量外渗，膜脂过氧化作用加强[29]。刘炳响等[30]对不同生境白榆（Ulmus pumila）生理特性研究发现随土壤盐分浓度增加白榆叶片相对电导率上升，叶片受害程度逐渐加重。本试验研究表明，无论是单旱、单盐胁迫还是旱盐胁迫，文冠果叶片相对电导率和MDA含量均随盐分浓度上升呈上升趋势，文冠果在受到外界环境胁迫时，其叶片细胞膜结构受到破坏，膜系统紊乱，生理代谢受到阻碍，细胞内电解质大量渗出，膜脂过氧化程度加重。低盐浓度下经15% PEG 6000 处理的文冠果叶片相对电导率、MDA 含量均显著低于未经PEG 6000 处理的，超过一定范围时，相对电导率显著高于不经PEG 6000 处理的。这表明在文冠果低盐环境中，对其进行一定程度的干旱处理可以降低膜结构破坏程度，从而进一步减缓活性氧导致的膜脂过氧化作用。

本研究通过测定干旱胁迫下不同盐浓度的文冠果叶片有机渗透调节系统、无机离子浓度、膜系统的生理生化指标，得出以下结论：无论是在单旱、单盐还是旱盐交叉胁迫下，文冠果生理代谢系统均发生不同程度变化，在一定胁迫范围内，随胁迫程度加重，通过提高叶片可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白，降低细胞渗透势，缓解逆境造成的生理代谢紊乱；Na+、相对电导率、MDA的升高及K+的降低不利于其抵御逆境胁迫。在低盐浓度范围内（0.25%～0.35% NaCl），文冠果对旱盐复合胁迫具有交叉效应。