不同浓度Na2CO3胁迫处理对科罗拉多蓝杉生理特性的影响

于世河，郑 颖，卜鹏图，金 山

（1.辽宁省林业科学研究院，沈阳 110032；2.新宾满族自治县自然资源发展中心，辽宁抚顺 113200）

土壤盐碱化是世界范围内广泛存在的农业及生态问题，由Na2CO3、NaHCO3等碱性盐所造成的土壤盐碱化问题日益严重[1-4]。植物生长与盐的关系密不可分，植物种子萌发、生长发育及新陈代谢等都会对盐胁迫做出敏感的响应。一般土壤盐化都伴随碱化一起发生，盐碱胁迫会对抑制植物的生长发育，甚至导致其死亡[5-6]。但是，不同植物对盐碱胁迫的耐受程度各不相同，所以探究盐碱胁迫对植物的影响，了解其作用机制，对于提高植物抗胁迫能力及合理开发利用盐碱地具有重要意义。

科罗拉多蓝杉(Picea pungensvar.glauca)又名蓝杉，原产于北美，目前已在我国很多省份，如黑龙江、内蒙古、吉林、辽宁、河北、山西、山东、甘肃等地大面积栽培[7-9]。科罗拉多蓝杉是传统的彩叶观赏树种，具有很高的园林观赏价值。因其色彩奇特，作为珍稀蓝色针叶树，在松科中别具一格，可孤植或丛植，用于点缀和调节园林景观色彩，也可栽植于公路两侧。蓝杉生长较缓，适应性强，在肥沃及湿润的土壤中生长良好。课题组在前期蓝杉苗木的培育研究中发现，科罗拉多蓝杉具有一定的抗旱性[7]。同时，在其种子萌发过程中，其对轻微的盐胁迫也具有一定的抵抗能力。但是盐胁迫对于蓝杉植株的影响研究并无探讨；特别是针对于碱性盐胁迫，目前尚无人对其进行研究。因此，研究不同程度盐碱胁迫对蓝杉生理特性的影响，具有一定的理论价值和实践意义。

为此，本研究拟通过对盆栽蓝杉进行梯度浓度Na2CO3胁迫，测定其不同时期的生理特性，探讨不同程度盐碱胁迫对蓝杉生长的影响，以期为栽植地及浇灌水资源的合理选择与应用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

2019年6月于辽宁沈阳进行科罗拉多蓝杉耐盐碱性试验。选取株高（超过30cm）一致，且生长良好的1年生蓝杉进行研究。温度为22~25℃；光强度为1000μmol·m-2·s-1,昼夜各12h；湿度为50%。栽培土壤均采集于辽宁省林业科学研究院试验田，有机含量<10%，pH值6.5；花盆规格：直径30cm，高45cm。

1.2 方法

本研究采取盆栽梯度浓度盐水补给法。蓝杉适应生长6周后，各植株生长状况基本稳定且趋于一致时，进行不同浓度Na2CO3的盐碱胁迫处理，每组5个重复。分别在第10天、第20天、第30天、第40天对各项指标进行检测。

盐碱胁迫处理方法：取Na2CO3溶于蒸馏水中，配制成不同浓度（0，3‰，6‰，9‰）碱性盐胁迫溶液。每5d浇水1次，同时检测土壤中Na2CO3的浓度（盐酸滴定法），以保证胁迫浓度的准确性。

1.3 生理指标测定

分别于蓝杉被胁迫处理的第10天、第20天、第30天、第40天，于植株上、中、下部位剪取等量（各2g）混于一起，3个重复，以备后续生理指标检测。

1.3.1 叶绿素含量测定按4∶5∶1的体积例配置丙酮、乙醇及水的提取溶液。将等量针叶剪碎成小块，于提取液中对叶绿素进行提取。利用分光光度计测定吸光值，朗伯-比尔定律计算叶绿素a和叶绿素b含量[7]。

1.3.2 有机渗透调节物质含量测定取等量针叶于液氮中，研磨成粉状，然后将其溶于生理盐水中。蒽酮法测定可溶性糖含量[10]；酸性茚三酮显色法测定游离脯氨酸含量[11]。

1.3.3 相对电导率的测定将0.5g针叶剪碎成小块置于20mL蒸馏水中，静置20min。测定电导率S1，然后将其于100℃中水浴30min，冷却后测定电导率S2。蒸馏水电导率为S0。相对电导率S（%）=(S1-S0)/(S2-S0)×100[7]。

1.3.4 酶活力的测定氮蓝四唑（NBT）法测定超氧化物歧化酶（SOD）活力[12]；比色法测定过氧化物酶（POD）活力[13]；硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MAD)含量[14]。

1.4 数据分析

所得数据进行two-way ANOVA分析（GraphPad Prism 8），p<0.05视为有统计学意义，不同字母标记视为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同盐碱胁迫对科罗拉多蓝杉光合色素的影响

由图1可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其含量呈下降的趋势。第10天，各组之间叶绿素a的含量并无显著性差异；第20天，CK组、3‰组及6‰组之间的叶绿素a含量并无显著差异，但9‰组的含量相对于其他3组显著降低（p＜0.05）；第30天，6‰组叶绿素a含量显著低于CK组，9‰组显著低于CK组和3‰组（p<0.05）；第40天，6‰组叶绿素a显著低于CK组，且9‰组显著低于其他3组（p<0.05）。

图1 盐碱胁迫对蓝杉叶绿素a含量的影响Figure 1 Effects of saline-alkali stress on chlorophyll a content of Picea pungens var.glauca

不同浓度的盐碱胁迫对蓝杉针叶中叶绿素b含量的影响与叶绿素a相似。由图2可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其含量也呈下降的趋势。第10天，各组之间叶绿素b的含量并无显著差异；第20天，CK组、3‰组及6‰组之间的叶绿素b并无显著差异，但9‰组的含量显著低于CK组和3‰组（p<0.05）；第30天，6‰组叶绿素b含量显著低于CK组，9‰组显著低于CK组和3‰组（p<0.05）；第40天，6‰组和9‰组叶绿素b显著低于其他两组（p<0.05）。

图2 盐碱胁迫对蓝杉叶绿素b含量的影响Figure 2 Effects of saline-alkali stress on chlorophyll b content of Picea pungens var.glauca

2.2 不同盐碱胁迫对科罗拉多蓝杉有机渗透调节物质及细胞膜透性的影响

由图3可知，随着Na2CO3处理浓度的增大，其含量整体呈上升趋势。第10天和第20天，各组之间可溶性糖的含量并无显著性差异。但是，第30天和第40天，9‰组叶绿素b的含量大幅升高，显著高于其他3组（p<0.05）。

图3 盐碱胁迫对蓝杉可溶性糖含量的影响Figure 3 Effects of saline-alkali stress on soluble sugar content of Picea pungens var.glauca

由图4可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其含量呈下降的趋势。第10天，各组之间游离脯氨酸的含量并无显著性差异；第20天，CK组、3‰组及6‰组之间的游离脯氨酸含量并无显著差异，但9‰组的含量却显著低于其他3组（p<0.05）；第30天和第40天，6‰组游离脯氨酸含量显著低于CK组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）。

图4 盐碱胁迫对蓝杉游离脯氨酸含量的影响Figure 4 Effects of saline-alkali stress on free proline content of Picea pungens var.glauca

由图5可知，第10天，各组之间相对电导率并无显著性差异；在第20天，CK组、3‰组及6‰组之间的相对电导率并无显著差异，但9‰组相对于3‰组却显著上升（p<0.05）；第30天和第40天，CK组、3‰组及6‰组之间的相对电导率也无显著性变化，但是9‰组相对于其他3组却显著上升（p<0.05）。

图5 盐碱胁迫对蓝杉相对电导率的影响Figure 5 Effects of saline-alkali stress on relative electrical conductivity of Picea pungens var.glauca

2.3 不同盐碱胁迫对科罗拉多蓝杉抗氧化物酶活性和丙二醛含量的影响

由图6可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其活性呈下降趋势。第10天，各组之间相对SOD活性并无显著性差异；第20天，6‰组的SOD活性显著低于3‰组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）；第30天6‰组的SOD活性显著低于CK组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）；第40天，3‰组及6‰组的SOD活性显著低于CK组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）。

图6 盐碱胁迫对蓝杉超氧化物歧化酶活力的影响Figure 6 Effects of saline-alkali stress on superoxide dismutase activity of Picea pungens var.glauca

不同浓度的盐碱胁迫对蓝杉针叶中过氧化物酶(POD)活性的影响与SOD相似。由图7可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其活性呈下降趋势。第10天，6‰组及9‰组的POD活性显著低于CK组及3‰组；第20天，4组之间的POD活性都具有显著差异，其中，3‰组显著高于其他3组，而6‰组显著低于CK组及3‰组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）；第30天和第40天，6‰组的POD活性显著低于CK组，9‰组显著低于其他3组（p<0.05）。

图7 盐碱胁迫对蓝杉过氧化物酶活力的影响Figure 7 Effects of saline-alkali stress on peroxidase activity of Picea pungens var.glauca

不同浓度的盐碱胁迫对蓝杉针叶中丙二醛(MDA)含量的影响与SOD及POD活性相反。由图8可知，随着Na2CO3处理浓度的升高，其含量呈上升趋势。第10天，CK组、3‰组及6‰组之间的MDA含量并无显著差异，但9‰组显著高于3‰组（p<0.05）；第20天，6‰组的MDA含量显著高于3‰组，9‰组显著高于其他3组（p<0.05）；第30天，6‰组的MDA含量显著高于CK组及3‰组，9‰组显著高于其他3组（p<0.05）；第40天，6‰组及9‰组的MDA含量显著高于CK组及3‰组，且9‰组显著高于6‰组（p<0.05）。

图8 盐碱胁迫对蓝杉丙二醛含量的影响Figure 8 Effects of saline-alkali stress on malondialdehyde content of Picea pungens var.glauca

3 讨论与结论

植物生长发育受到土壤盐碱度的高度影响。盐碱度过高会对植物造成不可逆的损害，甚至导致其死亡。盐碱胁迫环境中，植物的一列生理活动都会受到不同程度的抑制，如光合色素及有机渗透调节物质的合成、细胞膜透性的变化、抗氧化酶活性的平衡和细胞膜的脂质氧化[5-7]。

光合作用在叶绿素的参与下才能顺利完成。叶绿体作为叶绿素的合成部位，其在盐碱胁迫下会导致结构及功能的破坏，使叶绿素的合成效率减小，光合作用效率降低[15]。本研究发现，低浓度盐碱胁迫处理（3‰），蓝杉叶内的叶绿素a及叶绿素b含量与CK（0）并无显著性区别；而随着浓度的增加，6‰与9‰盐碱胁迫的蓝杉叶内叶绿素含量在第20天~第40天内显著下降。这表明盐碱胁迫可能损害了蓝杉的叶绿素合成路径或合成器官，致使其叶内的叶绿素合成受阻，叶绿素含量降低。这与孔强等[1]对东方杉的盐碱胁迫研究相似。

盐碱胁迫会造成植物的有机渗透调物质的变化，通过提高其合成水平来实行对植物的保护作用。这些有机渗透调节物质包括可溶性糖、游离脯氨酸、茉莉酸等[16-17]。本研究发现，在0~9‰的盐碱胁迫处理范围内，前期蓝杉叶内可溶性糖含量并无明显区别；直到第30天~第40天，9‰的可溶性糖含量才出现显著性升高。而游离脯氨酸含量在低浓度盐碱胁迫处理（3‰）下并无显著变化；但是随着盐碱浓度的升高，在后期游离脯氨酸的含量反而出现了显著的降低。这表明在蓝杉体内可溶性糖对于盐碱胁迫的敏感度要强于游离脯氨酸，其可作为渗透调节物对植物起保护作用。

植物抗氧化酶体系，是植物抵御其在逆境胁迫环境中所产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)及自由基的重要防线，从而对植物起到保护的作用。SOD与POD是植物抗氧化酶体系的重要组分[18-20]。本研究发现，SOD与POD活力在轻度盐碱胁迫（3‰）的条件下，前期有所升高，但是其会随着胁迫程度的加剧而降低，特别是6‰及9‰组相对于CK（0）组显著降低。这表明，在遭遇轻度盐碱胁迫的情况下，蓝杉会启动抗氧化酶体系抵御胁迫所造成的的伤害，但是一旦胁迫程度过重，则会导致整个体系的不可逆破坏。MDA是植物体内膜脂过氧化的最终产物，也是膜系统受伤害程度的重要标志之一[7]。本研究发现，在低浓度的盐碱胁迫条件下（3‰），蓝杉体内的MDA含量与CK（0）并无明显区别，但是当胁迫程度加剧的情况下，其含量显著上升。这表明蓝杉在较低的盐碱胁迫条件下，其细胞膜并未受到明显伤害，但盐胁迫程度的加剧，细胞膜出现了不同程度的损伤。这与王京伟等[21]对蓝杉种子萌发的NaCl胁迫研究相似。

综上所述，轻度盐碱胁迫（3‰）并不会对蓝杉的生理活动造成显著的抑制作用；而随着胁迫程度的加剧及时间的延长，其各项生理指标则显著受到干扰。因此，在蓝杉栽植地及水源的选择上，可以选择中性甚至是轻度盐碱突然进行栽植和水源进行浇灌。本研究的结果为蓝杉栽植地及浇灌水资源的合理选择与应用提供理论依据和技术支持，蓝杉对盐胁迫的应对机制还需更加深入的探究。