盐胁迫对罗布麻生长和生理的影响

王 珊，李 静，吴玉洁，李晓刚，封晓辉

（1. 河北农业大学林学院, 河北 保定 071001；2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心, 河北 石家庄 050022）

土壤盐渍化是制约全球农业发展的主要非生物胁迫之一[1]，盐胁迫下植物吸收水分困难。由于盐离子积累，形成离子毒害、离子失衡，还会产生氧化胁迫引起膜透性改变，造成代谢紊乱，植株生长困难，甚至造成植物死亡[2-3]。据联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)的不完全统计，地球上的盐碱化和次生盐碱化土地面积已高达9.54 × 109hm2[4]，我国盐碱化土壤 总 面 积 约2.88 × 108hm2，滨 海 盐 碱 土 面 积 约 为2.84 × 106hm2。其中，滨海盐碱地水热资源相对充分，具有较大的改良和利用潜力，在选育耐盐碱植物适应盐碱地新理念的指引下，种植盐生经济植物成为中重度滨海盐碱地高效利用的主要途径[5]，但是滨海盐碱地中耐盐经济植物种类稀少，亟需开发耐盐能力强，经济价值高的盐生植物。

罗布麻(Apocynum venetum)为夹竹桃科多年生落叶直立半灌木，耐盐、耐旱、喜光、耐寒，广泛分布在我国北方各省(区)。罗布麻叶片中含有丰富的黄酮类物质，具有抗氧化、降血脂等药理活性[6]；其韧皮纤维含量高，强度大，可以作为高级纺织原料[7-8]。除此之外，罗布麻还具有较强的耐盐性，是盐碱地中适宜栽培的优良经济植物。研究表明，轻度盐胁迫可促进罗布麻幼苗的生长，但随着氯化钠浓度增加到1.8%时，罗布麻种子发芽率和发芽势呈明显下降趋势[9]；罗布麻种子对碱性盐胁迫(Na2CO3)较敏感，不论浓度高低，罗布麻种子萌发后生长困难[10]。但是对滨海盐碱地不同程度盐胁迫下的罗布麻生长和生理响应的研究尚未开展。本研究采用盆栽试验对轻度、中度和重度滨海盐渍土中罗布麻幼苗的生长和生理特征进行分析，以确定罗布麻生长对不同程度滨海盐渍土的适应性，为罗布麻在滨海盐碱地的栽培提供科学依据。

1 材料与方法

2020 年3 月初在河北省海兴县试验基地内罗布麻集中分布的地块中收集多株野生罗布麻的主根，选择直径3 mm 左右的主根，剪成长短6 cm 长的根段，栽植进育苗钵中。待根段萌发幼苗高度达到10 cm 时，选取大小一致的罗布麻幼苗移栽至塑料盆中(盆高30 cm，直径25 cm)，每盆栽植一株幼苗。试验共设置3 个土壤盐分含量梯度(3.0、6.0、9.0 g·kg-1NaCl)，以 不 加NaCl 为 对 照，每 个 处 理 设10个重复。每盆10 kg 干土，配制不同浓度的NaCl溶液，分批浇灌到花盆中，达到所处理的盐分浓度，每3 d 浇水500 mL，若水分渗入至托盘，1 h 后再将托盘中的液体倒入盆中。每两周测定一次地面以上植株高度。处理5 周后，采用WP4 露点水势仪，随机选取植株中部功能叶3 片测定叶片的水势；并采用Li-6400 型便携式光合测定仪选择晴天测定叶片的净光合速率(Pn) 、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)，光照强度在1 000～1 200 μmol·(m2·s)-1。

所有处理在13 周后采样收获，采样时根系先用清水洗去泥土再用蒸馏水冲洗干净，用吸水纸擦干植株表面的水分后分别称取鲜重。再将植株分成细根(须根)、粗根(主根)、枝和叶4 部分，置于烘箱中105 ℃杀青20 min 后，低温烘干至恒重，称量细根、粗根、枝和叶的干重，并计算含水率。植物干样磨碎并置于1 mmol·L-1HCl 震荡浸提2 h，用蒸馏水定容后，用原子吸收光谱仪(WYX-420C，JASCO Corporain. Japan) 测定K+、Na+、Ca2+含量[11]。Cl-含量测定参考龚明等[12]的方法。采用蒽酮比色法[13]测定可溶性糖含量以及茚三酮比色法[14]测定脯氨酸含量。

数据处理和分析采用SPSS 26.0 软件，通过Duncan 新复极差法比较不同处理间的显著性差异，Pearson 相关指数分析各指标间的相关性；Sigmplot 12.5 和Origin 2021 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同盐胁迫对罗布麻生长的影响

不同土壤盐分处理下枝长生长动态表明，随着栽植时间的增加，对照植株枝长在9 月15 日后正常停止生长(图1)，9.0 g·kg-1的盐分含量在处理第20 天显著被盐分抑制枝长生长，3.0、6.0 g·kg-1的处理则在第30 天被盐分显著抑制枝长生长(P＜ 0.05)。枝长随盐分含量的升高而降低，在8 月6 日对照枝长为63.3 cm，显著高于其他处理(P＜0.05)，当土壤盐分含量为9.0 g·kg-1时，其枝长为37.3 cm，较 对 照 低41.07%；盐 分 含 量 为6.0 g·kg-1时，其枝长为43.2 cm，较对照低31.75%；盐分含量为3.0 g·kg-1时，其 枝 长 为46.80 cm，较 对 照 低26.07%。

图1 盐胁迫下罗布麻枝长生长变化Figure 1 Changes in the branch length of A. venetum under NaCl stress

随着盐分含量的增加，鲜重下降愈明显，当盐分含量达到9.0 g·kg-1时，叶、枝、根鲜重分别为11.69、18.02 和27.42 g·plant-1，较对照降低了67.33%、42.92%和56.00%，但叶、枝、根鲜重变化在6.0 与9.0 g·kg-1处 理 间 无 显 著 差 异(P＞ 0.05) (图2)。叶、枝、根的干重随着盐分含量的增加而降低，当盐分含量达到9.0 g·kg-1时，其叶、枝、根鲜重分别为6.80、15.06 和21.03 g·plant-1，与 对 照 相 比 降 低 了58.62%、26.14%和44.58% (图2)。

图2 盐胁迫对罗布麻植株鲜重和干重的影响Figure 2 Effects of NaCl stress on fresh weight and dry weight of A. venetum

充足供水条件下，对照的植株平均含水率为42.44%，不同土壤盐分含量的植株与对照相比均表现出明显的下降(表1)。在3.0、6.0、9.0 g·kg-1处理下叶含水率分别为45.19%、46.50%和39.50%，与对照相比差异显著(P＜ 0.05)，较对照减少了12.27%、9.73%和23.32%；枝的含水率在9.0 g·kg-1处理下最低，为16.91%，较对照减少了54.73%；根部含水率 在3.0、6.0、9.0 g·kg-1处 理 下 分 别 为26.98%、25.58%和23.17%，与对照相比差异显著(P＜ 0.05)，降低了29.83%、33.47%和39.74%；在罗布麻总生物量含水率中各处理与对照相比差异显著(P＜ 0.05)，3.0、6.0、9.0 g·kg-1处理分别降低了28.24%、31.24%、40.88%。

表1 盐胁迫对罗布麻幼苗不同部位含水率的影响Table 1 Effects of NaCl stress on the water content of different parts of A. venetum seedlings

2.2 不同盐胁迫对罗布麻叶片水势的影响

随着土壤盐分含量的升高，叶片的水势呈逐渐下降的趋势(图3)。对照的叶片水势为-5.69 MPa，在3.0 和6.0 g·kg-1处理的叶片水势分别为-5.90 和-6.90 MPa，较对照降低了3.69%和21.27%，但是差异不显著(P＞ 0.05)；9.0 g·kg-1的处理叶片水势为-7.36 MPa，较对照显著下降了29.35% (P＜ 0.05)。

图3 盐胁迫对罗布麻幼苗水势的影响Figure 3 Effect of NaCl stress on the water potential of A. venetum seedlings

2.3 不同盐胁迫对罗布麻叶片光合气体交换参数的影响

对照罗布麻叶片的净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)为3.75 μmol·(m2·s)-1(图4A)，随着土壤盐分含量的增加，罗布麻在对照和盐分含量3.0、6.0 g·kg-1下净光合速率呈下降趋势，6.0 和9.0 g·kg-1的处理与对照相比显著下降了71.56%和67.38% (P＜0.05)。对照的气孔导度(stomatal conductance, Gs)为0.025 mmol·(m2·s)-1(图4B)，气孔导度随盐分含量的增加降低，但各处理与对照差异均不显著(P＞ 0.05)。对照的蒸腾速率(transpiration rate, Tr)为1.35 mmol·(m2·s)-1(图4C)，随着土壤盐分含量的增加，蒸腾速率变化是先降低再升高的趋势，各处理与对照相比差异显著(P＜ 0.05)，3.0、6.0、9.0 g·kg-1与对照相比显著降低了15.55%、40.55%和19.36%。随着盐分含量的增加，胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration,Ci)的变化趋势是先升高后降低 (图4D)，在6.0 g·kg-1达到最大，为285.40 mmol·mol-1， 3.0、6.0、9.0 g·kg-1与对照相比显著增加了44.59%、78.94%和58.65% (P＜ 0.05)。对照的水分利用效率(water use efficiency, WUE)为4.29 μmol·mol-1，随着土壤盐分含量的增加，水分利用效率呈先下降后升高的趋势，与对照相比分别显著降低了32.19%、76.60%和66.73% (P＜ 0.05)。

图4 NaCl 胁迫对罗布麻叶片光合气体交换参数的影响Figure 4 Effects of NaCl stress on the photosynthetic gas exchange parameters of A. venetum leaves

2.4 不同盐胁迫对罗布麻离子积累的影响

土壤盐分含量的提高增加了植株各部位Na+含量(图5)，叶、枝、细根、粗根的对照Na+含量分别为3.87、3.92、5.67、2.48 g·kg-1，其中植株叶片增加最为明显，3.0、6.0、9.0 g·kg-1分别增加了63.94%、100.64%和124.91%，枝与叶变化相同，地上部分受害较重。盐胁迫下的罗布麻Ca2+含量仅在9.0 g·kg-1处理下与对照表现出明显的差异，其叶、细根、粗根的对照的Ca2+含量为17.73、4.52 和3.27 g·kg-1，9.0 g·kg-1处理下的叶、细根、粗根与对照相比分别增加了17.06%、127.00%和133.39%。在细根与粗根的K+含量中，6.0、9.0 g·kg-1处理与对照相比均较高，尤其在9.0 g·kg-1细根中差异显著(P＜ 0.05)，与对照相比增加了55.05%。随着盐分含量的增加，叶片Cl-含量表现出上升的趋势，与对照相比分别增加了23.90%、65.12%和76.18%；但在6.0、9.0 g·kg-1处理下差异不显著(P＞ 0.05)，两者相差1.75 g·kg-1。

图5 NaCl 胁迫对罗布麻各部位Na + 、Ca2+ 、K + 和 Cl-含量的影响Figure 5 Effects of NaCl stress on the contents of Na + , Ca2+ , K + , and Cl- in different parts of A. venetum

随着土壤盐分含量的增加，叶、枝、粗根中K+/Na+值 均 呈 降 低 趋 势(表2)，在9.0 g·kg-1处 理 下，叶、枝、粗根K+/Na+值分别为1.74、1.60 和2.22，与对照相比降低了62.98%、65.07%和34.71%；但在细根中，K+/Na+值在3.0、6.0 g·kg-1处理与对照相比差异不显著，其只增加了10.00%和5.20%。随着土壤盐分含量的增加，枝和粗根在Ca2+/Na+值表现出明显的下降趋势，在6.0 g·kg-1处理下，叶、枝、粗根Ca2+/Na+值分别为1.30、0.74 和4.99，与对照相比分别降低了52.90%、38.84%和35.28%。

表2 NaCl 胁迫对罗布麻各部位Ca2+ /Na + 、K + /Na + 的影响Table 2 Effects of NaCl stress on K + /Na + and Ca2+ /Na + ratio in different parts of A. venetum

2.5 不同盐胁迫对罗布麻渗透调节物质的影响

随着盐分含量的增加，各处理叶片中可溶性糖含量与对照相比无显著差异(图6)；但在枝中，对照的可溶性糖含量为90.53 mg·g-1，3.0、9.0 g·kg-1处理下可溶性糖含量分别为75.13、68.48 mg·g-1，显著低于对照17.01%、24.36% (P＜ 0.05)；在细根中，对照的可溶性糖含量为120.36 mg·g-1，3.0、9.0 g·kg-1的处理可溶性糖含量分别为139.24、148.00 mg·g-1，显著高于对照15.69%、22.96% (P＜ 0.05)；在粗根中，对照的可溶性糖含量为99.15 mg·g-1，3.0、6.0、9.0 g·kg-1的处理可溶性糖含量分别为125.87、127.24和129.31 mg·g-1，高于对照26.94%、28.33%和30.42%。地上部分脯氨酸含量与对照相比差异不显著 (P＞0.05)；在细根中，对照的脯氨酸含量为7.15 mg·g-1，3.0 g·kg-1处理下的脯氨酸含量为8.68 mg·g-1，与对照相比增加了21.40%；在粗根中，3.0、6.0、9.0 g·kg-1处理下的脯氨酸含量分别为12.25、10.38 和10.56 mg·g-1，均分别高于对照60.00%、35.52%和37.92%。

图6 NaCl 胁迫对罗布麻叶、枝、细根、粗根的可溶性糖和脯氨酸含量的影响Figure 6 Effects of NaCl stress on the contents of soluble sugar and proline in A. venetum leaves, branches, fine roots, and coarse roots

2.6 盐胁迫下罗布麻生长与生理变化相关性分析

采用Pearson 相关对生长和生理参数间的相关性进行分析(图7)。罗布麻生长指标间有类似的相关性，但生长指标与生理指标间相关性存在差异；枝长与叶鲜重、叶干重、含水率、净光合速率、水分利用效率、K+含量显著正相关，与蒸腾速率、Na+、Cl-、脯氨酸、可溶性糖含量显著负相关；Na+含量与Cl-、Ca2+、可溶性糖含量显著正相关，与枝长、叶鲜重、叶干重、含水率、水势、水分利用效率、净光合速率、K+含量显著负相关。

图7 盐胁迫下罗布麻生长生理指标之间的相关指数Figure 7 Correlation index of growth and physiological indexes of A. venetum under salt stress

3 讨论与结论

有研究表明，盐胁迫会造成植物生长缓慢，彩叶草(Coleus blumei)植株生长受抑制，生物量随着盐浓度的增加下降[15]；随着盐胁迫时间增长，紫花地丁(Violaphilippica)叶缘卷起、枯黄，甚至叶片失水过多而枯黄死亡[16]。本研究中，土壤盐分含量对罗布麻的生长具有显著的抑制作用，随着盐分含量的增加，叶、枝、根的鲜重呈现不同程度的下降，在6.0 g·kg-1处理下，叶、枝、根鲜重与对照相比均显著下降；与鲜重相比，干重下降趋势较小，可明显看出盐胁迫对鲜重的影响显著大于干重，盐胁迫抑制植株生长的同时也降低了含水率，这与陈彦云等[17]研究中氯化钠对罗布麻幼苗株高、鲜重和根长影响结果相一致。

光合参数是判定植物耐盐能力的关键指标[18]。本研究中，叶片的净光合速率和气孔导度均随着土壤盐含量的增加呈下降的趋势，这可能由于盐胁迫使罗布麻叶片气孔收缩，导致气孔导度下降，进而使叶片的光合作用受到抑制；并且随着盐分含量的增加，水分利用效率下降，可能是由于植株内大量水分失衡，叶片含水量下降，光合能力持续下降，导致水分利用效率降低。盐胁迫下枸杞(Lycium chinense)的净光合速率、蒸腾速率气孔导度均呈下降趋势，胞间CO2浓度呈升高趋势[19]，小麦(Triticum aestivum)幼苗的光合速率、叶片的蒸腾速率、气孔导度和气孔限制值均会显著降低[20]，与本研究结果相一致。由此可见，在低盐分含量下，罗布麻叶片能够充分利用光能，提高代谢活性，当土壤盐分含量增加到9.0 g·kg-1时，其气孔收缩、水分失衡，虽然未死亡，但是生长基本停止。

叶片的水势是表征植物吸收水分难易程度的指标，在植株水势变化上表现出随着土壤盐分含量的增加罗布麻叶片水势减小的趋势。离子的选择性吸收和运输反映植株对离子吸收或向地上部分运输的选择性。随着土壤含盐量的增加，地上部Na+含量表现出显著的升高趋势，K+含量则表现降低趋势；在K+/Na+值中，地上部呈现显著的下降趋势，在3.0、6.0、9.0 g·kg-1处理下细根和粗根较地上部比值大，表明植株地下部抑制Na+促进K+的运输能力较强，离子集中积累在地下部，拦截了对地上部的伤害。在本研究盐胁迫下罗布麻各器官的K+/Na+值显著降低，这与宁建凤等[21]人研究的罗布麻耐盐胁迫的离子变化相一致；并且与盐胁迫下平欧杂种榛(Corylus heterophylla × Corylus avellan)[22]和 蓝 莓(Vaccinium corymbosum)[23]的离子代谢变化相一致。与盐敏感植物不同，耐盐植物向叶片传递Na+和Cl-的速率较低，同时把离子分隔在液泡中，避免其在细胞质或细胞壁中聚集，避免盐害[24]。本研究发现，3.0 g·kg-1的盐处理下Na+在叶中含量最多，6.0 g·kg-1的盐处理下Na+在枝中含量最多，在9.0 g·kg-1的盐处理下，Na+含量在细根中最多，这符合假盐生植物的特征，与前人研究的罗布麻作为假盐生植物的结论[21]相一致。

可溶性糖和脯氨酸都是植物机体内重要的渗透调控物质[25]。随着盐分含量的增加，植株各部位可溶性糖含量表现出不同的变化趋势，各处理叶片中可溶性糖含量无显著差异，但在细根、粗根中表现显著的上升趋势，这与李茹玉等[26]研究罗布麻可溶性糖含量变化趋势相同，并且与周妍[27]研究大豆(Glycine max)在盐胁迫下的根部可溶性糖变化相一致。相关性分析表明，Na+含量与可溶性糖含量呈显著的正相关关系，植株通过渗透调节物质可溶性糖抵御盐胁迫。随着土壤盐分含量的增加，植株各部位脯氨酸含量上升，尤其地下部表现差异显著，为先上升后降低的变化趋势，这与陈忠祥[28]和Chen 等[29]研究的盐胁迫罗布麻植株脯氨酸含量变化趋势相一致，并且在干旱胁迫下脯氨酸含量也表现为先升后降的趋势[30]，可见罗布麻通过可溶性糖和脯氨酸的渗透调节适应不良环境。

在滨海盐渍土中，随着土壤盐分含量的增加，罗布麻的正常生长和生理过程均受到抑制，在3.0 g·kg-1土壤盐分含量下的罗布麻植株生长量显著降低，但是生理参数变化并不明显；在6.0 g·kg-1的土壤盐分含量下，Na+积累较多，罗布麻叶片气体交换受到明显抑制，生长量较低；而高于6.0 g·kg-1的盐含量的重度盐渍土不适宜罗布麻的生长。