不同盐碱胁迫下小黑麦幼苗的生理生化响应

孙业奇 魏进华

1.贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550002；2.北华大学林学院，吉林 吉林 132013

0 引言

盐碱地是在某种特定的自然条件或者人为条件下形成的［1］。作为世界上盐碱地较多的国家之一［2］，我国的盐渍化土地面积约为9.913×107hm2，作为农业用地的盐碱地面积高达8.913×106hm2［3］。随着人口增多，粮食安全压力增大，人与土地矛盾日益突出，盐渍化土地已成为我国重要的后备土地资源［4］。小黑麦是人工培育的一个新物种，不仅营养价值较高，还具有较强的抗逆性。小黑麦不仅可用作高质量的饲料，也可以作为粮食供人们食用。不论从经济价值还是从生态价值上讲，小黑麦都有很大应用优势。因此，研究盐碱地小黑麦的种植对粮食产业的发展，饲料、保健食品的生产都具有重要意义，不仅可以提高土地利用率，还能增加粮食产量［5］。

有学者为筛选出最优耐盐碱品种，研究了混合盐碱胁迫下不同品种小黑麦种子及其幼苗的耐盐碱特性。而关于同种小黑麦对于不同种类、不同浓度的盐碱胁迫的研究还没有相关报道。筛选出适应性强、耐盐碱的农作物种类及品种是合理利用盐碱地的有效途径［6］。因此，研究小黑麦对不同种类的盐碱地的适应性生长显得格外重要。

笔者通过对比试验，研究盐碱胁迫下小黑麦幼苗的生理生化响应，探究在中性盐、碱性盐及盐碱混合不同种类、不同浓度溶液处理下小黑麦幼苗的适应能力，综合评定其耐盐碱能力，为日后盐碱地的小黑麦种植提供基础数据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

2019 年5 月中旬，在北华大学东校区林学院园林试验田，选择无遮光、通风良好的试验地进行试验研究。试验培养基质为砂壤土，小黑麦品种为冬牧70。盆土pH 值在6.67～6.80，每盆播50粒小黑麦种子。对小黑麦幼苗进行正常养护，当幼苗长出三叶一心时，取生长良好、大小相同的幼苗作为试验材料进行处理。

1.2 试验设计

试验设计中性盐（NaCl）、碱性盐（Na2CO3）、混合盐（NaCl/Na2CO3）3 组不同胁迫处理，每组设置4 个浓度梯度，分别为50、100、150、200 mmol/L，对照为蒸馏水（CK），每个处理设5 个重复。为了使幼苗对高浓度的盐碱胁迫有缓冲时间，所有处理全部先用低浓度梯度盐溶液培养，逐渐增高盐溶液浓度，最终达到最高设置浓度。

使用pH计分别测定盐碱溶液pH值和土壤pH值，测定结果如表1 所示。先对盆土进行灌溉试验，观测对同规格盆土浇透又不外流的最佳溶液量，保证在处理各组幼苗的时候盐溶液不会外流。在所有处理达到盐溶液最高浓度的21 d 后，取各组中长势相同的各个植株的相同部位功能叶开始测定相关生化指标。

表1 处理液和土壤pH值测定结果

1.3 测定指标与方法

1.3.1 生化指标的测定。用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量，用茚三酮沸水浴加热法测定脯氨酸含量，用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，用丙酮浸提法测定叶绿素含量。生化指标的测定均采用刘萍等［7］的试验方法，每个指标随机取各处理组植物同部位叶片，每盆取0.1 g叶片测定各生化指标。

1.3.2 生理指标的测定。9 月下旬到10 月上旬，选择晴天将规格相近、生长健康的3 盆植株，应用Li6400 型便携式光合测定仪测定小黑麦光合作用、蒸腾作用等生理指标。测定时需要利用大气CO2浓度，并将光照强度设定为2 200、2 000、1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、80、60、40、20 μmol（/m2·s）及0 μmol（/m2·s）等17 个 梯 度。Li6400型便携式光合测定仪会自动记录植株净光合速率、蒸腾速率等光合生理参数。上述试验均重复3 次，计算平均值。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2016 对各项生化指标的数据进行处理，用SPSS19.0 进行差异显著性分析（采用单因素方差分析）。

2 试验结果与分析

2.1 不同盐碱胁迫对小黑麦叶片脯氨酸含量的影响

脯氨酸是植物体内主要的渗透压调节物质，植物的抗逆性与脯氨酸的累积量呈正相关［6］。由表2可知，3 种盐碱胁迫处理下的小黑麦叶片脯氨酸含量与对照呈显著差异（P＜0.05），胁迫处理组的脯氨酸含量均高于对照组。中性盐溶液浓度在50～150 mmol/L 时，不同浓度胁迫处理组间差异不显著；浓度在200 mmol/L时，与低浓度处理差异显著。在碱性盐胁迫处理下，叶片中脯氨酸的含量随着盐浓度的升高显著增加，不同浓度处理之间差异显著。在混合盐胁迫下，高浓度与低浓度组处理差异显著，而低浓度组（50～100 mmol/L）间差异不显著。根据试验结果可知，在3 种胁迫处理中，混合盐处理对于小黑麦的伤害最大。

2.2 不同盐碱胁迫对小黑麦叶片可溶性蛋白含量的影响

植物在适应盐渍环境的过程中会产生可溶性蛋白，且可溶性蛋白在细胞中的溶解度较大。在盐渍情况下，可溶性蛋白含量的增加能够使细胞质浓度变大，使植物的吸水能力变强，从而增强植物的耐盐能力［8］。由表3 可知，除盐碱混合胁迫外，单一盐碱胁迫下低浓度（50～100 mmol/L）各处理差异不显著，说明低浓度的盐碱胁迫不会导致小黑麦幼苗叶片中可溶性蛋白含量增大；但高浓度的盐碱胁迫则会导致小黑麦叶片可溶性蛋白含量显著增高。也就是说，在高浓度的盐碱胁迫下，小黑麦可溶性蛋白含量可以作为评价其耐盐能力的生化指标之一。但高浓度的不同处理之间（150～200 mmol/L）差异不显著，说明高浓度的胁迫处理会导致小黑麦可溶性蛋白含量升高，但随着胁迫的加重，变化差异不大。

表3 3种盐碱胁迫下小黑麦叶片可溶性蛋白的含量

2.3 不同盐碱胁迫对小黑麦叶片叶绿素a、b浓度之和的影响

叶绿素是植物光合作用所不可缺少的组分［9］。小黑麦受盐碱胁迫，叶绿素合成会受到影响，进而影响小黑麦幼苗的正常生长。

由表4 可知，在3 种盐碱胁迫下，小黑麦叶片叶绿素a、b 浓度之和整体呈下降趋势，且胁迫处理组与对照相比呈显著差异。其中，中性盐和碱性盐处理下各浓度处理组之间差异不显著。这说明在单一中性盐或碱性盐的胁迫下，叶绿素含量并不随着胁迫的加重而产生较大的变化。而在混合盐胁迫下，小黑麦叶片叶绿素含量与对照相比显著降低，且不同浓度处理之间差异显著。这说明在混合盐胁迫下，叶绿素含量随着胁迫的加重而产生较大的变化，最高浓度胁迫下叶绿素相比对照下降54%。

表4 3种盐碱胁迫下小黑麦叶片叶绿素a、b浓度之和

2.4 不同盐碱胁迫对小黑麦叶片丙二醛含量的影响

植物遭受逆境胁迫时，细胞膜会先受到伤害。丙二醛（MDA）是植物膜脂过氧化的产物，丙二醛含量越高，植物受伤害的程度越大［10］。

由表5 可知，小黑麦幼苗在受到3 种盐碱胁迫时，其叶片中的丙二醛含量均与对照组相比增多且差异显著。其中，高浓度（150、200 mmol/L）单一盐碱胁迫处理组差异不显著。两种单一盐溶液浓度在150 mmol/L时，小黑麦叶片中的丙二醛含量达到最高；溶液浓度升高至200 mmol/L 时，小黑麦叶片丙二醛含量有所降低，可能是因为在高浓度下小黑麦可能适应了盐碱环境，也可能是植物不再适宜在此环境下生存，膜脂被彻底破坏。混合盐溶液浓度在50～150 mmol/L 时，各处理差异不显著；溶液浓度升至200 mmol/L 时，丙二醛含量继续升高且与前3 种低浓度处理差异显著。这说明在盐碱双重胁迫下，小黑麦叶片细胞膜过氧化严重，积累了大量的丙二醛，不管是低浓度还是高浓度下，对小黑麦幼苗伤害都非常严重，且随着浓度的增加而增加。

表5 3种盐碱胁迫下小黑麦叶片丙二醛含量

2.5 不同盐碱胁迫对小黑麦光合速率的影响

由图1、2、3 可知，在盐碱胁迫下，小黑麦的光合速率整体呈增大趋势。其原因可能是小黑麦通过增强光合速率积累更多的有机物，以抵抗盐碱胁迫。其中，在中性盐150 mmol/L 浓度处理下，小黑麦的光合速率低于对照，可能是在此种浓度下，小黑麦生理功能受到严重的损害，无法再通过提高光合速率来对抗胁迫；在混合盐50～100 mmol/L 低浓度处理下，小黑麦的光合速率低于对照。在溶液浓度为200 mmol/L 时，3 组盐碱胁迫处理组在一定光照强度范围内光合速率又开始高于对照，可能是在继续升高溶液浓度时，小黑麦开始逐步适应盐碱环境，恢复了光合作用。

图1 中性盐处理对小黑麦叶光合速率的影响

图2 碱性盐处理对小黑麦叶光合速率的影响

图3 混合盐处理对小黑麦叶光合速率的影响

2.6 不同盐碱胁迫对小黑麦蒸腾速率的影响

由图4、5、6 可知，在不同光照强度下，不同胁迫处理组的小黑麦蒸腾速率存在差异。其中，在高浓度混合盐处理下，小黑麦幼苗几乎停止了蒸腾作用（以减少水分蒸发，缓解胁迫带来的影响）；而在低浓度中性盐处理下，个别光照强度区间蒸腾速率要高于对照组；在碱性盐胁迫下，小黑麦幼苗蒸腾作用的减弱程度要大于中性盐胁迫，而混合盐胁迫处理的减弱程度最大。这说明小黑麦在盐碱胁迫下关闭气孔，减少水分的蒸发，以缓解胁迫的危害。与对照相比，小黑麦幼苗的光合速率随着盐碱溶液浓度的增加有增强的趋势，原因可能是小黑麦为了应对盐碱胁迫而提高光合速率，以积累有机物，缓解胁迫造成的伤害。从以上试验结果来看，在盐碱胁迫时，小黑麦一方面提高光合速率来积累有机物，另一方面降低蒸腾速率，减少水分蒸发，以抵抗胁迫造成的影响。

图4 碱性盐处理对小黑麦叶蒸腾速率的影响

图5 中性盐处理对小黑麦叶蒸腾速率的影响

图6 混合盐处理对小黑麦叶蒸腾速率的影响

3 结论与讨论

在盐碱胁迫下，植物抗盐碱的生理反应机制复杂，并不是采用单一方式来适应或者抵抗胁迫，而是多种生理生化反应变化互相协调、互相作用来适应环境的胁迫［11］。

在盐碱胁迫下，小黑麦幼苗细胞内渗透压失衡，细胞膜被破坏，导致细胞膜的选择透过性丧失。为了应对这种渗透压的失衡，植物开始生成渗透压调节物质脯氨酸和可溶性蛋白。与中性盐相比，碱性盐作用下的小黑麦叶片脯氨酸和可溶性蛋白含量积累地更多。在3 种盐胁迫下，小黑麦细胞膜质都会遭到破坏，胁迫处理组丙二醛含量均高于对照组；而高浓度处理下的丙二醛浓度有所降低，可能是因为植物在慢慢适应盐碱环境，细胞膜脂的氧化程度降低，也可能是植物不再适宜在此环境下生存，膜脂被彻底破坏。在混合盐胁迫下，小黑麦叶片叶绿素含量与对照相比显著降低，且不同溶液浓度处理之间差异显著，说明在混合盐的胁迫下，叶绿素含量随着胁迫的加重而产生较大变化，最高浓度胁迫下叶绿素相比对照下降54%。在盐碱胁迫下，小黑麦的光合速率整体呈上升趋势，光合速率增强积累有机物，以抵抗胁迫的威胁；而胁迫处理组蒸腾速率整体呈下降趋势，说明小黑麦在盐碱胁迫下关闭气孔，减少水分的蒸发，以缓解胁迫带来的危害。