胡枝子对盐碱胁迫的生理响应1)

薛 菲 王竞红 王 磊

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

东北内陆地区盐碱地面积正逐年增加，目前已接近400 hm2，成分主要以Na2CO3、NaHCO3等碱性盐为主，相关研究证明Na2CO3、NaHCO3等碱性盐所造成的土壤盐渍化问题要比NaCl、Na2SO4等中性盐更为严重，使内陆地区盐渍土pH值更高、土壤理化性质更为恶化［1］。因此，在为盐碱地区景观绿化选择植物时，除了要考虑植物的绿化美化功能，还要考虑其是否具有一定的盐碱抗性，造成盐碱地区的绿化植物相对种类单一、生态环境较脆弱，绿化美化环境受到很大限制。再者北方寒地属季冻型土壤，特别是高速公路两侧坡体常年受到地表径流和雨水冲刷的影响，加上寒冷气候使坡体地下水出现冬季冻胀春季融化的现象，致使坡体出现冻胀、融沉等坡体破坏现象，使坡底土壤含盐量明显高于坡顶，形成局部盐碱地，这就需要在选择护坡植物时同样要考虑其是否具有盐碱适应性。研究植物抗盐碱能力，选出具有盐碱抗性的植物并加以推广应用，对东北盐碱地区的环境绿化有着及其深远的意义。胡枝子(Lespedeza bicolor)是北方地区乡土树种，根系发达，具有耐寒、耐干旱、耐瘠薄等特点，是优良的水土保持、护坡树种，紫色小花使其具有较好的绿化美化效果，在北方地区坡地绿化应用上具有极高的推广应用价值。目前，对于胡枝子的研究多集中在水土保持、饲料应用等方面［2］，在抗逆性生理方面研究不多，特别是抗盐碱方向。

大量耐盐植物、盐生植物的研究结果表明，处于盐碱胁迫环境下的植物在生理机制上会形成与盐碱环境相适应的机能［3］。植物抗盐机理最主要的表现就是体内渗透调节物质的大量积累，其最重要的生理功能就是维持膨压和保持植物体内外的水势梯度，对细胞生长具有关键性的作用，这类物质主要包括脯氨酸、可溶性糖等［4-6］。脯氨酸存在于原生质中，具有很高的水溶性，当植物受到伤害时脯氨酸含量会增加，以保持原生质与坏境的渗透平衡，减少水分散失降低伤害程度［7-8］，是植物适应逆境的一种表现。可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖和半乳糖等［9］，可溶性糖含量的增加被普遍看作是植物对逆境胁迫的一种适应机制，在盐渍条件下可溶性糖含量会有所增加，以利于增加细胞质浓度、降低细胞水势、提高植物的吸水能力［10］。植物细胞膜是感受外界环境胁迫最敏感的部位［11］，对维持细胞正常代谢起着重要作用，在受到逆境胁迫时各种伤害首先作用于此，质膜通常表现为功能受损、透性增大等，细胞中各种水溶性物质将有不同程度的外渗，通常可采用相对电导率的变化来表示质膜透性的变化;质膜的变化会影响细胞内一系列生理生化过程，质膜的透性越大，电导率越大，说明植物体所受到的伤害程度也就越大，所以细胞膜透性的增加程度可作为膜受害程度的指标［12-14］。

本试验以胡枝子为研究对象，分析其在不同浓度的Na2CO3、NaHCO3和盐碱混合(n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶1)胁迫处理下，叶片内游离脯氨酸含量、可溶性糖含量、细胞膜透性3种生理指标的变化，初步探讨胡枝子的抗盐碱能力，为胡枝子在内陆盐碱地区的推广应用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料培养

试验于2011年4—8月份在东北林业大学苗圃温室内进行。试验材料由黑龙江省林木种苗示范基地提供生长正常的2年生胡枝子幼苗，于4月22日将幼苗移栽到装有沙土(pH=7)的塑料盆(30 cm×40 cm)中进行缓苗，期间每天早晚浇适量水。缓苗时间为2个月。

1.2 胁迫处理

试验根据黑龙江省大庆地区轻、中、重度盐碱地土壤的含盐量来设置盐碱液的浓度，对缓苗成活后的供试材料进行盐碱控制。

7月6日开始胁迫试验，选取生长健壮、长势一致的胡枝子幼苗50株，将其随机分成10组。其中，3组进行Na2CO3胁迫处理，预设浓度为 A50、A100、A150表示 Na2CO3浓度 50、100、150 mmol·L-1;3 组进行NaHCO3胁迫处理，预设浓度为 B50、B100、B150表示 NaHCO3浓度50、100、150 mmol·L-1;3 组进行Na2CO3和NaHCO3混合(n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1 ∶1)盐碱胁迫处理，预设浓度为 C50、C100、C150表示Na2CO3和 NaHCO3的混合溶液浓度 50、100、150 mmol·L-1;最后1组用清水处理作为对照(CK)。

各胁迫处理方式相同，均在充分浇透水后，每隔3 d浇灌相同浓度的盐碱液，为防止盐分流失，盆下垫塑料托盘，将渗出的溶液再返倒回盆中。整个试验分3个部分进行：胁迫——恢复——再胁迫。第1期胁迫试验为20 d，分别在胁迫第10天、第20天剪取成熟叶片进行生理指标的测定;第2期恢复试验为15 d，在恢复第15天剪取成熟叶片进行生理指标的测定;第3期再胁迫试验为20 d同样在胁迫第10天、第20天进行生理指标的测定。

1.3 测定方法

剪取成熟叶片，将叶片用蒸馏水洗净，并用滤纸吸干水分，去叶缘和中脉剪碎混匀，测定生理指标。测定方法参照李合生［13］版的植物生理生化实验技术：可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，膜透性的测定采用相对电导率法，游离脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法。

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件绘制图表，SPSS16.0软件进行数据的处理分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对胡枝子生长状况的影响

试验结束时，低浓度处理下胡枝子盐害症状不明显，A50、B50、C50只有少数基部叶片出现发黄的迹象，大部分生长正常，A50受害程度高于B50、C50;中浓度处理下盐害症状明显，A100处理下近半数的叶片发黄、叶缘干枯失水，有的叶片出现褐色斑块，有落叶现象，B100处理下少部分叶片发黄，叶缘干枯，C100处理下少数叶片变黄，极少数出现叶缘干枯现象;高浓度处理下盐害症状显著，A150处理下80%叶片发黄、叶缘失水，落叶现象严重，但并未完全脱落不影响生理指标的测定，B150处理下多数叶片变黄、叶缘干枯，C150处理少部分叶片发黄，叶缘干枯。

通过观察可知，单盐对胡枝子造成的伤害要大于复盐，其中Na2CO3对胡枝子造成的伤害最严重，低浓度下胡枝子尚可通过自身的调节适应胁迫，中高浓度下出现非常明显的盐害症状，不能正常生长。

2.2 盐碱胁迫对胡枝子生理特性的影响

2.2.1 对细胞膜透性的影响

由表1可知，胁迫第10天，各处理电导率与CK均无明显差异，其余各取样时段盐碱胁迫下的电导率均显著高于对照组(P＜0.05)。同种盐碱胁迫下，盐的浓度越高、处理时间越久，电导率就越大，到胁迫第20 天时，A100、A150、B150、C150处理下电导率已显著高于对照(P＜0.05)，其中A150已达到对照的1.48倍;经过15 d的恢复阶段，电导率并没有降低仍在增加，但涨幅与胁迫第20天相比有所下降，可见通过一段时间的恢复，胡枝子通过自身的调节对逆境已具有一定的适应性，伤害程度减弱;继续胁迫后，各处理电导率均急剧上升，尤其是中高浓度胁迫，胁迫第45天时除C50其余处理下电导率均极显著高于对照(P＜0.01)，胁迫第55天时A150电导率升至最高值，达到对照的2.24倍。整个实验过程中，各取样时段电导率基本表现出A＞B＞C的走势，其中，中高浓度胁迫下A、B、C 之间表现为显著性差异(P＜0.05)，低浓度彼此之间差异不显著(P＞0.05)，实验进行到第55天时，A、B、C之间的差距达到最大。

表1 盐碱胁迫下胡枝子叶片电导率的变化

2.2.2 对游离脯氨酸质量分数的影响

在整个实验期间，各胁迫处理下游离脯氨酸质量分数均显著高于对照(P＜0.05)。同种盐碱胁迫下胡枝子叶片内脯氨酸质量分数随浓度的增加、时间的延长，呈直线上升趋势，胁迫第10天，除C50处理下脯氨酸质量分数低于CK，其余所有处理下脯氨酸质量分数均高于CK，且差异显著(P＜0.05)，到第20天时，高浓度A150、B150、C150处理下的脯氨酸质量分数已增长为 CK 的3.49、3.20、2.93 倍;恢复阶段脯氨酸质量分数变化较为平缓;进入第3期胁迫后，脯氨酸质量分数急剧上升，所有处理下的脯氨酸质量分数均极显著高于对照组(P＜0.01)，其中胁迫第55天时，A150处理下脯氨酸质量分数达到最高，为CK 的7.32 倍，B150、C150处理下分别为 CK 的5.76、5.37倍。不同种盐碱胁迫下脯氨酸质量分数变化趋势为A＞B＞C，其中A处理下脯氨酸质量分数增加的量最多、幅度最大，呈直线上升，B、C处理下脯氨酸质量分数变化相对较为平缓，见表2所示。

表2 盐碱胁迫下胡枝子叶片内游离脯氨酸质量分数的变化

2.2.3 盐碱胁迫对可溶性糖质量分数的影响

由表3可知，整个试验期间，3种盐碱胁迫下胡枝子叶片内可溶性糖质量分数变化趋势相似，均呈现波动性变化：升高—降低—升高，同种盐胁迫下，随浓度增加，可溶性糖呈上升趋势，胁迫第10天，大多数处理下可溶性糖质量分数与CK相比变化不大，只有A100、A150处理下可溶性糖质量分数显著高于 CK(P＜0.05)，为 CK 的 1.20、1.25 倍;随着胁迫的持续，第20天时可溶性糖积累较快，除B50、C50其余各处理均显著高于对照组(P＜0.05);进入恢复阶段，可溶性糖质量分数仍继续增长，此时所有处理下可溶性糖质量分数均高于CK，且差异显著(P＜0.05);继续胁迫第45天，与恢复期相比呈下降趋势，但所有处理下可溶性糖质量分数仍高于CK，胁迫第55天时可溶性糖质量分数再次升高，涨幅明显，其中A150处理下可溶性糖质量分数升高幅度最大并积累到最高水平，与45 d相比增长了23%，为CK的1.67倍。不同种盐碱胁迫下可溶性糖质量分数变化趋势为A＞B＞C，与前面脯氨酸质量分数的变化趋势相同。

3 结论与讨论

前人研究表明，盐碱胁迫对植物叶片细胞膜透性有较明显的影响，植物在受到胁迫时，电解质大量外渗，质膜的选择透过性破坏，如刘爱荣［15］等对高羊茅、白文波［16］等对马蔺、刘伟娜［17］等对刺槐的盐碱胁迫研究均表明：植物在逆境条件下，叶片电导率会随胁迫强度的增加而增加。本研究结果显示，胡枝子在同种类、同浓度盐碱胁迫下，叶片电导率会随时间的延续而增加，胁迫前期电导率逐渐增加，质膜开始受到伤害，中期恢复阶段电导率与前一阶段没有明显变化，初步表明胡枝子对盐碱逆境具有一定的适应性，但胁迫后期电导率明显增大，表明伤害加深;在同种类、不同浓度盐碱胁迫处理下，3种盐胁迫下的电导率表现出一致性的变化，均随浓度的增加而增加，但Na2CO3150 mmol·L-1胁迫植株所受伤害最大，该处理下第55天时电导率为对照的2.24倍，并且外部形态也表现出较为严重的盐害症状，NaHCO3、混合胁迫处理下电导率为对照的1.84、1.72倍。本研究支持前人的研究结果。

表3 盐碱胁迫下胡枝子叶片内可溶性糖质量分数的变化

逆境条件下脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质的增加有助于增加植物的抗盐能力，缓解盐害。孙晶［18］等对朝鲜接骨木和茶条槭的研究表明，在NaHCO3胁迫下，随处理浓度的增大和胁迫时间的延长，2种苗木叶片内的游离脯氨酸和可溶性糖质量分数均明显升高，参与调节渗透平衡，通过调节抵御盐分对其产生的伤害;李庆［19］研究发现，NaCl胁迫下，胡枝子体内脯氨酸质量分数是随盐浓度增加而增加的，通过维持渗透调节来减轻盐胁迫伤害。整个试验期间，胡枝子叶片脯氨酸质量分数、可溶性糖质量分数的变化趋势大致相同，在同种盐碱胁迫下都是随着盐浓度的增加和胁迫时间的延续而升高。胁迫进行到第20天时，中、高浓度下脯氨酸与可溶性糖质量分数的累积已较为明显，低浓度相对较为平缓，说明中、高浓度处理下的渗透调节作用明显;恢复阶段的变化与电导率变化相似，可能是由于一段时间的恢复，胡枝子对该浓度下的盐碱土已具有一定的适应能力;胁迫后期脯氨酸质量分数急剧增加，胁迫 55 d时，A150、B150、C150处理下脯氨酸质量分数已达到对照的 7.32、5.76、5.37 倍，可能重新浇灌盐碱液对胡枝子造成更大的伤害，但可溶性糖出现了先降低后升高的变化，这一变化趋势与刘强［20］等对南蛇藤的研究结果类似，中度和重度胁迫下南蛇藤叶片可溶性糖含量也表现出先下降后上升的趋势，作者刘强根据王霞［21］等对柽柳干旱胁迫的研究推测，盐碱胁迫下脯氨酸和可溶性糖随胁迫时间的变化情况与干旱胁迫相似，在一定限度内的胁迫下脯氨酸可能先于可溶性糖积累，脯氨酸和可溶性糖可能有相互补偿的作用。

不同种类的盐碱对胡枝子造成的伤害程度不同，盐害影响随溶液碱度的增加而加深，Shi［22］对Aneurolepidium chinense的胁迫研究也显示出这一点。研究发现，Na2CO3对胡枝子造成的伤害最严重，其处理下的各项生理指标值均高于NaHCO3和混合盐碱两种胁迫处理下的值，且与对照组差异较大，浓度为100、150 mmol·L-1胁迫处理下，对胡枝子的生理特性产生影响，植株不能通过自身调节正常生长，低浓度下虽能生长，但长势不佳;NaHCO3对胡枝子造成的伤害弱于Na2CO3，低浓度下植株可以生长，中高浓度下仍不能正常生长，但受害情况弱于Na2CO3;混合盐碱对胡枝子造成的伤害最小，低、中浓度下植株都可通过自身的调节正常生长或影响不大，高浓度略有影响。这与岳桦［23］等对大叶铁线莲在Na2CO3、NaHCO3胁迫下生理变化研究结果相同，其结果显示，同浓度处理下，Na2CO3对铁线莲造成伤害，NaHCO3对植株伤害较弱，混合胁迫对植株伤害程度小。

本研究中，胡枝子生理指标的分析结果与实际生长状态基本一致，都说明胡枝子在碳酸盐环境下表现出一定的适应能力，可在以碳酸盐为主的盐渍土地试探应用，这与穆永光［24］对胡枝子在种子萌发期实验和盐碱土壤栽培试验研究结果基本一致。

本实验是采用不同浓度的盐碱液进行浇灌，随着浇灌次数的增加，土壤中的盐碱量会逐渐积累，因此只能说明胡枝子具有抗盐碱的能力，而不能测定胡枝子的盐碱耐极限，今后可配置好固定浓度的盐碱土或水培方式进行试验以解决这一问题。实验在温室内进行，与自然环境中的光照、风、生物等生态因子及土壤因素都有差异，盆栽条件下植物根系的生长受到限制，这些因素都会直接影响植物的实际生长状态，因此自然条件下植物盐碱抗性尚有待于进一步的研究。

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