荻在滨海区重盐碱胁迫下的生理响应❋

孙 萍, 陈友媛,2❋❋

(中国海洋大学环境科学与工程学院, 山东 青岛 266100； 2. 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室, 山东 青岛 266100)



研究简报

荻在滨海区重盐碱胁迫下的生理响应❋

孙 萍1, 陈友媛1,2❋❋

(中国海洋大学环境科学与工程学院, 山东 青岛 266100； 2. 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室, 山东 青岛 266100)

滨海地区高盐碱导致生态环境脆弱，与其经济的高速发展极不相适应，故开展耐高盐碱的植物研究刻不容缓。本文采用pH值为8.0、9.0，NaCl盐度在0、5、10、15、20下的溶液对荻进行胁迫处理，通过各项生理响应指标的变化来研究其耐盐碱性。结果表明：随盐碱度增加，荻叶片相对电导率和丙二醛含量呈增加趋势，增加幅度越大荻长势越差；荻体内渗透调节物质脯氨酸的增加趋势不明显，说明荻有耐盐碱性，而可溶性糖含量先降低后升高再降低，且在达峰值后下降明显，说明荻的耐盐碱能力有限；轻微盐碱刺激能促进荻光合色素含量和根系活力的升高，高盐碱抑制其升高。综合分析荻的各种生理表现，认为荻能耐受pH=8.0、盐度0～20和pH=9.0、盐度0～15的较宽盐碱范围，因此荻可作为修复滨海重盐碱地生态景观的备选植物。

荻； 盐胁迫； pH胁迫； 生理指标； 滨海； 高盐碱

滨海盐碱地区的土壤大部分为氯盐碱土，盐分主要来自海相地层沉积、海水倒灌和填海造田工程等[1]。受季风气候影响，滨海地区土壤含盐量最高可达20以上，pH可大于9.0。盐胁迫造成植物生长矮小缓慢，碱胁迫则会使植物细胞壁延伸停止，抑制植物生长[2]，盐碱胁迫造成滨海地区植物零星生长，覆盖率低，生态环境脆弱，影响当地生态景观。大片荒芜的盐碱地严重制约了滨海地区经济的快速发展，因此筛选耐盐碱植物，改善其生态景观是非常有必要的。

一般植物能在盐度和pH值分别为0～3.5和5.5～7.0的土壤中生长，当土壤表层含盐量超过6、pH高于6.5时，大多数植物不能生长[3]，此时盐生植物显示出强大的优越性。目前研究较多的滨海盐生植物主要有柽柳(Tamarixchinensis)、盐地碱蓬(Suaedasalsa)、芦苇(Phragmitesaustralis)等。其中芦苇能在盐度为0～30[4]、pH为7.5～8.0的环境中生长。调查发现，滨海重盐碱地有大量的荻。荻作为类似芦苇的植物[5]，可在含盐3.5[6]，pH为6.5～7.5[7]的土壤中旺盛生长，而关于其耐高盐碱度的研究较少，因此本文选用荻为实验材料。拟通过细胞膜透性、渗透物质含量、根系活力、光合色素含量等生理响应指标来研究其耐盐碱性，系统了解荻能耐受的盐度及pH值的极限，为滨海地区有效利用盐生植物资源进行绿地建设提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

荻(Triarrhercasacchariflora)是一种多年生草本植物，具有长匍匐根状茎，节处生有粗根与幼芽，水陆两生，主要生长在海滨港湾、江河岸边等地方，具有生长速度快、耐旱、耐湿、耐瘠薄、耐盐碱等特性，可作为改良盐碱地的先锋植物[6]。本实验所用荻采自滨海重盐碱地区。

1.2 实验方法

1.2.1 盐碱胁迫处理 采集春天的幼苗种植在250mL烧杯中，以蛭石作固定基质，用Hoagland营养液浇灌，幼苗生长稳定后进行胁迫实验。由于滨海重盐碱地区盐度和pH值都较高，因此设置2个pH值，4个盐度值。将pH=8.0，盐度为5、10、15、20的实验组依次编号为A，B，C，D。同理，pH=9.0，盐度为5、10、15、20的实验组编号为E，F，G，H。对照组不加胁迫溶液仅以Hoagland营养液浇灌，pH=6.6，盐度为0，每组设3个平行样，室内培养。为避免盐激效应，采用逐渐增加盐度的方式添加营养液。以pH=8.0为例作如下说明：胁迫第1天配盐度5的Hoagland完全营养液，依次加入到实验组A、B、C、D中，每组150mL，下同；第2天配盐度5和10的营养液，盐度5的营养液替换A组营养液，盐度10的营养液替换B、C、D组营养液；第3天配盐度5、10、15的营养液，盐度5的营养液替换A组营养液，盐度10的营养液替换B组营养液，盐度15的营养液替换C、D组营养液；第4天配盐度5、10、15、20的营养液，依次替换A、B、C、D组营养液。4天后完成整个胁迫，pH=9.0实验组的处理同上。为避免时间太长培养液细菌滋生等问题，每隔2 d更换设定盐碱度的Hoagland营养液，胁迫处理15 d后进行各项生理指标测定。

1.2.2 生理指标测定 第16天开始采集荻基径以上叶片及最末端的须根样品进行实验，叶片及须根用蒸馏水洗净，并用滤纸吸干，采样后立即测定各种指标。叶片相对电导率用浸泡法测定[8]；丙二醛含量用硫代巴比妥酸法测定[9]；可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[10]；脯氨酸含量用酸性茚三酮比色法测定[10]；叶绿素含量用丙酮提取法测定[11]；根系活力用氯化三苯基四氮唑法测定[12]。

2 结果与分析

盐和pH胁迫对荻造成的伤害首先表现在荻叶片细胞膜透性方面，叶片相对电导率、丙二醛含量越高说明受到的伤害越大；渗透调节物质中可溶性糖、脯氨酸的积累是植物体抵抗渗透胁迫的有效方式之一；光合色素含量直观反映地上部分植物受到盐碱伤害的程度，根系活力的变化反映地下部分盐碱胁迫对荻的伤害。因此通过测定上述生理响应指标，确定荻能耐受的盐碱极限。

2.1 细胞膜透性

荻叶片细胞膜透性在盐碱胁迫下的变化规律见图1。从图1(a)可知，荻在不同pH下，其叶片相对电导率随盐度的增加而增加，pH=9.0下的增速明显高于pH=8.0，并且都在盐度达15以后增速放缓。由图1(b)可知，不同pH下丙二醛含量随盐浓度的升高而升高，但在pH=8.0时增速平缓，最大增幅只有19%，而pH=9.0、盐度>10时，丙二醛含量急剧增加，取样时出现叶子变黄、萎蔫现象，盐度20时根系出现腐烂迹象，说明荻受到严重伤害。

图1 盐碱胁迫对叶片相对电导率(a)和丙二醛含量(b)的影响Fig.1 Effects of saline-alkali stress on leaf relative electrical conductivity (a) and malondialdehyde content (b)

2.2 渗透调节物质

荻叶片渗透调节物质含量在盐碱胁迫下的变化规律见图2。由图2(a)可知，不同pH值下，荻叶片可溶性糖含量随盐度增加呈先降低后升高再降低的趋势，最低点都出现在盐度为10时，最高点在15。当盐度为10时，两种pH值下可溶性糖含量相对于对照组降低量相当；当盐度为15时，在pH=8.0下可溶性糖含量相对于对照组增加1.24倍，而在pH=9.0下增加1.45倍。当盐度达20时，两种pH下的可溶性糖含量均降低，且pH=9.0时下降更显快，此时可溶性糖不能调节荻植株体内的渗透压，结合荻叶片枯萎、发黄等特征可以说明荻的生长受到盐碱伤害。由图2(b)可知，当盐度<15时，荻材料脯氨酸含量与对照组相差不大，在盐度20下，pH=8.0时脯氨酸略微增加，荻叶片颜色与对照组相当，且未出现枯萎、脱落现象，因此荻能正常生长，而pH=9.0、盐度为20时，脯氨酸增加明显，达到对照组的1.78倍，荻叶片有部分发黄现象，有的甚至脱落，说明荻生长受到抑制。

2.3 光和色素和根系活力

荻叶片光合色素含量在盐碱胁迫下变化规律见图3(a)。由图3(a)可知，随盐度增加，叶绿素a和b总量、类胡萝卜素含量均先降低后升高再降低，且在设定的整个盐浓度范围内都低于对照组。盐度为5～10时，光和色素含量在pH=8.0条件下比pH=9.0时增速大，该实验组荻叶片外观无变黄现象；盐度>10时，两种pH下光和色素含量都呈下降趋势，且在pH=8.0时下降速率较大；在盐度为20时，不同pH值下光和色素含量相当，该组实验中荻叶片颜色有变黄现象。

荻的根系活力在盐碱胁迫下的变化规律见图3(b)。由图3(b)可知，根系活力随盐度增加出现先减后增再减的波动，当pH=8.0时，在盐度为15时达到最大，而当pH=9.0时，在盐度为10时出现最大值，但两种pH值下的根系活力都低于对照组。

图2 盐碱胁迫对可溶性糖(a)和脯氨酸含量(b)的影响Fig.2 Effects of saline-alkali stress on soluble sugar (a) and proline content (b)

图3 盐碱胁迫对光和色素含量(a)和根系活力(b)的影响Fig.3 Effects of saline-alkali stress on pigment content (a) and root activity (b)

3 讨论

3.1 重盐碱胁迫下荻细胞膜透性的变化

原生质膜对逆境反应敏感，细胞膜透性的升高与外界环境的恶劣程度息息相关[13]。相对电导率作为表征细胞膜透性的指标之一，其大小反映细胞膜受损的程度[14]。在盐和pH胁迫荻的实验中，盐离子浓度越高，电解质外渗量越大，电导率值越高，致使荻的细胞膜受损程度越大；pH升高，H+的快速移动会让外界pH的变化严重影响整个胞质的pH和细胞膜上载体蛋白的活性，从而增大质膜的破坏程度。当盐和pH耦合作用时，这种胁迫会加剧细胞膜受损。pH=9.0下，盐度越大，叶片相对电导率越高，荻细胞膜受损越严重，耐受力越差，植株叶片颜色越黄。盐度为20时，部分植株叶片甚至脱落，根部有明显腐烂现象。而在整个盐浓度范围内，pH=8.0时，相对电导率增速较缓，结合荻长势与对照组相差不大，叶片没有明显变黄，也没有脱落现象，根部未出现腐烂，由此说明荻可耐受该pH。

丙二醛是判断膜脂过氧化作用的主要指标之一，植物细胞受盐碱胁迫损伤程度越大，丙二醛含量越高[15]。研究表明，无论耐盐碱植物或者不耐盐碱植物中丙二醛都会随着胁迫盐度和pH的增加而增加[16]，耐盐碱植物增幅小于不耐盐碱植物。实验中pH=8.0时，丙二醛增速较平缓，说明该pH下荻叶片中仅发生缓慢过氧化反应。由于荻长势较好，叶片颜色程度与对照组相当，未出现萎焉脱落现象，根系都正常，说明该盐碱条件对荻造成的损伤没有超过其耐受极限。pH=9.0、盐度为15时，丙二醛含量与pH=8.0时相当。由此可知，荻能耐受pH=9.0下0～15的盐度，而盐度为15～20为时，丙二醛含量急速增加说明该盐碱下荻叶片中发生剧烈的过氧化反应，此时荻叶片部分变黄，根部有腐烂现象。有研究表明，芦苇作为一种较耐盐碱的盐生植物，在盐碱胁迫下的丙二醛含量增幅不大[4]，而荻的丙二醛含量在pH=8.0、盐度为0～20和pH=9.0、盐度为0～15时增幅也不大，又因荻与芦苇相似，可推断荻是一种能耐较宽盐碱度的植物。

3.2 重盐碱胁迫下荻的渗透物质含量变化

为缓解盐碱胁迫引起的渗透伤害，植物细胞趋向积累渗透物质，特别是可溶性糖和脯氨酸的积累[17]。通过研究苜蓿[18]、碱蓬[19]和碱地肤[20]等发现可溶性糖含量随盐度增加而增加。也有人指出，盐碱胁迫下植物叶片中可溶性糖含量减少[21]。在盐碱胁迫下，可溶性糖含量的变化因物种而异。由图2(a)可见，盐度为5～10时，由于可溶性糖作为植物正常生长的碳源，不断被消耗，导致含量下降；盐度为10～15时荻合成大量可溶性糖作渗透调节物质，来维持正常生长，含量增加；盐度为20时，pH=8.0时可溶性糖含量下降但是保持与对照组相当的水平，采样时荻叶片颜色与对照组相似，并未出现萎焉、发黄症状，根部也未出现腐烂现象，说明荻能正常生长；而pH=9.0时含量急速下降，荻叶片出现部分发黄、萎焉甚至脱落现象，根部有部分腐烂现象，可能是此时荻已经频临死亡，植株不再合成可溶性糖来适应环境。

脯氨酸是植物抵抗渗透胁迫的大分子物质，参与调节细胞的渗透势[22]。对芦苇的研究表明，在芦苇能正常生长的盐碱范围内脯氨酸含量变化不明显[4]。荻与芦苇类似，可能有相似特性。由图2(b)可见，两种pH条件下，在0～15的盐度范围内脯氨酸含量变化不明显，说明荻能耐受该盐碱条件。盐度为20下，当pH=9.0时脯氨酸大量积累，此时荻叶片明显脱落严重，枯黄叶片较多，可能因为该盐碱胁迫下荻细胞渗透性遭到严重破坏，需要通过分泌大量的脯氨酸来调节细胞渗透势。而当pH=8.0时脯氨酸含量变化不明显，说明荻可耐受该pH值。

3.3 重盐碱胁迫下荻的光和色素含量和根系活力变化

盐碱胁迫对植物的伤害不仅表现在膜透性增加和渗透物质积累两方面，还会严重影响地上部分植物的光合作用和地下部分植物的根系活力。有研究表明，低浓度的盐分可促进叶绿素的合成[23]，高盐度下合成受到抑制[24]。高pH值会降低细胞内三磷酸腺苷(ATP)的合成速度，破坏植物的物质能量平衡，对植物造成损伤[25]。盐度为0～10时，荻叶片可能轻度脱水，造成叶绿素含量上升[26]。盐度为10～15时，可能由于受到盐碱迫害，叶片细胞中叶绿素与叶绿体蛋白间结合变得松驰，叶绿素遭到破坏，含量下降。盐度为15～20时，pH=9.0时叶绿素含量超过pH=8.0，可能因为pH增加会使植物体内渗透物质脯氨酸大量积累，而脯氨酸的积累又有利于叶绿素的合成。在盐度为20时，2个pH下叶绿素含量相当，此时两组荻植株都有叶片发黄、脱落现象，可能是因为荻叶片被高盐碱严重破坏，但破坏程度还不至于使荻的叶绿素含量下降到完全无法进行光合作用的地步，加之此时荻叶片没有完全枯黄，脱落，由此也可说明荻能耐受较高盐碱度。类胡萝卜素是植物体内重要的非酶促清除系统之一，盐碱胁迫时，作为酶底物的类胡萝卜素开始清除活性氧，从而导致其含量减少，故胁迫条件下含量都低于对照组。

根际的盐度是抑制植物生长的主要环境因子之一，而且高pH值作为主要影响因素能影响植物激素脱落酸的运输[27]。研究发现，轻微盐度刺激能促进植物根系活力升高，过高的盐度则会抑制地下根系长度、表面积、鲜重等指标[28]。对荻的研究表明，pH=8.0和pH=9.0时，能整体上促进根系活力升高的盐度刺激分别小于15和小于10，pH=8.0时荻能耐受的盐度比pH=9.0时高，因此pH的增高会抑制荻的根系活力，既然根系活力会升高则说明荻能正常生长。由图3(b)可知，在2个pH下，根系活力达到最高值后都开始下降，但pH=9.0、盐度为10～15时，根系活力出现缓慢下降，说明荻在抵抗外部环境胁迫，随后盐度为15～20时快速下降，荻根系代谢受到明显抑制，盐度为20时根部出现明显腐烂现象，说明该盐碱度可能超过了荻能耐受的极限。在pH=8.0、盐度为15～20时，荻根系活力急速下降，但是还没有开始腐烂，说明荻可耐受该盐碱度。

4 结语

本研究旨在通过研究荻在重盐碱胁迫下生理指标的变化规律，总结荻生长能耐受的盐度和pH值范围。从对一系列生理响应指标的分析中可以看出，荻至少能耐受pH=8.0时0～20的盐度，pH=9.0时0～15的盐度，说明荻具有耐较宽的盐碱度的能力，加上荻有景观恢复快、效果好等优势，因此荻可作为滨海区盐碱地植被修复的备选植物。但荻的耐盐碱机理需要更多的现场耐盐碱数据，从而更准确的确定荻能耐受的盐度和pH值极限，为荻改善滨海地区的生态景观提供参考。

[1] 枚德新, 张德顺, 王振. 滨海盐碱地生态修复现状及趋势 [J]. 中国农学通报, 2013, 29(5): 167-171.

[2] 谷洪彪, 姜纪沂. 土壤盐碱化的灾害学定义及其风险评价体系 [J]. 灾害学, 2013, 28(1): 23-26.

[3] 牛东玲, 王启基. 盐碱地治理研究进展 [J]. 土壤通报, 2002, 33(6): 449-455.

[4] 王铁良, 苏芳莉, 张爽, 等. 盐胁迫对芦苇和香蒲生理特性的影响 [J]. 沈阳农业大学学报, 2008, 39(4): 499- 501.

[5] 高捍东, 蔡伟建, 朱典想, 等. 荻草的栽培与利用 [J]. 中国野生植物资源, 2009, 28(3): 65-67.

[6] 周婧, 李巧云, 关欣. 芒荻类植物的利用现状及发展前景 [J]. 安徽农业科学, 2011, 39(22): 13638-13640.

[7] 赵立欣, 张艳丽, 沈丰菊. 能源作物甜高粱及其可供应性研究 [J]. 可再生能源, 2005, 122(4): 37-40.

[8] Dionisio-Sese M L, Tobita S. Antioxidant response of rice seedlings to salinity stress[J]. Plant Science, 1998, 135(1): 1-9.

[9] 张永峰, 殷波. 混合盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响 [J]. 草业学报, 2009, 18(1): 46-50.

[10] 董树刚, 吴以平. 植物生理学实验技术[M]. 青岛: 中国海洋大学出版社, 2006: 47-48, 61-62.

[11] 王林林, 张光富, 何谐, 等. 除草剂百草枯对浮萍科不同植物的毒性效应比较 [J]. 生态学杂志, 2013, 32(6): 1551-1556.

[12] 郝建军, 刘延吉. 植物生理学实验技术[M]. 沈阳: 辽宁科学技术出版社, 2001: 24-27, 101-102.

[13] 徐鲜钧, 沈宝川, 祁建民. 植物耐盐性及其生理生化指标的研究进展 [J]. 亚热带农业研究, 2007, 3(4): 275-280.

[14] Pittman J K, Shigaki T, Hirschi K D. Evidence of differential pH regulation of theArabidopsisvacuolar Ca2+/H+antiporters CAX1and CAX2[J]. Federation of European Biochemical Societies, 2005, 579(12): 2648-2656.

[15] 李悦, 陈忠林, 王杰, 等. 盐胁迫对翅碱蓬生长和渗透调节物质浓度的影响 [J]. 生态学杂志, 2011, 30(1): 72-76.

[16] 薄鹏飞, 孙秀玲, 孙同虎, 等. NaCl胁迫对海滨木槿抗氧化系统和渗透调节的影响 [J]. 西北植物学报, 2008, 28(1): 113-118.

[17] 杨颖丽, 张超强, 李科文, 等. NaCl处理下两种补血草种子萌发和幼苗抗性的比较 [J]. 植物研究, 2008, 28(1): 73-78.

[18] 王玉祥, 王涛, 张博. 盐胁迫下转基因紫花苜蓿同工酶活性和可溶性糖含量的变化 [J]. 新疆农业大学学报, 2009, 32(3); 22-25.

[19] Yang C W, Shi D C, Wang D L. Comparative effects of salt and alkali stresses on growth, osmotic adjustment and ionic balance of an alkali-resistant halophyteSuaedaglauca(Bge.) [J]. Plant Growth Regulation, 2008, 56(2): 179-190.

[20] Yang C W, Chong J N, Li C Y, et al. Osmotic adjustment and ion balance traits of an alkali resistant halophyteKochiasieversianaduring adaptation to salt and alkali conditions [J]. Plan and Soil, 2007, 294(1): 263-276.

[21] 刘华, 舒孝喜, 赵银, 等. 盐胁迫对碱茅生长及碳水化合物含量的影响 [J]. 草业科学, 1997, 14(1): 18-22.

[22] 鲍芳, 石福臣. 互花米草与芦苇耐盐生理特征的比较分析 [J]. 植物研究, 2007, 27(4) : 421-427.

[23] 谷艳芳, 丁圣彦, 李婷婷. 盐胁迫对冬小麦幼苗干物质分配和生理生态特性的影响 [J]. 生态学报, 2009, 29(2): 840-845.

[24] 王丽燕, 赵可夫. NaCl胁迫对海蓬子(SalicorniabigeloviiTorr.)离子区室化、光合作用和生长的影响 [J]. 植物生理与分子生物学学报, 2004, 30(1): 94-98.

[25] 赵彦坤, 张文胜, 王幼宁, 等. 高pH对植物生长发育的影响及其分子生物学研究进展 [J]. 中国生态农业学报, 2008, 16(3): 783-787.

[26] 翁锦周, 林江波, 林加耕, 等. 盐胁迫对桉树幼苗的生长及叶绿素含量的影响 [J]. 热带作物学报, 2007, 28(4): 15-20.

[27] Degenhardt B, Gimmler H, Hose E, et al. Effect of alkaline and saline substrates on ABA contents, distribution and transport in plant roots [J]. Plant and Soil, 2000, 225(1): 83-94.

[28] 林莺, 范海. 盐胁迫对二色补血草根系活力的影响 [J]. 安徽农业科学, 2011, 39(27): 16598-16600.

责任编辑 庞 旻

Physiological Response ofTriarrhercasaccharifloraUnder Heavy Saline-Alkali Stress in Coastal Region

SUN Ping1, CHEN You-Yuan1, 2

(1. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

Heavy saline-alkali stress results in a fragile ecological system in a coastal region. The phenomenon isn’t coordinate with the rapid economic development of the coastal region. Therefore, it is very necessary to select plants that can grow in the heavy saline-alkali land. This paper used the combination of pH (8.0, 9.0) and NaCl salinity (0, 5, 10, 15 and 20) solution to stress the growth of aTriarrhercasacchariflora, and determined its routine physiological response indexes to study the effects of saline-alkali stress. The results showed that the leaf relative conductivity and malondialdehyde content increased while salinity-alkalinity increased, the greater increase amplitude of them could cause the worse growth of theTriarrhercasacchariflora. The small increases of proline indicated that theTriarrhercasaccharifloracould resist salinity-alkalinity increase. The variation trend of the soluble sugar content decreased first, increased and then decreased significantly after the maximum. The phenomenon indicated the tolerance of salinity-alkalinity of theTriarrhercasacchariflorawas limited. Slight saline-alkali increase could promote the increase of photosynthetic pigment content and root activity while high saline-alkali increase inhibited their increase. Integrated considering various growth feature, theTriarrhercasaccharifloracould tolerate a wide range of salt and alkali content which was pH of 8.0, salinity of 0～20 and pH of 9.0, salinity of 0～15. Therefore, theTriarrhercasaccharifloracould be used as an alternative plant for the remediation ecological landscape of coastal heavy saline-alkali land.

Triarrhercasacchariflora; saline stress; alkali stress; physiological index; coastal region; heavy saline-alkali

青岛市科技攻关项目(12-4-1-58-HY)资助

2013-10-12；

2013-11-06

孙 萍(1988-)，女，硕士，研究方向为水资源利用与水污染控制。E-mail：sunpingllj@163.com

❋❋ 通讯作者： E-mail: youyuan@ouc.edu.cn

X53

A

1672-5174(2015)02-115-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20130369