NaCl胁迫对白术幼苗生长及生理特性的影响

周武先，吴海棠，张雅娟，李大荣，熊琳珂，张美德

（1.湖北省农业科学院中药材研究所，湖北 恩施 445000；2.恩施土家族苗族自治州农业农村局，湖北 恩施 445000）

土壤盐渍化是影响作物生长和发育的重要因素［1，2］，也是全球范围内普遍面临的难题。有研究表明，我国土壤盐渍化面积呈逐年上升趋势，严重影响我国农业经济发展［3］，而全球约有7%的土地不同程度地受到土壤盐渍化的影响［4］。目前关于盐胁迫对植物生长影响的研究较多，如：NaCl胁迫对小麦（Triticum aestivum）［5］、豌豆（Pisum sativum）［6］和裸果木（Gymnocarpos przewalskii）［7］等植物的生长均具有一定的抑制作用，且高浓度NaCl处理会破坏植物体内的抗氧化酶系统，影响植物的正常发育。研究表明，NaCl浓度低于0.017 mol／L，对设施樱桃幼苗生理特性的影响不明显，而高于此浓度则会抑制设施樱桃幼苗正常的生理活动，表明樱桃幼苗的培育基质或土壤中盐浓度不宜超过0.017 mol／L［2］。赵露等［8］研究盐胁迫对苦豆子种子萌发及幼苗生理生长的影响后发现，苦豆子如果需要在盐碱地种植，应以NaCl单盐为主的土壤为宜，也可在Na2CO3和混合盐浓度低于0.9%的地块上种植。由上看出，研究农作物对盐胁迫的适应能力及生理响应机制，对农作物高效和科学生产具有重要意义。

白术（Atractylodes macrocephala）为菊科苍术属多年生草本植物，其药用部位为根状茎，是我国常用大宗中药材，具有健脾益气、消炎抑菌及抗肿瘤等作用［9，10］，经济效益良好。然而，我国白术主产区存有较大面积的盐渍地。由于不清楚白术的耐盐水平，种植者往往在重度盐渍化地区盲目扩种，导致白术幼苗存活率较低、生长缓慢，药材产量和品质下降，影响白术产业健康发展。因此，研究白术对盐胁迫的忍受范围和生理响应机制，对提高白术长势、产量、品质和选育耐盐白术新品种均有重要意义。据此，本试验采用水培法，研究不同浓度NaCl溶液对白术幼苗形态特征、光合色素以及抗氧化酶活性等指标的影响，以期探明其耐盐胁迫范围及耐盐机制，为白术耐盐品种的选育提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试白术种子2019年11月采自湖北省咸丰县小村乡李子溪村（东经108°54′51″，北纬29°53′5″，海拔832 m）。氯化钠（NaCl，分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。32孔穴盘内外径分别为50 cm×25 cm×6 cm和52 cm×26 cm×8 cm。

1.2 试验设计

试验于2020年9月在湖北省农业科学院中药材研究所的温室大棚中进行，共设置5个NaCl浓度处理：0、5、10、20 mmol／L和40 mmol／L，用1／4 Hoagland’s营养液配制相应浓度溶液，每处理设置4个重复。

选用壤土和椰糠（体积比为1∶1）作为育苗基质［11］，在穴盘中培育一批白术幼苗。待幼苗长出3片真叶后将大小基本一致的白术幼苗移栽至含不同浓度NaCl溶液（4 L）的32孔穴盘中（带盛水托盘），每孔放置一株白术幼苗，用海绵固定，并定期补充相应浓度处理溶液，保持溶液体积不变。分别在移栽0、7、14、21、28 d测定白术幼苗叶长、叶宽和株高。培养结束后进行破坏性取样，拔出幼苗，用蒸馏水冲洗干净，吸水纸擦干表面水分，从茎基部剪断，将幼苗分为地上和地下两部分分别称重，同时剪取叶片用于各项生理指标的测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 植株形态和生物量测定 使用直尺测量白术幼苗的叶长、叶宽和株高（茎基部到茎尖的长度）。采用千分之一电子天平称量白术幼苗各部位鲜重，总鲜重＝地上鲜重＋地下鲜重。

1.3.2 光合色素含量测定 采用95%乙醇浸提比色法［12］测定叶片叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）以及类胡萝卜素（Car）含量。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2019和SPSS 22.0对数据进行统计和方差分析（one-way ANOVA），使用新复极差法（Duncan’s）法进行多重比较。采用Canoco 5进行主成分分析（PCA），使用Origin 8.5作图，图表中数据均使用平均值±标准偏差（n＝4）表示。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl处理对白术幼苗生长的影响

由图1可以看出，随着培养时间的延长，不同NaCl处理白术幼苗的叶长、叶宽和株高整体呈现上升趋势，但不同浓度NaCl处理下白术幼苗的叶长、叶宽、株高和叶长宽比与对照无显著差异。

图1 不同浓度NaCl处理下白术幼苗形态随生长时长的变化

由图2可以看出，5 mmol／L NaCl处理白术地上部鲜重与对照相比无显著差异，而10、20 mmol／L和40 mmol／L NaCl处理显著低于对照，降幅分别为20.9%、29.3%和29.7%，即随NaCl浓度升高降幅增大。各NaCl处理地下部鲜重与对照无显著差异。5 mmol／L和10 mmol／L NaCl处理幼苗总鲜重与对照无显著差异，而20 mmol／L和40 mmol／L NaCl处理分别显著降低19.3%和18.4%。

图2 不同浓度NaCl处理下白术幼苗鲜重

2.2 不同浓度NaCl处理对白术幼苗叶片光合色素含量的影响

由表1可知，不同浓度NaCl处理白术幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量与对照相比差异不显著，其变化趋势基本相同。5 mmol／L NaCl处理白术幼苗类胡萝卜素含量显著低于对照22.0%。10 mmol／L和20 mmol／L NaCl处理白术幼苗叶片叶绿素a／b与对照相比分别显著降低4.7%和6.7%。此外，5 mmol／L NaCl处理白术幼苗Chl／Car值（总叶绿素／类胡萝卜素）显著高于对照3.5%，而40 mmol／L NaCl处理Chl／Car值显著低于对照4.6%。

表1 不同浓度NaCl处理下白术幼苗叶片的光合色素含量

2.3 不同浓度NaCl处理对白术幼苗抗氧化酶活性等指标的影响

由图3可以看出，各NaCl处理白术幼苗叶片的过氧化氢酶（CAT）活性均显著高于对照，其中40 mmol／L NaCl处理CAT活性最高，比对照增44.3%。10、20 mmol／L和40 mmol／L NaCl处理白术幼苗叶片的过氧化物酶（POD）活性均显著高于对照，增幅分别为45.8%、58.7%和43.6%。

图3 不同浓度NaCl处理下白术幼苗的生理生化指标表现

随着NaCl浓度升高，白术幼苗叶片的SS（可溶性糖）和SP（可溶性蛋白）含量都呈现先升高后降低趋势。各NaCl处理均显著提高SS含量，其中20 mmol／L NaCl处理SS含量最高，比对照增加397.8%，5、10、40 mmol／L NaCl处理增幅分别为67.7%、85.8%和132.6%。5、10 mmol／L和20 mmol／L NaCl处理显著提高白术幼苗叶片的SP含量，与对照相比增幅分别达到22.3%、24.1%和22.2%。

2.4 白术幼苗形态和生理指标的相关性分析和PCA分析

表2 白术幼苗形态和生理指标的相关性

由图4可以看出，第一排序轴解释变量的79.13%，第二排序轴解释变量的8.49%，前两个排序轴累计解释变量的87.62%，说明第一主成分和第二主成分可以较好地解释各项因子的变化。SS、SAR、CAT、POD以及MDA均与第一排序轴显著相关，表明这些因子均可作为反映白术幼苗生长状况的重要特征指标。不同NaCl处理投影到PCA二维平面的样点分散聚集，表明不同NaCl处理下白术幼苗的生长状况存在明显差异。

图4 白术幼苗形态和生理指标的PCA排序

3 讨论与结论

生物量和植株形态反映植物的生长状况，也是实际生产中判断其遭受盐碱胁迫程度最直观的指标［15］。本研究结果显示，随着NaCl浓度升高，白术幼苗株高逐渐下降，NaCl浓度超过20 mmol／L后地上部鲜重和总鲜重相比于对照显著下降，说明超过此浓度白术幼苗生长会受到严重抑制。这与NaCl胁迫对辣椒（Capsicum annuum）［16］、银水牛果（Shepherdia argentea）［17］和百脉根［18］（Lotus corniculatus）生长影响的结果类似，即较高浓度的NaCl会显著抑制作物的生长发育。有研究表明，浓度相对较低的盐处理可以促进海滨锦葵（Kosteletzkya virginica）［19］和蓟（Cirsium japonicum）［20］的生长，而本研究中较低浓度的NaCl处理并未促进白术幼苗生长，这可能是由于不同植物品种的耐盐性差异所造成。同时也表明，白术幼苗对盐胁迫较为敏感。植物叶片中光合色素含量将直接或间接地影响其光合代谢能力，进而影响植物的生长发育［21］。本研究中，随着NaCl浓度增加，白术幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量总体呈现下降趋势。这与王堽等［22］关于NaCl胁迫对甜菜叶绿素含量影响的研究结果类似，表明NaCl胁迫不利于白术幼苗叶片光合色素的合成。其原因可能是，盐胁迫下高浓度的Na＋会破坏细胞叶绿体结构，对植物叶片造成损伤，从而抑制叶片光合色素的合成［23］，但具体的作用机理还有待进一步研究。

通过主成分分析（PCA）可以筛选出植物响应外部环境变化的主要生长指标，然后进行针对性分析，以达到量化外部环境对植物生长影响的目的［28］。本研究通过PCA分析发现，可溶性糖、超氧阴离子自由基、过氧化氢酶、过氧化物酶和丙二醛等因子可作为反映白术幼苗生长状况的重要指标。这与王华等［29］的研究结果类似。结合形态和生物量等指标可知，当NaCl浓度低于10 mmol／L［m（Cl－）＝0.355 g／L］时，白术幼苗受胁迫较轻，而当NaCl浓度高于20 mmol／L［m（Cl－）＝0.71 g／L］时，白术幼苗受胁迫较重。

综上表明，白术幼苗的耐盐性一般，可以在轻度盐渍化［m（Cl－）<0.4 g／kg］土壤中生长，但不适合在重度盐渍化［m（Cl－）≥1.0 g／kg］土壤中种植，20 mmol／L NaCl可作为筛选白术耐盐品种的重要参考浓度。此外，调控光合色素合成及抗氧化酶活性可能是白术幼苗适应NaCl胁迫的重要途径。