NaCl脅迫對長苞香蒲和蘆葦生長及光合特性的影響

伍會萍， 丁振杰， 倪細爐

(1.寧夏林業(yè)研究院種苗生物工程國家重點實驗室，寧夏銀川 750004；2.寧夏銀川城市森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，寧夏銀川 750004)

寧夏擁有的各類濕地資源有25.6萬hm2，占寧夏總面積的4.9%，比全國平均水平高1.2百分點[1]。這些濕地主要分布在黃河、艾依河、清水河兩側(cè)和騰格里沙漠、毛烏蘇沙漠邊緣，它們在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、降解污染、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕等方面均起到重要作用[2]。水生植物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，一方面為濕地生態(tài)系統(tǒng)提供能量和有機物質(zhì)，另一方面其枯萎后的分解產(chǎn)物又為濕地提供了養(yǎng)分[3-5]。對于植物鹽堿脅迫下光合作用及抗鹽機制的研究大多集中在農(nóng)作物或擬南芥等模式植物上[6-8]，而較少考慮到鹽脅迫對濕地水生植物的影響，這對于了解濕地水生植物在鹽混合脅迫時的生理響應是不完備的。同時，對于鹽堿化濕地的保護和生態(tài)修復也缺乏充實的資料支持。因此，開展水生植物對濕地鹽堿化生理響應的研究顯得尤為重要，也有助于更好地促進生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性。

鹽濃度對于植物體的影響程度也不相同，在對擬南芥鹽脅迫的研究中發(fā)現(xiàn)，鹽分抑制了擬南芥根系對大量元素的吸收，從而影響植物的營養(yǎng)供給[9]。長苞香蒲為香蒲科香蒲屬多年生挺水植物，喜光照，適應性強，耐鹽性較好[10]。蘆葦屬禾本科蘆葦屬，也是水體綠化中常用的水生植物，根據(jù)生理類型劃分，蘆葦屬于聚鹽植物，根據(jù)生態(tài)類型劃分，蘆葦屬于水生鹽生植物[11]。本研究通過分析蘆葦、香蒲在鹽脅迫后生理生化特性的變化，探討這2種水生植物的耐鹽機制。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗設(shè)計

試驗地位于寧夏銀川市金鳳區(qū)(森淼現(xiàn)代科技園的試驗基地)，研究區(qū)屬黃河中溫帶大陸性氣候?；練夂蛱攸c如下：光照充足，年平均氣溫為9.5～11.4 ℃，相對濕度為 45%～66%；干旱少雨，年平均降水量為180～200 mm左右；蒸發(fā)強烈，平均蒸發(fā)量為1 300.0～2 200.0 mm；冬季嚴寒，夏季炎熱。

供試材料選擇在寧夏分布比較廣泛的蘆葦、長苞香蒲2種濕地植物，選用的蘆葦幼苗高55 cm、鮮質(zhì)量20 g，長苞香蒲幼苗高80 cm、鮮質(zhì)量55 g。試驗于2016年4月中旬進行，采用桶栽試驗，栽培土壤采用沙壤土(全鹽量小于0.2%且過 2 mm 篩)。2種植物分別移栽于裝有土壤的桶內(nèi)(桶高 85 cm，上口直徑74 cm，下口直徑52 cm，土壤厚度40 cm)，每桶種植4株。本研究共設(shè)4個處理：(1)對照(CK)；(2)澆灌100 mmol/L鹽水30 L(A1)；(3)澆灌200 mmol/L鹽水30 L(A2)；(4)澆灌300 mmol/L鹽水30 L(A3)。每個處理設(shè)置3個重復，緩苗后第3周進行鹽脅迫處理，每周按時補水1次至30 L[自來水的含鹽量為550～600 mg/L，電導率(EC)為 800～900 μS/cm，pH值為6.8～7.2]，正常管護，5月底開始測定2種植物的生長指標和光合參數(shù)，每月測定1次，至8月底結(jié)束，取材料測定酶活性及丙二醛(MDA)含量。

1.2 指標測定

1.2.1 生長指標的測定 (1)生物量。5—8月將不同處理下的2種植物(對照和處理每組各測定3株植物)分別取地上、地下2個部分，稱量鮮質(zhì)量后在105 ℃下殺青15 min，于 85 ℃ 烘干至恒質(zhì)量并稱量干質(zhì)量。(2)株高。在每個處理下對于測定生物量的植物用鋼卷尺測量地上部分株高。

1.2.2 光合參數(shù)的測定 選擇在每月日期相近、天氣晴朗的某天09：00—11：00時段進行光合參數(shù)的測定，使用GFS-3000光合測定儀(美國)測定，此時段內(nèi)光量子通量密度為(1 502±123) μmol/(m2·s)，大氣中CO2濃度為(381.3±6.7) μmol/mol，大氣溫度為(26.9±1.9) ℃，相對濕度(RH)為(30.7±3.0)%，在光照度為1 000 lx的條件下，測定蘆葦、長苞香蒲的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度，每個處理各測定3株植物。

1.2.3 其他指標的測定 丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法[12]，過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外吸收法[12]，超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用抑制四唑氮藍(NBT)光還原比色法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel作圖，用SPSS Statistics 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，運用One-way ANOVA進行單因素方差分析，并用Duncan’s檢驗法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl處理對植物生長的影響

由表1可以看出，長苞香蒲、蘆葦?shù)纳L量均隨著時間延長而增加。隨著鹽濃度的提高，長苞香蒲和蘆葦?shù)纳L量呈現(xiàn)下降趨勢，且長苞香蒲和蘆葦?shù)纳锪侩S著鹽濃度的增加而變化的規(guī)律一致。與CK相比，長苞香蒲和蘆葦各處理的地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量、株高整體上顯著降低，其中在A3濃度處理下下降得最多。分化系數(shù)隨著鹽濃度提高而降低，并且隨著時間延長而出現(xiàn)顯著差異。在A3濃度處理下，長苞香蒲地上干質(zhì)量在5月顯著下降57.16%(P<0.05)，地下干質(zhì)量在8月顯著下降了42.23%，株高在8月顯著下降了17.35%。在A3濃度處理下，蘆葦?shù)厣细少|(zhì)量在6月顯著下降了44.41%，地下干質(zhì)量、株高在7月分別顯著下降了39.49%、22.27%(P<0.05)。

表1 NaCl脅迫對2種植物生長及生物量的影響

2.2 不同濃度NaCl處理對2種植物酶活性的影響

如圖1所示，2種植物的2種酶活性均隨著鹽濃度的提高而降低。與對照相比，長苞香蒲過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性在A2、 A3濃度處理下顯著下降， 在A3濃度處理下分別顯著下降了49.02%、16.07%；蘆葦過氧化氫酶活性在A2、A3濃度處理下顯著下降，其中在A3處理下顯著下降了50%，鹽脅迫各處理的超氧化物歧化酶活性均顯著下降。整體來看，在鹽脅迫影響下，蘆葦中2種酶活性受到的影響較長苞香蒲大。

2.3 不同濃度NaCl處理對葉片光合生理的影響

如圖2所示，在不同鹽濃度下2種植物的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度整體上隨著脅迫時間的延長出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，并且2種植物的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度均隨著鹽濃度的提高而降低(在6月蘆葦?shù)腁1濃度處理下的凈光合速率、蒸騰速率除外)。與CK相比，長苞香蒲A1、A2、A3處理的上述光合特性指標均下降，且A2、A3處理的光合特性指標顯著下降(P<0.05)，A1處理的凈光合速率、氣孔導度則在6月開始出現(xiàn)顯著差異。與CK相比，蘆葦A2、A3處理光合特性均顯著下降(P<0.05)，而A1濃度處理在6月的凈光合速率、蒸騰速率則上升，氣孔導度及胞間CO2濃度則出現(xiàn)下降。整體上對比2種植物可知，隨著時間的延長和鹽濃度的增加，蘆葦?shù)墓夂咸匦灾笜溯^長苞香蒲高。

2.4 不同濃度NaCl處理對葉片丙二醛含量的影響

如圖3所示，2種植物的丙二醛含量整體上隨著鹽脅迫濃度的增大而提高。與CK相比，長苞香蒲A1、A2、A3處理的丙二醛含量分別顯著提高16.64%、35.71%、36.28%，且三者之間差異顯著(P<0.05)；蘆葦A1、A2、A3處理的丙二醛含量與CK相比，分別顯著提高 12.13%、9.58%、10.81%，三者之間的差異同樣顯著(P<0.05)。同時對比2種植物發(fā)現(xiàn)，在無脅迫時，蘆葦?shù)谋┖枯^高，而在鹽脅迫下，長苞香蒲的丙二醛含量較蘆葦?shù)谋┖孔兓?，且在A3濃度處理下，長苞香蒲的丙二醛含量高于蘆葦?shù)谋┖俊?/p>

3 討論

植物鮮質(zhì)量及干質(zhì)量的變化能較好地反映植物在受到逆境脅迫時生物量的變化情況，雖然生物量是一個綜合指標，受到多種因素的影響，并不能完全反映植物受到逆境脅迫的情況，但是，鹽脅迫下生物量的變化可作為評估鹽脅迫程度和植物抗鹽能力的指標之一[13]。鹽脅迫主要通過離子脅迫和滲透脅迫影響植物的生長和發(fā)育。在本研究中，2種植物在鹽脅迫下的生物量均表現(xiàn)為下降，并且隨著鹽濃度的提高，生物量出現(xiàn)了顯著下降，具體表現(xiàn)為：在A1、A2、A3濃度處理下，2種植物地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量、株高均低于CK，其中在A3處理下顯著低于CK(P<0.05)，說明在一定范圍內(nèi)，隨著鹽濃度的提高，鹽對這2種植物的生長脅迫影響越嚴重。可能是由于鹽脅迫所產(chǎn)生的離子脅迫以及滲透脅迫會影響植物組織和器官的生長和分化，且鹽濃度越高，離子脅迫、滲透脅迫越嚴重，對植株生長的影響也就越大。

鹽脅迫會使植物生化反應過程受到影響，其中通過酶來進行代謝調(diào)控是一種重要的方式。SOD是一種在需氧有機體中普遍存在的起到植物細胞組織保護作用的酶，作為植物內(nèi)源性的活性氧清除劑，SOD能夠有效地清除活性氧，使之保持在較低水平，從而使其較少對膜結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生破壞。CAT與SOD一樣是酶促防御系統(tǒng)的保護酶，它們能夠協(xié)同作用，防御活性氧或其他過氧化自由基對細胞膜系統(tǒng)的傷害。因此，SOD、CAT活性通常用來作為鑒定植物耐鹽毒害的生化指標[14]。在本試驗中，2種植物的2種酶活性均隨著鹽濃度的提高而降低。這與McKerise等的研究結(jié)果[15-16]相反，可能是因為隨時間延長，SOD、CAT的抗氧化脅迫能力下降，對于長苞香蒲，其過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性在A2、A3濃度處理下顯著下降，其中在A3濃度處理下分別顯著下降49.02%、16.07%。蘆葦?shù)倪^氧化氫酶活性在A2、A3濃度處理下顯著下降，其中在A3處理下顯著下降了50%。在鹽脅迫影響下，蘆葦?shù)?種酶活性較長苞香蒲大，說明鹽脅迫對蘆葦抗氧化酶的影響更大，鹽脅迫所產(chǎn)生的氧化破壞作用對蘆葦更明顯。

光合作用是將光能轉(zhuǎn)化為化學能并為植物提供能量的過程。研究鹽脅迫對植物光合特性的影響可以有效地評價不同鹽濃度脅迫對2種植物的損害程度[17]。在本研究中，2種植物的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度均隨著鹽脅迫濃度的提高而下降，這與龔明等的研究結(jié)果[18-19]一致，表明長苞香蒲、蘆葦與其他植物一樣，鹽脅迫會導致2種植物的葉片氣孔導度下降，且蒸騰速率下降后凈光合速率和胞間CO2濃度也下降。光合特性均隨著時間增加出現(xiàn)先高后低的趨勢，說明6、7月光照較強，光合作用增強。同時對比2種植物發(fā)現(xiàn)，蘆葦?shù)墓夂咸匦暂^香蒲高，說明在鹽脅迫下長苞香蒲的光合特性較蘆葦小。

在鹽脅迫過程中丙二醛會產(chǎn)生有害物質(zhì)，其含量的高低可作為分析鹽脅迫對植物影響大小的重要指標。在本試驗中，2種植物丙二醛含量隨著鹽脅迫濃度的增大而增大，在鹽脅迫下，長苞香蒲的丙二醛含量較蘆葦?shù)谋┖孔兓?，且在A3濃度處理下，長苞香蒲的丙二醛含量高于蘆葦?shù)谋┖?，可見鹽脅迫時間和濃度的增大對長苞香蒲影響較蘆葦大。由以上分析可知，隨著鹽脅迫濃度的增大及脅迫時間的延長，長苞香蒲植株體內(nèi)含有的氧化物質(zhì)較多，毒害作用也越大。

4 總結(jié)

在鹽脅迫下，長苞香蒲和蘆葦?shù)纳L量均隨著時間的延長而增加。隨著鹽濃度的提高，香蒲和蘆葦?shù)纳L量呈現(xiàn)下降趨勢，在幾個生長季節(jié)，蘆葦和香蒲的生物量隨著鹽濃度增加的變化規(guī)律均一致。2種植物的SOD、CAT活性隨著鹽脅迫濃度的增加而降低。2種植物的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度整體上隨著鹽濃度的提高而降低，且整體上隨著脅迫時間的延長出現(xiàn)先增加后降低的趨勢。2種植物的丙二醛含量整體上隨著鹽脅迫濃度的增大而提高。在無脅迫條件下，蘆葦?shù)谋┖枯^高，而在鹽脅迫條件下，長苞香蒲的丙二醛含量較蘆葦?shù)谋┖刻嵘却??？傮w來看，蘆葦較香蒲對鹽脅迫更耐受。