鹽脅迫對(duì)3種四照花屬植物生理特性的影響

劉國(guó)華，周興元，楊士虎

(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 句容 212400)

我國(guó)鹽堿地面積有3 400×104hm2。為了更好地開(kāi)發(fā)沿海灘涂，需選擇合適的耐鹽樹(shù)種。土壤中過(guò)多的鹽分會(huì)引起土壤理化性質(zhì)的改變，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受到抑制甚至死亡。選育耐鹽植物種類(lèi)是抑制土壤鹽堿化，改良鹽堿地資源最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法之一。植物在鹽脅迫條件下，會(huì)采取一定的策略去達(dá)到阻止或減輕危害、重新建立動(dòng)態(tài)平衡，保持植物的持續(xù)生長(zhǎng)。山茱萸科(Cornaceae)四照花屬(Dendrobenthamia)植物包括東亞四照花和北美四照花兩大類(lèi)群[1]，是優(yōu)良的城市園林觀賞綠化樹(shù)種。目前我國(guó)四照花種質(zhì)資源的收集和相關(guān)工作還處于起步階段，觀賞型資源種類(lèi)選育以及抗性研究完全是空白。本研究通過(guò)不同鹽濃度對(duì)3種東亞型四照花屬植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)以及生理響應(yīng)，篩選出四照花植物最適合生長(zhǎng)的鹽濃度。科學(xué)評(píng)價(jià)四照花屬植物耐鹽性，可為豐富鹽堿地園林綠化樹(shù)種提供一些理論支撐，也為耐鹽品種的篩選和鹽堿地的高效利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)植株

供試植株為東京四照花(D.tonkinensis)、香港四照花(D.hongkongensis)、中國(guó)四照花(D.japonicavar.chinensis)3年生實(shí)生苗，苗高1.6m，地上部分有多個(gè)分支，生長(zhǎng)健壯。

1.2 方法

1.2.1 四照花植株的鹽脅迫處理

供試植株移入塑料大棚內(nèi)，按照0%、0.2%、0.4%、0.6%的鹽濃度梯度進(jìn)行排列，每種鹽濃度選擇四照花屬植物30株，共360株，在溫室內(nèi)模擬自然環(huán)境進(jìn)行鹽脅迫處理，控制溫室溫度在25-30℃之間。

在鹽脅迫后的第0d、7d、14d、21d、28d,隨機(jī)采取四照花各部分的葉片和須根，進(jìn)行丙二醛(MDA)含量、過(guò)氧化物酶(POD)、膜保護(hù)酶超氧化物歧化酶(SOD)、葉綠素以及根部活力(TTC)的生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 四照花各項(xiàng)生化指標(biāo)測(cè)定

POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[2]，根系活力(TTC)測(cè)量采用TTC活力測(cè)量法[2]，SOD活性測(cè)定采用NBT法[3]，MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[4]，葉綠素含量測(cè)定采用分光光度法[5]。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用SPSS(V13.0)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下四照花屬植物的葉片形態(tài)變化及抗鹽能力比較

3種鹽脅迫四照花屬植物的葉片形態(tài)變化見(jiàn)表1。由表1可知，鹽脅迫第14d時(shí)，不同鹽濃度供試植株處于鹽脅迫狀態(tài)，呈現(xiàn)出一定程度的枯黃狀，0.6%鹽濃度脅迫最為明顯；此后隨著時(shí)間推移，鹽脅迫程度逐漸加劇，各植株的枯黃度和落葉數(shù)均逐漸增大，但不同鹽濃度處理植株的耐鹽能力表現(xiàn)出了較大差異。

表1 鹽脅迫四照花屬植物的葉片形態(tài)變化Tab.1 Morphological changes of leaves in Dendrobenthamia under salt stress

至第28d時(shí)，3種四照花屬植株處于極端鹽脅迫狀態(tài)，鹽濃度0.2%、0.4%、0.6%的中國(guó)四照花出現(xiàn)了不同程度的枯死狀態(tài)，而香港四照花在3個(gè)鹽濃度梯度脅迫下仍能保持正常生長(zhǎng)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽能力，東京四照花也能保持在0.2%、0.4%鹽濃度下的正常生長(zhǎng)。在鹽濃度0.6%的生境下，四照花屬植物的生長(zhǎng)狀態(tài)都近乎死亡，除香港四照花外。在0.4%的鹽脅迫下，中國(guó)四照花枝葉枯黃，生長(zhǎng)狀態(tài)不明顯，但香港四照花的生長(zhǎng)狀態(tài)最好。在0.2%的鹽脅迫下，除了中國(guó)四照花的生長(zhǎng)狀況不是很好，其他2種四照花生長(zhǎng)良好。所以，香港四照花更適合于鹽脅迫的生長(zhǎng)狀態(tài)，其次是東京四照花,而中國(guó)四照花最不適合于鹽脅迫狀態(tài)下生存。解除鹽脅迫2個(gè)月后，香港四照花與東京四照花恢復(fù)正常生長(zhǎng)，中國(guó)四照花死亡。

2.2 鹽脅迫下各植株P(guān)OD活性的變化

從圖1-圖3可以看出，在未進(jìn)行鹽脅迫時(shí)，3種四照花屬植物的POD活性均維持在相對(duì)穩(wěn)定水平，且東京四照花、中國(guó)四照花的POD活性均高于香港四照花。在0.2%鹽脅迫濃度下，整體上3種四照花屬植物的POD活性先下降后上升再下降。東京四照花隨著鹽脅迫濃度加大，POD活性值峰值在不同時(shí)間出現(xiàn)，而在0.6%濃度下，28d時(shí)出現(xiàn)第2個(gè)小峰值。香港四照花在0.2%和0.4%脅迫濃度水平下，14d后，POD活性處于下降趨勢(shì)，而中國(guó)四照花在0.4%脅迫濃度下，28d時(shí)出現(xiàn)一個(gè)小峰值。從整體變化的幅度來(lái)分析，香港四照花的變化幅度最小，其次是東京四照花和中國(guó)四照花。

圖1 不同鹽脅迫下東京四照花POD活性值的變化Fig.1 POD activity of Dendrobenthamia tonkinensis under variation degree of salt stress

圖2 不同鹽脅迫下香港四照花POD活性值的變化Fig.2 POD activity of Dendrobenthamia hongkongensis under variation degree of salt stress

圖3 不同鹽脅迫下中國(guó)四照花POD活性值的變化Fig.3 POD activity of Dendrobenthamia japonic var. chinensis under different degree of salt stress

2.3 鹽脅迫下各植株SOD活性的變化

正常生長(zhǎng)條件下，各未處理(對(duì)照)四照花屬植物的SOD活性均維持在相對(duì)穩(wěn)定水平，其中中國(guó)四照花的SOD活性最弱(圖4-圖6)，鹽脅迫時(shí)，3種四照花在脅迫初期有一個(gè)先上升后下降的趨勢(shì)，其中東京四照花變化較小，中國(guó)四照花的變化幅度較大，達(dá)到276%。除中國(guó)四照花外，其它2種四照花在脅迫后期，SOD活性又有一個(gè)小幅提高，脅迫濃度越大，提高幅度越大。從整體脅迫時(shí)間和脅迫濃度來(lái)看，SOD活性變化的幅度大小順序是香港四照花、東京四照花、中國(guó)四照花。

圖4 不同鹽脅迫下東京四照花SOD活性值的變化Fig.4 SOD activity of Dendrobenthamia tonkinensis under different degree of salt stress

圖5 不同鹽脅迫下香港四照花SOD活性值的變化Fig.5 SOD activity of Dendrobenthamia hongkongensis under different degree of salt stress

圖6 不同鹽脅迫下中國(guó)四照花SOD活性值的變化Fig.6 SOD activity of Dendrobenthamia japonic var. chinensis under different degree of salt stress

2.4 鹽脅迫下各植株MDA含量的變化

未進(jìn)行鹽脅迫處理(對(duì)照)四照花屬植株的MDA含量相對(duì)穩(wěn)定，東京四照花的MDA含量最大(圖7)。鹽脅迫時(shí)，各處理四照花屬植物的MDA變化含量整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。而在0-7d時(shí)，3種四照花屬植物的MDA含量開(kāi)始增長(zhǎng)緩慢，此后3種四照花屬植物的MDA含量整體呈增長(zhǎng)快的趨勢(shì)，并且鹽濃度越高，MDA含量越多，在0.2%脅迫濃度下，東京四照花的MDA含量的增幅相對(duì)于其它2種較小(圖8-圖9)。

圖7 不同鹽脅迫下東京四照花MDA活性值的變化Fig.7 MDA activity of Dendrobenthamia tonkinensis under different degree of salt stress

圖8 不同鹽脅迫下香港四照花MDA活性值的變化Fig.8 MDA activity of Dendrobenthamia hongkongensis under different degree of salt stress

圖9 不同鹽脅迫下中國(guó)四照花MDA活性值的變化Fig.9 MDA activity of D.japonica var. chinensis under different degree of salt stress

2.5 鹽脅迫下各植株葉綠素含量的變化

未進(jìn)行鹽脅迫處理四照花屬植株的葉綠素含量相對(duì)穩(wěn)定。在鹽脅迫下，3種四照花屬植物的葉綠素變化含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在鹽脅迫14d前，3種四照花屬植物的葉綠素變化含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖10-圖12)。香港四照花在0.2%脅迫濃度下，葉綠素含量14d達(dá)到最低，之后葉綠素含量呈上升趨勢(shì)，但仍低于對(duì)照，而在其它脅迫濃度和脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，葉綠素呈下降趨勢(shì)。東京四照花在0.2%和0.4%濃度脅迫下，隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，葉綠素變化含量呈緩慢下降趨勢(shì)。中國(guó)四照花隨脅迫濃度越大和脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，葉綠素含量越少。從整體看，香港四照花和東京四照花在脅迫狀態(tài)下，對(duì)植物葉綠素含量合成影響較小。

圖10 不同鹽脅迫下東京四照花葉綠素含量的變化Fig.10 Chlorophyll content activity of Dendrobenthamia tonkinensis under different degree of salt stress

圖11 不同鹽脅迫下香港四照花葉綠素含量的變化Fig.11 Chlorophyll content activity of Dendrobenthamia hongkongensis under different degree of salt stress

圖12 不同鹽脅迫下中國(guó)四照花葉綠素含量的變化Fig.12 Chlorophyll content activity of Dendrobenthamia japonic var.chinensis under different degree of salt stress

2.6 鹽脅迫下各植株TTC活性的變化

正常生長(zhǎng)條件下，3種四照花屬植物的TTC活性均維持在相對(duì)穩(wěn)定水平，3種四照花屬植物脅迫后，TTC活性整體呈下降趨勢(shì)(圖13、圖14、圖15)。在鹽脅迫7d時(shí)，東京四照花和香港四照花下降幅度較大，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，在0.2%和0.4%脅迫下，TTC活性值處于一個(gè)波動(dòng)狀態(tài)，在0.6%濃度脅迫下，香港四照花和中國(guó)四照花的TTC活性一直處于下降趨勢(shì)，而東京四照花有先上升后下降的過(guò)程。從整體TTC活性看，東京四照花相對(duì)適應(yīng)性好，其次是香港四照花和中國(guó)四照花。

圖13 不同鹽脅迫下東京四照花TTC活性的變化Fig.13 TTC content activity of Dendrobenthamia tonkinensis under different degree of salt stress

圖14 不同鹽脅迫下香港四照花TTC活性的變化Fig.14 TTC content activity of Dendrobenthamia hongkongensis under different degree of salt stress

圖15 不同鹽脅迫下中國(guó)四照花TTC活性值的變化Fig.15 TTC content activity of Dendrobenthamia japonic var. chinensis under different degree of salt stress

3 結(jié)論與討論

植物受到鹽脅迫時(shí)，葉片直接表現(xiàn)出直觀的鹽害癥狀[6]。其中中國(guó)四照花的鹽害癥狀表現(xiàn)最為明顯。樹(shù)種葉片鹽害在鹽脅迫濃度和持續(xù)時(shí)間上響應(yīng)速率和受害程度不一。在本研究中，未進(jìn)行鹽分處理的植株都能保持良好生長(zhǎng)；而在鹽濃度程度較低的植株也能保持正常生長(zhǎng)，除中國(guó)四照花外；在鹽濃度高的脅迫下，香港四照花仍能保持正常生長(zhǎng)，但隨著鹽濃度的增加，植株葉片脫落數(shù)也在增加。

植物體內(nèi)廣泛存在的SOD、POD能有效清除活性氧，SOD活性與植物的抗逆性呈正相關(guān)，是反映植物抗逆性的一個(gè)重要指標(biāo)。在正常情況下，當(dāng)植物遇到脅迫時(shí)(如水澇、鹽堿化等)會(huì)通過(guò)SOD活性來(lái)增強(qiáng)其抗逆性[7-8]。同時(shí)酶系統(tǒng)還包括過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)等，有證據(jù)表明不同樹(shù)種其清理自由養(yǎng)基的酶并不一致[9]。由此可見(jiàn)，植物為避免受活性氧的危害，將主動(dòng)激活細(xì)胞膜保護(hù)酶系統(tǒng)來(lái)清除體內(nèi)的活性氧，對(duì)活性氧的清除能力是決定植物對(duì)逆境脅迫抗性高低的主要因素之一[9]。本研究表明，不同鹽濃度處理植株間的耐鹽能力存在較大差異。受到鹽脅迫時(shí)，各處理四照花屬植株的SOD活性與植株的耐鹽能力呈正相關(guān)，而POD活性與四照花屬植物的活性呈負(fù)相關(guān)。因此認(rèn)為SOD和POD活性可以作為四照花屬植物的耐鹽能力的衡量指標(biāo)之一。

植物在逆境條件下，由于膜脂過(guò)氧化作用產(chǎn)生MDA,它是植物細(xì)胞膜受損和自由基形成的主要指示物。本試驗(yàn)中，未受到鹽脅迫時(shí)，各處理四照花屬植物的MDA含量相對(duì)穩(wěn)定且差異不大，隨著脅迫時(shí)間增加，MDA含量增加。在鹽脅迫過(guò)程中，MDA的含量以及變化幅度與植株耐鹽能力呈一定的負(fù)相關(guān)。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，葉綠素含量的多少對(duì)植物光合作用有著重要影響，其含量在一定的程度上反映了植物同化物質(zhì)的能力[10]。在土壤鹽脅迫下，植物葉片內(nèi)的葉綠素體會(huì)遭到破壞，抑制葉綠素的合成或者促進(jìn)葉綠素的分解[11]。在本研究中，隨著鹽濃度的增加，香港四照花葉綠素的含量緩慢下降，中國(guó)四照花的葉綠素的含量在脅迫后期，含量急劇下降，由此可見(jiàn)，香港四照花和東京四照花耐鹽能力較強(qiáng)，中國(guó)四照花耐鹽能力最弱。

根系是植物與環(huán)境接觸的重要界面，是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要營(yíng)養(yǎng)器官，土壤鹽脅迫首先影響植物的根，而后產(chǎn)生相應(yīng)的生理變化。根系活力大小直接影響到四照花屬植株的生長(zhǎng)和耐鹽能力，根系TTC還原力反映細(xì)胞內(nèi)總脫氫酶活性，是代謝活力的一個(gè)標(biāo)志[12]。隨著鹽濃度的增加，根系TTC還原力與植物耐鹽能力呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明根系TTC活力降低是植株受鹽脅迫的根源之一。

3種四照花屬植物的耐鹽能力依次為香港四照花﹥東京四照花﹥中國(guó)四照花。

參考文獻(xiàn)：

[1]洑香香，徐杰，劉國(guó)華.觀賞型四照花種質(zhì)資源及其開(kāi)發(fā)利用[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2015,29(3):1-6.

[2]李合生,孫群,趙世生，等.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,1999:23-26.

[3]陳建勛,王曉峰.植物生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2005:64-67.

[4]張志良,瞿偉菁.植物生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2002:73-76.

[5]劉國(guó)華，盧建國(guó).遮陰對(duì)5種鳶尾屬植物光合作用的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(5):234-237.

[6]張穎,楊迎霞,周祥明,等.利用離體葉片鑒定楊樹(shù)耐鹽潛力[J].植物學(xué)報(bào),2011,40(3):302-310.

[7]王波，宋鳳斌.燕麥對(duì)鹽堿脅迫的反應(yīng)和適應(yīng)性[J].生態(tài)環(huán)境，2000,15(3):625-629.

[8]孫海菁,王樹(shù)鳳,陳益泰.鹽脅迫對(duì)6個(gè)樹(shù)種的生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的影響[J].林業(yè)科學(xué)研究,2009,22(3):315-324.

[9]原向陽(yáng),郭平毅,張麗光，等.干旱脅迫下草甘膦對(duì)抗草甘膦大豆幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過(guò)氧化作用的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(4):689-705.

[10]張?jiān)坪?何念鵬,張光明,等.氮沉降強(qiáng)度和頻率對(duì)羊草葉綠素含量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):6780-6794.

[11]王偉華，張希明，閆海龍，等.鹽處理對(duì)多枝檉柳光合作用和滲調(diào)物質(zhì)的影響[J].干旱區(qū)研究，2009，26(4):61-68.

[12]李冠喜,吳小芹,葉建仁.楊樹(shù)根際土自毒物質(zhì)的積累毒害及生物修復(fù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,37(3):71-76.