鹽脅迫對(duì)3個(gè)桂花品種生長(zhǎng)和生理特性的影響

顧 恒，李 玲，歐陽(yáng)綺霞，岳遠(yuǎn)征，楊秀蓮，王良桂,2*

(1.南京林業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

鹽度一直威脅著世界上越來越多的土地[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)有各種鹽漬化土地約1.0×109hm2，中國(guó)是世界上鹽漬土壤面積較大的國(guó)家之一，擁有的鹽堿地面積約1.0×108hm2，且鹽堿地面積還在不斷增加[2-4]。土壤鹽堿化是引起鹽脅迫的主要原因，植物發(fā)生鹽害后，其生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，甚至直接導(dǎo)致死亡，嚴(yán)重影響生物多樣性，加速生態(tài)環(huán)境惡化。

研究植物的鹽堿耐受性對(duì)于充分利用植物資源、改良和利用鹽漬土地、恢復(fù)生態(tài)與保護(hù)環(huán)境具有重要意義[5]。因此，植物耐鹽能力的研究一直受到科研工作者們的廣泛關(guān)注。楊秀蓮等以一年生桂花幼苗為材料，設(shè)置不同的NaCl濃度梯度，研究了桂花鹽害指數(shù)的變化[6]。在室內(nèi)模擬條件下，劉文竹等對(duì)6種沉水植物用不同的NaCl濃度進(jìn)行脅迫處理，最終篩選出耐鹽的沉水植物[7]?？追业难芯拷Y(jié)果表明，高濃度NaCl處理芍藥時(shí)，易使植株死亡，當(dāng)濃度超過200 mmol/L時(shí)，對(duì)芍藥造成的傷害是不可逆的[8]。

桂花(OsmanthusfragransLour.)是木犀科木犀屬常綠植物，是我國(guó)十大傳統(tǒng)名花之一，樹形優(yōu)美，適應(yīng)性強(qiáng)，既是優(yōu)良的園林綠化樹種，又是著名的香料植物，在藥材、食品工業(yè)等方面也有很大的開發(fā)利用潛力，可帶來良好的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[9-10]。目前關(guān)于桂花品種花色[11]、花香[12]的研究較多，對(duì)于其抗逆性如水分[13]、低溫[14]、干旱[15]、重金屬脅迫[16]也有所報(bào)道，但對(duì)其耐鹽堿的脅迫研究較少。因此，本文以3個(gè)桂花品種：笑秋風(fēng)(O.fragrans‘Xiao Qiufeng’)、潢川金桂(O.fragrans‘Huangchuan Jingui’)和大葉銀桂(O.fragrans‘Daye Yin’)為材料，研究不同NaCl濃度脅迫對(duì)桂花幼苗形態(tài)與生理指標(biāo)的影響，以探討它們對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制，為桂花在鹽漬化土壤區(qū)域的應(yīng)用和推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料為潢川金桂、笑秋風(fēng)、大葉銀桂一年生實(shí)生苗，在溫室中將苗高10 cm的一年生實(shí)生苗移栽于內(nèi)徑15 cm，高10 cm的盆內(nèi)，基質(zhì)為去離子水洗凈的河沙，每盆3株。盆栽實(shí)驗(yàn)于南京林業(yè)大學(xué)溫室進(jìn)行，指標(biāo)測(cè)定在南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用3因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，模擬蘇北土壤含鹽量[17]，NaCl濃度共設(shè)4個(gè)水平，分別為0、40、70、100 mmol/L，采用含有NaCl的Hoagland溶液澆灌處理組，對(duì)照組為不含NaCl的Hoagland溶液。為避免鹽激效應(yīng)，在正式處理之前先進(jìn)行預(yù)處理，首次處理為40 mmol/L，每次增加30 mmol/L，每?jī)商鞚补囝A(yù)定濃度溶液一次，每次0.5 L/盆，保證離子完全代換。每品種240株，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。達(dá)到預(yù)定濃度的當(dāng)天為處理0 d，分別在處理第0、6、12、19 d選取植株進(jìn)行破壞性取樣，測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，同時(shí)觀察植株的受害癥狀。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 形態(tài)觀察與記錄

不同鹽濃度脅迫后第6、12、19 d分別觀察記錄桂花3個(gè)品種幼苗的受害狀況。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

葉片細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)法[18]；可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別采用蒽酮比色法和考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)量[19]；SOD活性測(cè)定采用NBT法[20]；POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，SPSS 19.0分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)3個(gè)桂花品種形態(tài)特征的影響

隨著鹽脅迫濃度增加，桂花受害癥狀逐漸顯現(xiàn)出來。由表1可知，不同桂花品種枝條和葉片受害癥狀存在明顯差異，潢川金桂由無明顯癥狀慢慢變?yōu)橹仓晗虏咳~片枯黃，最后植株全部受害；笑秋風(fēng)由無明顯癥狀慢慢變?yōu)橹仓晗虏咳~片枯黃，最后葉片大量枯黃，但長(zhǎng)勢(shì)良好；大葉銀桂的受害癥狀與笑秋風(fēng)基本一致?？傮w而言，中低濃度下，潢川金桂的耐鹽能力較強(qiáng)；高濃度下，笑秋風(fēng)與大葉銀桂的耐鹽能力較強(qiáng)。

表1 桂花3個(gè)品種不同鹽濃度脅迫下外部受害癥狀Table 1 External injury symptoms of three O.fragrans cultivars under different salt concentration stress

2.2 鹽脅迫下質(zhì)膜透性的變化

鹽脅迫下，3個(gè)桂花品種的相對(duì)電導(dǎo)率隨著處理濃度的升高而升高，說明鹽脅迫對(duì)植物的細(xì)胞膜產(chǎn)生傷害，且濃度越高，細(xì)胞膜所受傷害就越大。3個(gè)桂花品種間鹽脅迫下的電導(dǎo)率值差異顯著，潢川金桂在鹽脅迫下，其葉片電導(dǎo)率值較低，細(xì)胞膜受害較輕，而笑秋風(fēng)和大葉銀桂的受害程度均高于潢川金桂，受害最為嚴(yán)重的是大葉銀桂。

如圖1所示，鹽脅迫處理19 d后，與對(duì)照相比，笑秋風(fēng)相對(duì)電導(dǎo)率分別增加了79.15%，124.33%和138.84%，細(xì)胞膜受到了嚴(yán)重傷害；潢川金桂相對(duì)電導(dǎo)率分別增加了69.75%，128.7%和157.95%，表明潢川金桂在中高鹽濃度處理下才表現(xiàn)出較為明顯的細(xì)胞膜受害癥狀；大葉銀桂相對(duì)電導(dǎo)率分別增加了81.38%，96.99%，97.44%，各處理均與對(duì)照有極顯著的差異，但在中高鹽濃度的處理下，相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照相比增加的程度明顯低于笑秋風(fēng)和潢川金桂。

圖1 3個(gè)桂花品種鹽脅迫處理19d后 細(xì)胞膜透性的變化Fig.1 Changes of cell membrane permeability of three Q.fragrans cultivars after 19 days of salt stress注：不同大寫字母表示相同品種不同處理濃度間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示相同處理濃度不同品種間差異顯著(P<0.05)。

2.3 鹽脅迫下可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化

可溶性糖是植物滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，有研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下植物生長(zhǎng)受抑制，導(dǎo)致糖利用減少，可溶性糖含量增加[21]。由圖2可知，在脅迫處理的第19 d，笑秋風(fēng)可溶性糖含量隨濃度升高呈下降趨勢(shì)。多重比較結(jié)果顯示，在100 mmol/L鹽濃度處理下，笑秋風(fēng)可溶性糖含量與對(duì)照差異顯著，與對(duì)照相比降低了23.69%，而在中低濃度處理下，其可溶性糖含量與對(duì)照的差異不顯著。在40 mmol/L鹽濃度處理下，隨著時(shí)間的推移，潢川金桂可溶糖含量呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。在脅迫處理的第19 d，潢川金桂可溶性糖含量隨濃度升高呈先升后降的變化趨勢(shì)，鹽濃度為40 mmol/L時(shí)，其可溶性糖含量達(dá)到最高，比對(duì)照高出了32.90%，而在70 mmol/L和100 mmol/L的處理下，可溶性糖含量分別比對(duì)照降低了2.60%和11.90%。大葉銀桂在鹽脅迫環(huán)境中，可溶性糖含量隨時(shí)間的推進(jìn)先升高后下降。在脅迫處理的第19 d，可溶性糖含量隨處理濃度的升高而呈下降趨勢(shì)，其中鹽濃度為40 mmol/L時(shí)，可溶性糖含量與對(duì)照相比下降了12.75%，與對(duì)照差異不顯著，而在70 mmol/L和100 mmol/L的處理下，可溶性糖含量分別下降了27.73%和35.30%，同對(duì)照相比差異顯著。可溶性蛋白是鹽分脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)劑之一，其在細(xì)胞內(nèi)的積累對(duì)于降低細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的滲透勢(shì)、平衡原生質(zhì)體內(nèi)的滲透壓等具有重要作用。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3個(gè)桂花品種可溶性蛋白含量的大體變化趨勢(shì)為先降低后升高。由圖2可知，在脅迫處理第19 d時(shí)，隨著處理濃度的升高，潢川金桂和大葉銀桂可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，而笑秋風(fēng)的可溶性蛋白含量呈先降低后升高的趨勢(shì)。方差分析和多重比較顯示，高濃度鹽脅迫處理下笑秋風(fēng)可溶性蛋白含量與對(duì)照相比差異極顯著，而潢川金桂不同處理濃度間可溶性蛋白含量差異均不顯著。大葉銀桂在脅迫處理的第19 d時(shí)，在各濃度處理下的可溶性蛋白含量高于對(duì)照，分別增加了24.78%，37.39%和8.93%。

圖2 笑秋風(fēng)(A)、潢川金桂(B)、大葉銀桂(C)鹽脅迫處理后可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化Fig.2 Changes of soluble sugar and soluble protein content after salt stress in O. fragrans ‘Xiao Qiufeng’ (a), O. fragrans ‘Huangchuan Jingui’ (b) and O. fragrans ‘Daye Yin’ (c)注：不同大寫字母表示相同處理濃度不同處理時(shí)間間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示相同處理時(shí)間不同處理濃度間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.4 鹽脅迫下超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性的變化

植物處于逆境時(shí)，體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)(SOD、POD)會(huì)協(xié)同調(diào)控活性氧生成與清除的動(dòng)態(tài)平衡，以維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和完整性[22]。由圖3可知，隨著鹽脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，在濃度為40 mmol/L、70 mmol/L處理下，笑秋風(fēng)SOD活性呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)，而在100 mmol/L處理下，其SOD活性持續(xù)降低。脅迫處理第19 d，濃度處理為40 mmol/L和70 mmol/L時(shí)，笑秋風(fēng)SOD活性比對(duì)照分別提高10.03%和20.35%，而處理濃度為100 mmol/L，SOD活性與對(duì)照相比下降了23.62%。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，與對(duì)照相比，潢川金桂SOD值在各濃度處理下呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。方差分析與多重比較顯示，只有100 mmol/L處理下的SOD值與對(duì)照差異顯著，表明高濃度處理的潢川金桂SOD活性較低。在鹽脅迫下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，大葉銀桂SOD活性在不同濃度處理下有不同的表現(xiàn)趨勢(shì)，具體為在脅迫第19 d時(shí)，40 mmol/L的處理下，SOD活性顯著下降，而在70 mmol/L和100 mmol/L處理下，SOD活性均高于對(duì)照，分別增加了15.59%和2.75%。

3個(gè)桂花品種在不同鹽濃度脅迫下POD活性的變化趨勢(shì)各不相同。在低濃度下笑秋風(fēng)具有較高的酶活性，清除活性氧的能力也比較強(qiáng)，而高濃度下則相對(duì)弱些。方差分析和多重比較顯示，處理濃度為40 mmol/L時(shí)，笑秋風(fēng)POD活性與對(duì)照差異顯著,而處理濃度在70 mmol/L和100 mmol/L鹽濃度處理下，POD活性均低于對(duì)照，分別降低了52.67%和44.59%。潢川金桂在鹽脅迫的第19 d，其POD活性均低于對(duì)照，與對(duì)照相比，分別減少了12.21%，29.64%和9.40%，方差分析和多重比較顯示不同濃度處理下POD酶活性與對(duì)照間的差異不顯著。大葉銀桂在脅迫處理的前期POD活性對(duì)于鹽處理的響應(yīng)比較迅速，鹽脅迫處理19 d后，各濃度處理下的大葉銀桂POD活性均低于對(duì)照，與對(duì)照相比，分別減少了48.88%，39.57%和3.19%。

圖3 笑秋風(fēng)(A)、潢川金桂(B)、大葉銀桂(C)鹽脅迫處理后超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性的變化Fig. 3 Changes of superoxide dismutase and peroxidase activities after salt stress in O. fragrans ‘Xiao Qiufeng’ (a), O. fragrans ‘Huangchuan Jingui’ (b) and O. fragrans ‘Daye Yin’ (c)

3 討論

當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，葉片可直接表現(xiàn)出鹽害癥狀，且在鹽脅迫濃度和持續(xù)時(shí)間上響應(yīng)速率和受害程度不同[23]。本研究中，未進(jìn)行鹽脅迫處理的桂花植株都能保持正常生長(zhǎng)，在中低濃度下，潢川金桂能保持良好的生長(zhǎng)，表明其耐鹽能力較強(qiáng)，而高濃度下，潢川金桂出現(xiàn)了葉片大量枯黃、脫落甚至植株死亡的現(xiàn)象，反之笑秋風(fēng)與大葉銀桂長(zhǎng)勢(shì)良好。

植物細(xì)胞膜透性的大小可反映其質(zhì)膜受害程度，其數(shù)值越大，植物所受害程度越大[24]。電導(dǎo)率是衡量植物細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)。植物器官遭受逆境脅迫傷害時(shí)，膜系統(tǒng)往往會(huì)受到破壞，使其喪失功能，導(dǎo)致電解質(zhì)大量外滲，膜透性增強(qiáng)[25]。本研究中，隨著鹽脅迫濃度的升高，3個(gè)桂花品種葉片的相對(duì)電導(dǎo)率也隨之增大。在鹽脅迫前期，電導(dǎo)率逐漸增加，質(zhì)膜開始受到傷害，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，電導(dǎo)率增長(zhǎng)緩慢，表明3個(gè)品種的桂花對(duì)鹽脅迫具有一定的適應(yīng)性，這個(gè)結(jié)果與陸瑛等[26]對(duì)“寧杞1號(hào)”和劉偉娜等[27]對(duì)刺槐的耐鹽性研究得出的結(jié)論一致。

可溶性糖作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，有研究認(rèn)為其在耐鹽性評(píng)價(jià)中具有較強(qiáng)的指示作用[24]。鹽脅迫下植物生長(zhǎng)受到抑制，葉片內(nèi)可溶性糖含量增加，可以調(diào)節(jié)自身的滲透平衡，從而增強(qiáng)自身對(duì)鹽脅迫的抵御能力。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，潢川金桂在40 mmol/L的可溶性糖含量達(dá)到最高，表明此時(shí)潢川金桂的耐鹽性很強(qiáng)，而笑秋風(fēng)和大葉銀桂兩個(gè)桂花品種的可溶性糖含量逐漸下降?？赡艿脑蚴?，一方面植物受到鹽分脅迫時(shí)，可溶性糖的積累在種類和種間都有很大的不同，另一方面桂花葉片受到脅迫后，其正常生理功能和各種代謝受到破壞，影響了可溶性糖的合成和運(yùn)輸，從而導(dǎo)致處理后期可溶性糖含量降低，這與薛騰笑等關(guān)于美國(guó)金鐘連翹的研究結(jié)果不一致[28]。

鹽脅迫下的另一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是可溶性蛋白，當(dāng)植物受到鹽脅迫，細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成會(huì)增強(qiáng)，植物通過自身的調(diào)節(jié)以適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境。本研究中，隨著鹽濃度的升高，3個(gè)桂花品種的可溶性蛋白先下降后升高，其中潢川金桂在40 mmol/L時(shí)其可溶性蛋白的含量要高于對(duì)照，表明在低鹽濃度脅迫下的耐性強(qiáng)，而笑秋風(fēng)和大葉銀桂在70 mmol/L和100 mmol/L鹽濃度下的可溶性蛋白含量高于對(duì)照，說明這兩個(gè)桂花品種在此濃度下的耐性強(qiáng)，可能原因是低濃度脅迫下蛋白質(zhì)合成受阻，而高濃度脅迫下蛋白質(zhì)分解加速，這與曹尚銀等[29]研究4個(gè)不同品種棗樹的耐鹽性得到的結(jié)論相一致。

SOD和POD作為抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成部分，在清除自由基方面發(fā)揮了重要作用[30]。正常情況下，當(dāng)植物遇到脅迫時(shí)會(huì)通過提高SOD活性來增強(qiáng)抗逆性。本研究中，當(dāng)處理濃度為100 mmol/L時(shí)，笑秋風(fēng)和潢川金桂的SOD活性低于對(duì)照，可能原因是低濃度處理時(shí)，SOD活性沒有被誘導(dǎo)，而在中高濃度鹽分脅迫下，SOD活性被誘導(dǎo)，但高濃度鹽分對(duì)桂花的脅迫超過了植物自身的適應(yīng)能力，最終導(dǎo)致了其SOD活性在100 mmol/L時(shí)低于對(duì)照，這與薛騰笑等關(guān)于美國(guó)金鐘連翹的研究結(jié)果一致[28]。3個(gè)桂花品種POD活性在處理末期也基本低于對(duì)照，可能是在鹽脅迫下，桂花體內(nèi)代謝趨于紊亂，從而抑制抗氧化酶基因的表達(dá)，與劉國(guó)華等[31]對(duì)四照花的研究結(jié)論相一致。

綜上所述，根據(jù)鹽害癥狀的觀察以及生理指標(biāo)分析，可將3個(gè)桂花品種的耐鹽性分為兩個(gè)層次：當(dāng)鹽濃度低于40 mmol/L時(shí)，潢川金桂適應(yīng)性良好，一旦高于此濃度，潢川金桂受害嚴(yán)重；而在70 mmol/L和100 mmol/L濃度下，大葉銀桂和笑秋風(fēng)適應(yīng)性則更好，這為桂花在鹽漬化土壤區(qū)域的應(yīng)用和推廣提供了理論參考。但要進(jìn)一步了解桂花的耐鹽機(jī)制以及選育適合鹽漬化土壤區(qū)域栽培的品種，還有待于更多桂花品種耐鹽性的研究。