鹽脅迫對(duì)柳樹幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

摘要:采用水培試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)對(duì)不同柳樹品種的耐鹽特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著鹽分濃度的提高，柳樹幼苗存活率、生物量逐漸減少，金絲垂柳的耐鹽能力明顯高于旱柳。葉片死亡時(shí)Na+濃度在品種間有明顯差異，金絲垂柳葉片的Na+ 含量為40 mg/g (DW) ，旱柳葉片的Na+ 含量為30 mg/g (DW)。柳樹體內(nèi)鹽分的積累速度受土壤濕度和地下水含鹽量的雙重影響。

關(guān)鍵詞:鹽脅迫;柳樹;生長(zhǎng);生理;Na+

中圖分類號(hào):S687.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.007

Effects of Salt Stress on Growth and Physiological Characteristics of Willow Seedlings

NIE Li-li， ZHANG Yue， LIU Zhong-qi

(Tianjin Research Center of Agriculture Biotechnology， Tianjin 300192， China)

Abstract:The salt tolerance of different willow varieties was studied by water culture experiments and pot culture experiments. The results showed that the survival rate and the biomass of seedlings of willow decreased gradually with the increasing of salt concentration. And the salt tolerance of Salix×aureo-pendula was better than that of Salix matsudana Koidz. There was significant difference for the threshold values of sodium ion resulted in the death of the leaves in different willow varieties. The sodium ion content in the Salix×aureo-pendula and the Salix matsudana Koidz were 40 mg/g (DW) and 30 mg/g (DW) respectively. The soil humidity and the salt concentration of groundwater exerted a dual influence on the accumulating speed of the salt in the willow.

Key words: salt stress; willow; growth; physiological characteristics; sodium ion

柳樹是天津市和環(huán)渤海地區(qū)主要綠化造林植物，具有速生、耐水濕、易繁殖、材質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，其野生資源分布廣泛，多用于行道樹[1]。柳樹對(duì)土壤中的鉻等重金屬進(jìn)行有效吸附，降低重金屬對(duì)土壤的污染程度[2，3]，還可以防止地表水和地下水的污染，保護(hù)水源特別有效[4]。同時(shí)，柳樹又具有易于雜交的特性，利用不同品種的柳樹進(jìn)行雜交后可產(chǎn)生大量具有不同優(yōu)良性狀的無(wú)性系。

天津市地處華北平原東北部海河流域下游，歷史上為退海之地，海拔低，地下水位高，地下水礦化度高，土壤含鹽量高[5]。近幾年隨著氣候變暖，持續(xù)干旱，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量，使得地表水和表土層中鹽分積累現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致大量的樹木出現(xiàn)枝條枯死，甚至整株死亡的現(xiàn)象。2007年秋季對(duì)天津市外環(huán)線樹木枯枝情況的調(diào)查結(jié)果表明，柳樹、椿樹、白蠟和毛白楊的平均枯枝率為29.01%，部分地段的柳樹枯枝率高達(dá)100%[6]。可見，鹽分對(duì)樹木的危害日益嚴(yán)重。因此，柳樹的耐鹽性研究是一個(gè)迫切而重要的課題，近年來(lái)受到了一些科研工作者的關(guān)注。隋德宗等[7]報(bào)道了鹽脅迫對(duì)5個(gè)柳樹無(wú)性系幼苗根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響，低鹽處理對(duì)幼苗根系的生長(zhǎng)有一定的刺激作用，高鹽處理對(duì)根系生長(zhǎng)則有明顯的抑制作用。張紀(jì)林等[8]的研究結(jié)果表明，柳樹無(wú)性系的成活率、保存率和生長(zhǎng)量隨著土壤含鹽量的增加而降低，且不同無(wú)性系在不同生長(zhǎng)期的耐鹽能力不同。目前，柳樹抗性生理的研究大多集中于植物對(duì)單一逆境的反應(yīng)，而對(duì)多種逆境的響應(yīng)的研究報(bào)道較少，特別是土壤濕度和地下水含鹽量對(duì)柳樹體內(nèi)鹽分積累速度的影響尚未見報(bào)道。

本試驗(yàn)把水培試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，模擬低海拔地區(qū)柳樹根系在土層和地下水中共同生長(zhǎng)的實(shí)際情況，研究不同柳樹品種葉片的Na+ 積累情況以及土壤濕度和地下水含鹽量對(duì)柳樹體內(nèi)鹽分積累速度的雙重影響，旨在了解鹽脅迫對(duì)柳樹生長(zhǎng)特性的影響，確定柳樹的耐鹽潛力及其在不同品種間的差異，進(jìn)而為柳樹耐鹽育種和低海拔地區(qū)綠化建設(shè)提供參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

旱柳(Salix matsudana Koidz)，金絲垂柳 (Salix×aureo-pendula)，統(tǒng)一選取一年生柳樹枝條，剪成18~20 cm長(zhǎng)的插條。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1水培試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)濃度:0，0.2%，0.3%，其中0為蒸餾水，其余為蒸餾水加海鹽配成相應(yīng)濃度的鹽溶液，水培容器為25 L的泡沫箱，內(nèi)套黑色塑料袋，每處理內(nèi)加20 L溶液，每個(gè)品種每個(gè)處理五十根插條。培養(yǎng)25 d，用直尺測(cè)量并記錄各插條根長(zhǎng)和的莖高，并統(tǒng)計(jì)各處理濃度下存活的插條數(shù);25 d試驗(yàn)結(jié)束后分地上及地下兩部分稱量鮮質(zhì)量;葉片質(zhì)膜透性的測(cè)定采用電導(dǎo)率法測(cè)定[9];葉綠素含量用無(wú)水乙醇提取法測(cè)定[9]。以上各指標(biāo)重復(fù)3次。

1.2.2盆栽模擬試驗(yàn)采取花盆(土壤)+水桶(鹽水)模擬自然界植物生長(zhǎng)情況(土層+地下水)，土壤取自天津市農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心田間試驗(yàn)地，花盆底部打眼，放入無(wú)紡布，保證土壤不漏到鹽水中，而柳樹的根能穿過(guò)土層到鹽水層。每個(gè)花盆扦插1個(gè)品種5根插條，每處理3個(gè)花盆，3次重復(fù)。花盆放在水桶內(nèi)，水桶中鹽溶液的濃度為0，0.5%，0.8%。從扦插之日起，每隔3 d澆1次水，保持土壤含水量為田間最大持水量的75%±5%，用濕度計(jì)監(jiān)測(cè)，4周之后根穿過(guò)土層開始向鹽水層伸張。此時(shí)土壤不再澆水，在自然條件下通過(guò)蒸騰和蒸發(fā)作用使土壤含水量持續(xù)下降，用來(lái)模擬柳樹自然生長(zhǎng)狀況，記為CK;第二種處理繼續(xù)每隔3 d澆1次水，使土壤含水量始終保持在田間最大持水量的75%±5%;葉片Na+含量測(cè)定參照趙可夫[10]的方法加以改良:從柳枝上選取相同部位的葉片和根，用重蒸水充分潤(rùn)洗材料，然后分別剪下葉片、根，105 ℃迅速殺青10 min，于80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，200 ℃炭化1 h，再于550 ℃下灰化4 h，用2 mL濃HNO3溶解灰分后用重蒸水定容至25 mL，用FP640火焰光度計(jì)測(cè)定材料中的Na+含量。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL軟件繪圖，SPSS10.0軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對(duì)柳樹生長(zhǎng)的影響

0.2%以上的鹽濃度對(duì)柳樹根和莖的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，鹽濃度越高，抑制程度越嚴(yán)重。25 d后不加鹽的溶液中旱柳的根長(zhǎng)達(dá)到25.1 cm， 0.2%鹽處理的旱柳根長(zhǎng)只有8.5 cm，減少了70%，而金絲垂柳的根長(zhǎng)只減少了20%(表1)，可見旱柳對(duì)鹽非常敏感。對(duì)莖高、地上部分質(zhì)量、根質(zhì)量的影響呈現(xiàn)同樣趨勢(shì)。兩個(gè)品種的存活率隨著鹽濃度的增高而下降，并且在品種間有顯著差異:在0.2%鹽處理下，旱柳的成活率僅為10%，而金絲垂柳并沒(méi)有出現(xiàn)明顯下降，成活率為84%;在0.3%鹽處理濃度下，金絲垂柳的成活率54%，旱柳的成活率僅為8%。鹽脅迫對(duì)植物最直接、最顯著的影響就是對(duì)植物存活率和生物量的影響，對(duì)生物量和存活率的影響可最終反映出植物的耐鹽能力，比較兩個(gè)品種耐鹽性能，金絲垂柳要優(yōu)于旱柳。

2.2鹽脅迫對(duì)柳樹葉綠素的影響

由圖1可以看出，各柳樹品種的葉綠素含量均隨著鹽濃度的提高而逐漸降低。金絲垂柳在0.2%、0.3%的鹽溶液脅迫下，葉綠素含量分別是1.098 mg/g和0.956 mg/g，與未處理的金絲垂柳葉綠素相比下降16%和27%，而旱柳葉綠素含量是0.556 mg/g和0.425 mg/g，下降55%和67%(圖1)。可見金絲垂柳具有相對(duì)較強(qiáng)的耐鹽性，明顯優(yōu)于旱柳。

2.3鹽脅迫對(duì)柳樹葉片質(zhì)膜透性的影響

經(jīng)鹽處理后，葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化如圖2所示:在不含鹽的溶液中，金絲垂柳和旱柳的相對(duì)電導(dǎo)率基本相同，而不同濃度的鹽處理的植株相對(duì)電導(dǎo)率都逐漸增加，說(shuō)明鹽處理濃度升高對(duì)柳樹的細(xì)胞膜破壞程度加大，細(xì)胞外滲液逐漸增多。金絲垂柳在0.2%、0.3%鹽處理下，相對(duì)電導(dǎo)率分別是未處理的1.54倍和2.12倍，差異顯著(P≤0.05);而旱柳在0.2%、0.3%鹽處理下，相對(duì)電導(dǎo)率分別是未處理的2.18倍和2.76倍，差異顯著(P≤0.05)。旱柳相對(duì)電導(dǎo)率增大程度顯著大于金絲垂柳(P≤0.05)。相對(duì)電導(dǎo)率越低，植物抗鹽性越強(qiáng)。從本試驗(yàn)結(jié)果亦可看出，金絲垂柳的耐鹽性高于旱柳。

2.4土壤濕度和地下水含鹽量對(duì)柳樹生長(zhǎng)的影響

土壤濕度模擬自然變化的處理(CK)中，根系伸張到0.8%海鹽溶液中(記為CK+0.8%)，大部分柳樹葉片在第14 d開始枯萎;而CK+0.5%處理中的柳樹葉片一直持續(xù)到21 d才開始枯萎，此時(shí)CK+0處理中的柳樹生長(zhǎng)完全正常。金絲垂柳在CK+0.5%和CK+0.8%處理下死亡時(shí)的Na+含量都約為40 mg/g(DW)，旱柳在這兩種處理下死亡時(shí)的Na+含量都約為30 mg/g(DW)(表2)。

土壤濕度為最大持水量75%的條件下，鹽脅迫21 d后，75%+0、75%+0.5%、75%+0.8%三個(gè)處理下的柳樹都正常生長(zhǎng)，柳樹葉片中的Na+含量非常接近，在13.9~15.2 mg/g(DW)之間(表2)。可見，柳樹葉片鹽分的積累速度受土壤濕度和地下水含鹽量的雙重影響，當(dāng)土壤濕度較大(75%)時(shí)，地下水的含鹽量對(duì)柳樹幼苗的生長(zhǎng)影響較小;當(dāng)土壤濕度較小(CK)時(shí)，地下水的含鹽量越大，葉片中鹽分積累的速度越快，地下水含鹽量不同，只能使柳樹死亡時(shí)間不同，而死亡時(shí)葉片Na+含量差異不顯著。不同品種之間死亡時(shí)葉片Na+含量差異顯著，耐鹽能力強(qiáng)的金絲垂柳葉片中Na+含量40 mg/g，旱柳葉片Na+含量30 mg/g。

3結(jié)論與討論

3.1鹽脅迫對(duì)柳樹生長(zhǎng)的影響

鹽脅迫對(duì)于柳樹的生長(zhǎng)有顯著影響，鹽脅迫抑制柳樹地上部分和根的生長(zhǎng)，其中對(duì)旱柳的影響較嚴(yán)重。隨著鹽濃度的增高，影響各個(gè)品種的存活且對(duì)各品種的影響程度不同。根據(jù)鹽濃度對(duì)柳樹各品種生物量及存活率的抑制程度可以看出金絲垂柳的耐鹽能力優(yōu)于旱柳。

3.2鹽脅迫對(duì)葉綠素、細(xì)胞膜透性的影響

葉綠素含量在一定程度上可以反映出植物光合系統(tǒng)的完整性，張建鋒等[11]指出鹽脅迫下楊樹的葉綠素含量下降。吳永波等[12]也指出:隨著鹽處理濃度的提高白蠟樹的葉綠素含量下降。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明，鹽處理濃度下柳樹的葉綠素含量均有所下降，品種不同下降程度不同。鹽脅迫對(duì)兩個(gè)品種葉綠素含量的抑制與最終它們的耐鹽性有很好的一致性，因此，葉綠素可作為柳樹的耐鹽生理指標(biāo)。

膜系統(tǒng)是植物鹽害的主要部位[13]，而膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性是控制離子運(yùn)輸和分配的主導(dǎo)因素，鹽分脅迫下造成植物細(xì)胞膜的損壞，會(huì)使一些離子外滲從而增加外滲液的導(dǎo)電能力，電導(dǎo)率增加。因此，通過(guò)外滲液電導(dǎo)率的測(cè)定可反映細(xì)胞膜的透性。柳樹的相對(duì)電導(dǎo)率隨著鹽處理濃度的提高而上升，且二者有很強(qiáng)的相關(guān)性。

3.3土壤持水量和地下水含鹽量共同決定柳樹中Na+的積累速度和柳樹的生長(zhǎng)年限

離子穩(wěn)衡態(tài)是植物抗鹽的主要機(jī)制，在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)離子保持均衡狀態(tài)，而在鹽脅迫下，細(xì)胞質(zhì)中過(guò)多的離子尤其是Na+會(huì)對(duì)植物細(xì)胞的代謝活動(dòng)產(chǎn)生傷害[14]。植物體內(nèi)存在過(guò)多的Na+和Cl-通常被看作是非鹽生植物遭到單鹽毒害的關(guān)鍵因子[15]。在眾多的鹽離子中，Na+的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他離子。研究表明，Na+在植物葉片的細(xì)胞質(zhì)中積累會(huì)導(dǎo)致葉片壞死和脫落[16]。郟艷紅等[6]通過(guò)調(diào)查分析，天津外環(huán)線柳樹枝條枯死的原因是由地表水中的總含鹽量和Na+濃度決定的。

本研究通過(guò)盆栽模擬自然試驗(yàn)，模擬低海拔地區(qū)柳樹根系在土層和地下水中共同生長(zhǎng)的實(shí)際情況，研究了不同柳樹品種葉片的Na+ 的積累情況。結(jié)果表明，含鹽量不同只能致使柳樹死亡時(shí)間不同，而死亡時(shí)葉片Na+含量差異不顯著，但不同品種之間死亡時(shí)葉片Na+含量差異顯著。E.O. Leidi等[17]發(fā)現(xiàn)耐鹽能力較強(qiáng)的陸地棉葉片中積累更高濃度Na+。本研究結(jié)果還表明，柳樹體內(nèi)鹽分的積累速度受到土壤濕度和地下水的含鹽量的雙重影響，在地下水含鹽量相同的情況下，適宜的土壤含水量可以控制鹽分的積累速度，延長(zhǎng)柳樹的生長(zhǎng)年限。

綜上所述，鹽脅迫對(duì)柳樹幼苗的生長(zhǎng)具有顯著影響，柳樹體內(nèi)鹽分的積累速度不僅取決于地下水的含鹽量，和土壤濕度也有關(guān)系。柳樹品種之間的耐鹽性存在差異，在植樹造林的實(shí)際工作中，應(yīng)該對(duì)柳樹各個(gè)品種進(jìn)行耐鹽篩選，篩選出耐鹽性強(qiáng)的品種，再進(jìn)行有目的柳樹耐鹽育種工作。

參考文獻(xiàn):

[1] 張建峰，孫啟祥，F(xiàn)ranz Makeschin.鹽脅迫對(duì)柳樹新無(wú)性系苗木生長(zhǎng)和土壤酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19(3):125-129

[2] 汪有良，王保松.水培條件下柳樹插條對(duì)重金屬鎘處理的反應(yīng)研究[J].江蘇林業(yè)科技，2006，32(6):1-7.

[3] Claudia C， Pierre V. Localization and effects of cadmium in leaves of a cadmium-tolerant willow(Salix viminalis L)[J].Environmental and Experimental Botany， 2005(16):1-16.

[4] Jodie D. The potentia1for landfill leachate treatment using willows in the UK-Acritical review[J].Resources Conservation and Recycling ， 2005(45):97- 113.

[5] 李建華，劉仲齊.天津?yàn)I海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)建設(shè)策略[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008， 14(6):1-5.

[6] 郟艷紅，王姝，郝志愚，等.天津外環(huán)線主要樹種枯死原因分析[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008，14(5):65-67.

[7] 隋德宗，王保松，施士爭(zhēng).鹽脅迫對(duì)5個(gè)柳樹無(wú)性系幼苗根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].江蘇林業(yè)科技， 2007，34(4):5-8.

[8] 張紀(jì)林，季永華.海岸帶楊柳無(wú)性系苗期耐鹽性研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，28(3):45-490.

[9] 郝建軍，康宗利，于洋.植物生理學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:68-720.

[10] 趙可夫.植物抗鹽生理[M]. 北京:中國(guó)科技出版社，1993.

[11] 張建鋒，張旭東，周金星. 鹽分脅迫對(duì)楊樹苗期生長(zhǎng)和土壤酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2005，16(3):426-430.

[12] 吳永波，薛建輝.鹽脅迫對(duì)3種白蠟樹幼苗生長(zhǎng)與光合作用的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，26(3):19-22.

[13] Hasegawa P M， Bressan R A， Zhu J K， et al. Plantcel-lular and molecular responses to high salinity[J]. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol， 2000， 51:463-499.

[14] 劉志華，趙可夫.鹽脅迫對(duì)獐茅生長(zhǎng)及Na+和K+含量的影響[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)， 2005，31(3):311-316.

[15] Niu X， Bressan R， Hasegawa P， et al. Ion homeostasis in NaCl stress environments[J]. Plant Physiology， 1995，109: 735-740.

[16] Sixto H， Grau J M， Alba N， et al. Response to sodiumchloride in different species and clones of genus Populus L[J]. Forestry 2005，78:93-104.

[17] Leidi E O， Saiz J F. Is salinity tolerance related to Na accumulation in Upland cotton(Gossypium hirsutum) seedlings[J].Plant and Soil， 1997，190:67-75.