NaCl脅迫對(duì)甘肅紅豆草生理特性的影響

周萬海，師尚禮，周娟娟

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心，甘肅 蘭州 730070）

鹽害是影響植物生產(chǎn)的主要環(huán)境因素之一，全球約有7%的土地受到鹽漬化影響，特別是在干旱和半干旱地區(qū)，這一問題尤為突出［1，2］。土壤鹽漬化已成為世界性問題，嚴(yán)重威脅到社會(huì)資源、人口、環(huán)境、糧食等方面。目前，對(duì)鹽漬化土壤的治理主要有兩條途徑：一是通過工程措施來改良土壤，如換土、大水洗鹽等；二是生物治理，即培育耐鹽作物品種或通過一些栽培措施來提高作物的耐鹽性。前者雖取得了一定效果，但因耗資巨大，難以保持長久，所以對(duì)鹽漬化土壤的治理更傾向于后者。然而，以上途徑都必須建立在全面了解和掌握植物耐鹽生理和耐鹽機(jī)制的基礎(chǔ)之上，因此，對(duì)植物耐鹽生理和耐鹽機(jī)制的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)鹽漬化土壤的治理和有效開發(fā)具有重要意義。植物的耐鹽性是植物體內(nèi)一系列因素綜合作用的結(jié)果，受相關(guān)的多個(gè)基因調(diào)控，并受到外界環(huán)境因子的影響或制約［3－5］，因此，各項(xiàng)生理相關(guān)研究必須結(jié)合植物自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境因素才能準(zhǔn)確地綜合評(píng)價(jià)植物的耐鹽性。

甘肅紅豆草（Onobrychis viciifolia cv.Gansu）屬多年生豆科牧草，具有產(chǎn)草量高、品質(zhì)好、返青早、枯黃遲、飼用價(jià)值大，青飼喂畜反芻家畜不得臌脹病等優(yōu)良特性，是優(yōu)質(zhì)牧草之一。多數(shù)地方將紅豆草種在低產(chǎn)田和棄荒地或土壤貧瘠的鹽堿地上，導(dǎo)致紅豆草產(chǎn)量低、品質(zhì)差，作為飼草的生產(chǎn)潛能沒有充分發(fā)揮出來。以甘肅紅豆草為試驗(yàn)材料，研究了甘肅紅豆草幼苗在鹽脅迫條件下的生長及生理生化反應(yīng)，以期為紅豆草的品種選育和耐鹽栽培提供一定理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為甘肅紅豆草，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)方法

選取飽滿均勻的紅豆草種子，用0.1%HgCl2溶液消毒5min，去離子水洗凈，播種于滅菌的蛭石培養(yǎng)缽中，種子萌發(fā)后，每盆定植10株，轉(zhuǎn)移至光照培養(yǎng)室，生長條件為光通量密度400μmol/（m2·s），每天光照14h，晝夜溫度分別為25℃和20℃，相對(duì)濕度60%，每3d澆灌1次Hoagland營養(yǎng)液，生長35d后進(jìn)行脅迫處理，設(shè)5種處理：T1（CK，Hoagland營養(yǎng)液），T2（Hoagland 營養(yǎng)液 ＋25mmol/L NaCl），T3（Hoagland營養(yǎng)液＋50mmol/L NaCl），T4（Hoagland營養(yǎng)液＋75mmol/L NaCl），T5（Hoagland營養(yǎng)液＋100mmol/L NaCl）；處理期間每天用含有NaCl的溶液（對(duì)照不含NaCl）澆透1次。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理10盆，重復(fù)3次。連續(xù)處理25d取樣測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

株高采用常規(guī)法測定；葉綠素含量測定采用95%的酒精浸提，測定D665nm，D649nm和D470nm吸光值，分別計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量［6］?？扇苄缘鞍诇y定采用考馬斯亮藍(lán)G－250染色法［6］，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［6］；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定［6］；Na＋和K＋含量用原子吸收分光光度計(jì)測定［7］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003處理數(shù)據(jù)和繪圖，SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗株高的影響

株高是植物對(duì)鹽脅迫反應(yīng)敏感的重要生理指標(biāo)［8］。隨著NaCl濃度的增加，甘肅紅豆草株高逐步降低（圖1），與對(duì)照相比，隨脅迫濃度的增加，株高依次降低4.1%、12.4%、11.8%和18.0%（P＜0.05），50和75mmol/L處理間差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 NaCl處理對(duì)甘肅紅豆草株高的影響Fig.1 Effect of salt stress on height of Onobrychis viciifoliacv.Gansu seedlings

2.2 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗葉片光合色素的影響

葉片中的光合色素主要是參與光合作用過程中光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換而使太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的色素。其中葉綠素（Chl）和類胡蘿卜素（Car）含量易受鹽脅迫影響，可反映植物耐鹽性［9］。一些研究認(rèn)為，Chla/b比值的差異反應(yīng)了植株耐鹽能力的不同，比值越大，說明耐鹽能力越強(qiáng)［10］。結(jié)果表明，隨NaCl濃度的升高，葉綠素總濃度和Chla含量逐步下降（P＜0.05），25、50 mmol/L NaCl溶液處理時(shí)無顯著性差異（P＞0.05）；Chlb含量的變化也表現(xiàn)出相似的趨勢，在75mmol/L NaCl溶液處理時(shí)，Chlb含量僅為對(duì)照的67.5%，但Chlb下降幅度較Chla小；類胡蘿卜素含量也隨鹽濃度的升高逐步降低，各處理分別比對(duì)照降低14.4%、24.3%、23.4%和57.1%；Chla/b的值先是隨 NaCl濃度的增加而升高，在75mmol/L時(shí)比值達(dá)到最大，為2.80，高于對(duì)照16.2%，而后又降低。

表1 NaCl處理對(duì)甘肅紅豆草幼苗葉綠素含量的影響Table 1 Effect of salt stress on chlorophyll content of Onobrychis viciifolia cv.Gansu seedling

2.3 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗可溶性蛋白的影響

植物在正常條件下，可溶性蛋白含量很低，遇到鹽堿、干旱和低溫逆境時(shí)，可溶性蛋白便會(huì)大量積累，其積累指數(shù)與植物的抗逆性有關(guān)［11，12］。隨NaCl濃度的增加，可溶性蛋白的含量在不斷升高，當(dāng)NaCl濃度達(dá)到75mmol/L時(shí)可溶性蛋白的含量達(dá)到最高（圖2），為對(duì)照的3.3倍，表明甘肅紅豆草在受到鹽脅迫后通過積累可溶性蛋白來進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，提高其耐鹽性；當(dāng)NaCl濃度達(dá)100mmol/L時(shí)，可溶性蛋白含量急劇降低，說明高鹽溶液抑制了植物蛋白的合成，并加速了蛋白質(zhì)的分解，但在此NaCl濃度脅迫下，甘肅紅豆草葉片可溶性蛋白含量仍高于對(duì)照。

2.4 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是很多非鹽生植物的主要滲透調(diào)節(jié)劑，并且是合成其他有機(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來源［13］，對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體亦有穩(wěn)定作用，還可在細(xì)胞內(nèi)無機(jī)離子濃度高時(shí)起保護(hù)酶類的作用［14］。研究表明，隨NaCl濃度的升高，甘肅紅豆草葉片的可溶性糖含量逐步的升高，其中NaCl濃度為100mmol/L時(shí)可溶性糖含量最高，達(dá)到62.2mg/g，為對(duì)照的1.84倍；說明在鹽脅迫下甘肅紅豆草可通過可溶性糖的積累來提高其耐鹽性（圖3）。

2.5 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗葉片丙二醛的影響

MDA是膜脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，可用MDA含量高低來代表葉片膜質(zhì)過氧化的程度［15］。研究表明（圖4），隨NaCl濃度的增大，紅豆草體內(nèi)MDA含量呈遞增趨勢，且NaCl濃度在100mmol/L時(shí)MDA含量達(dá)到最高，為6.53nmol/g，比對(duì)照高82.3%（P＜0.05）。說明高鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草葉片細(xì)胞的質(zhì)膜造成嚴(yán)重傷害，但在低濃度NaCl脅迫下，各處理之間MDA含量差異不顯著（P＞0.05），說明甘肅紅豆草能夠耐75 mmol/L的鹽脅迫。

圖2 NaCl脅迫對(duì)甘肅紅豆草可溶性蛋白的影響Fig.2 Effect of the content of soluble protein Onobrychis viciaefoliacv.Gansu seedlings under salt stress

圖3 NaCl脅迫對(duì)可溶性糖的影響Fig.3 Effect of the content of Onobrychis viciaefolia cv.Gansu seedlings under salt stress

圖4 NaCl處理對(duì)甘肅紅豆草MDA的影響Fig.4 Effect of salt stress on MDA content of Onobrychis viciaefoliacv.Gansu seedlings

2.6 鹽脅迫對(duì)甘肅紅豆草幼苗Na＋和K＋含量影響

甘肅紅豆草幼苗各器官中Na＋含量均隨NaCl濃度的提高而顯著增加，且不同濃度NaCl處理根和葉中Na＋含量均顯著高于對(duì)照（表2）；在鹽濃度為100 mmol/L時(shí)，根和葉片中的Na＋含量達(dá)到最高，且根中含量顯著高于葉片，說明鹽脅迫造成甘肅紅豆草幼苗不同器官中Na＋大量積累，且在不同濃度鹽處理下幼苗吸收的Na＋主要截留在根系中，以避免對(duì)地上部造成傷害有利于減輕對(duì)葉片的離子毒害。甘肅紅豆草幼苗根和葉片K＋含量隨NaCl濃度升高而降低，葉片中K＋含量在25mmol/L NaCl處理下高于對(duì)照，但差異不顯著（P＜0.05）；50mmol/L及以上 NaCl濃度顯著低于對(duì)照（P＜0.05）。不同器官中 Na＋/K＋的值隨NaCl濃度的升高而升高，在同一NaCl濃度處理下不同器官中Na＋/K＋均表現(xiàn)為根＞葉（P＜0.05）。說明鹽處理造成甘肅紅豆草幼苗根和葉特別是根系對(duì)K＋利用率降低，相比之下葉片對(duì)K＋的利用率保持在較高水平，有利于緩解過多Na＋對(duì)植株造成毒害，以維持正常的生理活動(dòng)，從而提高了耐鹽性。

3 討論與結(jié)論

鹽害是影響植物生長發(fā)育的主要環(huán)境因素之一，生長抑制是植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)之一［16］。試驗(yàn)中甘肅紅豆草受NaCl脅迫后也通過延緩生長來適應(yīng)鹽漬生境；MDA是植物逆境脅迫下產(chǎn)生的一種膜脂過氧化產(chǎn)物，其高低反應(yīng)植物受傷害的程度［15］，甘肅紅豆草在低濃度NaCl脅迫下，MDA的含量變化不大，說明紅豆草對(duì)該濃度范圍內(nèi)的鹽漬有一定的適應(yīng)能力，但受高濃度NaCl脅迫時(shí)，其MDA的含量急劇增加。植物在遭受鹽脅迫時(shí)各種生理生化過程都會(huì)受到影響，直接或間接地影響到葉綠素含量。一些研究表明，鹽脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降，主要原因是鹽脅迫提高了葉綠素降解酶的活性，促進(jìn)了葉綠素的降解，從而導(dǎo)致葉綠素含量降低［17］。

表2 NaCl處理對(duì)甘肅紅豆草幼苗Na＋和K＋含量的影響Table 2 Effect of salt stress on Na＋and K＋content of Onobrychis viciaefolia cv.Gansu seedlings

甘肅紅豆草在不同濃度NaCl脅迫下Chla/b和Car含量逐步下降，特別是高濃度的NaCl脅迫，光合色素分解更劇烈。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽脅迫的基本特征之一，鹽脅迫下，細(xì)胞內(nèi)積累一些相容性物質(zhì)，如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、甜菜堿、多胺等，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢，維持水分平衡，還可以保護(hù)細(xì)胞內(nèi)許多重要代謝活動(dòng)所需的酶類活性［13，14］。甘肅紅豆草受到鹽脅迫后，也可通過積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性蛋白和可溶性性糖來緩沖鹽脅迫，表現(xiàn)出較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，更好地調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢，維持水分平衡，緩解了鹽脅迫對(duì)植株造成的傷害。正常條件下，植物體內(nèi)各種離子處于平衡狀態(tài)，生理活動(dòng)協(xié)調(diào)進(jìn)行，鹽脅迫則改變胞內(nèi)離子平衡，高濃度的鹽離子積累將引起滲透脅迫和離子毒害，抑制光合及酶活性［18］，進(jìn)而影響到植株的正常生長［19］；其中，K＋對(duì)植株的抗鹽性有重要作用［20］，Na＋和K＋的平衡則是植物耐鹽性的關(guān)鍵［21］。研究中，甘肅紅豆草幼苗各器官中Na＋含量均隨鹽處理濃度的提高而顯著增加，K＋則表現(xiàn)出相反的趨勢，Na＋/K＋的值隨NaCl濃度的升高逐步升高，且在不同器官中均表現(xiàn)為根＞葉，說明鹽脅迫破壞了甘肅紅豆草的離子平衡，同時(shí)植株吸收的Na＋主要積累在根系中，緩解了較多Na＋對(duì)植株其他器官的毒害，增強(qiáng)了抗鹽性。

綜上所述，＞75mmol/L NaCl脅迫顯著降低甘肅紅豆草葉片中光合色素、可溶性蛋白和K＋含量及株高，但顯著提高葉片中可溶性糖、MDA、Na＋含量和Na＋/K＋，表明甘肅紅豆草能較好的適應(yīng)75mmol/L NaCl脅迫；此外甘肅紅豆草為應(yīng)對(duì)鹽脅迫產(chǎn)生的滲透脅迫及離子毒害，能通過對(duì)生理生化過程的調(diào)節(jié)來適應(yīng)鹽脅迫。

［1］ Zhu J K.Plant salt tolerance［J］.Trends Plant Science，2001（6）：66－71.

［2］ Mandhania S，Madan S，Sawhney V.Antioxidant defense mechanism under salt stress in wheat seedling［J］.Biol Plant，2006，50：227－231.

［3］ Parida A K，Das A B，Mittra B.Effects of salt on growth，ion accumulation photosynthesis and leaf anatomy of the mangrove，Bruguiera parviflora［J］.Trees Structure and Function，2004，18：167－174.

［4］ Mohammad M，Shibli A，Jouni M，et al.Tomato root and shoot responses to salt stress under different levels of phosphorus nutrition［J］.Journal of Plant Nutriton，1998，21：1667－1680.

［5］ 賴?yán)棼悾w潔，張博，等.鹽脅迫下疏葉駱駝刺根基因表達(dá)差異及功能注釋［J］.草原與草坪，2011，31（5）：1－6.

［6］ 鄒琦.植物生理學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［7］ 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［8］ 劉衛(wèi)衛(wèi)，王彬忠，郝麗玫，等.鹽脅迫對(duì)離體百合不定芽誘導(dǎo)及生理活性的影響［J］.草原與草坪，2011，31（3）：40－44.

［9］ Lu C K，Vonshak A.Characterization of PSII photochemistry in salt－adapted cells of cyanobacterium Spirulina platensis［J］.New Phytology，1999，141：231－239.

［10］ 廖祥儒，賀普超.鹽漬對(duì)葡萄光合色素含量的影響［J］.園藝學(xué)報(bào)，1996，23（3）：300－302.

［11］ Salah I B，Slatni T，Gruber M，et al.Relationship be tween symbiotic nitrogen fixation，sucrose synthesis and anti－oxidant activities in source leaves of two Medicago ciliaris lines cultivated under salt stress［J］.Environmental and Experimental Botany，2011，70：166－173.

［12］ 田曉艷，劉延吉，張蕾，等.鹽脅迫對(duì)景天三七保護(hù)酶系統(tǒng)、MDA、Pro及可溶性糖的影響［J］.草原與草坪，2009（6）：11－14.

［13］ Kerepesi I，Galiba G.Osmotic and salt stress－induced alteration in soluble carbohydrate content in wheat seedlings［J］.Crop Science，2000，40：482－487.

［14］ Smirnoff N，Cumbes Q J.Hydroxyl radical scavenging activity of compatible solutes［J］.Potochemistry，1989，28：1057－1060.

［15］ 王學(xué)征，韓文灝，于廣建.鹽分脅迫對(duì)番茄幼苗生理生化指標(biāo)影響的研究［J］.北方園藝，2004（3）：48－49.

［16］ Hurkman W J，Tanaka C K.Effects of salt stress on germ in gene expression in barley roots［J］.Plant Physio，1996，110：971－977.

［17］ Yeo A.Molecular biology of salt tolerance in the context of whole－plant physiology［J］.Journal of Exverfmental Botanv，1998，49：915－929.

［18］ Wang R，Chen S，Deng L，et al.Leaf photosynthesis，fluorescence response to salinity and the relevance tochloroplast salt compartmentation and anti－oxidative stress in two poplars［J］.Trees，Struct and Funct，2007，21（5）：581－591.

［19］ Arbona V，López－Climent M F，Mehouachi J，et al.Use of persistent analogues of abscisic acid as palliatives against salt－stress induced damage in citrus plants［J］.Plant Growth Regul，2006，25：1－9.

［20］ 張振華.K＋，Ca2＋和 Mg2＋對(duì)不同水稻基因型苗期耐鹽性的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（15）：3088－3097.

［21］ 吳雪霞，朱月林，朱為民，等.外源一氧化氮對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗光合作用和離子含量的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（4）：658－663.