不同鈉鹽和鈣鹽對(duì)狼尾草生長(zhǎng)的影響

張楚涵等

摘要 [目的]為了解鹽堿生境中外源鈣對(duì)觀賞草生長(zhǎng)的作用。[方法]選用狼尾草（Pennisetum alopecuroides）為研究對(duì)象，采用三因素（氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉）和四因素（氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉、硝酸鈣）盆栽正交試驗(yàn)，通過對(duì)狼尾草形態(tài)學(xué)和生理生化指標(biāo)的測(cè)定，比較不同鈉鹽和鈣鹽對(duì)其生長(zhǎng)的影響。[結(jié)果]隨著鈉鹽濃度的增加，丙二醛（MDA）含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，可溶性糖則相反，葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。鈣鹽加入后，丙二醛和可溶性糖含量均降低，而且隨著鈣鹽濃度的增加，MDA含量表現(xiàn)出與鈉鹽處理下相反的變化。[結(jié)論] 硝酸鈣可以緩解鹽分的毒害。該研究可為鹽堿地區(qū)觀賞草的引種馴化提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 狼尾草；鈉鹽；鈣鹽

中圖分類號(hào) S432.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）20-06538-04

土壤中鹽分過多會(huì)導(dǎo)致滲透脅迫和離子毒害，造成植物細(xì)胞失水，胞內(nèi)離子平衡失調(diào)，引發(fā)代謝紊亂，降低光合作用，抑制植物生長(zhǎng)，甚至死亡[1]。Ca是植物生長(zhǎng)所必需的大量元素。它可以增強(qiáng)植物的抗逆性，減輕脅迫對(duì)植物造成的傷害，提高植物對(duì)高溫、低溫、干旱、鹽害等脅迫因子的抵御能力[2]。在非鹽分脅迫條件下，植物體正常生長(zhǎng)所需的鈣在鹽分脅迫下就會(huì)變得不足。這與鹽分離子抑制植物體對(duì)Ca的吸收和利用有關(guān)[3]。在鹽分脅迫下施加適量的外源鈣可以緩解鹽分脅迫對(duì)植物的傷害，主要是通過保護(hù)細(xì)胞膜不受鈉離子的傷害，抑制鈉離子吸收，促進(jìn)鉀離子的吸收來維持離子和水分平衡[4]；與鈣調(diào)素結(jié)合，調(diào)節(jié)多種酶活性和細(xì)胞功能，緩解鹽脅迫對(duì)生長(zhǎng)的抑制[5]；還可與脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的次生代謝物草酸形成草酸鈣晶體，減輕次生代謝物質(zhì)對(duì)植物的傷害。鈣離子不再被認(rèn)為是單純的礦質(zhì)元素，而是作為一種代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)被廣泛重視[6]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，天津市鹽漬化土地面積為7 800 km2，約占天津市總土地面積的65.8%，其中土壤含鹽量大于0.2%的土地有4 700 km2，占總土地面積的39.3%。天津?yàn)I海新區(qū)土質(zhì)黏緊，透氣性差，次生鹽漬化情況嚴(yán)重，被稱為“綠色植物的禁區(qū)”。隨著濱海新區(qū)開發(fā)、開放及城市化進(jìn)程的推進(jìn)，鹽堿地綠化已成為制約該地區(qū)環(huán)境發(fā)展的重要因素之一[7]。目前，濱海鹽堿地所栽培的綠化植物品種較少，制約了城市現(xiàn)代化環(huán)境綠化體系的建設(shè)。近年來，觀賞草以其豐富的株型、葉色、花序和較強(qiáng)的適應(yīng)性等特點(diǎn)在環(huán)境綠化中得到越來越廣泛的應(yīng)用。筆者通過研究土壤鈉鹽脅迫對(duì)禾本科觀賞草——狼尾草（Pennisetum alopecuroides）生長(zhǎng)的影響以及外源鈣（硝酸鈣）對(duì)鹽分脅迫的緩解作用，旨在為鹽堿地區(qū)觀賞草的引種馴化提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 供試材料為狼尾草成熟種子，于2012年11月采自天津泰達(dá)園林植物資源庫(kù)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)分為2期，分別于2013年6、8月在天津泰達(dá)綠化集團(tuán)有限公司進(jìn)行。一期試驗(yàn)是對(duì)狼尾草進(jìn)行在不同土壤鹽分（氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉）下的三因素四水平正交試驗(yàn)；二期試驗(yàn)是在一期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上施加硝酸鈣，對(duì)狼尾草進(jìn)行四因素四水平正交試驗(yàn)。

2013年6月1日進(jìn)行一期試驗(yàn)，在規(guī)格為28 cm×30 cm（高×直徑）的花盆中開展沙培試驗(yàn)。每盆裝細(xì)沙7 kg，內(nèi)襯塑料袋以防溶液滲漏。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)加入不同的鈉鹽溶液即氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉3個(gè)因素各4個(gè)水平，其中氯化鈉濃度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，即7、14、21、28 g/盆；硫酸鈉濃度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，即7、14、21、28 g/盆；碳酸氫鈉濃度為0.3、0.6、0.9、1.2 g/kg，即21、42、63、84 g/盆，共16個(gè)處理。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共48盆，每盆播種100粒種子，定期通過稱重補(bǔ)充損失的水分。

2013年8月1日，每盆隨機(jī)選取10株，測(cè)量株高、葉寬，同時(shí)每盆隨機(jī)采集成熟葉片于封口袋中，-20 ℃保存。

2013年8月2日，進(jìn)行二期試驗(yàn)，即在一期試驗(yàn)處理的基礎(chǔ)上加入硝酸鈣，組成四因素四水平正交試驗(yàn)。按照四因素四水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)向一期試驗(yàn)的盆中加入不同的硝酸鈣溶液，硝酸鈣濃度為2、4、8、12 g/kg，即17、28、56、84 g/盆。

2013年9月1日，每盆隨機(jī)選取10株，測(cè)定株高、葉寬，同時(shí)每盆隨機(jī)采集成熟葉片于封口袋中，-20 ℃保存。

1.2.2 測(cè)定方法。丙二醛、可溶性糖和葉綠素含量的測(cè)定均采用分光光度法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在Excel 2003中對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行K值和R值的計(jì)算。同時(shí)，計(jì)算土壤不同鈉鹽和鈣鹽處理的組間平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤，并且作柱狀圖，在柱上標(biāo)注經(jīng)SPSS方差分析時(shí)檢驗(yàn)的組間平均值顯著性結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈉鹽對(duì)狼尾草生長(zhǎng)的影響

由表1可知，在氯化鈉、硫酸鈉和碳酸氫鈉3個(gè)鹽分脅迫因素中，氯化鈉對(duì)狼尾草形態(tài)學(xué)、生理生化指標(biāo)的影響最大。其中，株高、葉綠素a、葉綠素b隨著氯化鈉濃度的增大均有下降趨勢(shì)。葉寬有增大趨勢(shì)，丙二醛含量先增加后降低，可溶性糖含量的變化則相反，先降低后增加。這說明氯化鈉對(duì)狼尾草的生長(zhǎng)有抑制作用，但是在降低株高的同時(shí)可以增加葉寬。碳酸氫鈉對(duì)葉綠素b/a有最大的影響，呈上升趨勢(shì)，而隨著氯化鈉和硫酸鈉含量的增加，葉綠素b/a呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

在鹽分脅迫下，隨著不同鹽分濃度的增加，狼尾草形態(tài)學(xué)、生理生化指標(biāo)表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。由圖1可知，株高隨著氯化鈉濃度的升高呈0.05水平顯著下降趨勢(shì)，隨硫酸鈉和碳酸氫鈉濃度的升高，先增加后減小，均在第2個(gè)梯度，即硫酸鈉含量

為0.2%，碳酸氫鈉含量為0.6%時(shí)達(dá)到最大值。葉寬隨鹽分濃度的升高呈增加趨勢(shì)，但并不顯著，說明鹽分對(duì)葉寬的

影響比較小。由圖2可知，氯化鈉對(duì)丙二醛含量有0.05水平顯著影響，隨著氯化鈉和硫酸鈉濃度的升高，丙二醛含量呈先上升后降低的趨勢(shì)，而隨碳酸氫鈉濃度的增大，丙二醛含量的變化趨勢(shì)相反。可溶性糖含量呈先降低后升高的趨勢(shì)，但都不顯著。3種鹽分對(duì)葉綠素b/a的影響均不顯著，隨著氯化鈉和硫酸鈉濃度的升高，葉綠素b/a呈下降趨勢(shì)，而隨碳酸氫鈉濃度的升高呈上升趨勢(shì)。

2.2 不同鈉鹽和鈣鹽對(duì)狼尾草生長(zhǎng)的影響

由表2可知，氯化鈉對(duì)丙二醛、可溶性糖和葉綠素a的影響最大，趨勢(shì)與一期試驗(yàn)相同。硫酸鈉對(duì)株高和葉綠素b/a的影響最大，均呈先降低再升高的趨勢(shì)，在0.3%時(shí)達(dá)到最小值。碳酸氫鈉對(duì)葉綠素b含量的影響最大，呈先增加后減少的趨勢(shì)，在0.9%時(shí)達(dá)到最大值。硝酸鈣對(duì)葉寬的影響最大，呈先上升后下降的趨勢(shì)。

通過2期試驗(yàn)的K和R值的比較，發(fā)現(xiàn)除株高、葉寬和葉綠素以外的指標(biāo)，2期試驗(yàn)的K值和極差值基本都小于1期，說明硝酸鈣的加入降低了鈉鹽對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。

由圖3可知，加入硝酸鈣之后，形態(tài)學(xué)指標(biāo)隨鈉鹽濃度的升高變化均不顯著。僅有葉寬隨硝酸鈣濃度的增加呈0.05水平顯著變化，先升高后降低，在第2個(gè)濃度即含量為0.4%時(shí)達(dá)到最大值。由圖4可知，隨著氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉濃度的升高，丙二醛呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且變化在0.05水平顯著，分別在濃度為0.3%、0.3%、0.6%時(shí)達(dá)到最大值，而隨著鈣鹽濃度的增加呈先降低后上升的趨勢(shì)，變化在0.0水平顯著，在濃度為0.8%時(shí)達(dá)到最小值。這說明鈣鹽與鈉鹽對(duì)狼尾草的生長(zhǎng)有相反的效果。可溶性糖的變化不顯著，隨著氯化鈉和硫酸鈉濃度的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，與丙二醛的變化相反。隨著硝酸鈣濃度的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，與丙二醛的變化相同。葉綠素b/a沒有明顯的變化，與1期試驗(yàn)相同，說明鈉鹽和鈣鹽對(duì)狼尾草葉綠素的作用不明顯。

注：柱體上不同字母表示差異顯著（P< 0.05）。氯化鈉和硫酸鈉的鹽分梯度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，碳酸氫鈉的鹽分梯度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，硝酸鈣的濃度梯度為0.2%、0.4%、0.8%、1.2%。

圖3 不同鈉鹽和鈣鹽處理下狼尾草形態(tài)學(xué)指標(biāo)的差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

注：柱體上不同字母表示差異顯著（P<0.05）。氯化鈉和硫酸鈉的鹽分梯度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%，碳酸氫鈉的鹽分梯度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，硝酸鈣的濃度梯度為0.2%、0.4%、0.8%、1.2%。

圖4 不同鈉鹽和鈣鹽處理下狼尾草生理生化指標(biāo)的差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

鹽分脅迫可以直接或間接地引起植物一系列代謝功能的變化。在正常情況下，植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡，而當(dāng)植物受到鹽分脅迫時(shí)，這種平衡會(huì)遭到破壞，自由基大量積累，膜脂過氧化作用啟動(dòng)，造成膜的損傷和破壞，電解質(zhì)外滲[8]，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物死亡。丙二醛是膜脂過氧化的末端產(chǎn)物，可以間接表示膜受損狀況，其含量高低是判斷膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)[9]。同時(shí)，鹽分脅迫會(huì)引起滲透脅迫。可溶性糖是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。在脅迫條件下，植物可溶性糖含量增加。它對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)體有一定的保護(hù)作用，起到保護(hù)酶類的作用[10]。研究表明，隨著氯化鈉和硫酸鈉濃度的升高，丙二醛呈先升后降的趨勢(shì)，可溶性糖的變化則相反。由此可知，隨著鹽分濃度的增加，狼尾草受到的脅迫程度加深，當(dāng)鹽分含量達(dá)到一定程度時(shí)植物體內(nèi)的脅迫響應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制啟動(dòng)，合成大量可溶性糖來保護(hù)膜脂免受鹽分傷害，緩解過氧化程度[11]。

在鹽分脅迫下，植物的光合速率明顯下降，主要是與葉綠體的活性下降有關(guān)[12]。在脅迫條件下，葉綠素a會(huì)氧化為葉綠素b，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠體逐漸解體，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量均會(huì)下降。植物葉片葉綠素含量直接關(guān)系著植物的光合同化過程，是衡量植物耐鹽性的重要生理指標(biāo)之一[13]。研究表明，碳酸氫鈉對(duì)葉綠素b/a的影響最大，呈上升趨勢(shì)，氯化鈉對(duì)葉綠素a、葉綠素b的影響最大，而隨著氯化鈉和硫酸鈉濃度的增加，葉綠素b/a呈下降趨勢(shì)。這可能是由于氯化鈉導(dǎo)致葉綠體解體，葉綠素總量減少，也可能是由于碳酸氫鈉脅迫下葉綠素a的氧化程度大于另2種鈉鹽。具體是哪種鹽對(duì)葉綠素的影響較大，還需進(jìn)一步研究。

大量研究表明，氯化鈉對(duì)植物生理代謝有負(fù)面的影響[14]。氯化鈉對(duì)除葉綠素b/a以外的所有指標(biāo)的影響大于另2種鈉鹽，而且株高隨著氯化鈉濃度的增加而顯著下降，隨另2種鹽濃度的增加呈先升高再下降的趨勢(shì)，說明氯化鈉可以明顯地抑制狼尾草的株高，低濃度的硫酸鈉和碳酸氫鈉有促進(jìn)狼尾草生長(zhǎng)的作用。同時(shí)，葉寬均呈增加趨勢(shì)，說明鈉鹽可以促進(jìn)狼尾草葉寬的增加。因此，氯化鈉對(duì)狼尾草的脅迫作用更明顯。這可能是由于氯離子的毒害作用[15]。對(duì)