不同鈉鹽和鈣鹽對狼尾草生長的影響

張楚涵等

摘要 [目的]為了解鹽堿生境中外源鈣對觀賞草生長的作用。[方法]選用狼尾草（Pennisetum alopecuroides）為研究對象，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，通過對狼尾草形態學和生理生化指標的測定，比較不同鈉鹽和鈣鹽對其生長的影響。[結果]隨著鈉鹽濃度的增加，丙二醛（MDA）含量呈現先升高后降低的趨勢，可溶性糖則相反，葉綠素含量呈下降趨勢。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含量表現出與鈉鹽處理下相反的變化。[結論] 硝酸鈣可以緩解鹽分的毒害。該研究可為鹽堿地區觀賞草的引種馴化提供科學依據。

關鍵詞 狼尾草；鈉鹽；鈣鹽

中圖分類號 S432.3+1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06538-04

土壤中鹽分過多會導致滲透脅迫和離子毒害，造成植物細胞失水，胞內離子平衡失調，引發代謝紊亂，降低光合作用，抑制植物生長，甚至死亡[1]。Ca是植物生長所必需的大量元素。它可以增強植物的抗逆性，減輕脅迫對植物造成的傷害，提高植物對高溫、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，植物體正常生長所需的鈣在鹽分脅迫下就會變得不足。這與鹽分離子抑制植物體對Ca的吸收和利用有關[3]。在鹽分脅迫下施加適量的外源鈣可以緩解鹽分脅迫對植物的傷害，主要是通過保護細胞膜不受鈉離子的傷害，抑制鈉離子吸收，促進鉀離子的吸收來維持離子和水分平衡[4]；與鈣調素結合，調節多種酶活性和細胞功能，緩解鹽脅迫對生長的抑制[5]；還可與脅迫誘導產生的次生代謝物草酸形成草酸鈣晶體，減輕次生代謝物質對植物的傷害。鈣離子不再被認為是單純的礦質元素，而是作為一種代謝調節物質被廣泛重視[6]。

據統計，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%。天津濱海新區土質黏緊，透氣性差，次生鹽漬化情況嚴重，被稱為“綠色植物的禁區”。隨著濱海新區開發、開放及城市化進程的推進，鹽堿地綠化已成為制約該地區環境發展的重要因素之一[7]。目前，濱海鹽堿地所栽培的綠化植物品種較少，制約了城市現代化環境綠化體系的建設。近年來，觀賞草以其豐富的株型、葉色、花序和較強的適應性等特點在環境綠化中得到越來越廣泛的應用。筆者通過研究土壤鈉鹽脅迫對禾本科觀賞草——狼尾草（Pennisetum alopecuroides）生長的影響以及外源鈣（硝酸鈣）對鹽分脅迫的緩解作用，旨在為鹽堿地區觀賞草的引種馴化提供一定的科學依據。

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月采自天津泰達園林植物資源庫。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計。試驗分為2期，分別于2013年6、8月在天津泰達綠化集團有限公司進行。一期試驗是對狼尾草進行在不同土壤鹽分（氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉）下的三因素四水平正交試驗；二期試驗是在一期試驗的基礎上施加硝酸鈣，對狼尾草進行四因素四水平正交試驗。

2013年6月1日進行一期試驗，在規格為28 cm×30 cm（高×直徑）的花盆中開展沙培試驗。每盆裝細沙7 kg，內襯塑料袋以防溶液滲漏。按照試驗設計加入不同的鈉鹽溶液即氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉3個因素各4個水平，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個處理。每個處理3個重復，共48盆，每盆播種100粒種子，定期通過稱重補充損失的水分。

2013年8月1日，每盆隨機選取10株，測量株高、葉寬，同時每盆隨機采集成熟葉片于封口袋中，-20 ℃保存。

2013年8月2日，進行二期試驗，即在一期試驗處理的基礎上加入硝酸鈣，組成四因素四水平正交試驗。按照四因素四水平正交試驗設計向一期試驗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，每盆隨機選取10株，測定株高、葉寬，同時每盆隨機采集成熟葉片于封口袋中，-20 ℃保存。

1.2.2 測定方法。丙二醛、可溶性糖和葉綠素含量的測定均采用分光光度法。

1.3 數據處理

在Excel 2003中對正交試驗數據進行K值和R值的計算。同時，計算土壤不同鈉鹽和鈣鹽處理的組間平均值、標準誤，并且作柱狀圖，在柱上標注經SPSS方差分析時檢驗的組間平均值顯著性結果。

2 結果與分析

2.1 不同鈉鹽對狼尾草生長的影響

由表1可知，在氯化鈉、硫酸鈉和碳酸氫鈉3個鹽分脅迫因素中，氯化鈉對狼尾草形態學、生理生化指標的影響最大。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。葉寬有增大趨勢，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。這說明氯化鈉對狼尾草的生長有抑制作用，但是在降低株高的同時可以增加葉寬。碳酸氫鈉對葉綠素b/a有最大的影響，呈上升趨勢，而隨著氯化鈉和硫酸鈉含量的增加，葉綠素b/a呈現下降趨勢。

在鹽分脅迫下，隨著不同鹽分濃度的增加，狼尾草形態學、生理生化指標表現出不同的變化趨勢。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，隨硫酸鈉和碳酸氫鈉濃度的升高，先增加后減小，均在第2個梯度，即硫酸鈉含量

為0.2%，碳酸氫鈉含量為0.6%時達到最大值。葉寬隨鹽分濃度的升高呈增加趨勢，但并不顯著，說明鹽分對葉寬的

影響比較小。由圖2可知，氯化鈉對丙二醛含量有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，而隨碳酸氫鈉濃度的增大，丙二醛含量的變化趨勢相反。可溶性糖含量呈先降低后升高的趨勢，但都不顯著。3種鹽分對葉綠素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，而隨碳酸氫鈉濃度的升高呈上升趨勢。

2.2 不同鈉鹽和鈣鹽對狼尾草生長的影響

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

通過2期試驗的K和R值的比較，發現除株高、葉寬和葉綠素以外的指標，2期試驗的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植物生長的影響。

由圖3可知，加入硝酸鈣之后，形態學指標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個濃度即含量為0.4%時達到最大值。由圖4可知，隨著氯化鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉濃度的升高，丙二醛呈現先上升后下降的趨勢，且變化在0.05水平顯著，分別在濃度為0.3%、0.3%、0.6%時達到最大值，而隨著鈣鹽濃度的增加呈先降低后上升的趨勢，變化在0.0水平顯著，在濃度為0.8%時達到最小值。這說明鈣鹽與鈉鹽對狼尾草的生長有相反的效果。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，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，與丙二醛的變化相同。葉綠素b/a沒有明顯的變化，與1期試驗相同，說明鈉鹽和鈣鹽對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學指標的差異顯著性檢驗結果

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的差異顯著性檢驗結果

3 結論與討論

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，植物體內自由基的產生與清除處于動態平衡，而當植物受到鹽分脅迫時，這種平衡會遭到破壞，自由基大量積累，膜脂過氧化作用啟動，造成膜的損傷和破壞，電解質外滲[8]，嚴重時導致植物死亡。丙二醛是膜脂過氧化的末端產物，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[9]。同時，鹽分脅迫會引起滲透脅迫。可溶性糖是一種重要的滲透調節物質。在脅迫條件下，植物可溶性糖含量增加。它對細胞膜和原生質體有一定的保護作用，起到保護酶類的作用[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，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，當鹽分含量達到一定程度時植物體內的脅迫響應調節機制啟動，合成大量可溶性糖來保護膜脂免受鹽分傷害，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[12]。在脅迫條件下，葉綠素a會氧化為葉綠素b，隨著時間的延長，葉綠體逐漸解體，葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量均會下降。植物葉片葉綠素含量直接關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之一[13]。研究表明，碳酸氫鈉對葉綠素b/a的影響最大，呈上升趨勢，氯化鈉對葉綠素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。這可能是由于氯化鈉導致葉綠體解體，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。具體是哪種鹽對葉綠素的影響較大，還需進一步研究。

大量研究表明，氯化鈉對植物生理代謝有負面的影響[14]。氯化鈉對除葉綠素b/a以外的所有指標的影響大于另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，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狼尾草生長的作用。同時，葉寬均呈增加趨勢，說明鈉鹽可以促進狼尾草葉寬的增加。因此，氯化鈉對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