NaCl脅迫對文冠果幼苗生理特性及生長的影響

馬新+董鵬+姜繼元+朱耀軍+李銘

摘要：以2年生文冠果幼苗為試材料，研究3個NaCl鹽分梯度0%（SCK）、0.5%（S1）、1%（S2）處理下文冠果幼苗生理指標及生長指標的差異。結果表明，隨著脅迫時間的延長，在S1及S2處理下文冠果葉片丙二醛（MDA）含量及細胞膜相對透性（RCM）明顯提高，但處理30 d，S2處理有所下降；鹽處理可顯著提高文冠果葉片內可溶性糖（SS）、脯氨酸（Pro）及可溶性蛋白（SP）含量，且S2>S1；鹽處理下文冠果葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性有整體增強的趨勢，但S2處理在取樣后期POD及CAT酶活性下降；隨著鹽脅迫濃度的提高，文冠果幼苗各部分器官（根、莖、葉）的鮮質量、干質量和株高呈現先升高后降低的趨勢，主根長度增加，葉片數減少。研究表明，在低鹽脅迫下，文冠果幼苗通過提高保護酶活性，增加滲透調節物質緩解鹽脅迫傷害，表現出一定的耐鹽潛力，而在較高濃度的鹽脅迫下幼苗受到傷害，自我調節保護能力下降。

關鍵詞：文冠果；NaCl脅迫；生理指標；生長指標；抗氧化系統

中圖分類號： S565.901文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0123-03

通信作者：李銘，研究員，主要從事經濟林研究。E-mail：lm0993@163.com。文冠果（Xanthoceras sorbifolia）別稱木瓜、文登閣、文官果等，屬無患子科文冠果屬，該屬僅1種，是我國特有的珍稀木本油料植物[1]。文冠果在我國北方分布廣泛，其根系發達、保水力強，耐干旱、嚴寒、貧瘠，具有在荒山、荒地、沙化等不良條件下生長的能力，是山區綠化、退耕還林、防風固沙的首選生態經濟樹種[2]，具有巨大的開發和利用潛力[3]。

目前對于文冠果的研究多集中在文冠果果實的藥理成分分析[4-5]、開花結實機制[6-7]、提取生物柴油工藝[8-9]和繁殖技術[10-11]等方面，而有關文冠果耐鹽性的研究還少有報道。本研究通過對文冠果幼苗進行盆栽試驗，設置NaCl鹽分梯度，比較文冠果幼苗在不同鹽分條件下的生理和生長指標的變化，為文冠果抗逆栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2015年在新疆農墾科學院林園所試驗田進行，位于新疆石河子市，地處天山北麓中段、古爾班通古特大沙漠南緣，屬典型的干旱半干旱氣候區。年平均氣溫6.5 ℃，年平均最高氣溫13 ℃，年平均最低氣溫0 ℃，無霜期為168～171 d，年日照2 300～2 700 h，年平均降水量125～207.7 mm，年蒸發量1 000～1 500 mm，蒸發量是降水量的5倍以上。

1.2材料

試驗材料為內蒙古赤峰市林業科學研究院提供的文冠果種子，種子收集后在地下室覆濕沙儲藏，2014年培育試驗用的文冠果幼苗，2015年5月份選擇大小一致的幼苗移栽至上口徑40 cm、下口徑25 cm、高40 cm的塑料盆內，苗木移栽后進行正常的水分管理，使土壤含水量維持在27.8%左右。

1.3方法

7月1日開始進行NaCl脅迫處理，試驗共設置3個處理：SCK、S1、S2，其土壤相對含鹽量分別為0%、0.5%、1%。根據土壤干質量計算NaCl質量，間隔2 d分3次（每次1/3）添加（表1），6 d后使各處理同時達到預設濃度。每天08：00用稱重法（奧豪斯儀器廠生產的EX35001ZH天平，最大稱量為 35 kg，最小精度為0.1 kg）控制土壤相對恒定含水量（變化幅度0.1 g），加水補充其消耗水分，持續30 d。脅迫期間，晴天盆栽苗正常照光，雨天及時用防雨布遮擋。

1.3測試指標及方法

1.3.1生理指標測定脅迫處理后0、10、20、30 d分別取植株新鮮葉片，用鋁箔紙包裝后用液氮速凍，帶回實驗室待測。丙二醛（MDA）和可溶性糖（SS）含量測定采用硫代巴比妥酸法[12]；細胞膜相對透性（RCM）測定采用相對電導法；可溶性蛋白（SP）含量測定采用考馬斯亮藍法[13]；脯氨酸（Pro）含量的測定采用茚三酮比色法[13]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑染色法[13]；過氧化物酶（POD）活性測定用愈創木酚染色法[14]；過氧化氫酶（CAT）活性測定用紫外吸收法[15]。測定時，每個樣品重復3次。

1.3.2生長指標測定用鋼卷尺測量株高，電子游標卡尺測量地徑。用流水沖松盆土，用蒸餾水將植株洗凈，濾紙吸干，在天平上分別稱量根、莖、葉鮮質量，同時測量主根長，并統計葉片數，最后按根、莖、葉不同器官采集樣本，裝進牛皮紙袋，標號，帶回實驗室，在烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量，用奧豪斯儀器廠生產的EX224ZH天平（最大稱量為220 g，最小精度為0.000 1 g）測定文冠果各器官干物質質量。

1.4數據分析

利用Excel 2003進行數據整理和作圖，SPSS 21.0統計軟件進行方差分析。

2結果與分析

2.1NaCl脅迫對文冠果葉片細胞膜透性及丙二醛含量的影響

植物處于逆境脅迫時，細胞內會累積大量自由基，自由基累積的活性氧可直接攻擊膜系統中的不飽和脂肪酸，使膜脂發生過氧化，MDA增加，膜脂組分發生變化，生物膜的結構和功能遭到損傷或破壞[16]。由圖1-A可知，隨著時間的延長，S1處理下的文冠果葉片細胞膜相對透性逐漸升高，且在 30 d 時達到最大值，較對照增加了48.6%，而S2處理膜透性最大值出現在20 d，為68.3%，隨后呈現下降的趨勢。由圖1-B可知，S1處理下葉片MDA含量呈緩慢上升的趨勢，最大值出現在30 d，為0.051 μmol/g，較對照提高了 64.5%，S2處理下MDA含量的最大值出現在20 d，隨后下降。表明S2處理下的文冠果葉片膜系統受到了一定程度的鹽脅迫傷害。endprint

2.2NaCl脅迫對文冠果葉片內有機滲透調節物質的影響

可溶性糖是很多植物主要的滲透調節劑，對細胞膜和原生質膠體起穩定作用，脯氨酸是滲透脅迫下易于積累的一種氨基酸，是植物調節滲透壓的一種溶質[17]，可溶性蛋白也是植物的滲透調節劑之一[18]。由圖2-A可知，隨著脅迫時間的延長，S1處理下文冠果葉片可溶性糖含量呈緩慢上升的趨勢，在30 d達最大值，為0.332 mmol/g，較對照增加 29.7%。S2處理在0～20 d時逐漸上升，而后趨于平緩，可能是試驗后期重度鹽脅迫破壞了其細胞結構所致。由圖2-B可知，S1處理下文冠果葉片可溶性蛋白含量增加較迅速，而S2處理下葉片可溶性蛋白含量緩慢增加，二者均在30 d時達最大值，分別為3.64、3.38 mg/g。由圖2-C可知，隨著時間的延長，S1和S2處理下文冠果葉片脯氨酸含量整體呈上升的趨勢，在30 d時達最大值，分別達202.1、284.3 μg/g，較對照處理分別提高了77.3%和149.5%，且S2在各個時期均大于S1。

2.3NaCl脅迫對文冠果葉片內保護酶活性的影響

SOD是保護植物細胞結構免受自由基傷害的“第一道防線”，是清除活性氧的關鍵保護酶[19]。POD和CAT也是植物體內的重要保護酶，對提高植物的抗逆能力有重要作用[20]。由圖3-A可知，隨著脅迫時間的延長，S1處理的SOD活性在10 d時達到最大值，為857.1 U/g，隨后在30 d時下降至841.8 U/g。S2的SOD活性整體呈現先升高后降低再升高的趨勢，在NaCl處理10 d時有1個峰值，較對照增加了 4.3%，說明脅迫激活了SOD的活性，其清除自由基的能力加強；到20 d又有所下降，說明隨著時間的延長，自由基大量增加，消耗了大量的SOD，致使SOD活性下降；此后，在可承受的范圍內，植物進行有效的調節，SOD合成能力增加，SOD活性在 30 d 時又大幅上升。由圖3-B可知，隨著時間的延長，S1處理下文冠果葉片POD活性在20 d時達最大值，為 3 284 U/g，較對照處理提高了52.6%，而后趨于平緩。S2處理POD活性在10 d時達最大值，為3 741 U/g，而后呈下降趨勢。由圖3-C可知，隨著時間的延長，S1處理下文冠果葉片CAT活性在0～20 d緩慢上升，而后趨于平緩。S2處理CAT活性在10 d時達最大值，為283 U/g，隨后逐漸下降，30 d時達最低值，為149 U/g，較對照降低了25.1%。

2.4NaCl脅迫對文冠果幼苗生長的影響

從表2可以看出，鹽脅迫下文冠果幼苗各部分器官（根、莖、葉）的鮮質量、干質量和株高均呈現低鹽脅迫（S1）升高后高鹽脅迫（S2）降低的趨勢。NaCl脅迫可促進文冠果幼苗基徑和主根長的生長，其中S1表現優于S2處理，與SCK相比，S1和S2處理下文冠果幼苗的基徑分別提高了16.2%和 6.8%，主根長分別提高了33.0%和21.6%，葉片數則隨著NaCl濃度的提高而不斷減少，且處理間差異顯著（P<005）。以上結果表明，低濃度鹽脅迫下，可以刺激文冠果生物量的積累，而高濃度鹽脅迫在一定范圍內能抑制文冠果地上部分促進地下部分生長，通過降低葉片數量增加根系生長來適應逆境環境。

影3討論與結論

文冠果幼苗在生長過程中對于生物量分配和形態適應上的策略是對現有生境資源利用效率最大化的體現[21]。本研究結果表明不同濃度NaCl對文冠果幼苗的生長影響較大，隨著土壤鹽分濃度的增加，文冠果幼苗主根長度增加形成發達的根系，葉片數則隨著NaCl濃度的提高而不斷減少，表明低濃度鹽脅迫下可以刺激文冠果生物量的積累，而高濃度鹽脅迫抑制文冠果地上部分促進地下部分生長，通過降低葉片數量增加根系生長來適應逆境環境。

植物的抗逆性與其體內保護酶系統對活性氧的清除能力直接相關[22]，隨著脅迫時間的延長，S1及S2處理文冠果葉片細胞內SOD、POD及CAT酶的活性整體有增強的趨勢，說明植物葉片在受到鹽脅迫后可以有效誘導保護酶清除自由基，使細胞免于傷害[23]。其中S2處理，在取樣后期POD及CAT酶活性下降，可能是因為長期的鹽脅迫環境，超出了葉片細胞忍耐活性氧自由基的閾值，植株細胞膜系統遭到破壞所致。

可見，文冠果幼苗能通過調整自身生長和保護酶活性、可溶性物質含量等提高其抗鹽性，從而有效地防止了膜脂過氧化對植株的傷害。

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