伴生鹽生植物脫鹽效應對胡楊幼苗生理特性的影響

文強，韓煒*，管文軻，武勝利，孔凱凱

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，烏魯木齊 830054；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室，烏魯木齊 830054；3.新疆林業(yè)科學院林業(yè)科技推廣處，烏魯木齊 830000）

土壤鹽分是影響植物生長發(fā)育的重要生態(tài)因子之一[1]。鹽分脅迫會造成鹽離子毒害作用（鹽的原初作用），導致植物滲透脅迫和養(yǎng)分虧缺（鹽的次生作用）[2]。胡楊（Populus euphratica）是新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域荒漠河岸林的建群種，具有耐旱、抗風沙、耐鹽堿等特點[3]，對維護生態(tài)系統(tǒng)有重要作用。然而，胡楊在幼苗生長階段耐鹽力較弱[4]，已成為制約胡楊更新和維持的關(guān)鍵階段；因此，如何開發(fā)利用和拓寬鹽漬化土壤利用空間，為其提供良好的生長環(huán)境顯得尤為重要。目前，對胡楊耐鹽機制的研究主要集中在鹽分脅迫對其生長的影響[5-6]，鹽離子的平衡、吸收、轉(zhuǎn)運和分配[7]，離子區(qū)隔化[8]，滲透調(diào)節(jié)[9]以及信號轉(zhuǎn)導[10]等方面，但這僅限于單一鹽脅迫下生理生化指標的變化特征研究。近年來，研究人員利用鹽生植物作為補償生長來治理鹽堿地，在鹽漬化裸地脫鹽方面做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)改良后鹽漬化裸地土壤的電導率值顯著降低，在一些地區(qū)和農(nóng)田上取得了較好的效果[11-14]，而有關(guān)鹽生植物直接與胡楊伴生脫鹽的研究鮮有報道。因此，本研究以塔里木河中下游一年生胡楊幼苗為研究對象，埋地盆栽，并移栽3種鹽生植物作為其伴生植物，探索胡楊幼苗在伴生鹽生植物脫鹽作用下的生理生化指標變化特征，篩選出適用于胡楊最佳脫鹽效果的鹽生植物，以期為塔里木河中下游胡楊更新復壯提供新的思路和基礎理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河中下游庫爾勒市巴州苗圃（41°71′N，86°13′E），海拔950 m左右，屬暖溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，總?cè)照諗?shù)2 990 h，無霜期平均210 d，年平均氣溫11.4℃，最低氣溫－28.0℃，年均降水量58.6 mm，年最大蒸發(fā)量2 788.2 mm，主風向東北風。

1.2 試驗材料

供試材料為1 a齡實生胡楊幼苗。試驗用土采于塔里木河中下游庫爾勒至尉犁縣段31團沿河兩岸10 m的位置，取30 cm深表層粉砂壤土。同時，根據(jù)調(diào)查選取3種鹽生植物作為伴生植物：堿蓬屬堿蓬[Suaeda glauca(Bunge)Bunge]、鹽角草屬鹽角草（Salicornia europaeaL.）和鹽節(jié)木屬鹽節(jié)木[Halocnemum strobilaceum(Pall.)M.Bieb.][14-15]。

1.3 研究方法

采用隨機區(qū)組試驗設計，包括2個鹽分梯度，3種伴生鹽生植物和4個對照，其中：2個鹽分梯度為5 g/L NaCl（B）和11 g/L NaCl（C）；3種伴生鹽生植物為堿蓬（T1）、鹽角草（T2）和鹽節(jié)木（T3）；4個對照為1個平行處理對照（0 g/L NaCl處理且僅栽種胡楊，CK0）和3個各區(qū)組對照（0 g/L NaCl處理且僅栽種堿蓬，CK1；0 g/L NaCl處理且僅栽種鹽角草，CK2；0 g/L NaCl處理且僅栽種鹽節(jié)木，CK3）。2018年4月25日進行盆栽移植，每盆（頂面直徑40 cm，底面直徑25 cm，高32 cm）裝土20 kg，為防止因塑料盆溫度過高引起幼苗根系灼傷，在試驗地開3條溝，溝間距1 m，每溝放置10盆，盆間距1 m，并在盆下墊塑料托盤以防止鹽分流失。在不同梯度鹽分（B、C）處理下分別于每盆（CK0除外）對應種植1株鹽生植物T1、T2、T3，不同盆內(nèi)種植1種鹽生植物，每盆栽種3株胡楊幼苗，每個處理3個重復。緩苗期間每隔7 d澆清水3 L，53 d后于6月16日進行鹽分脅迫處理：向盆中心分別一次性施入5、11 g/L NaCl溶液3 L，然后采用HH2/WET土壤三參數(shù)速測儀（DELTAT公司，英國）測得土壤電導率值（表1），并在試驗期間每隔7 d澆清水3 L以平衡水分蒸發(fā)。7月17日試驗結(jié)束。

表1 各處理土壤的電導率Table 1 Soil conductivity of each treatment

1.4 測定項目與方法

試驗結(jié)束（鹽分脅迫處理30 d）時對各處理植株中上部完全展開的功能葉片進行采樣，各處理3個重復。脯氨酸（proline,Pro）含量采用酸性茚三酮比色法測定，丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性采用氮藍四唑還原法測定，過氧化物酶（peroxidase,POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，土壤電導率采用HH2/WET土壤三參數(shù)速測儀測定（與含水量有關(guān)，最高可到1 500 mS/m）[16-17]。土壤脫鹽率計算公式[18]如下：土壤脫鹽率=[（對照土壤電導率－處理土壤電導率）/對照土壤電導率]×100%。其中，對照土壤電導率為平行對照CK0和各區(qū)組對照CK1、CK2和CK3的土壤電導率。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，運用最小顯著差數(shù)法進行多重比較和差異顯著性分析（P＜0.05）；采用Origin 9.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 伴生鹽生植物對土壤鹽分（電導率）的影響

圖1為伴生鹽生植物脫鹽30 d后的土壤鹽分含量（電導率）。由圖1和表1可知，伴生鹽生植物對土壤具有明顯的脫鹽效果，但3種鹽生植物對土壤鹽分（電導率）的影響隨脫鹽時間延長而存在差異。30 d脫鹽期間，不同處理在B（5 g/L NaCl）鹽分條件下的脫鹽率為 T1＞T2＞CK1＞CK2＞T3＞CK3＞CK0，T1脫鹽率為26.8%，T2脫鹽率為22.0%，T3脫鹽率為14.2%。其中：T1、T2處理分別較 CK0、CK1、CK2和CK3高69.4%、33.2%、37.3%、47.4%和62.7%、10.5%、23.6%、36.0%；T3處理分別較CK0和CK3高42.3%與0.7%，較CK1和CK2降低38.7%與18.3%。在C（11 g/L NaCl）鹽分條件下的脫鹽率為 T2＞CK1＞T3＞CK2＞T1＞CK3＞CK0，T1脫鹽率為 14.9%，T2脫鹽率為23.1%，T3脫鹽率為19.7%。其中：T1處理分別較CK0和CK3高45.0%與5.4%，較CK1和CK2降低32.2%與12.8%；T2、T3處理分別較 CK0、CK1、CK2和 CK3高64.5%、14.7%、27.3%、39.0%和58.4%、0.0%、14.7%、28.4%。

經(jīng)過多重比較得出：T1處理在B鹽分（5 g/L NaCl）條件下與CK0的差異達到顯著水平，在C鹽分（11 g/L NaCl）條件下與CK0、CK2差異均達到顯著水平；T2處理在B鹽分（5 g/L NaCl）和C鹽分（11 g/L NaCl）條件下與 CK0、CK2差異均達到顯著水平；T3處理在B鹽分（5 g/L NaCl）條件下與CK0、CK3差異均達到顯著水平（P＜0.05）。說明在B鹽分（5 g/L NaCl）條件下，T1處理對土壤鹽分（電導率）脫鹽效果最好，T2和T3處理次之；在C鹽分（11 g/L NaCl）條件下，T2處理對土壤鹽分（電導率）脫鹽效果最好，T3次之，T1相對最差。

圖1 伴生鹽生植物對土壤鹽分（電導率）的影響Fig.1 Effect of associated halophytes on soil salinity(conductivity)

2.2 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗Pro含量的影響

由圖2可見，在伴生鹽生植物脫鹽處理30 d后，胡楊幼苗葉片Pro含量較各對照總體呈上升趨勢。其中：T1處理在B（5 g/L NaCl）鹽分條件下，Pro含量較 CK0降低 5.2%，較 CK1增加 5.6%，在 C（11 g/L NaCl）鹽分條件下較CK0和CK1分別增加7.3%與17.0%；T2處理在B鹽分條件下，Pro含量較CK0和CK2分別增加0.0%與7.9%，在C鹽分條件下較CK0和CK2分別增加2.6%與10.3%；T3處理在B鹽分條件下，Pro含量較CK0和CK3分別增加5.0%與10.0%，在C鹽分條件下較CK0和CK3分別增加11.6%與16.3%。在同一B鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊Pro含量變化與CK0和各區(qū)組對照相比為 T3＞T2＞CK0＞T1＞CK3＞CK2＞CK1；在同一 C鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊Pro含量變化與CK0和各區(qū)組對照相比為T3＞T1＞T2＞CK0＞CK3＞CK2＞CK1。

圖2 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗Pro含量的影響Fig.2 Effect of desalination of associated halophytes on proline content in P.euphratica seedlings

2.3 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗MDA含量的影響

由圖3可知，在伴生鹽生植物脫鹽處理30 d后，胡楊幼苗葉片MDA含量較各對照總體呈上升趨勢。其中：T1處理在B鹽分條件下，MDA含量較CK0降低9.0%，較CK1增加4.1%，在C鹽分條件下較CK0和CK1分別增加9.6%與21.0%；T2處理在B鹽分條件下，MDA含量較CK0降低6.3%，較CK2增加4.3%，在C鹽分條件下，MDA含量較CK0和CK2分別增加5.9%與15.7%；T3處理在B鹽分條件下，MDA含量較CK0和CK3分別增加3.1%與9.0%，在C鹽分條件下較CK0和CK3分別增加13.9%與19.1%。在同一B鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊MDA含量變化與 CK0和各區(qū)組對照相比為 T3＞CK0＞CK3＞T2＞T1＞CK2＞CK1；在同一C鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊MDA含量變化與CK0和各區(qū)組對照相比為 T3＞T1＞T2＞CK0＞CK3＞CK2＞CK1。

2.4 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗抗氧化酶活性的影響

圖3 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗MDA含量的影響Fig.3 Effect of desalination of associated halophytes on MDAcontent in P.euphratica seedlings

由圖4可看出，在伴生鹽生植物脫鹽處理30 d后，各處理胡楊幼苗葉片SOD活性較各對照在B鹽分條件下增大，而在C鹽分條件下除T2處理外均減小（P＜0.05）。其中：T1、T2與T3處理在B鹽分條件下，SOD活性較 CK0和各區(qū)組對照（CK1、CK2、CK3）分別增加42.2%、25.6%，36.1%、21.7%與28.8%、25.3%；T1與T3處理在C鹽分條件下，SOD活性分別較CK0和各區(qū)組對照分別減少6.3%、27.2%與17.8%、21.7%，T2處理較之增加23.0%與5.8%。在同一B鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊SOD活性變化與CK0和各區(qū)組對照相比為T1＞T2＞T3＞CK1＞CK2＞CK3＞CK0；在同一C鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊SOD活性變化與CK0和各區(qū)組對照相比為 T2＞CK1＞CK2＞CK3＞CK0＞T1＞T3。

不同鹽生植物處理的胡楊幼苗葉片POD活性較各對照在B鹽分條件下增加，而在C鹽分條件下除較CK0均增大外，較各區(qū)組對照均減小（P＜0.05）。其中：T1、T2與T3處理在B鹽分條件下，POD活性較 CK0和各區(qū)組對照（CK1、CK2、CK3）分別增加69.2%、22.6%，60.0%、13.2%與53.6%、16.6%；在C鹽分條件下，較CK0分別增加44.7%、49.1%、21.8%，較各區(qū)組對照分別減少28.2%、9.4%、28.8%。在同一B鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊POD活性變化與CK0和各區(qū)組對照相比為T1＞CK1＞T2＞CK2＞T3＞CK3＞CK0；在同一C鹽分條件下，不同鹽生植物處理的胡楊POD活性變化與CK0和各區(qū)組對照相比為 CK1＞CK2＞T2＞T1＞CK3＞T3＞CK0。

圖4 伴生鹽生植物脫鹽作用對胡楊幼苗SOD和POD活性的影響Fig.4 Effect of desalination of associated halophytes on SOD and POD activities in P.euphratica seedlings

3 討論與結(jié)論

在鹽生植物與胡楊幼苗伴生的過程中，通過分析土壤鹽分（電導率）的變化及其對胡楊幼苗各項生理生化指標產(chǎn)生的影響，可初步得出不同鹽生植物的脫鹽效應。土壤電導率是反映土壤鹽分的一個重要指標，電導率越高，土壤鹽質(zhì)量分數(shù)越大[11]。本研究結(jié)果表明，伴生鹽生植物顯著降低了土壤的電導率，與張永宏[19]的研究結(jié)果一致。

在鹽脅迫下，細胞可以通過積累脯氨酸（Pro）、膽堿酯酶和甘露醇等其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的滲透勢，維持水分平衡，還可以保護細胞內(nèi)許多重要代謝活動所需的酶類活性，有效地減緩鹽脅迫對植物造成的傷害[20]。本試驗中，不同處理下胡楊Pro含量在B鹽分條件下，除T1處理較CK0減少5.2%外，較其余各對照均稍有增加，其中，T3處理較CK3增加最多（10.0%）；在C鹽分條件下均呈較為明顯的增加趨勢，T3處理較CK0增加11.6%，較CK1增加17.0%。表明在伴生鹽生植物脫鹽作用下胡楊幼苗受到的鹽脅迫減小，從而大大降低了胡楊幼苗通過合成和積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)Pro來維持細胞滲透勢，保證了其水合能力。這與孫聰聰?shù)萚21]、柳福智等[22]的研究結(jié)果相似。

植物受到逆境脅迫時，體內(nèi)抗氧化酶保護系統(tǒng)功能降低，活性氧類（reactive oxygen species,ROS）的產(chǎn)生和清除失衡，質(zhì)膜發(fā)生一系列協(xié)變，形成膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA，致使質(zhì)膜受損，透性增加，胞內(nèi)滲透水溶性物質(zhì)外滲，作物表現(xiàn)出鹽害特征[23-24]。MDA是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，其含量的高低可以用來衡量植物在逆境脅迫下生物膜受ROS傷害程度的大小[25]。本試驗結(jié)果表明，除T1與T2處理在B鹽分條件下胡楊MDA含量較CK0分別減少9.0%和6.3%外，其余各處理較各對照在B、C鹽分條件下的增加均不明顯，說明在此環(huán)境下由于保護酶活性的增強，有效地平衡了胡楊幼苗體內(nèi)ROS的產(chǎn)生與清除狀態(tài)的破壞，防止膜脂過氧化損傷。這與鄭春芳等[26]、賈漫麗等[27]的研究結(jié)果相同。

高鹽濃度能使植物代謝受到氧化脅迫，誘導抗氧化酶SOD和POD活性改變，導致抗氧化系統(tǒng)平衡失調(diào)，產(chǎn)生大量活性氧，發(fā)生膜脂過氧化作用，從而形成MDA[28]。本研究中，SOD和POD活性與MDA含量呈線性相反的趨勢，表明SOD和POD活性提高，胡楊幼苗葉片抗氧化能力增強，大大降低了對膜脂的傷害。這與張雯莉等[29]的研究結(jié)果一致。楊國會等[30]通過對甘草的研究表明，隨著NaCl濃度的增加，SOD和POD的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，證明抗氧化酶活性對緩解脂膜過氧化的傷害具有一定的限度。本研究結(jié)果表明，伴生鹽生植物通過脫鹽效應使其在正常承受能力范圍內(nèi)足以清除體內(nèi)過多的自由基，避免細胞膜及酶系統(tǒng)被破壞。

包靈等[31]研究得出，鹽角草的生長需要鹽分，低鹽環(huán)境對其生長是順境，無鹽或高鹽環(huán)境對其生長是逆境。鹽生植物形成的“鹽島”效應[32]會在一定程度上積累一定的鹽分，有利于鹽生植物和胡楊幼苗伴生生長。尹傳華等[33]研究表明，鹽節(jié)木更容易形成土壤鹽分更高的富集狀態(tài)，具有明顯的“鹽島”效應，這可能是本研究中鹽節(jié)木脫鹽效果相較于堿蓬和鹽角草差的原因。

綜上所述，伴生鹽生植物產(chǎn)生了顯著的脫鹽效應，在一定程度上改善了胡楊幼苗的生長調(diào)節(jié)能力，因此，通過人工干預創(chuàng)造胡楊幼苗可利用的生境資源（鹽生植物脫鹽）來實現(xiàn)其繁殖和更新，可促進胡楊林下幼苗的生長，提高幼苗儲備量。