鹽脅迫對望春玉蘭幼苗形態和相關生理指標的影響

沈徐悅，張 浪，陳蓉蓉，申亞梅，金荷仙

（1. 浙江農林大學 風景園林與建筑學院，浙江 杭州 311300；2. 上海市園林科學規劃研究院，上海 200232）

土壤鹽堿化是當今世界性的資源和生態問題[1]，是限制農林業發展的主要因素之一[2]。中國現有鹽堿土面積3 600 萬hm2，主要分為濱海鹽堿土區、黃淮海平原鹽堿土區、西北半干旱鹽堿土區和干旱鹽堿土區以及東北鹽堿土區[3]，其中濱海鹽堿土區是中國重要的鹽堿地土地類型，涵蓋大部分沿海地區，分布范圍較廣[4]。濱海鹽堿地土壤含鹽量過高，鹽分組成以氯化物為主[5]，能夠適應生存的植物種類較少，常選用木麻黃Casuarina equisetifolia、烏桕Sapium sebiferum等耐鹽人工植被[6]和檉柳屬Tamarix先鋒樹種[7]綠化造林，而深根、肉質根系、喜酸性土壤的木蘭科Magnoliaceae植物較少應用。望春玉蘭Magnolia biondii系木蘭科木蘭屬Magnolia多年生落葉喬木，為木蘭科植物中典型的春花喬木，園林綠化效果好，應用前景廣闊。目前，對望春玉蘭的研究主要側重于抗寒性[8]、花色[9]及其花蕾“辛夷”的應用研究[10]上，而其耐鹽性方面研究極少。為明確木蘭科植物在濱海鹽堿土種植的可能性，根據預試驗的結果，選擇望春玉蘭為對象，采用水培法研究了氯化鈉脅迫對1年生實生苗形態和生理指標的影響，并探討了對氯化鈉脅迫具有指示性的生理指標，為木蘭科植物的耐鹽性評價及耐鹽樹種或品種的篩選提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以望春玉蘭1年生實生苗為材料，于2019年4月定植于上口徑6 cm、下口徑5 cm、高8 cm的塑料盆中，栽培基質為泥炭土、珍珠巖、蛭石(體積比1∶1∶1)，每盆1株。定植后的苗木置于浙江農林大學平山基地溫室中，進行常規管理。待幼苗高生長約10 cm時，挑選生長一致的幼苗轉移至浙江農林大學風景園林與建筑學院智能溫室中，溫室培養條件為光照強度2 200～3 000 lx，光照14 h·d-1，白天溫度28 ℃，夜間溫度25 ℃，空氣相對濕度68%～75%。幼苗經去土洗凈根系后置于上口徑6 cm、下口徑6 cm、高14 cm的玻璃培養瓶中，每瓶1株，采用1/2 Hoagland營養液進行水培，水培過程中隔3 d更換1次1/2 Hoagland營養液，不通氣。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 待幼苗恢復正常生長后，選取葉片數為7～8片的幼苗，于2019年7月開始進行鹽脅迫處理。根據預試驗結果，選取鹽脅迫下苗木有明顯脅迫反應，又不至于生長明顯受到抑制的臨界濃度作為試驗濃度，設置0(對照組)和200 mmol·L-1(試驗組)2個氯化鈉濃度處理，每處理5株，重復3次。在處理期間以設定的氯化鈉濃度隔3 d更換1次培養液，于鹽脅迫后的第1、3、5、7、9天清晨，采集各處理植株從下至上的第3位至第7位葉片，每處理5株植株的葉片混合后進行相應生理指標測定。

1.2.2 鹽脅迫傷害調查 分別于鹽脅迫后第1、3、5、7、9天觀察植株葉片的受害程度，將鹽害癥狀分為5個級別。①0級：葉片顏色和生長正常；②1級：少量葉尖、葉緣變黃；③2級：部分葉尖變黃萎蔫，少量葉片脫落；④3級：大部分葉片變黃，萎蔫干枯，有明顯落葉；⑤4級：葉片脫落較(極)嚴重。

1.2.3 葉片生理指標測定 生理指標的測定參照李合生[11]的方法，葉綠素采用乙醇提取法測定，質膜相對透性采用電導率法測定，丙二醛采用硫代巴比妥酸法測定，可溶性糖采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白質采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，脯氨酸采用酸性茚三酮法測定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2010處理數據、繪圖，利用SPSS 22.0進行單因素方差分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對望春玉蘭幼苗傷害情況調查

觀察望春玉蘭幼苗葉片受傷害程度(圖1)可知：隨著鹽脅迫時間的延長，望春玉蘭的受害癥狀加重。在脅迫的第1天，葉片顏色和生長正常，在脅迫第3、5、7天時受害癥狀為1級，少量葉尖、葉緣變黃；在脅迫的第9天受害癥狀為2級，部分葉尖變黃萎蔫，少量葉片脫落。

圖1 鹽脅迫下望春玉蘭受害癥狀調查Figure 1 Survey on the symptoms of salt damage of M. biondii under NaCl stress

2.2 鹽脅迫對葉片滲透調節物質的影響

可溶性糖、可溶性蛋白質和脯氨酸等物質是植物體內重要的滲透調節物質，能減輕植物在脅迫條件下受到的傷害。由圖2可以看出：鹽脅迫下，望春玉蘭葉片的可溶性糖質量分數呈逐漸上升趨勢；可溶性蛋白質質量分數隨著鹽脅迫時間的延長，總體呈先上升后下降的趨勢，在鹽脅迫處理的第3、9天，與對照組相比，差異顯著(P＜0.05)；脯氨酸質量分數隨著脅迫時間的延長，總體呈先上升后下降的趨勢，且在脅迫處理的時間范圍內始終與對照組差異顯著(P＜0.05)。

圖2 鹽脅迫下葉片可溶性糖、可溶性蛋白質和脯氨酸的變化Figure 2 Changes of soluble sugar content, soluble protein content and Pro content in leaves under NaCl stress

2.3 鹽脅迫對葉綠素及葉片細胞膜透性的影響

從圖3可見：鹽脅迫下，望春玉蘭葉片的葉綠素質量分數呈先上升后下降的趨勢，在鹽脅迫的第3天與對照組相比，差異顯著(P＜0.05)。望春玉蘭葉片的相對電導率在鹽脅迫下呈波動上升的趨勢，在脅迫末期保持穩定，且在鹽脅迫處理的時間范圍內均與對照組差異顯著(P＜0.05)。望春玉蘭葉片的丙二醛質量摩爾濃度隨著鹽脅迫時間的延長呈上升趨勢，在鹽脅迫的第9天與對照組差異顯著(P＜0.05)。

圖3 鹽脅迫下葉片葉綠素、相對電導率和丙二醛的變化Figure 3 Changes of chlorophyll content, relative conductivity and MDA content in leaves under NaCl stress

2.4 鹽脅迫對抗氧化酶活性的影響

SOD是植物體內防御氧化逆境下自由基形成的關鍵酶，是植物防御體系的第1道防線[12]，POD是植物體內酶促防御系統的重要保護酶類，用于清除植株體內過多的活性氧[13]。圖4結果顯示：望春玉蘭葉片的SOD活性隨著鹽脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，且在脅迫處理的第3、5、7、9天均與對照組差異顯著(P＜0.05)；POD活性隨著鹽脅迫時間的延長呈先上升后下降的趨勢，且在脅迫處理的時間范圍內均與對照組差異顯著(P＜0.05)。

圖4 鹽脅迫下葉片SOD和POD活性的變化Figure 4 Changes of SOD activity and POD activity in leaves under NaCl stress

2.5 鹽脅迫生理指標的相關性分析和主成分分析

對望春玉蘭的8個生理指標進行相關性分析(表1)表明：可溶性糖與相對電導率呈顯著相關(P＜0.05)，與丙二醛呈極顯著相關(P＜0.01)；葉綠素與POD活性呈極顯著相關(P＜0.01)。

表1 鹽脅迫下望春玉蘭葉片生理指標的相關系數Table 1 Correlation matrix of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress

對望春玉蘭8個生理指標進行主成分分析(表2)可知：前2個主成分的累計貢獻率達78.892%，可以概括原指標的絕大多數數據信息。望春玉蘭的第1主成分主要為丙二醛、可溶性糖和超氧化物歧化酶，第2主成分主要為可溶性蛋白質和脯氨酸。

表2 鹽脅迫下望春玉蘭葉片生理指標的主成分分析Table 2 Principal component analysis of physiological indexes of M. biondii under NaCl stress

3 討論

鹽脅迫環境中鹽分離子的濃度過高會導致植物根系吸收水分困難，引發滲透脅迫[14]。植物通過可溶性蛋白質、可溶性糖和脯氨酸等小分子有機物的合成和積累以降低水勢，維持水分平衡。本研究中，望春玉蘭葉片的可溶性糖質量分數隨鹽脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，而可溶性蛋白質和脯氨酸質量分數總體呈先上升后下降的趨勢，但始終高于對照。不同植物選擇的主要有機滲透調節物質存在差異[15]，本研究表明：鹽脅迫后期望春玉蘭主要是通過提高可溶性糖質量分數進行滲透調節的。

當鹽脅迫超出細胞滲透調節作用的上限時，細胞膜會受到損傷。本研究中，隨著脅迫時間的延長，望春玉蘭葉片的葉綠素質量分數先升高后降低，說明脅迫初期植物通過促進自身葉綠素的合成以適應鹽脅迫環境，但在長時間的鹽脅迫下，過量的鹽進入植物細胞，使葉綠素分解[16]，這可能與細胞滲透調節能力下降有關。而葉片的相對電導率和丙二醛質量摩爾濃度均呈上升趨勢，在脅迫結束時均較對照有顯著的提高。說明在鹽脅迫條件下，植物體膜結構不斷膜脂過氧化，加劇細胞膜受損傷的程度。

鹽脅迫下植物體內氧化還原體系的平衡被破壞，誘導產生對植物的生理功能具有破壞作用的活性氧，植物體通過提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶等活性氧清除劑的活性以維持植物體內活性氧代謝平衡，維護膜結構完整性。本研究中，望春玉蘭葉片的超氧化物歧化酶活性隨脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，過氧化物酶活性呈先升高后下降的趨勢。表明在脅迫前期2種酶共同參與清除活性氧，緩解氧化傷害的活動，而到脅迫后期植物體主要通過增加超氧化物歧化酶活性以增強細胞內活性氧的清除能力，保護膜系統。

鹽脅迫對植物葉片生理指標的傷害表現在形態上為葉形葉色的變化。在脅迫的第1天，望春玉蘭正常生長，各項生理指標均呈上升趨勢；在脅迫的第3天后，望春玉蘭葉片開始變黃；在脅迫的第9天，即脅迫結束時，葉片開始脫落，此時葉綠素、可溶性蛋白質、脯氨酸、過氧化物酶較前期均有所下降。

植物的耐鹽性是復雜的生理生化過程，其耐鹽機制涉及多種生理生化的協調作用[17-19]。本研究主成分分析得出：鹽脅迫下望春玉蘭的丙二醛質量摩爾濃度、可溶性糖質量分數和超氧化物歧化酶活性具有絕對值較大的負荷系數。說明這3個指標可能是望春玉蘭受到鹽脅迫時起關鍵作用的生理指標，這3個指標在鹽脅迫下的生理表現也一致。

由于植物耐鹽性受多基因控制，不同生長發育階段及生態環境條件下，基因表達存在差異，耐鹽性強弱表現也不同。而本研究采用水培法對1年生幼苗進行鹽脅迫處理，所用望春玉蘭植株偏小，未進行不同大小植株的比較，因此結果不能完全代替成株期的抗鹽性情況。且本研究選用的氯化鈉濃度為望春玉蘭的耐鹽臨界濃度，與各地濱海鹽漬土的實際含鹽量存在一定的差異。因此，還需在植物的各個生長階段采用大田試驗進一步驗證，以獲得更加客觀的耐鹽性評價結果。

4 結論

望春玉蘭體內的各項生理指標對鹽脅迫均有一定的響應。鹽脅迫下望春玉蘭幼苗的相對電導率和丙二醛質量摩爾濃度持續增加，可溶性蛋白質、脯氨酸、葉綠素質量分數與過氧化物酶活性在短期脅迫下能有所上升以減緩鹽害，而可溶性糖質量分數和超氧化物歧化酶活性在長時間的脅迫下仍能保持較高水平以進行滲透保護和清除活性氧等活動，從而減弱細胞膜損傷程度。對耐鹽性生理指標的主成分分析發現：丙二醛質量摩爾濃度、可溶性糖質量分數、超氧化物歧化酶活性對望春玉蘭的指示性最強，可以作為望春玉蘭等木蘭科植物鹽脅迫耐性強弱的主要生理指標。