鹽脅迫對黃果厚殼桂幼苗熒光和生理特性的影響

李俊貞 ，何樂祖 ，趙春梅 ，覃永華 ，2，黃松殿 ，劉世男

（1.廣西南寧樹木園，廣西南寧530004；2.廣西壯族自治區林業勘察設計院，廣西南寧530004；3.廣西大學林學院，廣西南寧530004）

土壤鹽漬化問題制約著生態系統的穩定性，現已成為全世界面臨的難題[1]，嚴重抑制了植物的生長發育[2]。有研究表明，鹽脅迫使紫穗槐（Amorpha fruticosa）、沙棗（Elaeagnusspp）、美國白蠟（Fraxinus americanaLinn）、衛矛（Euonymus alatus）和苦楝（Melia azedarch）幼苗的株高、直徑、生物量受到顯著抑制[1，3-4]，除了表型外，其生理形態也會發生巨大變化。鹽脅迫會破壞植物葉綠體結構、降低葉綠素含量、減少光合作用等一系列代謝過程[5]。在鹽脅迫下，雞爪槭（Acer palmatumThunb）、酸柚（Citrus grandis）、香樟（Cinnamomum camphora）等幼苗葉片中的葉綠素含量明顯降低，同時最大光化學效率（Fv/Fm）和非光化學淬滅系數（NPQ）逐步上升[6-8]。植物組織中積累過多的Na+和Cl-，會打破細胞質內的離子平衡，對植物產生離子毒害[9]，為此細胞內會形成一種酶促保護系統以保護自身免受傷害。很多研究表明，植物體內的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫（CAT）以及抗壞血酸過氧化物酶（APX）等在鹽脅迫下會發揮作用來適應不利環境[10]。金荷仙等[11]研究發現，隨著NaCl 濃度的升高，白玉蘭（Michelia alba）葉片中的 SOD 和 POD 活性呈先升后降趨勢；李瑩瑩等[12]研究發現，隨著鹽脅迫的加強，猴樟（Cinnamomum bodinieri）葉片中的SOD、POD、CAT 活性及MDA 含量均呈先升高后下降的趨勢。這些研究說明，在一定鹽濃度范圍內，林木可以通過激活自身的抗氧化系統來適應。因此，通過研究植物在鹽脅迫條件下的生理響應，將有助于評價該植物的耐鹽能力。

黃果厚殼桂（Cryptocarya concinna） 為樟科（Lauraceae）厚殼桂屬（Cryptocarya）常綠喬木，主要分布于我國的廣西、廣東和江西省。其材質厚重、韌性良好、耐濕，木材紋理細致交錯、材色光澤亮麗，常用作家具、建筑[13-14]。此外，研究還發現，黃果厚殼桂部分天然產物對人癌細胞表現出中等細胞毒性，并具有較強的抗菌活性[15]?？梢?，該樹種具有較高的材用和藥用價值，應用前景廣闊。目前，對黃果厚殼桂研究主要集中在對材性和人工林生長規律等少量報道[16]，對其抗性的研究鮮有報道。該樹種天然分布范圍土壤類型主要是赤紅壤和紅壤，但近年來的調查發現，廣西南部濱海地區接近濱海鹽土分布區以及廣西西南部巖溶山地和西北部的巖溶天坑中的石灰巖土也有分布[17]。

本研究對黃果厚殼桂在NaCl 脅迫下的熒光和生理響應進行研究，以探索其抗鹽能力，為黃果厚殼桂合理種植以及擴大栽植范圍提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為1 年生黃果厚殼桂實生苗，來源于南寧樹木園。選苗時，要求植株苗高、地徑一致且無病蟲害。

1.2 試驗設計

試驗在大棚內進行，將試驗材料從盆栽移栽至1/2 Hoagland 營養液中水培，每3 d 更換一次營養液，同時使用充氣泵全天通氣；適應5 d 水培環境后，開始鹽脅迫處理。采用隨機區組設計，共設4 個NaCl 水平，分別為 0（CK）、50（低濃度）、100（中濃度）、150 mmol/L（高濃度），每個處理6 株試驗材料，每個水平3 次重復。處理后10 d 對各指標進行測定。

1.3 測定指標及方法

用德國調試IMAGING-PAM 葉綠素熒光成像系統測定幼苗第3 片葉子的初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、PSII 最大光化學效率（Fv/Fm）、非光化學淬滅系數（NPQ），重復 3 次。

丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定[18]；超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑法進行；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚法[19]進行；多酚氧化酶（PPO）活性的測定采用鄰苯二酚法[20]進行；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性采用紫外分光法測定[21]；葉綠素含量的測定采用乙醇提取比色法[22]進行。

1.4 數據處理及分析

采用Excel2016、SPSS22.0 進行數據的統計及制圖；采用LSD法對數據進行顯著性方差分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對黃果厚殼桂MDA 和抗氧化酶活性的影響

由圖1-A 可知，幼苗葉片中的MDA 含量隨著NaCl 濃度的增加而上升，在 50、100、150 mmol/L 濃度下，MDA 含量較 CK 分別升高 10.6%、37.1%、45.0%，各脅迫濃度均與CK 間存在顯著差異（P＜0.05）；除100 mmol/L 濃度外，其他濃度均與150 mmol/L 濃度存在顯著差異（P＜0.05）。NaCl 脅迫下葉片的SOD活性呈現先增后降的趨勢，低濃度（50 mmol/L）時SOD 活性最高，與CK 相比提高12.8%，且差異顯著（圖 1-B，P＜0.05）；但 NaCl 濃度為 100、150 mmol/L時SOD 活性與CK 相比分別降低49.9%、53.0%，差異顯著（P＜0.05）。與SOD 活性變化規律相似，葉片中的POD 活性也表現出先增后降趨勢；其中，50 mmol/L 處理時的POD 活性最高，較CK 顯著提高 25.7%（圖 1-C，P＜0.05）；而當 NaCl 濃度升高（100、150 mmol/L）時，SOD 活性逐漸下降，與 CK 相比分別顯著提高25.1%、18.2%（P＜0.05），可見，總體上處理組SOD 活性高于CK。

葉片中PPO 和APX 活性變化規律一致，都隨著 NaCl 濃度的升高而降低（圖 1-D、E）；與 CK 相比，在 50、100、150 mmol/L 濃度時，PPO 活性分別顯著降低 21.4%、24.2%、44.9%（P＜0.05），而 APX 活性分別顯著降低37.8%、43.3%、26.5%（P＜0.05）。

2.2 鹽脅迫對黃果厚殼桂色素含量的影響

與CK 相比，各脅迫處理的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均降低，且隨著NaCl 濃度增大呈逐漸下降趨勢，均在150 mmol/L 處理達到最低值；其中，在50、100 mmol/L 濃度下葉綠素a、類胡蘿卜素含量降幅較?。▓D2-A、C），且差異不顯著（P＞0.05），而150 mmol/L 脅迫時與CK 存在顯著差異（P＜0.05），葉綠素b 含量隨NaCl 脅迫增強降幅較大，50、100 mmol/L 脅迫時葉綠素 b 含量較 CK 分別顯著降低30.5%、46.1%（圖 2-B，P＜0.05）。

2.3 鹽脅迫對黃果厚殼桂葉綠素熒光特性的影響

由圖3-A 可知，Fo 隨NaCl 濃度增加而增大，在 50、100、150 mmol/L 濃度下，幼苗的 Fo 分別比CK 提高 5.3%、15.1%、20.7%，低濃度（50 mmol/L）脅迫下 Fo 與 CK 間差異不顯著，100、150 mmol/L 脅迫下均與 CK 間存在顯著差異（P＜0.05）；與 Fo 變化規律相反，Fm 隨 NaCl 濃度增加而降低，在 50、100、150 mmol/L 濃度下，幼苗的Fm 較CK 分別降低4.9%、11.9%、25.5%，其中，只有 150 mmol/L 濃度脅迫下與CK 間存在顯著差異（圖3-B，P＜0.05）；與Fo 變化規律一致，NPQ 隨NaCl 濃度升高而增大，在 50、100、150 mmol/L 濃度下，幼苗 NPQ 與 CK 相比分別升高24.7%、64.4%、119.0%，且除50 mmol/L外，其他2 個脅迫濃度均與CK 間存在顯著差異（圖 3-C，P＜0.05）；與 Fm 變化規律一致，Fv/Fm 隨NaCl 濃度增加而降低，在 50、100、150 mmol/L 濃度下，幼苗的Fv/Fm 與CK 相比分別降低7.1%、21.7%、41.0%，100、150 mmol/L 濃度脅迫與 CK 間存在顯著差異（圖 3-D，P＜0.05）。

3 結論與討論

正常環境下，植物體內活性氧（ROS）與其清除往往保持平衡狀態[23]。然而，鹽脅迫會打破這種平衡，使活性氧大量積累，進而引起MDA 含量增加，對植物生長造成傷害[24]。在長期進化過程中，植物形成了相應抗氧化保護系統，SOD、POD、PPO、APX是其中主要的抗氧化酶[25]。本試驗發現，隨著鹽濃度增大黃果厚殼桂幼苗葉片中的SOD、POD 活動呈先上升后下降的趨勢，這與研究白玉蘭[11]和猴樟[12]得出在鹽脅迫下SOD 和POD 的變化結果一致。表明在低鹽脅迫下，SOD、POD 活性增高是植物體內自由基增多引發抗氧化系統反應的結果，用以清除自由基；而高鹽脅迫下自由基積累到一定水平，對抗氧化系統造成一定傷害，導致SOD、POD 的活性下降。通過研究扶芳藤（Euonymus fortunei）[26]、煙草（Nicotiana tabacum）[27]、八角金盤（Fatsia japonica）[28]、石榴（Punica granatum）[29]和樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）[30]發現，高鹽脅迫下，PPO 和 APX 活性顯著升高，而本研究發現，黃果厚殼桂幼苗在鹽脅迫下的PPO 和APX 活性顯著下降，表明這2 個酶活性在鹽脅迫下受到嚴重影響，無法平衡活性氧的毒害。結果說明，黃果厚殼桂有一定耐鹽能力，可通過大幅度提升SOD 和POD 活性抵御低鹽脅迫環境引起的傷害。

葉綠素作為光合作用的重要色素，當受到鹽脅迫時，葉綠體分解酶活性增加，使得葉綠素含量降低[2，5]。研究發現，鹽脅迫下棉花（Gossypium hirsutum）[31]、半高叢越橘[32]、八角金盤[28]、雞爪槭（Acer palmatum）[6]等葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素含量明顯降低。本試驗發現，黃果厚殼桂幼苗葉片中葉綠素a/b、類胡蘿卜素含量均隨鹽濃度的升高而降低，與對照相比，低濃度（50 mmol/L）脅迫下各色素含量差異不顯著，而較高鹽濃度下才達到顯著差異。植物葉綠體中的PSⅡ系統受損會導致葉綠素吸收的光能以熱和熒光的形式耗散的比例增大[33]。黃果厚殼桂幼苗在鹽脅迫下，Fo 升高，Fm 和Fv/Fm下降，表明鹽脅迫下黃果厚殼桂葉綠體中PSⅡ反應中心受損，葉片吸收的太陽能以熱和熒光形式耗損的比例增加，原初光能轉化率下降，這與對酸柚（Citrus grandis）[8]和臺灣榿木（Alnus formosana）[34]耐鹽能力研究結果類似。此外植物在鹽脅迫下可以通過提高自身NPQ 來消耗過剩激發能，以保護自身光合結構來維持光合作用的穩定[35]。在鹽脅迫下，黃果厚殼桂葉片中的NPQ 呈上升趨勢，說明黃果厚殼桂可以通過增大自身過剩激發能的消耗量來維持光合作用，從而緩解鹽脅迫帶來的不利影響。

綜上，黃果厚殼桂在一定濃度NaCl 脅迫下具有一定的調節能力，該樹種可通過提高葉片中SOD、POD 活性和增大NPQ 來適應不利的環境。