鹽脅迫對(duì)桐花樹生長及生理的響應(yīng)

馮立輝，徐揚(yáng)帆，陳文峰，劉劍彤，吳辰熙，胡紅娟

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢 430040；2.中國科學(xué)院水生生物研究所，武漢 430072）

紅樹林是生長于熱帶、亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落，紅樹林濕地系統(tǒng)處于淡水和海水的交互地帶［1］。而中國分布的種類多為桐花樹、秋茄、白骨壤、木欖、海桑、無瓣海桑等［2，3］。桐花樹（Aegiceras corniculata）屬于紫金牛科，為泌鹽型紅樹植物［4］。常見于紅樹林的外緣，其對(duì)鹽適應(yīng)性較強(qiáng)，在內(nèi)灘、中灘、海灣港汊、淡水河口的淤泥和沙質(zhì)鹽土以及海水倒灌的淡水河兩岸均有分布，尤其在淡水輸入的河口、海灣較多［3］。桐花樹群落在廣東沿海分布最廣，面積最大，分布于海灘前緣或咸淡水匯合河川出口的兩岸。單一的桐花樹林結(jié)構(gòu)簡單，只有一層，由于基部的分枝多，一般基部的直徑達(dá)15 cm 左右，大者可達(dá)30 cm［4］。

目前，有關(guān)桐花樹的研究適宜鹽度范圍大多較為廣域［5］，而在受不規(guī)則半日潮影響的廣東廣州珠江口內(nèi)河地區(qū)［1］，其內(nèi)河區(qū)域的鹽度變化尺度較小。針對(duì)這類區(qū)域桐花樹的適宜生長鹽度以及恢復(fù)建議研究報(bào)道較少，且大多為耐鹽的機(jī)理研究［6］，與實(shí)際結(jié)合較少。本研究通過研究鹽脅迫桐花樹的鹽害程度，主要針對(duì)形態(tài)學(xué)和生理學(xué)指標(biāo)變化，提出濱海濕地恢復(fù)建議，以期為沿海及鹽堿化地區(qū)的濕地修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選取的桐花樹來自廣州市南沙區(qū)某濱海濕地，試驗(yàn)在中國科學(xué)院水生生物研究所進(jìn)行。在試驗(yàn)開始前，將選取的桐花樹在室外培養(yǎng)2 周進(jìn)行適應(yīng)培養(yǎng)，之后選擇無病蟲害、發(fā)育良好、生長較為一致的桐花樹試驗(yàn)。用塑料桶裝20 cm 厚原土（來自桐花樹取苗地），分別設(shè)置6 個(gè)不同鹽度（0.5‰、1‰、1.5‰、3‰、6‰、9‰），每個(gè)桶內(nèi)種植3～4 株植物。試驗(yàn)過程中適時(shí)補(bǔ)充去離子水，每天測定鹽度并使桶內(nèi)的鹽度維持在設(shè)定的濃度。試驗(yàn)期間，每隔7 d 測定植物葉長等生長指標(biāo)，每個(gè)處理隨機(jī)選取3～4 片葉片用于生理指標(biāo)的測定。

1.2 指標(biāo)測定

植物生長指標(biāo)有葉片長、寬增量，植株高度增量；生理指標(biāo)有過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量。其中，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定，過氧化氫酶活性采用鉬酸銨比色法測定。每個(gè)樣品各指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行單因素ANOVA 和Tukey’s 檢驗(yàn)（P＜0.05），并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著差異分析，采用Origin 8.0 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)桐花樹幼苗形態(tài)的影響

2.1.1 鹽脅迫對(duì)桐花樹幼苗高度的影響 本試驗(yàn)所選取的桐花樹幼苗，初始高度均為30 cm。每7 d 測定同一植株的高度，結(jié)果如圖1 所示。在第7 天，鹽度為0.5‰和1.5‰的處理中，生長較快（P＜0.05），增量可達(dá)2 cm 以上；其余鹽度的處理組，桐花樹幼苗增量為0.8～1.6 cm。隨著時(shí)間的推移，到第14 天，不同鹽度處理生長顯著（P＜0.05），桐花樹仍然是0.5‰和1.5‰鹽度處理組增量最大，分別增加3.8 cm 和4.3 cm；其余組分別為2.8、2.8、3.2 cm。待第21 天時(shí)，鹽度為0.5‰和1.5‰的處理組增量可達(dá)5.6 cm和5.5 cm；在鹽度為3‰、6‰、9‰時(shí)，隨鹽度增加，植株增量也增加，最大可達(dá)到4.1 cm。第28 天時(shí)，鹽度為0.5‰和1.5‰的植物組，增量均達(dá)到5.8 cm；其余組表現(xiàn)出同之前一樣的規(guī)律，植株增量隨鹽度增加而增大，最大為鹽度9‰ 時(shí)，植物增量為4.3 cm。

圖1 不同鹽度處理植株高度

2.1.2 鹽脅迫對(duì)桐花樹幼苗葉片的影響 每處理組選取固定葉片測定長、寬，葉片初始長1 cm，寬為0.5 cm。本試驗(yàn)中各階段處理組（圖2）中葉片的增量差異顯著（P＜0.05）。在第7 天除鹽度為1.5‰的處理組外，葉片的增量隨著鹽度的增加而增加，在1.5‰的鹽脅迫下增量最小僅為0.2 cm；其余組葉片增量最大可達(dá)2 cm。到第14 天，不同鹽度處理的桐花樹葉片生長變化較大（P＜0.05），鹽度為0.5‰的處理組，葉片的增量最大為5 cm；除1.5‰組植株增量較小，其余組總體表現(xiàn)為隨鹽度增加增量也增大，但增量均較低鹽度0.5‰ 的試驗(yàn)組小，最大僅為3.6 cm。第21 天葉片的增量也表現(xiàn)出一致的規(guī)律。第28 天，鹽度為0.5‰的試驗(yàn)組，葉片的增量最大為7 cm，其余處理組，最大僅為5.3 cm。

圖2 不同鹽度處理葉片長度

2.2 鹽脅迫對(duì)桐花樹幼苗生理的影響

2.2.1 鹽脅迫對(duì)桐花樹葉片過氧化氫酶的影響 不同鹽度處理在培養(yǎng)7 d 后（圖3），桐花樹幼苗葉片的過氧化氫酶含量差異顯著（P＜0.05），其范圍為19.25～27.67 μg/（g·min）。其中鹽濃度越大，過氧化氫酶含量越高。隨著時(shí)間推移，在培養(yǎng)第14 天時(shí)，桐花樹幼苗對(duì)鹽度反應(yīng)也逐漸表現(xiàn)出來，到第21 天時(shí)，各處理組桐花樹幼苗過氧化氫酶的含量均達(dá)到最大值，其中，1‰、1.5‰處理組的過氧化氫酶濃度均高于其他處理組，分別為249、532.5 μg/（g·min）。而到第28 天，不同處理組的過氧化氫酶的含量也逐步下降。整個(gè)試驗(yàn)過程中，各處理組桐花樹幼苗葉片過氧化氫酶含量均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。

圖3 不同鹽度處理葉片過氧化氫酶含量

2.2.2 鹽脅迫對(duì)桐花樹葉片丙二醛的影響 在培養(yǎng)第7 天，桐花樹幼苗葉片不同鹽度處理組的丙二醛含量差異較大（P＜0.05），范圍為27.53～57.87 nmol/g。其中，低鹽度處理組的丙二醛含量相對(duì)較高，鹽度在0.5‰～3‰處理中丙二醛含量為50 nmol/g 左右，其中3‰的處理組最大，為57.87 nmol/g。隨著鹽度的增加，在6‰、9‰的處理組，丙二醛的含量分別為27.53、35.02 nmol/g。第14 天時(shí)，桐花樹幼苗葉片丙二醛的含量均表現(xiàn)為下降趨勢，最明顯的是1.5‰處理組，降幅超過50%，丙二醛含量為25.02 nmol/g。而試驗(yàn)到第21 天時(shí)，所有處理組中桐花樹幼苗葉片丙二醛含量與第14 天時(shí)含量變化不大。待試驗(yàn)進(jìn)行到第28 天時(shí)，1‰、6‰處理組表現(xiàn)出上升趨勢，且1‰處理組升幅近50%，含量為74.26 nmol/g。其余處理組表現(xiàn)為下降趨勢，且不同處理組，葉片丙二醛含量范圍為27.03～29.54 nmol/g。

圖4 不同鹽度處理葉片丙二醛含量

3 小結(jié)與討論

植物對(duì)鹽脅迫的綜合體現(xiàn)主要表現(xiàn)為植株生物量的變化，在不同的鹽脅迫下，植物通過調(diào)節(jié)自身的生長和重新構(gòu)建生物量分配等途徑，來維持其在逆境下的生長［7］。本研究結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，在鹽脅迫為0.5‰和1.5‰的桐花樹幼苗植株的生長量明顯高于3‰、6‰和9‰（P＜0.05），并且鹽度在0.5‰時(shí)，植株的葉片生長狀況也優(yōu)于其他處理組。這與李品芳等［8］的研究結(jié)果相似，即隨著鹽脅迫的增加，桐花樹幼苗的生長速率明顯減慢。這可能是在低濃度鹽脅迫下，植物受到促進(jìn)作用；隨著鹽脅迫的加強(qiáng)，其對(duì)植物的作用變?yōu)槊{迫作用。在高濃度（9‰）鹽脅迫處理下，植株仍能緩慢生長，說明桐花樹植株在通過調(diào)節(jié)自身細(xì)胞膜的通透性和分泌滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等生理響應(yīng)來適應(yīng)含鹽度較高的水體，使其具有更強(qiáng)的耐鹽能力［9］。

植物在逆境生長下會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，造成體內(nèi)膜脂的過氧化，進(jìn)而對(duì)植物細(xì)胞造成損害［10，11］物體內(nèi)膜保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵酶類，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶、過氧化物酶等能夠清除體內(nèi)過多的自由基（ROS），從而抑制膜脂的過氧化作用，以維持植物體內(nèi)的動(dòng)態(tài)平衡。在本研究中，在不同鹽度處理下的桐花樹幼苗體內(nèi)過氧化氫酶的含量總體呈先上升后下降的趨勢，且在低濃度（1‰、1.5‰）處理下過氧化氫酶的含量均高于高濃度處理組（3‰、6‰、9‰）（P＜0.05）。這與對(duì)八棱海棠株、花生的研究結(jié)果相似［12］。這說明在鹽脅迫下，為了清除植物體內(nèi)過量的ROS，降低ROS 對(duì)細(xì)胞膜的傷害，桐花樹的抗氧化能力均得到了增強(qiáng)，并且在高濃度鹽脅迫下，桐花樹幼苗體內(nèi)保持了相對(duì)較高的CAT活性，可以更快地代謝ROS，緩解對(duì)胞膜脂的傷害。

丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，它能與植物體內(nèi)細(xì)胞膜上的酶類物質(zhì)等反應(yīng)使酶失去活性，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜的構(gòu)造［13］。在本研究中桐花樹葉片的丙二醛含量在3‰鹽度時(shí)，總體趨勢為隨鹽度增加而降低，而高于3‰呈先下降后上升的趨勢。這說明在高濃度鹽脅迫處理下，會(huì)加重細(xì)胞膜的過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致MDA 的含量增加。

桐花樹作為一種泌鹽紅樹植物，葉表皮可分化出了一種特殊的鹽分泌結(jié)構(gòu)（鹽腺），使其可以將體內(nèi)多余的鹽分分泌到體外，以減少體內(nèi)鹽分；同時(shí)也可以通過調(diào)節(jié)光合色素合成速率，平衡碳氮代謝來適應(yīng)鹽脅迫［14］，進(jìn)而可以提高SOD 活性，降低MDA含量，減少活性氧的產(chǎn)生和膜脂過氧化反應(yīng)的傷害，促進(jìn)桐花樹的正常生長［15］。