4種典型濱海植物的耐鹽能力

杜運領，陳玉珍，錢愛國，酈建鋒，徐建強，傅菁菁，蔡鷺春，孫元敏2,3,，劉 斌，張 飛2,3,，鄭 瀅，林 莉，馬 勇2,3,，湯坤賢2,3,*，李開河

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.福建省海洋生態保護與修復重點實驗室，福建 廈門 361005；3.自然資源部海洋生態保護與修復重點實驗室，福建 廈門 361005；4.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；5.自然資源部海峽西岸海島海岸帶生態系統野外觀測研究站，福建 廈門 361005；6.坡頭區自然資源局，廣東 湛江 524057)

濱海植物是海岸生態系統的重要組成部分，是人工海岸生態化不可或缺的基礎。海洋鹽分是濱海植物生長的主要影響因子[1]，主要表現在通過地下水入侵影響植物根系，漲潮或臺風期間海水淹沒影響植株，浪花飛濺影響近岸植物的莖葉，鹽霧長期影響海岸帶植物的葉片。鹽脅迫對植物的形態結構和生理方面造成了一系列影響。在宏觀方面，外部形態和生長狀況是反映植物受鹽害影響程度的最直觀表現[2]。鹽脅迫下，植物的株高、葉片數量、莖長及地上部分干物質重等均有所下降，地下部分含水量和幼苗根長下降幅度相對較小[3]。所有的高等植物均可通過滲透調節、增強抗氧化脅迫等生理調節方式減輕鹽脅迫造成的傷害[4]。但不同的植物對鹽脅迫的耐受機制存在差異。

目前對植物耐鹽機制的研究已經比較深入，主要集中于經濟作物[5-10]、園林植物[11-13]以及荒漠植物[14-15]。濱海地區植物資源豐富，對濱海植被耐鹽機理的研究逐漸增多，葉維楊(2008)對廈門地區10種園林植物的耐鹽性進行了研究，根據相對生長量、葉片中脯氨酸含量、葉片中丙二醛(MDA)含量得出樹種耐鹽能力[16]。葉勇等(2004)在對3種泌鹽紅樹植物的耐鹽能力研究中發現，在鹽度提高的情況下3種植物均具有泌鹽量增加的效應，高鹽度明顯抑制非胎生種類老鼠簕(Acanthusilicfolius)的萌根；25以上的鹽度可導致桐花樹(Aegicerascorniculatum)和老鼠簕的萌苗率下降[17]。賀林等(2012)對濱海濕地植物番杏(Tetragoniatetragonoides)的耐鹽能力進行了研究，通過生長及光合特性的研究發現番杏受抑制鹽度為600 mmol/L，是一種耐鹽性高、具有食用價值的鹽生植物，值得在濱海濕地生態修復工程重點推廣[18]。此外除了對紅樹植物[19-21]以及堿蓬(Suaedaglauca)[22-23]等少數種類有較為系統的耐鹽特性研究外，絕大部分濱海植物的耐鹽能力與生態適應機制尚不清楚，許多優良的耐鹽植物尚未得到充分利用。由于海岸的高程和離海距離不同，植物受鹽脅迫影響的部位與程度不同，不同的海岸位置需要配置不同根系、葉片耐鹽能力的植物。因此，確定不同植物的耐鹽能力，并在不同濱海立地條件下選擇適宜的植物具有重要的意義。

藤本植物馬鞍藤(Ipomoeapescaprae)廣布于熱帶亞熱帶沿海地區，可作為海灘固沙或覆蓋植物；小刀豆(Canavaliacathartica)廣布于熱帶亞洲，多生于海濱，攀援于石壁或灌木上。灌木全緣冬青(Ilexintegra)多生于海濱山地；大葉銀邊海桐(Pittosporumpentandrum)生性強健，耐鹽堿，且極富觀賞價值，適合應用在濱海綠化。這4種植物具有較好的典型性與應用前景，本研究通過對它們的根系及葉片進行鹽脅迫實驗研究，了解其根系與葉片的耐鹽能力，以期為海島海岸帶植被修復，生態海堤構建，人工海岸生態化改造等植被配置提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選用植物品種：藤本植物馬鞍藤、小刀豆；灌木全緣冬青、大葉銀邊海桐。

馬鞍藤、小刀豆在自然資源部第三海洋研究所漳州古雷基地扦插培育；全緣冬青購自浙江舟山，大葉銀邊海桐來自廈門植物園。

1.2 實驗設計與樣品采集

2018年7月將2年生大葉銀邊海桐、馬鞍藤、全緣冬青移栽至古雷基地科研溫室的盆缽中(盆內徑35 cm，高21 cm)，盆栽的基質按照河沙∶黃心土為1∶1的比例配制，緩苗3個月后開始鹽脅迫實驗。每種植物各選取6株正常澆灌淡水，作為空白對照組，實驗設置如表1。于2018年10月—12月對植物進行脅迫實驗?？蒲袦厥覂裙庹諒姸燃s為外部的2/3，白天溫度比外部環境略高1～3℃，濕度差異不大。

表1 實驗設置Tab. 1 Experimental design setup

根系鹽脅迫處理：設置鹽度為10 (R-10)、20 (R-20)、30 (R-30)的根系鹽脅迫組，每組分別澆灌鹽度為10、20、30的鹽水，每種處理各6株，每盆1株。實驗期間，每周定期澆灌1.0 L相應鹽度的溶液，保持土壤濕潤。脅迫實驗49 d后，停止澆灌鹽溶液，采用淡水進行澆灌。

葉片鹽脅迫處理：設置鹽度30的葉片鹽脅迫組(L-30)，每種處理各6株。實驗期間，葉片鹽脅迫組每周用噴壺噴灑鹽度30的鹽水2次，每次噴灑至葉片完全潮濕，有水滴落為止(約0.5 L)，脅迫持續49 d。每株植物根部土壤每周澆灌淡水1.0 L，保持土壤濕潤。

鹽水：采用海水晶加自來水配置，用鹽度計調節水中鹽度至設定的鹽度值。

指標觀測：于每周澆水前觀察植株葉片和芽的生長狀態，觀察時，與對照組相比，每處理3個重復中有3個以上出現相同鹽害癥狀，即記錄該癥狀及其發生時間。同時選取3株分別采集葉片樣本用于相關指標的測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株生長狀態評價方法 鹽脅迫會明顯改變植物的生長狀態，因此，整個實驗期間，采用賦值法[24]對植株的生長狀態賦予0.0～5.0之間的狀態值進行統一的數值分析，具體賦值標準如表2所示。

表2 植株生長狀態賦值對照表Tab. 2 Assignment comparison of plant growth status

1.3.2 葉片水分指標測定 使用等效水分厚度(ETW，g/m2)表征葉片的水分狀況。取一定面積的葉片(采用內徑7 mm的打孔器對葉片進行打孔，每個處理各打孔取30片)，稱量鮮質量，將葉片放入烘箱內105 ℃殺青30 min，然后保持65 ℃的溫度烘干至恒量，稱量干質量，按照下列公式計算樣品葉片的ETW。

ETW=(FM-DM)/LA

(1)

式(1)中:LA表示葉片面積(m2)，FM表示葉片鮮重(g)，DM表示葉片干重(g)。

1.3.3 光合色素含量測定 光合色素含量測定采用Amon法，葉片組織破碎后采用25 mL無水乙醇避光浸提、過濾。用紫外可見分光光度計(UV-1800PC)測量665、649和470 nm波長下的吸光度(Aλ)值，根據如下公式計算Chl a、Chl b和碳的濃度值，最后得出Chl a、Chl b和碳的含量指標(mg/g)。

Ca=13.95A665-6.88A649

(2)

Cb=24.96A649-7.32A665

(3)

Cc=(1 000A470-2.05Ca-114.8Cb)/245

(4)

式(2)、(3)中:A665表示665 nm波長下的吸光度，A649表示 649nm波長下的吸光度，A470表示470 nm波長下的吸光度，Ca表示Chl a的濃度(mg/L)，Cb表示Chl b的濃度(mg/L)，Cc表示碳的濃度(mg/L)

1.4 數據處理

數據采用 Excel 2010進行前期統計與制圖，并采用SPSS 21.0 軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA)及Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對植物生長狀態的影響

根系鹽脅迫下，馬鞍藤葉片增厚變小，同時小刀豆與馬鞍藤的鹽害癥狀均表現為不同程度的葉卷曲，近根端葉片(主要為老葉)干枯后落葉，新葉變黃，葉色變淡；全緣冬青葉片首先出現黑色斑點，葉柄與葉脈變黑，然后逐漸擴散至全葉，直至葉片干枯。低濃度根系鹽脅迫下大葉銀邊海桐無明顯鹽害癥狀；高濃度根系鹽脅迫下大葉銀邊海桐葉色稍微變淡，大量落葉，但落葉完整，除部分落葉葉柄下端焦枯外，其他落葉幾乎無其他明顯損傷。葉片鹽脅迫下，小刀豆的鹽害癥狀表現為葉片有焦斑，隨著脅迫時間的延長逐漸出現葉色變淡，大量枯葉；全緣冬青葉片顏色深淺不一，色素分布不均，部分老葉變成褐色；大葉銀邊海桐近根端葉色變淡，有少量落葉，新葉小，葉緣出現焦斑，部分芯芽灼傷；馬鞍藤葉卷曲，葉小，葉片增厚?？傮w上，低濃度的根系鹽脅迫導致大葉銀邊海桐、全緣冬青、小刀豆的老葉變黃或產生黃褐斑，高濃度的根系鹽脅迫促使植物葉片干枯、落葉，對葉片的損害主要從葉柄向葉脈延伸。高濃度葉片鹽脅迫下4種植物均有少量葉片尖端干枯，對葉片的損害從葉尖開始。隨著脅迫濃度的增高與脅迫時間的延長，鹽害癥狀愈加明顯。

采用賦值法對植物的生長狀態賦值并作圖分析，如圖1所示。方差分析顯示，根系鹽脅迫下，小刀豆、馬鞍藤R-30組與R-20組生長狀態值均分別于第14天與第28天起與對照組存在顯著差異，R-10組生長狀態在脅迫處理期間與對照組不存在顯著差異；全緣冬青R-30組與R-20組與生長狀態值分別于第28天與第49天起與對照組存在顯著差異，R-10組生長狀態在脅迫期間與對照組不存在顯著差異；大葉銀邊海桐R-30組生長狀態值于第42天起與對照組存在顯著差異；R-10組與R-20組生長狀態在脅迫期間與對照組均不存在顯著差異。截至脅迫結束(第49天)，全緣冬青與小刀豆R-30組成活率均為50%，其余種類及脅迫組成活率均為100%。正常澆水后，部分脅迫組生長狀態得到改善。第168天，小刀豆與全緣冬青R-10組、R-20組與R-30組存活率均為0；大葉銀邊海桐R-20組與R-30組存活率均為0，R-10存活率100%，但生長狀態值與對照組有顯著差異；馬鞍藤R-30組存活率0，R-20與R-10組存活率均100%，其中R-20組生長狀態均與對照組有顯著差異。葉片鹽脅迫下， 4種植物L-30組生長狀態值截至脅迫結束(第49天)與對照組均不存在顯著差異，生長狀態值均大于4.5，成活率均為100%。停止噴灑鹽水后，由于葉表仍附著鹽分，持續對植株產生脅迫作用。第168天，4種植物L-30組成活率仍為100%，但小刀豆、全緣冬青和大葉銀邊海桐的生長狀態均變差，與對照組存在顯著差異。

圖1 鹽脅迫對植物生長狀態的影響Fig. 1 Effect of salt stress on the plant growth

根據實驗結果，根系鹽脅迫組，小刀豆、馬鞍藤、全緣冬青與大葉銀邊海桐分別可耐受鹽度為10、20、20、30的短期(49 d)根系鹽脅迫。復水后(第168天)，受土壤殘留鹽分的影響，馬鞍藤具有更高的適應能力，R-10組生長狀態良好，R-20組生長狀態較脅迫結束時(第49天)略有下降，但成活率仍為100%；大葉銀邊海桐僅R-10組存活，成活率100%，但生長狀態較對照組有較明顯的下降?？傮w上，藤本組根系耐鹽能力為馬鞍藤>小刀豆，小喬木組根系耐鹽能力為大葉銀邊海桐>全緣冬青。葉片鹽脅迫組，4種植物均可耐受鹽度30的葉片鹽脅迫，但根據生長狀態判斷，4種植物的葉片耐鹽能力為馬鞍藤>全緣冬青>大葉銀邊海桐>小刀豆。

2.2 鹽脅迫對植物葉片水分狀況的影響

如圖2所示，葉片鹽脅迫導致小刀豆與馬鞍藤葉片等效水分厚度(EWT)在整個脅迫周期中均大于脅迫前的狀態，全緣冬青與大葉銀邊海桐葉片等效水分厚度(EWT)總體上略有增加，但增幅很小。根系鹽脅迫下，低鹽脅迫下(R-10)，馬鞍藤、全緣冬青與小刀豆的葉片等效水分厚度增加；高鹽脅迫下(R-30)，大葉銀邊海桐與小刀豆的葉片等效水分厚度降低。其中大葉銀邊海桐在所有濃度的根系鹽脅迫下葉片等效水分厚度均降低。

圖2 根系鹽脅迫對植物等效水分厚度的影響Fig. 2 Effect of root-salt stress on plant equivalent water thickness

方差分析顯示，馬鞍藤L-30組葉片水分狀況于脅迫第14天起即顯著增加；大葉銀邊海桐R-20脅迫組葉片水分狀況在脅迫的第7、14、21天較脅迫前顯著降低，而后又逐漸升高至與對照組無顯著差異；其余脅迫組在脅迫期間水分狀況存在波動，但與脅迫前的水分狀況差異不顯著。

2.3 鹽脅迫對植物光合色素含量的影響

小刀豆R-10組葉綠素含量在第35天以前高于對照組，第35—43天與對照組差異不大，第49天則低于對照組；R-20與R-30葉綠素含量在第14天前高于對照組，第14天之后低于對照組，后期R-30葉綠素含量降幅大于R-20；R-10組葉綠素含量在第7天略高于對照組，第7天之后均略低于對照組；L-30組葉綠素含量在第21天后低于對照組(圖3)。葉片鹽脅迫下，馬鞍藤的葉綠素含量降低；根系鹽脅迫下，馬鞍藤的葉綠素含量升高隨著鹽脅迫濃度的升高而減低，與對照組相比，低濃度根系鹽脅迫下葉綠素含量升高，高濃度根系鹽脅迫下葉綠素含量降低。其中，馬鞍藤R-10組與R-20組在脅迫期間葉綠素含量均有所增加，R-10組增幅大于R-20組；R-30脅迫處理組在第7天時高于對照組，第14—21天葉綠素含量略低于對照組，而后又上升至對照組的葉綠素含量水平。全緣冬青R-30脅迫組葉綠素含量增加，可能由于短期高濃度鹽脅迫下，植株輕度脫水使葉片含水量降低但并未對植株生長造成顯著影響而使葉綠素含量相對上升；R-20與對照組差異不大，R-10前期與對照組差異不大，后期(第35天以后)低于對照組；L-30前期(第28天以前)高于對照組，后期(第28天以后)低于對照組。根系鹽脅迫與葉片鹽脅迫對大葉銀邊海桐的葉綠素含量影響總體表現為促進作用，但由于大葉銀邊海桐葉子邊緣為白色，葉綠體分布不均勻，隨機采樣對實驗結果可能有所影響。

圖3 根系鹽脅迫對植物葉綠素含量的影響Fig. 3 Effect of root-salt stress on chlorophyll content

方差分析顯示，小刀豆L-30組葉綠素含量與對照組存在顯著差異，其余脅迫組葉綠素含量在脅迫期間與對照組差異不顯著。馬鞍藤R-10組在第7、14、28天與對照組差異顯著，其余組不顯著；R-20組在第14天差異顯著；R-30組在第21、35天差異顯著；L-30組在第35天差異顯著。全緣冬青與大葉銀邊海桐各脅迫組葉綠素含量在脅迫期間與對照組差異不顯著。

2.4 指標間相關性

對根系3個鹽濃度脅迫組在脅迫第35天的生長狀態、等效水分厚度及葉綠素含量指標進行Pearson相關分析，4種植物的生長狀態均與鹽脅迫程度呈極顯著負相關關系，植物的生長狀態可以很好的表示植物受根系鹽脅迫毒害的程度(表3)。小刀豆葉綠素含量與根系鹽脅迫濃度呈顯著相關關系。馬鞍藤的等效水分厚度與全緣冬青的葉綠素含量均與根系鹽脅迫濃度成正相關，但相關性不顯著。植物的生長狀態變化對耐鹽能力具有更為明確的指示意義，等效水分厚度和葉綠素含量必須結合其他指標和結構特點才能較為準確的綜合評價植物抗鹽能力大小。

表3 植株各指標與鹽脅迫程度的相關性分析Tab. 3 Correlation coefficient between salt stress level and index parameters

2.5 討論

2.5.1 鹽脅迫對植物形態的影響 根系鹽脅迫下，土壤中可溶性鹽分過多，使土壤水勢降低導致植物吸水困難，造成植物生理干旱，形成滲透脅迫。滲透脅迫使植物細胞滲透勢降低，傷害細胞膜透性進而使離子失調，繼而對光合、呼吸作用產生影響，破壞植物體能量平衡[25]。葉片鹽脅迫下，含NaCl的鹽霧沉降于葉片表面，鹽霧中的Na+和Cl-透過葉角質層而被吸收積累，引起植物在形態和生理上發生與鹽脅迫相似的反應[26]。長期鹽脅迫下，植物的生長存在兩個階段，第一階段是對短期脅迫的響應，由水或滲透脅迫造成；第二階段是對長期脅迫的調整，由植物體內的離子毒害作用造成[2,27]。為減輕鹽脅迫造成的危害，植物在形態結構和生理方面形成了一系列適應鹽環境的機制。外部形態和生長狀況是反映植物受鹽堿傷害程度的最直觀表現[2]。鹽脅迫下，植物通過改變形態(如葉片退化，氣孔小而下陷，葉細胞表面具蠟質，葉、莖肉質化等)[4,28-31]，調整生物量分配(如改變根冠比、降低生物量等)[3,32-34]等方式以適應鹽脅迫環境。在長期脅迫的第一階段主要抑制幼葉的生長，第二階段主要加速老葉的衰老[27]。本研究結果表明，根系鹽脅迫和葉片鹽脅迫均會對植物形態產生影響，根系鹽脅迫下，馬鞍藤葉片隨脅迫的鹽濃度增加而變小，老葉枯落；葉片鹽脅迫導致馬鞍藤葉片稍有蜷曲，葉片變厚。低濃度的根系鹽脅迫導致大葉銀邊海桐、全緣冬青、小刀豆的老葉變黃或產生黃褐斑。高濃度的根系鹽脅迫促使植物葉片干枯、落葉，對葉片的損害主要從葉柄向葉脈延伸；高濃度的葉片鹽脅迫導致少量葉片尖端干枯，對葉片的損害從葉尖開始。該結果與卞阿娜等(2015)[35]的研究結果相一致，根系鹽脅迫下葉片病斑較多分布于葉片中心區；葉片鹽脅迫下葉尖、葉緣較早表現出受害癥狀。陳國軍等(2018)[36]發現鹽霧脅迫處理厚葉石斑木(Rhaphio-lepisumbellata)、車桑子(Dodonaeaviscosa)、魚藤(Derristrifoliata)、苦檻藍(Myoporumbontioides)、倒卵葉潤楠(Machilusobovatifolia)、單葉蔓荊(Vitexrotundifolia)、酸味子(Antidesmajaponicum)、銀毛樹(Tournefortiaargentea)、苦郎(Clerodendruminerme)9種植物后，植物的葉片均受到不同程度的鹽害，表現出失綠發黃、萎蔫干枯、失水變褐等現象。

2.5.2 鹽脅迫對植物葉片水分狀況及光合色素含量的影響 與對照相比，鹽霧脅迫處理下9個樹種葉片的含水量和葉綠素含量均顯著下降，MDA含量增加。稀鹽是植物避鹽的主要方式之一[4]，主要通過從外界吸收較多的水分并儲存在植物體內，使莖葉肉質化來提高組織含水量，稀釋鹽分，降低鹽濃度[37]。本研究中，馬鞍藤、全緣冬青與小刀豆在高濃度的葉片鹽脅迫與中低濃度的根系鹽脅迫下，葉片水分厚度均有所增加，表明這3種植物在鹽脅迫下具有一定的稀鹽能力以適應鹽脅迫環境。葉片光合色素含量是反映植物光合能力的一個重要指標，環境因子的改變會引起葉綠體色素含量的變化，進而引起光合性能的改變[38]。有關研究表明，鹽脅迫可能破壞植物葉綠體結構，使體內葉綠素含量下降；但也有學者認為，低濃度鹽脅迫可以使葉綠素含量增加[39-40]。胡愛雙等(2009)探究了鹽脅迫對2個八棱海棠(Malusrobusta)株系生長及光合熒光特性的影響，發現鹽脅迫降低了2個株系的光合色素含量、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，耐鹽株系的光合色素含量及光合參數的下降程度低于普通海棠株系的上述指標[41]。本研究中，低濃度的根系鹽脅迫使馬鞍藤與小刀豆的葉綠素含量較對照組顯著增加，但隨著鹽濃度的提高及脅迫時間的延長，葉片中的葉綠素含量隨著鹽濃度的增加而呈下降趨勢；而全緣冬青的葉綠素含量則在高濃度根系鹽脅迫下有所增加，低濃度脅迫下略有降低；大葉銀邊海桐的葉綠素含量在鹽脅迫下的變化規律不明顯。鹽脅迫下4種植物葉綠素含量的變化情況并未呈現出規律性趨勢，與前人的研究有相同亦有不符。相關分析表明，除小刀豆的葉綠素含量與根系鹽脅迫濃度有顯著相關外，其余種類的根系鹽脅迫下，葉綠素含量與根系鹽脅迫濃度葉綠素含量相關性不顯著。因此，葉綠素含量指標不能直接反映植物抗鹽性大小，必須與其他指標結合分析，才能較為準確的綜合評價植物抗鹽能力[42]。

2.5.3 植物耐鹽能力在海岸海島植被修復中的應用 海洋鹽分主要通過地下水入侵、浪花飛濺、鹽霧等方式對濱海植物的根、莖、葉產生影響。因此，在進行海岸帶植被修復與濱海景觀綠化時，應選用具有耐鹽、耐鹽霧的濱海植物，以提高植物存活率，降低工程及后期管理養護費用[43]。本次實驗的4種植物均有較強的耐鹽能力，可以作為海岸帶、海島的植被修復品種。但不同植物對根系與葉片的耐鹽能力有所差異。根據植物的耐鹽能力，綜合考慮海岸帶高程和離海遠近：①在海水短時間淹沒或海浪長時間影響區域，如高潮線附近的灘涂，宜選擇根、葉均有較強的耐鹽能力的馬鞍藤；②地下水受海水入侵影響較大，但受海浪影響較小的區域，如沙灘后濱可選擇馬鞍藤及根系具有較強耐鹽能力的小刀豆；③有一定高程或離海較遠的海岸區域，如濱海步道可選用具有一定耐鹽能力同時兼具景觀效果的全緣冬青和大葉銀邊海桐。

3 結論

(1)4種典型濱海植物葉銀邊海桐、全緣冬青、馬鞍藤、小刀豆的受鹽脅迫后形態特征：根系鹽脅迫下葉片病斑較多分布于葉片中心區；葉片鹽脅迫下葉尖、葉緣較早表現出受害癥狀。

(2)4種典型濱海植物均具有較強的耐鹽能力，不同植物的根系耐鹽能力和葉片耐鹽能力不同，根據植物的耐鹽特性，在不同高程和離海較遠的海岸位置應選擇適宜的植物。

(3)植物葉片耐鹽能力普遍大于根系耐鹽能力，可以利用海岸植物的枝葉抵御海浪沖擊，構建生態海岸或開展海岸生態化改造。