混合鹽堿脅迫對駿棗滲透調節物質和抗氧化酶活性的影響

閆敏，王艷，鮑荊凱，王程成，盧登洋，吳翠云，2

（1．塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆阿拉爾 843300；2．塔里木盆地生物資源保護利用兵團重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

棗（Ziziphus jujube Mill．）為鼠李科（Rhamnaceae）棗屬（Ziziphus Mill．）植物，是原產我國的特有果樹。駿棗原產山西交城縣邊山一帶，由于果大皮薄、口感甘甜且適應性強而被眾多人喜愛。環塔里木盆地綠洲帶及其邊緣地帶的駿棗種植面積已占到新疆全區棗種植總面積的50%以上，駿棗成為新疆紅棗的主栽品種［1，2］。南疆地區優越的光熱資源及較大的晝夜溫差，十分有利于棗果營養的積累。但新疆土壤鹽堿化嚴重，以天山南麓、塔里木盆地西部各灌區最為嚴重，影響了新疆農業綜合生產能力［3］。

近年來，土壤鹽漬化問題已引起眾多研究者的廣泛關注。大量研究表明，鹽脅迫和堿脅迫是兩種不同類型的脅迫，鹽脅迫包括滲透脅迫、離子損傷和氧化應激；堿脅迫除了滲透脅迫和離子毒害外，還存在對植物的高pH損害現象；而混合脅迫不同于單一脅迫，鹽和堿具有一定的協同作用［4-6］。不同類型鹽、堿脅迫對植物種子萌發、植株生長發育和果實品質的影響均表現為堿性鹽脅迫＞混合鹽堿脅迫＞中性鹽脅迫［7-9］。在鹽堿混合脅迫下，鹽堿脅迫濃度較低時，鹽脅迫對植株的影響較大；鹽堿脅迫濃度較高時，堿脅迫對植株的影響較大［10］。王志強等［11］研究表明，在0．3%～0．9%鹽堿處理下，一年生酸棗幼苗的株高、莖粗和生物量降低，限制了植株正常生長。在混合鹽堿脅迫下，植物可通過提高水分利用效率、降低光合色素積累、減少光合電子傳遞、增加熱耗散等方式來調節光合作用，從而抵御脅迫［12］。張凌等［13］研究發現，隨著混合鹽堿脅迫濃度的增加，梭梭、沙棗、檉柳、杜仲可通過不斷提升總有機酸含量來穩定體內的pH值。王靜等［14］報道在混合鹽（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝1∶10∶10∶1）濃度低于0．4%時，蠟梅可通過提高SOD、POD活性來提高對體內活性氧的清除能力，維持細胞膜的穩定性。

目前關于鹽堿脅迫對紅棗影響的研究大部分是以單一中性鹽NaCl脅迫為主，但多數鹽堿地除鹽害外高pH值堿害對植物的危害更嚴重，單一的鹽脅迫或堿脅迫并不能代表植物生長的真實環境，缺乏生態學依據。因此，本研究以南疆主栽品種駿棗為試驗材料，選用NaCl和NaHCO3作為混合鹽模擬南疆鹽堿地條件，研究混合鹽堿脅迫對其葉綠素含量、抗氧化酶活性、細胞膜透性、滲透調節物質含量等指標的影響，以期為駿棗的抗性研究及鹽堿地栽培生產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1．1 試驗地點與材料

試驗地位于新疆生產建設兵團第一師十團（81°28′E、40°58′N），屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候，光照充足，熱量豐富，土壤基本理化性狀見表1。試驗樹為多年生駿棗樹，樹高2．0～2．5 m，冠幅1．8～2．2 m，樹形為開心形，株行距1．5 m×3．0 m。

表1 試驗地土壤基本性狀

1．2 試驗設計

依據阿拉爾墾區棗園鹽堿土壤特點，以中性鹽NaCl和堿性鹽NaHCO3按摩爾比3∶1混合，加清水配制不同濃度混合鹽進行滴灌。共設6個混合鹽濃度梯度：0（CK）、30、60、90、120、150 mmol·L-1。完全隨機試驗設計，每處理20株棗樹。

脅迫處理前，在各處理的行間挖90 cm深長溝，四周及底部鋪雙層塑料薄膜隔離，以防止處理間相互滲透影響，并于上方設有兩側通風的塑料遮雨棚。脅迫處理前幾天控制灌水，以利于澆灌的鹽堿溶液能迅速擴散。于2020年7月17日，選取長勢一致的駿棗植株開始脅迫處理。為了防止發生鹽激傷害，鹽溶液從各濃度的1/2開始加入，每5 d遞增1次濃度梯度，2次后累計達到設定濃度，即7月27日全部處理達到設定鹽堿濃度時開始計算脅迫時間，8月17日補充澆灌混合鹽溶液1次。

1．3 測定項目及方法

1．3．1 葉片生理指標 于脅迫40 d后選取樹冠外圍中部棗吊的第6～8片葉，每個處理采60片葉；將葉片洗凈擦干后置于-80℃保存，用于各項指標的測定。用萬深LA-S葉片分析儀掃描分析葉片形態指標；葉綠素含量采用80%丙酮浸提法測定；相對電導率采用電導率儀測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；有機酸含量采用酸堿中和滴定法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍-G250法測定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定。

1．3．2 隸屬函數值計算方法 當指標與耐鹽堿性呈正相關時，隸屬函數值計算公式為U（Xj）＝（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）；當指標與耐鹽堿性呈負相關時，計算公式為U（Xj）＝1-［（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）］。式中，Xj為某一指標的測定值，Xmax和Xmin分別為某一指標測定值中的最大值和最小值。

1．4 數據處理與統計分析

采用Microsoft Excel 2007整理數據并繪圖，用DPS 7．05軟件進行統計分析，用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2．1 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片形態指標的影響

如表2所示，駿棗葉面積、葉長、葉寬均隨著混合鹽濃度的增加而減小。在150 mmol·L-1混合鹽處理下，葉面積和葉寬均顯著低于0～60 mmol·L-1處理，分別降低8．48% ～9．21%和6．20%～8．92%。鹽堿處理對葉長與葉形指數無顯著影響。

表2 不同濃度混合鹽堿脅迫對駿棗葉片形態指標的影響

2．2 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片光合色素的影響

由表3可知，30 mmol·L-1混合鹽處理的駿棗葉片中葉綠素a、葉綠素b及總含量最高，其次為CK和60 mmol·L-1混合鹽處理，兩者含量相當，與30 mmol·L-1處理差異不顯著；但當混合鹽濃度達到90 mmol·L-1后，葉綠素含量明顯下降，尤其葉綠素b和葉綠素總含量下降顯著，至150 mmol·L-1處理時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量分別較CK降低4．12%、21．84%、13．61%。可見，葉綠素b的降低幅度大于葉綠素a，導致葉綠素a/b值逐漸升高。

表3 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片葉綠素含量的影響

2．3 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片抗氧化酶活性的影響

隨著混合鹽濃度的增加，駿棗葉片SOD、POD和CAT活性均呈先上升后下降的趨勢（圖1）。SOD和CAT活性在鹽濃度為60mmol·L-1時達到最大值，分別為347．52、27．20 U·g-1·min-1，是CK的2．07、1．57倍，均顯著高于CK和其它濃度鹽處理；除150 mmol·L-1鹽處理的SOD活性與CK差異不顯著外，混合鹽處理均極顯著提高了葉片SOD和CAT活性。POD活性在鹽濃度為30 mmol·L-1時上升至最高值，其次為60 mmol·L-1處理，兩者間差異極顯著且均極顯著高于其他處理，分別比CK增加63．09%和29．38%；在90、120 mmol·L-1混合鹽處理下，POD活性與CK無顯著差異，而在150 mmol·L-1鹽濃度時則極顯著低于CK 37．46%。

柱上不同大、小寫字母分別表示處理間在0．01、0．05水平差異顯著，下同。

2．4 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片細胞膜透性的影響

從圖2可知，隨著混合鹽濃度的增加，駿棗葉片相對電導率和MDA含量均呈現上升趨勢，且均在90 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下增幅明顯。在低濃度（30、60 mmol·L-1）混合鹽處理下，相對電導率極顯著高于對照10．94%、25．96%，而MDA含量與對照無顯著差異；在高濃度（90、120、150 mmol·L-1）混合鹽處理下，相對電導率和MDA含量均極顯著高于對照，分別是CK的1．42倍和1．19倍、1．48倍和1．32倍、1．55倍和1．36倍。

圖2 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片相對電導率和丙二醛含量的影響

2．5 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片滲透調節物質含量的影響

如表4所示，駿棗葉片中的可溶性蛋白含量隨著混合鹽濃度的增加而逐漸升高，混合鹽堿脅迫處理的可溶性蛋白含量均極顯著高于CK，增幅為32．47%～112．99%。混合鹽堿脅迫處理的可溶性糖、有機酸含量均顯著高于CK，且隨鹽濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，在鹽濃度為90 mmol·L-1時達到最大值，分別是CK的1．49、1．33倍。脯氨酸含量在混合鹽堿脅迫處理下極顯著高于CK17．55% ～65．25%，且隨著鹽濃度的增加也呈先上升后下降趨勢，在鹽濃度為120 mmol·L-1時達到最大值。

表4 混合鹽堿脅迫對駿棗葉片滲透調節物質含量的影響

2．6 駿棗耐鹽堿能力評價

2．6．1 相關性分析 對鹽堿脅迫下駿棗葉片各項生理指標進行相關性分析，結果（表5）顯示，葉面積與葉綠素總含量呈極顯著正相關，與葉片相對電導率、MDA含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量呈顯著或極顯著負相關；葉綠素總含量與POD活性呈顯著正相關，與葉片相對電導率、MDA含量呈顯著或極顯著負相關；SOD活性與CAT活性、有機酸含量呈顯著正相關；相對電導率與MDA、可溶性蛋白、脯氨酸含量呈極顯著正相關；MDA含量與可溶性蛋白、脯氨酸含量呈顯著或極顯著正相關；可溶性蛋白含量與脯氨酸含量呈極顯著正相關；可溶性糖含量與有機酸含量呈極顯著正相關。

表5 混合鹽堿脅迫下駿棗各指標的相關性分析

2．6．2 隸屬函數法綜合評價 采用隸屬函數法，基于葉片各項生理指標，對駿棗在不同濃度混合鹽堿脅迫處理下的耐性進行綜合評價，綜合評價值（D值）越大耐性越高。由表6可看出，各混合鹽堿處理的D值均高于CK，且均為正值，說明在鹽濃度為0～150 mmol·L-1處理下，駿棗植株耐受性較好。其中，駿棗對低濃度（30～60 mmol·L-1）混合鹽堿處理的D值最高（0．63～0．73），但隨著鹽濃度繼續升高，駿棗對其耐受性則逐漸降低。說明駿棗對低濃度鹽堿脅迫具有一定的耐受性，在60 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下抗性指標的綜合作用效果最好，超過該濃度后植株受傷害加重，對鹽堿脅迫的耐受性逐漸降低。

表6 混合鹽堿脅迫下各參試指標隸屬函數值及綜合評價D值

3 討論

當受到鹽堿脅迫時，植物對水分和養分的吸收、積累及分配均會發生變化，從而引發植物的形態變化，這是植物在保護機制作用下對逆境的適應表現。本研究發現，在高濃度混合鹽堿脅迫下，駿棗葉面積顯著減小，表明其生產力下降。葉綠素含量是衡量植物光合作用能力強弱的重要指標，本研究結果顯示，駿棗葉片中的葉綠素含量在鹽濃度為30 mmol·L-1時較對照小幅上升，之后隨著鹽濃度的增大而持續下降。這可能是因為低濃度鹽堿脅迫時，葉片中可溶性蛋白和可溶性糖等滲透調節物質快速積累，有利于葉綠素的合成，而高濃度鹽堿脅迫則提高了駿棗葉片中的Na+含量，類囊體膜超微結構遭到破壞，葉綠素含量下降，這與金銀花［15］、荊芥［16］對鹽脅迫的響應相一致。而葉綠素b與葉綠素總含量的變化趨勢基本一致，說明葉綠素總含量的減少主要是由于葉綠素酶對葉綠素b的降解所導致的。

鹽堿脅迫導致植物細胞氧化失衡，蛋白質和細胞膜的完整性因此而受損，但植物可通過提高抗氧化酶活性來消除活性氧以降低植物體內的氧化損傷［17］。本研究中，隨著鹽濃度的增加，駿棗葉片SOD、POD和CAT活性均呈先升后降的趨勢，可能是由于低濃度鹽堿處理下抗氧化酶可高效清除細胞內的自由基，但隨著脅迫濃度的繼續提高，活性氧在細胞內積累過多，細胞膜損傷嚴重，功能減退，抗氧化酶合成受阻，表達活性降低［18］。這與殷夢竹等［19，20］用NaCl、Na2CO3處理山柿幼苗得到的結果相似，而與楊萬鵬［21］、張榮梅［22］等認為黑果枸杞在NaCl脅迫下POD活性持續下降有差異，這可能是由于不同樹種對鹽種類及濃度、脅迫時間的響應不同，還需進一步研究駿棗對不同鹽種類和不同脅迫時間的響應差異。

MDA含量是細胞膜氧化損傷的重要指標。本研究結果表明，駿棗葉片的相對電導率和MDA含量與鹽濃度成正比，表明隨著混合鹽濃度的增加，氧化損傷加重，這與張亞冰［23］、位杰［24］等的研究結論相吻合。

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等是細胞主動合成的重要滲透調節物質，參與植物在逆境條件下的滲透調節。在本試驗混合鹽濃度范圍內，隨著鹽濃度的增加，駿棗葉片中的可溶性蛋白含量逐漸升高，可溶性糖、有機酸、脯氨酸含量先升高后降低，但各混合鹽堿處理的滲透調節物質含量均顯著高于CK。說明在混合鹽堿脅迫下，駿棗植株主要是通過不斷積累滲透調節物質，以維持細胞滲透壓，降低氧化損傷，但高濃度鹽堿脅迫則使細胞膜受損嚴重，進一步加劇了脅迫傷害，對滲透調節物質的積累具有一定的抑制作用。

4 結論

在低濃度混合鹽堿脅迫下，駿棗葉片葉綠素含量增加，抗氧化酶活性升高，可以抵御鹽堿脅迫造成的傷害，維持植株的正常生長；但高濃度鹽堿脅迫使抗氧化酶活性受到抑制，細胞膜損害嚴重，主要通過植株體內滲透調節物質的積累來抵御脅迫。綜合來看，在0～150 mmol·L-1鹽堿處理下，駿棗植株均表現出較強的耐性，其中，60 mmol·L-1鹽堿脅迫下其保護機制運行較好，植株耐鹽堿性較強。但本研究僅為1年的試驗結果，還需進一步研究駿棗不同生長發育階段遭受鹽堿脅迫后的生理特性及果實品質等的變化規律。