混合鹽脅迫對白榆幼苗形態及生理指標的影響

郝艷玲， 閆偉

（內蒙古農業大學林學院，呼和 浩特 010000）

土壤鹽堿化是全球最為嚴峻的生態問題，已成為影響全球植物生長發育的脅迫因素之一[1]。鹽堿脅迫使植物出現生長緩慢、黃化早衰、品質下降以及產量降低等不良表現[2-5]。我國鹽漬土面積約占國土面積的25%，近年來，隨著氣候的變化、環境污染以及對土地使用不當等原因，導致次生鹽漬化土壤面積逐年增加[6]。據調查，我國約有2 000 萬 hm2的鹽堿地和 600 萬 hm2的鹽漬化土壤[6]。我國絕大部分地區的鹽堿地所含鹽分復雜，土壤鹽化與堿化往往同時發生，對植物構成鹽、堿雙重脅迫[7]。鹽堿害已成為當今造林綠化面臨的重要問題。

白榆（Ulmus pumila）又稱家榆，為榆科榆屬多年生落葉喬木，廣泛分布于我國大部分地區。榆樹歷來是我國北方城市五大鄉土園林樹種之一，也是世界四大行道綠化樹種之一[8]，其具有萌蘗能力強、根系發達、木質好、長速快、環境適應性強、抗蟲抗病、抗風、抗污染能力強和保持水土能力強等特點[9]，已成為我國北方重要的造林樹種之一[10]；同時，白榆在耐鹽堿抗旱等方面也具有一定優勢[11-12]，可作為鹽堿地區造林綠化中的首選樹種。因此，研究榆樹對土壤混合鹽脅迫的響應機制具有重要的理論價值和實際指導意義。

鹽堿土中的氯化物、碳酸鹽及鹽分含量會對植物的存活產生一定的影響，是限制鹽堿土分布區植物生長、植被恢復最直接的因素。目前，國內關于白榆抗鹽堿脅迫方面的研究多數為單一因子的研究[13-16]，關于混合鹽脅迫的研究相對較少。混合鹽堿脅迫可更好地模擬植物耐鹽堿性的實際情況，對耐鹽堿品種的選育研究具有實際意義[17]。本研究采用等濃度的NaCl 和NaHCO3混合鹽進行脅迫處理，旨在探究混合鹽脅迫對白榆幼苗生長、生理指標的影響，并通過耐鹽性評價，探究混合鹽脅迫條件下白榆幼苗的生長和適應機制，旨在為鹽堿地耐鹽堿品種的篩選和培育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年5—10月在內蒙古農業大學東校區（E 111°70′30″，N 40°81′10″）林學院人工氣候室中進行，該地區海拔1 044 m，設定人工氣候室溫度為20±5 ℃。試驗所用的白榆種子于2020年5月采自內蒙古農業大學東校區，千粒重為（5.927 9±0.000 2）g，搓翅去雜，水選剔除空粒和雜質后，自然風干備用。

1.2 試驗方法

選擇大小一致、飽滿且無病蟲害的種子，先用質量濃度為1%的高錳酸鉀溶液浸泡15 min 消毒，再用蒸餾水沖洗干凈，浸泡于27 ℃清水中進行24 h催芽處理，隨后播種于基質（主要為蛭石和營養土，體積比為2∶1）中，營養缽高15 cm，直徑12 cm。3個月后，選取長勢相同的幼苗54 株，重新植苗，每缽種植3 株幼苗。試驗開始時澆灌含有等濃度NaCl 和NaHCO3溶液進行處理，設置6個混合鹽濃度處理[0（CK）、10（T1）、30（T2）、50（T3）、70（T4）、100（T5）mmol·L-1]，每個處理均設置3 次生物學重復。試驗開始時，取100 mL 對應濃度的混合鹽溶液進行澆灌處理，控制單一變量，使用稱重法[18]進行定時補水，以保持土壤中的鹽濃度不變。連續脅迫35 d，每7 d的清晨取位于小枝條中部葉片進行單株采樣，每個處理采樣重復3次，用于測定生理指標。

1.3 指標測定

1.3.1 生長指標測定 在鹽脅迫處理前對白榆幼苗的株高（H1）和地徑（D1）進行測量；脅迫35 d 后對其株高（H2）與地徑（D2）進行第2 次測量，并計算白榆幼苗株高增長量和地徑增長量。待所有鹽脅迫處理試驗結束后用低溫烘干法測定其根部干重及地上部分干重，并計算其總生物量、根冠比以及鹽耐受系數（salt tolerance coefficient，STI）[19]，計算公式如下。

式中，DW鹽為鹽處理下植株干重，DW對照為對照植株干重。

1.3.2 生理指標測定 參照《植物生理生化實驗原理和技術》[20]，利用UV-2800H 紫外分光光度計［尤尼柯（上海）儀器有限公司］測定白榆幼苗的生理指標，其中過氧化物酶（peroxidase，POD）活性采用愈創木酚法測定；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍四唑法測定；丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定；可溶性糖（soluble saccharin，SS）含量采用蒽酮比色法測定；葉綠素（cholrophyll，CHL）含量采用丙酮法測定；電導率采用浸泡法測定。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件對數據進行整理，采用SPASS 24.0軟件進行方差分析、顯著性檢驗及多重比較。

2 結果與分析

2.1 混合鹽脅迫對白榆幼苗生長指標的影響

2.1.1 混合鹽脅迫對白榆幼苗株高增長量和地徑增長量的影響 由圖1 可知，不同鹽濃度脅迫下，白榆幼苗的株高增長量和地徑增長量隨鹽濃度的增加均顯著降低（P＜0.05）。T1 處理白榆幼苗的株高增長量和地徑增長量分別為4.37、0.38 mm，分別較 CK 降低了 42.95%、54.31%；T2 與 CK 相比，株高增長量和地徑增長量分別降低61.22%、73.47%。T3、T4、T5 處理抑制作用進一步增強。結果表明白榆幼苗對混合鹽脅迫敏感，在低濃度鹽脅迫下即可產生明顯的生長抑制作用。

圖1 混合鹽脅迫下白榆幼苗的株高增長量和地徑增長量Fig.1 Plant height growth and ground diameter growth of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.1.2 混合鹽脅迫對白榆幼苗生物量、鹽耐受系數的影響 由表1 可知，總生物量、根質量和鹽耐受系數均隨鹽脅迫濃度增加而下降，各處理組與CK 相比差異顯著（P＜0.05）。T5 處理白榆幼苗的總生物量、根質量和鹽耐受系數下降最明顯，與CK 相比，分別降低了60.01%、57.36%、60.0%；T2、T3、T4、T5處理組間總生物量、根質量以及鹽耐受系數下降平緩，差異不顯著（P＞0.05）；T1 處理白榆幼苗的總生物量、根質量和鹽耐受系數均顯著高于其他鹽脅迫處理（P＜0.05）。根冠比在某種程度上可反映植物在鹽脅迫環境下的適應能力，鹽脅迫處理根冠比均大于CK，說明鹽脅迫對于植株的根系部分抑制作用小于地上部分，T4 處理根冠比最大，與CK 相比，增加了25.66%，但各鹽脅迫處理根冠比與CK 相比差異不顯著（P＞0.05）。結果表明白榆幼苗應對鹽脅迫的策略是通過增加幼苗根部生物量來實現的。

表1 混合鹽脅迫下白榆幼苗的生物量和鹽耐受系數Table1 Biomass and salt tolerance coefficient of Ulmus pumila seedlings under different mixed salt stress

2.2 混合鹽脅迫對白榆幼苗生理指標的影響

2.2.1 混合鹽脅迫對白榆幼苗MDA 含量及SS 含量的影響 如圖2 所示，同一處理時間時，隨著鹽濃度的增加，MAD 含量也隨之增加；T5 處理脅迫7、14、21、28、35 d 時 MDA 含量分別為 3.47、4.33、3.88、3.93、3.61 mol·g-1，分別比 CK 顯著增加了17.63%、72.51%、8.99%、35.52%、45.56%（P＜0.05）。在同一鹽濃度脅迫處理下，白榆幼苗SS 含量在脅迫 7、14、21、28 d 時均呈現先上升后下降的趨勢，T2 處理脅迫 7、14、28 d 時 SS 含量均達到最大值。脅迫35 d 時，白榆幼苗SS 含量隨著鹽脅迫濃度的增加呈現明顯下降趨勢，各處理組SS含量均顯著低于CK（P＜0.05）。結果表明，白榆幼苗在鹽濃度較低時，細胞膜系統受到損害，MDA 含量增加，但可通過增加可溶性糖含量進行自我調節。

圖2 混合鹽脅迫下白榆幼苗MDA含量及SS含量的變化Fig.2 Changes of MDA content and SS content of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.2.2 混合鹽脅迫對白榆幼苗SOD 活性及POD活性的影響 由圖3 可知，同一脅迫處理時間，隨著混合鹽脅迫濃度的提高，白榆幼苗葉片的SOD活性和POD 活性均呈現先增加后降低的趨勢。T2 處理脅迫 7、14、21、28 d 時 SOD 活性均增加到最大值，分別較CK 顯著增加了49.25%、22.74%、24.06%、13.55%（P＜0.05）；T1 處理脅迫35 d 時 SOD 活性達到最大值（P＜0.05）。T2 處理脅迫 7、14、21、28、35 時 POD 活性均達到最大值，分別較CK 顯著增加了16.82%、12.69%、52.58%、40.66%、31.53%（P＜0.05）。結果表明，白榆幼苗可通過提高體內的SOD 活性和POD 活性來抵御低濃度鹽脅迫。

圖3 混合鹽脅迫下白榆幼苗SOD活性及POD活性的變化Fig.3 Changes of SOD and POD activities of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

2.2.3 混合鹽脅迫對白榆幼苗膜透性及葉綠素的影響 由圖4 可知，在同一脅迫時間處理下，隨著混合鹽濃度的增加，白榆幼苗葉片的相對電導率整體上呈增加的趨勢。T5 時，白榆幼苗相對電導率達到最大值，脅迫7、14、21、28、35 d 分別較CK顯著增加了52.33%、82.88%、70.17%、91.70%及85.90%（P＜0.05）。同一脅迫時間處理下，隨著鹽濃度的增加，白榆幼苗葉片的葉綠素含量均呈現下降的趨勢，T5 處理葉綠素含量在不同脅迫時間下含量均最低，CK 均最高。脅迫 7、14、21、28、35 d 時，T5 處理葉綠素含量分別較CK 顯著降低了39.88%、27.11%、58.88%、77.55%、83.96%（P＜0.05）。結果表明，鹽脅迫對白榆幼苗體內的膜透性及葉綠素損害較為嚴重，在鹽脅迫下，白榆幼苗的相對電導率顯著增加，葉綠素含量顯著下降。

圖4 混合鹽脅迫下白榆幼苗相對電導率及葉綠素含量的變化Fig.4 Changes of relative conductivity and chlorophyll content of Ulmus pumila seedlings under mixed salt stress

3 討論

鹽堿地成分較為復雜，用單一成分鹽對植物進行抗鹽性研究存在一定程度的局限性，但目前混合鹽脅迫對白榆幼苗生長及生理特性的研究鮮見報道。本研究結果表明，白榆幼苗在混合鹽脅迫下，其生物量、株高增長量及地徑增長量均受到明顯抑制，這與前人對降香黃檀幼苗[21]、檉柳以及白刺[22]等研究結果一致。

根冠比可反映植物在逆境環境中生物量對地上部分與根系部分的分配，植物的不同器官對于鹽分的敏感程度不同，進而造成植物生物量分配存在差異[19]。多數植物為能夠在高鹽濃度的環境下生存，會通過降低地上生物量的積累以維持植物體內的水分[23]。本研究結果表明，不同混合鹽濃度處理下白榆幼苗的根冠比均大于對照，說明白榆幼苗應對鹽脅迫的策略是通過增加幼苗根部生物量來實現的，原因為增加根系生物量有利于幼苗對水分的吸收，進而稀釋細胞內的鹽分，提高耐鹽性。

膜系統是植物在鹽脅迫條件下受植物鹽害的主要部位，細胞膜受到損害時丙二醛含量會增加[24]，電導率也會發生變化[25]。本研究結果表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，丙二醛含量和相對電導率逐漸增加；同時，植物體內的過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性會被激活，從而加大對細胞內自由基的清除作用，提高其自身清除活性氧的能力，減輕膜脂過氧化的程度。在不同脅迫時間處理時，過氧化物酶和超氧化物歧化酶酶活性最大值均出現在鹽濃度為30 mmol·L-1時，說明在更高鹽濃度脅迫下，鹽傷害會導致植物體內產生大量的活性氧，細胞內過氧化物酶及超氧化物歧化酶等保護酶系統也會受到破壞，導致活性降低，膜系統的傷害指數隨之增加[26]。

可溶性糖對維持植物體內的滲透壓至關重要，其含量在逆境環境下會有所增加[27]。本研究結果表明，隨著脅迫時間的延長，可溶性糖含量無顯著變化，而較低混合鹽脅迫濃度可增加溶性糖含量，原因為低鹽脅迫環境下會使白榆幼苗體內滲透壓升高，提高細胞的吸水能力；但當鹽濃度增高到一定量時，細胞離子平衡系統遭到破壞，滲透勢下降，可溶性糖含量會急劇降低[28]。如在鹽脅迫處理35 d 時，白榆幼苗可溶性糖含量出現明顯下降的趨勢，說明植物自身對鹽傷害的修復能力已達到極限。

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，葉綠素含量可直接反映植物光合能力。植物在鹽脅迫條件下，往往會抑制葉綠素的合成，從而會一定程度影響其生長狀況[29]。本研究結果表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，白榆幼苗體內的葉綠素含量呈顯著下降的趨勢，這與閆晶秋子等[18]對蒙桑鹽脅迫研究的結果一致。

林興生等[30]對稗草進行研究，發現NaCl 濃度為100 mmol·L-1時，植株死亡率高達40%；黃山欒在鹽濃度為75 mmol·L-1時部分種苗出現枯萎甚至死亡現象，NaCl 濃度為 100 mmol·L-1時，農桑14 號、農桑12 號以及農桑32 號出現整片葉泛黃，甚至部分植物死亡的情況[18]；韓志平等[31]研究結果顯示，黃花菜在混合鹽脅迫15 d 時致死濃度為100 mmol·L-1；混合鹽對植物的影響大于 NaCl 單鹽[32-33]。本研究結果表明，鹽脅迫35 d 時，混合鹽濃度為100 mmol·L-1的白榆幼苗仍可發育，說明白榆幼苗具有較強的抗鹽能力。

綜上所述，白榆幼苗在鹽脅迫條件下，生物量降低、生長發育受到明顯的抑制，隨著鹽脅迫濃度的增加以及脅迫時間的延長，白榆幼苗通過激發自身體內的過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量的積累，從而減少細胞膜損傷的程度；并通過增加可溶性糖含量，提高白榆幼苗的滲透調節能力，降低鹽脅迫對白榆幼苗的傷害；在鹽濃度為 100 mmol·L-1，白榆幼苗脅迫至 35 d 時，白榆幼苗出現葉片泛黃以及輕微葉片萎蔫，但仍可正常發育生長，說明白榆幼苗表現出較好的適應性和耐鹽性，可用于鹽堿地造林綠化。