周向睿，岳利軍，王鎖民＊

（1．蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州730020；2．甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，甘肅 蘭州730070）

霸王（Zygophyllumxanthoxylum）屬蒺藜科，是多漿強旱生灌木［1］，分布于我國西北地區(qū)荒漠、草原化荒漠及荒漠化草原地帶，是荒漠灌叢植被的主要優(yōu)勢種和建群種之一，在維系生態(tài)平衡、保持生物多樣性方面發(fā)揮著巨大的作用［2－4］。

研究表明，霸王、梭梭（Halaxylonammodendron）等多漿旱生植物通過根吸收大量Na＋，然后將其運輸?shù)饺~或同化枝，并區(qū)域化進液泡作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來進行滲透調(diào)節(jié)，因此，多漿旱生植物適應(yīng)干旱環(huán)境的最有效策略是積累Na＋［5］。進一步分析表明，外源加入50mmol／L NaCl后，干旱脅迫下Na＋在霸王葉滲透調(diào)節(jié)中的貢獻從13%提高到了28%，同時，提高了霸王的光合能力，增強了葉中SOD和CAT酶的活性，從而促進了霸王的生長并提高植株的抗脅迫能力［6－10］。根據(jù)以上研究，王鎖民等［11］研制出一種顯著促進荒漠植物生長、提高其抗旱性的鈉復(fù)合肥。研究表明，鈉復(fù)合肥能顯著促進白刺（Nitrariatangutorum）、梭梭的成活率及抗旱性［12－14］。鑒于此，本研究以荒漠植物霸王為材料，探討了鈉復(fù)合肥在多漿旱生植物抗旱性方面的作用，以期為鈉復(fù)合肥的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 供試土壤

供試土壤采自內(nèi)蒙古阿拉善左旗孿井灘荒漠土，土壤pH值為7．5，基本化學(xué)性狀見表1。

表1 供試土壤基本化學(xué)性狀Table 1 Soil chemical properties for the experimentsμmol／g干土 Dry soil

1．2 實驗材料及材料培養(yǎng)

霸王種子采自內(nèi)蒙古阿拉善左旗孿井灘。挑選籽粒飽滿的霸王種子，用75%乙醇浸泡1min，然后用蒸餾水沖洗3次，再用蒸餾水浸泡24h，催芽。待發(fā)芽后，移栽到盛有10kg土壤的花盆中（高22cm、內(nèi)徑28cm）。培養(yǎng)室的晝夜溫度為（28±2）℃／（23±2）℃，光照16h／d，光強度約為600μmol／（m2·s），相對濕度60%～80%。土壤含水量保持在最大持水量的70%。

1．3 材料處理

幼苗生長4周后，進行以下3個處理：對照（不施肥）、磷酸二銨肥（與鈉復(fù)合肥含等量的N和P）以及鈉復(fù)合肥，鈉復(fù)合肥現(xiàn)已獲國家發(fā)明專利［11］。3個處理在正常生長4周后停止?jié)菜?，讓其自然干旱。直到對照植株出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象（2周）后，測定相關(guān)指標(biāo)，每個處理取6個重復(fù)。

1．4 測定指標(biāo)與方法

組織含水量的測定：按（FW－DW）／DW計算，F(xiàn)W為鮮重，DW為干重。植物中Na＋、K＋含量的測定：將烘至恒重的植物根、莖、葉干樣搗碎后放入20mL試管中，加入100mmol／L的冰乙酸10mL。然后密封試管，置于90℃沸水中水浴2h，冷卻，過濾，稀釋適當(dāng)倍數(shù)后，在火焰光度計（2655－00）上測定離子含量［15］。

丙二醛（MDA）的測定：參考Peever和Higgins［16］的方法，用硫代巴比妥酸（TBA）法提取。質(zhì)膜透性的測定：參考Gibon等［17］的方法，用DDS－ⅡA型電導(dǎo)率儀測定。

相對有機干重的測定：參考Khan等［18］的方法。取植物同一部位的葉片，快速用水洗去表面灰塵，吸水紙吸干后放入105℃的烘箱中殺青10min，之后在80℃下烘干至恒重，稱其干重。然后放入坩堝中置于馬富氏爐中在550℃下烘2h，灰化后稱灰分的重量。相對有機干重（%）＝［（干重－灰分重量）／干重］×100%。

光合指標(biāo)的測定：用Li－6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)測定光合速率；用PAM2100葉綠素?zé)晒鈨x進行測定PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率（Pv／Pm）、電子傳遞速率（ETR）和量子產(chǎn)額。

穩(wěn)定碳同位素（δ13C）的測定：將各處理葉樣放入烘箱中，105℃殺青30min，70℃下烘干至恒重（約72h），研磨過篩，經(jīng)高溫燃燒成CO2，用 MAT－251型質(zhì)譜儀測定樣品的13C／12C，并根據(jù)以下公式計算δ13C：δ13C ＝（Rp－Rs）／Rs，式中Rp、Rs分別表示植物組織樣品和標(biāo)準(zhǔn)化石PDB的13C／12C。

1．5 數(shù)據(jù)處理

用Excel制圖，用SPSS 16．0軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析比較不同處理間各項指標(biāo)的差異。

2 結(jié)果與分析

2．1 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王生物量的影響

施磷酸二銨后，與對照相比，霸王幼苗葉面積、相對有機干重、株高、葉片干重和組織含水量分別增加了41%，3%，30%（表2），14%（圖1）和190%（圖1）。而與對照和磷酸二銨處理相比，施鈉復(fù)合肥后霸王幼苗葉面積分別增加了97%和40%，葉相對有機干重增加了10%和7%，株高增加了30%和12%（表2），葉干重增加了57%和38%（圖1），含水量增加了347%和55%（圖1）。由此可見，在干旱脅迫下，磷酸二銨和鈉復(fù)合肥對霸王生長均有促進作用，但鈉復(fù)合肥的效果比磷酸二銨更好。

表2 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗葉面積、葉相對有機干重及株高的影響Table 2 Effects of Na compound fertilizer on leaf area，leaf relative organic weight and plant height in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

圖1 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗干重及組織含水量的影響Fig．1 Effects of Na compound fertilizer on dry weight and tissue water content in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

2．2 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王細胞膜受損程度的影響

在干旱脅迫下，與對照相比磷酸二銨處理植株葉MDA含量和相對質(zhì)膜透性分別下降了48%和32%。而與對照和磷酸二銨處理相比，施鈉復(fù)合肥后霸王幼苗葉MDA含量顯著下降了58%和18%（圖2），相對質(zhì)膜透性下降了50%和26%（圖2）?？梢姡c復(fù)合肥比磷酸二銨更能減輕干旱脅迫對霸王細胞膜的傷害程度。

圖2 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗葉MDA含量和相對質(zhì)膜透性的影響Fig．2 Effects of Na compound fertilizer on leaf MDA content and relative plasma membrane permeability in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

2．3 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王體內(nèi)Na＋、K＋濃度的影響

磷酸二銨處理與對照相比，霸王體內(nèi)Na＋濃度差異不顯著（圖3）。而在鈉復(fù)合肥處理下，霸王體內(nèi)則積累了更多的Na＋。與對照相比，施鈉復(fù)合肥后霸王幼苗根、莖和葉中Na＋濃度分別增加了67%，95%和75%（圖3）；同時，K＋濃度則下降了50%，32%和55%（圖3）。

2．4 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王光合作用的影響

由表3可知，在干旱脅迫下，磷酸二銨和鈉復(fù)合肥處理下霸王幼苗的Pn、Fv／Fm、ETR以及量子產(chǎn)額均顯著增加。與對照相比，磷酸二銨處理植株分別增加了100%，3%，8%和8%；而與對照和磷酸二銨處理相比，施鈉復(fù)合肥后植株的Pn分別增加了145%和24%，F(xiàn)v／Fm增加了6%和4%，ETR增加了16%和8%，量子產(chǎn)額增加了14%和5%。這些結(jié)果表明，鈉復(fù)合肥比磷酸二銨更能增強霸王的光合作用，從而促進其生長來提高抗旱能力。

2．5 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王水分利用效率的影響

植物葉片δ13C的值可以反映水分利用效率。與對照相比，鈉復(fù)合肥處理植株葉片δ13C的值增加了4%（圖4）。這說明在干旱脅迫下，施鈉復(fù)合肥能夠提高霸王的水分利用效率。

圖3 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗Na＋和K＋濃度的影響Fig．3 Effects of Na compound fertilizer on Na＋ and K＋ concentrations in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

表3 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗光合作用的影響Table 3 Effects of Na compound fertilizer on photosynthesis in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

3 討論

圖4 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥對霸王幼苗葉片δ13C的影響Fig．4 Effects of Na compound fertilizer onδ13C in Z． xanthoxylumseedling under drought stress

3．1 鈉復(fù)合肥減輕了干旱脅迫對霸王細胞膜的傷害

干旱脅迫會引起活性氧的大量積累，導(dǎo)致膜脂過氧化產(chǎn)生丙二醛，從而破壞植物的細胞膜，抑制植物生長［19］。在本研究中，對照植株葉MDA含量和相對質(zhì)膜透性最高，磷酸二銨處理次之，鈉復(fù)合肥處理植株最低（圖2），說明磷酸二銨和鈉復(fù)合肥均能緩解干旱脅迫對霸王細胞膜造成的傷害，但鈉復(fù)合肥的效果更好。有研究表明，植物是通過過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）來避免活性氧的傷害［20］。蔡 建 一 等［8］發(fā)現(xiàn)，在 滲 透 脅迫下，50 mmol／L NaCl能夠顯著提高霸王體內(nèi)CAT和SOD的活性。由此表明Na＋能夠減輕干旱所引起的細胞膜的傷害。由于本實驗中磷酸二銨和鈉復(fù)合肥處理中氮磷含量相當(dāng)，因此，二者之間的差異是由鈉復(fù)合肥中的Na＋引起的。

3．2 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥增強了霸王的光合能力

與對照相比，干旱脅迫下磷酸二銨和鈉復(fù)合肥促進了霸王的生長，株高、有機干重、干重等均顯著增加，但鈉復(fù)合肥的促進作用更大（表2和圖1）。進一步分析鈉復(fù)合肥對霸王光合作用的影響表明，與對照和磷酸二銨處理相比，施鈉復(fù)合肥顯著促進了霸王的Pn、Fv／Fm、ETR以及量子產(chǎn)額（表3）。這可能是由于霸王體內(nèi)積累了更多的Na＋（圖3）。Wang等［5］研究表明，霸王、梭梭等多漿旱生植物能夠吸收大量的Na＋，并通過液泡膜Na＋／H＋逆向轉(zhuǎn)運蛋白（NHX）將其區(qū)域化進液泡中以適應(yīng)干旱環(huán)境［21－22］。另外，馬清等［7］研究表明，在水分脅迫下，50mmol／L NaCl能夠顯著促進霸王的葉面積、Pn和氣孔導(dǎo)度，同時，PSⅡ的潛在光合活性（Fv／Fo）、Fv／Fm、ETR、葉綠素含量以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）活性均顯著增加。

3．3 干旱脅迫下鈉復(fù)合肥提高了霸王的水分利用效率

研究表明，植物葉片δ13C的值能夠反映其水分利用效率［23－24］，二者呈正相關(guān)關(guān)系［25－26］。本研究結(jié)果表明，與對照相比，在施鈉復(fù)合肥后霸王葉片δ13C的值顯著增加（圖4）?？梢?，鈉復(fù)合肥能夠促進干旱脅迫下霸王的水分利用效率。研究表明，干旱脅迫下，50mmol／L NaCl使霸王葉中的Na＋增加了2．3倍，Na＋相應(yīng)地在植株滲透調(diào)節(jié)中的貢獻從13%提高到了28%，同時霸王植株的水分狀況明顯改善［9］。蔡建一等［8］研究表明在重度水分脅迫（－1．5MPa）下，外源加入50mmol／L NaCl能夠使霸王水分利用效率增加1倍。由此可見，通過吸收Na＋來進行滲透調(diào)節(jié)，是鈉復(fù)合肥提高霸王水分利用效率的重要原因。

4 結(jié)論

鈉復(fù)合肥與對照和磷酸二銨相比顯著緩解了干旱脅迫對霸王幼苗的氧化傷害。同時，鈉復(fù)合肥比磷酸二銨更能促進霸王幼苗的光合能力，從而提高其生物量。另外，鈉復(fù)合肥提高了霸王在干旱脅迫下的水分利用效率。綜上所述，鈉復(fù)合肥在增強霸王抗旱性中起到了重要作用。

［1］Dong X J，Zhang X S．Some observations of the adaptations of sandy shrubs to the arid environment in the Mu Us sandland：leaf water relations and anatomic features［J］．Journal of Arid Environments，2001，48（1）：41－48．

［2］劉桂香，任志弼．阿拉善荒漠區(qū)幾種主要植物飼用價值的探討［J］．中國草地，1990，5：31－34．

［3］李毅，徐世健，馮虎元，等．蒙古沙冬青和霸王種子超干保存效果的研究［J］．中國沙漠，2007，27（4）：578－583．

［4］趙一之，朱宗元．亞洲中部荒漠區(qū)的植物特有屬［J］．云南植物研究，2003，25（2）：113－121．

［5］Wang S M，Wan C G，Wang Y R，etal．The characteristics of Na＋，K＋and free proline distribution in several drought resistant plants of the Alxa Desert，China［J］．Journal of Arid Environments，2004，56（3）：525－539．

［6］李三相，周向睿，王鎖民．Na＋在植物中的有益作用［J］．中國沙漠，2008，28（3）：485－490．

［7］馬清，樓潔瓊，王鎖民．Na＋對滲透脅迫下霸王幼苗光合特性的影響［J］．草業(yè)學(xué)報，2010，19（3）：198－203．

［8］蔡建一，馬清，周向睿，等．Na＋在霸王適應(yīng)滲透脅迫中的生理作用［J］．草業(yè)學(xué)報，2011，20（1）：89－95．

［9］Ma Q，Yue L J，Zhang J L，etal．Sodium chloride improves photosynthesis and water status in the succulent xerophyteZygophyllumxanthoxylum［J］．Tree Physiology，2011，32（1）：4－13．

［10］Yue L J，Li S X，Ma Q，etal．NaCl stimulates growth and alleviates water stress in the xerophyteZygophyllumxanthoxylum［J］．Journal of Arid Environments，2012，87：153－160．

［11］王鎖民，周向睿，岳利軍．鈉復(fù)合肥及其應(yīng)用和施用方法［P］：中國，ZL200710018840．0．2011－03－16．

［12］段嬌嬌，康建軍，于健龍，等．鈉復(fù)合肥培育白刺強旱生植株的研究［J］．草業(yè)科學(xué)，2011，28（6）：1019－1024．

［13］康建軍，王鎖民，趙明，等．苗期施用鈉復(fù)合肥增強梭梭抗逆性的初步研究［J］．草業(yè)學(xué)報，2011，20（2）：127－133．

［14］徐建華，于健龍，伍國強，等．鈉復(fù)合肥增強荒漠區(qū)梭梭抗旱性的研究［J］．草業(yè)科學(xué)，2011，28（6）：1025－1029．

［15］Flowers T J，Hajibagheri M A．Salinity tolerance inHordeumvulgare：ion concentrations in root cells of cultivars differing in salt tolerance［J］．Plant and Soil，2001，231（1）：1－9．

［16］Peever T L，Higgins V J．Electrolyte leakage，lipoxygenase，and lipid peroxidation induced in tomato leaf tissue by specific and non specific elicitors fromCladosporiumfluvum［J］．Plant Physiology，1989，90（3）：867－875．

［17］Gibon Y M，Bessieres M A，Larher F．Is glycine betaine a non－compatible solute in higher plants that do not accumulate it？［J］．Plant Cell and Environment，1997，20（3）：329－340．

［18］Khan M A，Ungar I A，Showalter A M．The effect of salinity on the growth，water status，and ion content of a leaf succulent perennial halophyte，Suaedafruticosa（L．）Forssk［J］．Journal of Arid Environments，2000，45（1）：73－84．

［19］霍紅，張勇，陳年來，等．干旱脅迫下五種荒漠灌木苗期的生理響應(yīng)和抗旱評價［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：185－189．

［20］Lin J N，Kao C H．Water stress，ammonium and leaf senescence in detached rice leaves［J］．Plant Growth Regulation，1998，25（3）：165－169．

［21］Blumwald E，Aharon G S，Apse M P．Sodium transport in plant cells［J］．Biochimicaet Biophysica Acta，2000，1465（1－2）：140－151．

［22］Wu G Q，Xi J J，Wang Q，etal．TheZxNHXgene encoding tonoplast Na＋／H＋antiporter from the xerophyteZygophyllumxanthoxylumplays important roles in response to salt and drought［J］．Journal of Plant Physiology，2011，168（8）：758－767．

［23］Farquhar G D，Rechards R A．Isotopic composition of plant carbon correlates with water－use efficiency of wheat genotypes［J］．Australian Journal of Plant Physiology，1984，11（6）：539－552．

［24］Lajtha K K，Michener R H．Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science［M］．London：Blackwell Scientific Publications，1994：1－5．

［25］Knight J D，Livingston N J，Vankessel C．Carbon isotope discrimination and water－use efficiency of six crops grown under wet and dry land conditions［J］．Plant，Cell and Environment，1994，17（2）：173－179．

［26］Sun Z J，Livingston N J，Guy R D，etal．Stable carbon isotopes as indicators of increased water use efficiency and productivity in white spruce（Piceaglauca（Moench）Voss）seedlings［J］．Plant，Cell and Environment，1996，19（7）：887－894．