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不同生境種源鹽地堿蓬幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)

彭斌，許偉，邵榮，封功能，石文艷

(鹽城工學(xué)院，江蘇省海洋灘涂生物化學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鹽城 224041)

摘要：為探討鹽地堿蓬適應(yīng)不同生境的生理機(jī)制，研究了不同鹽分處理(0，200和400 mmol/L的NaCl；0，200和400 mmol/L的KCl)對(duì)鹽堿地和潮間帶兩種種源鹽地堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育、植株離子積累、葉片光合熒光指標(biāo)和植株抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明,與對(duì)照相比，200 mmol/L的NaCl處理使鹽地堿蓬的地上部鮮重、干重、肉質(zhì)化程度顯著增加，400 mmol/L的NaCl處理和兩種濃度的KCl處理使鹽地堿蓬的鮮重、干重、肉質(zhì)化程度顯著降低。不同濃度的NaCl處理使鹽地堿蓬地上部Na+和Cl-含量顯著增加，K+含量顯著降低；不同濃度的KCl處理使鹽地堿蓬地上部K+和Cl-含量顯著增加，Na+含量顯著降低。200 mmol/L的NaCl處理對(duì)堿蓬葉片的凈光合速率、光合放氧速率、Fv/Fm值和φPSⅡ值無(wú)明顯影響，而KCl處理則使堿蓬葉片各光合熒光參數(shù)顯著降低。低濃度(200 mmol/L)NaCl處理使堿蓬SOD活性顯著增加，但高濃度(400 mmol/L)NaCl處理和兩種濃度的KCl處理均使堿蓬SOD活性顯著降低。兩種離子的不同濃度處理均使堿蓬POD活性顯著增加。潮間帶種源鹽地堿蓬的地上部鮮重、干重、肉質(zhì)化程度、光合熒光參數(shù)、地上部離子含量(Na+和Cl-)均顯著低于鹽堿地生境。鉀鹽對(duì)鹽地堿蓬的脅迫效應(yīng)顯著大于鈉鹽。鹽堿地生境種源鹽地堿蓬對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)顯著高于潮間帶。

據(jù)報(bào)道，目前全世界有鹽堿地1.0×109hm2，其中鹽漬耕地6.6×106hm2，鹽漬荒地2.0×107hm2，日益嚴(yán)重的土壤鹽漬化已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大難題[1]。我國(guó)是世界鹽堿地大國(guó)之一，各種類型鹽漬土的總量為9913.3萬(wàn)hm2，其中現(xiàn)代鹽漬化土壤約3693.3萬(wàn)hm2，殘余鹽漬化土壤約4486.7萬(wàn)hm2，潛在鹽漬化土壤為1733.3萬(wàn)hm2，據(jù)統(tǒng)計(jì)海涂土壤占海岸帶土壤總面積的17%，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)及長(zhǎng)江以北沿海地帶，迄今為止，我國(guó)還有80%左右鹽漬土尚未得到開發(fā)利用。土壤鹽漬化已成為限制我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大障礙。國(guó)內(nèi)外沿海灘涂土地資源的開發(fā)利用，一方面采用鹽漬土改良，降低土壤鹽分，以適應(yīng)一般作物生長(zhǎng)；另一方面，選育耐鹽植物品種直接在濱海鹽土上種植，而后者越來(lái)越成為世界范圍內(nèi)濱海鹽土農(nóng)業(yè)的研究熱點(diǎn)。大力引種具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鹽生植物，增加地面覆蓋以減少地表蒸發(fā)，既可改良土壤，扼制土地的鹽漬化，又可實(shí)現(xiàn)鹽荒地的利用。

鹽生植物作為在鹽土上完成整個(gè)生活世代的天然植物，在其與環(huán)境協(xié)同演化過程中形成了一系列的適應(yīng)性策略，在鹽堿地改良和作物耐鹽方面起到了重要作用[2]。鹽地堿蓬(Suaedasalsa)是一種典型的真鹽生植物，具有耐鹽堿[3]、耐旱[4]、耐澇[5]等特性，其嫩莖葉營(yíng)養(yǎng)豐富，可做蔬菜，種子可榨油，保健價(jià)值極高[6]，鹽堿地種植可顯著降低土壤含鹽量，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[7]，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。鹽地堿蓬有兩種生長(zhǎng)環(huán)境，一是在潮水經(jīng)常浸沒的潮間帶生境，二是距離海邊較遠(yuǎn)的內(nèi)陸鹽堿地生境，前者主要受高鹽、低溫和澇漬的影響，其植株在整個(gè)生長(zhǎng)期間地上部分呈紫紅色，后者主要受鹽分和干旱的影響，其植株呈綠色。

前人對(duì)鹽分脅迫下鹽地堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育及耐鹽生理特征等方面進(jìn)行了廣泛的研究[8-10]，但不同離子的鹽分脅迫對(duì)堿蓬的影響有何區(qū)別，不同生境條件的堿蓬對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)是否存在差異？前人對(duì)此鮮有報(bào)道。據(jù)此，本研究以鹽堿地生境和潮間帶生境堿蓬種子培育幼苗為材料，設(shè)置Na+和K+不同濃度處理，研究不同生境鹽地堿蓬對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)，試圖為探討鹽地堿蓬適應(yīng)不同生境的生理生態(tài)機(jī)制及其開發(fā)利用提供一定參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用鹽堿地及潮間帶鹽地堿蓬棕色大種子，于2014年11月采集自江蘇如東境內(nèi)的內(nèi)陸鹽堿地(土壤Na+和K+含量分別為1.9和2.3 g/kg干土)及潮間帶(土壤Na+和K+含量分別為4.5和5.8 g/kg干土)。自然曬干的種子于冰箱中冷藏保存。

1.2材料的培育及試驗(yàn)處理

挑選籽粒飽滿的鹽堿地及潮間帶生境鹽地堿蓬棕色大種子，播前用500 mg/L的KMnO4溶液浸種20 min，換清水浸種4 h，播種于干凈河沙(用去離子水沖洗掉沙中離子)的塑料花盆(底部直徑15 cm，高32 cm)中，每天用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌。長(zhǎng)至2～3片真葉時(shí)間苗。待植株長(zhǎng)至10～12 cm時(shí)，每盆留8株，開始鹽分處理。NaCl設(shè)3個(gè)濃度：0，200，400 mmol/L，KCl設(shè)3個(gè)濃度：0，200，400 mmol/L，以KOH和H2SO4調(diào)節(jié)pH值在6.2左右，每個(gè)處理4盆(兩種生境各4盆)，每天定時(shí)澆灌，澆灌量約為細(xì)沙持水量2倍，約2/3溶液流出，以確保鹽分不在沙中積累。為避免鹽分沖擊，鹽分溶液開始處理時(shí)每天以50 mmol/L遞增，在400 mmol/L的處理達(dá)到其終濃度后再處理10 d，測(cè)定相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)。

1.3項(xiàng)目測(cè)定

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)在每盆堿蓬幼苗中選取其平均長(zhǎng)度左右的4株，取出沖選干凈后，將根部與地上部分開，吸干水分后測(cè)定地上部每株鮮重；然后放至烘箱中105℃殺青15 min，75℃烘干至恒重，測(cè)定其干重；肉質(zhì)化程度按鮮重/干重計(jì)算。

1.3.2離子含量測(cè)定將植物材料用去離子水快速?zèng)_洗干凈，吸干水分，稱取0.5 g 相同葉位(從主莖頂端第3片到第8片完全伸展葉)葉片并剪碎，放入試管，加入10 mL去離子水，封口后于沸水浴中50 min后取出，過濾并定容至25 mL。Na+和K+用火焰光度計(jì)測(cè)定，Cl-用PXSJ-216型離子分析儀氯離子選擇性電極測(cè)定。

1.3.3光合熒光參數(shù)測(cè)定凈光合速率采用GFS-3000便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)，通過功能鍵控制好測(cè)定光強(qiáng)為(1200±20) μmol/(m2·s)，溫度為25℃左右，設(shè)置CO2濃度為0.37‰左右，重復(fù)10次，取其平均值。

葉片光合放氧速率采用英國(guó)Oxy-lab系統(tǒng)(Chlorolab 2 型液相氧電極)測(cè)定。冷光源提供光照條件，反應(yīng)杯內(nèi)光強(qiáng)為1000 μmol/(m2·s),反應(yīng)杯內(nèi)溫度由恒溫水浴控制在(22±0.2)℃[11]。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用GFS-3000便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)，結(jié)合熒光附件3050-F測(cè)定，暗適應(yīng)30 min后測(cè)定葉片F(xiàn)v/Fm值，計(jì)算φPSⅡ值。

1.3.4抗氧化系統(tǒng)指標(biāo)采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性[12]，采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性[12]。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)作圖，用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SD)表示，以P<0.05表示差異顯著，采用字母標(biāo)注法。

2結(jié)果與分析

2.1不同生境種源鹽地堿蓬幼苗生長(zhǎng)對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)

鹽分處理對(duì)不同生境種源鹽地堿蓬植株生長(zhǎng)的影響見表1。與對(duì)照(0 mmol/L鹽分處理，下同)相比，200 mmol/L的NaCl處理使潮間帶種源鹽地堿蓬地上部鮮重略有增加，使鹽堿地種源堿蓬地上部鮮重顯著增加(50.7%)；400 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源堿蓬地上部鮮重比對(duì)照分別降低11.3%和10.0%，差異均未達(dá)顯著。KCl處理使兩種種源堿蓬地上部鮮重均不同程度降低，其中200 mmol/L的處理使鹽堿地和潮間帶種源地上部鮮重分別比對(duì)照降低29.0%(P<0.01)和10.3% (P>0.05)，400 mmol/L的處理分別降低55.1%(P<0.01)和23.1%(P<0.05)。從不同種源來(lái)看，所有處理?xiàng)l件下潮間帶種源堿蓬地上部鮮重均低于鹽堿地，總體平均降低41.5%，達(dá)極顯著水平。

200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源堿蓬地上部干重比對(duì)照分別增加14.3%(P<0.05)和4.4%(P>0.05)；400 mmol/L的NaCl處理使對(duì)應(yīng)種源分別降低10.7%和8.9%，均未達(dá)顯著水平。KCl處理使兩種種源的堿蓬地上部干重均不同程度降低，其中200 mmol/L的處理使鹽堿地和潮間帶種源地上部干重比對(duì)照分別降低9.6%和4.7%，均未達(dá)顯著水平；400 mmol/L的處理則分別降低26.5%和14.0%,均達(dá)顯著水平。從不同種源來(lái)看，所有處理?xiàng)l件下潮間帶生境堿蓬地上部干重均低于鹽堿地生境，總體平均降低46.4%，達(dá)極顯著水平。

鹽地堿蓬肉質(zhì)化程度表明了植株含水量的高低。從表1可以看出，200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地種源堿蓬肉質(zhì)化程度比對(duì)照顯著增加31.9%，但對(duì)潮間帶生境堿蓬肉質(zhì)化程度無(wú)顯著影響，400 mmol/L的NaCl處理對(duì)兩種種源的肉質(zhì)化程度均無(wú)明顯影響。200和400 mmol/L的KCl處理使鹽堿地種源堿蓬肉質(zhì)化程度比對(duì)照分別顯著降低21.4%和38.9%；使潮間帶種源堿蓬肉質(zhì)化程度分別降低5.9%(P>0.05)和10.6%(P<0.05)。從不同種源來(lái)看，兩種種源的鹽地堿蓬植株肉質(zhì)化程度對(duì)鹽分處理的響應(yīng)差異較大，鹽堿地種源堿蓬肉質(zhì)化程度受鹽分處理影響較顯著，而潮間帶種源植株肉質(zhì)化程度受鹽分處理的影響則不顯著。

表1　鹽分處理對(duì)不同生境種源鹽地堿蓬幼苗植株生長(zhǎng)的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

注：同列不同小寫字母表示不同濃度下在P<0.05水平上差異顯著，下同。

Note:Different small letters within the same cloumn indicate significantly different atP<0.05 level under the different concentration, the same below.

2.2不同生境種源鹽地堿蓬地上部離子含量對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)

2.2.1不同種源鹽地堿蓬地上部Na+含量對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)不同鹽分處理對(duì)不同生境鹽地堿蓬地上部Na+含量的影響見圖1。不同處理下潮間帶生境堿蓬地上部Na+含量均低于鹽堿地生境，所有處理平均低7.2%，差異不顯著。從不同鹽分處理的差異來(lái)看，不同濃度的NaCl處理使堿蓬Na+含量呈增加趨勢(shì)，不同濃度的KCl處理使堿蓬Na+含量呈降低趨勢(shì)。200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地生境和潮間帶生境的堿蓬地上部Na+含量分別比對(duì)照極顯著增加85.7%和76.9%，400 mmol/L的NaCl處理使兩種生境的Na+含量分別比對(duì)照極顯著增加153.6%和134.6%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地生境和潮間帶生境的堿蓬地上部Na+含量比對(duì)照分別降低11.1%和7.4%，均未達(dá)顯著水平；400 mmol/L的KCl處理使兩種生境的Na+含量比對(duì)照分別降低22.2%和18.5%，均達(dá)顯著水平。

2.2.2不同種源鹽地堿蓬地上部K+含量對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)由圖2可知，與鹽堿地種源相比，潮間帶種源堿蓬地上部K+含量平均降低5.9%，未達(dá)顯著水平。從鹽分處理的差異來(lái)看，NaCl處理使堿蓬K+含量均呈降低趨勢(shì)，KCl處理使堿蓬K+含量均呈增加趨勢(shì)。200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬地上部K+含量比對(duì)照分別顯著降低21.4%和17.9%；400 mmol/L的NaCl處理使兩種種源的K+含量比對(duì)照分別顯著降低50.0%和44.1%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬地上部K+含量比對(duì)照分別極顯著增加87.2%和65.5%；400 mmol/L的KCl處理使兩種種源的K+含量比對(duì)照分別極顯著增加174.5%和128.2%。

2.2.3不同種源鹽地堿蓬地上部Cl-含量對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)圖3表明，與鹽堿地相比，潮間帶生境堿蓬地上部Cl-含量呈降低趨勢(shì)，總體平均降低11.7%，達(dá)顯著水平。從鹽分處理的差異來(lái)看，所有濃度的鹽分處理均使堿蓬地上部Cl-含量呈增加趨勢(shì)。200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬地上部Cl-含量比對(duì)照分別顯著增加123.1%和104.5%；400 mmol/L的NaCl處理使兩種種源的Cl-含量比對(duì)照分別極顯著增加226.9%和184.7%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬地上部Cl-含量比對(duì)照分別極顯著增加132.9%和106.3%；400 mmol/L的KCl處理則分別顯著增加244.9%和184.9%。

2.3不同種源鹽地堿蓬光合熒光指標(biāo)對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)

2.3.1不同種源鹽地堿蓬葉片凈光合速率對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)由圖4可見，與鹽堿地相比，潮間帶種源堿蓬葉片凈光合速率呈降低趨勢(shì)，總體平均降低35.1%，達(dá)顯著水平。從鹽分處理的差異來(lái)看，200 mmol/L的NaCl處理對(duì)兩種生境堿蓬葉片凈光合速率無(wú)顯著影響，但400 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源堿蓬葉片凈光合速率比對(duì)照分別顯著降低12.3%和9.6%。KCl處理使鹽地堿蓬葉片凈光合速率均呈降低趨勢(shì)，其中200 mmol/L的處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬葉片凈光合速率比對(duì)照分別降低9.6%(P<0.05)和7.3%(P>0.05)；400 mmol/L的處理則分別顯著降低21.1%和16.8%。

圖1　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬地上部Na+含量的影響Fig.1　Effect of NaCl and KCl treatments on Na+ content of S. salsa from saline inland or intertidal zone

圖2　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬地上部K+含量的影響Fig.2　Effect of NaCl and KCl treatments on K+ content of S. salsa from saline inland or intertidal zone

不同小寫字母表示不同濃度下在P<0.05水平上差異顯著，下同。Different small letters indicate significantly different atP<0.05 level under the different concentration, the same below.

圖3　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬地上部Cl-含量的影響Fig.3　Effect of NaCl and KCl treatments on Cl-content of S. salsa from saline inland or intertidal zone

圖4　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬葉片凈光合速率的影響Fig.4　Effect of NaCl and KCl treatments on net photosynthesis rate (Pn) in leaves of S. salsa from saline inland or intertidal zone

2.3.2不同種源鹽地堿蓬葉片光合放氧速率對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)圖5表明，與鹽堿地相比，所有處理潮間帶種源堿蓬葉片光合放氧速率呈降低趨勢(shì)，總體平均降低12.3%，達(dá)顯著水平。從鹽分處理的差異來(lái)看，兩種離子的鹽分處理使堿蓬葉片光合放氧速率均呈降低趨勢(shì)。200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源堿蓬葉片光合放氧速率比對(duì)照分別顯著降低7.1%和7.2%，400 mmol/L的NaCl處理則比對(duì)照分別顯著降低12.4%和11.4%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬葉片光合放氧速率比對(duì)照分別顯著降低14.1%和10.3%；400 mmol/L的KCl處理則比對(duì)照分別顯著降低24.2%和15.9%。

2.3.3不同種源鹽地堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)由圖6可知，潮間帶種源堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值極顯著低于鹽堿地，所有處理平均低5.9%。從鹽分處理來(lái)看，NaCl處理對(duì)兩種生境堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值均無(wú)顯著影響，但KCl處理則使堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值呈降低趨勢(shì)，其中200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值比對(duì)照分別顯著降低1.2%和1.1%，400 mmol/L的KCl處理比對(duì)照分別顯著降低2.5%和1.8%。

圖5　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬葉片光合放氧速率的影響Fig.5　Effect of NaCl and KCl treatments on photosynthetic oxygen evolution rate in leaves of S. salsa from saline inland or intertidal zone

圖6　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬葉片F(xiàn)v/Fm值的影響Fig.6　Effect of NaCl and KCl treatments on Fv/Fm in leaves of S. salsa from saline inland or intertidal zone

2.3.4不同種源鹽地堿蓬葉片φPSⅡ值對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)圖7表明，與鹽堿地相比，所有處理潮間帶種源堿蓬葉片φPSⅡ值呈降低趨勢(shì)，總體平均降低13.1%，達(dá)極顯著水平。從鹽分處理來(lái)看，200 mmol/L的NaCl處理對(duì)兩種種源堿蓬葉片φPSⅡ值均無(wú)顯著影響，400 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地堿蓬葉片φPSⅡ值比對(duì)照顯著降低7.9%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬葉片φPSⅡ值比對(duì)照分別顯著降低7.2%和6.4%； 400 mmol/L的KCl處理則比對(duì)照分別顯著降低14.1%和12.7%。

2.4不同生境種源鹽地堿蓬抗氧化系統(tǒng)對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)

2.4.1不同種源鹽地堿蓬SOD活性對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)由圖8可見，所有處理潮間帶種源堿蓬SOD活性均顯著高于鹽堿地，總體平均高14.4%。從鹽分處理來(lái)看，200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源堿蓬SOD活性比對(duì)照分別顯著增加28.8%和13.9%；400 mmol/L的NaCl處理則比對(duì)照分別降低13.5%(P<0.05)和7.7%(P>0.05)。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬SOD活性比對(duì)照分別顯著降低13.7%和10.8%；400 mmol/L的KCl處理則比對(duì)照分別顯著降低24.0%和20.6%。

圖7　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬葉片φPSⅡ值的影響Fig.7　Effect of NaCl and KCl treatments on φPSⅡ in leaves of S. salsa from saline inland or intertidal zone

圖8　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬SOD活性的影響Fig.8　Effect of NaCl and KCl treatments on activity of SOD of S. salsa from saline inland or intertidal zone

2.4.2不同種源鹽地堿蓬POD活性對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬過氧化物酶(POD)活性的影響見圖9。所有處理潮間帶生境堿蓬POD活性均顯著高于鹽堿地，總體平均高9.2%。兩種鹽分不同濃度處理使鹽地堿蓬POD活性均呈增加趨勢(shì)。其中200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬POD活性比對(duì)照分別增加20.4%(P<0.01)和9.8%(P>0.05)；400 mmol/L的NaCl處理則使以上兩種種源的堿蓬葉片POD活性比對(duì)照分別顯著增加34.7%和29.5%。200 mmol/L的KCl處理使鹽堿地和潮間帶種源的堿蓬葉片POD活性比對(duì)照分別顯著增加22.2%和10.5%；400 mmol/L的KCl處理使以上兩種種源比對(duì)照分別顯著增加39.4%和32.5%。

圖9　鹽分處理對(duì)不同種源鹽地堿蓬POD活性的影響Fig.9　Effect of NaCl and KCl treatments on activity of POD of S. salsa from saline inland or intertidal zone

3結(jié)論與討論

有研究指出，鹽分影響鹽生植物的生長(zhǎng)發(fā)育有其直接因素和間接因素，直接因素是鹽分造成的離子毒害，間接因素是由于高離子濃度帶來(lái)的低水勢(shì)[13]。高離子濃度直接抑制葉綠素的合成，降低光合作用，使蛋白質(zhì)代謝異常，從而造成離子毒害[14]，而離子濃度過高帶來(lái)植物生長(zhǎng)環(huán)境的低水勢(shì)，造成植物體內(nèi)產(chǎn)生生理干旱，進(jìn)一步抑制了植物的生長(zhǎng)[15]。但鹽生植物的生長(zhǎng)發(fā)育需要一個(gè)較為適宜的鹽分環(huán)境，鹽分過低也會(huì)造成生長(zhǎng)不利[16-17]。從本研究結(jié)果來(lái)看，200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地生境的堿蓬鮮重和干重均顯著增加，使潮間帶生境的略有增加。而400 mmol/L NaCl處理對(duì)兩種生境堿蓬的生長(zhǎng)造成不同程度的抑制(表1)?？梢?，對(duì)真鹽生植物而言，同樣也需要一個(gè)適宜的鹽分環(huán)境。

鹽生植物堿蓬適應(yīng)鹽旱環(huán)境和鹽漬環(huán)境的一個(gè)重要方式就是葉片的肉質(zhì)化，從而在逆境條件下儲(chǔ)存水分，保證葉片進(jìn)行光合作用，完成正常生理功能[18]。從本研究結(jié)果來(lái)看，200 mmol/L的NaCl處理使鹽堿地堿蓬肉質(zhì)化程度明顯提高，與堿蓬鮮重和干重的響應(yīng)一致，但對(duì)鮮重的促進(jìn)作用更為顯著，增加了葉片的含水量，有效地促進(jìn)了生長(zhǎng)。而高濃度的NaCl處理和兩種濃度的KCl處理則明顯降低了堿蓬的肉質(zhì)化程度，對(duì)鮮重的影響程度大于干重，抑制了植株的生長(zhǎng)(表1)。

鹽生植物在其進(jìn)化過程中形成了一系列的生理機(jī)制以適應(yīng)鹽堿或鹽漬環(huán)境，其中一個(gè)重要的生理機(jī)制就是吸收和積累無(wú)機(jī)離子進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，而Na+和Cl-就是其中很重要的無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。前人研究表明，鹽漬環(huán)境下，鹽生植物通過吸收Na+和Cl-來(lái)降低滲透勢(shì)，從而從土壤中吸收水分[6，19]。鹽漬條件下外界大量鹽離子進(jìn)入堿蓬植株體內(nèi)，通過區(qū)域化作用將Na+貯存在液泡中，從而達(dá)到滲透調(diào)節(jié)和降低離子毒害作用[20]。本研究表明，隨著鹽分離子處理濃度的增加，鹽地堿蓬體內(nèi)積累的對(duì)應(yīng)離子濃度和Cl-亦相應(yīng)增加，但由于Na+和K+交換通道的關(guān)系，堿蓬體內(nèi)Na+和K+濃度變化呈相反趨勢(shì)(圖1和圖2)。K+是植物必需元素，但當(dāng)堿蓬生長(zhǎng)在高濃度的KCl條件下，植株細(xì)胞吸收的大量K+很難進(jìn)入液泡而滯留在細(xì)胞質(zhì)中，造成離子毒害，抑制了植株的生長(zhǎng)代謝[21]。本研究也可以看出，200和400 mmol/L的KCl處理不同程度地抑制了堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育。從不同生境種源的差異來(lái)看，不同鹽分濃度條件下，特別是高鹽分處理?xiàng)l件下，鹽堿地種源堿蓬幼苗地上部離子含量(主要是Na+和Cl-)高于潮間帶，表明在鹽堿地種源堿蓬更能積累較多無(wú)機(jī)離子，從而降低滲透勢(shì)，提高植株吸收水分的能力，這可能也是鹽堿地生境堿蓬更耐干旱的原因之一[10]。

光合作用是植物體內(nèi)非常重要的合成代謝過程，其直接影響了植株的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和最終物質(zhì)積累量。而凈光合速率是反映光合作用的關(guān)鍵指標(biāo)。姚佳等[22]對(duì)耐鹽植物扁蓿豆(Melissilusruthenicus)的研究表明，低鹽處理使扁蓿豆凈光合速率明顯提高，但高濃度鹽分處理則使其凈光合速率顯著降低。本研究表明，200 mmol/L的NaCl處理對(duì)鹽地堿蓬葉片凈光合速率無(wú)明顯影響，但高濃度的離子濃度處理使堿蓬葉片凈光合速率呈顯著降低，與前人耐鹽植物的研究結(jié)論類似?？梢?，對(duì)真鹽生植物堿蓬而言，適宜的鹽分條件不會(huì)對(duì)光合作用造成顯著影響，但離子濃度過高則會(huì)明顯抑制其光合作用。從不同生境種源的差異來(lái)看，鹽堿地種源堿蓬葉片凈光合速率顯著高于潮間帶(圖4)，這可能是鹽堿地生境下的堿蓬生長(zhǎng)發(fā)育顯著好于潮間帶的主要原因。本研究通過測(cè)定堿蓬葉片光合放氧速率進(jìn)一步驗(yàn)證了鹽分脅迫對(duì)光合作用的影響，結(jié)果表明，鹽分脅迫對(duì)堿蓬葉片光合放氧速率的影響與凈光合速率趨勢(shì)一致：隨著離子濃度的增加，對(duì)葉片光合放氧速率的影響程度顯著提高。從不同生境種源差異來(lái)看，鹽堿地堿蓬葉片光合放氧速率顯著高于潮間帶。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)被認(rèn)為是研究植物光合作用與環(huán)境之間的重要指標(biāo)。其中Fv/Fm是最大光化學(xué)效率，能反映光能吸收與轉(zhuǎn)化的完整程度，反映了植物對(duì)光能的利用效率，也是反映植物在鹽分脅迫條件下光合作用受抑制的理想指標(biāo)[23]。φPSⅡ是反映照光條件下，PSⅡ反應(yīng)中心在部分關(guān)閉條件下的實(shí)際光化學(xué)效率[24]。前人有研究表明，鹽脅迫下鹽堿地生境鹽地堿蓬最大光化學(xué)效率Fv/Fm和實(shí)際光化學(xué)效率φPSⅡ沒有顯著變化，說明鹽堿地生境下堿蓬形成了對(duì)高鹽環(huán)境的適應(yīng)性機(jī)制[25]。本研究結(jié)果與前人研究有所差異：200 mmol/L的NaCl處理對(duì)鹽地堿蓬Fv/Fm和φPSⅡ無(wú)顯著影響，但400 mmol/L的NaCl處理和不同濃度的KCl處理均使堿蓬的Fv/Fm和φPSⅡ值顯著降低(圖6和圖7)。可見，鹽地堿蓬經(jīng)過鹽生環(huán)境的長(zhǎng)期進(jìn)化，已適應(yīng)輕中度鹽分環(huán)境，其光系統(tǒng)Ⅱ能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的高活性，但當(dāng)環(huán)境中鹽度過高時(shí)，其光合系統(tǒng)也會(huì)受到傷害[26]。

逆境條件下植物抗氧化保護(hù)酶活性高低一方面與植株抗逆性程度有關(guān)，另外在一定程度上也指示了植株受逆境的脅迫程度。而其中的超氧化物歧化酶(SOD) 是存在于植物中活性氧清除系統(tǒng)的主要酶之一，它通過催化活性氧發(fā)生歧化反應(yīng)產(chǎn)生H2O2，清除超氧自由基，從而提高植物的抗氧化能力。本研究表明，適宜程度的鹽分脅迫(200 mmol/L的NaCl處理)使堿蓬的SOD活性顯著提高，但過高的離子濃度(400 mmol/L的NaCl和KCl處理)反而顯著抑制了堿蓬SOD活性(圖8)。在活性氧清除系統(tǒng)中，過氧化物酶(POD)的功能主要是催化H2O2，促使其分散，從而降低逆境條件下產(chǎn)生的活性氧對(duì)植物細(xì)胞的傷害作用[27]。本研究結(jié)果表明，鹽分脅迫使堿蓬體內(nèi)POD活性顯著增加，且增幅隨著離子濃度的增加而顯著提高(圖9)，可見，鹽地堿蓬POD活性高低更多可作為其受脅迫程度的指示性標(biāo)志。

本試驗(yàn)選擇了潮水經(jīng)常浸沒的潮間帶和距離海邊較遠(yuǎn)的鹽堿地兩種生境下的堿蓬種子進(jìn)行培育作為供試材料。從研究結(jié)果來(lái)看，鹽堿地種源堿蓬葉片凈光合速率和光合放氧速率均顯著高于潮間帶，這種差異帶來(lái)的直接后果就是鹽堿地生境下的堿蓬生長(zhǎng)發(fā)育顯著好于潮間帶，本研究結(jié)果中堿蓬的鮮重、干重以及肉質(zhì)化程度在兩種生境下的差異也證實(shí)了這點(diǎn)。關(guān)于KCl脅迫對(duì)堿蓬的影響前人研究不多，有研究結(jié)果表明，K+對(duì)植物的脅迫效應(yīng)可能比Na+更為嚴(yán)重[28-29]。本試驗(yàn)設(shè)置了Na+和K+的不同濃度處理，從研究結(jié)果來(lái)看，兩種離子的鹽分脅迫對(duì)堿蓬的脅迫效應(yīng)存在一定差異，低濃度的NaCl處理對(duì)真鹽生植物堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的促進(jìn)效應(yīng)，而不同濃度的KCl處理均顯著抑制堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育，且抑制程度明顯大于NaCl處理?？梢姡淃}對(duì)鹽地堿蓬的生長(zhǎng)抑制效應(yīng)明顯大于鈉鹽。前人在其他植物中的研究也有類似報(bào)道[30]。推測(cè)這兩種離子脅迫下堿蓬生長(zhǎng)發(fā)育的差異是因?yàn)檫m宜濃度NaCl處理下Na+和Cl-的積累調(diào)節(jié)了滲透勢(shì)，增加了植株的肉質(zhì)化程度，增大了光合面積，使物質(zhì)生產(chǎn)量明顯增加[31]。而KCl處理下使得K+和Cl-的積累，破壞了Na+/K+平衡，使光合作用減弱，有機(jī)物積累顯著下降。

本試驗(yàn)首次進(jìn)行了對(duì)堿蓬的不同鹽分處理與不同生境種源的互作研究。從研究結(jié)果來(lái)看，適宜的Na鹽濃度有利于鹽地堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育，但鹽分濃度過高使堿蓬的生長(zhǎng)發(fā)育受抑；鉀鹽對(duì)堿蓬的脅迫程度大于鈉鹽；潮間帶堿蓬各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)程度顯著低于鹽堿地，表明鹽分脅迫對(duì)鹽堿地生境堿蓬的影響顯著大于潮間帶，這也在一定程度上解釋了潮間帶生境堿蓬能夠適應(yīng)潮間帶持續(xù)高鹽的生態(tài)環(huán)境。

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Growth ofSuaedasalsatin response to salt stress in different habitats

PENG Bin, XU Wei, SHAO Rong, FENG Gong-Neng, SHI Wen-Yan

JiangsuKeyLaboratoryofBiochemistryandBiotechnologyofSeaSpreads,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224041,China

Abstract:The influence of salt (0, 200 and 400 mmol/L NaCl; 0, 200 and 400 mmol/L KCl) on growth, ion accumulation, chlorophyll fluorescence and gas exchange in leaves and antioxidant levels was assessed in Suaeda salsa plants from different habitats; intertidal and inland saline. 200 mmol/L NaCl significantly increased shoot fresh weight and dry weight and succulence of S. salsa plants, while 400 mmol/L NaCl and all KCl treatments resulted in reduced growth. The concentrations of Na+ and Cl- were increased by NaCl treatments while the concentration of K+ significantly decreased. Similarly KCl treatments resulted in increasing K+ and Cl- concentrations accompanied by a marked reduction in Na+ concentration. The 200 mmol/L NaCl treatment had no effect on net photosynthesis, photosynthetic oxygen evolution rate, Fv/Fm and φPSⅡin S. salsa, but KCl treatments resulted in a significant decrease in these traits. In addition, 200 mmol/L NaCl resulted in a significant increase in the SOD activity whereas 400 mmol/L NaCl and all KCl treatments markedly decreased SOD activity. Interestingly, the POD activity in S. salsa was significantly increased by all NaCl and KCl treatments. Shoot fresh weight and dry weight, succulence, net photosynthesis, photosynthetic oxygen evolution rate and ion concentration (Na+ and Cl-) of S. salsa plants from the intertidal zone were lower than that those from an inland saline areas. The salt stress effect of KCl was greater than that of NaCl. Saline stress in S. salsa plants from saline inland habitats was significantly greater than plants from an intertidal zone.

Key words:Suaeda salsa; habitats; salt stress; growth; response

作者簡(jiǎn)介：彭斌(1975-)，男，江蘇鹽都人，副教授，博士。E-mail：pb@ycit.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家海洋局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201505023)和江蘇省鹽城市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)引導(dǎo)資金項(xiàng)目(YK2014001)資助。

*收稿日期：2015-06-18；改回日期：2015-08-19

DOI：10.11686/cyxb2015312

http://cyxb.lzu.edu.cn

彭斌，許偉，邵榮，封功能，石文艷. 不同生境種源鹽地堿蓬幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)和適應(yīng). 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(4): 81-90.

PENG Bin, XU Wei, SHAO Rong, FENG Gong-Neng, SHI Wen-Yan. Growth ofSuaedasalsatin response to salt stress in different habitats. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(4): 81-90.

關(guān)鍵詞：鹽地堿蓬；生境；鹽分脅迫；生長(zhǎng)；響應(yīng)