張強，劉寧芳，向佐湘，楊知建，蔣元利，胡龍興*

(1.湖南農業(yè)大學農學院，湖南 長沙 410128；2.湖南生物機電職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410127)

鹽堿脅迫對草地早熟禾生長和生理代謝的影響

張強1，劉寧芳1，向佐湘1，楊知建1，蔣元利2，胡龍興1*

(1.湖南農業(yè)大學農學院，湖南 長沙 410128；2.湖南生物機電職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410127)

以兩個耐鹽堿性差異較大的草地早熟禾品種‘午夜’(Midnight，耐鹽堿性強)和‘旅行者Ⅱ號’(Voyager Ⅱ，耐鹽堿性弱)為試驗材料，分析了在生長箱水培模擬中性鹽和堿性鹽兩種條件下，鹽堿脅迫對早熟禾生長、電導率、葉綠素、光合特性、脯氨酸和有機酸代謝的影響。結果表明，鹽堿脅迫下早熟禾兩個品種的生長率下降，葉片電導率升高，葉綠素含量和光合作用顯著下降，尤其是在堿脅迫下，但在耐性強的品種中變化程度均小于耐性弱的品種；兩個品種葉片脯氨酸含量主要在鹽脅迫下升高，堿脅迫下無顯著變化甚至下降；根系分泌的有機酸主要為草酸，且僅在堿脅迫下升高；鹽堿脅迫下草酸在葉片和根系中的含量均呈下降趨勢，尤其是根系在堿脅迫下；葉片和根系的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸在鹽脅迫下無顯著變化，在堿脅迫下則顯著升高，其中‘午夜’顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。由此可見，堿性鹽比中性鹽對草地早熟禾的傷害更大，中性鹽脅迫下主要以積累脯氨酸等物質來調節(jié)滲透壓，而在堿性鹽脅迫下主要通過加強有機酸的代謝、積累和分泌來調節(jié)植株體內和根際環(huán)境的pH值；耐鹽堿的品種在鹽堿脅迫下能維持較高的光合作用和有機酸代謝，提高了植株內和根際環(huán)境pH的調節(jié)能力，因此具有較強的耐鹽堿能力。

草地早熟禾；鹽堿脅迫；有機酸；生理代謝

鹽堿地在世界各地分布廣，遍及六大洲的30多個國家，總面積約9.56億hm2，已成為全球嚴重和最受關注的環(huán)境問題之一[1]。中國有各類鹽堿地2600多萬hm2，主要分布在濱海地區(qū)、西北、華北和東北三省，嚴重影響了我國的農牧業(yè)生產。土壤鹽漬化也成為了草坪建植和養(yǎng)護管理的難題之一，鹽堿地上建植的草坪生長不良，易出現禿斑，秋季早衰，甚至出現大面積死亡等現象，從而增加了草坪的管理難度，降低了草坪的坪用價值[2]。鹽堿脅迫是鹽脅迫和堿脅迫的總稱，是主要環(huán)境逆境脅迫之一，其中以Na2CO3和NaHCO3為主要成分的碳酸鹽脅迫稱為堿脅迫，源于成土母質中Na2CO3和NaHCO3水解后CO32-和HCO3-的積累而使土壤呈強堿性反應，pH值為8.5～11.0[3]，是我國東北地區(qū)松嫩平原西部主要的逆境[4]。

草地早熟禾(Poapratensis)原產于歐亞大陸和中亞細亞地區(qū)，它廣泛適應于寒冷潮濕地帶，在我國東北、華北、西北和西南等地均有分布，既是一種在北溫帶利用最廣泛的優(yōu)質冷季型草坪草，已成為各種草坪和綠地建植必不可少的組分之一，也是一種禾本科牧草。低濃度的碳酸鹽對植物不會造成鹽脅迫，但由于CO32-和HCO3-的存在會對植物造成高pH脅迫。高pH土壤環(huán)境既可以降低土壤養(yǎng)分的有效性，抑制植物對陰離子的吸收而打破植物體內的離子平衡，從而影響植物體內的代謝，同時還可以降低細胞壁的酸化度，從而阻止細胞壁中微纖維素的松解，破壞質膜的完整性，最終導致細胞壁的形成減少以及細胞的傷害，這樣間接地抑制了植物生長[5]。有機酸是一類低分子質量、帶有羧基的具有緩沖作用的化合物，是植物體內代謝調節(jié)和根系分泌的主要成分之一，主要在線粒體中產生，大部分在TCA循環(huán)中產生，在環(huán)境適應調節(jié)等方面都具有重要的功能[6]。前人研究均發(fā)現在鹽堿脅迫下，有機酸在堿地膚(Kochiasievesiana)[7]、星星草(Puccinelliatenuiflora)[8]、羊草(Leymuschinensis)[9]和向日葵(Helianthusannuus)[10]等植物的體內發(fā)生變化，但不同種類的植物其體內的有機酸種類變化不同。以往對草地早熟禾的抗逆性研究多集中于耐熱、抗旱、耐鹽等方面[11-14]，對于碳酸鹽引起的高pH脅迫對草地早熟禾的生長和生理影響少有報道。本研究以兩個耐鹽堿性差異較大的草地早熟禾品種‘午夜’(Midnight，耐鹽堿性強)和‘旅行者Ⅱ號’(Voyager Ⅱ，耐鹽堿性弱)為試驗材料，探討在生長箱水培模擬中性鹽和堿性鹽兩種條件下，鹽堿脅迫對早熟禾生長、電導率、葉綠素、光合特性、脯氨酸和有機酸代謝的影響以及不同耐鹽堿性品種生理響應的差異，以期揭示草地早熟禾耐鹽堿脅迫的機制，為培育耐鹽堿草地早熟禾品種提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與培養(yǎng)

試驗于2016年9-11月進行。試驗材料采用草地早熟禾耐鹽堿性強的品種‘午夜’和耐鹽堿性弱的品種‘旅行者Ⅱ號’[15]。將兩個品種的種子種植于直徑為6.5 cm、高度為9.5 cm且裝有細沙的塑料杯中。種子發(fā)芽后每周澆一次1/2的霍格蘭(Hoagland’s)營養(yǎng)液，在生長箱中培養(yǎng)兩個月后用自來水沖洗掉沙子，然后將植株移栽至裝有1/2的霍格蘭營養(yǎng)液的三角瓶中培養(yǎng)。緩苗兩周后開始試驗處理，在處理前將植株冠層修剪至同一高度(約8 cm)。在種子發(fā)芽和幼苗培養(yǎng)期間的環(huán)境條件為：溫度25 ℃/20 ℃(晝/夜)，相對濕度60%～80%，14 h光照時間和500 μmol/(m2·s)的光照強度。

1.2 試驗設計與處理

試驗采用完全隨機設計，共設4個處理：1)對照，無鈣的1/2霍格蘭營養(yǎng)液，pH 5.8；2)鹽脅迫，75 mmol/L Na+, pH 5.8；3)輕度堿脅迫，75 mmol/L Na+，pH 8.0；4)重度堿脅迫，75 mmol/L Na+，pH 10.0。用無鈣的1/2霍格蘭營養(yǎng)液先分別配制成50 mmol/L Na2CO3和50 mmol/L NaHCO3溶液，再按體積比分別配制成以上處理濃度的Na+和pH值[16]。試驗重復3次，每次試驗處理設4次重復，材料在生長箱中每天換位以減少實驗誤差。

試驗處理7 d后進行取樣和測定分析。將植株分成地下部和地上部，地上部直接稱重取樣，地下部用蒸餾水沖洗，濾紙吸凈表面水分后稱重取樣，樣品立即置于液氮中，然后轉移至-80 ℃冰箱保存直至測定分析。同時取一部分培養(yǎng)液測定pH。

1.3 測定項目與方法

1) 培養(yǎng)液pH值：試驗處理前與處理后的培養(yǎng)液采用BPH-220型pH計進行測定，每瓶培養(yǎng)液測3次。

2) 垂直生長速率：處理前將冠層修剪至同一高度，處理7 d后植株地上部的高度除以7 d為垂直生長速率(cm/d)。

3) 細胞膜穩(wěn)定性：用相對電導率表示，取約0.1 g葉片，用去離子水沖洗干凈，剪成1 cm的小段置于試管中，加去離子水10 mL后在室溫條件下振蕩24 h后，測外滲液的電導率(E1)，然后封口在高壓滅菌鍋中高溫高壓滅菌15 min，冷卻至室溫后測電導率(E2)，再按下式計算：相對電導率=[(E2-E1)/E2]×100%。

4) 葉綠素含量：采用分光光度計法，用二甲基亞砜浸提48 h后于波長663、645和470 nm下測定吸光值并計算其含量。

5) 光合作用：用Licor-6400光合儀在10:00至14:00之間測定草地早熟禾倒數第3片葉的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，測定條件設定為400 μmol/mol CO2，400 μmol/(m2·s)的光照強度。

6) 脯氨酸含量：準確稱取植物樣品0.2 g，用3%磺基水楊酸溶液研磨后在沸水浴中提取10 min，冷卻后過濾并用3%磺基水楊酸定容至5 mL，即為脯氨酸的提取液；提取液用冰醋酸及酸性茚三酮試劑在沸水浴中加熱顯色，顯色液冷卻后加入甲苯振蕩分層， 吸取上層脯氨酸紅色溶液在分光光度計上520 nm波長測吸光度值，樣品中脯氨酸含量根據已知濃度的脯氨酸標準曲線計算獲得。

7) 有機酸含量：取1.0 g植物鮮樣在液氮下研磨成粉，再加5 mL 去離子水研磨成勻漿后裝入試管中超聲提取30 min。將提取液于2000 r/min條件下離心20 min，取上清液過微孔濾膜(水系、孔徑0.22 μm)后進樣檢測；處理后的培養(yǎng)液直接過微孔濾膜后進樣檢測。檢測儀采用配置為Diamonsil C18(2)柱(4.6 mm×250 mm, 5 μm)的高效液相色譜儀(安捷倫1100)進行。流動相條件為0.5% KH2PO4(pH 2.4)，紫外檢測波長為214 nm，柱溫25 ℃，進樣量10 μL，流速0.8 mL/min?；诜迕娣e參照草酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸的標準曲線進行濃度計算[15]。

1.4 數據處理與統計分析

利用SAS for Window 9.0軟件進行試驗數據統計和方差分析，采用Duncan多重比較檢驗不同處理間的差異(P<0.05)，用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 培養(yǎng)液pH值的變化

由表1可知，在對照和鹽脅迫處理下，兩個品種的培養(yǎng)液pH值在處理7 d后均呈上升趨勢且顯著高于處理前的pH值水平，但品種間無顯著差異；在輕度和重度堿脅迫下處理7 d后，兩個早熟禾品種培養(yǎng)液中的pH值均下降且顯著低于處理前的pH值，但兩個品種的培養(yǎng)液pH值下降程度不同，其中在耐鹽堿品種‘午夜’中下降程度更大且顯著低于‘旅行者Ⅱ號’。

表1 處理前和處理后培養(yǎng)液pH值的變化Table 1 Changes of pH values before and after treatment in the culture solution

注：表中數值為平均值±SD；同列中不同小寫和大寫字母表示同一處理內兩個品種在不同處理時間上的差異顯著性(P<0.05和P<0.01)。下同。

Note： Values in the Table are means±SD; Values followed by different lowercase letters and capital letters within a column indicate significant differences between two cultivars at different treatment days atP<0.05 andP<0.01 levels. The same below.

2.2 鹽堿脅迫對草地早熟禾生長的影響

圖1 鹽堿脅迫對草地早熟禾垂直生長速率的影響Fig.1 Effect of salt and alkali stress on the vertical growth rate in Kentucky bluegrass A:對照Control;B:鹽脅迫Salt stress;C:輕度堿脅迫 Mild alkaline stress;D:重度堿脅迫Severe alkaline stress. 圖中標注的數值為平均值±SD；圖中同一品種內不同小寫字母表示不同處理的差異顯著性(P<0.05)，*表示同一處理不同品種間的差異顯著性(P<0.05)，下同。The error bars indicate means±SD; Bars followed by different lower-case letters within a cultivar indicate significant differences among treatments and * on the bar indicate significant differences between treatment in a cultivar at P<0.05 levels, the same below.

植物的生長速率直接反映受環(huán)境脅迫的影響程度。圖1表明，在鹽脅迫和堿脅迫下，兩個品種的垂直生長速率均顯著下降；在鹽脅迫、輕度堿脅迫和重度堿脅迫下，品種‘午夜’的生長速率分別下降至對照的89%，74%和40%，而‘旅行者Ⅱ號’則分別下降至對照的77%，69%和11%。在對照、鹽脅迫和輕度堿脅迫條件下兩個品種的垂直生長速率沒有顯著差異，但在重度堿脅迫下耐鹽堿品種‘午夜’的生長速率顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

2.3 鹽堿脅迫對葉片細胞膜穩(wěn)定性的影響

葉片相對電導率的高低直接反映了細胞膜穩(wěn)定性的大小。從圖2可以看出，在鹽脅迫和堿脅迫下草地早熟禾兩個品種的葉片細胞膜穩(wěn)定性下降，電導率顯著升高；與對照相比，在鹽脅迫、輕度堿脅迫和重度堿脅迫下，品種‘午夜’的電導率分別升高至對照的2.5，3.6和6.6倍，而‘旅行者Ⅱ號’則分別升高至對照的3.0，4.5和9.0倍。在對照、鹽脅迫和輕度堿脅迫條件下兩個品種的葉片電導率沒有顯著差異，但在重度堿脅迫下耐鹽堿品種‘午夜’的電導率顯著低于‘旅行者Ⅱ號’。

2.4 鹽堿脅迫對葉綠素含量的影響

葉綠素含量的高低在一定程度上反映了植物光合潛力的大小。由圖3可知，鹽堿脅迫對草地早熟禾的葉綠素生物學合成與降解產生了顯著影響。在鹽脅迫和堿脅迫下兩個不同耐性的早熟禾品種葉綠素含量均呈下降趨勢，其中在輕度和重度堿脅迫下葉綠素含量顯著低于對照水平，品種‘午夜’的葉綠素含量分別下降至對照的70%和51%，而品種‘旅行者Ⅱ號’則下降至對照的60%和33%。在對照和鹽脅迫下，兩個品種的葉綠素含量沒有顯著差異，但在輕度和重度堿脅迫下，耐鹽堿品種‘午夜’的葉綠素含量顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

2.5 鹽堿脅迫對光合作用的影響

表2顯示，鹽堿脅迫對草地早熟禾的光合作用產生了顯著影響，在鹽脅迫和堿脅迫下兩個不同耐性的早熟禾品種的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均顯著下降；在鹽脅迫、輕度堿脅迫和重度堿脅迫條件下，品種‘午夜’的凈光合速率分別下降至對照的69%，42%和23%，而品種‘旅行者Ⅱ號’則下降至對照的61%，27%和8%；品種‘午夜’的氣孔導度分別下降至對照的54%，37%和28%，而‘旅行者Ⅱ號’則下降至對照的39%，28%和9%；品種‘午夜’的蒸騰速率分別下降至對照的74%，48%和24%，而‘旅行者Ⅱ號’則分別下降至對照的69%，37%和17%。在對照和鹽脅迫下，兩個品種的凈光合速率和蒸騰速率沒有顯著差異，但在輕度和重度堿脅迫下，耐鹽堿品種‘午夜’的凈光合速率、氣孔導率和蒸騰速率均顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

圖2 鹽堿脅迫對草地早熟禾葉片電導率的影響 Fig.2 Effect of salt and alkali stress on the electrolyte leakage in Kentucky bluegrass

圖3 鹽堿脅迫對草地早熟禾葉片葉綠素含量的影響Fig.3 Effect of salt and alkali stress on the leaf chlorophyll content in Kentucky bluegrass

表2 鹽堿脅迫對草地早熟禾光合作用的影響 Table 2 Effect of salt and alkali stress on the photosynthesis in Kentucky bluegrass

2.6 鹽堿脅迫對脯氨酸含量的影響

圖4 鹽堿脅迫對草地早熟禾葉片脯氨酸含量的影響 Fig.4 Effect of salt and alkali stress on the leaf proline content in Kentucky bluegrass

從圖4可知，在鹽脅迫下，兩個不同耐鹽堿性的早熟禾品種葉片的脯氨酸含量顯著升高，與對照相比，‘午夜’和‘旅行者Ⅱ號’的脯氨酸含量分別增加至對照的2.8和2.2倍；與對照相比，‘午夜’的脯氨酸含量在輕度堿脅迫下顯著升高，而在重度堿脅迫下無顯著差異；但‘旅行者Ⅱ號’的脯氨酸含量在輕度堿脅迫下無顯著差異，在重度堿脅迫下則顯著低于對照。兩個不同耐鹽堿性的早熟禾品種在對照條件下脯氨酸含量無顯著差異，但在鹽脅迫，輕度和重度堿脅迫下，耐鹽堿的品種‘午夜’中均顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

2.7 鹽堿脅迫對植株內有機酸含量的影響

由表3可以看出，兩個早熟禾品種葉片中的草酸含量在鹽脅迫下與對照相比無顯著性差異，而在輕度和重度堿脅迫下均顯著下降；除了重度堿脅迫處理外，葉片的草酸含量在對照、鹽脅迫和輕度堿脅迫下兩個品種間均無顯著差異。在鹽脅迫下，兩個品種葉片的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸含量與對照相比無顯著性差異，但是在堿脅迫下，兩個品種葉片的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸含量與對照比均顯著升高，尤其是重度脅迫處理下。兩個早熟禾品種葉片的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸含量在對照和鹽脅迫條件下均無顯著性差異，但在輕度和重度堿脅迫下，耐鹽堿品種‘午夜’葉片的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸含量均顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

表3 鹽堿脅迫對草地早熟禾葉片有機酸含量的影響 Table 3 Effect of salt and alkali stress on the organic acid content in leaves of Kentucky bluegrass mg/g FW

從表4可以看出，兩個早熟禾品種根系的草酸含量在鹽脅迫和堿脅迫下與對照比均顯著降低，尤其是在堿脅迫處理下，但兩個品種間均無顯著性差異。耐鹽堿品種‘午夜’根系的蘋果酸含量與對照比在鹽脅迫下顯著下降，在輕度堿脅迫下顯著升高，而‘旅行者Ⅱ號’根系的蘋果酸含量在鹽脅迫下顯著下降，在堿脅迫下無顯著變化。檸檬酸在‘午夜’根系中的含量與對照比僅在輕度堿脅迫下顯著升高，而在鹽脅迫和重度堿脅迫下則無顯著性差異；‘旅行者Ⅱ號’根系檸檬酸含量則在鹽和堿脅迫下均顯著降低，尤其是堿脅迫處理下。耐鹽堿品種‘午夜’根系的琥珀酸含量與對照在鹽脅迫下無顯著差異，在堿脅迫下則顯著升高，而‘旅行者Ⅱ號’根系的琥珀酸含量則在鹽脅迫和重度堿脅迫下顯著下降，而在輕度堿脅迫下無顯著性差異。在鹽脅迫下‘午夜’根系的蘋果酸和檸檬酸含量顯著高于‘旅行者Ⅱ號’，但兩個品種根系的琥珀酸含量無顯著性差異；在輕度和重度堿脅迫下，品種‘午夜’根系的蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸含量均顯著高于‘旅行者Ⅱ號’。

表4 鹽堿脅迫對草地早熟禾根系有機酸含量的影響 Table 4 Effect of salt and alkali stress on the organic acid content in roots of Kentucky bluegrass mg/g FW

2.8 鹽堿脅迫對根系有機酸分泌的影響

在試驗處理結束后對培養(yǎng)液中的有機酸進行檢測，在‘午夜’和‘旅行者Ⅱ號’根系分泌的有機酸中均只檢測到了草酸。由圖5可知，不同pH值的鹽堿脅迫對草地早熟禾根系分泌草酸影響不同。在鹽脅迫下兩個品種根系分泌的草酸含量與對照相比均沒有顯著差異，在輕度和重度堿脅迫下耐鹽堿品種‘午夜’根系分泌的草酸含量均顯著高于對照，而‘旅行者Ⅱ號’僅在中度堿脅迫下分泌的草酸含量高于對照，在重度堿脅迫下則顯著低于對照水平。

圖5 鹽堿脅迫對草地早熟禾根系有機酸分泌的影響Fig.5 Effect of salt and alkali stress on the organic acid secreted by root in Kentucky bluegrass

3 討論

3.1 鹽堿脅迫對草地早熟禾生長和光合特性的影響

鹽堿脅迫條件下對植物造成了離子和pH脅迫雙重傷害，因此，生長在碳酸鹽條件下的植物，除了要忍受Na+脅迫外，還要對抗因土壤的高pH所造成的脅迫，但在低鹽濃度下pH是主要的脅迫因子[10]。本研究結果表明，在水培模擬中性鹽和堿性鹽兩種條件下，兩個品種的垂直生長速率均顯著下降，但堿性鹽對草地早熟禾生長速率的抑制程度要遠大于同濃度的中性鹽，并且葉片電導率也顯著大于中性鹽脅迫且隨著處理液pH值的升高而加大，表明堿性鹽對草地早熟禾的傷害比中性鹽脅迫更大。在本研究中，碳酸鹽處理溶液中的Na+濃度為50～75 mmol/L，離造成草地早熟禾受脅迫的鹽濃度還具有一定的距離[17]，因此，草地早熟禾受堿脅迫后表現出的生長速率降低，電導率升高等明顯的脅迫癥狀，可能主要是由于CO32-和HCO3-離子的存在而導致的高pH脅迫所至，這與前人在蠶豆(Viciafaba)[18]和虎尾草(Chlorisvirgata)[19]上的研究結果相一致。

葉片衰老最初的癥狀是失綠變黃，因此常用葉綠素含量作為葉片衰老的標志。此外，葉綠素作為植物進行光合作用的主要光合色素，其含量的高低與葉片的光合能力和光合潛力密切相關，因此也通常把葉綠素含量作為葉片功能的一個重要指標[20]。本研究結果顯示，在鹽脅迫和堿脅迫下兩個早熟禾品種葉綠素含量均呈下降趨勢，表明鹽堿脅迫誘導了草地早熟禾葉片的衰老，這種因葉綠素的生物學合成和降解而引起的葉片衰老可能是由于在鹽堿脅迫條件下，草地早熟禾植株內的Na+升高，多余的鈉離子使葉綠素與葉綠體蛋白結合變松，致使葉綠素遭到破壞，其中堿脅迫下葉綠素含量顯著低于鹽脅迫水平，表明葉綠素的生物學合成和降解對植物體根際和細胞內微環(huán)境pH值的變化非常敏感，高pH值加速了早熟禾葉片的衰老[21]。研究還表明不同耐鹽堿性的兩個品種的蒸騰速率與光合速率變化趨勢基本保持一致，隨著鹽堿脅迫的增強，蒸騰速率、凈光合速率不斷降低。據報道，輕度鹽堿脅迫下植物凈光合速率的下降受氣孔因素的影響，重度鹽堿脅迫下凈光合速率的下降受非氣孔因素與氣孔因素的協同作用[22]，這有待進一步研究。在鹽脅迫和堿脅迫下兩個品種葉片葉綠素含量均顯著降低，而植物的葉綠素含量與光合速率和蒸騰速率是密切相關的[23]，因此葉綠素含量的降低也可能是導致草地早熟禾光合和蒸騰速率降低的重要原因。

3.2 草地早熟禾對中性鹽和堿性鹽脅迫的響應差異

有機酸是一類帶有羧基的低分子化合物，是光合作用的中間產物，主要于TCA循環(huán)中在線粒體上產生，在環(huán)境脅迫下，植物體內有機酸的合成、積累、轉運及根分泌增加在滲透調節(jié)和離子平衡等適應環(huán)境調節(jié)方面起著重要作用[18,24]。在本研究中發(fā)現，無論是在對照還是在鹽堿脅迫條件下，草地早熟禾品種‘旅行者Ⅱ號’和‘午夜’葉中的草酸、檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸含量為根中的3～40倍，表明在植物中葉片是合成有機酸的主要場所[25]。在植物體內，草酸主要以可溶性鈉、鉀鹽及不溶性鈣、鎂鹽等形式存在于細胞中[26]，以游離酸的形式存在較少。當植物細胞處在酸性微環(huán)境時，草酸鹽晶體會形成游離草酸，同時根系也會分泌大量的草酸以調節(jié)大量的H+[27]。在本研究中，‘旅行者Ⅱ號’與‘午夜’在正常條件下分泌的草酸含量均較多，而在鹽堿脅迫下分泌量降低，表明草酸可能是主要用于調節(jié)營養(yǎng)液中的H+來適應Hoagland營養(yǎng)液的酸性環(huán)境而在草地早熟禾耐堿脅迫中沒有起明顯的調控作用。

植物體內檸檬酸含量的升高與碳酸鹽脅迫條件下的高pH值密切相關。在低堿脅迫(pH 8.0)下，檸檬酸的積累不明顯， 在pH值達到10后，檸檬酸大幅增加，并且在耐鹽堿品種‘午夜’葉中的積累量要遠遠大于堿敏感品種‘旅行者Ⅱ號’葉中的積累量，說明檸檬酸對草地早熟禾的抗堿脅迫起著主要的調節(jié)作用，這與在星星草[28]和大麥(Hordeumvulgare)[29]中的研究結果一致。郭立泉[30]研究認為星星草對碳酸鹽脅迫下高pH的適應性調節(jié)作用主要是通過細胞質膜上ATP酶的作用向外分泌H+或通過體內積累具緩沖作用的酸性代謝產物進行細胞外微環(huán)境pH調節(jié)。當pH值達到一定程度時，星星草體內會積累檸檬酸等有機酸以保持細胞內pH的穩(wěn)定[8]。本研究結果表明，在中性鹽脅迫下，草地早熟禾體內有機酸含量無顯著變化，而在碳酸鹽脅迫下(高pH值)積累蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸，其作用可能主要是用于彌補細胞內陰離子的不足以及中和過多的陽離子以維持內環(huán)境的電荷平衡，調節(jié)植物體內pH及根際微環(huán)境pH值的穩(wěn)定[31-32]。在鹽堿脅迫下，堿地膚植株內的有機酸積累主要以草酸為主[7]，而在星星草[8]、羊草[9]和向日葵[10]中以檸檬酸為主。在本研究中，草地早熟禾在堿脅迫下積累的有機酸主要為檸檬酸和琥珀酸，這些結果表明了不同物種的植物在適應鹽堿脅迫的過程中其有機酸代謝特性不同，因而積累的有機酸種類也不一樣，其具體的生理作用還需進一步研究。

脯氨酸作為一種重要的細胞滲透調節(jié)物質，在鹽脅迫下大量累積是植物對鹽離子脅迫的一種適應，對提高植物抗鹽性起著重要作用[33]；但也有研究認為鹽脅迫下脯氨酸累積量更適于作為脅迫傷害指標[34]。本研究顯示，在鹽脅迫下，兩個不同耐鹽堿性的早熟禾品種葉片的脯氨酸含量顯著升高，與對照相比，‘午夜’和‘旅行者Ⅱ號’的脯氨酸含量分別增加至對照的2.8和2.2倍；但在鹽脅迫、輕度和重度堿脅迫下，脯氨酸在耐鹽堿的品種‘午夜’中的含量均顯著高于‘旅行者Ⅱ號’，表明鹽脅迫下早熟禾葉片脯氨酸的積累有利于其維持較高的鹽脅迫抗性，可作為鹽脅迫下早熟禾抗鹽性的一個重要指標，這與前人在番茄[35]和黃瓜[36]上的研究結果一致。但脯氨酸含量在鹽脅迫條件下遠高于堿脅迫條件下，且植株體內多種有機酸含量不同程度的增加，表明脯氨酸含量的升高主要與離子脅迫有關，而有機酸可能與細胞pH值脅迫密切相關[37]。

4 結論

堿性鹽比中性鹽對草地早熟禾的傷害更大，中性鹽脅迫下主要以積累脯氨酸等滲透調節(jié)物質來調節(jié)滲透壓，而在堿性鹽脅迫下，主要通過加強植株內有機酸的代謝和積累，提高根系有機酸的分泌來調節(jié)植株體內和根際環(huán)境的pH值；耐鹽堿的草地早熟禾品種在鹽堿脅迫下能維持較高的光合作用和三羧酸循環(huán)中的有機酸代謝，促進了根系分泌有機酸，提高了植株內和根際環(huán)境pH的調節(jié)能力，因此具有較強的耐鹽堿能力。

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EffectsofneutralandalkalinesaltstressesonthegrowthandphysiologicalmetabolismofKentuckybluegrass

ZHANG Qiang1, LIU Ning-Fang1, XIANG Zuo-Xiang1, YANG Zhi-Jian1, JIANG Yuan-Li2, HU Long-Xing1*

1.CollegeofAgronomy,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.HunanBiologicalandElectromechanicalPolytechnic,Changsha410127,China

In order to investigate the effects of neutral and alkaline salt stresses on growth, leaf electrolyte leakage, chlorophyll content, photosynthetic characteristics, proline content and organic acid metabolism, two Kentucky bluegrass (Poapratensis) cultivars, ‘Midnight’ (tolerant of saline-alkaline conditions) and ‘Voyager Ⅱ’ (sensitive to saline-alkaline conditions) were subjected to neutral and alkaline salt treatments in hydroponic culture in growth chambers. The growth rate, chlorophyll content and photosynthesis decreased and leaf electrolyte leakage increased significantly under both types of salt stress, particularly under alkali stress. The tolerant cultivar showed less variation in response to the two salt stresses than the sensitive one. Leaf proline content only increased under neutral salt stress in both cultivars and no increase was observed under alkali stress. Oxalic acid was the only organic acid secreted by roots of either cultivar and increased significantly under alkali stress. The contents of leaf and root malic acid, citric acid and succinic acid in both cultivars hardly changed under neutral salt stress, but increased under alkali stress, with greater increase in ‘Midnight’ than in ‘Voyager Ⅱ’. Alkaline salt stress caused more damage to Kentucky bluegrass than neutral salt stress. Under neutral salt stress, proline accumulation was the key metabolite associated with change in the osmotic potential. Under alkaline salt stress, organic acids were linked to regulation of pH values in the plant and the rhizosphere. Midnight, the cultivar tolerant of both types of salt stress, can maintain a higher photosynthesis rate and organic acid metabolism, and stronger ability to regulate pH in the plant and in the rhizosphere under neutral and alkaline salt stresses. In summary, Midnight possesses stronger tolerance to neutral and alkaline salt stresses in Kentucky bluegrass.

Kentucky bluegrass; salt and alkali stress; organic acid; physiological metabolism

10.11686/cyxb2017086http//cyxb.lzu.edu.cn

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ZHANG Qiang, LIU Ning-Fang, XIANG Zuo-Xiang, YANG Zhi-Jian, JIANG Yuan-Li, HU Long-Xing. Effects of neutral and alkaline salt stresses on the growth and physiological metabolism of Kentucky bluegrass. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(12): 67-76.

2017-03-02；改回日期：2017-05-27

湖南省教育廳課題(17B120)和湖南農業(yè)大學校人才引進基金(15YJ04)資助。

張強(1993-)，男,湖南常德人，在讀碩士。E-mail: 752769036@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: grass@hunau.edu.cn