劉文靜，歐陽敦君，韓麗霞，李 曉，張鴿香

(南京林業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京210037)

土壤鹽漬化是植物生長的限制因素之一。世界上鹽漬土的面積約9.5×108hm2，每年仍以超過1.0×106hm2的速度不斷擴(kuò)大[1]。我國鹽堿地面積約3.6×107hm2，具有分布廣、種類多和面積大等特點(diǎn)，主要分布在西北、華北、東北和濱海各省[2]。鹽堿土壤含鹽成分復(fù)雜，鹽化的同時(shí)往往伴隨著堿化。土壤鹽化與堿化分別以鹽度、pH值升高為主要特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，鹽、堿的協(xié)同作用遠(yuǎn)高于單鹽和單堿[2]。鹽對(duì)植物的危害主要表現(xiàn)在滲透作用和離子毒害，堿脅迫下的高 pH值會(huì)對(duì)植物造成進(jìn)一步的傷害[3]。目前對(duì)鹽堿危害的研究大多集中在單一鹽、堿對(duì)植物生長的影響，但在混合鹽堿脅迫方面研究較少。植物對(duì)于鹽堿脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制涉及的因素多，但林木方面的研究相對(duì)缺乏。因此，篩選出適宜在鹽堿地上種植的園林樹種具有重要意義。

流蘇樹(ChionanthusretususLindl.et Paxt.)是木犀科流蘇樹屬落葉喬木，適應(yīng)性極強(qiáng)，廣泛分布于我國甘肅、山西、河南以南至云南、廣東、福建、臺(tái)灣等地[4]。流蘇樹初夏滿樹白花，如覆霜蓋雪，且花瓣纖細(xì)清麗，絲絲縷縷形似“流蘇”，氣味芳香，是優(yōu)良的園林觀賞樹種；流蘇與桂花具有很強(qiáng)的親合性，是嫁接桂花的優(yōu)質(zhì)砧木，嫁接成活率高達(dá)78.2%～87.5%，且成型植株冠型緊湊，抗旱抗寒[5]；流蘇樹的嫩葉和花可制成糯米花茶，有保健作用；材質(zhì)細(xì)密，可制器具和家具。目前，流蘇耐鹽堿相關(guān)研究主要為不同鹽濃度下流蘇種子發(fā)芽率和生長狀況[6,7]、鹽脅迫對(duì)流蘇生理生化的影響[8-10]等方面，對(duì)鹽堿脅迫下流蘇生長和各器官離子代謝特點(diǎn)及耐鹽機(jī)理的研究鮮見報(bào)道。根據(jù)姚琳等人的研究，流蘇樹有很強(qiáng)的耐鹽能力，在濃度為0.8%的NaCl脅迫下，2a生流蘇幼苗還能生長[8]。流蘇樹的耐鹽堿研究可為鹽堿地提供優(yōu)良的園林綠化樹種，更好地發(fā)揮其美化城市景觀的作用。本文以1a生流蘇苗為材料，研究其在鹽堿脅迫下生長變化及離子吸收和運(yùn)輸效應(yīng)，探究流蘇耐鹽堿機(jī)理，為流蘇在鹽堿地的開發(fā)應(yīng)用及鹽堿地區(qū)造林樹種選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)

供試流蘇采用河南種源(35°10'N，113°26'E)1a生播種苗。試驗(yàn)于南京林業(yè)大學(xué)國家園林試驗(yàn)教學(xué)示范中心玻璃防雨溫室(32°30'N，118°49'E)進(jìn)行。溫室內(nèi)地勢平坦，在避雨的情況下種苗接受透過溫室玻璃的自然光照。2016年3月將流蘇幼苗栽植于18×16 cm的黑色育苗袋中，每盆1株，栽培基質(zhì)比例為園土∶珍珠巖∶蛭石∶營養(yǎng)土=2∶2∶2∶1，每盆基質(zhì)重1.5 kg。土壤容重為1.37 g·cm-3，含水量為73.75%，pH為6.97，全氮、全磷、全鉀含量分別為1.06、0.92和0.71 g·kg-1，栽后正常管理。同年7月，選擇生長健壯、長勢基本一致的小苗進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 鹽堿處理

根據(jù)鹽堿地的主要含鹽成分[11]，參考前人的研究方法[12]，將NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3四種鹽按不同比例混合，分為5個(gè)處理組，依次為A、B、C、D、E，各處理的堿性鹽溶液pH值逐漸遞增，每組內(nèi)設(shè)4個(gè)處理，其總鹽濃度為50、100、200、300 mmol·L-1，共20個(gè)處理(見表1)。另設(shè)置蒸餾水為對(duì)照。A、B組代表輕度堿脅迫(7.11≤pH≤8.44)，C組代表中度堿脅迫(8.45≤pH≤8.95)，D、E組代表重度堿脅迫(9.51≤pH≤10.44)；總鹽濃度分為低鹽濃度(≤100 mmol·L-1)、中鹽濃度(200 mmol·L-1)、高鹽濃度(300 mmol·L-1)。A50表示總鹽濃度為50 mmol·L-1，pH值為7.11時(shí)的處理，依此類推。

7月1日將流蘇幼苗移入溫室，適應(yīng)一個(gè)星期后進(jìn)行脅迫處理。用1.5 L鹽溶液充分透灌，使植株完全處于脅迫狀態(tài)，并在種植袋下墊一個(gè)托盤，將滲出的溶液倒回袋中。為防止?jié)阐}過多幼苗出現(xiàn)沖擊效應(yīng)，將處理鹽溶液分3次澆灌。脅迫初始澆灌500 mL，之后的第14 d、2 d各補(bǔ)500 mL。每個(gè)處理選50株苗，重復(fù)3次。

表1 鹽堿脅迫處理

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長指標(biāo)測定

脅迫開始0 d和42 d分別測量已標(biāo)記植株的株高、地徑，計(jì)算相對(duì)株高生長量和相對(duì)地徑生長量。脅迫結(jié)束后，取整株植物的根、莖、葉分別測定鮮重，105℃處理30 min殺青，85℃烘干至恒重(DW)，分別測定三者的生物量，并計(jì)算根生物量、冠生物量、全株生物量、根冠比。

1.3.2 離子測定

根據(jù)國家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編的方法，首先將實(shí)驗(yàn)植物根、莖、葉烘干并粉碎，過60目篩，稱取0.4 g，加5 mL混合酸(濃硫酸∶高氯酸=10∶1)充分消煮，直到無色透明。再用去離子水將消煮液定容至50 mL，直接用火焰分光光度計(jì)測得根、莖、葉中Na+、K+的檢流計(jì)讀數(shù)，并計(jì)算Na+、K+含量，每個(gè)處理重復(fù)三次[13]。

1.3.3 離子選擇性吸收、運(yùn)輸能力的計(jì)算

根、莖、葉對(duì)離子吸收、運(yùn)輸?shù)倪x擇性系數(shù)計(jì)算公式如下：

SK,Na(基質(zhì)-根)=根(K+/Na+)/基質(zhì)(K+/Na+)

SK,Na(根-莖)=莖(K+/Na+)/根(K+/Na+)

SK,Na(莖-葉)=葉(K+/Na+)/莖(K+/Na+)[14]

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2010處理數(shù)據(jù)，繪制圖表；采用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗相對(duì)株高、地徑生長量的影響

由圖1可以看出，隨著鹽堿濃度增加，流蘇的相對(duì)株高、地徑生長量逐漸降低。低鹽(50 mmol·L-1)輕度堿脅迫(A、B組)下，流蘇相對(duì)株高、地徑生長量變化不大，與對(duì)照無顯著差異。隨著鹽分和pH值的持續(xù)增加，各組流蘇相對(duì)株高、地徑生長量呈下降趨勢，均與對(duì)照組有顯著性差異。高鹽濃度(300 mmol·L-1)下，A、B、C、D、E組流蘇幼苗相對(duì)株高生長量分別為對(duì)照的9.3%、19.0%、26.1%、8.0%、1.7%；各組地徑生長極其緩慢，其中A、B、D、E處理組甚至停止生長，與對(duì)照達(dá)到顯著差異水平。

圖1 鹽堿脅迫后流蘇幼苗相對(duì)株高、地徑生長量的變化Fig. 1 The changes of relative height and diameter growth of C. retusus seedlings under saline-alkali stress注：小寫字母表示同一處理組(pH)不同濃度之間在0.05水平的顯著性差異；下同。Note: lowercase letters indicate significant differences in the 0.05 levels of the same treatment group (pH) at different concentrations, the same below.

2.2 鹽堿脅迫對(duì)流蘇生物量的影響

由表2可知，隨著鹽堿濃度的升高，流蘇幼苗生物量總體呈下降趨勢，不同鹽堿濃度有所差別。低鹽(50 mmol·L-1)輕度堿脅迫(A、B、C組)下生物量略有上升，但與對(duì)照差異不顯著；D、E組生物量不斷下降。中、高鹽濃度(200、300 mmol·L-1)下，各組生物量不斷降低，300 mmol·L-1濃度時(shí)降至最低，和對(duì)照相比，分別下降了17.35%、35.7%、35.9%、38.8%、39.4%，除A組外，其余各組均與對(duì)照組有顯著性差異。

鹽堿脅迫嚴(yán)重影響了流蘇的根冠比，各處理的根冠比均大于對(duì)照，上升幅度在2.4%～92.7%之間。各脅迫處理下，流蘇以增大根的質(zhì)量來適應(yīng)鹽堿脅迫，這可能是流蘇在鹽堿脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)。在相同鹽濃度下，隨pH值的不斷上升，根冠比總體上呈下降的趨勢，有可能是由于堿性鹽對(duì)流蘇的根部造成損傷所致。

2.2 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗各器官離子吸收、運(yùn)輸和分配的影響

2.2.1 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗各器官Na+和K+含量的影響

如圖2所示，隨著鹽堿脅迫的加重，流蘇各器官中的Na+均顯著增多。低鹽脅迫(≤100 mmol·L-1)下，各組根部Na+含量迅速增加，與對(duì)照差異顯著；隨著鹽分的增大，葉中Na+迅速增加，其排序?yàn)椋喝~>根>莖，如高鹽濃度(300 mmol·L-1)時(shí)A、B、C、D組葉中Na+分別為根的1.89，1.63，1.98，1.89倍，為莖的1.49，2.86，2.90，1.90倍，說明鹽堿脅迫時(shí)流蘇的葉片會(huì)貯存較多的Na+，利用細(xì)胞中的液泡將Na+積累在葉片當(dāng)中。E組高鹽(300 mmol·L-1)處理下流蘇幼苗在試驗(yàn)過程中葉片全部脫落，導(dǎo)致該處理無數(shù)據(jù)，反映了流蘇受鹽堿脅迫的損傷程度。流蘇莖中Na+積累較根、葉緩慢。在50 mmol·L-1時(shí)，A組莖部Na+含量高于其他處理組，達(dá)到顯著水平；100～200 mmol·L-1時(shí)，C、D組莖部Na+含量累積緩慢。300 mmol·L-1時(shí)，E組莖部Na+含量達(dá)到4.93 mg·g-1，可能與葉片脫落有關(guān)。

表2 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗生物量積累的影響

從圖3可以看出，流蘇幼苗各器官K+含量排序?yàn)椋喝~>莖>根。葉K+含量呈先升后降趨勢，50 mmol·L-1鹽濃度時(shí)A、B、C、D、E組葉中K+含量達(dá)到最大值，分別為對(duì)照的3.33，3.15，2.01，2.14，1.79倍。高鹽(300 mmol·L-1)濃度時(shí)，A組葉中K+含量最高，為根、莖的2.74、1.95倍；低鹽(≤100 mmol·L-1)輕度堿性鹽脅迫(A、B組)流蘇根中K+含量隨著鹽分的增多略有上升，隨后不斷下降，其余處理組則因鹽分的升高而減少。B組流蘇莖部K+含量在100～300 mmol·L-1時(shí)，顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照增加了1.19、0.66、0.29倍，其余各組緩慢下降。重度堿脅迫(D、E組)各器官K+均達(dá)到最低，與對(duì)照達(dá)到顯著差異水平，說明高鹽、高pH處理嚴(yán)重限制了流蘇各器官對(duì)K+的吸收。

2.2.2 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗不同器官中K+/Na+的影響

由圖4可知，在鹽堿條件下，與對(duì)照組相比，各組流蘇幼苗根、莖、葉中的K+/Na+顯著下降，說明隨著鹽分濃度和pH值的增大，流蘇對(duì)Na+的相對(duì)吸收大幅度增加。研究發(fā)現(xiàn)，流蘇莖K+/Na+大于根和葉，說明莖對(duì)K+的相對(duì)吸收要高于根和葉，對(duì)Na+的吸收相對(duì)較低。50 mmol·L-1鹽濃度下，D組根部K+/Na+顯著高于對(duì)照，增加了0.52倍，說明重度堿性鹽在50 mmol·L-1時(shí)有助于根系對(duì)K+的攝取；50 mmol·L-1脅迫下A組流蘇葉片K+/Na+值最大，分別為根、莖的11.91，1.64倍，說明低鹽輕度堿脅迫對(duì)葉片K+吸收抑制作用較小。

圖2 鹽堿脅迫下流蘇各器官Na+含量的變化Fig. 2 The change of saline-alkali stress on the content of Na+ in the various parts of C. retusus

2.2.3 鹽堿脅迫對(duì)流蘇幼苗體內(nèi)離子選擇性吸收和運(yùn)輸能力的影響

根據(jù)圖5可知，鹽堿脅迫下，流蘇莖、葉的SK, Na值呈先升后降的趨勢，根SK, Na值呈下降趨勢，低鹽(50 mmol·L-1)輕、中度堿性鹽(A、B、C組)下根、莖SK, Na值與對(duì)照差異不顯著。50 mmol·L-1鹽濃度下，A組葉SK, Na達(dá)到最大值，為對(duì)照的4.37倍，與對(duì)照差異顯著。隨著鹽堿脅迫的加重，各器官SK, Na值不斷下降。高鹽濃度(300 mmol·L-1)下，A、B、C、D、E組流蘇根SK, Na值分別下降了52.1%，68.3%，57.6%，71.9%，70.1%，均與對(duì)照差異顯著。中、高鹽(200、300 mmol·L-1)重度堿性鹽(D、E組)莖SK, Na值出現(xiàn)持平，說明流蘇不能承受高pH值和高鹽的處理，出現(xiàn)大量植株死亡。

圖3 鹽堿脅迫下流蘇各器官K+含量的變化Fig. 3 The change of saline-alkali stress on the content of K+ in the various parts of C. retusus

圖4 鹽堿脅迫對(duì)流蘇各器官K+/Na+比值的影響Fig. 4 Effects of saline-alkali stress on the ratio of K+/Na+ in the various parts of C. retusus

圖5 鹽堿脅迫對(duì)流蘇各器官SK, Na值的影響Fig. 5 Effects of saline-alkali stress on the SK, Na values of various parts the C. retusus seedlings

3 討論

生長抑制是植物對(duì)高鹽堿響應(yīng)最敏感的生理現(xiàn)象。一方面植物通過減緩生長、改變形態(tài)及重新分配生物量格局來適應(yīng)鹽漬環(huán)境，另一方面植物在應(yīng)對(duì)鹽漬環(huán)境需要消耗大量能量，用于生物量積累會(huì)相應(yīng)減少[15]。本研究中發(fā)現(xiàn)，流蘇在低鹽(50 mmol·L-1)輕度堿脅迫(A、B組)處理下，其苗木相對(duì)株高、地徑生長量、生物量略有上升，這種現(xiàn)象可能與低濃度鹽堿脅迫促進(jìn)流蘇細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)有關(guān)，說明流蘇可耐受低濃度的鹽堿脅迫，這與白蠟樹、女貞等的研究結(jié)果一致[16]。隨著鹽堿濃度的增加，其苗木生長受到明顯抑制，流蘇各組幼苗相對(duì)株高、地徑生長量、生物量顯著降低，而根冠比不斷增大，尤其是高鹽(300 mmol·L-1)高堿(E組)處理下流蘇的根冠比顯著高于對(duì)照，說明鹽堿處理下，流蘇幼苗地上部分受鹽害程度高于地下。地上部生物量的減少及根系干重的增大是鹽堿脅迫下流蘇根冠比升高的原因，這可能是流蘇對(duì)鹽堿脅迫的生長適應(yīng)，與喜樹在鹽堿脅迫下的生長情況基本一致[17]。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：低濃度的輕度堿性鹽脅迫對(duì)流蘇的生長無顯著影響，高濃度的中度和重度堿性鹽脅迫對(duì)流蘇生長抑制顯著。

Na+對(duì)植物的滲透調(diào)節(jié)等生理活動(dòng)有重大意義。當(dāng)植物體內(nèi)Na+含量過高時(shí)，會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)失效，代謝紊亂，抑制生長和抗氧化物的產(chǎn)生[18]。研究發(fā)現(xiàn)，不同植物對(duì)體內(nèi)過多的Na+排解途徑不同，小型西瓜優(yōu)先將Na+積累在根、莖中[19]，圓柏優(yōu)先在葉中積累[20]，沙棗主要積累在根中[15]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低鹽(≤100 mmol·L-1)輕度堿(A、B組)脅迫下流蘇根中積累大量Na+，隨著鹽分的增大，流蘇各組葉中的Na+大于根，這說明在低濃度鹽堿處理時(shí)，流蘇將Na+主要貯存在根系中，以穩(wěn)定葉片組織的低Na+水平；隨著鹽堿脅迫加重，Na+開始往地上部分運(yùn)輸，但流蘇為了減輕鹽離子對(duì)莖部的傷害，將Na+貯存在葉片中，通過葉片脫落的方式帶走大量的Na+。其鹽堿適應(yīng)機(jī)制與圓柏相似，趨向于“避鹽”，這有助于穩(wěn)定地下部分的低Na+水平，且多余的Na+有助于提高葉部細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，避免生理干旱[20]。

K+是大多數(shù)植物活細(xì)胞中含量最高的無機(jī)離子，在調(diào)節(jié)胞內(nèi)滲透勢和電荷平衡方面有重要作用。由于Na+與K+具有相似的離子半徑和水合能，兩者同時(shí)競爭同一轉(zhuǎn)運(yùn)體的結(jié)合位[21]。鹽堿環(huán)境下植株體內(nèi)Na+的大量攝入會(huì)爭奪K+的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致各器官中K+/Na+下降，致使植物遭受離子毒害和營養(yǎng)失衡。許多耐鹽性強(qiáng)的植物攝取K+并向地上部分輸送的能力較強(qiáng)。本試驗(yàn)中，鹽堿處理下，流蘇各器官中的K+/Na+值均顯著下降，50 mmol·L-1處理時(shí)，流蘇莖、葉中的K+/Na+值較大，說明低鹽濃度未迫使Na+向地上部的運(yùn)輸，對(duì)莖、葉K+吸收抑制作用較小，鹽堿脅迫對(duì)地上部的危害較??；隨著鹽堿濃度的增加，Na+吸收增多并向上運(yùn)輸，各器官對(duì)K+吸收能力下降，K+/Na+平衡遭到破壞，產(chǎn)生離子毒害，相同的表現(xiàn)出現(xiàn)在泡桐幼苗中[22]。Poustini在小麥(Triticumaestivum)上的研究表明, 與鹽敏感品種相比，耐鹽品種莖部積累Na+最少[23]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，流蘇K+/Na+在莖部的值最高，流蘇優(yōu)先將多余的Na+貯存于葉、根中，保持莖中低Na+水平，減輕鹽堿對(duì)莖部的傷害，這可能是流蘇對(duì)鹽堿脅迫的適應(yīng)方式。

植物的SK,Na值表示不同器官之間的離子輸送能力。值越大，說明植物選擇性輸送K+和抑制根系向上運(yùn)輸Na+的能力越強(qiáng)，植物耐鹽堿能力越強(qiáng)[15]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，低鹽(≤100 mmol·L-1)輕度堿(A、B組)脅迫下，根SK,Na值不斷減小，莖SK,Na值、葉SK,Na值隨鹽濃度的増加先升高后降低，這與牛疊肚的相關(guān)報(bào)道是一致的[24]。這種現(xiàn)象可能是因?yàn)榈蜐舛塞}堿脅迫使根向莖選擇性運(yùn)輸K+增多，將大量的Na+區(qū)隔在了根中，進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，隨著鹽堿脅迫的加重，Na+向上運(yùn)輸，超過了流蘇耐鹽堿的范圍，造成流蘇體內(nèi)離子失衡。

綜上所述，流蘇對(duì)低鹽堿環(huán)境(鹽濃度為50 mmol·L-1，pH值在7.11～8.44)表現(xiàn)出一定的主動(dòng)適應(yīng)性。流蘇通過促進(jìn)根系補(bǔ)償生長的方式，加強(qiáng)根系對(duì)外界水分的吸收以稀釋鹽離子；將體內(nèi)的Na+優(yōu)先區(qū)隔在葉中，通過老葉脫落的排鹽方式緩解鹽堿危害，同時(shí)提高莖、葉對(duì)K+的選擇性吸收能力，保證地上部對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)的需求，緩解Na+對(duì)根、莖的毒害作用，維持植株正常生理活動(dòng)。但是，鹽堿脅迫對(duì)流蘇的協(xié)同作用機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過程，鹽堿脅迫下流蘇體內(nèi)的各種酶的相互作用有待進(jìn)一步研究。