宗建偉，張志龍，薛可欣，王爽爽，楊雨華

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

中國內(nèi)陸鹽堿地以鹽化和堿化混合土壤為主,成分復(fù)雜且程度各異, 統(tǒng)稱為鹽堿地土壤[1]，鹽堿化已成為威脅生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。我國鹽堿地所占面積為9.9 × 107hm2[2]。據(jù)全國第二次調(diào)查報(bào)告顯示，我國鹽堿地主要分布在東北(黑吉遼)、華北(京津冀)、中北(晉秦隴)、西北(青寧新)等地區(qū)[3]，具有分布廣、面積大、類型多的特點(diǎn)。河南分布著大面積的鹽堿地，這嚴(yán)重制約了河南農(nóng)林經(jīng)濟(jì)和植物景觀建設(shè)的發(fā)展。

開發(fā)和利用鹽堿地資源是進(jìn)一步挖掘農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?、解決人口和環(huán)境壓力的重要舉措，而選用和推廣耐鹽植物是改良和利用大面積鹽堿土壤最經(jīng)濟(jì)、最快捷的措施之一[4]；但鹽堿地區(qū)適生范圍的確定，是耐鹽堿植物大面積推廣亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。因此，國內(nèi)外眾多科研工作者對(duì)研究鹽堿脅迫下植物的生理響應(yīng)機(jī)制愈加重視，主要集中在蔬菜、農(nóng)作物或特定耐鹽模式植物的研究[5-7]。

許多研究表明，鹽堿脅迫對(duì)植物的生理系統(tǒng)影響十分復(fù)雜，植株不僅遭受著鹽脅迫引起的滲透?jìng)碗x子毒害，還受到高pH的損害[8]。慈敦偉等[9]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低濃度鹽可以促進(jìn)花生植株的生長，而高濃度的鹽則會(huì)抑制其生長。張曉燕等[10]研究表明，在一定鹽脅迫范圍內(nèi)，文冠果（Xanthoceras sorbifoliaBunge）通過調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓變化，而表現(xiàn)出一定的耐鹽性；此外，郭瑞等[11]研究證明，堿脅迫的高pH值影響植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，阻礙離子穩(wěn)態(tài)重建，顯著影響植物根系生長發(fā)育。因此，鹽堿化植物既要通過滲透調(diào)節(jié)減緩滲透?jìng)碗x子毒害，又要維持體內(nèi)的pH平衡[12-13]。目前，文冠果多以研究雄性不育、遺傳變異、快速繁殖及干旱脅迫等為主，在針對(duì)中性鹽和堿性鹽方面的研究鮮有報(bào)道。

文冠果是我國特有的珍稀木本油料樹種，被列為制造生物柴油的八大樹種之一，素有“北方油茶”的美稱[14-15]；其根系發(fā)達(dá)，萌蘗力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在我國華北和東北、西北等地區(qū)均有分布[16]。為避免盲目引種造成的經(jīng)濟(jì)損失，研究鹽堿脅迫下文冠果的生理機(jī)制顯得尤為迫切。本試驗(yàn)選用NaCl和Na2CO3模擬河南省鹽堿土壤，研究鹽堿脅迫下其質(zhì)膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶活性等的生理指標(biāo)，對(duì)探究文冠果耐鹽堿能力及耐鹽堿生理響應(yīng)機(jī)制具有重要意義，也為可持續(xù)利用鹽堿地資源提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院苗圃（113°65′ E，34°78′ N）進(jìn)行，2018年1月選用河南濟(jì)源種源的文冠果種子進(jìn)行沙藏處理，2018年3月，將露白的種子直播在規(guī)格為280 mm × 180 mm的花盆內(nèi)，基質(zhì)V草炭土∶V珍珠巖= 5∶1，花盆配置的托盤有效收集其滲出液并及時(shí)回澆至盆中，以避免土壤鹽分的流失。將種植的幼苗置于3 m × 3 m的避雨棚下，并在花盆底部作墊高處理，所有植株統(tǒng)一管理。

1.2 鹽堿處理

2019年7月選取長勢(shì)良好且基本一致的81株幼苗進(jìn)行鹽堿處理。將試驗(yàn)材料隨機(jī)分成9份，每份9株，根據(jù)河南地區(qū)常見中性鹽（NaCl）和堿性鹽（Na2CO3）以及Na+濃度[17]，設(shè)置NaCl濃度分別為：70、140、210、280 mmol·L-1；Na2CO3濃度分別為：35、70、105、140 mmol·L-1，共8個(gè)鹽處理，以澆等體積的清水為對(duì)照（CK），每3株為1組，3次重復(fù)。各處理每次澆相應(yīng)濃度的鹽、堿溶液300 mL,為避免鹽激發(fā)生，鹽、堿溶液從低濃度（為最終濃度的1/4）開始加入。每3 d遞增1個(gè)梯度，4次后累計(jì)澆灌鹽、堿溶液的總量達(dá)到設(shè)計(jì)各處理的濃度，開始計(jì)算處理時(shí)間。處理后的7、12、17、22 d時(shí)采樣進(jìn)行各生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

采用劉正祥等[18]的方法進(jìn)行生物量和根冠比的測(cè)定；質(zhì)膜透性的測(cè)定采用電導(dǎo)儀[19]測(cè)定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[20]測(cè)定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[20]測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法[21]測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化學(xué)還原法[21]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)

采用SPSS24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并用WPS 2019整理以及繪制圖表，進(jìn)行雙因素方差分析(Twoway ANOVA)檢驗(yàn)不同濃度、時(shí)間和二者交互作用的影響以及單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)不同處理間的差異，LSD法進(jìn)行多重比較，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿處理對(duì)文冠果生物量的影響

圖1表明：不同鹽濃度下植株的總生物量、根冠比存在差異，隨著鹽堿脅迫加劇，文冠果總生物量呈降低趨勢(shì)，而根冠比呈上升趨勢(shì)；不同濃度的中性鹽和堿性鹽對(duì)植株生長影響不同，280 mmol·L-1的中性鹽和140 mmol·L-1堿性鹽處理下，植株的總生物量最低，根冠比最高。此外，280 mmol·L-1中性鹽和140 mmol·L-1堿性鹽處理比CK的總生物量分別顯著降低79.9%、73.9%（P＜0.05），而根冠比比CK分別顯著增加48.5%、55.4%（P＜ 0.05）。

圖1 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗總生物量和根冠比的影響Fig.1 The effect of saline-alkali treatment on biomass production and root-shoot ratio of Xanthoceras sorbifolia seedlings

2.2 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗細(xì)胞膜系統(tǒng)的影響

由圖2可知：鹽堿處理濃度較低且處理時(shí)間較短時(shí)，文冠果葉片相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量均呈上升趨勢(shì)，相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于對(duì)照組，在堿脅迫22 d、140 mmol·L-1時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率開始降低；在NaCl濃度為210 mmol·L-1、Na2CO3濃度為70 mmol·L-1脅迫12 d時(shí)丙二醛含量比CK顯著增多，且在NaCl濃度為280 mmol·L-1、Na2CO3濃度為105 mmol·L-1時(shí)達(dá)最高值；此外，高濃度（NaCl 210、280 mmol·L-1和Na2CO3105、140 mmol·L-1）長時(shí)間（17、22 d）的處理下，丙二醛含量呈下降趨勢(shì)。說明文冠果具有一定的抗鹽能力，且在高濃度鹽堿脅迫下植物細(xì)胞抵御外界逆境的能力增強(qiáng)，但脅迫后期幼苗葉片依舊受害嚴(yán)重，甚至使植株死亡。

圖2 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的影響Fig.2 The effect of saline-alkali treatment on relative electrical conductivity and Malondialdehyde in the leaves of Xanthoceras sorbifolia seedlings

2.3 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

圖3表明：隨著NaCl處理濃度的增加及處理時(shí)間的延長，文冠果幼苗葉片脯氨酸及可溶性蛋白含量均呈上升趨勢(shì)，在濃度為280 mmol·L-1、處理22 d時(shí)達(dá)到峰值，分別為30.35 μg·g-1、3.724 mg·g-1，與對(duì)照（CK）相比分別增加了211.70%、647.80%。在高濃度（105、140 mmol·L-1）Na2CO3脅迫下，脯氨酸含量隨著時(shí)間的延長呈先升后降趨勢(shì)，兩濃度處理間差異不顯著（P＞ 0.05），在140 mmol·L-1，處理17 d時(shí)達(dá)到最大值（26.97 μg·g-1）；可溶性蛋白含量隨處理時(shí)間的延長呈上升趨勢(shì)，在高濃度（140 mmol·L-1）長時(shí)間（22 d）處理下達(dá)到峰值（3.765 mg·g-1）。由此說明，鹽堿的類型、濃度及處理時(shí)間均對(duì)文冠果的生理狀況有一定影響，隨著處理濃度的增加及處理時(shí)間的延長，幼苗被破壞程度逐步加深，最終導(dǎo)致植株死亡。

2.4 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗SOD活性的影響

由圖4可見：NaCl和Na2CO3處理下的文冠果超氧化物歧化酶（SOD）活性變化規(guī)律基本一致，隨濃度的增大均呈先升后降的趨勢(shì)，且表現(xiàn)為堿脅迫＞鹽脅迫；在NaCl濃度為140 mmol·L-1、Na2CO3濃度為105 mmol·L-1處理17 d時(shí)SOD活性均達(dá)到峰值，比CK分別增加了5.81%、11.95%。

圖4 鹽堿處理對(duì)文冠果幼苗葉片SOD活性的影響Fig.4 The effect of saline-alkali treatment on SOD activity in the leaves of Xanthoceras sorbifolia seedlings

2.5 鹽堿脅迫下文冠果幼苗葉片各生理指標(biāo)的雙因素方差分析

由表1可知：時(shí)間和濃度對(duì)鹽堿脅迫下的文冠果相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸均有極顯著交互效應(yīng)(P＜0.01)，而可溶性蛋白僅在鹽脅迫下受到時(shí)間和濃度交互作用的影響(P＜ 0.01)。鹽堿脅迫的時(shí)間和濃度雙因素對(duì)丙二醛和SOD均無顯著的交互作用（P＞ 0.05）。

表1 鹽堿處理下各生理指標(biāo)的雙因素方差分析Table 1 Two-way ANOVA of various physiological indexes under saline-alkali treatment

2.6 鹽堿處理下文冠果幼苗葉片各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表2可知：NaCl處理下，丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白與相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛與脯氨酸、可溶性蛋白、SOD均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；可溶性蛋白與SOD、脯氨酸均呈極顯著正相關(guān)（P＜ 0.01）；SOD與相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸無顯著相關(guān)(P＞ 0.05）。Na2CO3處理下，丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白與相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛與脯氨酸、可溶性蛋白均呈極顯著正相關(guān)（P＜ 0.01）；SOD僅與丙二醛呈顯著正相關(guān)（P＜ 0.05），SOD與相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸、可溶性蛋白無顯著相關(guān)(P＞ 0.05）。

表2 鹽堿處理下各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of various physiological indexes under saline-alkali treatment

2.7 鹽堿脅迫處理下文冠果幼苗葉片各生理指標(biāo)的主成分分析

由表3可看出：NaCl處理下特征值為4.121，累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.423%，綜合了丙二醛、可溶性蛋白、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸和超氧化物歧化酶的信息；Na2CO3處理下特征值為3.886，累計(jì)貢獻(xiàn)率為77.725%，主要綜合了丙二醛、可溶性蛋白、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸的信息，具有較好的代表性。因此，可用此5個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)文冠果耐鹽性能力[22]。

表3 主成分分析旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣Table 3 Principal component analysis rotated component loading matrix

由表4綜合得分[23]可看出：不同濃度NaCl處理對(duì)文冠果生理指標(biāo)的影響由大到小依次為：280、210、140、70、0 mmol·L-1；不同濃度Na2CO3處理對(duì)文冠果生理指標(biāo)的影響由大到小依次為：105、140、70、35、0 mmol·L-1。

表4 NaCl、Na2CO3脅迫下文冠果的綜合得分及排名Table 4 NaCl、Na2CO3 processing the comprehensive score and ranking of the following

3 討論

鹽脅迫產(chǎn)生離子毒害的同時(shí)引起次生作用[24]。在鹽堿脅迫下，植物組織離子濃度過高，導(dǎo)致離子失衡，從而引發(fā)植物水分缺失[25]。大量Na+的積累會(huì)產(chǎn)生離子毒害[26]，引發(fā)諸如植株生長、光合反應(yīng)及滲透物質(zhì)等一系列的生理生化反應(yīng)，最終表現(xiàn)在植物的生長和生物量累積[5,27]。本研究表明，在鹽堿脅迫下，文冠果總生物量呈降低趨勢(shì)，根冠比呈上升趨勢(shì)，脅迫后期葉片失水萎蔫，變黃干枯，甚至死亡。這可能是植株在調(diào)節(jié)生物量的分配模式[28]來應(yīng)對(duì)脅迫環(huán)境。相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量可反映植物細(xì)胞膜在逆境條件的受損傷程度[29-30]。本研究中，中性鹽70 mmol·L-1處理17、22 d文冠果幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率略有下降，這可能是低濃度鹽對(duì)植物的生長具有促進(jìn)作用[31]；堿性鹽處理下，相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著升高趨勢(shì)（圖2），說明高濃度堿性鹽會(huì)破壞文冠果的細(xì)胞膜系統(tǒng)，影響文冠果的生長，該結(jié)果與齊琪[32]的研究結(jié)論基本一致。在鹽堿脅迫下，時(shí)間和濃度2種影響因子對(duì)丙二醛無顯著的交互作用（P＞ 0.05）；在鹽堿脅迫后期，高濃度時(shí)丙二醛含量呈下降趨勢(shì)，這可能與適度脅迫會(huì)產(chǎn)生一系列“防衛(wèi)性”生理反應(yīng)有關(guān)，該反應(yīng)阻礙了傷害的加深，因此，丙二醛含量較低[33]，但隨著脅迫的持續(xù)加重，勢(shì)必引發(fā)不可逆的傷害。

脯氨酸、可溶性蛋白的積累是植物在鹽堿脅迫下誘發(fā)的一種防御行為，也是植物遭受逆境脅迫的信號(hào)[34]。隨著鹽濃度的增大，脯氨酸和可溶性蛋白含量持續(xù)上升，這表明植物通過脯氨酸、可溶性蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，緩解滲透脅迫對(duì)植物生長的抑制作用[35]。在堿脅迫下，脯氨酸含量隨堿濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，說明高濃度的Na2CO3處理會(huì)破壞文冠果滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累。

活性氧（ROS）作為滲透脅迫和離子毒害的副產(chǎn)物，能導(dǎo)致細(xì)胞膜功能喪失和細(xì)胞的死亡[36]。植物在逆境脅迫下，活性氧代謝加劇體內(nèi)ROS過度積累[37]。脅迫初期，植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)被激活，表現(xiàn)為隨處理濃度的增大，文冠果的SOD活性呈先升后降趨勢(shì)。本研究中，文冠果幼苗在低濃度鹽堿脅迫下能夠通過提高 SOD 活性增強(qiáng)對(duì)活性氧的清除能力；當(dāng)鹽堿含量過高時(shí)，SOD活性下降，致使活性氧清除能力受到抑制，這一結(jié)果與林雪鋒等[38]對(duì)海濱植物 SOD 活性的研究結(jié)論基本一致。除堿性鹽140 mmol·L-1外，隨脅迫時(shí)間的延長，植物抗氧化酶活性均持續(xù)升高。在中性鹽處理下，SOD活性升至58 U·g-1·min-1左右保持穩(wěn)定，而堿性鹽SOD活性升至61 U·g-1·min-1左右趨于穩(wěn)定。堿性鹽140 mmol·L-1處理下SOD活性顯著下降表明其已達(dá)到閾值，植物體的代謝出現(xiàn)紊亂，活性氧清除機(jī)制遭到破壞，酶活性降低，SOD不足以清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧、自由基等[39]。由于華北地區(qū)平均土壤含鹽量在0.3%左右，最高達(dá)到1.39%[40]，因此，在園林綠化中，華北平原輕、中度鹽漬化土壤可選擇文冠果應(yīng)用推廣。

4 結(jié)論

綜上所述，鹽濃度在70、140 mmol·L-1，堿濃度在35、70 mmol·L-1時(shí)文冠果通過調(diào)節(jié)生物量分配模式，積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和提高抗氧化酶系統(tǒng)來保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)共同抵御鹽堿脅迫。在高濃度鹽脅迫（210、280 mmol·L-1）、堿脅迫（105、140 mmol·L-1）下，文冠果主要通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來抵御逆境。此外，與中性鹽NaCl相比，高濃度堿性鹽Na2CO3對(duì)文冠果的傷害更嚴(yán)重。雙因素方差分析顯示：時(shí)間和濃度的交互作用對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸的影響極顯著（P＜ 0.01），且主成分分析和相關(guān)性分析表明，丙二醛、可溶性蛋白、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸、SOD等指標(biāo)可評(píng)價(jià)文冠果具有一定的鹽堿耐受性。