周貝寧，毛 戀，花壯壯，蘆建國

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

近年來由于人類活動的影響，可用耕地面積減少，土地利用率下降，土壤鹽堿化趨勢正以1.0×10～1.5×10hm的速度逐年上升。我國作為農(nóng)業(yè)大國，鹽堿地總面積約有9.9×10hm，包括鹽土、堿土及鹽堿混合土。研究表明，由NaHCO、NaCO引起的鹽堿化除了對植物產(chǎn)生滲透、活性氧脅迫及離子毒害外，還會在鹽脅迫的基礎(chǔ)上產(chǎn)生高pH脅迫，嚴(yán)重破壞植物的根系，加快土壤中Ca、Mg等金屬離子的沉淀而造成土壤板結(jié)，從而抑制植物對礦質(zhì)元素的吸收，影響植物的生長發(fā)育。

夏蠟梅()在20世紀(jì)60年代被首次發(fā)現(xiàn)，為蠟梅科夏蠟梅屬落葉灌木，產(chǎn)于浙江，野生資源分布范圍十分狹窄，現(xiàn)已被列為我國二級珍稀瀕危植物。夏蠟梅花期4—5月，花朵單生于嫩枝頂端，花白且邊緣淡紫紅色，內(nèi)被片基部淡紫紅色細(xì)斑紋，具有較高的觀賞價值和藥用價值。

近幾年，夏蠟梅的野生資源遭到了嚴(yán)重破壞，野生分布范圍在逐步縮小，目前已有中性鹽脅迫對夏蠟梅幼苗生長影響的研究，證明其具有一定的耐鹽能力，而自然鹽堿地中，中性鹽和堿性鹽同時存在且堿性鹽對植物的危害遠(yuǎn)高于鹽脅迫。本文以3年生夏蠟梅苗為材料，研究其在堿性鹽脅迫下生長變化及離子吸收和運輸效應(yīng)，綜合分析夏蠟梅對堿性鹽脅迫的響應(yīng)機制以擴大其引種栽培范圍，為夏蠟梅的合理開發(fā)利用和生產(chǎn)實踐栽培提供依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為3年生夏蠟梅實生苗，于南京林業(yè)大學(xué)白馬教學(xué)基地播種上盆，于2018年3月轉(zhuǎn)移至南京林業(yè)大學(xué)園林實驗實訓(xùn)中心花房溫室(32°30′N， 118°49′E)中適應(yīng)1年，場地地勢平坦，溫室接受透過玻璃的自然光照(內(nèi)設(shè)遮陰網(wǎng))，期間進(jìn)行實生苗的日常養(yǎng)護(hù)管理。試驗用盆為直徑15 cm、高13 cm的塑料花盆，并下置托盤；栽培基質(zhì)比例為園土∶營養(yǎng)土=1∶1，每盆統(tǒng)一裝土1.5 kg(干土質(zhì)量1.2 kg)。

1.2 鹽堿處理

根據(jù)我國鹽堿地的土壤含鹽量，試驗以堿性鹽NaHCO模擬鹽堿脅迫，根據(jù)鹽分與土壤干質(zhì)量之比設(shè)置CK、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%八個梯度，pH值分別為7.20、7.53、7.80、7.91、8.27、8.64、8.92、9.31，堿性依次增加。試驗于2019年5—7月進(jìn)行，選擇生長健壯、長勢一致的夏蠟梅幼苗，隨機分成9組，每組60盆，設(shè)3個重復(fù)。其中7組為NaHCO處理組，另設(shè)1組蒸餾水處理對照，記為CK；在處理開始前對剩余1組進(jìn)行取樣，測定苗高地徑，各部分干、鮮質(zhì)量，土壤pH值作為起始對照。

根據(jù)預(yù)設(shè)的脅迫條件，稱取各處理NaHCO所需質(zhì)量用蒸餾水溶解，配成1 L鹽溶液；在17:00—19:00進(jìn)行各處理的澆灌，加鹽前需控制土壤干燥，緩慢注入以利于鹽分在土壤中充分?jǐn)U散，將托盤中滲出的鹽溶液倒回盆中，直至所有處理達(dá)到預(yù)設(shè)濃度；此時記為第1天作為試驗開始，之后每2 d用稱重法補充蒸發(fā)所損失的水分，維持土壤田間含水量75%；處理60 d后結(jié)束試驗。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長指標(biāo)測定

試驗開始時每個處理選取3株長勢良好的單株，測定苗高、地徑并做好標(biāo)記，于試驗結(jié)束后第一天再次測定苗高、地徑，并計算兩者差距即為相對生長量。脅迫結(jié)束后，采用破壞性取樣方式，從每個處理中選取葉片完整的3株幼苗，將苗木地上、地下部分分開，清洗干凈后稱取根、莖、葉各器官的鮮重，然后于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，稱取干重，計算根冠比。

1.3.2 離子測定

取最后一次各處理的夏蠟梅根、莖、葉干樣粉碎，稱取0.2 g于25 mL三角瓶中，加入5 mL混合酸(濃硝酸∶高氯酸=4∶1)，于電熱板上進(jìn)行微波消煮至無色透明，用去離子水將消煮液定容到50 mL，同時做空白對照，用原子分光光度計測定根、莖、葉中Na、K、Ca的含量。

1.3.3 離子選擇性吸收、運輸能力計算

計算夏蠟梅根、莖、葉對離子的選擇運輸(，Na)能力：

式中：為K、Ca2種離子中任意一種，，Na值越大表示源器官控制Na，促進(jìn)向庫器官的運輸能力越強，即庫器官的選擇運輸能力越強。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 23.0進(jìn)行計算和統(tǒng)計，同時進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿性鹽脅迫對夏蠟梅苗高、地徑相對生長量的影響

隨著堿性鹽NaHCO含量的升高，夏蠟梅苗高相對生長量總體呈明顯下降的趨勢，而地徑相對生長量總體呈先上升后下降的趨勢(圖1)。對照組(CK)的夏蠟梅苗高相對生長量最大，當(dāng)處理濃度高于0.3%時，夏蠟梅的生長明顯受到抑制，且與CK差異顯著(<0.05)；0.1%和0.2%處理下的苗高相對生長量同比分別下降5.56%、30.56%，與CK無顯著差異(>0.05)，說明較低的NaHCO脅迫對夏蠟梅的生長無明顯的影響。0.1%處理下的夏蠟梅地徑相對生長量最大，顯著(<0.05)高于CK 45.78%，從0.2%處理開始地徑相對生長量明顯下降，直至0.6%和0.7%處理與CK相比平均下降72.16%，說明0.1%NaHCO適當(dāng)促進(jìn)了夏蠟梅地徑的生長，而高濃度脅迫同樣明顯地抑制其生長。

沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。The bars with different lowercase letters indicated significant differences (P<0.05). The same as below.圖1 堿性鹽脅迫對夏蠟梅苗高、地徑相對生長量的影響Fig.1 Effect of alkaline salt stress on relative height growth and diameter growth of Sinocalycanthus chinensis

2.2 堿性鹽脅迫對夏蠟梅生物量的影響

隨著堿性鹽脅迫的加劇，與對照組(CK)相比，夏蠟梅各器官生物量和總生物量均呈不同程度的下降趨勢(表1)。夏蠟梅根生物量的下降幅度最大，0.3%處理稍有上升但與CK相比仍下降21.83%，0.7%處理與CK相比顯著下降71.15%，所有處理與CK差異顯著；其次為葉，0.1%、0.2%和0.3%處理與CK無顯著差異(>0.05)，在0.7%處理下顯著下降68.06%；莖生物量的下降幅度最小，與葉生物量變化趨勢相同，在0.3%處理下僅比CK少0.016 7 g，高于0.4%的處理均與CK差異顯著(<0.05)。夏蠟梅總生物量變化趨勢與各器官大致相同，0.1%和0.2%處理下顯著下降15.56%和22.26%，在0.3%處理下稍有上升后又持續(xù)下降，且CK與所有處理之間均差異顯著(<0.05)。堿性鹽脅迫嚴(yán)重影響了夏蠟梅的根冠比，各處理的根冠比均小于對照，整體呈曲折下降的趨勢，除0.5%和0.7%外的各處理與CK間均差異不顯著(表1)，下降幅度介于5.74%～40.25%。堿性鹽脅迫處理下，夏蠟梅以減小根的質(zhì)量來適應(yīng)脅迫，這可能是夏蠟梅在堿性鹽脅迫下的適應(yīng)性反應(yīng)。

表1 堿性鹽脅迫對夏蠟梅不同器官生物量的影響

2.3 堿性鹽脅迫對夏蠟梅根系形態(tài)的影響

隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅的主根長、一級側(cè)根的數(shù)量均呈不同程度的曲折下降(表2)。與對照相比，主根長下降幅度在20.00%～65.96%，所有處理與CK均差異顯著；一級側(cè)根數(shù)的變化除0.5%處理下稍有波動外，整體呈明顯下降的趨勢，且CK與除0.1%處理外的其他處理均差異顯著(<0.05)；與主根長和一級側(cè)根數(shù)的變化趨勢稍有不同，夏蠟梅的根體積先下降，在0.3%處理中上升至與CK相等，之后持續(xù)波動下降，直至0.7%處理同比CK顯著下降59.00%，且CK與0.3%及以上處理之間均差異顯著(<0.05)。

2.4 堿性鹽脅迫對夏蠟梅各器官離子吸收、運輸和分配的影響

2.4.1 堿性鹽脅迫對夏蠟梅各器官 Na、K和Ca含量的影響

隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根中Na含量整體呈現(xiàn)明顯上升趨勢，而莖和葉中Na含量上升不明顯，且Na含量排序為根>葉>莖(圖2)。說明堿性鹽脅迫下，夏蠟梅根中會貯存較多的Na，其次是葉，莖稍低于葉。0.1%和0.2%處理的夏蠟梅根Na與CK無顯著差異(>0.05)，在高濃度處理下(>0.3%)均顯著高于CK，是CK的3.92～6.03倍；夏蠟梅莖Na含量在0.6%處理下最高，除0.1%外的所有處理與CK間均差異顯著(<0.05)；0.1%處理下的夏蠟梅葉Na含量僅比CK減少2.28%，0.5%和0.6%處理下葉Na分別是CK的3.65倍和3.80倍，且除0.6%和0.7%處理之外與CK均差異不顯著。

隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根中K含量整體呈現(xiàn)下降趨勢，而莖和葉中K含量均先升高后下降。低濃度的堿性鹽脅迫下，夏蠟梅各器官K含量排序為：莖>根>葉；高濃度脅迫下，K含量排序為：葉>莖>根。與對照相比，0.1%～0.3%處理的根中K下降5.80%～19.26%，之后呈現(xiàn)持續(xù)下降，且CK與0.5%～0.7%處理之間均差異顯著(<0.05)；0.3%處理的夏蠟梅莖K含量與CK相比上升49.64%，達(dá)到最高值14.96 mg·g，且0.2%和0.3%處理與其他處理間差異顯著；0.4%處理下夏蠟梅葉中K含量是CK的2.52倍，達(dá)到峰值(17.58 mg·g)后開始呈現(xiàn)下降趨勢，且CK與0.3%、0.4%處理差異顯著。

表2 堿性鹽脅迫對夏蠟梅根系形態(tài)的影響

圖2 堿性鹽脅迫對夏蠟梅不同器官Na+、K+、Ca2+含量的影響Fig.2 Effect of alkaline salt stress on the content of Na+， K+， Ca2+in different organs of Sinocalycanthus chinensis

隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅各器官Ca含量排序為：葉>根>莖，根中Ca含量整體先上升后下降，0.4%處理的夏蠟梅根Ca含量達(dá)到峰值，是CK的2.14倍且與所有處理之間差異顯著，0.7%處理的夏蠟梅根Ca含量與CK相同，且除0.4%外的處理與CK均無顯著差異(>0.05)；莖中Ca含量不斷下降，下降幅度介于18.69%～46.38%，且所有處理與CK均差異顯著；葉中Ca含量變化無明顯規(guī)律，整體呈“下降-上升-下降-上升”的變化，0.3%處理同比CK上升了8.81%達(dá)到最高值，所有處理與CK均差異不顯著。

2.4.2 堿性鹽脅迫對夏蠟梅各器官K/Na、Ca/Na的影響

根據(jù)表3可知，在堿性鹽脅迫下，夏蠟梅莖、葉中K/Na比值遠(yuǎn)大于根，說明夏蠟梅莖、葉對K的相對吸收要高于根，莖和葉通過吸收K而阻止Na的進(jìn)入，以降低堿性鹽脅迫對夏蠟梅莖和葉的傷害。隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根中K/Na比值下降幅度介于47.03%～90.50%，所有處理與CK差異顯著(<0.05)；夏蠟梅莖中K/Na比值在0.1%處理下同比上升12.08%，說明低濃度的堿性鹽脅迫可以提高夏蠟梅莖對K的吸收，之后持續(xù)下降，且高濃度處理(>0.3%)與CK均差異顯著；夏蠟梅葉K/Na比值在0.1%～0.4%處理下上升，說明同樣存在低濃度堿性鹽促進(jìn)葉對K的吸收，且各處理與CK之間無顯著差異(>0.05)。夏蠟梅整體K/Na比值均低于CK，說明隨著脅迫的加劇，夏蠟梅對Na的相對吸收不斷增加。

夏蠟梅根、莖、葉各器官中Ca/Na比值大小的排序：葉>莖>根，說明夏蠟梅葉對Ca的相對吸收高于莖和根，葉通過阻止Na的進(jìn)入從而降低脅迫傷害。根、莖、葉Ca/Na比值均在0.3%和0.4%處理下有所上升，說明0.3%、0.4%的NaHCO處理適當(dāng)促進(jìn)了夏蠟梅對Ca的相對吸收。隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根中Ca/Na比值大幅度下降，較CK顯著(<0.05)下降27.13%～83.10%；夏蠟梅莖中Ca/Na比值在0.3%、0.4%處理下稍有上升，但同比CK仍下降了62.03%和61.63%，且除0.1%處理外的其他處理與CK均差異顯著；夏蠟梅葉中Ca/Na比值在0.3%處理下上升，同比CK僅降低8.33%，且高濃度處理(>0.5%)下與CK均差異顯著。

表3 堿性鹽脅迫下夏蠟梅不同器官K+/Na+、Ca2+/Na+比值變化及方差分析

2.4.3 堿性鹽脅迫對夏蠟梅離子的選擇性吸收和運輸

根據(jù)表4可知，隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根-莖值明顯高于根-莖值，說明夏蠟梅根系到莖部的選擇運輸能力排序：K>Ca。各處理的夏蠟梅根-莖值整體明顯上升，與CK相比增加5.01～24.01，且0.3%、0.6%、0.7%處理與CK均差異顯著(<0.05)；夏蠟梅根-莖呈曲折下降-上升的趨勢，在0.1%、0.3%和0.7%處理下同比增加0.58、0.22和4.48，且0.7%處理與CK間差異顯著。

隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅莖部到葉片的選擇運輸能力排序：Ca>K。夏蠟梅莖-葉值和值均呈現(xiàn)上升-下降-上升的明顯趨勢，莖-葉在0.4%處理下與CK相比顯著(<0.05)增加1.42，在0.5%處理下降至最低值0.55；莖-葉在0.3%處理下顯著高于CK，在0.5%處理時顯著降低至1.62。

夏蠟梅從根系到葉片選擇運輸Ca和K能力基本相同。夏蠟梅根-葉和的變化趨勢與莖-葉基本相同，根-葉值在0.3%和0.4%處理下與CK差異顯著，0.5%處理出現(xiàn)明顯下降，之后在0.7%處理顯著增加39.60；根-葉值在0.3%和0.7%處理下與CK差異顯著，分別增加22.06和30.09，0.5%處理下降至最低。

表4 堿性鹽脅迫下夏蠟梅不同器官離子選擇運輸?shù)淖兓?/p>

3 討論

植物在不利環(huán)境下，根、莖、葉等器官形態(tài)的變化是最直觀的適應(yīng)性反應(yīng)。堿性鹽脅迫通常會減緩甚至抑制植物生長，本試驗中低濃度的NaHCO脅迫對夏蠟梅的苗高相對生長量無明顯影響，而高濃度脅迫下苗高相對生長量顯著下降；夏蠟梅地徑相對生長量在0.1%處理下明顯高于CK，在高濃度處理下同樣顯著下降，說明夏蠟梅對堿性鹽脅迫具有一定耐受性，而高濃度堿性鹽脅迫明顯抑制了夏蠟梅生長，這與王志強等研究結(jié)果一致。在受到脅迫時，植物通過調(diào)節(jié)生物量分配以適應(yīng)環(huán)境變化，根冠比值是衡量生物量分配受逆境影響的重要指標(biāo)。本試驗中夏蠟梅主根長、一級側(cè)根數(shù)、各器官生物量和根冠比總體均呈現(xiàn)下降趨勢，表明高濃度堿性鹽脅迫會嚴(yán)重?fù)p害夏蠟梅根系且根系受鹽害程度高于地上部分，與前人研究有不同之處，原因可能是堿性鹽易產(chǎn)生pH脅迫從而對夏蠟梅根系的傷害程度高于莖和葉，但在低濃度脅迫下，根生物量與根冠比存在上升趨勢(仍低于CK)，說明根系擴大生長量以抵消脅迫對吸收功能的損傷，對于維持植株正常生長具有積極作用。

堿性鹽環(huán)境中含有大量的Na，過量的Na會引起植物細(xì)胞滲透失調(diào)、破壞體內(nèi)離子平衡、抑制植物生長和影響光合作用。在堿性鹽脅迫條件下，離子在植物組織器官間分布不均勻，通常植物會將過多的Na排出體外或區(qū)隔于液泡中以應(yīng)對鹽堿脅迫，且不同植物對過多Na的排出途徑不同，例如棉花幼苗優(yōu)先將Na積累在根、葉中，小麥優(yōu)先將吸收的大部分Na分配在莖部，從而降低葉片受到的傷害，擬南芥將Na外排到根際從而降低根系中Na含量，促進(jìn)水分向地上部分運輸。在本試驗中，隨著堿性鹽NaHCO脅迫的加劇，夏蠟梅根中Na與CK相比顯著增加且根中Na含量遠(yuǎn)高于莖和葉，說明在堿性鹽脅迫下，夏蠟梅根是Na凈累積量增加的主要器官并對其耐鹽能力具有重要作用，通過將Na貯存區(qū)隔于根系，以穩(wěn)定莖和葉片組織的低Na水平，從而減輕鹽離子對地上部分的傷害，這與香樟幼苗的抗鹽堿機制有共同之處。

研究表明，在諸多離子的代謝中，Na和K的代謝是植物適應(yīng)堿脅迫危害的生理基礎(chǔ)，Na的聚集會使細(xì)胞膜系統(tǒng)受損，而K對降低細(xì)胞滲透勢和維持水分平衡至關(guān)重要，因此，植物有效地控制Na-K的吸收、轉(zhuǎn)運和平衡是其適應(yīng)鹽堿脅迫的重要機制。Na對K的吸收有很強的競爭作用，多數(shù)耐鹽堿植物的策略是避免過量Na進(jìn)入細(xì)胞或加速Na排出，同時增加對K的吸收并向上運輸以減輕鹽害，故K/Na可作為判斷植物耐鹽堿性強弱的重要指標(biāo)。在本試驗的堿性鹽處理下，夏蠟梅莖、葉對K的相對吸收高于根，根、莖中的K/Na值均呈下降趨勢，而葉中K/Na值在0.1%～0.4%處理下均高于CK，說明夏蠟梅在低堿性鹽濃度下未迫使 Na向地上部分運輸，對莖和葉K的吸收抑制作用較小且促進(jìn)葉對K的吸收，堿性鹽脅迫對地上部分的危害較??；隨著堿性鹽濃度的增加，Na吸收增多并向上運輸，各器官對K吸收能力下降，K/Na平衡遭到破壞，產(chǎn)生離子毒害，這種離子選擇性吸收和離子平衡比滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸發(fā)揮著更大作用。

Ca作為第二信使與堿性鹽脅迫顯著正相關(guān)，高濃度的Na會取代具有穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的Ca，從而降低細(xì)胞膜的選擇透過性，影響膜上的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時Ca有助于提高植物對K的選擇性吸收。研究表明，在堿性鹽脅迫下Ca含量的增加有利于提高水稻、小麥等的耐鹽堿能力，因此植物可以通過增加吸收Ca來緩解堿性鹽脅迫。本試驗中，隨著NaHCO濃度的升高，夏蠟梅莖中Ca含量顯著下降，0.3%、0.4%的NaHCO處理適當(dāng)促進(jìn)了夏蠟梅根、葉對Ca的相對吸收，在隨著堿性鹽脅迫進(jìn)一步的加劇，夏蠟梅根系環(huán)境pH不斷升高，導(dǎo)致礦質(zhì)元素鈣大量沉淀；各器官Ca含量由大到小的順序為葉、根、莖，同時夏蠟梅各器官中Ca/Na比值大小的排序：葉>莖>根，說明在出現(xiàn)大量的Na競爭抑制Ca結(jié)合位點、破壞質(zhì)膜透性及多種酶促作用時，為維持植物體內(nèi)原有的離子平衡和應(yīng)對堿性鹽脅迫，夏蠟梅的地上部分通過增加Ca的吸收以降低Na的阻礙吸收作用。

離子選擇運輸系數(shù)、可以反映鹽堿脅迫下植物根系中Na、K、Ca向地上部分運輸?shù)倪x擇性，值越大則表明莖、葉選擇性運輸K、Ca的能力越強。本試驗中，隨著堿性鹽脅迫的加劇，夏蠟梅根-葉、根-莖和值整體遠(yuǎn)高于莖-葉，說明堿性鹽脅迫使得夏蠟梅根系選擇性運輸K、Ca能力增強，將大量的Na區(qū)隔在根系中，在提高細(xì)胞膜穩(wěn)定性和對鹽堿逆境適應(yīng)性的同時，減弱了Na在冠組織聚積所帶來的負(fù)面影響并且維持植株內(nèi)的離子平衡。隨著NaHCO濃度的升高，根-葉和值先顯著增加后顯著降低(仍高于CK)，說明堿性鹽脅迫的加劇限制了K及Ca向上運輸，Na和K、Ca競爭相同的吸收位點和活性位點所致，但在0.6%、0.7%處理中，K、Ca向葉片的運輸能力有所上升，說明夏蠟梅葉片能夠通過增加對礦質(zhì)元素的吸收以維持離子平衡，這與前人研究有共同之處。