徐揚(yáng)帆，馮立輝，陳文峰，劉劍彤，吳辰熙，胡紅娟

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢 430040；2.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，武漢 430072）

沿海濕地長(zhǎng)時(shí)間受到鹽分的侵襲，在不同程度上受到鹽的脅迫，植被修復(fù)是保護(hù)和調(diào)節(jié)沿海生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一［1］。鹽脅迫容易對(duì)植物造成形態(tài)和生理上的傷害，比如離子平衡失調(diào)、滲透脅迫、質(zhì)膜傷害、離子毒害等［2，3］，讓植物組織和器官不能正常生長(zhǎng)和分化，從而使植物的生長(zhǎng)受到抑制，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致植物死亡［4］。鹽脅迫不僅會(huì)影響植物個(gè)體的生長(zhǎng)和發(fā)育，還會(huì)對(duì)沿海地區(qū)整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)的植物分布及群落的演替方向產(chǎn)生影響［5］。研究發(fā)現(xiàn)，Na+、K+、Cl-是參與植物滲透調(diào)節(jié)的主要無(wú)機(jī)離子，在植物體內(nèi)處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)環(huán)境中鈉離子過(guò)多對(duì)植物造成毒害時(shí)，植物就會(huì)減少對(duì)鉀離子的吸收，從而導(dǎo)致植物體內(nèi)的Na+/K+比值失衡，使植物細(xì)胞代謝紊亂而死亡［6，7］。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的適應(yīng)和進(jìn)化，沿海區(qū)域植物在形態(tài)和生理上形成了與鹽堿環(huán)境相適應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制［8］，而不同植物的耐鹽能力及其對(duì)鹽分脅迫的響應(yīng)也不同，大部分植物可通過(guò)調(diào)節(jié)滲透壓和離子分布來(lái)適應(yīng)鹽的脅迫，而有些植物（濱藜屬）可以通過(guò)把體內(nèi)多余的鹽分排出體外、將細(xì)胞內(nèi)區(qū)隔化以及基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用來(lái)抵御鹽脅迫［9，10］。因此，研究不同種類的植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)不但能豐富鹽堿濕地的植物種類，而且可以對(duì)鹽堿濕地的改良提供參考。

本研究通過(guò)水培模擬試驗(yàn)，研究了沿海濕地中常見(jiàn)的3種水生植物黃菖蒲（IrispseudacorusL.）、美人蕉（Canna indica）和梭魚(yú)草（Pontederia cordataL.）在4種不同鹽脅迫下的生長(zhǎng)狀況，根據(jù)測(cè)定的生長(zhǎng)和生理指標(biāo)，篩選出耐鹽范圍較高的植物，為重建沿海濕地植物群落及植被修復(fù)工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 耐鹽植物的篩選

通過(guò)對(duì)廣州珠江口海岸帶濕地植物的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)，從觀賞和耐鹽性等方面出發(fā)，篩選出黃菖蒲、美人蕉和梭魚(yú)草作為試驗(yàn)植物。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 所有的試驗(yàn)植物均采購(gòu)于保定市，試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所實(shí)驗(yàn)室樓頂進(jìn)行。在試驗(yàn)開(kāi)始前，采用無(wú)土栽培的方式將生長(zhǎng)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的同一種植物用去離子水培養(yǎng)1周進(jìn)行適應(yīng)培養(yǎng)。然后將這3種植物栽培于設(shè)有4種不同NaCl梯度（0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰）水溶液中。每桶栽種4～5株同種植物，3次重復(fù)，用泡沫板固定，試驗(yàn)過(guò)程中適時(shí)補(bǔ)充去離子水，每天測(cè)定鹽度并使桶內(nèi)的鹽度維持在設(shè)定的濃度。期間，每隔7 d測(cè)定植物苗高、根長(zhǎng)等生長(zhǎng)指標(biāo)，每個(gè)處理隨機(jī)選取2株取葉片用于生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 植物生長(zhǎng)指標(biāo)有葉片大小、植物株高增量、根系生長(zhǎng)量，生理指標(biāo)有丙二醛（MDA）含量和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性。其中，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶活性采用鉬酸銨比色法測(cè)定［11］。各指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素ANOVA和Tukey’s檢驗(yàn)（P＜0.05）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，采用Origin 8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

不同鹽脅迫對(duì)3種植物根長(zhǎng)的影響見(jiàn)圖1。如圖1所示，在0.5‰～3.0‰NaCl處理下，3種植物根長(zhǎng)隨著鹽脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)呈逐漸增加。隨著NaCl的濃度升高，黃菖蒲和梭魚(yú)草的根系生長(zhǎng)率呈降低的趨勢(shì)，而美人蕉的根系生長(zhǎng)率隨著NaCl的濃度升高而增加。在濃度為0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰的鹽脅迫下水培28 d，黃菖蒲根系增長(zhǎng)率分別為87.5%、84.0%、79.2%、78.9%，梭魚(yú)草的根系增長(zhǎng)率分別為95.2%、87.5%、72.1%、72.0%，美人蕉的根系增長(zhǎng)率分別為70.0%、73.1%、79.2%、80.8%。表明高濃度NaCl抑制了黃菖蒲和梭魚(yú)草根系的生長(zhǎng)。

圖1 不同濃度NaCl處理對(duì)3種植物根長(zhǎng)的影響

不同濃度NaCl處理對(duì)3種水生植物葉寬的影響見(jiàn)圖2。如圖2所示，黃菖蒲在0.5‰NaCl處理28 d后，其葉寬的增幅達(dá)到最大，是處理前的3.15倍，而1.0‰～3.0‰NaCl處理下黃菖蒲葉寬僅為處理前的1.85～2.67倍，表明較高濃度的NaCl可能抑制了黃菖蒲葉寬的增長(zhǎng)。在1.5‰、3.0‰NaCl處理28 d后，梭魚(yú)草葉寬分別為處理前的1.44、1.49倍，而在0.5‰、1.0‰低濃度NaCl處理下，梭魚(yú)草葉寬分別為處理前的1.27和1.31倍。美人蕉在高濃度鹽脅迫下葉寬的增長(zhǎng)趨勢(shì)與低濃度鹽脅迫下相比也較強(qiáng)，這表明在鹽脅迫的條件下，梭魚(yú)草和美人蕉對(duì)維持葉寬增加的能力較強(qiáng)。

圖2 不同濃度NaCl處理對(duì)3種植物葉寬的影響

如圖3所示，在28 d不同濃度NaCl處理下，黃菖蒲的株高增幅的變化差異較小。在不同鹽脅迫處理下，其株高增長(zhǎng)率分別為56%～66%。梭魚(yú)草株高增幅隨著NaCl的濃度升高而增加，當(dāng)NaCl濃度達(dá)到3.0‰時(shí)，其植株增長(zhǎng)率達(dá)到最大，為21%。而美人蕉卻與梭魚(yú)草相反，其株高增幅隨著NaCl的濃度升高而呈降低的趨勢(shì)，當(dāng)0.5‰濃度的NaCl處理28 d后，其增幅達(dá)35%，當(dāng)NaCl濃度為3.0‰時(shí)，增幅只有9%。因此，鹽脅迫對(duì)美人蕉植株的增長(zhǎng)有較大影響。

圖3 不同濃度NaCl處理對(duì)3種植物株高的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)植物丙二醛含量的影響

黃菖蒲在1.0‰濃度的NaCl處理下，其體內(nèi)丙二醛的含量呈先降低后升高的趨勢(shì)（圖4），在培養(yǎng)14 d后，丙二醛含量最低，為11.08 nmol/g。而在其他3種鹽脅迫下，植物體內(nèi)丙二醛含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，部分濃度處理差異顯著（P＜0.05）。在28 d低濃度（0.5‰、1.0‰）NaCl處理下，美人蕉體內(nèi)丙二醛的含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，丙二醛的增量分別為5.38、5.97 nmol/g。而在高濃度（1.5‰、3.0‰）鹽脅迫下，美人蕉體內(nèi)丙二醛的含量卻呈先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明美人蕉植株的保護(hù)能力較強(qiáng)。在不同鹽脅迫下，梭魚(yú)草體內(nèi)丙二醛的含量均呈先降低后升高的趨勢(shì)。在第7天時(shí)，各處理組梭魚(yú)草體內(nèi)丙二醛的含量差異不顯著（P＞0.05）。在低濃度（0.5‰、1.0‰）NaCl處理下，梭魚(yú)草體內(nèi)丙二醛的含量在培養(yǎng)第14天時(shí)達(dá)到最低，分別為13.71、9.68 nmol/g。而在高濃度（1.5‰、3.0‰）鹽脅迫處理下，其體內(nèi)丙二醛含量在培養(yǎng)第21天時(shí)達(dá)到最低，并且在第21天2個(gè)處理之間的差異顯著（P＜0.05）。

圖4 不同濃度NaCl處理對(duì)3種植物丙二醛含量的影響

2.3 鹽脅迫對(duì)植物過(guò)氧化氫酶活性的影響

由圖5可知，不同濃度NaCl處理下，黃菖蒲、美人蕉、梭魚(yú)草的過(guò)氧化氫酶活性在28 d內(nèi)總體上均呈先升高后降低的趨勢(shì)。在1.0‰、1.5‰和3.0‰NaCl處理下，黃菖蒲的過(guò)氧化氫酶活性在14 d達(dá)到最大值，且3個(gè)濃度間差異顯著（P＜0.05），分別為88.76、126.53、233.02 U/（g·min），之后逐漸降低。在4種鹽脅迫（0.5‰、1.0‰、1.5‰、3.0‰）下，美人蕉過(guò)氧化氫酶活性最大值分別為106.97、58.55、75.36、126.18 U/（g·min），而梭魚(yú)草過(guò)氧化氫酶活性最大值分別為79.97、78.66、62.21、89.88 U/（g·min）。

圖5 不同濃度NaCl處理對(duì)3種植物過(guò)氧化氫酶活性的影響

3 討論

鹽脅迫對(duì)水生植物的生長(zhǎng)變化有明顯影響，對(duì)沿海濕地水生植物的研究是近年來(lái)的熱點(diǎn)［12］。植物對(duì)鹽脅迫的耐受程度主要通過(guò)根系、葉寬和株高的增幅來(lái)體現(xiàn)［13］。本研究結(jié)果表明，隨著鹽脅迫的濃度增加，黃菖蒲、美人蕉和梭魚(yú)草的根系、葉寬和株高均有不同程度的增幅，但增幅的趨勢(shì)并不相同。在低濃度鹽脅迫下，黃菖蒲的根系和葉寬的長(zhǎng)勢(shì)較好，當(dāng)濃度較高時(shí)，黃菖蒲的葉片也能較緩慢地增長(zhǎng)，而美人蕉和梭魚(yú)草的葉寬長(zhǎng)勢(shì)也較好，這可能是由于水生植物葉片內(nèi)擁有較為發(fā)達(dá)的通氣組織，能加速植物的代謝作用，從而減弱鹽脅迫對(duì)其造成的傷害［14］。隨著鹽脅迫的增加，美人蕉株高的增幅明顯降低，這與陳慧英等［1］的研究相似，當(dāng)外界NaCl濃度較高或超出植物的耐受范圍，植物的株高生長(zhǎng)量可能會(huì)受到抑制，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致植物死亡。

在衰老死亡、鹽堿等逆境脅迫下，植物體內(nèi)細(xì)胞膜脂產(chǎn)生過(guò)氧化物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)破壞細(xì)胞膜系統(tǒng)［15］。丙二醛是過(guò)氧化作用的產(chǎn)物之一，它能與細(xì)胞膜上的酶類物質(zhì)和蛋白質(zhì)相結(jié)合，從而使其失去活性，因此MDA對(duì)細(xì)胞有很強(qiáng)的毒性，其含量的高低可反映植物在脅迫條件下抗逆性能力的強(qiáng)弱［16］。本研究發(fā)現(xiàn)，在低濃度鹽脅迫（0.5‰、1.0‰）下，美人蕉體內(nèi)MDA的含量隨脅迫時(shí)間增加呈增大趨勢(shì)。這說(shuō)明在鹽脅迫下，美人蕉體內(nèi)活性氧增加，增強(qiáng)了細(xì)胞膜的過(guò)氧化反應(yīng)，使MDA含量增多［14］。在4種鹽脅迫下，梭魚(yú)草MDA的含量隨脅迫時(shí)間增加呈先增加后減小的趨勢(shì)。這與在高濃度鹽脅迫（1.5‰、3.0‰）下黃菖蒲和美人蕉體內(nèi)MDA的含量變化相同，這說(shuō)明黃菖蒲和美人蕉在鹽濃度較高的情況下能通過(guò)自身的調(diào)節(jié)機(jī)理降低了體內(nèi)丙二醛的含量，減弱其對(duì)植物的氧化傷害作用。

過(guò)氧化氫酶是植物體內(nèi)重要的抗氧化劑，它可以減弱細(xì)胞膜內(nèi)的過(guò)氧化程度，提高植物的穩(wěn)定和耐受能力，當(dāng)外界脅迫超過(guò)了植物的耐受能力時(shí)，植物就無(wú)法正常合成過(guò)氧化氫酶［17］。本研究結(jié)果表明，隨著脅迫濃度和脅迫時(shí)間的增加，3種植物酶活性呈先增加后降低的趨勢(shì)，這與沈金玲等［18］的研究結(jié)果相似。研究發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下，水生植物可以通過(guò)提高體內(nèi)酶的活性來(lái)清除產(chǎn)生的活性氧，進(jìn)而減弱植物體內(nèi)的氧化傷害［19］。當(dāng)植物長(zhǎng)時(shí)間處于高鹽脅迫下時(shí)，植物體內(nèi)活性氧積累超過(guò)植物抗氧化系統(tǒng)的清除能力，使植物過(guò)氧化氫酶的活性降低［20］。從鹽脅迫對(duì)這3種水生植物生長(zhǎng)指標(biāo)及生理指標(biāo)來(lái)看，其耐鹽性的強(qiáng)弱為美人蕉＞黃菖蒲＞梭魚(yú)草。

4 小結(jié)

隨著鹽脅迫濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黃菖蒲、美人蕉和梭魚(yú)草都出現(xiàn)不同的生理生化變化，3種植物的根系增長(zhǎng)量、葉寬和植株的增幅整體上呈上升趨勢(shì)。但長(zhǎng)期處于高濃度鹽脅迫下，黃菖蒲葉寬和根系增長(zhǎng)量、梭魚(yú)草根系生長(zhǎng)量、美人蕉的株高的增幅均呈下降趨勢(shì)。黃菖蒲、美人蕉和梭魚(yú)草的丙二醛含量變化存在一定的差異，而過(guò)氧化氫酶酶活性整體均呈增加趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，3種水生植物對(duì)鹽脅迫的抵抗能力為美人蕉＞黃菖蒲＞梭魚(yú)草。