張鳳娥 張麗娟 高東菊

(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海，201699)(河北旅游職業(yè)學(xué)院)(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

土壤鹽漬化是土地荒漠化和土地退化的主要類型，也是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素。土壤鹽漬化不僅影響人民的生產(chǎn)生活，而且是植物生長發(fā)育的主要非生物脅迫[1-2]。高濃度的鹽脅迫會導(dǎo)致活性氧自由基和有毒離子在植株體內(nèi)大量積累，對植株細(xì)胞正常的生理代謝造成破壞，影響植物生長，降低植物的品質(zhì)和生產(chǎn)力[3]。因此，鹽脅迫已經(jīng)成為全球最普遍的限制植物健康生長的主要形式。植物在光合作用的過程中，同化無機碳化物為有機化合物是保證植物逆境下正常存活的基礎(chǔ)[4]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)對環(huán)境變化敏感，能夠反映植物耐受環(huán)境脅迫的能力和光合機構(gòu)受損害程度，對揭示植物非生物和生物脅迫的耐受能力具有重要作用[5-8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗設(shè)計

1.2 指標(biāo)的測定

鹽脅迫處理40 d時，用烘干稱量法測量各處理植株的地上和地下生物量，計算根冠比(根冠比=(地下部分生物量/地上部分生物量)×100%)。

鹽脅迫的10、20、30、40 d時，分別取葉片作為待測樣品，將樣品于冰箱-80 ℃保存，用于后期生理生化指標(biāo)測定。葉片膜透性采用電導(dǎo)儀法測定；葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度采用巴比妥酸(TBA)顯色法測定；可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用蒽酮比色法測定；脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用卡茚三酮法測定[11]。

鹽脅迫的10、20、30、40 d使用葉綠素儀測定各處理葉片的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用PAM-2500便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，測定葉片的初始熒光值(F0)、最大熒光值(Fm)、光反應(yīng)中心(PSII)最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、PSII潛在活性(Fv/F0)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(QP)和非光化學(xué)淬滅系數(shù)(QNP)。

1.3 隸屬函數(shù)

采用各指標(biāo)的變化幅度計算隸屬函數(shù)值[12]，如指標(biāo)與耐鹽堿性正相關(guān)，采用隸屬函數(shù)(1)，如果為負(fù)相關(guān)，則采用隸屬函數(shù)(2)。

Zij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)；

(1)

Zij=1-[(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)]。

(2)

式中：Zij為第i個脅迫濃度的j項指標(biāo)的隸屬值；Xjmax、Xjmin分別為j項指標(biāo)的最小值和最大值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0的one-way ANOVA方差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽脅迫對鐵線蓮生物量的影響

由表1可知，不同混合鹽濃度脅迫下，2種鐵線蓮總生物量隨著脅迫濃度的提高而降低。T1處理，2種鐵線蓮總生物量、根部生物量和地上部分生物量與CK差異均不顯著(P>0.05)；T2處理，短尾鐵線蓮的各部生物量和總生物量與CK差異顯著(P<0.05)，而棉團鐵線蓮的各部生物量和總生物量與CK無顯著差異；T3處理，短尾鐵線蓮的各部生物量進(jìn)一步降低，與T2處理差異顯著(P<0.05)，棉團鐵線蓮各部生物量和總生物量與CK顯著差異(P<0.05)；T4處理，2種鐵線蓮的各部生物量和總生物量均降至各處理組的最低值，其中2種鐵線蓮的總生物量分別降至CK的66.9%和72.8%。短尾鐵線蓮的根冠比在經(jīng)過鹽堿脅迫后各處理組間呈小幅波動趨勢，但各組間差異均不顯著。棉團鐵線蓮的根冠比隨脅迫濃度提高雖有小幅上升，但各處理組之間差異亦不顯著。

表1 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮的生物量和根冠比

2.2 混合鹽脅迫對鐵線蓮細(xì)胞抗氧化性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表2可知，2種鐵線蓮細(xì)胞膜透性均隨著混合鹽濃度增加而逐漸加大。脅迫10 d時，短尾鐵線蓮的膜透性T1處理變化不顯著，T2、T3、T4處理與CK相比變化顯著(P<0.05)。脅迫10 d時，棉團鐵線蓮T1、T2處理的膜透性變化均不顯著，T3、T4處理與CK相比變化顯著(P<0.05)。脅迫20～40 d時，各處理組的膜透性進(jìn)一步增強且組間差異顯著(P<0.05)。從脅迫時間來看，2種鐵線蓮的膜透性隨著脅迫時間的延長顯著增強，表明混合鹽脅迫對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞隨著脅迫時間的延長愈加嚴(yán)重。

表2 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮細(xì)胞膜透性變化

由表3可知，在不同混合鹽脅迫下，2種鐵線蓮葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度的提高呈現(xiàn)升高的趨勢。脅迫10 d時，短尾鐵線蓮各處理組與CK差異顯著(P<0.05)，棉團鐵線蓮T2、T3、T4處理與CK差異顯著(P<0.05)。脅迫20～40 d時，葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度進(jìn)一步升高且組間差異顯著(P<0.05)，表明鹽堿脅迫造成了2種鐵線蓮脂質(zhì)過氧化作用。2種鐵線蓮葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度均隨著脅迫時間的延長而提高，除短尾鐵線蓮的T3處理外，其余各處理組均在脅迫40 d時達(dá)到最高值。

表3 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮的丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度變化

由表4可知，2種鐵線蓮葉片可溶性糖的含量隨脅迫濃度的增強而升高。在4個脅迫時間節(jié)點不同處理的可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK(P<0.05)，且T4處理的葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK和其他處理(P<0.05)。隨著脅迫時間的延長，2種鐵線蓮的葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈升高趨勢，表明2種鐵線蓮在脅迫環(huán)境中，通過消耗有機物的凈積累適應(yīng)鹽堿脅迫逆境。

由表5可知，在不同程度的混合鹽堿脅迫下，2種鐵線蓮葉片脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽堿脅迫濃度的提高表現(xiàn)出升高的趨勢。在4個脅迫時間節(jié)點，除短尾鐵線蓮在T1處理下脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK無顯著差異外，其余處理下與CK差異顯著(P<0.05)。T4處理，2種鐵線蓮的脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK均增長7倍以上。2種鐵線蓮的脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著脅迫時間的延長也呈現(xiàn)升高趨勢，在脅迫40 d時達(dá)到最大值，表明2種鐵線蓮?fù)ㄟ^不斷合成脯氨酸來適應(yīng)離子脅迫。

2.3 混合鹽脅迫對2種鐵線蓮葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如表6所示，2種鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽堿脅迫濃度的變化和脅迫時間的延長呈下降趨勢。脅迫40 d時，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T1處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫20 d時，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T2處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫10 d時，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T3和T4處理與CK差異顯著(P<0.05)。

表4 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

表5 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮葉片脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

脅迫10 d時，棉團鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理組間無顯著差異；脅迫40 d時，棉團鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T2處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫20 d時，棉團鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T3、T4處理與CK顯著差異(P<0.05)。

表6 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

由表7可知，2種鐵線蓮的初始熒光值隨著脅迫程度的提高呈上升趨勢；短尾鐵線蓮的初始熒光值T2處理與CK差異顯著(P<0.05)，T4處理達(dá)到最大值；棉團鐵線蓮的初始熒光值T3處理與CK差異顯著(P<0.05)。2種鐵線蓮的光反應(yīng)系統(tǒng)(PSII)潛在活性(Fv/F0)的變化趨勢與初始熒光相反，即隨著脅迫程度的提高而降低，T4處理降至最小值。短尾鐵線蓮的Fv/F0為CK的38.8%，棉團鐵線蓮的Fv/F0為CK的30.9%；脅迫鹽堿濃度的增加，短尾鐵線蓮和棉團鐵線蓮的光反應(yīng)系統(tǒng)(PSII)最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)逐漸降低，T4處理，2種鐵線蓮的Fv/Fm值都降至最低，說明2種鐵線蓮在T4處理脅迫下，PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率損失最嚴(yán)重。

短尾鐵線蓮的光化學(xué)淬滅系數(shù)隨著脅迫程度的提高逐漸降低，棉團鐵線蓮的光化學(xué)淬滅系數(shù)則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。2種鐵線蓮的非光化學(xué)淬滅系數(shù)則隨著脅迫的提高不斷上升，在T4處理脅迫下，短尾鐵線蓮和棉團鐵線蓮的非光化學(xué)淬滅系數(shù)分別為CK的2.35、1.71倍。

表7 混合鹽脅迫時2種鐵線蓮葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化

2.4 混合鹽脅迫對2種鐵線蓮隸屬函數(shù)值的影響

由表8可知，棉團鐵線蓮的平均隸屬函數(shù)值為0.65，短尾鐵線蓮的平均隸屬函數(shù)值為0.38，表明在同等鹽堿脅迫下，棉團鐵線蓮幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累較快，對膜的損傷較小，光合系統(tǒng)功能受損程度比短尾鐵線蓮低，從而保證了棉團鐵線蓮的在較高濃度鹽堿脅迫下仍然具有一定的耐鹽能力。

表8 2種鐵線蓮各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論與討論

植物的生物量能夠綜合反映鹽脅迫結(jié)果，直接體現(xiàn)植物生長受抑制情況[13]。本研究中，短尾鐵線蓮的總生物量隨著混合鹽脅迫濃度的提高不斷降低，棉團鐵線蓮在混合鹽(NaCl+NaHCO3)濃度60 mmol/L以下脅迫時，總生物量與CK無顯著變化。2種鐵線蓮在混合鹽(NaCl+NaHCO3)濃度90 mmol/L以上脅迫下，生長均受到明顯抑制。棉團鐵線蓮的生物量指標(biāo)與短尾鐵線蓮相比，變化稍平緩，受脅迫程度較低。

植物細(xì)胞質(zhì)膜對逆境的敏感度較強，大多數(shù)植物細(xì)胞膜的透性在離子脅迫的早期就受到了破壞，致使大量離子和某些有機物質(zhì)外滲出細(xì)胞，進(jìn)而影響植物的正常生長[14]。2種鐵線蓮的膜透性均隨著脅迫程度提高逐漸加大，其中短尾鐵線蓮的膜透性加大的程度更為顯著，表明短尾鐵線蓮對鹽堿的耐受性低于棉團鐵線蓮。大多數(shù)植物為了適應(yīng)鹽堿脅迫，不斷累積小分子量的脯氨酸、可溶性糖等提升細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度調(diào)節(jié)滲透壓，從而避免細(xì)胞在高滲透壓下的過度失水，以保持細(xì)胞形態(tài)[15]。本研究中，在一定程度的離子脅迫下，2種鐵線蓮的可溶性糖、脯氨酸均表現(xiàn)出不斷升高的趨勢，這與有關(guān)的研究結(jié)論一致[16-20]，在高濃度鹽堿脅迫下，說明2種鐵線蓮?fù)ㄟ^滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累提高對逆境的耐受能力。

葉綠素是植物吸收轉(zhuǎn)化光能的主要功能分子。葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響植物的光合速率及光合產(chǎn)物的產(chǎn)生[21]。本研究中，2種鐵線蓮的葉綠素含量隨著脅迫程度的提高不斷下降，這與鹽害誘導(dǎo)葉綠素酶活性增強、葉綠體逐漸解體有關(guān)[22]。CK處理的短尾鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比棉團鐵線蓮高，但是隨著脅迫程度的提高，短尾鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比棉團鐵線蓮下降幅度較大，也進(jìn)一步說明棉團鐵線蓮的耐鹽堿能力強。葉綠素?zé)晒饽芊从持参锕饽芪铡⒓ぐl(fā)能傳遞、光化學(xué)反應(yīng)、電子傳遞等光合作用的變化，其參數(shù)可表征植物對外部生物和非生物脅迫的抗性，光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性，光系統(tǒng)Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率，以及植物對不同生境的適應(yīng)能力[23-25]。本研究中，混合鹽脅迫導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性，光系統(tǒng)Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率不斷下降，表明短尾鐵線蓮和棉團鐵線蓮在各濃度的鹽脅迫下均受到光抑制。

植物受到逆境脅迫后其生理機制較為復(fù)雜，本研究中，短尾鐵線蓮和棉團鐵線蓮對混合鹽堿脅迫均有一定的耐受性。隸屬函數(shù)值越高越表明該種植物的抗逆性越強[26]，棉團鐵線蓮的隸屬函數(shù)值大于短尾鐵線蓮，棉團鐵線蓮的耐鹽堿能力高于短尾鐵線蓮。