劉介坤,史鋒厚,管 軍,張 磊,3,蔡紹剛,3,劉 蕾,3,沈永寶
(1.南京林業(yè)大學(xué) a.林學(xué)院;b.國(guó)家林業(yè)和草原局南方林木種子檢驗(yàn)中心;c.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210037;2.新沂市馬陵山林場(chǎng)有限公司,江蘇 徐州 221400;3.新沂市國(guó)有公益林場(chǎng),江蘇 徐州 221400;4.鹽城市大豐區(qū)白駒鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心,江蘇 鹽城 224134)
土壤鹽漬化影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育,是當(dāng)前最為緊迫的生態(tài)問題之一[1-2]。祁琳等[3]研究發(fā)現(xiàn),土壤含鹽量與刺槐Robinia pseudoacacia相對(duì)高生長(zhǎng)速率、相對(duì)地徑生長(zhǎng)速率呈顯著負(fù)相關(guān),土壤鹽脅迫嚴(yán)重抑制了刺槐幼苗的生長(zhǎng)。張若溪等[4]對(duì)欒樹Koelreuteria paniculata的研究發(fā)現(xiàn),不同混合鹽脅迫對(duì)欒樹生長(zhǎng)有著不同的影響,混合鹽濃度越高,欒樹葉長(zhǎng)與葉寬的生長(zhǎng)量越低。李燕[5]的研究也表明,鹽脅迫下5種雜交桑Morus alba種質(zhì)幼苗的株高、生物量和生長(zhǎng)發(fā)育狀況等都受到了不同程度的抑制。
植物在不斷適應(yīng)鹽漬化環(huán)境的同時(shí)也逐漸改變著其生長(zhǎng)環(huán)境,對(duì)鹽漬化土壤的改善與恢復(fù)起著積極的作用。研究發(fā)現(xiàn),蘆葦Phragmites australis[6]、堿茅Puccinellia distans、紫花苜蓿Medicago sativa、老芒麥Elymus sibiricus、扁穗冰草Agropyron cristatum[7]等均可明顯改良土壤理化性質(zhì),改善土壤養(yǎng)分,促進(jìn)土壤脫鹽。但目前在江蘇濱海地區(qū),土質(zhì)與生物環(huán)境較差,耐鹽的經(jīng)濟(jì)與觀賞樹種尤為缺少。因此,選育兼具耐鹽性、觀賞性與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的木本植物并進(jìn)行有效栽培,將有利于濱海地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善與土壤資源的合理利用。
小葉櫟Quercus cheniiNakai為殼斗科Fagaceae櫟屬Q(mào)uercus落葉喬木,是中國(guó)特有的落葉櫟類[8],其樹姿雄偉壯麗、根系發(fā)達(dá)、萌芽力強(qiáng)、木材密度大且抗壓強(qiáng)度高,是優(yōu)良的水土保持和硬質(zhì)用材樹種[9],具有較高的生態(tài)、觀賞與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而作為華東地區(qū)植物區(qū)系代表樹種[10],小葉櫟并沒有得到充分的開發(fā)與利用,對(duì)其逆境抗性生理的研究尚未見報(bào)道。因此,本研究對(duì)小葉櫟苗木進(jìn)行不同濃度的NaCl脅迫處理,探究其對(duì)NaCl脅迫的生長(zhǎng)及生理響應(yīng)機(jī)制,以期為小葉櫟苗木在江蘇濱海地區(qū)推廣種植提供理論依據(jù)。
供試材料為江蘇省新沂市馬陵山小葉櫟種質(zhì)資源庫(kù)的2年生實(shí)生容器苗。4月初將苗木移栽到聚丙烯塑料花盆中(上口徑14 cm×高12 cm),隨后置于南京林業(yè)大學(xué)(32°04′41″N,118°48′33″E)遮雨棚中緩苗,期間進(jìn)行統(tǒng)一的水肥管理。
試驗(yàn)盆栽用土為江蘇省新沂市馬陵山小葉櫟種質(zhì)資源庫(kù)原土,每盆土壤的干質(zhì)量為1 kg,含鹽量為0.6‰,pH值為6.56,全氮含量為2.09 g/kg,全磷含量為0.53 g/kg,全鉀含量為2.32 g/kg,有機(jī)質(zhì)含量為2.70%。
2021年5月底,選取生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木用于NaCl脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)配制NaCl濃度分別為土壤干質(zhì)量1‰、2‰、3‰、4‰的4個(gè)等體積不同濃度的鹽溶液,并澆灌試驗(yàn)苗木,以去離子水澆灌的苗木為對(duì)照(CK),共計(jì)5個(gè)處理,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)共30株。為避免應(yīng)激效應(yīng)和減少誤差,鹽溶液分3天澆灌3次,并利用托盤收集瀝出的多余水分重新澆入容器中。試驗(yàn)澆灌完后第1天開始取樣,取樣部位為頂芽下方3~4輪處功能葉,此后每周取樣一次,共取7次樣,43 d后試驗(yàn)結(jié)束。所取樣品用冰袋保存帶回實(shí)驗(yàn)室,于冰箱中-80℃下保存待測(cè)。試驗(yàn)期間苗木置于遮雨棚中,晴天通風(fēng),雨天遮雨。
1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)
試驗(yàn)處理前與試驗(yàn)結(jié)束后(第43天)分別采用鋼尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定全部試驗(yàn)苗木的株高(精確到0.1 cm)與地徑(精確到0.01 mm)。在脅迫第1、8、15、22、29、36、43天調(diào)查苗木受害情況,采用金曉玲等[11]的方法對(duì)苗木各個(gè)時(shí)期受害程度進(jìn)行評(píng)價(jià),并計(jì)算苗木鹽害指數(shù),公式如下:
1.3.2 生理指標(biāo)
采用 DJS—1D 電導(dǎo)儀(上海雷磁)測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率;硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定MDA含量[12];氮藍(lán)四?(NBT)比色法測(cè)定SOD活性;愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性[13];磺基水楊酸法測(cè)定脯氨酸含量;蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量;考馬斯亮藍(lán)G—250法測(cè)定可溶性蛋白含量[12]。
1.3.3 數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2019軟件整理數(shù)據(jù);采用SPSS 23.0軟件對(duì)不同處理間生長(zhǎng)及生理指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和多重比較。每個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)均為3個(gè)重復(fù)的平均值,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示;采用Origin 8.1軟件進(jìn)行繪圖。
由表1可知,NaCl脅迫處理導(dǎo)致小葉櫟苗木出現(xiàn)不同程度的鹽害癥狀,且隨著脅迫時(shí)間和NaCl濃度的增加,鹽害指數(shù)持續(xù)上升。脅迫初期,經(jīng)過1‰與2‰NaCl處理的苗木僅葉尖、葉緣和葉脈出現(xiàn)發(fā)黃的癥狀,受害癥狀較輕,苗木整體表現(xiàn)良好;而經(jīng)過3‰和4‰鹽處理的苗木則受害較重,葉尖、葉緣焦枯,生長(zhǎng)狀況萎弱。脅迫后期,1‰鹽溶液處理的苗木無致死現(xiàn)象,僅葉片部分發(fā)黃,但整體生長(zhǎng)良好;2‰鹽溶液處理的苗木出現(xiàn)個(gè)別死亡現(xiàn)象,苗木生長(zhǎng)狀況一般;而3‰與4‰鹽溶液處理的苗木葉片大面積枯落,新梢枯萎,苗木生長(zhǎng)狀況極差。其中,在脅迫第43天,4‰濃度處理的苗木有超過三分之二死亡,超過苗木半數(shù)致死量。
表1 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟苗木鹽害指數(shù)的影響Table 1 Effects of NaCl stress on the salt injury index of Q.chenii Nakai seedlings
不同濃度NaCl處理對(duì)小葉櫟株高增量與地徑增量產(chǎn)生了不同程度的影響。由表2可知,不同濃度的NaCl處理均降低了小葉櫟株高增量和地徑增量。與對(duì)照相比,1‰與2‰濃度處理苗木株高增量降低較少,而地徑增量顯著下降(P<0.05),分別下降了0.34 和0.27 mm。當(dāng)NaCl脅迫濃度為3‰和4‰時(shí),苗木株高增量與地徑增量均顯著下降(P<0.05),分別比對(duì)照減少了40.57%、57.03%(3‰處理)與35.30%、69.47%(4‰處理)。不同濃度的NaCl脅迫均抑制了小葉櫟苗木生長(zhǎng),且在高鹽濃度脅迫下,苗木生長(zhǎng)抑制更為嚴(yán)重。
表2 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟苗木生長(zhǎng)增量的影響?Table 2 Effects of NaCl stress on the growth increment of Q.chenii Nakai seedlings
2.2.1 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片脯氨酸含量的影響
由圖1可以看出,隨著NaCl濃度的增加,小葉櫟葉片中脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)。在1 ‰濃度處理下,小葉櫟葉片中脯氨酸含量在11.69~21.83 μg/g范圍內(nèi)波動(dòng),與對(duì)照組相差不大。當(dāng)NaCl濃度為2‰時(shí),脯氨酸含量大體呈上升趨勢(shì),除脅迫第1天外,各脅迫時(shí)期均與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。在脅迫第43天時(shí)脯氨酸含量為61.21 μg/g,小葉櫟葉片通過增加脯氨酸含量以抵御NaCl逆境脅迫,但在3‰與4‰濃度處理下,葉片中脯氨酸含量大體呈先上升后下降趨勢(shì)。在脅迫第15天時(shí)上升到最大值,分別為75.05和127.16 μg/g,是對(duì)照的3.76倍與6.37倍。隨著脅迫程度的加深,細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限開始逐漸失衡,葉片脯氨酸含量下降。
圖1 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片脯氨酸含量的影響Fig.1 Effects of NaCl stress on the proline content of Q.chenii Nakai leaves
2.2.2 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片可溶性糖含量的影響
由圖2可以看出,在脅迫前22天,小葉櫟葉片中可溶性糖的含量基本隨脅迫時(shí)間與脅迫濃度的增加而增加。在脅迫第1天,葉片中可溶性糖含量隨脅迫濃度的增加而緩慢增長(zhǎng),各NaCl脅迫處理與對(duì)照之間無顯著差異(P>0.05)。而在脅迫第22天,除1‰處理外,其他脅迫處理均與對(duì)照差異顯著(P<0.05),各脅迫處理可溶性糖含量分別為對(duì)照的112.05%、137.55%、134.58%和166.59%。葉片中可溶性糖含量不斷累積降低了脅迫條件下細(xì)胞水分滲透壓,維持小葉櫟的正常生長(zhǎng)需要。但從脅迫第29天起,葉片中可溶性糖的含量隨脅迫濃度的增加基本呈先上升后下降的趨勢(shì),在第43天各脅迫處理下的可溶性糖含量分別為39.32、45.86、46.70和45.45 mg/g,較各脅迫處理峰值分別下降了7.67%、18.88%、18.90%和25.35%,可能是高濃度NaCl脅迫破壞了小葉櫟糖代謝系統(tǒng),使得葉片中可溶性糖合成速率下降。
圖2 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片可溶性糖含量的影響Fig.2 Effects of NaCl stress on the soluble sugar content in Q.chenii Nakai leaves
2.2.3 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片可溶性蛋白含量的影響
由圖3可以看出,小葉櫟葉片中可溶性蛋白含量的變化規(guī)律較為復(fù)雜。在脅迫第1天,除4‰處理外,其他脅迫處理下葉片可溶性蛋白含量均低于對(duì)照,各脅迫處理與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05),4‰ NaCl處理下可溶性蛋白含量為12.16 mg/g,是對(duì)照的1.09倍。自脅迫第15天起,各脅迫處理可溶性蛋白含量隨NaCl濃度的增加而增加,除1‰處理外,其他NaCl脅迫處理葉片中可溶性蛋白含量均高于對(duì)照,分別為對(duì)照的100.46%、103.95%和105.42%,這種變化可能是因?yàn)樵贜aCl脅迫下小葉櫟逆境蛋白合成加強(qiáng),或者細(xì)胞膜受損后膜蛋白水解為可溶性蛋白。但在脅迫第29天后,可溶性蛋白隨脅迫濃度增加總體為不斷下降的趨勢(shì)。在脅迫第43天,各脅迫處理葉片中可溶性蛋白含量分別為13.22、11.25、10.21和10.75 mg/g,是對(duì)照的1.19、1.01、0.92和0.97倍,可溶性蛋白合成細(xì)胞器損傷,新蛋白的合成受到抑制,葉片可溶性蛋白含量下降。
圖3 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of NaCl stress on the soluble protein content in Q.chenii Nakai leaves
2.3.1 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響
由圖4可以看出,隨著NaCl脅迫濃度與脅迫天數(shù)的增加,小葉櫟葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈明顯上升趨勢(shì)。其中,除脅迫第15天外,1‰濃度NaCl處理下的各時(shí)段與對(duì)照均無顯著差異(P>0.05),但在3‰和4‰ NaCl濃度處理下,除脅迫第15天外,各脅迫時(shí)間段NaCl處理與對(duì)照均顯著差異(P<0.05),各脅迫時(shí)段的葉片相對(duì)電導(dǎo)率均遠(yuǎn)大于對(duì)照,在脅迫第43天,4‰濃度NaCl處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率高達(dá)97.15%,是對(duì)照的1.13倍,可見小葉櫟苗木葉片質(zhì)膜系統(tǒng)受損嚴(yán)重。
圖4 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effects of NaCl stress on the relative electrical conductivity of Q.chenii Nakai leaves
2.3.2 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片MDA含量的影響
由圖5可以看出,隨NaCl脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),葉片中MDA含量總體呈先上升后下降的趨勢(shì),各脅迫處理均在脅迫第29天達(dá)到最大值,分別為0.070、0.070、0.078和0.079 μmol/g。其中,4‰濃度處理的小葉櫟葉片中MDA含量最高,是對(duì)照的1.29倍。脅迫前期,小葉櫟葉片細(xì)胞膜代謝正常,各脅迫處理下MDA含量在0.056~0.066 μmol/g范圍內(nèi)波動(dòng),與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。但在脅迫后期,細(xì)胞膜受損,小葉櫟葉片內(nèi)膜脂過氧化作用加劇,MDA含量隨NaCl濃度增加呈上升趨勢(shì)。在脅迫第43天,1‰與2‰ NaCl濃度處理的MDA含量低于對(duì)照(0.061 μmol/g),分別為0.056和0.059 μmol/g,而3‰與4‰濃度處理下MDA含量高于對(duì)照,分別為0.067和0.073 μmol/g。
圖5 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片MDA含量的影響Fig.5 Effects of NaCl stress on the MDA content in Q.chenii Nakai leaves
2.3.3 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片SOD活性的影響
由圖6可以看出,隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),小葉櫟葉片中SOD活性整體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì),除1‰鹽濃度處理外,各脅迫濃度處理均在脅迫第22天達(dá)到峰值,分別為1 249.43、1 443.71和1 393.20 U/g,3‰脅迫處理下SOD活性最高,是對(duì)照的1.83倍。其中,在1‰和2‰脅迫處理下,葉片SOD活性在脅迫各時(shí)段均高于對(duì)照,除脅迫第1天外均與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。而3‰和4‰處理下在脅迫各時(shí)段與對(duì)照均差異顯著(P<0.05),且在峰值(第22天)前葉片中SOD活性高于對(duì)照,SOD活性的增加以清除過多的O2-,在峰值后SOD活性低于對(duì)照,對(duì)小葉櫟苗木的保護(hù)作用開始逐漸減弱。
圖6 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片SOD活性的影響Fig.6 Effects of NaCl stress on the SOD activity in Q.chenii Nakai leaves
2.3.4 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片POD活性的影響
由圖7可以看出,在脅迫處理下,各脅迫濃度處理小葉櫟葉片中POD活性均呈下降趨勢(shì),且脅迫濃度越高,下降幅度越大,與對(duì)照差異越顯著(P<0.05)。其中,1‰和2‰濃度處理的葉片中POD活性表現(xiàn)為較慢的下降量和下降幅度,而3‰和4‰濃度處理則相反。在3‰與4‰濃度處理下,除脅迫第1天外,其余各時(shí)期POD活性均低于對(duì)照。在脅迫第43天,苗木POD活性分別降至847.20和623.2 U/g·min,僅為對(duì)照的24.18%和17.79%??梢钥闯?,3‰與4‰ NaCl脅迫處理嚴(yán)重影響了小葉櫟葉片POD活性,損害了抗氧化系統(tǒng)對(duì)苗木的保護(hù)作用。
圖7 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟葉片POD活性的影響Fig.7 Effects of NaCl stress on the POD activity in Q.chenii Nakai leaves
2.4.1 NaCl脅迫下小葉櫟苗木半抑制濃度的確定
根據(jù)鹽害系數(shù)計(jì)算回歸方程得到小葉櫟苗木的半抑制濃度(表3)。結(jié)果表明,在脅迫第1天與第43天小葉櫟苗木回歸方程擬合度較低,可能是由于NaCl處理脅迫時(shí)間太短或太長(zhǎng),導(dǎo)致鹽害系數(shù)差異變化不顯著,排除這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的半抑制鹽濃度,計(jì)算其他5個(gè)有效時(shí)間點(diǎn)半抑制濃度的平均值為3.15‰。另外,在脅迫第15天,小葉櫟回歸方程擬合度最高,為1.000,半抑制濃度為3.50%。兩者結(jié)合小葉櫟苗木的半抑制濃度范圍為3.15%~3.50%。
表3 NaCl脅迫下小葉櫟苗木的回歸方程及半抑制濃度Table 3 Regression equation and semi-inhibitory concentration of Q.chenill Nakai seedlings under NaCl stress
結(jié)合本試驗(yàn)脅迫處理濃度,取3‰處理濃度為小葉櫟苗木的半抑制濃度。
2.4.2 NaCl脅迫下小葉櫟生長(zhǎng)與生理指標(biāo)的相關(guān)性分析
由表4可知,小葉櫟苗木鹽害指數(shù)與葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān),與苗木株高增量和葉片POD活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。小葉櫟苗木受到NaCl脅迫后,苗木株高增長(zhǎng)受到抑制,葉片質(zhì)膜透性增加、胞內(nèi)有毒物質(zhì)積累,刺激脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,同時(shí)SOD和POD等抗氧化酶系統(tǒng)開始發(fā)揮作用,共同抵御NaCl脅迫。
表4 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟苗木生長(zhǎng)與生理指標(biāo)的相關(guān)性分析?Table 4 Correlation analysis of the growth and physiological indexes of Q.chenii Nakai seedlings under NaCl stress
2.4.3 NaCl脅迫下小葉櫟生長(zhǎng)與生理指標(biāo)的主成分分析
將小葉櫟對(duì)NaCl脅迫響應(yīng)的10個(gè)指標(biāo)分離成2個(gè)主成分(表5)。其中,鹽害指數(shù)、POD、相對(duì)電導(dǎo)率、MDA、脯氨酸、可溶性糖、株高增量和可溶性蛋白為第1主成分,特征值為6.700,貢獻(xiàn)率為67.00%,SOD、地徑增量為第2主成分,特征值為1.360,貢獻(xiàn)率為13.60%,第2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為80.61%。試驗(yàn)測(cè)定的10個(gè)指標(biāo)均能夠較好地反映出小葉櫟苗木對(duì)NaCl脅迫的生長(zhǎng)及生理響應(yīng)特性,其中,鹽害指數(shù)、POD、相對(duì)電導(dǎo)率、MDA、脯氨酸、SOD等指標(biāo)可作為小葉櫟遭受NaCl脅迫的鑒定指標(biāo)。
表5 NaCl脅迫對(duì)小葉櫟苗木生長(zhǎng)與生理指標(biāo)的主成分分析Table 5 Principal component analysis of the growth and physiological indexes of Q.chenii Nakai seedlings under NaCl stress
2.4.4 小葉櫟苗木對(duì)NaCl脅迫的綜合評(píng)價(jià)
植物的耐鹽能力由多個(gè)生長(zhǎng)及生理指標(biāo)共同決定[14],為綜合評(píng)價(jià)小葉櫟對(duì)不同NaCl脅迫的響應(yīng)程度,本研究采用綜合分析法對(duì)小葉櫟遭受鹽脅迫過程中10個(gè)生長(zhǎng)及生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明,隨著NaCl脅迫濃度的加深,小葉櫟苗木生長(zhǎng)及生理響應(yīng)愈加強(qiáng)烈,苗木受害狀況越嚴(yán)重。小葉櫟苗木受脅迫響應(yīng)程度大小依次為4‰>3‰>2‰>1‰>0(CK)(表6)。
表6 小葉櫟苗木對(duì)NaCl脅迫程度綜合評(píng)價(jià)Table 6 Comprehensive evaluation of Q.chenii Nakai seedlings under NaCl stress
鹽脅迫條件下,植物往往通過調(diào)節(jié)外部形態(tài)來反映其受傷害程度。外部形態(tài)的變化是植物對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的最直觀表現(xiàn),如葉片發(fā)黃枯落、新梢枯萎、苗木生長(zhǎng)緩慢或停止等[15]。本研究中,不同濃度的NaCl處理均會(huì)對(duì)小葉櫟苗木的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定程度的影響,且NaCl濃度越高產(chǎn)生的不利影響越明顯。1‰與2‰ NaCl處理對(duì)苗木株高增量產(chǎn)生抑制作用但影響不顯著,而3‰與4‰ NaCl處理則顯著抑制了小葉櫟的生長(zhǎng),隨著NaCl脅迫濃度不斷加深,小葉櫟消耗更多的能量以維持自身體內(nèi)生理生化反應(yīng)的平衡,最終抑制了苗木的生長(zhǎng)。這與馬劍等[16]對(duì)文冠果Xanthoceras sorbifolium、胡愛雙等[17]對(duì)八棱海棠Malus robusta植株耐鹽性的研究結(jié)果一致。然而,不同樹種有著不同的耐鹽閾值,本研究中,小葉櫟苗木生長(zhǎng)半抑制濃度范圍為3.15‰~3.50‰,高于紫花地丁[18]Viola vedoensis的2‰和大花四照花[15]Cornus florida的3‰,但低于銀水牛果[19]Shepherdia argentea的6.30‰與構(gòu)樹[20]Broussonetia papyrifera的6.75‰~6.90‰,與鹽生植物相比,小葉櫟苗木對(duì)NaCl脅迫更加敏感,但也具有一定的耐鹽性。
植物在NaCl脅迫下會(huì)積累大量的可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),如脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等,以維持細(xì)胞膨壓,保證原有的生理過程正常進(jìn)行,從而減輕NaCl脅迫對(duì)植物的傷害[21]。前人研究了鹽脅迫下構(gòu)樹[20]、石竹[22]Dianthus chinensis等體內(nèi)滲透物質(zhì)的變化情況,結(jié)果表明,脯氨酸、可溶性糖與可溶性蛋白是細(xì)胞內(nèi)最有效和最重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一,能夠有效地維持原生質(zhì)與環(huán)境的滲透平衡,保護(hù)生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定[23]。本研究中,隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量總體呈先上升后下降的趨勢(shì),且NaCl濃度越高趨勢(shì)越明顯。在脅迫初期,不同濃度NaCl處理主要對(duì)小葉櫟苗木形成滲透脅迫,造成細(xì)胞脫水[24],可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累能夠有效增加細(xì)胞液濃度,降低滲透勢(shì),緩解滲透脅迫。但在NaCl脅迫后期,小葉櫟苗木受害程度的不斷加深使得苗木細(xì)胞質(zhì)膜系統(tǒng)被破壞。生理代謝功能出現(xiàn)紊亂,可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成受阻,細(xì)胞內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量下降,這與王濤等[25]對(duì)紫穗槐Amorpha fruticosa的研究結(jié)果相似。
質(zhì)膜透性是衡量細(xì)胞穩(wěn)定性與完整性的重要指標(biāo)之一。在NaCl脅迫下,活性氧自由基產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡被打破,活性氧生成加快,代謝清除功能減弱。大量的活性氧在體內(nèi)累積,誘發(fā)細(xì)胞膜脂過氧化,形成MDA及其類似物,損傷生物大分子并破壞細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞受傷甚至死亡[26-28]。在NaCl脅迫下,細(xì)胞內(nèi)主要的酶促抗氧化劑SOD、POD以及其他酶類相互聯(lián)系,共同協(xié)作清除代謝過程中多余的活性氧,維持活性氧的動(dòng)態(tài)平衡,減少膜脂過氧化以及其他傷害過程[29]。在本研究中,低鹽脅迫下(1‰與2‰ NaCl處理)小葉櫟苗木葉片相對(duì)電導(dǎo)率上升,體內(nèi)細(xì)胞酶促防御系統(tǒng)被激活,SOD與POD保持較高活性,有效地清除了細(xì)胞內(nèi)多余的活性氧自由基,降低了葉片MDA含量。但在高鹽脅迫下(3‰與4‰處理),隨著脅迫程度的不斷加深,葉片相對(duì)電導(dǎo)率不斷上升,葉片內(nèi)SOD活性上升難以抑制MDA含量的累積,細(xì)胞抗氧化酶系統(tǒng)逐漸異常,葉片抗氧化酶活性急劇下降,MDA及其類似物含量累積增加,小葉櫟苗木損傷嚴(yán)重,這與劉學(xué)良等[30]對(duì)接骨木Sambucus williamsii的研究結(jié)果相似。
本研究探討了NaCl脅迫對(duì)小葉櫟苗木生長(zhǎng)和生理方面的影響,但未對(duì)苗木光合生理、根莖葉中Na+、K+濃度和內(nèi)源激素含量進(jìn)行系統(tǒng)研究,有待進(jìn)一步深入探討。
不同濃度NaCl處理均對(duì)小葉櫟生長(zhǎng)及生理造成一定程度的影響,但影響程度各異。低濃度(1‰、2‰)NaCl處理的小葉櫟苗木體內(nèi)滲透物質(zhì)增加、SOD與POD活性增強(qiáng),植物自身經(jīng)過一系列生理生化調(diào)節(jié)后,基本能適應(yīng)低鹽逆境環(huán)境。而高濃度(3‰、4‰)NaCl處理的苗木損傷嚴(yán)重,且隨著脅迫程度的加深,苗木死亡量增加。結(jié)合脅迫過程中苗木生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的變化情況以及耐鹽性綜合分析可知,鹽脅迫中3‰濃度的NaCl可作為小葉櫟苗木在江蘇濱海地區(qū)推廣的臨界參考濃度。