nacl脅迫下海灣山林抗鹽性的研究

nacl脅迫下海灣山林抗鹽性的研究

中國(guó)有0.333億h2土壤，還有0.066億h2次生鹽漬土壤。廣泛分布于長(zhǎng)江以北的廣闊內(nèi)陸地區(qū)以及遼東半島、渤海灣和蘇北濱海狹長(zhǎng)地帶。浙江、福建、廣東等省沿海以及臺(tái)灣和南海諸島的沿岸也有零星分布。其中有100多座城市地處鹽堿區(qū),如山東東營(yíng)、吉林白城等。城市鹽漬土綠化困難,當(dāng)前主要利用生物改土、機(jī)械排鹽、科學(xué)灌水、淡水壓鹽等綜合措施進(jìn)行城市鹽漬土改良,但成本高,改良效果有一定限度。樹種在長(zhǎng)期的干旱、鹽漬、高溫等逆境下形成了各自的適應(yīng)性,因此可以從現(xiàn)有的樹種中選擇抗鹽性樹種,這無疑是一種快速有效的利用鹽堿地的方法。以往許多樹種如怪柳、白蠟、枸杞、國(guó)槐、刺槐等在抗鹽性方而都進(jìn)行了比較深入的研究,而關(guān)于海州常山(ClerodendrumtrichotomumThumb)的耐鹽性卻鮮見報(bào)道。海州常山(ClerodendrumtrichotomumThumb)為馬鞭草科赪桐屬小喬木或灌木,原產(chǎn)我國(guó),廣泛分布于我國(guó)華北、華東、中南和西南各省。海州常山花序大,花蕾嫩綠或粉紅色,花瓣潔白或帶紅暈,花萼艷紅,果實(shí)墨藍(lán)色,宿萼,花期和坐果期自6～11月長(zhǎng)達(dá)半年,具有極強(qiáng)的觀賞性。海州常山根系發(fā)達(dá),適應(yīng)性強(qiáng),耐干旱瘠薄,耐鹽堿,常野生分布于干旱瘠薄的沙石山、石灰?guī)r山地和南方貧瘠山地紅壤,是干旱山地、鹽堿地造林和城市綠化的理想樹種,尤其適宜城市鹽漬土和建筑廢棄土綠化。本研究對(duì)海州常山進(jìn)行不同濃度的NaCl處理,研究氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、滲調(diào)物質(zhì)(可溶性糖、游離脯氨酸)、細(xì)胞膜透性、葉片相對(duì)含水量對(duì)NaCl脅迫的生理響應(yīng),分析海州常山抗鹽性能,旨在為海州常山鹽堿地栽培提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1大松茸生長(zhǎng)狀態(tài)的測(cè)定試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)基地林學(xué)站。采用盆栽試驗(yàn)方法,盆體高30cm,直徑40cm,泥質(zhì)。盆栽基質(zhì)為砂壤土,每盆裝土13kg。試驗(yàn)材料為1a生海州常山健壯實(shí)生苗,高120cm,地徑1.2cm,3月下旬樹液流動(dòng)前栽植,每盆2株。在大田中開溝,將盆栽試驗(yàn)材料擺放其中,,每放一盆培土至離盆體上沿3cm(防止多余土壤進(jìn)入盆內(nèi)),采用常規(guī)管理方法至8月中旬盆栽材料進(jìn)入正常生長(zhǎng)狀態(tài)。8月中旬,將盆栽試驗(yàn)材料取出,置于防雨棚內(nèi)的塑料盆中,根據(jù)土壤墑情及時(shí)在塑料盆中少量灌溉,防止發(fā)生土壤鹽分淋溶。將分析純NaCl用清水溶解,按照干土質(zhì)量百分比一次加入盆中,設(shè)置鹽分梯度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%,以清水為對(duì)照(CK),重復(fù)5盆。各處理除鹽量不同外,其余加水量及其它管理措施保持一致。于鹽分處理后第2d進(jìn)行各項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)試,每盆選定1株,摘取2片生長(zhǎng)狀態(tài)相近的功能葉片帶回實(shí)驗(yàn)室,將10片混合后測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo);另1株用于形態(tài)觀測(cè)和光合、蒸騰作用測(cè)定。試驗(yàn)每隔1d取樣測(cè)定1次,直至葉片枯黃或植株死亡。1.2抗氧化酶活性測(cè)定蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量,酸性茚三酮比色法測(cè)定游離脯氨酸含量,電導(dǎo)法(DDS-IIA電導(dǎo)儀)測(cè)定膜透性,超氧化物歧化酶(SOD)的活性采用氧化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)法測(cè)定,過氧化物酶(POD)的活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法,葉片相對(duì)含水量用稱重法測(cè)定葉片相對(duì)含水量,相對(duì)含水量的計(jì)算公式如下:RWC/%=[(鮮樣質(zhì)量-干樣質(zhì)量)/(飽和鮮樣質(zhì)量-干樣質(zhì)量)]×100。數(shù)據(jù)用Exce1、SPSS統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1苗木生長(zhǎng)和形態(tài)與對(duì)照相比,0.2%NaCl處理的海州常山外部形態(tài)無明顯區(qū)別;0.4%NaCl脅迫處理第10～12d有4棵苗木葉片出現(xiàn)葉脈失綠現(xiàn)象,但長(zhǎng)勢(shì)未受影響;0.6%NaCl處理的第6d出現(xiàn)頂葉失綠現(xiàn)象,第8～11d部分功能葉出現(xiàn)失綠和焦邊,長(zhǎng)勢(shì)衰弱,第12d有4棵苗木葉片脫落,剩余6棵苗木長(zhǎng)勢(shì)明顯下降;0.8%處理的海州常山,在處理第3d頂芽出現(xiàn)失綠,第6d頂芽和功能葉下垂,大部分葉片失綠,第8d所有苗木功能葉出現(xiàn)焦邊,并脫落,在此鹽度下處理的苗木全部死亡,這種外部形態(tài)的變化是內(nèi)部生理指標(biāo)如含水率、質(zhì)膜透性、脯氨酸含量等變化的外在反映。2.2不同鹽分脅迫對(duì)苗木葉片保水能力的影響通常情況下,土壤的水勢(shì)高于植物根細(xì)胞的水勢(shì),根易于吸水。如果鹽分過多使土壤水勢(shì)下降,造成植物體內(nèi)滲透脅迫,引起細(xì)胞失水,造成植物生理干旱,因此葉片相對(duì)含水量是植物受鹽脅迫的直接反應(yīng)。由圖1可知:經(jīng)過鹽脅迫處理的苗木葉片相對(duì)含水量隨鹽濃度的增加而下降,各個(gè)鹽濃度之間的變化幅度達(dá)到極顯著水平(F=8.171,P=0.00185),但在0.2%、0.4%、0.6%鹽脅迫下葉片一直保持較高的含水量。例如0.6%鹽脅迫下葉片相對(duì)含水量最低也保持在80%以上,這表明海州常山葉片保水能力比較強(qiáng),能夠通過降低自身的相對(duì)含水量以降低水勢(shì),進(jìn)而可以適應(yīng)各種脅迫所造成的生理干旱脅迫。0.8%處理的苗木葉片相對(duì)含水量變化幅度最大,最初與最終差值為39.65%,說明海州常山葉片保水力所承受的鹽脅迫閥值是0.6%。2.3通訊中斷后，海南靈山葉片生化特征的變化2.3.1鹽脅迫對(duì)滲透過程的影響細(xì)胞膜是細(xì)胞與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)交換的主要通道,植物的細(xì)胞膜具有選擇透性,能有效阻止膜內(nèi)電解質(zhì)的外滲,維持細(xì)胞內(nèi)各細(xì)胞器生理代謝的正常進(jìn)行。在鹽脅迫下,鹽離子可直接誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜使其透性增大,質(zhì)膜透性越大,其植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率也越大,因此相對(duì)電導(dǎo)率是反映細(xì)胞質(zhì)膜受傷害程度的重要指標(biāo),同時(shí),細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性必然會(huì)受到影響,所以膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能力的大小直接影響到植物對(duì)鹽分脅迫的抗性強(qiáng)弱。方差分析顯示各個(gè)鹽濃度的變化差異達(dá)到極顯著(F=18.71477,P=2.49E-05),由圖2可知:不同濃度鹽脅迫對(duì)細(xì)胞膜透性影響有所差異,0.2%、0.4%兩個(gè)濃度脅迫下對(duì)細(xì)胞膜的有影響但變化幅度不大,說明此濃度下鹽脅迫對(duì)細(xì)胞膜有一定的傷害,但對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)沒有造成明顯的破壞;0.6%、0.8%鹽脅迫下,與CK相比,發(fā)生極顯著變化(F=29.01418,P=0.002975;F=36.60562,P=0.009057),表明海州常山在0.6%、0.8%鹽脅迫下細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到明顯破壞甚至受到致命的傷害。2.3.2不同濃度下sod活性變化正常條件下,細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),當(dāng)植物受逆境脅迫時(shí),這種平衡就被打破,活性氧積累,過剩的活性氧可誘導(dǎo)原核生物內(nèi)SOD生物合成,使DNA的損傷及時(shí)得到修復(fù),多種微生物和植物在環(huán)境脅迫下,也具有SOD誘導(dǎo)形成的防御機(jī)構(gòu),SOD活性高低與植物的抗逆性大小有一定的相關(guān)性。圖3顯示,海州常山在一定鹽濃度的范圍內(nèi)可誘導(dǎo)或激活SOD;隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),SOD變化趨勢(shì)先增后降,但是不同濃度處理變化有所差異,經(jīng)0.2%、0.4%處理,SOD變化基本相似,經(jīng)過稍微的變化后又隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)緩慢的趨于對(duì)照,變化均未達(dá)到顯著水平(F=1.173087,P=0.328212;F=0.026175,P=0.877809),這可能是海州常山在0.2%、0.4%鹽脅迫下通過自身防御系統(tǒng)的調(diào)整,能夠迅速得到恢復(fù);經(jīng)0.6%處理的海州常山,SOD活性變化幅度比較大,最低與最高值變化幅度大,變化值接近是0.2%、0.4%處理變化幅度的2倍,同時(shí)在持續(xù)鹽脅迫第6d,SOD活性與CK相比差異極顯著(F=181.213,P=0.000176),這表明海州常山在0.6%鹽脅迫環(huán)境下需要一個(gè)適應(yīng)過程,在此過程中,SOD活性迅速升高以提高植物體適應(yīng)的能力,忍受逆境而得以生存;海州常山在0.8%鹽脅迫環(huán)境下,活性變化幅度較大,最大值與最小值相差141.4807U/g(FM),并且鹽脅迫第4d與第6dSOD活性急劇下降,這說明在該處理濃度下,盡管植物機(jī)體在一定時(shí)間范圍內(nèi)可通過提高SOD的活性增強(qiáng)植物機(jī)體的忍受力,但植物機(jī)體的忍受力畢竟有一定限度,在該處理濃度下活性氧的積累水平已超出了樹木本身所能調(diào)控的閥值范圍,植物體內(nèi)過多的活性氧自由基無法清除,導(dǎo)致SOD本身活性下降。2.3.3用造成的傷害同SOD一樣,POD也是一種活性氧自由基清除劑,也是來清除活性氧自由基,使細(xì)胞膜免遭膜脂過氧化作用引起的傷害。從圖4可以看出,POD的變化與SOD變化相似,變化趨勢(shì)都是先升后降,在處理4～6d之內(nèi)各個(gè)鹽度處理都出現(xiàn)最大值,在0.6%、0.8%鹽脅迫下變化幅度大,但是各個(gè)鹽濃度變化差異未達(dá)到顯著水平(F=0.859635,P=0.483316),可能鹽脅迫對(duì)POD活性傷害程度低。2.3.4鹽濃度對(duì)脯氨酸含量的影響脯氨酸被認(rèn)為是植物在逆境條件下的產(chǎn)生并積累的一種小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。植物遭受逆境脅迫后,體內(nèi)脯氨酸含量越高,抗逆能力越強(qiáng),這一結(jié)論適合于大多數(shù)植物。在正常情況下,植物中游離的脯氨酸含量?jī)H為0.2～0.6mg/g,占總游離氨基酸的百分之幾,而在脅迫條件下,脯氨酸可成10倍地增加,占總游離氨基酸的30%。海州常山葉片的游離脯氨酸含量隨鹽濃度的增加而增加,各個(gè)濃度之間的差異達(dá)到顯著水平(F=4.326071,P=0.021909)。從圖5可以明顯看出,經(jīng)0.2%、0.4%鹽脅迫處理的海州常山葉片游離脯氨酸含量變化幅度不大;在0.6%鹽脅迫下,葉片中的游離脯氨酸在鹽脅迫第6d之后變化開始明顯;在0.8%鹽脅迫下游離脯氨酸含量急劇上升,共上升了22.97664μg/g(FM)。由此可見,一定強(qiáng)度的鹽脅迫可以誘導(dǎo)海州常山葉片中游離脯氨酸含量的劇增,在高鹽漬脅迫條件下,游離脯氨酸含量有重要意義。2.3.5滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),對(duì)于逆境的適應(yīng),減少傷害起著非常重要作用。土壤中鹽離子濃度的增大導(dǎo)致土壤水勢(shì)降低,會(huì)引起滲透脅迫,在這種情況下植物最普遍的也是最有效的途徑是在細(xì)胞中積累無機(jī)溶質(zhì)和相容無毒的小分子可溶性代謝產(chǎn)物作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)?？扇苄蕴遣粌H可以降低細(xì)胞的滲透勢(shì),并作為一種臨時(shí)的碳源儲(chǔ)存。方差分析表明:各個(gè)鹽濃度脅迫下海州常山葉片可溶性糖含量的變化達(dá)到極顯著水平(F=14.70697,P=9.73E-05),鹽濃度越高可溶性糖的含量越高,這表明海州常山體內(nèi)的可溶性糖含量在低鹽度脅迫下就能發(fā)生顯著變化,海州常山葉片內(nèi)的可溶性糖對(duì)鹽脅迫有敏感反應(yīng)。由圖6可知:0.2%處理的苗木在處理的第6d達(dá)到最大值,隨脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸降低到與對(duì)照相近,0.4%、0.6%、0.8%處理的苗木在處理第2d就比對(duì)照高,并出現(xiàn)升-降的趨勢(shì),但是最后并未降到與對(duì)照相近,說明苗木在0.2%處理下通過自身系統(tǒng)的調(diào)整未受到傷害,其它脅迫處理的苗木均有受到傷害。2.3.6相對(duì)含水量和相對(duì)含水量的變化結(jié)果表明(表1),土壤中鹽的濃度與可溶性糖、細(xì)胞膜透性呈極顯著正相關(guān),與葉片相對(duì)含水量是顯著負(fù)相關(guān);SOD與POD呈現(xiàn)極顯著正相關(guān),與游離脯氨酸是極顯著負(fù)相關(guān),與葉片相對(duì)含水量呈顯著正相關(guān);游離脯氨酸與可溶性糖、細(xì)胞膜透性是極顯著正相關(guān),而與葉片相對(duì)含水量是顯著負(fù)相關(guān),可溶性糖與細(xì)胞膜透性呈極顯著正相關(guān),與葉片含水量呈顯著負(fù)相關(guān);細(xì)胞膜透性與葉片相對(duì)含水量呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢?鹽脅迫下海州常山生理生化的變化多因素共同綜合作用的結(jié)果。3鹽脅迫對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響鹽脅迫條件下,細(xì)胞質(zhì)膜透性的變化導(dǎo)致細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)的各種微環(huán)境發(fā)生改變,從而引起酶和基質(zhì)間的平衡喪失,各種代謝過程失調(diào),最終導(dǎo)致植物傷害。因此認(rèn)為細(xì)胞膜透性的變化是鹽脅迫傷害的關(guān)鍵所在。本試驗(yàn)結(jié)果與以前的結(jié)論較為吻合,表現(xiàn)為隨著鹽分濃度的增加,海州常山細(xì)胞膜透性越大,并在高鹽度脅迫下發(fā)生顯著變化。逆境下植物產(chǎn)生更多的氧自由基,加劇了膜脂過氧化從而導(dǎo)致膜系統(tǒng)受損,最終組織受到破壞。SOD、POD酶活性是植物對(duì)膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶。本試驗(yàn)結(jié)果則表明,海州常山在鹽脅迫初期,葉片這兩個(gè)酶活性上升,隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng),轉(zhuǎn)而呈下降趨勢(shì),這可能是由于海州常山對(duì)鹽脅迫初期反應(yīng)敏感,而隨后鹽脅迫則起到了一定的鍛煉作用,從而啟動(dòng)了自身的保護(hù)機(jī)制。由此推出鹽脅迫處理在一定程度上可以提高海州常山的耐鹽性。鹽分脅迫的傷害之一是水分脅迫。鹽分過多導(dǎo)致土壤水勢(shì)下降,造成植物根系吸水困難,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)葉片萎蔫,影響植物正常的生理代謝。在鹽脅迫下,海州常山葉片相對(duì)含水量都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),同時(shí)在高鹽度(0.6%)脅迫下海州常山葉片出現(xiàn)了萎蔫。鹽漬條件下,植物通過滲透調(diào)節(jié)減輕或避免傷害,植物滲透調(diào)節(jié)的主要方式是在細(xì)胞液泡中積累無機(jī)離子或合成有機(jī)溶質(zhì),其中可溶性糖、脯氨酸等是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)劑。本試驗(yàn)研究表明,鹽脅迫下,可溶性糖與脯氨酸含量都是隨鹽濃度而升高,特別是可溶性糖在低中度鹽脅迫下就發(fā)生明顯變化,說明可溶性糖與脯氨酸都是海州常山主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),但是對(duì)于海州常山來說,滲調(diào)物質(zhì)脯氨酸不如可溶性糖對(duì)鹽脅迫反應(yīng)敏感。植物對(duì)鹽的敏感程度存在著差異,但每種植物都有一個(gè)生長(zhǎng)明顯受到抑制的臨界閥值。劉會(huì)超等對(duì)五葉地錦(Parthenocissusquinq