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地帶。浙江、福建、廣東等省沿海以及臺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、吉林白城等。城市鹽漬土綠化困難,當前主要利用生物改土、機械排鹽、科學灌水、淡水壓鹽等綜合措施進行城市鹽漬土改良,但成本高,改良效果有一定限度。樹種在長期的干旱、鹽漬、高溫等逆境下形成了各自的適應性,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、國槐、刺槐等在抗鹽性方而都進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,廣泛分布于我國華北、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,果實墨藍色,宿萼,花期和坐果期自6～11月長達半年,具有極強的觀賞性。海州常山根系發(fā)達,適應性強,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。本研究對海州常山進行不同濃度的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)、細胞膜透性、葉片相對含水量對NaCl脅迫的生理響應,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依據(jù)。1材料和方法1.1大松茸生長狀態(tài)的測定試驗地點位于山東農(nóng)業(yè)大學教學基地林學站。采用盆栽試驗方法,盆體高30cm,直徑40cm,泥質(zhì)。盆栽基質(zhì)為砂壤土,每盆裝土13kg。試驗材料為1a生海州常山健壯實生苗,高120cm,地徑1.2cm,3月下旬樹液流動前栽植,每盆2株。在大田中開溝,將盆栽試驗材料擺放其中,,每放一盆培土至離盆體上沿3cm(防止多余土壤進入盆內(nèi)),采用常規(guī)管理方法至8月中旬盆栽材料進入正常生長狀態(tài)。8月中旬,將盆栽試驗材料取出,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,設置鹽分梯度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%,以清水為對照(CK),重復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進行各項內(nèi)容的測試,每盆選定1株,摘取2片生長狀態(tài)相近的功能葉片帶回實驗室,將10片混合后測定各項生理生化指標;另1株用于形態(tài)觀測和光合、蒸騰作用測定。試驗每隔1d取樣測定1次,直至葉片枯黃或植株死亡。1.2抗氧化酶活性測定蒽酮比色法測定可溶性糖含量,酸性茚三酮比色法測定游離脯氨酸含量,電導法(DDS-IIA電導儀)測定膜透性,超氧化物歧化酶(SOD)的活性采用氧化硝基四氮唑藍(NBT)法測定,過氧化物酶(POD)的活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法,葉片相對含水量用稱重法測定葉片相對含水量,相對含水量的計算公式如下: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)計分析。2結(jié)果與分析2.1苗木生長和形態(tài)與對照相比,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,但長勢未受影響;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,長勢衰弱,第12d有4棵苗木葉片脫落,剩余6棵苗木長勢明顯下降;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不同鹽分脅迫對苗木葉片保水能力的影響通常情況下,土壤的水勢高于植物根細胞的水勢,根易于吸水。如果鹽分過多使土壤水勢下降,造成植物體內(nèi)滲透脅迫,引起細胞失水,造成植物生理干旱,因此葉片相對含水量是植物受鹽脅迫的直接反應。由圖1可知:經(jīng)過鹽脅迫處理的苗木葉片相對含水量隨鹽濃度的增加而下降,各個鹽濃度之間的變化幅度達到極顯著水平(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,能夠通過降低自身的相對含水量以降低水勢,進而可以適應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鹽脅迫對滲透過程的影響細胞膜是細胞與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)交換的主要通道,植物的細胞膜具有選擇透性,能有效阻止膜內(nèi)電解質(zhì)的外滲,維持細胞內(nèi)各細胞器生理代謝的正常進行。在鹽脅迫下,鹽離子可直接誘導細胞質(zhì)膜使其透性增大,質(zhì)膜透性越大,其植物細胞浸提液的電導率也越大,因此相對電導率是反映細胞質(zhì)膜受傷害程度的重要指標,同時,細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性必然會受到影響,所以膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能力的大小直接影響到植物對鹽分脅迫的抗性強弱。方差分析顯示各個鹽濃度的變化差異達到極顯著(F=18.71477,P=2.49E-05),由圖2可知:不同濃度鹽脅迫對細胞膜透性影響有所差異,0.2%、0.4%兩個濃度脅迫下對細胞膜的有影響但變化幅度不大,說明此濃度下鹽脅迫對細胞膜有一定的傷害,但對細胞膜系統(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,細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài),當植物受逆境脅迫時,這種平衡就被打破,活性氧積累,過剩的活性氧可誘導原核生物內(nèi)SOD生物合成,使DNA的損傷及時得到修復,多種微生物和植物在環(huán)境脅迫下,也具有SOD誘導形成的防御機構(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)可誘導或激活SOD;隨著脅迫時間的延長,SOD變化趨勢先增后降,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間的增長緩慢的趨于對照,變化均未達到顯著水平(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;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)境下需要一個適應過程,在此過程中,SOD活性迅速升高以提高植物體適應的能力,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,盡管植物機體在一定時間范圍內(nèi)可通過提高SOD的活性增強植物機體的忍受力,但植物機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,變化趨勢都是先升后降,在處理4～6d之內(nèi)各個鹽度處理都出現(xiàn)最大值,在0.6%、0.8%鹽脅迫下變化幅度大,但是各個鹽濃度變化差異未達到顯著水平(F=0.859635,P=0.483316),可能鹽脅迫對POD活性傷害程度低。2.3.4鹽濃度對脯氨酸含量的影響脯氨酸被認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,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僅為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,各個濃度之間的差異達到顯著水平(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,一定強度的鹽脅迫可以誘導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),對于逆境的適應,減少傷害起著非常重要作用。土壤中鹽離子濃度的增大導致土壤水勢降低,會引起滲透脅迫,在這種情況下植物最普遍的也是最有效的途徑是在細胞中積累無機溶質(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)。可溶性糖不僅可以降低細胞的滲透勢,并作為一種臨時的碳源儲存。方差分析表明:各個鹽濃度脅迫下海州常山葉片可溶性糖含量的變化達到極顯著水平(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)的可溶性糖對鹽脅迫有敏感反應。由圖6可知:0.2%處理的苗木在處理的第6d達到最大值,隨脅迫時間的增長逐漸降低到與對照相近,0.4%、0.6%、0.8%處理的苗木在處理第2d就比對照高,并出現(xiàn)升-降的趨勢,但是最后并未降到與對照相近,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相對含水量和相對含水量的變化結(jié)果表明(表1),土壤中鹽的濃度與可溶性糖、細胞膜透性呈極顯著正相關(guān),與葉片相對含水量是顯著負相關(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相關(guān),與葉片相對含水量呈顯著正相關(guān);游離脯氨酸與可溶性糖、細胞膜透性是極顯著正相關(guān),而與葉片相對含水量是顯著負相關(guān),可溶性糖與細胞膜透性呈極顯著正相關(guān),與葉片含水量呈顯著負相關(guān);細胞膜透性與葉片相對含水量呈顯著負相關(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鹽脅迫對土壤理化性質(zhì)的影響鹽脅迫條件下,細胞質(zhì)膜透性的變化導致細胞間和細胞內(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),最終導致植物傷害。因此認為細胞膜透性的變化是鹽脅迫傷害的關(guān)鍵所在。本試驗結(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致膜系統(tǒng)受損,最終組織受到破壞。SOD、POD酶活性是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護酶。本試驗結(jié)果則表明,海州常山在鹽脅迫初期,葉片這兩個酶活性上升,隨脅迫時間延長,轉(zhuǎn)而呈下降趨勢,這可能是由于海州常山對鹽脅迫初期反應敏感,而隨后鹽脅迫則起到了一定的鍛煉作用,從而啟動了自身的保護機制。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。鹽分過多導致土壤水勢下降,造成植物根系吸水困難,嚴重時出現(xiàn)葉片萎蔫,影響植物正常的生理代謝。在鹽脅迫下,海州常山葉片相對含水量都呈現(xiàn)下降趨勢,同時在高鹽度(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)的主要方式是在細胞液泡中積累無機離子或合成有機溶質(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),但是對于海州常山來說,滲調(diào)物質(zhì)脯氨酸不如可溶性糖對鹽脅迫反應敏感。植物對鹽的敏感程度存在著差異,但每種植物都有一個生長明顯受到抑制的臨界閥值。劉會超等對五葉地錦(Parthenocissusquinq