nacl胁迫下海湾山林抗盐性的研究

nacl胁迫下海湾山林抗盐性的研究

中国有0.333亿h2土壤，还有0.066亿h2次生盐渍土壤。广泛分布于长江以北的广阔内陆地区以及辽东半岛、渤海湾和苏北滨海狭长地带。浙江、福建、广东等省沿海以及台湾和南海诸岛的沿岸也有零星分布。其中有100多座城市地处盐碱区,如山东东营、吉林白城等。城市盐渍土绿化困难,当前主要利用生物改土、机械排盐、科学灌水、淡水压盐等综合措施进行城市盐渍土改良,但成本高,改良效果有一定限度。树种在长期的干旱、盐渍、高温等逆境下形成了各自的适应性,因此可以从现有的树种中选择抗盐性树种,这无疑是一种快速有效的利用盐碱地的方法。以往许多树种如怪柳、白蜡、枸杞、国槐、刺槐等在抗盐性方而都进行了比较深入的研究,而关于海州常山(ClerodendrumtrichotomumThumb)的耐盐性却鲜见报道。海州常山(ClerodendrumtrichotomumThumb)为马鞭草科赪桐属小乔木或灌木,原产我国,广泛分布于我国华北、华东、中南和西南各省。海州常山花序大,花蕾嫩绿或粉红色,花瓣洁白或带红晕,花萼艳红,果实墨蓝色,宿萼,花期和坐果期自6～11月长达半年,具有极强的观赏性。海州常山根系发达,适应性强,耐干旱瘠薄,耐盐碱,常野生分布于干旱瘠薄的沙石山、石灰岩山地和南方贫瘠山地红壤,是干旱山地、盐碱地造林和城市绿化的理想树种,尤其适宜城市盐渍土和建筑废弃土绿化。本研究对海州常山进行不同浓度的NaCl处理,研究氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、渗调物质(可溶性糖、游离脯氨酸)、细胞膜透性、叶片相对含水量对NaCl胁迫的生理响应,分析海州常山抗盐性能,旨在为海州常山盐碱地栽培提供科学依据。1材料和方法1.1大松茸生长状态的测定试验地点位于山东农业大学教学基地林学站。采用盆栽试验方法,盆体高30cm,直径40cm,泥质。盆栽基质为砂壤土,每盆装土13kg。试验材料为1a生海州常山健壮实生苗,高120cm,地径1.2cm,3月下旬树液流动前栽植,每盆2株。在大田中开沟,将盆栽试验材料摆放其中,,每放一盆培土至离盆体上沿3cm(防止多余土壤进入盆内),采用常规管理方法至8月中旬盆栽材料进入正常生长状态。8月中旬,将盆栽试验材料取出,置于防雨棚内的塑料盆中,根据土壤墒情及时在塑料盆中少量灌溉,防止发生土壤盐分淋溶。将分析纯NaCl用清水溶解,按照干土质量百分比一次加入盆中,设置盐分梯度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%,以清水为对照(CK),重复5盆。各处理除盐量不同外,其余加水量及其它管理措施保持一致。于盐分处理后第2d进行各项内容的测试,每盆选定1株,摘取2片生长状态相近的功能叶片带回实验室,将10片混合后测定各项生理生化指标;另1株用于形态观测和光合、蒸腾作用测定。试验每隔1d取样测定1次,直至叶片枯黄或植株死亡。1.2抗氧化酶活性测定蒽酮比色法测定可溶性糖含量,酸性茚三酮比色法测定游离脯氨酸含量,电导法(DDS-IIA电导仪)测定膜透性,超氧化物歧化酶(SOD)的活性采用氧化硝基四氮唑蓝(NBT)法测定,过氧化物酶(POD)的活性采用愈创木酚氧化法,叶片相对含水量用称重法测定叶片相对含水量,相对含水量的计算公式如下:RWC/%=[(鲜样质量-干样质量)/(饱和鲜样质量-干样质量)]×100。数据用Exce1、SPSS统计分析。2结果与分析2.1苗木生长和形态与对照相比,0.2%NaCl处理的海州常山外部形态无明显区别;0.4%NaCl胁迫处理第10～12d有4棵苗木叶片出现叶脉失绿现象,但长势未受影响;0.6%NaCl处理的第6d出现顶叶失绿现象,第8～11d部分功能叶出现失绿和焦边,长势衰弱,第12d有4棵苗木叶片脱落,剩余6棵苗木长势明显下降;0.8%处理的海州常山,在处理第3d顶芽出现失绿,第6d顶芽和功能叶下垂,大部分叶片失绿,第8d所有苗木功能叶出现焦边,并脱落,在此盐度下处理的苗木全部死亡,这种外部形态的变化是内部生理指标如含水率、质膜透性、脯氨酸含量等变化的外在反映。2.2不同盐分胁迫对苗木叶片保水能力的影响通常情况下,土壤的水势高于植物根细胞的水势,根易于吸水。如果盐分过多使土壤水势下降,造成植物体内渗透胁迫,引起细胞失水,造成植物生理干旱,因此叶片相对含水量是植物受盐胁迫的直接反应。由图1可知:经过盐胁迫处理的苗木叶片相对含水量随盐浓度的增加而下降,各个盐浓度之间的变化幅度达到极显著水平(F=8.171,P=0.00185),但在0.2%、0.4%、0.6%盐胁迫下叶片一直保持较高的含水量。例如0.6%盐胁迫下叶片相对含水量最低也保持在80%以上,这表明海州常山叶片保水能力比较强,能够通过降低自身的相对含水量以降低水势,进而可以适应各种胁迫所造成的生理干旱胁迫。0.8%处理的苗木叶片相对含水量变化幅度最大,最初与最终差值为39.65%,说明海州常山叶片保水力所承受的盐胁迫阀值是0.6%。2.3通讯中断后，海南灵山叶片生化特征的变化2.3.1盐胁迫对渗透过程的影响细胞膜是细胞与环境发生物质交换的主要通道,植物的细胞膜具有选择透性,能有效阻止膜内电解质的外渗,维持细胞内各细胞器生理代谢的正常进行。在盐胁迫下,盐离子可直接诱导细胞质膜使其透性增大,质膜透性越大,其植物细胞浸提液的电导率也越大,因此相对电导率是反映细胞质膜受伤害程度的重要指标,同时,细胞膜结构的稳定性必然会受到影响,所以膜结构稳定能力的大小直接影响到植物对盐分胁迫的抗性强弱。方差分析显示各个盐浓度的变化差异达到极显著(F=18.71477,P=2.49E-05),由图2可知:不同浓度盐胁迫对细胞膜透性影响有所差异,0.2%、0.4%两个浓度胁迫下对细胞膜的有影响但变化幅度不大,说明此浓度下盐胁迫对细胞膜有一定的伤害,但对细胞膜系统没有造成明显的破坏;0.6%、0.8%盐胁迫下,与CK相比,发生极显著变化(F=29.01418,P=0.002975;F=36.60562,P=0.009057),表明海州常山在0.6%、0.8%盐胁迫下细胞膜系统遭到明显破坏甚至受到致命的伤害。2.3.2不同浓度下sod活性变化正常条件下,细胞内活性氧的产生和清除处于动态平衡状态,当植物受逆境胁迫时,这种平衡就被打破,活性氧积累,过剩的活性氧可诱导原核生物内SOD生物合成,使DNA的损伤及时得到修复,多种微生物和植物在环境胁迫下,也具有SOD诱导形成的防御机构,SOD活性高低与植物的抗逆性大小有一定的相关性。图3显示,海州常山在一定盐浓度的范围内可诱导或激活SOD;随着胁迫时间的延长,SOD变化趋势先增后降,但是不同浓度处理变化有所差异,经0.2%、0.4%处理,SOD变化基本相似,经过稍微的变化后又随着胁迫时间的增长缓慢的趋于对照,变化均未达到显著水平(F=1.173087,P=0.328212;F=0.026175,P=0.877809),这可能是海州常山在0.2%、0.4%盐胁迫下通过自身防御系统的调整,能够迅速得到恢复;经0.6%处理的海州常山,SOD活性变化幅度比较大,最低与最高值变化幅度大,变化值接近是0.2%、0.4%处理变化幅度的2倍,同时在持续盐胁迫第6d,SOD活性与CK相比差异极显著(F=181.213,P=0.000176),这表明海州常山在0.6%盐胁迫环境下需要一个适应过程,在此过程中,SOD活性迅速升高以提高植物体适应的能力,忍受逆境而得以生存;海州常山在0.8%盐胁迫环境下,活性变化幅度较大,最大值与最小值相差141.4807U/g(FM),并且盐胁迫第4d与第6dSOD活性急剧下降,这说明在该处理浓度下,尽管植物机体在一定时间范围内可通过提高SOD的活性增强植物机体的忍受力,但植物机体的忍受力毕竟有一定限度,在该处理浓度下活性氧的积累水平已超出了树木本身所能调控的阀值范围,植物体内过多的活性氧自由基无法清除,导致SOD本身活性下降。2.3.3用造成的伤害同SOD一样,POD也是一种活性氧自由基清除剂,也是来清除活性氧自由基,使细胞膜免遭膜脂过氧化作用引起的伤害。从图4可以看出,POD的变化与SOD变化相似,变化趋势都是先升后降,在处理4～6d之内各个盐度处理都出现最大值,在0.6%、0.8%盐胁迫下变化幅度大,但是各个盐浓度变化差异未达到显著水平(F=0.859635,P=0.483316),可能盐胁迫对POD活性伤害程度低。2.3.4盐浓度对脯氨酸含量的影响脯氨酸被认为是植物在逆境条件下的产生并积累的一种小分子渗透调节物质。植物遭受逆境胁迫后,体内脯氨酸含量越高,抗逆能力越强,这一结论适合于大多数植物。在正常情况下,植物中游离的脯氨酸含量仅为0.2～0.6mg/g,占总游离氨基酸的百分之几,而在胁迫条件下,脯氨酸可成10倍地增加,占总游离氨基酸的30%。海州常山叶片的游离脯氨酸含量随盐浓度的增加而增加,各个浓度之间的差异达到显著水平(F=4.326071,P=0.021909)。从图5可以明显看出,经0.2%、0.4%盐胁迫处理的海州常山叶片游离脯氨酸含量变化幅度不大;在0.6%盐胁迫下,叶片中的游离脯氨酸在盐胁迫第6d之后变化开始明显;在0.8%盐胁迫下游离脯氨酸含量急剧上升,共上升了22.97664μg/g(FM)。由此可见,一定强度的盐胁迫可以诱导海州常山叶片中游离脯氨酸含量的剧增,在高盐渍胁迫条件下,游离脯氨酸含量有重要意义。2.3.5渗透调节物质可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质,对于逆境的适应,减少伤害起着非常重要作用。土壤中盐离子浓度的增大导致土壤水势降低,会引起渗透胁迫,在这种情况下植物最普遍的也是最有效的途径是在细胞中积累无机溶质和相容无毒的小分子可溶性代谢产物作为渗透调节物质。可溶性糖不仅可以降低细胞的渗透势,并作为一种临时的碳源储存。方差分析表明:各个盐浓度胁迫下海州常山叶片可溶性糖含量的变化达到极显著水平(F=14.70697,P=9.73E-05),盐浓度越高可溶性糖的含量越高,这表明海州常山体内的可溶性糖含量在低盐度胁迫下就能发生显著变化,海州常山叶片内的可溶性糖对盐胁迫有敏感反应。由图6可知:0.2%处理的苗木在处理的第6d达到最大值,随胁迫时间的增长逐渐降低到与对照相近,0.4%、0.6%、0.8%处理的苗木在处理第2d就比对照高,并出现升-降的趋势,但是最后并未降到与对照相近,说明苗木在0.2%处理下通过自身系统的调整未受到伤害,其它胁迫处理的苗木均有受到伤害。2.3.6相对含水量和相对含水量的变化结果表明(表1),土壤中盐的浓度与可溶性糖、细胞膜透性呈极显著正相关,与叶片相对含水量是显著负相关;SOD与POD呈现极显著正相关,与游离脯氨酸是极显著负相关,与叶片相对含水量呈显著正相关;游离脯氨酸与可溶性糖、细胞膜透性是极显著正相关,而与叶片相对含水量是显著负相关,可溶性糖与细胞膜透性呈极显著正相关,与叶片含水量呈显著负相关;细胞膜透性与叶片相对含水量呈显著负相关。可见,盐胁迫下海州常山生理生化的变化多因素共同综合作用的结果。3盐胁迫对土壤理化性质的影响盐胁迫条件下,细胞质膜透性的变化导致细胞间和细胞内的各种微环境发生改变,从而引起酶和基质间的平衡丧失,各种代谢过程失调,最终导致植物伤害。因此认为细胞膜透性的变化是盐胁迫伤害的关键所在。本试验结果与以前的结论较为吻合,表现为随着盐分浓度的增加,海州常山细胞膜透性越大,并在高盐度胁迫下发生显著变化。逆境下植物产生更多的氧自由基,加剧了膜脂过氧化从而导致膜系统受损,最终组织受到破坏。SOD、POD酶活性是植物对膜脂过氧化的酶促防御系统中重要的保护酶。本试验结果则表明,海州常山在盐胁迫初期,叶片这两个酶活性上升,随胁迫时间延长,转而呈下降趋势,这可能是由于海州常山对盐胁迫初期反应敏感,而随后盐胁迫则起到了一定的锻炼作用,从而启动了自身的保护机制。由此推出盐胁迫处理在一定程度上可以提高海州常山的耐盐性。盐分胁迫的伤害之一是水分胁迫。盐分过多导致土壤水势下降,造成植物根系吸水困难,严重时出现叶片萎蔫,影响植物正常的生理代谢。在盐胁迫下,海州常山叶片相对含水量都呈现下降趋势,同时在高盐度(0.6%)胁迫下海州常山叶片出现了萎蔫。盐渍条件下,植物通过渗透调节减轻或避免伤害,植物渗透调节的主要方式是在细胞液泡中积累无机离子或合成有机溶质,其中可溶性糖、脯氨酸等是植物体内重要的渗透调节剂。本试验研究表明,盐胁迫下,可溶性糖与脯氨酸含量都是随盐浓度而升高,特别是可溶性糖在低中度盐胁迫下就发生明显变化,说明可溶性糖与脯氨酸都是海州常山主要的渗透调节物质,但是对于海州常山来说,渗调物质脯氨酸不如可溶性糖对盐胁迫反应敏感。植物对盐的敏感程度存在着差异,但每种植物都有一个生长明显受到抑制的临界阀值。刘会超等对五叶地锦(Parthenocissusquinq