碱性盐胁迫对夏蜡梅生长与离子分布的影响

周贝宁，毛 恋，花壮壮，芦建国

(南京林业大学 风景园林学院，江苏 南京 210037)

近年来由于人类活动的影响，可用耕地面积减少，土地利用率下降，土壤盐碱化趋势正以1.0×10～1.5×10hm的速度逐年上升。我国作为农业大国，盐碱地总面积约有9.9×10hm，包括盐土、碱土及盐碱混合土。研究表明，由NaHCO、NaCO引起的盐碱化除了对植物产生渗透、活性氧胁迫及离子毒害外，还会在盐胁迫的基础上产生高pH胁迫，严重破坏植物的根系，加快土壤中Ca、Mg等金属离子的沉淀而造成土壤板结，从而抑制植物对矿质元素的吸收，影响植物的生长发育。

夏蜡梅()在20世纪60年代被首次发现，为蜡梅科夏蜡梅属落叶灌木，产于浙江，野生资源分布范围十分狭窄，现已被列为我国二级珍稀濒危植物。夏蜡梅花期4—5月，花朵单生于嫩枝顶端，花白且边缘淡紫红色，内被片基部淡紫红色细斑纹，具有较高的观赏价值和药用价值。

近几年，夏蜡梅的野生资源遭到了严重破坏，野生分布范围在逐步缩小，目前已有中性盐胁迫对夏蜡梅幼苗生长影响的研究，证明其具有一定的耐盐能力，而自然盐碱地中，中性盐和碱性盐同时存在且碱性盐对植物的危害远高于盐胁迫。本文以3年生夏蜡梅苗为材料，研究其在碱性盐胁迫下生长变化及离子吸收和运输效应，综合分析夏蜡梅对碱性盐胁迫的响应机制以扩大其引种栽培范围，为夏蜡梅的合理开发利用和生产实践栽培提供依据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为3年生夏蜡梅实生苗，于南京林业大学白马教学基地播种上盆，于2018年3月转移至南京林业大学园林实验实训中心花房温室(32°30′N， 118°49′E)中适应1年，场地地势平坦，温室接受透过玻璃的自然光照(内设遮阴网)，期间进行实生苗的日常养护管理。试验用盆为直径15 cm、高13 cm的塑料花盆，并下置托盘；栽培基质比例为园土∶营养土=1∶1，每盆统一装土1.5 kg(干土质量1.2 kg)。

1.2 盐碱处理

根据我国盐碱地的土壤含盐量，试验以碱性盐NaHCO模拟盐碱胁迫，根据盐分与土壤干质量之比设置CK、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%八个梯度，pH值分别为7.20、7.53、7.80、7.91、8.27、8.64、8.92、9.31，碱性依次增加。试验于2019年5—7月进行，选择生长健壮、长势一致的夏蜡梅幼苗，随机分成9组，每组60盆，设3个重复。其中7组为NaHCO处理组，另设1组蒸馏水处理对照，记为CK；在处理开始前对剩余1组进行取样，测定苗高地径，各部分干、鲜质量，土壤pH值作为起始对照。

根据预设的胁迫条件，称取各处理NaHCO所需质量用蒸馏水溶解，配成1 L盐溶液；在17:00—19:00进行各处理的浇灌，加盐前需控制土壤干燥，缓慢注入以利于盐分在土壤中充分扩散，将托盘中渗出的盐溶液倒回盆中，直至所有处理达到预设浓度；此时记为第1天作为试验开始，之后每2 d用称重法补充蒸发所损失的水分，维持土壤田间含水量75%；处理60 d后结束试验。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标测定

试验开始时每个处理选取3株长势良好的单株，测定苗高、地径并做好标记，于试验结束后第一天再次测定苗高、地径，并计算两者差距即为相对生长量。胁迫结束后，采用破坏性取样方式，从每个处理中选取叶片完整的3株幼苗，将苗木地上、地下部分分开，清洗干净后称取根、茎、叶各器官的鲜重，然后于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称取干重，计算根冠比。

1.3.2 离子测定

取最后一次各处理的夏蜡梅根、茎、叶干样粉碎，称取0.2 g于25 mL三角瓶中，加入5 mL混合酸(浓硝酸∶高氯酸=4∶1)，于电热板上进行微波消煮至无色透明，用去离子水将消煮液定容到50 mL，同时做空白对照，用原子分光光度计测定根、茎、叶中Na、K、Ca的含量。

1.3.3 离子选择性吸收、运输能力计算

计算夏蜡梅根、茎、叶对离子的选择运输(，Na)能力：

式中：为K、Ca2种离子中任意一种，，Na值越大表示源器官控制Na，促进向库器官的运输能力越强，即库器官的选择运输能力越强。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2016和SPSS 23.0进行计算和统计，同时进行方差分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 碱性盐胁迫对夏蜡梅苗高、地径相对生长量的影响

随着碱性盐NaHCO含量的升高，夏蜡梅苗高相对生长量总体呈明显下降的趋势，而地径相对生长量总体呈先上升后下降的趋势(图1)。对照组(CK)的夏蜡梅苗高相对生长量最大，当处理浓度高于0.3%时，夏蜡梅的生长明显受到抑制，且与CK差异显著(<0.05)；0.1%和0.2%处理下的苗高相对生长量同比分别下降5.56%、30.56%，与CK无显著差异(>0.05)，说明较低的NaHCO胁迫对夏蜡梅的生长无明显的影响。0.1%处理下的夏蜡梅地径相对生长量最大，显著(<0.05)高于CK 45.78%，从0.2%处理开始地径相对生长量明显下降，直至0.6%和0.7%处理与CK相比平均下降72.16%，说明0.1%NaHCO适当促进了夏蜡梅地径的生长，而高浓度胁迫同样明显地抑制其生长。

没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。The bars with different lowercase letters indicated significant differences (P<0.05). The same as below.图1 碱性盐胁迫对夏蜡梅苗高、地径相对生长量的影响Fig.1 Effect of alkaline salt stress on relative height growth and diameter growth of Sinocalycanthus chinensis

2.2 碱性盐胁迫对夏蜡梅生物量的影响

随着碱性盐胁迫的加剧，与对照组(CK)相比，夏蜡梅各器官生物量和总生物量均呈不同程度的下降趋势(表1)。夏蜡梅根生物量的下降幅度最大，0.3%处理稍有上升但与CK相比仍下降21.83%，0.7%处理与CK相比显著下降71.15%，所有处理与CK差异显著；其次为叶，0.1%、0.2%和0.3%处理与CK无显著差异(>0.05)，在0.7%处理下显著下降68.06%；茎生物量的下降幅度最小，与叶生物量变化趋势相同，在0.3%处理下仅比CK少0.016 7 g，高于0.4%的处理均与CK差异显著(<0.05)。夏蜡梅总生物量变化趋势与各器官大致相同，0.1%和0.2%处理下显著下降15.56%和22.26%，在0.3%处理下稍有上升后又持续下降，且CK与所有处理之间均差异显著(<0.05)。碱性盐胁迫严重影响了夏蜡梅的根冠比，各处理的根冠比均小于对照，整体呈曲折下降的趋势，除0.5%和0.7%外的各处理与CK间均差异不显著(表1)，下降幅度介于5.74%～40.25%。碱性盐胁迫处理下，夏蜡梅以减小根的质量来适应胁迫，这可能是夏蜡梅在碱性盐胁迫下的适应性反应。

表1 碱性盐胁迫对夏蜡梅不同器官生物量的影响

2.3 碱性盐胁迫对夏蜡梅根系形态的影响

随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅的主根长、一级侧根的数量均呈不同程度的曲折下降(表2)。与对照相比，主根长下降幅度在20.00%～65.96%，所有处理与CK均差异显著；一级侧根数的变化除0.5%处理下稍有波动外，整体呈明显下降的趋势，且CK与除0.1%处理外的其他处理均差异显著(<0.05)；与主根长和一级侧根数的变化趋势稍有不同，夏蜡梅的根体积先下降，在0.3%处理中上升至与CK相等，之后持续波动下降，直至0.7%处理同比CK显著下降59.00%，且CK与0.3%及以上处理之间均差异显著(<0.05)。

2.4 碱性盐胁迫对夏蜡梅各器官离子吸收、运输和分配的影响

2.4.1 碱性盐胁迫对夏蜡梅各器官 Na、K和Ca含量的影响

随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根中Na含量整体呈现明显上升趋势，而茎和叶中Na含量上升不明显，且Na含量排序为根>叶>茎(图2)。说明碱性盐胁迫下，夏蜡梅根中会贮存较多的Na，其次是叶，茎稍低于叶。0.1%和0.2%处理的夏蜡梅根Na与CK无显著差异(>0.05)，在高浓度处理下(>0.3%)均显著高于CK，是CK的3.92～6.03倍；夏蜡梅茎Na含量在0.6%处理下最高，除0.1%外的所有处理与CK间均差异显著(<0.05)；0.1%处理下的夏蜡梅叶Na含量仅比CK减少2.28%，0.5%和0.6%处理下叶Na分别是CK的3.65倍和3.80倍，且除0.6%和0.7%处理之外与CK均差异不显著。

随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根中K含量整体呈现下降趋势，而茎和叶中K含量均先升高后下降。低浓度的碱性盐胁迫下，夏蜡梅各器官K含量排序为：茎>根>叶；高浓度胁迫下，K含量排序为：叶>茎>根。与对照相比，0.1%～0.3%处理的根中K下降5.80%～19.26%，之后呈现持续下降，且CK与0.5%～0.7%处理之间均差异显著(<0.05)；0.3%处理的夏蜡梅茎K含量与CK相比上升49.64%，达到最高值14.96 mg·g，且0.2%和0.3%处理与其他处理间差异显著；0.4%处理下夏蜡梅叶中K含量是CK的2.52倍，达到峰值(17.58 mg·g)后开始呈现下降趋势，且CK与0.3%、0.4%处理差异显著。

表2 碱性盐胁迫对夏蜡梅根系形态的影响

图2 碱性盐胁迫对夏蜡梅不同器官Na+、K+、Ca2+含量的影响Fig.2 Effect of alkaline salt stress on the content of Na+， K+， Ca2+in different organs of Sinocalycanthus chinensis

随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅各器官Ca含量排序为：叶>根>茎，根中Ca含量整体先上升后下降，0.4%处理的夏蜡梅根Ca含量达到峰值，是CK的2.14倍且与所有处理之间差异显著，0.7%处理的夏蜡梅根Ca含量与CK相同，且除0.4%外的处理与CK均无显著差异(>0.05)；茎中Ca含量不断下降，下降幅度介于18.69%～46.38%，且所有处理与CK均差异显著；叶中Ca含量变化无明显规律，整体呈“下降-上升-下降-上升”的变化，0.3%处理同比CK上升了8.81%达到最高值，所有处理与CK均差异不显著。

2.4.2 碱性盐胁迫对夏蜡梅各器官K/Na、Ca/Na的影响

根据表3可知，在碱性盐胁迫下，夏蜡梅茎、叶中K/Na比值远大于根，说明夏蜡梅茎、叶对K的相对吸收要高于根，茎和叶通过吸收K而阻止Na的进入，以降低碱性盐胁迫对夏蜡梅茎和叶的伤害。随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根中K/Na比值下降幅度介于47.03%～90.50%，所有处理与CK差异显著(<0.05)；夏蜡梅茎中K/Na比值在0.1%处理下同比上升12.08%，说明低浓度的碱性盐胁迫可以提高夏蜡梅茎对K的吸收，之后持续下降，且高浓度处理(>0.3%)与CK均差异显著；夏蜡梅叶K/Na比值在0.1%～0.4%处理下上升，说明同样存在低浓度碱性盐促进叶对K的吸收，且各处理与CK之间无显著差异(>0.05)。夏蜡梅整体K/Na比值均低于CK，说明随着胁迫的加剧，夏蜡梅对Na的相对吸收不断增加。

夏蜡梅根、茎、叶各器官中Ca/Na比值大小的排序：叶>茎>根，说明夏蜡梅叶对Ca的相对吸收高于茎和根，叶通过阻止Na的进入从而降低胁迫伤害。根、茎、叶Ca/Na比值均在0.3%和0.4%处理下有所上升，说明0.3%、0.4%的NaHCO处理适当促进了夏蜡梅对Ca的相对吸收。随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根中Ca/Na比值大幅度下降，较CK显著(<0.05)下降27.13%～83.10%；夏蜡梅茎中Ca/Na比值在0.3%、0.4%处理下稍有上升，但同比CK仍下降了62.03%和61.63%，且除0.1%处理外的其他处理与CK均差异显著；夏蜡梅叶中Ca/Na比值在0.3%处理下上升，同比CK仅降低8.33%，且高浓度处理(>0.5%)下与CK均差异显著。

表3 碱性盐胁迫下夏蜡梅不同器官K+/Na+、Ca2+/Na+比值变化及方差分析

2.4.3 碱性盐胁迫对夏蜡梅离子的选择性吸收和运输

根据表4可知，随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根-茎值明显高于根-茎值，说明夏蜡梅根系到茎部的选择运输能力排序：K>Ca。各处理的夏蜡梅根-茎值整体明显上升，与CK相比增加5.01～24.01，且0.3%、0.6%、0.7%处理与CK均差异显著(<0.05)；夏蜡梅根-茎呈曲折下降-上升的趋势，在0.1%、0.3%和0.7%处理下同比增加0.58、0.22和4.48，且0.7%处理与CK间差异显著。

随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅茎部到叶片的选择运输能力排序：Ca>K。夏蜡梅茎-叶值和值均呈现上升-下降-上升的明显趋势，茎-叶在0.4%处理下与CK相比显著(<0.05)增加1.42，在0.5%处理下降至最低值0.55；茎-叶在0.3%处理下显著高于CK，在0.5%处理时显著降低至1.62。

夏蜡梅从根系到叶片选择运输Ca和K能力基本相同。夏蜡梅根-叶和的变化趋势与茎-叶基本相同，根-叶值在0.3%和0.4%处理下与CK差异显著，0.5%处理出现明显下降，之后在0.7%处理显著增加39.60；根-叶值在0.3%和0.7%处理下与CK差异显著，分别增加22.06和30.09，0.5%处理下降至最低。

表4 碱性盐胁迫下夏蜡梅不同器官离子选择运输的变化

3 讨论

植物在不利环境下，根、茎、叶等器官形态的变化是最直观的适应性反应。碱性盐胁迫通常会减缓甚至抑制植物生长，本试验中低浓度的NaHCO胁迫对夏蜡梅的苗高相对生长量无明显影响，而高浓度胁迫下苗高相对生长量显著下降；夏蜡梅地径相对生长量在0.1%处理下明显高于CK，在高浓度处理下同样显著下降，说明夏蜡梅对碱性盐胁迫具有一定耐受性，而高浓度碱性盐胁迫明显抑制了夏蜡梅生长，这与王志强等研究结果一致。在受到胁迫时，植物通过调节生物量分配以适应环境变化，根冠比值是衡量生物量分配受逆境影响的重要指标。本试验中夏蜡梅主根长、一级侧根数、各器官生物量和根冠比总体均呈现下降趋势，表明高浓度碱性盐胁迫会严重损害夏蜡梅根系且根系受盐害程度高于地上部分，与前人研究有不同之处，原因可能是碱性盐易产生pH胁迫从而对夏蜡梅根系的伤害程度高于茎和叶，但在低浓度胁迫下，根生物量与根冠比存在上升趋势(仍低于CK)，说明根系扩大生长量以抵消胁迫对吸收功能的损伤，对于维持植株正常生长具有积极作用。

碱性盐环境中含有大量的Na，过量的Na会引起植物细胞渗透失调、破坏体内离子平衡、抑制植物生长和影响光合作用。在碱性盐胁迫条件下，离子在植物组织器官间分布不均匀，通常植物会将过多的Na排出体外或区隔于液泡中以应对盐碱胁迫，且不同植物对过多Na的排出途径不同，例如棉花幼苗优先将Na积累在根、叶中，小麦优先将吸收的大部分Na分配在茎部，从而降低叶片受到的伤害，拟南芥将Na外排到根际从而降低根系中Na含量，促进水分向地上部分运输。在本试验中，随着碱性盐NaHCO胁迫的加剧，夏蜡梅根中Na与CK相比显著增加且根中Na含量远高于茎和叶，说明在碱性盐胁迫下，夏蜡梅根是Na净累积量增加的主要器官并对其耐盐能力具有重要作用，通过将Na贮存区隔于根系，以稳定茎和叶片组织的低Na水平，从而减轻盐离子对地上部分的伤害，这与香樟幼苗的抗盐碱机制有共同之处。

研究表明，在诸多离子的代谢中，Na和K的代谢是植物适应碱胁迫危害的生理基础，Na的聚集会使细胞膜系统受损，而K对降低细胞渗透势和维持水分平衡至关重要，因此，植物有效地控制Na-K的吸收、转运和平衡是其适应盐碱胁迫的重要机制。Na对K的吸收有很强的竞争作用，多数耐盐碱植物的策略是避免过量Na进入细胞或加速Na排出，同时增加对K的吸收并向上运输以减轻盐害，故K/Na可作为判断植物耐盐碱性强弱的重要指标。在本试验的碱性盐处理下，夏蜡梅茎、叶对K的相对吸收高于根，根、茎中的K/Na值均呈下降趋势，而叶中K/Na值在0.1%～0.4%处理下均高于CK，说明夏蜡梅在低碱性盐浓度下未迫使 Na向地上部分运输，对茎和叶K的吸收抑制作用较小且促进叶对K的吸收，碱性盐胁迫对地上部分的危害较小；随着碱性盐浓度的增加，Na吸收增多并向上运输，各器官对K吸收能力下降，K/Na平衡遭到破坏，产生离子毒害，这种离子选择性吸收和离子平衡比渗透调节物质脯氨酸发挥着更大作用。

Ca作为第二信使与碱性盐胁迫显著正相关，高浓度的Na会取代具有稳定细胞膜结构的Ca，从而降低细胞膜的选择透过性，影响膜上的信号转导，同时Ca有助于提高植物对K的选择性吸收。研究表明，在碱性盐胁迫下Ca含量的增加有利于提高水稻、小麦等的耐盐碱能力，因此植物可以通过增加吸收Ca来缓解碱性盐胁迫。本试验中，随着NaHCO浓度的升高，夏蜡梅茎中Ca含量显著下降，0.3%、0.4%的NaHCO处理适当促进了夏蜡梅根、叶对Ca的相对吸收，在随着碱性盐胁迫进一步的加剧，夏蜡梅根系环境pH不断升高，导致矿质元素钙大量沉淀；各器官Ca含量由大到小的顺序为叶、根、茎，同时夏蜡梅各器官中Ca/Na比值大小的排序：叶>茎>根，说明在出现大量的Na竞争抑制Ca结合位点、破坏质膜透性及多种酶促作用时，为维持植物体内原有的离子平衡和应对碱性盐胁迫，夏蜡梅的地上部分通过增加Ca的吸收以降低Na的阻碍吸收作用。

离子选择运输系数、可以反映盐碱胁迫下植物根系中Na、K、Ca向地上部分运输的选择性，值越大则表明茎、叶选择性运输K、Ca的能力越强。本试验中，随着碱性盐胁迫的加剧，夏蜡梅根-叶、根-茎和值整体远高于茎-叶，说明碱性盐胁迫使得夏蜡梅根系选择性运输K、Ca能力增强，将大量的Na区隔在根系中，在提高细胞膜稳定性和对盐碱逆境适应性的同时，减弱了Na在冠组织聚积所带来的负面影响并且维持植株内的离子平衡。随着NaHCO浓度的升高，根-叶和值先显著增加后显著降低(仍高于CK)，说明碱性盐胁迫的加剧限制了K及Ca向上运输，Na和K、Ca竞争相同的吸收位点和活性位点所致，但在0.6%、0.7%处理中，K、Ca向叶片的运输能力有所上升，说明夏蜡梅叶片能够通过增加对矿质元素的吸收以维持离子平衡，这与前人研究有共同之处。