盐碱胁迫对欧洲醋栗生理指标的影响

陈一鸣，裴 毅，李得萍，汪 融，王 楠，聂江力

（天津农学院 园艺园林学院，天津 300384）

世界上大部分地区的植物都会受到不同程度土壤盐碱化的影响，土壤盐渍化以及次生盐渍化是阻碍植物生长发育的非生物逆境之一[1]。盐碱条件下的植株会出现建植困难、发黄萎蔫、生长缓慢以及品质与产量下降等问题[2]。欧洲醋栗（Ribes reclinatumL.）为虎耳草科、茶藨子属植物，落叶灌木，又名鹅眉、灯笼果[3]，可露地越冬，抗寒性、抗病性强。作为第三代新兴的浆果树种，欧洲醋栗生长期短，结实早，果实富含氨基酸、蛋白质、维生素、糖类、有机酸以及多种矿质营养成分，具有很高的营养价值[4]。天津市存在大规模的盐碱化土壤，探究欧洲醋栗对盐碱胁迫条件的抗逆性为欧洲醋栗引种到天津地区栽植有很大帮助。学者们对各类植物的耐盐碱性做了大量研究，但对于欧洲醋栗耐盐碱性的研究还鲜有报道。为此，本文研究分析了NaCl 和NaHCO3胁迫对欧洲醋栗生理指标的影响，为欧洲醋栗耐盐碱机理研究提供参考，并为天津地区盐碱地大规模引种欧洲醋栗提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为欧洲醋栗（Ribes reclinatumL.）二年生植株，引自黑龙江省尚志市石头河子镇。

1.2 试验方法

在天津农学院园艺植物试验基地中选取长势基本相同的欧洲醋栗二年生植株进行盆栽试验。基质配比为草炭∶珍珠岩∶蛭石= 2 ∶1 ∶1，花盆尺寸为外口直径25.5 cm、高16.5 cm。共栽培50 盆，培养一段时间待其缓苗完成后，选取其中25盆长势相同且良好的植株作为试验材料。

1.2.1 氯化钠中性盐对欧洲醋栗生长的影响 参考张琳琳等[5]中性盐和碱性盐胁迫试验的耐受阈值，以不添加任何胁迫处理为对照（CK），设置中性盐（NaCl）50、100、150、200 mmol·L-15 个浓度梯度。每个处理重复3 次，以直接浇灌盐溶液的方式进行。根据周晗等[6]所述，盐胁迫处理在上午9：00—10：00 进行，每隔5 d 浇灌1 次，每次浇灌400 mL，对照（CK）以浇灌蒸馏水作为替代，如托盘中留有溶液则倒回花盆中，直至被完全吸收为止。15 d 后测定各处理下欧洲醋栗的生理指标。

1.2.2 碳酸氢钠碱性盐对欧洲醋栗生长的影响试验方法同1.2.1，以不添加任何盐处理为对照（CK），设置碱性盐（NaHCO3）50、100、150、200 mmol·L-15 个浓度梯度，进行直接浇灌处理，每个处理重复3 次，每次在上午9：00—10：00进行，每隔5 d 浇灌1 次，每次浇灌400 mL，对照（CK）以浇灌蒸馏水作为替代，如托盘中有渗入溶液则倒回花盆中，直至被完全吸收为止，15 d 后取样测定各处理欧洲醋栗的生理指标。

1.2.3 生理指标测定 在盐胁迫15 d 后取叶片测定欧洲醋栗各项抗逆生理生化指标。叶绿素含量采用分光光度法测定[7]；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定；抗氧化酶系统中，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氯化硝基四氮唑蓝（NBT）还原法测定[8]；过氧化物酶（POD）活性采用创愈木酚法测定[9]；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定。以上指标每个处理重复测定3 次。

1.3 数据分析与处理

利用Microsoft Office 2010 对欧洲醋栗各项指标进行数据整理以及图表绘制，利用SPSS 22.0对欧洲醋栗所测得的各项性状数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氯化钠中性盐对欧洲醋栗生理指标的影响

由图1 可知，随着NaCl 盐浓度的增加，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势。在盐浓度为50 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量比对照（CK）增加了3.73%，但两者间不存在显著性差异；在盐浓度为100 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量显著升高，相对于对照（CK）增加了36.57%，且显著高于其他各处理；当盐浓度达到150 mmol·L-1和200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量明显降低，已经低于对照（CK），相对于对照（CK）分别降低了61.19%和79.10%；其中在盐浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量处于最低水平。

图1 盐胁迫对欧洲醋栗叶片叶绿素含量的影响

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的最终分解产物，是植物细胞膜质过氧化程度的体现，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。丙二醛含量高，说明植物细胞膜质过氧化程度高，细胞膜受到的伤害严重[10]。由图2 可知，在盐浓度为50 mmol·L-1和100 mmol·L-1时，欧洲醋栗植株叶片内丙二醛含量与对照（CK）无明显差异，说明这两个盐胁迫处理下的欧洲醋栗叶片细胞膜并未受到损伤；当盐浓度达到150 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量开始显著升高；在盐浓度为200 mmol·L-1时达到最高，相对于对照（CK）分别增加了37.50%和162.50%，这说明欧洲醋栗叶片细胞膜受损程度严重。

图2 盐胁迫对欧洲醋栗叶片丙二醛含量的影响

超氧化物歧化酶（SOD）作为植物体内超氧阴离子自由基的清除剂，能有效防止它们对植物机体的损害，参与植物在应对胁迫时所作出的各种生理生化反应，是植物体内很重要的一种抗氧化酶类[11]。由图3 可知，随着NaCl 盐浓度的增加，欧洲醋栗叶片内SOD 活性呈现先升高后降低、再升高的趋势。在盐浓度为50 mmol·L-1和100 mmol·L-1之间时，欧洲醋栗叶片内SOD 活性无显著差异，其他各处理之间差异显著，对照（CK）欧洲醋栗叶片内SOD 活性最低；在盐浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内SOD 活性达到最高。

图3 盐胁迫对欧洲醋栗叶片SOD 活性的影响

过氧化物酶（POD）是植物体内酶促防御系统的一种保护酶，能有效催化过氧化氢分解成水，从而有效阻止过氧化氢在植物体内的累积，排除其对植物细胞膜结构的潜在伤害[12]。由图4可知，随着NaCl 盐浓度的增加，欧洲醋栗叶片内POD 活性呈现先升高后降低的趋势。在盐浓度为50 mmol·L-1时达到最高，显著高于对照（CK）；在盐浓度为150 mmol·L-1时，与对照（CK）无明显差异；在盐浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内POD 活性则显著低于对照（CK）。

图4 盐胁迫对欧洲醋栗叶片POD 活性的影响

过氧化氢酶（CAT）与过氧化氢具有较高的亲和力，可以清除逆境条件下植株产生的过氧化氢，其含量变化是植物体内过氧化氢含量变化的映射[13]。由图5 可知，随着NaCl 盐浓度的增加，欧洲醋栗叶片内CAT 含量呈现逐渐升高的趋势，各盐浓度处理下的欧洲醋栗叶片内CAT 活性均显著高于对照（CK），其中在盐浓度为50 mmol·L-1和100 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内CAT 活性无显著差异；在盐浓度为150 mmol·L-1和200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内CAT 活性也无显著差异，但后两者的欧洲醋栗叶片内CAT 活性均显著高于前两者。

图5 盐胁迫对欧洲醋栗叶片CAT 活性的影响

2.2 碳酸氢钠碱性盐对欧洲醋栗生理指标的影响

由图6 可知，在NaHCO3不同碱浓度处理下，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量呈现先升高后降低的趋势，其中在碱浓度达到100 mmol·L-1时，叶片内叶绿素含量最高，显著高于其他处理，相对于对照（CK）增加了33.58%；在碱浓度为50 mmol·L-1和150 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量与对照（CK）无明显差异；在碱浓度达到200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内叶绿素含量最低，相对于对照（CK）降低了58.21%。

图6 碱胁迫对欧洲醋栗叶片叶绿素含量的影响

由图7 可知，随着NaHCO3浓度的逐渐增加，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量呈现逐渐升高的趋势，表明叶片细胞膜受损程度逐渐严重。在碱浓度为50 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量比对照（CK）增加了42.86%，表现出显著性差异；在碱浓度为100 mmol·L-1和150 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量无显著差异，但均显著高于对照（CK）；在碱浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量最高，叶片细胞膜受损程度最严重。

图7 碱胁迫对欧洲醋栗叶片丙二醛含量的影响

由图8 可知，在NaHCO3不同浓度的碱胁迫处理下，欧洲醋栗叶片内SOD 活性相对于对照（CK）均有所增加，在碱浓度为200 mmol·L-1时的SOD 活性最高，相对于对照（CK）增加了62.65%；在碱浓度为100 mmol·L-1时的SOD 活性增幅最低，相对于对照（CK）仅增加了16.26%；在碱浓度为50 mmol·L-1和150 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内SOD 活性未达到显著差异。

图8 碱胁迫对欧洲醋栗叶片SOD 活性的影响

由图9 可知，随着碱浓度的增加，欧洲醋栗叶片内POD 活性呈现先降低后升高、再降低的趋势。在碱浓度为50 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内POD 活性相对于对照（CK）降低了32.45%；在碱浓度为100 mmol·L-1时的POD活性最高，为对照（CK）的2.06 倍，且显著高于其他碱处理；在碱浓度为150 mmol·L-1时的POD 活性次之，在碱浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内POD 活性与对照（CK）和碱浓度为50 mmol·L-1时的POD 活性无明显差异。

图9 碱胁迫对欧洲醋栗叶片POD 活性的影响

由图10 可知，在NaHCO3碱性条件胁迫下，欧洲醋栗叶片内CAT 活性随着碱浓度升高而逐渐升高，均显著高于对照（CK），与各NaCl 盐浓度处理的变化规律一致。在碱浓度为50 mmol·L-1和100 mmol·L-1之间时，欧洲醋栗叶片内CAT 活性无显著差异，在碱浓度为150 和200 mmol·L-1时叶片CAT 活性无显著差异；其中在碱浓度为200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片内CAT 活性达到最高，是对照（CK）的3.71 倍，在碱浓度为150 mmol·L-1时次之，相对于对照（CK）增加了214.28%。

图10 碱胁迫对欧洲醋栗叶片CAT 活性的影响

3 结论与讨论

光合作用是植物体所需物质和能量的重要来源，植物通过光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ）将光能转化为化学能，提供自身生长所需营养物质。有研究表明，叶绿体是植物响应植物盐碱胁迫最重要的细胞器之一[14]，此外还有研究发现植物光合作用的强弱可通过植物叶片叶绿素含量多少来表示[15]，同时可以通过叶片叶绿素含量的变化来分析植物在盐碱胁迫条件下的生长情况，所以植物叶片叶绿素含量可作为植物耐盐碱性的参考指标。本试验在低盐碱浓度50 mmol·L-1下，欧洲醋栗植株叶片中的叶绿素含量与对照（CK）相比无明显差别；当盐碱浓度升高到100 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片中的叶绿素含量也并未出现减少的情况，说明低浓度的盐碱条件并不会对欧洲醋栗的生长产生影响，这可能是由于植物自身通过提高叶片中保护酶的活性来适应逆境条件；当盐碱浓度达到150 mmol·L-1和200 mmol·L-1时，欧洲醋栗叶片中的叶绿素含量降低，这可能是由于光系统Ⅱ（PS Ⅱ）对逆境条件比较敏感，遇到较高盐碱浓度时光合系统受到破坏，光合膜蛋白减少，叶绿素合成酶的活性遭到破坏，导致植物叶绿素合成下降，叶绿素含量降低[16]。

盐碱胁迫对植物的影响还表现在对植物细胞膜透性的影响方面。植物处于逆境条件时，脂膜的过氧化作用会促进丙二醛的产生，因此可以通过丙二醛的含量分析脂膜过氧化程度，从而了解植物对逆境条件反应的强弱，探究其抗逆性[17]。本研究中，欧洲醋栗植株在不同浓度的盐碱胁迫下，叶片丙二醛含量随着盐碱浓度的增加而递增，在李会云和郭修武[18]的研究中发现在盐胁迫条件下植物叶片中丙二醛含量随着盐浓度的增加而升高，孙明茂和刘丽霞[19]在对于百合苗的抗逆性研究中也发现，随着Na2CO3处理浓度的增加，百合叶片中丙二醛含量也在逐渐升高，本研究与上述学者的研究结果一致。从欧洲醋栗的盐胁迫试验中发现，在低盐浓度时，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量并没有升高，与对照（CK）并无明显差异，这可能是由于低盐浓度下，欧洲醋栗叶片的保护酶活性较强，可以清除其内部自由基。当盐浓度增加到150 mmol·L-1时，盐浓度超过了细胞保护酶的保护能力范围，脂膜过氧化程度升高，细胞膜遭到破坏，欧洲醋栗叶片内丙二醛含量升高，这与赵风斌等[20]的研究结果一致。另外可以发现，在相同浓度的碱性胁迫条件和单盐胁迫条件下，碱性胁迫条件下的欧洲醋栗叶片内丙二醛含量总是高于单盐胁迫，说明碱胁迫逆境条件下，欧洲醋栗叶片细胞脂膜过氧化程度更高，损伤更大，其对碱胁迫的耐受性更差。

植物对盐碱胁迫的响应包括细胞内抗氧化酶活性的改变。植物细胞内的氧自由基主要是通过抗氧化酶系统清除的，用于阻止细胞氧化损伤，适应逆境条件。抗氧化酶主要有超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT），在逆境条件时植物细胞通过提高这些抗氧化酶的活性来适应环境[21]。在盐碱胁迫未超过植物耐受阈值时，植物自身可以通过增加SOD、POD、CAT 酶活性来消除逆境环境对植物的影响，从而使植物在逆境条件下生长，但盐碱浓度一旦超过植物的耐受阈值，随着盐碱浓度的升高，这三种酶活性开始降低，氧自由基无法被清除，从而造成细胞膜的损伤，严重时导致植物死亡。三种酶发挥协同作用共同调节植物体内活性氧产生和清除之间的动态平衡[22]。

本研究中，低盐浓度时欧洲醋栗叶片内MDA 含量并未增加，此时发挥主要作用的是欧洲醋栗叶片细胞内的抗氧化酶，可以看出在50 mmol·L-1和100 mmol·L-1NaCl 盐浓度处理下，欧洲醋栗叶片内SOD、POD、CAT 三种酶的活性都有所增加。在较高盐浓度时，总体上欧洲醋栗叶片内POD 酶活性显著降低，可能是由于其调节能力有限。高盐浓度的胁迫使欧洲醋栗叶片内POD 酶活性有所降低，此时发挥主要作用的是欧洲醋栗叶片内SOD 和CAT，用于清除叶片内的活性氧自由基，但是其清除速度达不到自由基的产生速度，使欧洲醋栗植物叶片积累了过量的活性氧自由基，导致了膜过氧化，所以产生了大量MDA。在不同浓度的碱胁迫处理下，欧洲醋栗叶片内SOD 活性一直维持在较高水平，可见SOD在细胞抗逆中发挥了重要作用，在100 mmol·L-1NaHCO3碱浓度处理下，欧洲醋栗叶片内POD 活性达到最高，说明在此逆境条件下主要是POD发挥清除自由基的作用，150 mmol·L-1的碱浓度使欧洲醋栗叶片内POD 活性开始降低，在200 mmol·L-1时活性最低，这说明较高的碱浓度抑制了欧洲醋栗叶片内POD 活性。欧洲醋栗叶片内CAT 含量随着碱浓度的增加一直升高，其用于催化细胞内过氧化氢的分解，防止过氧化，这与张永峰和殷波[23]的研究结果一致。

欧洲醋栗对中性盐的耐受能力强于碱性盐。低盐浓度在0 ～100 mmol·L-1时，不会影响欧洲醋栗生长，叶片叶绿素含量增加，光合作用提高，欧洲醋栗叶片内抗氧化酶活性增加，植株对盐碱胁迫表现出一定的耐受性。盐碱浓度在150 mmol·L-1～200 mmol·L-1时，会超过欧洲醋栗的耐受能力，活性氧自由基的产生和清除平衡被打破，脂膜会过氧化，细胞遭到破坏，影响欧洲醋栗生长。此外，欧洲醋栗的耐盐性强于其耐碱性，选择生长地区时其土壤pH 不宜过高。