隨著我國的草坪業蓬勃發展,全國各地進行城市綠化,防治水土流失,建植運動和休息娛樂場地等,對草坪的需求日益增大[1].但是在許多逆境條件下,草坪建植出現困難,草坪草的生長受到抑制,草坪質量和功能受到影響,限制了草坪草的進一步推廣應用.鹽堿化土壤便是綠化過程中常遇到的自然逆境之一[2].鹽堿地在世界范圍分布較廣,全世界約有9.6×10^5hm2鹽堿地,我國有2.7×10^4hm2[3],并隨著生態環境的惡化和不合理地開發利用,仍在進一步擴大[4].鹽堿地上鹽度是影響植物生存、生長和繁殖的重要環境因子[5],在草坪上的具體表現就是造成泛斑、春季發芽晚、秋季早衰、生長不良等,影響草坪的美觀,降低草坪的價值[6].因此草坪草耐、抗鹽機理的研究是一個重要的課題[1].

植物耐鹽性的研究包括鹽離子的毒害作用\\(鹽的原初作用\\)、滲透脅迫和鹽離子導致的養分虧缺\\(鹽的次生作用\\)[7,8].鹽分中Na^+和Cl^-對植物的危害較重,極易造成特殊離子效應的單鹽毒害,同時對其他離子\\(如K^+、Ca^2+\\)的吸收產生拮抗作用,使植株發生營養虧缺,并破壞滲透調節.鹽脅迫進一步使得細胞葉綠體和線粒體電子傳遞泄漏的電子增加,活性氧\\(ROS\\)大量積累,造成膜系統氧化損傷[9],從而引起光合電子傳遞系統失活和光抑制[10],體內激素平衡被破壞和干物質積累下降[11],蛋白質和核酸變性,甚至導致細胞死亡[12].植物可通過限制鹽分的過量吸收和調節抗氧化系統清除ROS積累等方式減輕或抵御鹽脅迫對細胞的傷害[13].

高羊茅\\(Festuca arundinacea\\)作為優良的冷季型草坪草,被廣泛應用于各種草坪的建植,是目前我國應用最廣泛的冷季型草坪草之一.在高羊茅鹽脅迫方面開展了較為廣泛的研究,包括重鹽堿土上草坪地被植物引種[14]、草坪草耐鹽性評價[15-17]、鹽脅迫下高羊茅的生理效應[17,18]、高羊茅耐鹽突變體篩選[19]、鹽脅迫對高羊茅種子發芽的影響[20]、鹽脅迫對高羊茅養分吸收與運輸的影響[21]以及栽培措施\\(土壤拌沙、多效唑處理等\\)對鹽脅迫下高羊茅耐鹽性的影響[14,22]等.但對于高羊茅遭受鹽脅迫后的氧化脅迫反應及其對鹽脅迫的耐性缺乏系統的研究.因此,本試驗通過用不同濃度NaCl溶液對高羊茅進行處理,研究鹽脅迫下高羊茅生長和抗氧化系統的變化特征,揭示高羊茅對鹽脅迫響應的生理機制,為冷季型草坪草的逆境生理和抗逆育種提供理論依據,對鹽堿地高羊茅草坪管理有較好的指導作用.

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料品種名為高羊茅遠征.

1.2試驗設計

試驗在南京農業大學進行,2009年10月在室外采用沙培,將高羊茅種子播種于直徑8cm的有孔塑料杯中,Hoagland營養液澆灌,高度保持6cm.

2010年4月,用Hoagland營養液加不同濃度的NaCl處理,使其最終鹽處理濃度分別為0,50,100,200,300mmol/L,為了避免鹽激作用對幼苗的影響,采用每天遞增50mmol/L,直至達到最終鹽濃度,以后每天用相應濃度的NaCl溶液澆灌,澆灌量以塑料盆下面的小孔流出為止,每處理3個重復,鹽處理期間,進行正常的管理,但不進行修剪,在鹽分處理前取樣1次,然后分別在達到預定鹽分濃度后的第7,14,21天取樣.

1.3測定內容與試驗方法

生物量:每組中取大小一致的植株,去除枯葉,洗凈沙土,吸干植株表面水分,計數莖蘗數,分地上部與地下部稱鮮重,然后置于干燥箱中105℃殺青,再于80℃烘干至恒重后分別稱干重,生物量以單蘗重\\(植株總干重/總莖蘗數\\)表示.

SOD\\(superoxide dismutase,超氧化物歧化酶\\)活性測定采用NBT\\(nitrotetrazolium blue chloride,氯化硝基四氮唑藍法\\)法[23],POD\\(peroxidase,過氧化物酶\\)活性測定采用愈創木酚法[24],CAT\\(catalase,過氧化氫酶\\)活性測定采用Chance法[25],類胡蘿卜素含量測定參照張憲政[24]的方法,抗壞血酸\\(AsA,ascorbic acid\\)含量測定參照Feibo方法[26].谷胱甘肽\\(GSH,glutathione\\)含量測定參照Guri方法,以DTNB[5,5′-dithio bis-\\(2-nitro-benzoic acid\\)]顯色,在412nm波長下檢測[27].MDA含量測定采用趙世杰等[28]改進方法.

1.4數據統計

數據均采用SPSS統計軟件分析,并用Excel作圖.

2結果與分析

2.1鹽脅迫對高羊茅生物量的影響

不同濃度NaCl處理的高羊茅根重呈先上升后下降的趨勢\\(表1\\).鹽處理7d時,在較低的NaCl處理濃度下\\(≤100mmol/L\\),根重與同期對照相比略有增加,之后隨著脅迫時間的延長呈下降趨勢,鹽脅迫21d時,各處理均低于同期對照,且隨著鹽濃度的增加根重下降明顯,濃度為300mmol/L的處理生長量最低,為對照的54.93%,其他處理分別降低為同期對照的73.76%,66.23%和63.45%.

莖葉重量短期內逐漸上升,鹽處理14d后,50和100mmol/L處理生長趨緩,21d時莖葉干重較對照略低,但差異不顯著.200和300mmol/L處理生長量小于低鹽處理,14d后呈下降趨勢,至21d時與同期對照差異顯著,分別降至同期對照的76.66%和68.78%.

2.2鹽脅迫對高羊茅抗氧化酶活性的影響

在鹽脅迫過程中,SOD活性在前7d逐漸升高直到達到峰值,此期50mmol/L處理的植株酶活性最高,為同期對照的149.35%.之后開始下降,到第21天時,200,300mmol/L處理的植株其活性明顯低于同期對照,分別降至同期對照的63.90%和55.76%.50和100mmol/L處理生長在21d時SOD活性較對照略低,但差異不顯著\\(圖1\\).

鹽脅迫下CAT活性先上升,第7天時達到峰值,顯著高于對照,但鹽處理間差異不顯著.濃度為100mmol/L的鹽處理酶活性最高,高出對照35.31%.之后CAT活性持續下降,第21天時,均低于同期對照,酶活性分別為對照的90.01%,86.97%,74.87%和55.11%.

POD活性在第7天時與對照相比增加幅度不大,300mmol/L的鹽處理酶活性低于同期對照,隨著鹽濃度的增加對POD活性影響越大.第21天時,200和300mmol/L處理的植株酶活性下降幅度較大,分別為同期對照的64.83%和59.14%,50和100mmol/L處理分別為93.47%和85.50%.

2.3鹽脅迫對高羊茅非酶抗氧化系統的影響

AsA含量隨脅迫時間的延長呈逐漸降低的趨勢,21d后,隨著鹽濃度的增大而明顯降低,鹽濃度為200和300mmol/L處理的植株AsA含量下降幅度較大,分別比對照降低了9.09%和10.91%\\(圖2\\).

GSH含量隨著脅迫時間的延長呈下降趨勢,處理濃度越高,下降趨勢越明顯,第21天時,300mmol/L處理組下降幅度最大,為對照的43.55%,其余鹽處理之間差異不明顯,為對照的60%左右.類胡蘿卜素與抗壞血酸協調作用有利于減少活性氧積累,維持膜的穩定性,各處理的類胡蘿卜素含量在前7d均有不同程度的上升,之后逐漸下降,并且鹽濃度越高類胡蘿卜素含量越低,第21天時,50和100mmol/L處理組與對照差異不顯著,200和300mmol/L處理組下降幅度較大,分別為同期對照的85.40%和70.71%.

2.4鹽脅迫對高羊茅丙二醛含量的影響

圖3鹽脅迫對高羊茅MDA含量的影響Fig.3 Effects of different salinities onMDA content of tall fescue丙二醛是膜質過氧化的主要產物,其含量的變化在一定程度上反映了逆境脅迫對植物的傷害,其含量的多少代表了細胞膜脂過氧化水平,反應了植物受脅迫程度的大小.鹽脅迫7d時,各處理MDA含量均比對照高,但差異不顯著.隨著脅迫時間的延長,其含量逐漸升高,第21天時,高濃度\\(200,300mmol/L\\)鹽脅迫下,MDA含量顯著升高,分別比同期對照增加了81.92%和103.43%;中、低濃度\\(50,100mmol/L\\)鹽脅迫下,分別比對照增加了20.52%和43.19%\\(圖3\\).

3討論與結論

生物量是植物對鹽脅迫反應的綜合體現,即對鹽脅迫的綜合適應,也是植物耐鹽性的直接指標[29,30].試驗結果顯示短時間內鹽脅迫促進了高羊茅根的生長,但隨著鹽濃度的升高\\(≥200mmol/L\\),這種促進作用有下降的趨勢.這可能是低NaCl濃度下生長環境能滿足幼苗對水分的需求,不會造成鹽害,而鹽中一定量的無機離子作為滲透調節物質促進了根系生長[31],陳靜波等[32]認為鹽脅迫下草坪草對光合產物的分配與正常條件下有異,分配到根系的光合產物相對增多,促進了根系的生長.而促進根部的生長,保持良好的根系,有利于植物吸收水分和營養,是植物適應逆境的重要方式.但是隨著脅迫時間的延長,植株生物量呈下降的趨勢,而且鹽脅迫對植株生長的抑制作用隨著脅迫濃度的增大而增強,反映了鹽脅迫對高羊茅的傷害作用.而且,鹽脅迫對地上部與地下部的作用不同,對地下部的影響更大,因此促進根系生長可能是提高高羊茅耐鹽性的有效途徑.

鹽分脅迫對植物的傷害途徑之一是氧化脅迫[33],在脅迫初期,植物體內的活性氧清除系統被激活,表現為鹽脅迫初期SOD、POD、CAT三種抗氧化酶活性,在不同濃度鹽脅迫下均升高,這一結果與張永峰和殷波[34]用不同濃度混合鹽堿對苗期紫花苜蓿\\(Medicago sativa\\)進行脅迫處理的結果一致,抗氧化酶活性的暫時升高維持了活性氧產生與清除的動態平衡[35].非酶抗氧化物質類胡蘿卜素含量有所上升,AsA和GSH含量由于參與自由基的猝滅而呈下降趨勢,從而緩解活性氧對植株的傷害作用.但是隨著高濃度鹽脅迫時間的延長,保護酶系統逐漸被抑制,3種酶活性降低;非酶抗氧化物質含量進一步下降,導致植物總抗氧化能力下降,ROS大量積累,膜脂過氧化作用增強,MDA含量明顯上升.細胞內電解質\\(包含大量植物所需的營養離子\\)大量外滲,造成植物營養障礙,細胞電化學平衡破壞,代謝紊亂[36],從而影響植物的生長發育,使生物量\\(尤其是地上部\\)明顯下降.

AsA和GSH是AsA-GSH循環中2種重要的抗氧化劑.通常認為AsA和GSH含量的變化是植物響應鹽脅迫最普遍的特征[30],通過試驗發現,隨著鹽濃度的增加和脅迫時間的延長,AsA和GSH含量均呈下降趨勢,而且GSH含量的下降幅度比AsA更大.這可能是因為鹽脅迫抑制了AsA和GSH的合成或者是鹽脅迫下活性氧的大量產生,使AsA和GSH參與了自由基的猝滅所致[37].同時也印證了GSH通過AsA-GSH循環參與AsA的再生,當GSH含量降低時,導致AsA含量降低[38].由此可通過增施外源AsA來保持植株體內AsA濃度,減少GSH的消耗,從而保證植株體內抗氧化劑的數量,以達到提高抗氧化脅迫的能力.其可行性還有待進一步研究.

綜上所述,在較低濃度\\(≤100mmol/L\\)鹽脅迫下,植株通過提高體內的抗氧化保護系統,在一定程度上緩解了鹽脅迫的傷害,但是隨著鹽脅迫時間的延長,超出抗氧化系統的保護范圍之后,鹽脅迫對植株造成的傷害也隨之加重,生長會受到較大影響.

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