1、第 43 卷 第 2 期2023 年 3 月中国沙漠JOURNAL OF DESERT RESEARCHVol.43 No.2Mar.2023李端，司建华，李继彦，等.胡杨（Populus euphratica）对盐胁迫和干旱胁迫的生理响应特征 J.中国沙漠，2023，43（2）：205-215.胡杨（Populus euphratica）对盐胁迫和干旱胁迫的生理响应特征李端1，司建华2，李继彦1，王佩将1，原黎明1（1.太原师范学院 地理科学学院，山西 晋中 030619；2.中国科学院西北生态环境资源研究院 内陆河流域生态水文重点实验室，甘肃 兰州 730000）摘要：采用盆栽两年生幼苗，
2、研究胡杨（Populus euphratica）在盐胁迫（NaCl浓度0、100、200、300、400 mmol L-1）和干旱胁迫（干旱0、7、14、21、28 d）条件下的生理响应过程及其响应差异。结果表明：在抗氧化酶系统方面，随着盐胁迫和干旱胁迫程度的增加，保护酶超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性均呈现先增加后减小的趋势，不同保护酶的活性应对干旱胁迫和盐胁迫的反应速度和持续时间不同，胡杨通过将多种保护酶进行综合调节以形成整个抗氧化酶系统的防御功能。在渗透调节系统方面，随着盐胁迫和干旱胁迫程度的增加，可溶性糖含量持续增加，其积累对于不同程度的盐胁迫和干旱胁迫的反应速度和持续时间不
3、同，胡杨通过持续性积累有机物质维持渗透平衡以形成渗透调节系统的长效防护功能。在细胞膜系统方面，随着盐胁迫程度的增加，丙二醛含量先减少后缓慢增加，基本维持在较低的水平，而随着干旱胁迫程度的增加，丙二醛含量持续增加，胡杨能够在盐胁迫和轻度干旱胁迫下通过细胞膜系统的适应性调节维持细胞膜结构功能的完整性以实现细胞膜系统的保护作用。在盐胁迫和干旱胁迫时，胡杨通过抗氧化酶系统、渗透调节系统和细胞膜系统进行适应性的调整，从而增强其耐盐性和抗旱性。进行胡杨盐胁迫和干旱胁迫生理响应研究对于黑河下游胡杨幼苗的培育和恢复具有重要意义。关键词：胡杨（Populus euphratica）；盐胁迫；干旱胁迫；生理响应文
4、章编号：1000-694X（2023）02-205-11 DOI：10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00006 中图分类号：Q494 文献标志码：A0 引言 植物在不同生长环境中面临的逆境因子不同。水分对于任何生物都是必不可少的生态因子，直接参与植物体内各种生理活动和代谢过程，对植物生长变化具有重要影响，水分可用性的降低与植物的抗旱性紧密相关。耐盐性也是植物面对逆境时的重要抗逆特性，代表植物对盐胁迫环境的耐受能力，植物通过自身的生理代谢变化来适应进入细胞的盐分以抵抗危害1。植物遇到盐胁迫或者干旱胁迫时，需要对盐胁迫和干旱胁迫做出一系列生理调节反应，减少因盐胁迫和水分亏
5、缺等不利环境对其造成的各种损伤，并且做出最有利于生存过程的选择，从而形成生态适应2。干旱和半干旱地区水资源极其匮乏，且土壤盐渍化不断加剧，植物耐盐性和抗旱性研究对于干旱和半干旱地区植物的保护、恢复和生长管理至关重要。在逆境环境中植物体内抗氧化酶系统中的抗氧化物质会被合成和积累以消除逆境等环境的不利影响，并且不会对其本身造成伤害以增加对环境的适应性；同时，植物渗透调节系统中一些渗透调节物质的积累能够维持细胞保水性以及植物吸水能力，在植物抗逆性中发挥重要作用；此外，植物在逆境中体内生成的膜质过氧化产物会与蛋白质和核酸反应，从而破坏膜结构，影响细胞膜系统的结构和功能3-8，进而影响植物生长和生存过程
6、。植物在进行耐盐和抗旱的生理响应过程中往往涉及到植物的抗氧化酶系统、渗透调节系统和细胞膜系统，植物自身通过生理代谢和相应的物质积累以进行这些生理系统的调节，确收稿日期：20221210；改回日期：20230116资助项目：山西省高等学校科技创新项目（2022L414，2022L411）；山西省高等学校哲学社会科学研究项目（20210141）作者简介：李端（1987），女，山西人，博士，讲师，从事生态水文研究。E-mail：通信作者：司建华（E-mail：）中国沙漠第 43 卷保维持植物细胞的正常生理功能，来适应甚至抵抗盐分和干旱的危害。因此，对能够影响植物抗氧化酶系统、渗透调节系统和细胞膜系统
7、的抗氧化物质、渗透调节物质、膜质过氧化产物进行分析，可较为全面地认识植物在盐胁迫和干旱胁迫下的生理调节机制，从而能够了解植物适应不同逆境的内在机制及其差异性。黑河是中国西部最大的内陆河之一，胡杨（Populus euphratica）是中国极端干旱区荒漠河岸林的主要建群种，对于改善黑河下游生态环境、保护生物多样性等方面具有极为重要的作用，是维系黑河下游“绿色走廊”生态系统功能的主体9。由于人类活动不断影响着黑河下游水文过程，河流从上游到下游不断变窄直至断流，土壤含盐量不断升高，河岸植物长期遭受干旱胁迫和盐胁迫10，绿色走廊逐渐萎缩。胡杨林退化已成为影响区域生态环境的突出问题，盐胁迫和干旱胁迫是
8、影响胡杨生存环境的重要原因，研究胡杨在盐胁迫和干旱胁迫下如何通过生理调节机制适应外部生存环境对于黑河下游胡杨幼苗的培育和恢复具有非常重要的意义。关于胡杨的耐盐机制和抗旱机制已有一些研究11-14，这些研究大部分侧重于生理调节机制的短期研究和非连续研究，对耐盐和耐旱过程中的生理调节机制的长期研究相对较少，也较少对二者生理调节机制的差异进行研究。因此，本试验研究了盆栽条件持续性的盐胁迫和干旱胁迫下胡杨的生理响应过程，旨在阐明胡杨抵御盐胁迫和干旱环境的适应机制及其差异，为黑河下游胡杨幼苗的培育和恢复以及黑河流域退化生态系统的恢复及重建提供科学的理论依据。1 研究区概况 研究区额济纳绿洲，位于中国西北
9、部黑河流域下游（4140 4240 N，10015 10115 E），东部为巴丹吉林沙漠，西部为马鬃山，南部为鼎新盆地，北部为蒙古国，面积约3 428 km2。该地区气候极端干旱且少雨，日照充足，昼夜温差大，是典型的大陆性气候。多年平均气温为8.2，极端最低气温为-37.6，极端最高气温达 43.1，年降水量为 38 mm，年蒸发量大于3 390 mm，研究区所在区域是中国典型的超干旱地区。该地区地下水是植被生长的主要水分来源，地下水主要来源于河流中部和上游的排放水15。额济纳旗生态系统可分为河岸林生态系统和荒漠草原生态系统两类，其中河岸林生态系统是绿洲的最重要组成部分，植被类型以胡杨和柽柳灌
10、丛为主。2 材料与方法 2.1试验材料及处理本研究在中国科学院阿拉善荒漠生态水文试验研究站进行，于4月初在直径约33 cm、高度25 cm的盆中种植了100株2年生的胡杨幼树，每盆种植1株保证根系独立，幼苗培育期间正常浇水，根据当地林场的育苗方式每7 d浇水3 L，幼苗在室外环境中正常生长 3个月后在生长季进行试验。试验开始时，我们选择了约 40 cm 高、健康无虫蛀且生长良好的树苗作为试验对象，整个试验在028 d进行。盐胁迫试验分为5组，每4株为一组，共20株用于盐胁迫试验。综合之前学者对于胡杨盐胁迫的研究7-8，设置了盐分梯度，分别为对照组0 mmol L-1 NaCl，其余4组NaCl
11、浓度依次为100、200、300、400 mmol L-1。NaCl溶液为3 L，盐胁迫试验处理时一次性浇入各对应胁迫处理组。干旱胁迫试验同样分为 5组，每 4株为一组，共 20株用于干旱胁迫试验。根据幼苗的浇水周期确定以下干旱方案：对照组（0 d干旱）、7 d处理组（干旱期持续7 d）、14 d处理组（干旱期持续 14 d）、21 d处理组（干旱期持续21 d）和28 d处理组（干旱期持续28 d）。干旱处理是通过暂停浇水来减少水的供应。同时，在处理过程中，雨天在花盆上放置一个透明的塑料棚，以确保干旱的持续可控性。在盐胁迫期间和非干旱持续期间正常浇水，不同盐胁迫和干旱处理的开始时间分别是试验
12、结束前28、21、14、7、0 d，以确保所有试验组的幼苗在同一天达到所需的盐胁迫和干旱胁迫持续天数，以避免因生长引起的测量差异。2.2测定方法2.2.1保护酶活性的测定胁迫处理结束后，立刻采集新鲜叶片样本，并将其放入液氮中，转移到实验室后将液氮中的叶片转至超低温冰箱（-80）中进行保存。采用中国苏州科明生物技术有限公司生产的试剂盒对样品中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性进行分析测定。将新鲜叶片加液氮研磨后用分析天平精确称取0.1 g样品，然后加入206第 2 期李端等：胡杨（Populus euphratica）对盐胁迫和干旱胁迫的生理响应特征1 mL
13、 的磷酸缓冲液（pH=7.8）进行冰浴匀浆。在4 用12 000 r min-1离心15 min，提取上清液测定SOD、POD和CAT的活性。SOD活性采用氮蓝四脞比色法测定，POD活性采用愈创木酚染色法测定，CAT活性采用钼酸铵比色法测定16。2.2.2可溶性糖含量的测定用分析天平称取0.10.2 g样品，将样品置于研钵中加入少量蒸馏水充分研磨，将研磨好的匀浆倒入离心管并用蒸馏水定容至10 mL，离心管盖好后置于水浴锅中30 min，设置温度为95，冷却后，用离心机离心，设置转速为3 000 r min-1，然后取上清液进行测定，测定采用蒽酮比色法。2.2.3丙二醛含量的测定采用中国苏州科明
14、生物技术有限公司生产的试剂盒对样品中丙二醛（MDA）含量进行分析测定。将新鲜叶片加液氮研磨后用分析天平精确称取0.1 g样品，加入1 mL的磷酸缓冲液进行冰浴匀浆。在4 用12 000 r min-1离心15 min，提取上清液测定MDA的含量，MDA是过氧化脂质，采用硫代巴比妥酸色谱法测定。2.3数据分析采用ANOVA分析盐胁迫和水分胁迫对胡杨幼苗的影响。多重比较采用Duncan法，显著性检验水平为 P=0.05。方差分析由 SPSS 19.0 软件完成，作图由Origin 2017软件完成。3 结果3.1保护酶活性的变化同浓度盐处理下，随着盐胁迫持续时间的延长，SOD的活性均呈现先增加后减
15、少的趋势（图1）。在对照组，SOD的活性为156.49 U g-1，当NaCl浓度分别为100、200 mmol L-1时，在盐胁迫处理后的014 d，SOD活性增加相对平缓。当NaCl浓度分别为300、400 mmol L-1时，在盐胁迫处理后的 014 d，SOD活性显著增加（P0.05）。在NaCl浓度分别为100、200、300、400 mmol L-1时，SOD的活性均在盐胁迫处理后 21 d 时值达到最大，依次为 202.09、210.39、226.20、258.32 U g-1，相比对照组分别增加了29.14%、34.44%、44.55%、65.07%，然后从盐胁迫处不同小写字母
16、表示差异显著，P0.05图1盐分胁迫条件下胡杨叶片中超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化Fig.1The variation of SOD in the leaves of Populus euphratica under different salinity207中国沙漠第 43 卷理后21 d到盐胁迫处理后28 d，SOD的活性显著下降。在 NaCl 浓度分别为 100、200、300、400 mmol L-1时，盐胁迫处理后 28 d时 SOD活性分别是对照组的 1.10、1.16、1.24、1.41 倍，除 NaCl 浓度为 100 mmol L-1外，盐胁迫处理后28 d时SOD活性均显著高于对照组（P0.05），且盐分浓度越高，差异越大。同浓度盐处理下，随着盐胁迫持续时间的延长，POD的活性均呈现先增加后减少的趋势（图2）。在对照组，POD的活性为354.37 U g-1，在NaCl浓度分别为100、200、300、400 mmol L-1时，POD的活性均在盐胁迫处理后 14 d 时值达到最大，依次为796.78、1 179.58、1 213.01、1 371.23 U g
