程明圣，邹欢欢，黄孝风，陈慧晶，邹 娜，2*，杨清培，2

（1.江西农业大学 园林与艺术学院，江西 南昌 330045；2.江西农业大学 园林与艺术学院/江西省竹子种质资源与利用重点实验室，江西 南昌 330045）

【研究意义】毛竹（Phyllostachys edulis)为禾本科（Graminales）竹亚科刚竹属（Phyllostachys）散生竹种，是亚热带地区分布最为广泛的竹种，具有重要的经济、文化和生态效益[1]。但因其自身具有适应能力强、繁衍拓展速度快的生物学特性[2]，加之大面积栽植毛竹林，使得毛竹扩张入侵森林生态系统趋势愈发严重，并带来一系列不利影响。经研究发现，毛竹扩张入侵会影响临近森林植物的生存能力，降低植物物种多样性[3-5]；显著降低土壤中有效N、P 含量，延缓氮素循环与土壤矿化速率[6-8]。此外，毛竹扩张会增加CO2的排放量，对群落气候产生不利影响[9]。传统管控手段如平行条状采伐[10]、种植生物阻隔林[11]均存在周期长、见效慢、投入高的弊端。因此亟需经济有效的管控毛竹扩张的方法。【前人研究进展】水分因子是植物生长发育的关键性因素[12]，水分的限制会影响植物生长发育以及一系列生理生化指标变化，进而限制植物的生存与发展。干旱和盐会通过降低土壤水势形成渗透胁迫，限制根系水分的吸收[13-14]。根系是植物吸收水分的主要器官[15]，加之毛竹属于浅根系植物[16]，对于水分的感知则更为敏感。已有较多研究证明干旱和盐胁迫对毛竹幼苗生长产生不利影响。2013 年夏季，我国东南部地区毛竹林就因长期高温干旱天气而发生大面积损伤[17]。杨洋等[18]研究发现，随着NaCl 质量浓度（0～150 mmol/L)的增加，毛竹幼苗的叶绿素含量及苗高生长量显著降低；黄业伟等[19]研究结果表明，随着NaCl 质量浓度（2～10 g/L）的提升，幼苗叶片SOD 呈先升高后下降趋势，MDA 含量呈上升趋势。杨振亚等[20]研究发现，高于15%PEG-6000 胁迫处理使毛竹的抗氧化酶系统发生紊乱，对组织膜系统造成显著伤害。此外，在干旱和盐胁迫下会导致毛竹幼苗各部分生物量积累受到抑制[21]，叶片相对含水量下降[22]，蛋白质等渗透调节物质的合成遭到破坏[23]。单一盐或干旱胁迫条件下毛竹幼苗生长与生理的影响研究已较为深入，但二者交互胁迫作用对毛竹幼苗生长的抑制效果研究尚未发现，并且毛竹幼苗在干旱和盐胁迫条件下根系与地上部之间的互作关系研究较少，未发现将盐和干旱胁迫作为抑制毛竹生长的手段。【本研究切入点】利用毛竹浅根系特点采取注射植物根系主要分布区土壤的处理方式，以NaCl 溶液模拟盐胁迫，PEG 溶液模拟干旱胁迫，作为限制水分因子的手段，研究单一盐和干旱以及二者交互胁迫处理下的毛竹幼苗生长生理指标的变化响应。【拟解决的关键问题】探究毛竹幼苗在干旱和盐胁迫下各指标间的响应机制以及交互胁迫下毛竹幼苗的适应机理，进一步筛选确定抑制毛竹生长的最佳处理，为管控野外毛竹扩张奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试验材料为毛竹幼苗，种子采自广西桂林灌阳县洞井乡。毛竹种子经10%次氯酸钠溶液消毒后，播入装满蛭石的塑料花盆（13 cm×10 cm×11.5 cm）中，2020 年7 月，挑选长势一致的幼苗进行试验，2 株/盆。

1.2 试验设计

试验设不同质量浓度NaCl（50、100、150 mmol/L，分别记为处理A1、A2、A3）模拟盐胁迫和PEG（5%、15%、20%，分别记为处理B1、B2、B3）模拟干旱胁迫（PEG 溶液以PEG-6000 提供），并设置对照（CK）以及二者组合处理（50 mmol/L NaCl+5% PEG、150 mmol/L NaCl+20% PEG，分别记为C1、C2）。移苗后，对毛竹幼苗进行为期14 d 的清水缓苗生根后，通过浇灌基础营养液方式为毛竹提供基础营养物质，营养液参考自Zou 等[24]，成分包括：0.5 mmol/L（NH4)2SO4，1 mmol/L KNO3，2.5 mmol/L CaCl2·2H2O，0.25 mmol/L MgSO4·7H2O，0.6 mmol/L Na2HPO4·10H2O，0.01 mmol/L Fe-EDTA，0.02 mmol/L H3BO3，2 μmol/L MnCl2·4H2O，2 μmol/L ZnSO4·7H2O，2 μmol/L CuSO4·5H2O，0.5 μmol/L Na2MoO4·2H2O，0.5 μmol/L CoCl2·6H2O,7 μmol/L C2H4N4，营养液pH值保持在4.0左右。营养液每7 d浇灌1次，在营养液浇灌后的第4天，利用针管注射器进行注射处理（20 mL/株）。试验地点位于江西省南昌市江西农业大学花卉盆景教学基地（28°45'34"N，115°49'48"E），实验周期为2 个月（2020 年7 月至9 月），在有钢架遮阴棚而四周开敞的温室内进行，温度为18～35 ℃，空气湿度为78.5%。试验设3次重复，每重复10株苗。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长指标的测定 苗高用直尺测量株高，精确到0.01 cm。叶片数以植株顶端至基部计。根系构型用EPSON®COLORIMAGE SCANNERLA 1600+扫描仪扫描，再用根系图象分析软件WinRHIZO 2005进行根系构型参数定量测定。样品放入烘箱经105 ℃杀青30 min，再经70 ℃烘干至恒质量，样品干质量即为生物量。

1.3.2 生理生化指标的测定与分析 叶绿素含量（SPAD 值）采用用便携式叶绿素仪（SPAD-502，Minolta）测定，毛竹顶端第2～4片完全展开叶SPAD 的值，并取3次平均值，保留两位小数。可溶性蛋白含量和SOD 活性分别采用BAC 法蛋白含量测定试剂盒和WST-8法试剂盒进行测定（苏州科铭生物技术有限公司），每处理3 次重复。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[25]测定。叶片相对含水量（RWC）=鲜质量－干质量/饱和鲜质量－干质量，采用浸泡烘干法[26]测定。

1.4 统计分析

利用Excel 2019 和SPSS 17.0 进行数据处理和方差分析，Duncan’s 新复极差法进行多重比较。利用Personal 对毛竹幼苗根系构型以及叶片生理生化指标进行相关性分析。采用反隶属函数法对幼苗生长的受抑制性进行评价排序[27]，反隶属函数公式为：R（Xi）=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）。其中，Xi为指标测定值，Xmin为指标最小值，Xmax为指标最大值。在对各指标反隶属函数值进行加权平均求值，得到反隶属函数平均值（Rμ）。图表使用Origin 2019生成，经Photoshop排版。

2 结果与分析

2.1 不同处理对毛竹幼苗苗高、叶片数、SPAD值的影响

由表1 可知，适度的胁迫处理有利于毛竹幼苗特别是叶片数和叶绿素含量的提高，但随着处理浓度的提高，毛竹生长表现出受抑制现象。A 组处理中，毛竹幼苗苗高、叶片数与SPAD 值在低浓度时达到最高值，显著高于对照组。但随着NaCl 浓度的进一步提升，3 个指标均呈下降趋势，并在150 mmol/L NaCl处理下达到最低值，其中叶片数、SPAD 值与对照组产生显著性差异。B 组处理中随浓度增加，叶片数、SPAD呈下降趋势。组合处理中，苗高、叶片数、SPAD值在低浓度时得到促进，在高浓度时受到抑制，但3个指标均优于150 mmol/L NaCl处理。所有处理下的苗高与对照组均无显著性差异。

表1 不同处理对毛竹幼苗苗高、叶片数、SPAD值的影响Tab.1 Effects of different treaments on the height，number of leaves and SPAD value of P.edulis seedlings

2.2 不同处理对毛竹幼苗根系构型的影响

由表2 可知，低浓度的胁迫处理对毛竹幼苗根表面积、根长、根体积、根尖数起到一定的促进作用，但随着浓度的提升，各项数值呈现不同程度的下降。A 组处理中，50 mmol/L NaCl 下毛竹幼苗根表面积、根长、根体积、根尖数均显著高于对照组，但随NaCl 浓度的提升，均呈现下降趋势，并在150 mmol/L NaCl 下达到最低值。B 组处理也表现出随浓度提升各指标（除根平均直径）呈下降的趋势，但均高于对照组。C 组处理中，呈现出低浓度下根系指标参数得到促进，高浓度下受到抑制，但抑制效果差于150 mmol/L NaCl。

表2 不同处理对毛竹根系构型的影响Tab.2 Effects of different treaments on the root architecture of P.edulis

2.3 不同处理对毛竹幼苗生物量及根冠比的影响

由表3可知，低浓度的胁迫处理对毛竹幼苗地上、地下及总生物量的积累起到促进作用，高浓度起到抑制作用。A 组处理中，50 mmol/L NaCl 地上、地下及总生物量得到促进并与对照组产生显著性差异。同时随浓度的提升又呈现下降趋势。表现出浓度越高受抑制程度越深的现象。B 组处理中，地上、地下及总生物量数值波动较小，各处理间无显著性差异，且与对照组数值接近。但根冠比呈现出上升趋势。C组处理未表现出对毛竹幼苗地上、地下及总生物量积累起到显著促进或抑制的效果。

表3 不同处理对毛竹幼苗生物量及根冠比的影响Tab.3 Effects of different traements on the biomass and root-shoot ratio of P.edulis seedings

2.4 不同处理对毛竹幼苗叶片生理生化指标的影响

2.4.1 对叶片可溶性蛋白含量、相对含水量的影响 由图1 可知，总体上叶片可溶性蛋白含量、相对含水量随处理浓度的增加，呈现不同程度的先升高后降低的趋势。并且适宜的浓度胁迫处理对可溶性蛋白含量、叶片相对含水量的积累均有一定的促进作用，高浓度则表现抑制作用。由图1A 可知，在NaCl 处理中，50 mmol/L NaCl 处理下叶片可溶性蛋白含量达到最高值，与对照组产生显著性差异。并随浓度升高而显著下降，在150 mmol/L NaCl 时达到最低，显著低于50 mmol/L NaCl 处理。PEG 处理中，3 个浓度的PEG 处理下的可溶性蛋白含量均显著高于对照组，未产生抑制效果。在组合处理中，可溶性蛋白含量也显著高于对照组，未有抑制效果。图1B 可知，NaCl处理中，叶片相对含水量在150 mmol/L NaCl 处理时达到最低值，并与对照组产生显著性差异。PEG 处理中，各组处理下叶片相对含水量均高于对照组。组合处理中，150 mmol/L NaCl+20% PEG 处理下叶片相对含水量显著高于150 mmol/L NaCl处理，抑制效果欠佳。

图1 不同处理对毛竹幼苗可溶性蛋白含量、叶片相对含水量的影响Fig.1 Effects of different treaments on soluble protein content and relative water content of P.edulis seedling leaves

2.4.2 对SOD 活性、MDA 含量的影响 由图2A 可知，总体上毛竹幼苗叶片SOD 活性随处理浓度的增加，表现出不同程度的先增高后降低趋势；各组低浓度的胁迫处理均显著促进了SOD 活性提升，其中在50 mmol/L NaCl、5% PEG、50 mmol/L NaCl+5% PEG 处理下得到显著提升，较对照组分别提升了77.25%、67.26%、110.01%。除PEG 处理外，高浓度的胁迫处理下SOD 活性受到显著抑制，其中在150 mmol/L NaCl 与150 mmol/L NaCl+20%PEG 处理下显著降低，较对照组分别降低40.54%、11.88%。PEG各组处理下SOD活性均显著高于对照组。图2B可知，MDA含量则随浓度的增加表现出先增高后降低的趋势。低浓度的胁迫处理均显著降低了MDA 含量，其中50 mmol/L NaCl、5%PEG、50 mmol/L NaCl+5%PEG 处理较对照组分别降低了47.97%、47.71、55.81%。除PEG 处理外，高浓度的胁迫处理下MDA 含量显著增加。PEG各组处理下MDA含量均显著低于对照组。

图2 不同处理对毛竹幼苗叶片SOD活性、MDA含量的影响Fig.2 Effects of different treaments on SOD activity and MDA content of P.edulis seedling leaves

2.5 毛竹幼苗根系构型与叶片生理生化指标相关性分析

从表4可知，毛竹幼苗根表面积、根尖数、根体积、根长与叶片理化指标之间均具有显著的相关性（P＜0.05），这表明干旱和盐胁迫下，毛竹幼苗地下与地上部具有显著的互作关系，彼此影响。其中，根系构型中除根平均直径外，其余指标之间均呈现极显著正相关关系（P＜0.01）；叶片理化指标中，MDA 含量与可溶蛋白含量、SOD 活性、RWC、SPAD 之间表现出极显著的负相关关系（P＜0.01），可溶蛋白含量、SOD 活性、RWC、SPAD之间则表现出极显著的正相关关系（P＜0.01）。

表4 毛竹幼苗根系构型与叶片生理生化指标相关性分析Tab.4 Correlation analysis of P.edulis seedling root architecture and leaf physiological and biochemical indexes

2.6 根系构型与叶片理化指标反隶属函数值与受抑制性评价

由表5 可知，各处理下毛竹幼苗生长受抑制性强弱程度由高到底排序为：A3，B2，A2，B3，C2，CK，A1，B1，C1，由此可得，NaCl 处理下，浓度越高抑制性越强。PEG 处理下即使提高浓度或和NaCl 混合使用，对毛竹幼苗的生长并未起到明显抑制效果。

表5 根系构型与叶片理化指标反隶属函数值与受抑制性评价Tab.5 Root system architecture and leaf physicochemical index anti-membership function value and inhibition evaluation

2.7 NaCl和PEG以及两者交互作用对毛竹幼苗各指标影响的方差分析

双因素方差分析结果表明，除根平均直径信苗高外，盐（NaCl）对毛竹幼苗其余生长生理指标的影响均达到显著或极显著水平；PEG 对毛竹幼苗根长以及SPAD 值、SP 含量、叶片相对含水量、SOD 活性、MDA 含量等生理指标的影响达到显著或极显著水平，其余指标均未产生显著影响水平（P＞0.05）。盐与PEG 二者间的交互作用对毛竹幼苗根长、SP 含量、SOD 活性的影响达到了极显著水平（P＜0.01），对SPAD值、根尖数、根表面积、根体积和总生物量的影响达到了显著水平（P＜0.05）。

表6 NaCl和PEG以及两者交互作用对毛竹幼苗各指标影响的P值Tab.6 Analysis of the interaction of various indexes of P.edulis seedlings under the common stress of NaCl and PEG

3 讨论与结论

生物量是植物生长状况的综合体现，也是在逆境胁迫下生存能力的重要反应[29]。根系是植物器官中最早感受逆境信号的部分，并能够及时将逆境信号输送至植株各个部分，并且会做出相应的调整[28]。研究表明，盐、PEG 干旱胁迫主要通过降低渗透势，阻碍植物根系吸收水分的方式影响植物的生长发育，降低生物量的积累[30]，但植物对不同程度的胁迫有不同的响应。在本试验中，低浓度盐、PEG以及二者交互处理时，毛竹幼苗各部分生物量的积累显著高于对照组并且根长、根尖数较对照组有显著提升，平均直径却相对缩小，这表明在低浓度胁迫时毛竹根系会通过增加根长缩短直径的策略以增强吸水能力，维持植株正常生命活动[31]。然而，随着浓度的升高，毛竹幼苗在高浓度盐、盐与PEG 交互胁迫下，根系生长不断受抑制，生物量的积累受到显著抑制。双因素方差分析中，单一盐以及盐旱交互胁迫中对根系构型指标、生物量产生显著抑制效果亦证实了这一点。

叶片SOD 活性、SP 含量、MDA 含量、RWC 以及SPAD 值等生理指标是衡量植物逆境胁迫下叶片组织和功能受损的重要指标[32]。试验中，低浓度的盐、PEG 干旱以及二者交互胁迫对毛竹幼苗叶片SOD活性、SP 含量、RWC 都有一定的促进作用，MDA 含量则显著下降，推测主要是由于低浓度的胁迫还未对毛竹幼苗叶片形成高强度渗透胁迫，幼苗本身通过增加SOD 活性、SPAD 值以及SP 等渗透调节物质以减轻膜脂过氧化程度增强叶片组织保水能力，以此抵抗胁迫[33]，这也说明毛竹幼苗具有一定的抗逆性。随着浓度的提升，盐与干旱胁迫会降低植物叶片SOD 活性，加深叶片膜脂过氧化程度，产生MDA等有害物质，进而降低SP 等渗透调节物质的含量，引起代谢紊乱[34]。此外盐旱胁迫亦会通过对叶片细胞膜形成渗透胁迫而降低叶片保水能力[35]。试验中高浓度的盐、盐与PEG 干旱交互胁迫下，SOD 活性、SP 含量、RWC、SPAD 值的显著下降以及MDA 含量的显著上升也证实了这一点，这也与Ahamd 等[36]研究结果一致。

双因素方差分析表明，单一PEG干旱胁迫仅对毛竹幼苗叶片生理指标产生显著影响，而单一盐胁迫以及二者交互胁迫则对幼苗根系构型指标（根长、根表面积、根体积、根尖数）、总生物量、SP含量、SOD活性、SPAD 值产生了显著或极显著影响。毛竹幼苗在面对盐和PEG 干旱胁迫时的不同表现，一方面可能是由于PEG的作用效果需要较长的时间，在本试验周期中仅出现了生理上的变化，而形态指标则可能因PEG 处理时间不足而未产生显著影响。此外，盐胁迫对植物的危害主要为离子毒害与渗透胁迫结合，而PEG 干旱胁迫仅通过渗透胁迫单一作用方式[37]。高浓度盐胁迫下，大量的Na+或Cl-会富集在植物根系以及叶片中，毒害根系与叶片的生长[38-39]，这也能够解释盐胁迫对毛竹幼苗各指标的抑制效果较PEG 干旱胁迫更优的现象。王利界等[40]、张静等[41]在对灰胡杨以及互叶醉鱼草（Buddleja alternifolia)的研究中也证实了单一盐胁迫对其生长的抑制影响大于干旱。双因素方差分析及反隶属函数综合分析发现，盐旱交互胁迫对毛竹幼苗的生理生长抑制效果弱于单一盐胁迫，即PEG 的存在削弱了盐对毛竹幼苗的抑制效果。这可能是由于PEG-6000属于大分子聚合物，黏性强，不能直接通过植物细胞壁而进入细胞中[42]，并且通过注射土壤根系的处理方式，PEG 与NaCl 的混合溶液可能因其黏性强的特点而较多地附着于蛭石中。同时，试验结果反映出高浓度盐与PEG 交互胁迫下毛竹幼苗SP 含量显著高于高浓度盐胁迫，这说明毛竹幼苗在受到盐与PEG 交互胁迫时，通过提升自身的渗透调节物质以缓解盐胁迫带来的内部生理代谢紊乱。耿广琴等[43]研究也发现乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis)在受旱盐双重胁迫时会通过提升渗透调节物质来减轻双重胁迫下的不良抑制效果。此外，在盐旱胁迫下毛竹幼苗各指标间的相关性分析结果表明，根系构型中各指标（除根平均直径外）与SP 含量、SOD 活性、叶片相对含水量之间具有显著或极显著的正相关关系，这表明根系生长受到促进时，叶片生理指标水平也相应得到提升，此时幼苗生长得到促进，反之则受抑制。这也说明毛竹幼苗在受到盐旱胁迫时地上地下及生理指标间的同步互作关系显著。

综上，盐和PEG干旱胁迫对毛竹幼苗生长生理的影响既有相同的作用途径，也有不同的机制。毛竹幼苗地上、地下部指标间也因不同程度的胁迫而产生同步性互作关系，进而影响自身生长发育。本研究发现盐旱及二者交互胁迫对毛竹幼苗的生长发育呈现低浓度促进高浓度抑制现象，高浓度NaCl处理对毛竹幼苗生长的抑制效果优于PEG干旱胁迫，但PEG的存在并未使得盐胁迫的抑制效果更优，其中具体作用机制有待深入研究。同时，经综合分析得出，对毛竹幼苗生长抑制效果最佳的处理为150 mmol/L NaCl，研究结果可为野外抑制毛竹生长与扩张抑制提供理论参考。