全 文 : Guihaia Apr. 2016ꎬ 36(4):387-396
http: / / journal.gxzw.gxib.cn
http: / / www.guihaia-journal.com
DOI: 10.11931 / guihaia.gxzw201508016
向敏ꎬ刘强ꎬ李妮亚ꎬ等. 引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡及光合作用的比较研究 [J]. 广西植物ꎬ 2016ꎬ 36(4):387-396
XIANG Mꎬ LIU Qꎬ LI NYꎬ et al. Comparison of ionic equilibrium and photosynthesis in introduced Laguncularia racemosa and two native mangrove species
in China[J]. Guihaiaꎬ 2016ꎬ 36(4):387-396
引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡
及光合作用的比较研究
向 敏ꎬ 刘 强ꎬ 李妮亚∗ꎬ 李 伟ꎬ 张云云
( 热带动植物生态学省部共建教育部重点实验室ꎬ 海南师范大学 生命科学学院ꎬ 海口 571158 )
摘 要: 为了比较引进红树与乡土红树的耐盐性差异ꎬ该研究以引进红树植物拉关木(Laguncularia racemosa)
和乡土红树植物木榄(Bruguiera gymnorrhiza)与秋茄(Kandelia obovata)幼苗作为实验材料ꎬ分析其在不同 NaCl
浓度(100、200、300、400 mmolL ̄1)处理下各器官离子浓度(Na+、Cl–、K+、Ca2+和 Mg2+)和叶光合作用的变化ꎮ
结果表明:(1)高盐胁迫 (400 mmolL ̄1 NaClꎬ 28 d)处理下ꎬ拉关木根系 Na+增幅较小ꎬ秋茄根、叶 Cl–含量增
幅均高于木榄和拉关木ꎬ说明拉关木在较高的盐浓度时能限制根系对 Na+、Cl–的吸收ꎬ减少向地上部分运输ꎮ
(2)高盐胁迫均增加 3种红树根、叶的 K+浓度(木榄叶 K+略有降低ꎬ差异不显著)ꎬ表明 3种红树均可吸收 K+ꎬ
来限制 Na+对植物的伤害ꎻ同时ꎬ降低 3种红树根 Ca2+浓度ꎬ但拉关木根 Ca2+下降幅度小于秋茄和木榄ꎬ说明拉
关木具有更强的防止 Ca2+流失的能力ꎮ (3)拉关木根维持 Na+ / K+、Na+ / Ca2+平衡的能力强于秋茄和木榄ꎮ
(4)高盐胁迫引起秋茄与木榄光合速率均降低ꎬ而拉关木光合速率却增加了 54.1%ꎮ 综上所述ꎬ拉关木能限制
根系对 NaCl的吸收ꎬ有效维持 Na+ / K+、Na+ / Ca2+的平衡ꎬ并保持较高的光合速率ꎬ这表明拉关木与木榄和秋茄
相比具有更高的耐盐性ꎮ
关键词: 秋茄ꎬ 木榄ꎬ 拉关木ꎬ 离子平衡ꎬ 光合作用
中图分类号: Q946.91ꎬ S682.31 文献标识码: A 文章编号: 1000 ̄3142(2016)04 ̄0387 ̄10
Comparison of ionic equilibrium and photosynthesis
in introduced Laguncularia racemosa and two
native mangrove species in China
XIANG Minꎬ LIU Qiangꎬ LI Ni ̄Ya∗ꎬ LI Weiꎬ ZHANG Yun ̄Yun
( Key Laboratory for Tropical Plant and Animal Ecology of State Education Ministryꎬ College of
Life Sciencesꎬ Hainan Normal Universityꎬ Haikou 571158ꎬ China )
Abstract: To compare the salt resistance difference of the introduced mangrove and the native mangroveꎬ dynamic varia ̄
tion of accumulation of Na+ꎬ Cl–ꎬ K+ꎬ Ca2+ and Mg2+ in different tissues and photosynthesis were examined in 3 ̄month ̄
old seedlings of the introduced mangrove Laguncularia racemosa and two native species Bruguiera gymnorrhiza and Kan ̄
delia obovata under different treatments of NaCl(100ꎬ 200ꎬ 300 and 400 mmolL ̄1). The results were as follows: (1)
The increase in Na+ concentration in Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza roots was greater than Laguncularia
收稿日期: 2015 ̄08 ̄24 修回日期: 2016 ̄02 ̄17
基金项目: 国家自然科学基金(31160150)ꎻ 国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAC18B04)[Supported by the National Natural Science Founda ̄
tion of China(31160150)ꎻ “Twelfth Five ̄Year”Plan for National Key Technology R & D Program of China (2012BAC18B04)]ꎮ
作者简介: 向敏(1988 ̄)ꎬ男ꎬ湖北荆州人ꎬ在读硕士ꎬ研究方向为红树逆境生理ꎬ(E ̄mail)x8113462@ 163.comꎮ
∗通讯作者: 李妮亚ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事植物逆境生理研究ꎬ(E ̄mail)niyali6515@ 163.comꎮ
racemosaꎬ while the concentration of Cl– in Kandelia obovata was higher than that of the other two species in leaves and
roots. Thusꎬ Laguncularia racemosa could restrict root absorption of Na+ꎬ Cl– and reduce transportation to aerial parts
under salt stress of 400 mmolL ̄1 . (2) K+ concentration in roots and leaves increased in seedlings of all the three man ̄
grove species under high salt stress except that K+ concentration in Bruguiera gymnorrhiza leaves non ̄significantly re ̄
duced. The results showed that all the three mangrove species could absorb K+ to restrict the damage from Na+ . The Ca2+
concentration decreased in all the three mangrove species under high salt stressꎬ but the decrease in Ca2+ concentration
in Laguncularia racemosa leave was less than that in Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhizaꎬ indicating that La ̄
guncularia racemosa had stronger ability to prevent the loss of Ca2+ . (3) Laguncularia racemosa had a greater ability in
maintaining Na+ / K+ as well as Na+ / Ca2+ than Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza. (4) The net photosynthetic
rates of Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza under high salt stress reduced while that of the Laguncularia racem ̄
osa increased by 54. 1%. Taken togetherꎬ Laguncularia racemosa could restrict root absorption of NaClꎬ maintain
effective Na+ / K+ꎬ Na+ / Ca2+ꎬ maintaining high net photosynthetic rate. The results indicated that Laguncularia racemosa
had higher salt tolerance than Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza.
Key words: Kandelia obovataꎬ Bruguiera gymnorrhizaꎬ Laguncularia racemosaꎬ ionic equilibriumꎬ photosynthesis
红树植物是生长在热带、亚热带海滩潮间带的
木本植物ꎬ经过长期的进化和自然选择ꎬ红树植物进
化出了一系列耐盐机制ꎬ使其适应了高盐的生长环
境(Tomlinsonꎬ 1994ꎻ 林鹏ꎬ1984)ꎬ是研究植物抗盐
机制的又一种典型材料ꎮ 植物有许多离子平衡的策
略来适应盐生环境ꎬ包括根部的拒盐ꎬ限制根部对离
子的吸收和转运ꎻ离子区域化ꎬ在叶肉细胞中将离子
区隔在液泡中ꎬ减少对细胞的伤害(Munns & Testerꎬ
2008)ꎮ 盐胁迫下ꎬ由于环境渗透势的升高ꎬ为了保
证植物吸水ꎬ植物会吸收大量的 Na+和 Cl–ꎬ来维持
渗透差ꎬ从而减少了根系对营养元素的吸收(Khan
& Pandaꎬ 2002)ꎮ 盐胁迫下ꎬ植物的离子平衡会遭
到破坏ꎬ然而ꎬ耐盐植物能通过离子选择性吸收等机
制来维持体内的离子平衡ꎬ从而提高植物的耐盐性ꎮ
植物在盐胁迫环境下能否维持植物体内的离子平
衡ꎬ特别是 K+ / Na+的平衡ꎬ对其在盐胁迫下的生命
活动起到重要作用(孙健ꎬ2011)ꎮ 同时ꎬNa+ / K+、
Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+值能够表明植物对盐离子和营
养元素相对的吸收情况(陈少良等ꎬ2002)ꎬ这些比
值变化ꎬ将影响植物正常的生理代谢(Ruiz et alꎬ
1997)ꎮ 研究红树植物离子平衡与耐盐性ꎬ对耐盐
植物的选育具有重要的指导意义ꎮ
秋茄(Kandelia obovata )和木榄(Bruguiera gym ̄
norrhiza)是典型红树植物(卞阿娜和王文卿ꎬ2009)ꎮ
秋茄适应性广ꎬ是我国亚热带海岸滩涂绿化最广的
红树之一ꎬ木榄是我国红树林造林的主要树种之一ꎬ
也是滨海湿地公园岸边绿化的优良植物(王文卿和
陈琼ꎬ2013)ꎮ 为适应海洋的生活环境ꎬ这 2 种红树
植物叶片都进化出一系列特殊的结构ꎬ如具有较厚
的角质层ꎬ表皮下具有内皮层ꎬ内皮层是贮水组织ꎻ
气孔均分布在下表皮ꎬ下陷ꎬ具有较大的孔下室ꎻ中
脉维管束发达ꎬ粗大的导管ꎬ叶内都含有较丰富的单
宁(李元跃和林鹏ꎬ2006ꎻ李妮亚ꎬ2008)ꎮ 秋茄自然
分布的滩面较木榄低(林鹏ꎬ1984)ꎬ比木榄对水渍
有更强的耐受力ꎮ 木榄在长期盐胁迫下具有比秋茄
更强的耐盐能力ꎬ根系能够更有效地排出盐离子ꎬ而
叶中积累的盐离子显著小于秋茄(鲁彦君ꎬ2013)ꎮ
拉关木( Laguncularia racemosa)是使君子科( Com ̄
bretaceae)真红树ꎬ自然分布在美洲东岸和非洲西岸
(王文卿和王瑁ꎬ2007)ꎮ 1999 年ꎬ拉关木由墨西哥
拉巴斯市引入海南东寨港自然保护区ꎬ由于其具有
较强的耐寒性以及比国内树种强的抗盐性ꎬ已经成
为海南红树林造林的主要树种之一 (廖宝文等ꎬ
2006ꎻ钟才荣等ꎬ2011)ꎮ 拉关木为乔木ꎬ高 8~10 mꎬ
树干圆柱形ꎬ有指状呼吸根ꎬ雌雄同株或异株ꎬ隐胎
生ꎬ果卵形或倒卵形(廖宝文等ꎬ2006ꎻ钟才荣等ꎬ
2011)ꎮ 在沙质地条件下ꎬ与其他树种相比ꎬ拉关木
的保存率和生长量均最大ꎬ更适合在沙质地上生长
(陈玉军等ꎬ2014ꎻ林文欢等ꎬ2014)ꎬ拉关木光合同
化能力较高ꎬ其幼苗具有比海桑属植物更高的生境
适应能力ꎬ并且能够响应盐胁迫上调抗氧化酶活性ꎬ
降低盐诱导的膜脂过氧化(韩淑梅等ꎬ2010ꎻ陈坚
等ꎬ2013)ꎮ 在高盐度条件下ꎬ拉关木种子具有较高
的发芽率并能正常生长ꎬ具有比乡土树种更强的耐
盐能力(钟才荣等ꎬ2011)ꎬ但对其离子平衡方面的
研究很少见有报道ꎮ
本研究以引种到海南东寨港的拉关木和东寨港
的乡土树种秋茄、木榄的幼苗为材料ꎬ分析其在不同
883 广 西 植 物 36卷
NaCl 浓度处理下各器官离子浓度(Na+、Mg2+、K+、
Ca2+和 Cl-)的变化ꎬ从离子平衡方面结合其光合作
用对 3种树种的耐盐性进行比较研究ꎬ旨在为植物
耐盐机理的研究提供参考ꎮ
1 材料与方法
1.1 植物培养
从海口东寨港红树林保护区(19°51′ Nꎬ 110°
24′ E)采集拉关木、秋茄、木榄ꎬ选择发育状况相近
的无虫害的种子或胚轴ꎬ栽于带托盘的花盆(口径
15 cmꎬ高 18 cm)中ꎬ基质为土沙 1 ∶ 1ꎬ每盆重约 5
kgꎬ每盆种 3颗ꎬ待植物长出 4对叶时(约 3个月)进
行不同浓度的盐处理ꎮ 树苗培养和处理期间ꎬ每天
浇适量自来水补充水分ꎬ每半个月浇一次 Hoagland
完全营养液ꎮ
1.2 实验方法
1.2.1 盐处理 待树苗长出 4对叶片后ꎬ选择生长状
况一致的树苗进行盐处理ꎬ每 3盆一组ꎬ共 4个实验
组(A、B、C、D)和一个对照组ꎬ第 1 天实验组 D(3
盆)浇用 1 / 4 Hoagland营养液配成的 100 mmolL ̄1
的 NaCl处理液 200 mLꎬ第 8 天实验组 C、D(共 6
盆) 仍然浇用 1 / 4 Hoagland 营养液配成的 100
mmolL ̄1的 NaCl 处理液 200 mLꎬ第 15 天实验组
B、C、D(共 9盆)仍然浇用 1 / 4 Hoagland营养液配成
的 100 mmolL ̄1的 NaCl处理液 200 mLꎬ第 22天全
部实验组(共 12盆)仍然浇用 1 / 4 Hoagland 营养液
配成的 100 mmolL ̄1的 NaCl 处理液ꎬ其余组浇等
量无 NaCl的 1 / 4 Hoagland营养液ꎬ最终四个实验组
盐浓度分别为 100、200、300、400 mmolL ̄1 NaClꎬ每
种浓度处理时间为 1周ꎬ共处理 28 dꎮ 对照组(每个
树种各 3盆)每周浇等量没加 NaCl的 1 / 4 Hoagland
营养液ꎮ 为防止盐分流失ꎬ每天将托盘中的处理液
倒回盆内ꎮ
1.2.2 土壤离子含量的测定 盐处理 28 d 后ꎬ分别
取幼苗根部附近的土壤烘干ꎬ过筛ꎮ 参照 Chen et al
(2002)的方法ꎮ 采用火焰原子吸收光谱仪(AAS
novAA350)测定土壤水溶性 K+、Na+、Ca2+和 Mg2+的
含量ꎮ Cl–用 AgNO3滴定法ꎮ
1.2.3 植物体离子含量的测定 在采集土壤的同时ꎬ
取出幼苗ꎬ清洗干净后分根、茎、叶和胚轴四部分ꎬ分
别装入信封中ꎬ105 ℃杀青后ꎬ80 ℃烘干磨粉待测ꎮ
参照 Chen et al (2001)的方法ꎮ 用火焰原子吸收光
谱仪 ( AAS novAA350)分别测定 K+、 Na+、 Ca2+和
Mg2+含量ꎮ Cl–用 AgNO3反式滴定法ꎮ
1.2.4 气体交换参数测定 盐处理 28 d 后ꎬ使用美
国 Li ̄COR公司的 Li ̄6400 型便携式光合仪测定幼
苗的光合气体交换特性ꎮ 每个树种每个处理随机选
择 3颗健康的幼苗ꎬ选择顶端向下数第三对完全成
熟的叶片进行测定ꎬ测定时间为早上 8:00-12:00ꎬ
采用仪器自带光源进行照光ꎬ光量子通量密度为
(1 000±5) μmolm ̄2s ̄1ꎬ胞间 CO2浓度为 288 ~
383 μmolm ̄2s ̄1ꎬ环境温度为 26~30 ℃ꎮ
1.3 数据分析
使用 Excel和 SPSS 16.0进行数据整理分析ꎻ使
用单因素方差分析和 LSD法进行多重比较ꎮ
2 结果与分析
2.1 土壤中 Na+、Cl-的含量
从图 1可以看出ꎬ对照组土壤中的 NaCl含量很
低ꎬ随着时间的增加、盐处理浓度的增高ꎬ各树种根
际土壤中 Na+、Cl–含量均有明显梯度变化ꎮ
2.2 不同浓度 NaCl处理下植物体离子含量变化
随着盐处理浓度增高和处理时间延长 ( 400
mmolL ̄1 NaClꎬ28 d)ꎬ秋茄根中的 Na+和 Cl-分别
比对照高出 2.04倍和 2.22 倍ꎬ而叶中的 Na+和 Cl–
含量比对照高出 0.38倍和 1.65 倍ꎻ木榄根中的 Na+
和 Cl–分别比对照高出 1.18倍和 1.37 倍ꎬ而叶中的
Na+和 Cl–含量比对照高出 0.10 倍和 0.41 倍ꎻ拉关
木的根中的 Na+和 Cl–分别比对照高出 0.60 倍和
1.06倍ꎬ而叶中的 Na+和 Cl–含量比对照高出 0.34
倍和 0.61 倍(表 1ꎬ表 2ꎬ表 3)ꎮ 这表明高浓度的
NaCl处理时ꎬ拉关木根拒盐的作用要大于两种乡土
红树ꎬ尤其是对 Na+吸收均显著低于秋茄和木榄ꎬ而
木榄控制根冠运输的能力高于拉关木和秋茄ꎮ
在 300 ~ 400 mmolL ̄ 1NaCl 处理时ꎬ3 种红树
根的 K+含量均增加ꎬ拉关木根部 K+增加幅度最大ꎬ
为对照的 1.67倍ꎮ 而 3 种红树的根 Ca2+、Mg2+含量
均低于对照水平(除木榄 Mg2+含量略有不显著外)ꎬ
表明在较高盐处理下ꎬ限制植物根对营养离子的吸
收ꎬ但拉关木根 Ca2+下降幅度低于秋茄和木榄ꎬ说明
拉关木具有更强的防止 Ca2+流失的能力ꎬ拉关木仍
能保持对 K+的吸收ꎬ降低根对 Na+吸收ꎮ
随着盐处理浓度的增高与处理时间的延长
(400 mmolL ̄1 NaClꎬ 28 d)ꎬ 均增加 3种红树叶的
9834期 向敏等: 引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡及光合作用的比较研究
图 1 不同浓度 NaCl处理下土壤中 Na+、Cl-含量
Fig.1 Concentrations of Na+ and Cl- in the soil under different treatments of NaCl
表 1 不同浓度 NaCl处理下拉关木各器官中 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl–的含量
Table 1 Contents of Na+ꎬ K+ꎬ Ca2+ꎬ Mg2+ and Cl- in the tissues of Laguncularia racemosa under NaCl treatment
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1)
Na+
(mmolg ̄1DW)
K+
(mmolg ̄1DW)
Ca2+
(mmolg ̄1DW)
Mg2+
(mmolg ̄1DW)
Cl-
(mmolg ̄1DW)
根
Root
0 0.46±0.01e 0.57±0.00d 0.19±0.00b 0.28±0.04b 0.33±0.00d
100 0.58±0.00d 0.65±0.00c 0.35±0.00a 0.51±0.01a 0.65±0.01c
200 0.69±0.01c 0.76±0.01b 0.33±0.02a 0.24±0.00bc 0.73±0.01b
300 0.85±0.01a 0.94±0.01a 0.20±0.01b 0.25±0.00bc 0.79±0.01a
400 0.74±0.01b 0.74±0.01b 0.12±0.00c 0.18±0.00c 0.69±0.01bc
茎
Stem
0 0.49±0.02b 0.55±0.01c 0.06±0.01c 0.14±0.00a 0.41±0.02d
100 0.50±0.01b 0.59±0.01bc 0.06±0.00c 0.15±0.00a 0.57±0.02c
200 0.72±0.01a 0.57±0.01c 0.07±0.00ab 0.15±0.01a 0.66±0.01bc
300 0.56±0.01b 0.64±0.01a 0.08±0.01ab 0.17±0.01a 0.63±0.02b
400 0.68±0.03b 0.62±0.01ab 0.09±0.00a 0.16±0.00a 0.77±0.02a
叶
Leaf
0 0.37±0.01d 0.47±0.01b 0.41±0.01a 0.79±0.02b 1.05±0.00e
100 0.37±0.00d 0.49±0.01ab 0.42±0.00a 0.86±0.01a 1.30±0.00d
200 0.58±0.02a 0.57±0.03a 0.42±0.01a 0.76±0.01b 1.43±0.01c
300 0.46±0.01c 0.54±0.00ab 0.42±0.01a 0.85±0.01a 1.54±0.01b
400 0.50±0.01b 0.49±0.02ab 0.34±0.00b 0.79±0.01b 1.68±0.02a
注: 每一数据为三株植物平均值±标准误差ꎮ 不同字母代表不同处理之间的差异显著性(P<0.05)ꎮ 下同ꎮ
Note: Data are shown as mean±SD. Means in the same column not sharing a common letter are significantly different according to LSD analysis at P= 0.05 level. The same
below.
K+浓度(木榄叶 K+略有降低ꎬ差异不显著)ꎬ同时拉
关木和木榄叶中 Ca2+呈降低的水平ꎬ而秋茄叶中
Ca2+则较对照增加ꎬ秋茄和木榄叶中 Mg2+呈降低的
水平ꎬ而此时拉关木叶中 Mg2+保持对照水平ꎬ远远
高于秋茄和木榄ꎮ
2.3 不同浓度 NaCl 处理下红树盐分与营养元素的
相对积累
短期低盐处理(100 mmolL ̄1ꎬNaClꎬ7 d)ꎬ拉关
木根中 Na+ / K+比对照略有增加(8%)ꎬ而 Na+ / Ca2+、
Na+ / Mg2+明显下降(表 4)ꎮ 随着盐处理浓度增高与
处理时间延长(400 mmolL ̄1 NaClꎬ28 d)ꎬ拉关木
根中 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+比值均明显增加ꎬ
增幅分别为 22.6%、163.2%、144%(表 4)ꎮ 与拉关
木相比ꎬ短期低盐处理ꎬ秋茄和木榄根中 Na+ / K+比
值分别增加 ( 77. 3%和 28. 2%)ꎬ同时ꎬ Na+ / Ca2+、
Na+ / Mg2+ 均明显增高(表 5ꎬ 表 6)ꎮ 高盐处理使秋
093 广 西 植 物 36卷
表 2 不同浓度 NaCl处理下秋茄各器官中 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl–的含量
Table 2 Contents of Na+ꎬ K+ꎬ Ca2+ꎬ Mg2+ and Cl– in the tissues of Kandelia obovata under NaCl treatment
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1)
Na+
(mmolg ̄1DW)
K+
(mmolg ̄1DW)
Ca2+
(mmolg ̄1DW)
Mg2+
(mmolg ̄1DW)
Cl–
(mmolg ̄1DW)
根
Root
0 0.30±0.01d 0.51±0.01b 0.25±0.01b 0.30±0.00c 0.23±0.03b
100 0.54±0.01c 0.52±0.00b 0.26±0.00b 0.40±0.02b 0.39±0.07b
200 0.65±0.01b 0.61±0.02a 0.39±0.01a 0.42±0.02ab 0.39±0.03b
300 0.93±0.01a 0.62±0.01a 0.22±0.00c 0.47±0.01a 0.78±0.01a
400 0.92±0.01a 0.55±0.01b 0.14±0.00d 0.31±0.00c 0.73±0.01a
茎
Stem
0 0.36±0.01d 0.59±0.01d 0.10±0.01b 0.21±0.01c 0.48±0.00d
100 0.49±0.02c 0.67±0.01c 0.15±0.01a 0.23±0.00bc 0.68±0.01c
200 0.56±0.01b 0.90±0.01a 0.18±0.01a 0.24±0.00ab 0.87±0.01b
300 0.68±0.01a 0.73±0.01b 0.15±0.01a 0.26±0.01a 0.96±0.02a
400 0.51±0.01bc 0.62±0.00d 0.12±0.00b 0.17±0.00d 0.69±0.02c
叶
Leaf
0 0.30±0.05d 0.55±0.01d 0.12±0.00d 0.28±0.00c 0.22±0.02c
100 0.39±0.03c 0.56±0.02d 0.15±0.01cd 0.26±0.01d 0.26±0.01c
200 0.45±0.01b 0.77±0.00a 0.34±0.01a 0.31±0.00b 0.53±0.01b
300 0.58±0.01a 0.69±0.00b 0.23±0.00b 0.35±0.00a 0.73±0.01a
400 0.42±0.01bc 0.62±0.01c 0.16±0.00c 0.27±0.00cd 0.58±0.01b
胚轴
Hypocotyl
0 0.51±0.00d 0.36±0.01bc 0.13±0.00b 0.09±0.00b 0.24±0.03c
100 0.64±0.00c 0.33±0.01d 0.15±0.00a 0.10±0.00a 0.44±0.02b
200 0.70±0.02b 0.39±0.00ab 0.15±0.00a 0.08±0.00c 0.54±0.03a
300 0.78±0.01a 0.40±0.01a 0.16±0.01a 0.10±0.00a 0.58±0.01a
400 0.73±0.00b 0.35±0.00c 0.15±0.01a 0.08±0.00c 0.56±0.02a
茄和木榄根的 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+增幅明
显高于拉关木ꎻ分别为秋茄比对照增幅 183%、
421%、194%ꎻ木榄比对照增幅 47.9%、523%、102%ꎻ
而秋茄胚轴 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+比值增幅
均要高于木榄(表 5ꎬ表 6)ꎮ 这表明在高盐处理时ꎬ
拉关木根维持 Na+ / K+、Na+ / Ca2+平衡的能力强于秋
茄和木榄ꎮ
短期低盐处理ꎬ拉关木叶中 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、
Na+ / Mg2+比值均呈下降的趋势(表 4)ꎮ 与拉关木相
比ꎬ秋茄和木榄叶中 Na+ / K+比值分别增加(23.4%
和 5.8%)ꎬ同时 Na+ / Ca2+明显提高(4.9%、11.7%)ꎬ
而 Na+ / Mg2+比值秋茄叶中较对照增幅 40%ꎬ木榄则
降低 6.9%(表 5ꎬ表 6)ꎬ表明短期低盐处理木榄叶中
提高 Mg2+含量ꎬ降低叶 Na+含量ꎮ 在高盐处理时ꎬ拉
关木叶中 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+比值均明显
增加ꎬ分别比对照增幅为 27.9%、63.2%、34.6%(表
4)ꎬ秋茄比对照分别增幅 21.6%、8.6%、46.4%(表
5)ꎬ木榄比对照分别增幅 23.4%、2.9%、11.5%(表
6)ꎮ 表明在高盐处理时ꎬ拉关木叶中 Na+ / K+、Na+ /
Ca2+均高于两种乡土红树ꎬ其原因是拉关木叶中
Na+积累要高于木榄ꎬ同时ꎬ叶中部分营养元素被
Na+取代ꎮ 秋茄和木榄能较好维持叶中的离子平
衡ꎬ尤其是 Na+ / Ca2+平衡ꎮ 而在短期低盐处理时ꎬ
拉关木叶维持 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ / Mg2+平衡能
力高于两种乡土红树ꎮ 同时ꎬ我们发现无论是短期
低盐还是高盐处理ꎬ木榄叶中维持 Na+ / Mg2+平衡能
力要高于秋茄ꎮ
2.4 盐处理对 3种红树气体交换的影响
从表 7 可以看出ꎬ低浓度 NaCl 处理(100、200
mmolL ̄1)下ꎬ拉关木净光合速率、气孔导度和蒸腾
速率均略微下降ꎬ但净光合速率下降不显著ꎻ随着盐
胁迫浓度的增加ꎬ净光合速率、气孔导度和蒸腾速率
逐渐上升ꎬ在 NaCl浓度为 400 mmolL ̄1时ꎬ净光合
速率相比对照增加了 54.1%ꎮ 而秋茄和木榄随着盐
胁迫的进行ꎬ净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均为
持续下降趋势ꎬ 最终净光合速率分别下降了 43.9%
1934期 向敏等: 引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡及光合作用的比较研究
表 3 不同浓度 NaCl处理下木榄各器官中 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl–的含量
Table 3 Contents of Na+ꎬ K+ꎬ Ca2+ꎬ Mg2+ and Cl– in the tissues of Bruguiera gymnorrhiza under NaCl treatment
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1)
Na+
(mmolg ̄1DW)
K+
(mmolg ̄1DW)
Ca2+
(mmolg ̄1DW)
Mg2+
(mmolg ̄1DW)
Cl–
(mmolg ̄1DW)
根
Root
0 0.31±0.02d 0.38±0.00d 0.50±0.05a 0.26±0.02b 0.25±0.01c
100 0.41±0.00c 0.40±0.00d 0.51±0.00a 0.26±0.01b 0.30±0.03bc
200 0.54±0.02b 0.46±0.01c 0.45±0.02a 0.37±0.03a 0.37±0.02b
300 0.70±0.02a 0.52±0.01b 0.26±0.00b 0.28±0.01ab 0.50±0.02a
400 0.68±0.02a 0.57±0.01a 0.17±0.00b 0.28±0.01ab 0.59±0.03a
茎
Stem
0 0.52±0.01c 0.39±0.01b 0.14±0.00b 0.18±0.01b 0.39±0.01a
100 0.61±0.00ab 0.41±0.01b 0.15±0.00b 0.21±0.01a 0.60±0.01b
200 0.57±0.01bc 0.46±0.01a 0.13±0.01b 0.18±0.01b 0.60±0.01b
300 0.65±0.02a 0.40±0.01b 0.19±0.01a 0.17±0.01b 0.61±0.02b
400 0.62±0.02ab 0.40±0.01b 0.10±0.00c 0.17±0.01b 0.66±0.02b
叶
Leaf
0 0.76±0.00b 0.48±0.01a 0.25±0.01bc 0.30±0.01c 0.69±0.02b
100 0.79±0.05ab 0.47±0.03a 0.24±0.01cd 0.34±0.03bc 0.77±0.06b
200 0.91±0.01a 0.48±0.00a 0.37±0.00a 0.42±0.00a 1.01±0.01a
300 0.89±0.01a 0.47±0.00a 0.27±0.00b 0.40±0.01ab 0.91±0.01a
400 0.84±0.00ab 0.43±0.01a 0.22±0.01d 0.30±0.01c 0.98±0.01a
胚轴
Hypocotyl
0 0.44±0.00d 0.08±0.00c 0.17±0.00a 0.08±0.00a 0.14±0.01b
100 0.55±0.01a 0.08±0.00c 0.17±0.00a 0.09±0.00a 0.16±0.03b
200 0.49±0.01c 0.15±0.00ab 0.17±0.01a 0.08±0.00a 0.21±0.01ab
300 0.53±0.01ab 0.16±0.00a 0.17±0.01a 0.09±0.00a 0.24±0.01a
400 0.51±0.01bc 0.14±0.01b 0.17±0.01a 0.09±0.00a 0.27±0.02a
表 4 不同 NaCl处理下拉关木各器官中
盐分与营养元素的相对积累
Table 4 Relative accumulation of salt and nutrient elements in
Laguncularia racemosa under different concentrations of NaCl
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1) Na
+ / K+ Na+ / Ca2+ Na+ / Mg2+
根
Root
0 0.82±0.02c 2.46±0.05c 1.72±0.20d
100 0.89±0.01b 1.66±0.02d 1.12±0.03e
200 0.91±0.01b 2.12±0.12cd 2.95±0.05c
300 0.90±0.01b 4.29±0.11b 3.38±0.03b
400 1.00±0.01a 6.47±0.28a 4.20±0.05a
茎
Stem
0 0.89±0.05c 8.74±0.99ab 3.40±0.10c
100 0.85±0.01c 9.07±0.36ab 3.31±0.03c
200 1.27±0.02a 10.06±0.32a 4.86±0.20a
300 0.88±0.03c 7.51±0.96b 3.43±0.06c
400 1.09±0.03b 7.53±0.51b 4.35±0.06b
叶
Leaf
0 0.79±0.02b 0.91±0.03c 0.47±0.02d
100 0.76±0.01b 0.89±0.00c 0.43±0.01d
200 1.04±0.07a 1.39±0.05a 0.77±0.04a
300 0.85±0.01b 1.08±0.03b 0.53±0.00c
400 1.01±0.04a 1.48±0.03a 0.63±0.00b
和 35.6%ꎮ 从净光合速率变化可以看出拉关木比秋
茄和木榄能耐受更高的盐度ꎮ
3 讨论
3种红树植物各器官在盐分积累的数量上存在
差异ꎮ 红树植物可以通过根系的拒盐能力来减少根
系对盐离子的吸收ꎬ从而减少地上部分对盐离子的
积累ꎬ减少盐离子对植物的伤害(王文卿和林鹏ꎬ
2003)ꎮ 高盐胁迫下ꎬ拉关木根中 Na+和 Cl–增幅明
显低于秋茄和木榄ꎬ表明拉关木拒盐的能力高于秋
茄和木榄ꎬ这也是拉关木能在高盐环境中生存的原
因之一ꎮ 秋茄根、茎、叶、胚轴中 Na+的增幅明显高
于木榄ꎬ我们之前的研究表明在 400 mmolL ̄1NaCl
处理下ꎬ木榄的木质部汁液中的 Na+含量增加幅度
小于秋茄ꎬ说明木榄具有比秋茄更强的拒盐能力ꎬ能
限制 Na+从根部运输到地上部分(李妮亚ꎬ2008)ꎬ减
少 Na+从根部至叶的转运ꎬ从而减少叶子中的 Na+含
量ꎻ而秋茄能将大量的 Na+储存在胚轴中ꎬ减少了叶
中 Na+的积累ꎬ 提高了秋茄对 NaCl的耐受性(Lawton
293 广 西 植 物 36卷
表 5 不同 NaCl处理下秋茄各器官中
盐分与营养元素的相对积累
Table 5 Relative accumulation of salt and nutrient elements
in Kandelia obovata under different concentrations of NaCl
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1) Na
+ / K+ Na+ / Ca2+ Na+ / Mg2+
根
Root
0 0.59±0.01d 1.23±0.05e 1.02±0.04e
100 1.04±0.01c 2.10±0.02c 1.35±0.05d
200 1.07±0.02c 1.67±0.01d 1.55±0.05c
300 1.50±0.03b 4.15±0.10b 1.98±0.05b
400 1.66±0.01a 6.42±0.12a 2.99±0.04a
茎
Stem
0 0.61±0.01d 3.54±0.23b 1.74±0.09d
100 0.73±0.03c 3.23±0.13b 2.14±0.12c
200 0.63±0.02d 3.23±0.20b 2.39±0.07c
300 0.93±0.01a 4.61±0.23a 2.66±0.07b
400 0.84±0.01b 4.48±0.06a 2.96±0.04a
叶
Leaf
0 0.56±0.00c 2.46±0.02c 1.08±0.02c
100 0.69±0.04b 2.58±0.04ab 1.51±0.12ab
200 0.59±0.01c 1.34±0.03d 1.47±0.01b
300 0.85±0.02a 2.53±0.06bc 1.69±0.04a
400 0.68±0.01b 2.67±0.03a 1.57±0.01ab
胚轴
Hypocotyl
0 1.40±0.02d 3.78±0.07c 5.73±0.03e
100 1.97±0.03b 4.27±0.10b 6.44±0.06d
200 1.81±0.03c 4.60±0.09ab 8.69±0.06b
300 1.94±0.03b 4.98±0.22a 7.63±0.09c
400 2.06±0.01a 4.72±0.20ab 9.05±0.13a
et alꎬ 1981)ꎮ 本研究结果表明ꎬ盐处理下ꎬ秋茄叶
片中的 Cl-增幅远大于木榄和拉关木ꎬ这可能是秋
茄在盐胁迫下净光合速率下降的原因ꎮ
本研究中ꎬ3 种红树植物对盐离子和营养元素
的相对吸收状况在不同盐处理下存在差异ꎬ秋茄和
木榄在短期盐处理下ꎬ根系 Na+ / K+增加幅度远大于
拉关木ꎬ尽管短期盐胁迫下ꎬ拉关木根系 Na+含量增
加ꎬ但是拉关木根系的 K+浓度较高ꎬ所以根系中
Na+含量的增加没有引起拉关木 Na+ / K+的变化ꎬ因
此ꎬ在短期盐胁迫下ꎬ拉关木能够较好地维持体内的
Na+ / K+平衡ꎮ 拉关木根 Na+ / Ca2+与 Na+ / Mg2+呈明
显降低ꎬ表明拉关木根在短期盐胁迫时积累 Ca2+、
Mg2+能力高于秋茄和木榄ꎬ在短期盐胁迫时ꎬ拉关木
根可控制 Na+向地上输送ꎬ较好地维持拉关木叶中
的离子平衡(拉关木叶中 Na+ / K+、Na+ / Ca2+、Na+ /
Mg2+比值均也呈下降的趋势)ꎮ Chen et al (2001)
发现ꎬ耐盐胡杨在盐胁迫下能维持叶片中的Ca2+
表 6 不同 NaCl处理下木榄各器官中
盐分与营养元素的相对积累
Table 6 Relative accumulation of salt and nutrient elements in
Bruguiera gymnorrhiza under different concentrations of NaCl
组织
Tissue
NaCl
(mmolL ̄1) Na
+ / K+ Na+ / Ca2+ Na+ / Mg2+
根
Root
0 0.81±0.04d 0.63±0.03d 1.19±0.09c
100 1.03±0.01c 0.81±0.00d 1.58±0.07b
200 1.16±0.02b 1.20±0.06c 1.48±0.17bc
300 1.34±0.02a 2.68±0.03b 2.48±0.08a
400 1.19±0.05b 3.90±0.16a 2.41±0.11a
茎
Stem
0 1.32±0.03c 3.61±0.04c 2.93±0.06c
100 1.48±0.01b 4.20±0.12b 2.89±0.06c
200 1.23±0.01d 4.40±0.12b 3.18±0.06b
300 1.63±0.02a 3.51±0.16c 3.71±0.08a
400 1.58±0.02a 6.22±0.29a 3.76±0.11a
叶
Leaf
0 1.60±0.04c 3.00±0.02c 2.49±0.11b
100 1.69±0.02b 3.35±0.18b 2.32±0.07bc
200 1.91±0.02a 2.46±0.05d 2.17±0.04c
300 1.88±0.02a 3.26±0.04bc 2.22±0.03c
400 1.97±0.03a 3.81±0.07a 2.78±0.05a
胚轴
Hypocotyl
0 5.69±0.07b 2.56±0.02d 5.30±0.16c
100 6.74±0.07a 3.21±0.09a 6.29±0.08a
200 3.33±0.06d 2.87±0.08c 5.81±0.03b
300 3.40±0.04d 3.09±0.10ab 6.18±0.04a
400 3.61±0.09c 2.93±0.03bc 5.75±0.04b
和 Mg2+的含量ꎮ 本研究在高盐胁迫下ꎬ3 种红树根
中 Na+ / K+、Na+ / Ca2+与 Na+ / Mg2+都显著提高ꎬ比值
的提高来自于两方面ꎬ即组织中 Na+的增加与营养
元素水平的降低ꎮ 然而ꎬ拉关木 Na+ / K+、Na+ / Ca2+
与 Na+ / Mg2+比值的提高远低于秋茄和木榄(木榄
Na+ / Mg2+除外)ꎮ 这表明在高盐处理时ꎬ拉关木根
维持 Na+ / K+、Na+ / Ca2+平衡的能力强于秋茄和木
榄ꎮ 相对于 Na+ꎬ拉关木增强了根中 K+、Ca2+、Mg2+
的积累ꎬ尤其是对 K+积累ꎬ根系拒 Na+能力较强ꎮ
一般认为ꎬK+对植物抵抗盐胁迫具有重要的作用ꎬ
高浓度 Na+能够导致植物组织中的 K+含量降低ꎬ对
植物造成伤害(Shabala & Cuinꎬ 2008)ꎮ 因此ꎬ能否
维持体内的 K+ / Na+平衡是检验植物耐盐性的重要
依据ꎮ
在盐胁迫下ꎬ秋茄根系 Na+与营养元素的比例
显著增加ꎬ说明相对于 Na+而言ꎬ秋茄减少了 K+、
Ca2+与 Mg2+积累ꎮ 鲁彦君(2013)研究表明: 无论是
3934期 向敏等: 引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡及光合作用的比较研究
表 7 不同 NaCl处理下 3种红树气体交换参数
Table 7 Gas exchange parameters of the three mangroves
under different concentrations of NaCl
树种
Species
盐处理
浓度
Concentration
of NaCl
(mmol
L ̄1)
净光合速率
Pn
(μmol
m ̄2s ̄1)
气孔导度
Gs
(mmol
m ̄2s ̄1)
蒸腾速率
Tr
(mmol
m ̄2s ̄1)
拉关木
Laguncularia
racemosa
0 2.37±0.06b 0.11±0.01a 2.29±0.32ab
100 2.04±0.46b 0.07±0.01b 1.44±0.04c
200 1.85±0.05b 0.09±0.01ab 1.42±0.03c
300 3.22±0.13a 0.11±0.02a 2.41±0.26a
400 3.65±0.14a 0.09±0.00ab 1.81±0.04bc
秋茄
Kandelia
obovata
0 7.87±0.83a 0.19±0.03a 3.26±0.19a
100 7.25±0.14a 0.17±0.00a 3.29±0.02a
200 6.60±0.05ab 0.16±0.02a 3.66±0.00a
300 5.55±0.30bc 0.16±0.02a 3.29±0.36a
400 4.41±0.62c 0.09±0.01b 1.97±0.16b
木榄
Bruguiera
gymnorrhiza
0 6.95±0.17a 0.18±0.00a 2.64±0.19a
100 4.82±0.02b 0.19±0.00a 1.91±0.00bc
200 4.19±0.00b 0.15±0.01b 1.73±0.00c
300 3.91±0.57b 0.13±0.01c 2.05±0.00b
400 4.48±0.42b 0.12±0.00c 2.08±0.00b
低盐处理还是高盐处理ꎬ木榄根要比秋茄根更具有
调控 K+ / Na+平衡的能力ꎮ 其原因是:(1)木榄根尖
排 Na+能力高于秋茄ꎻ(2)短期与长期盐胁迫还诱导
了木榄和秋茄 K+外排ꎬ但秋茄 K+外排流速更大ꎬ用
抑制剂实验证实了 Na+外排的原因是 Na+的主动跨
膜运输ꎮ 木榄具有比秋茄更高的 Na+ / H+逆向转运
蛋白活性ꎬ在盐胁迫下ꎬ能更有效地将 Na+排出体
外ꎬ从而减少细胞中 Na+的积累(Lu et alꎬ 2013)ꎮ
本研究结果显示ꎬ高盐胁迫下ꎬ秋茄根 Na+ / K+增幅
183%ꎬ而木榄增幅 47.9%ꎬ且木榄保持地上部较低
Na+含量ꎬ表明了秋茄根拒 Na+能力要低于木榄ꎮ
在高浓度的盐环境下ꎬ耐盐植物可以通过抑制
根系 Na+的吸收来防止植物体内 Na+的过量积累
(Maathuis & Amtmannꎬ 1999)ꎮ 本研究表明ꎬ在高
浓度的 NaCl处理时ꎬ拉关木根有效限制 Na+吸收或
者拉关木根存在有效的排 Na+机制ꎬ即质膜 Na+ / H+
逆向转运蛋白活性是否增强ꎬ需要进一步的研究ꎮ
拉关木根更有效积累大量的 K+ꎮ K+是植物进行渗
透调节物质、调节酶活性等一系列重要生理活动的
必需元素ꎬ植物是否能有效维持 K+ / Na+平衡ꎬ是判
断植物耐盐能力的重要依据(Zhuꎬ 2003)ꎮ 红树植
物可以通过减少 Na+的吸收ꎬ促进 K+的吸收来维持
植物体内的 K+ / Na+平衡ꎬ从而提高植物的耐盐性
(鲁彦君ꎬ2013)ꎮ
拉关木在低盐时 Na+ / Ca2+降低ꎬ即使在高盐胁
迫 Na+ / Ca2+增幅要低于秋茄和木榄ꎮ 曾有研究表
明外源高浓度的 Ca2+可以提高植物的耐盐性ꎬ这种
Ca2+对盐胁迫的缓解机理在于 Ca2+抑制了细胞质膜
上非选择性阳离子通道(VI ̄NSCCs)的开放ꎬ从而阻
止了 Na+的进入(Demidchik et alꎬ 2002ꎻ Tester &
Davenportꎬ 2003)ꎮ Shabala et al(2006)发现在盐胁
迫下ꎬ外源 Ca2+能够抑制 K+通道ꎬ从而减少 K+的流
失ꎬ缓解了盐胁迫对植物的伤害ꎮ
短期盐处理均降低 3 种红树净光合速率、气孔
导度、蒸腾速率ꎮ 王瑞刚(2007)研究表明ꎬ在 NaCl
处理的初始阶段ꎬ胡杨叶的气孔关闭ꎬ导致了净光合
速率和蒸腾速率的快速下降ꎬ认为导致胡杨光合速
率下降的原因不是 Na+的离子毒害ꎬ而是根部的信
号作用ꎮ 我们之前实验也表明秋茄根系在盐胁迫的
初期就能促使植物分泌合成 ABA(Li et alꎬ 2009)ꎮ
随着盐浓度的增加秋茄净光合速率、气孔导度、蒸腾
速率降低的幅度均大于木榄ꎬ可能是秋茄在盐胁迫
下产生了更多的信号物质ꎬ使得气孔关闭ꎬ进而减少
了水分和离子的运输(Chen et alꎬ 2002)ꎮ 而在高盐
处理时拉关木净光合速率相比对照增加了 54.1%ꎬ
之前研究也表明ꎬ在生境盐浓度逐渐升高的环境下ꎬ
拉关木幼苗具有比海桑属植物更高的光合能力(韩
淑梅等ꎬ2010)ꎮ 在高盐处理时ꎬ拉关木叶能够维持
更高的 Fv / FmꎬFv / Fm反映了植物的潜在最大光合
能力(秦梅等ꎬ2014)ꎬ盐胁迫下拉关木 PSⅡ的原初
光能转换效率没有受到明显的影响ꎬ同时在高浓度
NaCl处理下ꎬ拉关木能上调抗氧化酶的活性ꎬ减小
了盐胁迫引起的膜酯过氧化(陈坚等ꎬ2013)ꎬ保持
高的光合速率ꎮ 表明拉关木是耐高盐度的速生树
种ꎬ并能在原生境海水盐度达 45‰的海滩中生长
(钟才荣等ꎬ2011)ꎮ
本研究中ꎬ高盐胁迫引起秋茄和木榄光合速率
分别下降了 43.9%和 35.6%ꎬ同时ꎬ秋茄叶中积累的
NaCl要高于木榄ꎬBall & Anderson(1986)发现ꎬ红树
植物 PSⅡ对 NaCl的反应很敏感ꎬ因此 Na+的大量积
累会造成 PSⅡ的损伤ꎮ 盐胁迫下ꎬNa+在植物叶肉
细胞中的区隔化的差异可能是两种红树光合作用受
抑制测度不同的原因ꎬ在高盐胁迫下ꎬ木榄叶肉细胞
中的 Na+含量要显著高于叶绿体ꎬ而秋茄叶肉细胞
493 广 西 植 物 36卷
与叶绿体中的 Na+含量没有差异(李妮亚ꎬ2008)ꎮ
李林锋等(2015)研究表明ꎬ自然条件下ꎬ秋茄表观
量子效率(AQY)要高于木榄ꎬ表明秋茄叶片的光能
利用效率较大ꎬ对弱光的利用能力也较强ꎬ这与我们
研究有不同之处ꎬ可能是幼苗和成年树的差异ꎮ
综上所述ꎬ高盐处理时ꎬ拉关木根大量吸收营养
离子ꎬ尤其是吸收 K+ꎬ限制 Na+的吸收ꎬ较好维持根
的离子平衡ꎮ 而高盐处理时ꎬ拉关木叶中 Na+ / K+、
Na+ / Ca2+与 Na+ / Mg2+增幅均要高于两种乡土红树ꎬ
但拉关木仍能在较高盐生境中正常生长ꎬ可能存在
更有效的离子平衡的方式ꎬ即拉关木叶可能有泌盐
的功效或叶的离子区隔化的能力较强ꎬ以至于在高
盐生境中ꎬ能维持较高的光合速率ꎬ表明拉关木比乡
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