NaCl胁迫下湿地植物的形态变化及其对生理应激的影响.pdf

山东农业大学学报(自然科学版),2023,54(3):373-377VOL.54 NO.3 2023Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2023.03.006NaCl 胁迫下湿地植物的形态胁迫下湿地植物的形态变化变化及及其对其对生理应激的影响生理应激的影响黄 珂百色学院农业与食品工程学院,广西 百色 533000摘摘 要要:本文旨在探索以钠离子为代表的金属离子胁迫下湿地植物的形态及其生理应激的影响，使用复合人工湿地实验设备对人工湿地环境进行模拟，选择菖蒲（Acorus calamus）和白掌（Spathiphyllum kochii）的高度和外观因素，以及生理应激因素如含水量、脯氨酸、叶绿素、丙二醛和总抗氧化能力等进行分析。研究结果表明，NaCl 胁迫下菖蒲和白掌逐渐出现枯黄、落叶甚至枯死现象，其叶绿素含量随时间变化而逐渐减少。同时，NaCl 胁迫打破了植物的渗透平衡，出现了膜脂过氧化现象。与菖蒲相比，白掌更能抵御 NaCl 胁迫，具有更为优秀的总抗氧化能力。从人工湿地类型角度来看，填料床深度为 0.6 m 的人工湿地（0.6-SX）中生长态势最优，更能抵御 NaCl 胁迫。当 NaCl浓度为 1%时，能够打破植物对于 NaCl 胁迫的承受阙值，对其形态及生理产生严重影响。关键词关键词:NaCl 胁迫;湿地植物;应激反应中图法分类号中图法分类号:Q945.79文献标识码文献标识码:A文章编号文章编号:1000-2324(2023)03-0373-05The Morphological Variation and the Effects of NaCl Stress onPhysiological Stress of Wetland PlantsHUANG KeCollege of Agriculture and Food Engineering/Baise University,Baise 533000,ChinaAbstract:To explore the effects of metal ion stress,especially sodium ions,on the morphology and physiological stresscharacteristics of wetland plants.It simulated the artificial wetland environment using composite artificial wetlandexperimental equipment,and selected Acorus calamus and Spathiphyllum kochii as the research targets.It includes plantmorphological indicators such as height and appearance factors,as well as physiological stress indicators such as watercontent,proline content,chlorophyll content,malondialdehyde content,and total antioxidant capacity.The research resultsfound that under NaCl stress,Acorus calamus and Spathiphyllum kochii gradually showed signs of yellowing,falling leaves,and even withering.The chlorophyll content gradually decreases over time.At the same time,NaCl stress disrupted theosmotic balance of plants,leading to membrane lipid peroxidation.Compared with Acorus calamus,Spathiphyllum kochii ismore resistant to NaCl stress and has better total antioxidant capacity.From the perspective of artificial wetland types,theartificial wetland(0.6-SX)with a filling bed depth of 0.6m has the best growth trend and is more resistant to NaCl stress.When the NaCl concentration is 1%,it can break the threshold of plant tolerance to NaCl stress,and have a serious impact onits morphology and physiology.Keywords:NaCl stress;wetland plants;stress reaction人工湿地是一种可去除污染物的生态系统，多用于处理生活废水和工业废水等。该技术有一定的优越性，如成本较低、操作简单、具有可持续发展等特点1。随着社会经济的飞速发展，我国部分水体营养盐失去平衡而出现富营养化的问题，从而出现水质污染现象。同时，部分工业企业如纺织企业等排放的含盐污废水日益增加。废水中的高盐度具有高度的生物不可降解性，会对人工湿地的内部生态产生负面影响。高度的钠盐和钙盐会对人工湿地中植物、动物和微生物等产生严重损害，出现盐胁迫现象，从而影响人工湿地的生态环境正常发展2。本研究主要分析钠盐离子胁迫下湿地植物的形态变化，包括高度、外观等生长特性变化，以及生理应激特征变化，重点探索研究钠盐离子变化对人工湿地生态环境的影响，从而为未来人工湿地的环境设计和环境优化提供有效参考。1研究方法研究方法1.1实验环境实验环境1.1.1 人工湿地环境模拟 本实验于 2022年 10 月于百色学院实验室进行。使用复合人工湿地实收稿日期收稿日期:2022-10-05修回日期修回日期:2022-12-12作者简介作者简介:黄 珂(1980-),男,理学硕士,讲师,主要研究方向:植物资源调查研究.E-mail:374山东农业大学学报(自然科学版)第 54卷验设备对人工湿地环境进行模拟。共设置 3 种潜流湿地，填料床分别为深度为 0.1 m 的陶瓷珠人工湿地（0.1-T）、深度为 0.1 m 塑料珠的人工湿地（0.1-S）以及深度为 0.6 m 的砾石（0.5 m）和细沙（0.1 m）的人工湿地（0.6-SX）。人工湿地采用一次性进水的方式，停留 5 d 后统一出水并进行取样检测。实验开展期间，平均温度保持在 25.0 左右，平均湿度为 49.6%。1.1.2 水质模拟 本实验将依照生活污水的污染物浓度，进行污水水质模拟。其中 TOC 含量为 118.9mg/L，PO43-P 含量为 4.9 mg/L，NH4+-N 含量为 30 mg/L，NO3-N 含量为 30 mg/L。依照 Vymazal J和 Gorai M 等3,4对于盐废水测试研究的梯度方法，将本实验的 NaCl 质量分为 0%、0.5%和 1%。1.2研究对象研究对象本实验研究对象选择菖蒲（Acorus calamus）和白掌（Spathiphyllum kochii）。其中，菖蒲为多年生草本植物，在人工湿地中种植较多。该植物不喜阳光，环境适应性较强、生长速度较快，具有较高的观赏价值。白掌为多年生常绿草本观叶植物，在人工湿地中种植较少。该植物忌强烈的阳光直射，叶片较大、繁殖能力强、培育简单、同样具备较高的观赏价值。1.3样本测定及分析方法样本测定及分析方法1.3.1 形态指标测量 植物的株高和根长等生长指标使用卷尺测量。植物外观使用观察法，其等级判断采取金荷仙等的方法5。植物干重的测定方法是将样本剪碎并在 80 的温度下烘 30 min 后，再烘干至 105 称重。含水率的计算公式如下：含水率=植物干重/鲜重(1)1.3.2 生理指标测量 植物叶绿素测定使用叶绿素仪获得结果。植物丙二醛测定使用试剂盒获得结果。植物脯氨酸将采用样本制成脯氨酸提取液并进行含量计算。计算公式为：21mVXVFAS,(2)其中：X 为标准曲线中查得的脯氨酸含量，V1为脯氨酸提取液的体积，m 为样本的鲜重，V2为测量时脯氨酸提取液的体积。1.4数据处理数据处理实验获得数据使用 SPSS 24.0进行处理和分析。2结果与分析结果与分析2.1NaCl 胁迫下植物形态变化结果胁迫下植物形态变化结果2.1.1 高度变化结果 钠盐胁迫对植物高度具有直接的影响，结果见下表 1。当 NaCl 浓度为 0%时，3个人工湿地环境中的菖蒲均随时间变化而长高。当 NaCl 浓度为 0.5%时，0.1-T 和 0.1-S 人工湿地中菖蒲高度均在 60 cm 至 70 cm 中间变化。当 NaCl 浓度为 1%时，0.1-T 和 0.1-S 人工湿地中菖蒲随时间变化逐渐降低。在 0.6-SX 人工湿地中，菖蒲在 3 种浓度 NaCl 胁迫下均随时间变化生长，但是增速逐渐放缓。与此相比，白掌无论在 3 种浓度 NaCl 胁迫下还是在 3 种人工湿地类型中表现的生长变化并不大。这表明 NaCl 离子对于白掌生长抑制较小。表表 1 NaCl 胁迫胁迫下植物高度变化结果下植物高度变化结果/cmTable 1 Plant height change results under NaCl stress天数Days0.6-SX0.1-T0.1-SA-0 A-0.5 A-1S-0 S-0.5 S-1A-0 A-0.5 A-1S-0 S-0.5 S-1A-0 A-0.5 A-1S-0 S-0.5 S-1045515232302558655136362562636142403575660603131265961523435336868623635371458656130282860605135343072655537363621596862313226685848363531756248383738286070633231257260463736327668553938372.1.2 外观变化 使用观察法对菖蒲和白掌外观变化进行归纳总结，并依据金荷仙等的方法进行等级评定（表 2）。发现随着 NaCl 离子浓度的增加，其叶片枯黄的现象越发严重，恶化症状出现时间第 3 期黄 珂:NaCl 胁迫下湿地植物的形态变化及其对生理应激的影响375也越快，植株枯死越早。同时，在同等浓度 NaCl 胁迫下，菖蒲出现恶化症状的时间比白掌要早。三个人工湿地类型中，0.1-T 和 0.1-S 人工湿地种植的菖蒲和白掌出现恶化症状出现的时间要早于0.6-SX 人工湿地。这表明菖蒲和白掌在 0.6-SX 人工湿地中抵抗 NaCl 胁迫的能力要优于其他两种人工湿地类型。表表 2 NaCl 胁迫下植物外观变化登记评测结果胁迫下植物外观变化登记评测结果Table 2 Evaluation of plant appearance degree changes under NaCl stress0.1-T/0.1-S 菖蒲等级 Degree of Acorus calamus0.1-T/0.1-S白掌等级 Degree of Spathiphyllum kochii胁迫时间3 d7 d12 d18 d23 d28 d3 d7 d12 d18 d23 d28 d0%NaC1000001