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user: 4. 讨论 4.1. 碱胁迫因素的作用机制 中国东北松嫩平原的土壤基质根据含盐分的主要种类不同分为盐土和碱土。其中以NaHCO 3 和Na 2 CO 3 为主的土壤，称为碱土。NaCl和Na 2 SO 4 为主的土壤，称为盐土，而绝大多数土壤中，这两大类盐常常混合存在，故习惯上也称为盐碱土 [ 15 ] 。碱性盐作用因素要比单纯的中性盐的作用复杂得多。碱性盐NaHCO 3 、Na 2 CO 3 的作用因素中则要在盐胁迫的基础上又加上pH值的双重影响。当植物根系外环境中的pH值升高，轻者破坏根系的生理功能，重者使根细胞解体导致根系结构破坏；同时，也使各种矿质离子的存在状态发生改变 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。高pH值对植物的胁迫作用往往比离子毒害、渗透作用更强烈更复杂。由于构成原生质蛋白质是两性电解质，pH值的直接影响是植物对土壤溶液中阴阳离子的吸收状况，在弱酸性条件下根细胞蛋白质中的氨基酸带正电荷，因而易于吸收外界溶液的阴离子；在弱碱条件下氨基酸带负电荷，所以易于吸收外界溶液的阳离子；间接影响是不同的pH值对不同离子的溶解状况不同。同时，不同的pH值对酶活性会有很大的影响，当pH值高于酶的适应范围时，影响代谢的某个关键环节，从而影响整个新陈代谢的顺利进行；而且不适宜的pH值还影响到土壤微生物的活动情况，使根际周围的微生物环境发生变化 [ 20 ] 。为了避免自然条件下是多种因素的同时作用，有些条件又无法控制的情况下，所以针对碱胁迫的作用因素在可控制条件下来进行实验。 植物在遭受碱胁迫时，除了渗透胁迫和离子毒害两个方面 [ 21 ] 还涉及到高pH胁迫。植物根环境的高pH值不仅能够造成根周围矿质营养状况及氧气供应能力的严重破坏，而且还会直接破坏根细胞的结构与功能，导致植物根系周围和细胞内离子不平衡，干扰代谢。植物要适应碱胁迫就必须付出更多的物质和能量，因此碱胁迫对生长的抑制作用往往更为严重。 4.2. 碱胁迫对幼苗生长的抑制作用 生物量是植物对盐碱胁迫反应的综合体现，也是植物耐盐碱性的直接指标，生长量植物抗盐碱性是一种综合性状的表现 [ 20 ] [ 21 ] 。本研究结果表明，从燕麦的地下与地上的长度比值可以知道，在碱胁迫下，地下部分直接与碱接触，直接受到碱的伤害。在低浓度时，刺激地下部分的生长，高浓度碱对根的胁迫程度加重，根的生长受到的抑制程度加重。地上与地下比值下降且有显著的差异。说明燕麦地上、地下部分对盐碱胁迫的敏感程度不同。地下与地上比值越小，说明适应盐胁迫的能力越弱，即耐盐性越低。随pH值的增大，地下与地上比值逐渐减小。在盐碱的胁迫下燕麦的策略通过改变地上和地下部分的比例来适应胁迫环境。幼苗生长是种子植物生长发育的关键时期，是生命活动变化较强烈的一个时期 [ 20 ] 。种子植物生活在盐碱地上，其生活史中幼苗期，是迈进成体的关键时期。只有这阶段在与环境斗争中胜利才能使植物在环境中生存下去。低强度盐碱处理能够促进燕麦幼苗生长，而高pH值对燕麦幼苗有显著的抑制作用(P < 0.01)。 通常可以采用存活率来反应环境对植物幼苗的选择情况。碱性盐胁迫对植物的正常生长有抑制作用，不同强度碱对燕麦的影响不同，高浓度的碱性盐胁迫超过了植物的适应阈值。能危及植物的生存。不同植物的耐盐碱能力不同，同一植物不同生育期耐盐碱能力也不同，本实验的结果表明：在盐碱的胁迫下，存活率随盐浓度的增高和pH值的增大而下降。碱强度的增大对存活率的影响更明显(P < 0.01)。 4.3. 碱胁迫对燕麦幼苗生长过程中含水量、脯氨酸含量变化 在氨基酸中以脯氨酸的渗透调节作用最有效，在胁迫条件下不论是低等植物，还是高等植物，不论盐生植物，还是非盐生植物，都有脯氨酸的积累 [ 22 ] 。在碱胁迫下，燕麦以提高体内脯氨酸的含量变化来适应碱胁迫环境。植物体内脯氨酸积累越多，说明植物体的渗透调节能力就越强，对不良环境的抵抗力增强。与用不同浓度Na 2 CO 3 处理羊草，体内游离脯氨酸含量均高于对照，胁迫强度不同，脯氨酸积累量先增后减的结果不完全一致 [ 7 ] 。以羊草和向日葵幼苗得出游离脯氨酸含量变化逐渐增加；碱性盐所独有的胁迫因素是高pH值，Na 2 CO 3 对植物的主要胁迫因素是高pH值而不是渗透胁迫和离子毒害 [ 5 ] [ 9 ] [ 23 ] ，植物对环境高pH的适应方式之一是在体内积累具有缓冲作用的酸性代谢物(如有机酸、柠檬酸、脯氨酸等)进行体内pH调节，这种调节过程是一个耗能的过程，它虽然能降低胞内pH值，但也抑制了植物的生长，用Na 2 CO 3 胁迫对星星草幼苗游离氨基酸含量随盐浓度的增加而增加 [ 20 ] 。本实验中脯氨酸的浓度随胁迫强度的加强而增加，处理组中燕麦幼苗的脯氨酸含量均大于对照，随着pH值的升高，脯氨酸含量升高，且在高pH值高浓度时，这种胁迫效应明显增强且差异极显著(P < 0.01)，说明植物体的渗透调节能力增强。对不良环境的抵抗力增强 [ 9 ] 。与石德成等用混合盐碱胁迫羊草、向日葵、高粱、小麦等脯氨酸含量变化规律相符。 植物细胞的原生质是由质膜包被着的，质膜是外界盐分进入细胞的第一道屏障，植物有机体的活性部分最先接触到盐胁迫的就是质膜。质膜受到盐碱胁迫影响后，将发生一系列的胁变，其透性将增大，从而导致溶质的渗漏，并进一步影响细胞代谢。 植物细胞质膜的透性能够直接反映植物细胞对细胞内环境的稳定能力和对外界环境变化的适应与抵御的能力，是抗渗透胁迫的主要生理指标之一。本实验中随碱性增大电导率上升，与碱性盐单独胁迫作用特点相似 [ 24 ] [ 25 ] 。同时与混合盐碱胁迫星星草、高粱、小麦、小冰麦的结果一致 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。说明盐浓度增大对膜的损伤程度增大，当盐浓度相同时pH值越大对膜的损伤越大。细胞膜的相对渗透率与对照相比差异显著(P < 0.01)；处理液pH值越高，相对渗透率越高，而且在不同处理组间(即不同pH值)差异显著(P < 0.01)。 4.4. 碱胁迫对燕麦幼苗色素含量的变化 光合作用是植物生长发育的生理基础，叶绿素含量是反映植物光合作用强度的生理指标。在盐胁迫下，由于水分的亏缺、矿质营养不良和能量不足造成植物体生理过程受到干扰，细胞膜系统包括与光合作用相关的膜结构被破坏，从而直接或间接地影响到叶绿素含量，造成植物光合强度降低，最终植物因不能从光合作用中获取足够的物质和能量而使生长受到抑制，甚至因饥饿致死。一般叶绿素a有利于吸收长波光，叶绿素b有利于吸收短波光。当叶绿素(a/b)比值减少时，能提高叶片光合活性。 4.5. 碱胁迫对燕麦幼苗体内无机离子的变化 随着胁迫强度的增加，燕麦叶中Na + 显著增加(P < 0.05)，K + 含量显著下降(P < 0.05)。尤其是在碱胁迫下变化更大，许多盐生植物的Na + /K随胁迫强度的增加而增高，碱胁迫下的更高，可能是高pH胁迫干扰了K + -Na + 的选择性吸收，从而导致细胞内K + -Na + 不平衡 [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 。Ca 2+ 在两种胁迫下变化相似，均呈缓慢下降趋势，通常盐胁迫下也会抑制植物对Ca 2+ 等阳离子的吸收 [ 26 ] 。 随着胁迫强度的增加， Cl − 含量、 SO 4 2 − 均有增加趋势， NO 3 − 、 碱胁迫下显著降低。盐生植物在盐胁迫下通常会积累无机阴离子 Cl − ， NO 3 − ， 和 来保证阴阳的离子平衡 [ 28 ] [ 29 ] ，而本研究结果大量积累了 Cl − 、 SO 4 2 ，表明燕麦与盐生植物耐盐机制有所不同。高碱胁迫下，会显著抑制盐生植物 NO 3 − 和 H 2 PO 4 − 阴离子的吸收 [ 28 ] ，但本实验结果显示显著抑制 NO 3 − 和 H 2 PO 4 − 阴离子积累，表明碱胁迫在燕麦和盐生植物对阴离子种类的抑制上基本相同。 4.6. 碱胁迫对燕麦幼苗体内pH值和有机酸的变化 植物维持组织内环境的pH稳定是代谢正常进行的必要条件。一般情况下，不管外界环境的pH值如何改变，只要植物能够适应环境，其体内的pH值应该相对稳定。本实验中地上部分组织内环境的pH值保持稳定，根组织内环境pH值在外界环境超过10.11时，组织内环境的pH值增加，破坏内环境的平衡(见图6(C))。可能会导致植株死亡。 有机酸含量碱胁迫下显著增加(P < 0.05)在Na 2 CO 3 胁迫时，是对照的1.8倍，比NaHCO 3 、胁迫高出1.3倍(见图6(C))。有机酸通常在植物体内以有机阴离子形态存在，不但可以中和过量的阳离子 [ 28 ] ，而且可以补偿由于植物营养缺乏和重金属胁迫造成的阴离子大量代谢而造成的负电荷亏缺 [ 29 ] 。燕麦为了解决碱胁迫下造成的过量的Na + 积累和无机阴离子亏缺(见图4(A)、见图5)等问题，采取了大量积累有机酸的响应措施。因此，碱胁迫下的有机酸大量积累可能是对高pH胁迫的一种特殊响应机制。 4.7. 燕麦耐碱机制 高pH胁迫是碱胁迫的关键所在，植物若要在碱化土地上生存，不仅要在根外进行微环境的pH调节，还必须在细胞内进行pH调节以保持正常新陈代谢及离子的相对平衡。植物可能通过根系分泌H + 、有机酸以及呼吸放出CO 2 等途径实现根外微环境的pH调节 [ 25 ] 。而细胞内的pH调节可能主要通过在液泡中大量积累有机酸来实现 [ 9 ] 。在碱胁迫下燕麦在细胞内积累大量的有机酸不但弥补无机阴离子亏缺而调节细胞内pH，还有可能被运输到根部用于根外pH调节，因此，可以认为体内大量积累有机酸是燕麦对碱胁迫的特殊而积极的生理响应之一。 碱胁迫对光合色素和膜系统的严重伤害说明碱胁迫可能已影响到细胞质，造成叶绿体结构和功能的破坏。引起叶绿素的合成减少。引起光合作用的下降，生物量积累下降。同时碱胁迫还干扰无机离子代谢，造成燕麦体内Na + 增加，K + 含量下降。Ca 2+ 缓慢增加趋势。Cl − 含量下降、 SO 4 2 − 大量积累。综合以上两点分析似乎表明，碱胁迫可能严重干扰了Na + 、K + 、 Cl − 、 SO 4 2 − 的代谢，而脯氨酸、有机酸在碱胁迫下的特殊积累可能正是对这种干扰的应激性反应。