楊桂英,夏方山,董秋麗,董寬虎

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,山西太谷 030801)

鹽脅迫是自然界中一種主要的非生物脅迫,是影響植物生長發(fā)育的重要因素之一[1]。土壤中高濃度鹽會對植物造成3種主要傷害:滲透脅迫、離子毒害和離子不平衡(或營養(yǎng)失調(diào))[2]。為了避免細(xì)胞傷害和營養(yǎng)缺乏,植物需要在胞質(zhì)中維持足夠的 K+和適當(dāng)?shù)腒+/Na+[3,4]。許多研究報(bào)道表明,植物耐鹽性與植株地上部對Na+和Cl-積累的限制力及高K+/Na+保持能力有關(guān)[5]。

堿地風(fēng)毛菊(Saussurea runcinata)為多年生草本植物,生于鹽漬化草甸,產(chǎn)于新疆、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、寧夏、遼寧等省[6]。目前,關(guān)于堿地風(fēng)毛菊的研究以生態(tài)方面為多,關(guān)于其耐鹽性的研究報(bào)道較少。因此,以不同濃度 NaCl脅迫對堿地風(fēng)毛菊苗期的K+、Na+含量的影響進(jìn)行研究,為生物方法改良鹽堿化草地提供植物種質(zhì)資源,以期為堿地風(fēng)毛菊在改良鹽堿化草地的應(yīng)用中提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 種子來源

供試堿地風(fēng)毛菊種子于2008年秋采自山西省右玉縣威遠(yuǎn)鎮(zhèn)后所堡村東的鹽堿化草地,N 39°59′26.2″,E 112°19′19.8″,海拔高度為 1 329m 。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系日光能溫室進(jìn)行,溫度為14～30℃,濕為度65%～80%。采用直徑25 cm、高20 cm的塑料盆,裝入1∶1的蛭石與珍珠巖(v/v),插入PVC管以便澆水及營養(yǎng)液。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),播種量為 100粒/盆,播種75盆,脅迫前每隔3 d用 Hoagland營養(yǎng)液澆灌1次,于17:00～20:00進(jìn)行。其他時(shí)間每日用自來水補(bǔ)充失水,以稱重法確定失水量。出苗后30 d選取長勢相對均勻的定苗,定苗14 d后對其進(jìn)行鹽分脅迫。試驗(yàn)分別以濃度為0(CK)、60、120、180、240、300 和360 mm ol/L 7個(gè)梯度的NaCl對其進(jìn)行脅迫,3次重復(fù)。以含有相應(yīng)濃度鹽分的營養(yǎng)液為處理液,脅迫組每天按60 mm ol/L的濃度梯度進(jìn)行遞增,直至達(dá)到指定的濃度為止,對照組只澆灌Hoag land營養(yǎng)液。鹽脅迫14 d,分別采集葉片和根系,放入烘箱內(nèi)105℃殺青,85℃烘干24 h,將烘干樣品研磨粉碎,用于離子含量的測定。

1.3 測定方法

Na+,K+含量的測定參照文獻(xiàn)[7]的方法進(jìn)行,略加修改,每一處理稱取葉片及根系烘干樣0.5 g,用火焰光度計(jì)法測定 K+、Na+含量,并計(jì)算K+/Na+和選擇性運(yùn)輸系數(shù)(TSK,Na)。

選擇性運(yùn)輸系數(shù)(TSK,Na)的計(jì)算參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行,公式為:

葉片的 TSK,Na=葉片[(K+)/(Na+)])/根系[(K+)/(Na+)]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2003繪圖,試驗(yàn)結(jié)果采用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對堿地風(fēng)毛菊苗期Na+含量的影響

隨著NaCl濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊葉片中Na+含量呈現(xiàn)出遞增趨勢,且均顯著高于對照(P＜0.05),當(dāng)濃度為360 mm ol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊葉片Na+含量最高,是對照的 4.10倍,但與300 mm ol/L時(shí) Na+含量差異不顯著(P＞0.05)。堿地風(fēng)毛菊根系Na+含量隨著NaCl濃度的增加呈先升后降的趨勢,且Na+均顯著高于對照(P＜0.05),當(dāng)濃度為180 mmol/L時(shí),根系Na+含量最高,較對照增加了 83.30%,隨著NaCl濃度的進(jìn)一步增加Na+含量開始下降,當(dāng)濃度大于240mm ol/L時(shí),各濃度間根系Na+含量差異不顯著(P＞0.05)。在NaCl的同一濃度脅迫下,堿地風(fēng)毛菊葉片的Na+含量明顯高于根系(圖1)。

圖1 NaCl脅迫下堿地風(fēng)毛菊根系與葉片Na+含量的變化(mg/g DW)Fig.1 Changes of Na+content in leaves and roots under NaCl stress(mg/g DW)

2.2 NaCl脅迫對堿地風(fēng)毛菊苗期K+含量的影響

當(dāng)NaCl濃度為360mmol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊葉片中K+含量顯著高于對照(P＜0.05),較對照增加了9.07%,其余NaCl濃度脅迫下,堿地風(fēng)毛菊葉片的K+含量與對照均差異不顯著(P＞0.05)。隨著NaCl濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊根系K+含量呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢,均顯著高于對照(P＜0.05),當(dāng)濃度為300 mm ol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊根系中K+含量最高,較對照增加了40.43%。堿地風(fēng)毛菊葉片中K+含量明顯高于同一濃度NaC l脅迫下根系中K+含量(圖2)。

圖2 NaCl脅迫下堿地風(fēng)毛菊根系與葉片K+含量的變化Fig.2 Changes of K+content in leaves and roots under NaCl stress

2.3 NaCl脅迫對堿地風(fēng)毛菊苗期K+/Na+的影響

NaC l脅迫下堿地風(fēng)毛菊葉片和根系K+/Na+均顯著低于對照(P＜0.05),且葉片中K+/Na+下降幅度較大,但是隨著NaCl濃度的增加,葉片K+/Na+變化不明顯,除了60mmol/L和300mmol/L時(shí),葉片中K+/Na+差異顯著外(P＜0.05),其余濃度間均差異不顯著(P＞0.05)。隨著NaCl濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊根系中K+/Na+下降幅度不大。除NaCl濃度低于180mmol/L時(shí),葉片與根系間的K+/Na+差異不明顯外,隨著NaCl濃度的進(jìn)一步增加,堿地風(fēng)毛菊根系的K+/Na+明顯高于相同濃度脅迫下葉片的 K+/Na+(圖3)。

2.3 NaCl脅迫對堿地風(fēng)毛菊苗期TSK,Na的影響

隨著NaC l濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊根系向葉片的運(yùn)輸選擇性比率 TSK,Na較對照顯著降低(P＜0.05),且呈現(xiàn)出先下降后增加的趨勢。當(dāng)NaCl濃度為300 mmol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊的TSK,Na最低,較對照下降了67.31%,低于180 mmol/L。不同NaCl濃度脅迫下,堿地風(fēng)毛菊TSK,Na彼此差異不顯著(圖4)。

圖3 NaCl脅迫下堿地風(fēng)毛菊根系與葉片K+/Na+的變化Fig.3 Changes of K+/Na+in leaves and roots under NaCl stress

圖4 NaCl脅迫下堿地風(fēng)毛菊 TSK,Na的變化Fig.4 Changes of TSK,Na under NaCl stress

3 討論

鹽脅迫下,保持植物體內(nèi)的離子平衡對植株的正常生長至關(guān)重要[9]。Na+在鹽生植物生長中具有調(diào)節(jié)植物滲透壓和影響植物水分平衡與細(xì)胞擴(kuò)展的作用,是鹽生植物生長的必須元素,過多的Na+會使相關(guān)代謝酶失活而產(chǎn)生毒害[10,11]。研究結(jié)果表明,隨著NaCl濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊葉片和根系的Na+含量均顯著高于對照,這與劉志華等[12]對獐毛(Aeluropuspungens)和鄭青松等[13]對鹽角草(Salicornia spp.)的研究結(jié)果一致。當(dāng)NaCl濃度大于300 mmol/L和240 mmol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊葉片和根系的Na+含量分別趨于穩(wěn)定,可見堿地風(fēng)毛菊在高濃度脅迫下能夠維持一定量的Na+且不再增加,使光合器官不受過多Na+的毒害。鹽離子在不同的營養(yǎng)器官中分布不同,其中葉作為地上部分活動(dòng)最旺盛的營養(yǎng)器官,Na+、K+含量高于根系,可能是葉肉細(xì)胞有較大的液泡,通過離子區(qū)域化作用,積累較多的離子,或結(jié)晶析出貯存,也可起到滲透調(diào)節(jié)作用,變害為利,同時(shí)堿地風(fēng)毛菊葉片肉質(zhì)化,從而具有一定的稀鹽作用,這也是植物形態(tài)對鹽脅迫的適應(yīng)[15]。

K+是高等植物體內(nèi)含量最多的陽離子,具有調(diào)控離子平衡、滲透調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞膨壓、光合作用等生理功能[9]。K+穩(wěn)態(tài)在植物耐鹽性中具有重要意義,鹽脅迫下植物離子平衡的恢復(fù)代表植物鹽適應(yīng)的重要反應(yīng)[16],耐鹽植物的重要特征之一是具有保持細(xì)胞內(nèi)K+的能力。研究結(jié)果表明:除了NaCl濃度為360 mm ol/L時(shí),堿地風(fēng)毛菊葉片K+含量顯著高于對照外,其余NaCl濃度脅迫下葉片K+含量均與對照顯著不差異,堿地風(fēng)毛菊根系中K+含量則隨著NaCl濃度的增加而顯著高于對照,可見在NaC l脅迫下堿地風(fēng)毛菊能較好的維持K+的穩(wěn)態(tài)。相同濃度的NaCl脅迫下,堿地風(fēng)毛菊根系的K+含量始終低于葉片,這與王春娜[15]對風(fēng)毛菊的研究結(jié)果一致。

植物細(xì)胞中K+和Na+含量動(dòng)態(tài)是受到嚴(yán)格調(diào)控的,植物要在鹽漬環(huán)境中存活,胞質(zhì)中必須保持一個(gè)高K+/Na+比,這對植物生長非常重要[1]。植物細(xì)胞K+/Na+最小值為1,K+/Na+低于這一數(shù)值即表明植物受到了外界環(huán)境的脅迫影響[18]。結(jié)果表明:隨著NaC l濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊葉片和根系的K+/Na+均顯著低于對照,但K+/Na+均＞1,可見堿地風(fēng)毛菊受到NaCl脅迫影響不大,對NaCl的耐性較強(qiáng)。

葉片中TSK,Na值代表根系吸收的K+、Na+選擇性向葉片運(yùn)輸?shù)哪芰?數(shù)值越高,說明在Na+存在的情況下選擇性吸收K+的能力越強(qiáng)。在NaCl脅迫下,堿地風(fēng)毛菊根系向葉片的選擇性運(yùn)輸系數(shù)TSK,Na顯著低于對照,但不同濃度脅迫下,TSK,Na變化幅度不大,這也保證了堿地風(fēng)毛菊葉片對K+的生理需求。

4 結(jié)論

(1)隨著NaCl濃度的增加,堿地風(fēng)毛菊葉片和根系Na+顯著增加,NaCl脅迫下,堿地風(fēng)毛菊葉片和根系能夠很好的維持K+穩(wěn)態(tài),在相同濃度的NaCl脅迫下堿地風(fēng)毛菊葉片的Na+、K+明顯高于根系。

(2)在NaCl脅迫下,堿地風(fēng)毛菊葉片和根系的K+/Na+顯著低于對照,除60mmol/L NaCl脅迫下,葉片的K+/Na+高于根系外,其余相同濃度脅迫下,根系的K+/Na+均高于葉片;根系向葉片的運(yùn)輸系數(shù)TSK,Na顯著低于對照。

(3)堿地風(fēng)毛菊對NaCl的耐性較強(qiáng)。

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