NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期植株Na+、K+含量的影响

杨桂英,夏方山,董秋丽,董宽虎

(山西农业大学动物科技学院,山西太谷 030801)

盐胁迫是自然界中一种主要的非生物胁迫,是影响植物生长发育的重要因素之一[1]。土壤中高浓度盐会对植物造成3种主要伤害:渗透胁迫、离子毒害和离子不平衡(或营养失调)[2]。为了避免细胞伤害和营养缺乏,植物需要在胞质中维持足够的 K+和适当的K+/Na+[3,4]。许多研究报道表明,植物耐盐性与植株地上部对Na+和Cl-积累的限制力及高K+/Na+保持能力有关[5]。

碱地风毛菊(Saussurea runcinata)为多年生草本植物,生于盐渍化草甸,产于新疆、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏、辽宁等省[6]。目前,关于碱地风毛菊的研究以生态方面为多,关于其耐盐性的研究报道较少。因此,以不同浓度 NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期的K+、Na+含量的影响进行研究,为生物方法改良盐碱化草地提供植物种质资源,以期为碱地风毛菊在改良盐碱化草地的应用中提供技术依据。

1 材料和方法

1.1 种子来源

供试碱地风毛菊种子于2008年秋采自山西省右玉县威远镇后所堡村东的盐碱化草地,N 39°59′26.2″,E 112°19′19.8″,海拔高度为 1 329m 。

1.2 试验方法

试验地在山西农业大学草业科学系日光能温室进行,温度为14～30℃,湿为度65%～80%。采用直径25 cm、高20 cm的塑料盆,装入1∶1的蛭石与珍珠岩(v/v),插入PVC管以便浇水及营养液。采用完全随机区组设计,播种量为 100粒/盆,播种75盆,胁迫前每隔3 d用 Hoagland营养液浇灌1次,于17:00～20:00进行。其他时间每日用自来水补充失水,以称重法确定失水量。出苗后30 d选取长势相对均匀的定苗,定苗14 d后对其进行盐分胁迫。试验分别以浓度为0(CK)、60、120、180、240、300 和360 mm ol/L 7个梯度的NaCl对其进行胁迫,3次重复。以含有相应浓度盐分的营养液为处理液,胁迫组每天按60 mm ol/L的浓度梯度进行递增,直至达到指定的浓度为止,对照组只浇灌Hoag land营养液。盐胁迫14 d,分别采集叶片和根系,放入烘箱内105℃杀青,85℃烘干24 h,将烘干样品研磨粉碎,用于离子含量的测定。

1.3 测定方法

Na+,K+含量的测定参照文献[7]的方法进行,略加修改,每一处理称取叶片及根系烘干样0.5 g,用火焰光度计法测定 K+、Na+含量,并计算K+/Na+和选择性运输系数(TSK,Na)。

选择性运输系数(TSK,Na)的计算参照文献[8]进行,公式为:

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

1.4 统计分析

试验数据采用 Excel 2003绘图,试验结果采用SAS 8.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期Na+含量的影响

随着NaCl浓度的增加,碱地风毛菊叶片中Na+含量呈现出递增趋势,且均显著高于对照(P＜0.05),当浓度为360 mm ol/L时,碱地风毛菊叶片Na+含量最高,是对照的 4.10倍,但与300 mm ol/L时 Na+含量差异不显著(P＞0.05)。碱地风毛菊根系Na+含量随着NaCl浓度的增加呈先升后降的趋势,且Na+均显著高于对照(P＜0.05),当浓度为180 mmol/L时,根系Na+含量最高,较对照增加了 83.30%,随着NaCl浓度的进一步增加Na+含量开始下降,当浓度大于240mm ol/L时,各浓度间根系Na+含量差异不显著(P＞0.05)。在NaCl的同一浓度胁迫下,碱地风毛菊叶片的Na+含量明显高于根系(图1)。

图1 NaCl胁迫下碱地风毛菊根系与叶片Na+含量的变化(mg/g DW)Fig.1 Changes of Na+content in leaves and roots under NaCl stress(mg/g DW)

2.2 NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期K+含量的影响

当NaCl浓度为360mmol/L时,碱地风毛菊叶片中K+含量显著高于对照(P＜0.05),较对照增加了9.07%,其余NaCl浓度胁迫下,碱地风毛菊叶片的K+含量与对照均差异不显著(P＞0.05)。随着NaCl浓度的增加,碱地风毛菊根系K+含量呈现出先增加后下降的趋势,均显著高于对照(P＜0.05),当浓度为300 mm ol/L时,碱地风毛菊根系中K+含量最高,较对照增加了40.43%。碱地风毛菊叶片中K+含量明显高于同一浓度NaC l胁迫下根系中K+含量(图2)。

图2 NaCl胁迫下碱地风毛菊根系与叶片K+含量的变化Fig.2 Changes of K+content in leaves and roots under NaCl stress

2.3 NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期K+/Na+的影响

NaC l胁迫下碱地风毛菊叶片和根系K+/Na+均显著低于对照(P＜0.05),且叶片中K+/Na+下降幅度较大,但是随着NaCl浓度的增加,叶片K+/Na+变化不明显,除了60mmol/L和300mmol/L时,叶片中K+/Na+差异显著外(P＜0.05),其余浓度间均差异不显著(P＞0.05)。随着NaCl浓度的增加,碱地风毛菊根系中K+/Na+下降幅度不大。除NaCl浓度低于180mmol/L时,叶片与根系间的K+/Na+差异不明显外,随着NaCl浓度的进一步增加,碱地风毛菊根系的K+/Na+明显高于相同浓度胁迫下叶片的 K+/Na+(图3)。

2.3 NaCl胁迫对碱地风毛菊苗期TSK,Na的影响

随着NaC l浓度的增加,碱地风毛菊根系向叶片的运输选择性比率 TSK,Na较对照显著降低(P＜0.05),且呈现出先下降后增加的趋势。当NaCl浓度为300 mmol/L时,碱地风毛菊的TSK,Na最低,较对照下降了67.31%,低于180 mmol/L。不同NaCl浓度胁迫下,碱地风毛菊TSK,Na彼此差异不显著(图4)。

图3 NaCl胁迫下碱地风毛菊根系与叶片K+/Na+的变化Fig.3 Changes of K+/Na+in leaves and roots under NaCl stress

图4 NaCl胁迫下碱地风毛菊 TSK,Na的变化Fig.4 Changes of TSK,Na under NaCl stress

3 讨论

盐胁迫下,保持植物体内的离子平衡对植株的正常生长至关重要[9]。Na+在盐生植物生长中具有调节植物渗透压和影响植物水分平衡与细胞扩展的作用,是盐生植物生长的必须元素,过多的Na+会使相关代谢酶失活而产生毒害[10,11]。研究结果表明,随着NaCl浓度的增加,碱地风毛菊叶片和根系的Na+含量均显著高于对照,这与刘志华等[12]对獐毛(Aeluropuspungens)和郑青松等[13]对盐角草(Salicornia spp.)的研究结果一致。当NaCl浓度大于300 mmol/L和240 mmol/L时,碱地风毛菊叶片和根系的Na+含量分别趋于稳定,可见碱地风毛菊在高浓度胁迫下能够维持一定量的Na+且不再增加,使光合器官不受过多Na+的毒害。盐离子在不同的营养器官中分布不同,其中叶作为地上部分活动最旺盛的营养器官,Na+、K+含量高于根系,可能是叶肉细胞有较大的液泡,通过离子区域化作用,积累较多的离子,或结晶析出贮存,也可起到渗透调节作用,变害为利,同时碱地风毛菊叶片肉质化,从而具有一定的稀盐作用,这也是植物形态对盐胁迫的适应[15]。

K+是高等植物体内含量最多的阳离子,具有调控离子平衡、渗透调节、蛋白质合成、细胞膨压、光合作用等生理功能[9]。K+稳态在植物耐盐性中具有重要意义,盐胁迫下植物离子平衡的恢复代表植物盐适应的重要反应[16],耐盐植物的重要特征之一是具有保持细胞内K+的能力。研究结果表明:除了NaCl浓度为360 mm ol/L时,碱地风毛菊叶片K+含量显著高于对照外,其余NaCl浓度胁迫下叶片K+含量均与对照显著不差异,碱地风毛菊根系中K+含量则随着NaCl浓度的增加而显著高于对照,可见在NaC l胁迫下碱地风毛菊能较好的维持K+的稳态。相同浓度的NaCl胁迫下,碱地风毛菊根系的K+含量始终低于叶片,这与王春娜[15]对风毛菊的研究结果一致。

植物细胞中K+和Na+含量动态是受到严格调控的,植物要在盐渍环境中存活,胞质中必须保持一个高K+/Na+比,这对植物生长非常重要[1]。植物细胞K+/Na+最小值为1,K+/Na+低于这一数值即表明植物受到了外界环境的胁迫影响[18]。结果表明:随着NaC l浓度的增加,碱地风毛菊叶片和根系的K+/Na+均显著低于对照,但K+/Na+均＞1,可见碱地风毛菊受到NaCl胁迫影响不大,对NaCl的耐性较强。

叶片中TSK,Na值代表根系吸收的K+、Na+选择性向叶片运输的能力,数值越高,说明在Na+存在的情况下选择性吸收K+的能力越强。在NaCl胁迫下,碱地风毛菊根系向叶片的选择性运输系数TSK,Na显著低于对照,但不同浓度胁迫下,TSK,Na变化幅度不大,这也保证了碱地风毛菊叶片对K+的生理需求。

4 结论

(1)随着NaCl浓度的增加,碱地风毛菊叶片和根系Na+显著增加,NaCl胁迫下,碱地风毛菊叶片和根系能够很好的维持K+稳态,在相同浓度的NaCl胁迫下碱地风毛菊叶片的Na+、K+明显高于根系。

(2)在NaCl胁迫下,碱地风毛菊叶片和根系的K+/Na+显著低于对照,除60mmol/L NaCl胁迫下,叶片的K+/Na+高于根系外,其余相同浓度胁迫下,根系的K+/Na+均高于叶片;根系向叶片的运输系数TSK,Na显著低于对照。

(3)碱地风毛菊对NaCl的耐性较强。

[1]陈敏,彭建云,王宝山.整株水平上Na+转运体与植物的抗盐性[J].植物学通报,2008,25(4):381-391.

[2]李青松,王林权,周春菊,等.钙离子及钙调蛋白对不同温度型冬小麦盐分吸收与累积的影响[J].西北植物学报,2009,29(5):0975-0982.

[3]N iu X,Bressan R A,Hasegawa PM,etal.Ion homeostasis in NaCl stress environments[J].Plant Physio logy,1995,109:735-742.

[4]Serrano R,Culiafaz MA,Moreno V.Genetic engineering of salt and d rought tolerance w ith yeast regu latory genes[J].Scientia Horticulturae,1999,78:261-269.

[5]王宝山,邹琦,赵可夫.盐胁迫对高梁不同器官的离子分布的影响[J].作物学报,2000,26(6):845-850.

[6]赵可夫,李法曾.中国盐生植物[M].北京:科学出版社,1999:297.

[7]王宝山,赵可夫.小麦叶片中Na+、K+提取方法的比较[J].植物生理学讯,1995,31(1):50-52.

[8]Flower D J,Lud low MM.Contribution ofosmotic adjustment to the dehyd ratin tolerance of water-stressed pigeonpea(Ca janus ca jan(L.)Millsp.)leaves[J].Plant Cell Env,1986(9):33-40.

[9]王素平,徐心诚.H2O2预处理对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和K+、Na+,Cl-分布的影响[J].河南农业科学,2008(5):88-92.

[10]郑国琦,马宏玮,许兴.盐胁迫下宁夏枸杞盐分与甜菜碱累积及其与光合作用的关系[J].中国生态农业学报,2003,11(3):51-540.

[11]王素平,郭世荣,周国贤,等.NaCl胁迫下黄瓜幼苗体内K+,Na+和Cl-分布及吸收特性的研究[J].西北植物学报,2006,26(11):2281-2288.

[12]刘志华,赵可夫.盐胁迫对獐茅生长及Na+和K+含量的影响[J].植物生理与分子生物学学报,2005,31(3):311-316.

[13]郑青松,华春,董鲜,等.盐角草幼苗对盐离子胁迫生理响应的特性研究(简报)[J].草业学报,2008,17(6):164-168.

[14]王友平,刘德玺,孙明高,等.绒毛白蜡营养器官中Na+、K+、Cl-的分布[J].石河子大学学报(自然科学版),2009,27(1):27-29.

[15]王春娜.植物耐盐性分析及对土壤特征的适应研究[D].哈尔滨,东北林业大学,2005:31-35.

[16]夏方山,董秋丽,董宽虎.NaCO3胁迫对碱地风毛菊苗期叶片和根系氮代谢的影响[J].草原与草坪,2011(1):19-22.

[17]杨颖丽,杨宁,王莱,等.盐胁迫对小麦幼苗生理指标的影响[J].兰州大学学报(自然科学版),2007,43(2):29-33.

[18]高永生,王锁民,张承烈.植物盐适应性调节机制的研究进展[J].草业学报,2003,12(2):l-6.