NaCl胁迫对4个树种体内离子分布的影响

摘要通过对木栓榆、厚叶榆、醉翁榆、黄连木4个树种盆栽苗在NaCl胁迫下不同组织中离子动态分布的研究，结果表明：①厚叶榆、木栓榆Na+总含量均随盐处理浓度的增大而提高，醉翁榆、黄连木Na+总含量不呈单一变化趋势；Na+在4个树种中分布趋势是根最大，茎次之，叶最小。②木栓榆、黄连木、厚叶榆3树种在4 mg/g盐度以下根向茎、叶选择性地运输K+而限制Na+的运输，5 mg/g盐度后根向茎、叶选择性地运输方式正好相反；醉翁榆随盐梯度的升高，根向茎、叶选择性地运输Mg2+而限制Na+的运输。③盐胁迫总体上降低了4树种叶片K+/Na+比值，但厚叶榆和黄连木叶片K+/Na+值变化规律性不强；盐胁迫对4个树种Ca2+/Na+值的影响表现为，醉翁榆、木栓榆在低盐下有所上升，随盐浓度的升高而降低；厚叶榆和黄连木Ca2+/Na+值变化无规律。

关键词NaCl胁迫；离子分布；选择性运输；耐盐性

中图分类号S718.5文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-179-05

盐胁迫对植物的影响主要是抑制其生长，影响种子出苗率、成苗率、苗木生长量及嫁接成活率等，植物受盐害的程度与盐胁迫处理的浓度和胁迫时间有关。一般地，盐浓度越高、胁迫时间越长，植物生长和发育受到的抑制就越大。盐胁迫下对植物造成的伤害，主要是通过调节其细胞内离子转运而产生毒害。在我国盐胁迫一般多为钠盐，Na+是盐渍环境中主要的阳离子，也是植物生长遭受伤害主要的阳离子之一，细胞中Na+浓度过高，会伤害膜结构功能或细胞的代谢活动，是植物致死主要可能原因。在盐渍条件下进入植物体内的Na+分布在叶片、茎和根中，耐盐性强的植物即使在高盐度下也能保持较低水平的Na+浓度，使植物生长免受伤害[1]。K+在细胞质中是最丰富的无机离子，其在植物的营养、发育和生理調节中起着重要作用，是植物所必需的营养元素，是保证植物正常代谢的关键离子，并且是唯一一种在植物体内必需以高浓度存在的、具有活化作用的一价阳离子。在盐渍条件下，保持细胞质内K+浓度高于某一特定值，对于植物的生长和耐盐性都是非常必要的，通常认为蛋白质合成及其他生理过程都需要K+，要求细胞质中具有一定量的K+存在。有人认为，K营养是植物耐盐性的关键因素。Ca是植物生长发育必需营养元素之一，与细胞的分裂伸长、运动、原生质流动、植物向地性、抗衰老等生理过程密切相关，在植物生理活动中，既起着结构成分的作用，也具有酶的辅助因素功能[2]。同时，Ca在植物体内又为难移动元素，Ca素自根系向地上部运输十分缓慢，而地上部在生长发育过程中又需要大量的Ca素。Mg2+是叶绿素的中心金属离子，是绿色植物进行光合作用不可缺少的元素，同时它还是生物体内300余种酶的激活剂和Ca2+兴奋作用的拮抗剂，对机体的多个组织功能稳定具有重要作用。在正常情况下生物机体中Mg2+的含量较多，仅次于Ca2+、Na+、K+而居第4位，在细胞内的含量则仅次于K+而居第2位[3]。

该项目通过对木栓榆、厚叶榆、醉翁榆、黄连木4个树种在盐分胁迫下根、茎、叶中Na+、K+、Mg2+、Ca2+的转移规律进行研究，旨在探寻出上述4个树种耐盐机理，为盐胁迫环境下树种选择、栽培提供技术支撑。

1材料与方法

1.1盐化处理

2008年3月初选择苗高、地径大小一致的黄连木、醉翁榆、木栓榆、厚叶榆4个树种1年生苗盆栽，每盆装土9 kg。4月初移至温室大棚内，待幼苗成活定根后，5月12日实施一次性盐化处理，试验设置6个盐度水平，分别为CK，2、3、4、5、6 mg/g，6个重复。试验期间，定期浇少量水，以平衡蒸发量。

1.2Na+、K+、Mg2+和Ca2+含量的测定

1.2.1样品处理。取不同浓度NaCl胁迫的幼苗数株，于水中清洗干净，按叶、根和茎部位分开，放置烘箱中烘干，直至重量不再减少后，进行粉碎处理。

1.2.2待测液制备。称取样品0.5 g左右，放入50 ml三角瓶中，瓶口加一小漏斗，加入硝酸和高氯酸（5∶1）混合液10 ml，低温加热过夜后加温消煮，直至大量冒烟为止。然后加入2 ml的浓硝酸∶水（1∶1）加热溶解，再定容50 ml，摇匀待测。同时做2份标样与空白对照试验。

1.2.3离子测定。在ICP离子仪上直接读数，得出Na+、K+、Mg2+和Ca2+含量，并计算K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+比值。

2结果与分析

2.1盐胁迫下4个树种不同部位Na+含量

由图1可知，厚叶榆、木栓榆体内Na+总量（根、茎、叶）均随盐处理浓度的增大而增大。醉翁榆体内Na+总含量不呈单一的变化趋势，在0～2 mg/g盐处理浓度区间，Na+总含量随盐浓度的增大而下降；在2～4 mg/g盐处理浓度区间，醉翁榆根、茎、叶中Na+含量随盐浓度的增大而上升，Na+总含量达到最大值，5 mg/g浓度处理时体内Na+总含量下降幅度明显。在0～3 mg/g盐处理浓度区间，黄连木体内Na+含量随胁迫浓度的增大而上升，此后开始大幅度下降，在4～6 mg/g盐处理浓度区间，Na+含量又随胁迫浓度的增大而上升。

以4 mg/g NaCl胁迫为例，醉翁榆、木栓榆、厚叶榆、黄连木4个树种体内Na+总含量分别高达为6.8、2.6、2.7、0.5 mg/g，分别是各自对照株Na+总含量的22.67、9.14、18.74、和13.34倍。在6 mg/g盐处理时，木栓榆、厚叶榆和黄连木体内Na+总含量分别为4.85、8.79、0.09 mg/g（这里只比较这3个树种，醉翁榆在6 mg/g梯度已死亡）。在4个供试树种中，醉翁榆死亡率最高，也就是说，醉翁榆对盐敏感，体内离子含量的骤增是其死亡的直接原因。植物的内源Na+浓度越低，其耐盐性越强，初步可说明黄连木耐盐性最强，木栓

43卷24期夏尚光NaCl胁迫对4个树种体内离子分布的影响

榆次之，厚叶榆第3，醉翁榆耐盐性最弱。

2.2盐胁迫下4个树种不同部位K+含量

由图2可知，盐胁迫下4个树种不同部位K+含量的影响随盐胁迫浓度加大，醉翁榆体内K+总趋势呈上升状态，其他3个树种体内K+含量，木栓榆是呈先上升再下降，再上升的“S”型变化趋势，而厚叶榆与黄连木变化趋势是呈先下降后上升的“V”型变化状态。

2.3盐胁迫下4个树种不同部位Mg2+含量

盐胁迫下厚叶榆根、叶中Mg2+含量，随盐胁迫浓度的增加而增大；黄连木根、叶中Mg2+含量变化趋势与木栓榆根、叶中Mg2+变化趋势相似，但茎中Mg2+含量下降不明显；醉翁榆根、茎、叶中Mg2+含量均随盐胁迫浓度的增加而增加，其中根中Mg2+含量上升最明显，具体见图3。

從总体上说，4个树种植株中Mg2+总含量均随着盐胁迫梯度的升高而升高。以4 mg/g盐胁迫为例，醉翁榆、厚叶榆、木栓榆、黄连木植株中Mg2+总含量分别为各自对照株的1.18、1.27、1.08和1.38倍。Mg2+在细胞外大量存在，可以调节酶的活性。

2.4盐胁迫下对4个树种植株Ca2+含量影响

随盐胁迫浓度的增加，4个树种叶部Ca2+含量也呈增加趋势。其中，醉翁榆叶部的Ca2+含量直线上升，黄连木叶部的Ca2+含量呈不规则上升，其他2树种叶部的Ca2+含量上升平缓。与对照相比，醉翁榆叶部Ca2+含量，在盐胁迫浓度为4 mg/g时达最大，这可能是由于盐胁迫浓度达到一定程度时，无机离子的渗透调节已经不起主要作用。从外观上看，醉翁榆的叶片也最先在4 mg/g盐胁迫下出现枯死，可能由于高盐胁迫下大多组织受损伤时，细胞内出现Ca2+超载或Ca2+超负荷状态，从而进一步加重细胞的损伤，以使细胞失去内稳态而致细胞坏死[4]。在盐胁迫梯度为0～5 mg/g时，随着盐梯度的升高，厚叶榆、木栓榆、黄连木3树种根中Ca2+含量下降，而叶中Ca2+含量则升高。在4 mg/g盐度下，醉翁榆、厚叶榆、木栓榆、黄连木茎中Ca2+含量分别达到9.4、5.4、6.4、9.2 mg/g；醉翁榆、厚叶榆、木栓榆、黄连木根中Ca2+含量分别达到11.5、3.9、3.1，2.8 mg/g；从总体上说，醉翁榆、厚叶榆、木

栓榆、黄连木4个树种在4 mg/g浓度处的根、茎、叶中Ca2+总含量分别达到49.4、24.7、26.5和27.0 mg/g，醉翁榆Ca2+含量最高。在6 mg/g盐度处，厚叶榆、木栓榆、黄连木3树种根和叶中Ca2+含量变化趋势正好相反。而醉翁榆随着盐梯度的升高，根中Ca2+含量也升高。4树种茎中Ca2+含量均随着盐梯度的升高而下降，厚叶榆、木栓榆茎中Ca2+含量随着盐梯度的升高下降很明显，黄连木和醉翁榆茎中Ca2+含量呈波动式下降。

2.5盐胁迫下幼苗对离子的选择性吸收与分配

植物对NaCl盐害非常敏感，在盐害中真正起作用的是Na+，而不是Cl-。所以，决定林木耐盐能力的关键在于林木对Na+、K+等离子的吸收，即限制Na+进入体内，选择性地吸收K+，才能提高其耐盐能力。植物根中的X（K+、 Ca2+、Mg2+、Na+）向地上部分运输的选择性（RSX、Na+，RSX，Na+）参照公式[5]计算。RS值反映的是植物根中的X，Na+向地上部分运输的选择性，而 Rs值反映的是植物叶对X，Na+吸收的选择性。RSX，Na+和RSX，Na+值越大，X运输的选择性越高，留在根中的Na+越多。

在盐渍土上造林，树木要长期经受盐胁迫，并在盐逆境下生长发育，盐分对植物的影响可归结于3个方面：渗透、毒性及营养影响。对受盐胁迫时间最长（100 d）的试验苗矿质元素选择性吸收问题进行分析研究，4个树种的X/Na+、RSX，Na+和RsX，Na+值，在处理第100天时，盐胁迫降低了根中K+/Na+、Ca2+/Na+值，升高了Mg2+/Na+值，其中以K+/Na+比值降幅最大，其次Ca2+/Na+。这可能是因为随着盐浓度提高，4个树种的表皮吸附K+、Ca2+的位置被Na+置换，从而抑制对K+、Ca2+的吸收，同时地上部分的生命活动消耗这2种离子，而从根中吸收并上运至地上部分；Mg2+/Na+值升高表明根中的Mg2+抑制对Na+的吸收。

盐胁迫对茎中K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+值的影响不同于根系。与对照相比，盐胁迫对茎中K+/Na+、Ca2+/Na+值总体呈下降趋势，而Mg2+/Na+值呈升高趋势。各树种间表现出一定的差异，如厚叶榆、木栓榆的Mg2+/Na+值几乎随盐梯度的提高持续增加，其他树种的Mg2+/Na+值则随盐梯度的提高呈波动性增加。而厚叶榆茎中的Ca2+/Na+值随盐梯度的提高而降低，其他树种的Ca2+/Na+值变化规律性不明显。

盐胁迫总体上降低了上部叶K+/Na+值，但厚叶榆和黄连木上部叶K+/Na+值在盐处理下变化规律性不明显；对Ca2+/Na+值的影响，各树种有所不同，醉翁榆、木栓榆在低盐下有所上升，后随盐梯度的升高而降低；而厚叶榆和黄连木Ca2+/Na+值变化无规律。

在0～3 mg/g盐梯度范围，RSMg2+，Na+值均随盐梯度的升高而降低，表明木栓榆的根向茎选择性地运输Na+而限制Mg2+的运输，在高浓度下正好相反，这也许是这些树种耐盐的原因；黄连木等树种的根向茎、叶选择性地运输Na+而限制Mg2+的运输；总体上说，醉翁榆、厚叶榆随盐梯度的升高，根向茎、叶选择性地运输Mg2+而限制Na+的运输。

黄连木树种随盐梯度的升高，根向茎、叶选择性地运输Ca2+而限制Na+的运输，5 mg/g处理后根向叶选择性地运输方式正好相反；在0～3 mg/g低中盐梯度范围，醉翁榆根向茎叶选择性地运输Ca2+而限制Na+的运输，此后离子运输方式正好相反；木栓榆和厚叶榆随盐梯度的升高，根向茎、叶选择运输Ca2+或Na+的方式变换复杂，规律不强，这可能是与二者体内进行生理调节有关。

在0～4 mg/g盐梯度范围，木栓榆、黄连木、厚叶榆等树种的根向茎、叶选择性地运输K+而限制Na+的运输，5 mg/g后根向茎、叶选择性地运输方式正好相反；在0～3 mg/g低中盐梯度范围，醉翁榆根向茎选择性地运输K+而限制Na+的运输，叶正好相反。从上述分析可知，木栓榆、黄连木、厚叶榆根向茎、叶选择性地运输K+而限制Na+的运输，其适应盐分梯度范围要比醉翁榆广，这说明木栓榆、黄连木、厚叶榆等3个树种耐盐的原因。高浓度Na+干扰了植物对营养元素K及N等的吸收，造成植物体内营养元素亏缺，影响生长发育，此外根系环境中盐分浓度提高，水势下降而引起植物吸水困难，引起渗透胁迫。

3结论与讨论

（1）Na+在木栓榆、厚葉榆、黄连木和醉翁榆4个树种不同组织中分布的基本趋势是根最大，茎次之，叶最小。说明植物可利用这些积累在根部的Na+进行渗透调节，降低水势，保持吸水能力，以免造成生理干旱。叶片中Na+含量较低，这可能由于根部和茎部积累了大量的离子，限制了离子的向上运输，从而减少了盐胁迫对地上部的毒害。木栓榆和厚叶榆不同组织Na+含量基本是随盐处理浓度增大而增大，但增加幅度较小，其中根、茎较为稳定，根、茎在Na+向上运输的过程中起到抑制作用，表明非盐生植物通过控制离子进入茎的木质部来限制离子进入地上部分，茎在缓解盐害过程中起着重要的作用，因此，根、茎可能是木栓榆和厚叶榆受盐害的主要部位。醉翁榆在3～4 mg/g NaCl胁迫梯度间，茎部Na+含量随盐处理浓度的增大而下降，同时发现其根或叶中Na+含量随盐处理浓度的增大而增大；黄连木受盐害的原因不在于体内Na+含量的多少，而是因为叶片Na+积累过快、过多导致产生盐害，而茎不能有效控制离子进入根的木质部来限制离子进入叶片是黄连木致害和死亡的根本所在。

该研究表明，叶片是黄连木、醉翁榆受盐害的主要部位，叶片中Na+含量变化的幅度是衡量这些苗木抗盐性的指标之一；根、茎是木栓榆和厚叶榆受盐害的主要部位，同时它们也是衡量木栓榆和厚叶榆耐盐性的主要部位。

（2）总体上说，4个树种在4 mg/g梯度处，醉翁榆根茎叶中Ca2+总含量最高，此时Ca2+浓度足以使细胞失去内稳态而致细胞坏死，厚叶榆、木栓榆、黄连木3树种含量较低，主要原因是随着盐梯度的升高，细胞质Ca2+浓度也出现短暂的上升，以使细胞失去内稳态，但这3种树组织细胞内可能存在维持Ca2+浓度内稳态的转运体Ca2+泵（Ca2+-ATPase）和Ca2+/阳离子反向转运体（Ca2+/Canon-Antiporter），当细胞受到刺激后，由于Ca2+通道开放，胞外及胞内“钙库”中的Ca2+就跨膜转运到细胞质中，使Ca2+浓度出现短暂的上升，当Ca2+将信号传递到下游调控分子后，存在于质膜及内膜系统上的Ca2+泵和Ca2+阳离子反向转运体就迅速地将细胞质Ca2+跨膜释放到胞外和胞内“钙库”中，从而维持细胞质Ca2+浓度的稳态[4] 。结合4个树种在盐胁迫下的形态和生长指标进行分析，醉翁榆体内高浓度的Ca2+可能是其受害的原因之一，而厚叶榆、木栓榆、黄连木体内较低的Ca2+含量可能是其耐盐的原因。

（3）盐胁迫使厚叶榆根、叶中Mg2+含量随盐胁迫浓度的增加而增加；黄连木根、叶中Mg2+含量变化趋势与木栓榆根、叶中Mg2+变化趋势相似，但茎中Mg2+含量下降不明显；醉翁榆根茎叶中Mg2+含量均随盐胁迫浓度的增加而增加，其中根中Mg2+含量上升最明显。

（4）随盐胁迫时间的延长，植物体对Na+，K+的吸收明显增加，但对Na+的吸收量明显大于K+。长时间的盐胁迫，耐盐能力弱的植物Na+/K+值升高较快，而耐盐能力强的植物Na+/K+值较小。盐胁迫总体上降低了上部叶K+/Na+值，但厚叶榆和黄连木上部叶K+/Na+值在盐处理下变化规律性不明显；对Ca2+/Na+值的影响，醉翁榆、木栓榆在低盐下有所上升，后随盐梯度的升高而降低，而醉翁榆降低幅度最明显；而厚叶榆和黄连木Ca2+/Na+值变化无规律。在离子毒害、营养缺乏、渗透胁迫的共同作用下，醉翁榆发生盐害较重。需要指出的是黄连木根部向茎、叶选择运输Na+，但抗盐性较强，说明盐胁迫下黄连木可能主动选择吸收一部分无机离子作为渗透调解物质来缓解盐害，黄连木可能是一种类盐生植物，具有盐生植物的某些特征。

参考文献

[1] 夏尚光.两种美国岩榆的资源培育及抗逆性研究[D].南京：南京林业大学，2008.

[2] 吴永波.四种白蜡树幼苗耐盐性的比较研究[D].南京：南京林业大学，2002.

[3] 刘淑萍，王燕.金属叶绿素荧光性在金属对植物光合作用影响中的应用[J].河北联合大学学报：自然科学版，2013（1）：23-26.

[4] 沈国明.水稻根质膜Ca2+/H+反向转运体的存在及其特性[J].中国水稻科学，2005，19（4）：308-314.

[5] 郑青松，王仁雷，刘友良.钙对盐胁迫下棉苗离子吸收分配的影响[J].植物生理学报，2001，27（4）：325-330.