盐胁迫下钾吸收途径的抑制对小麦叶片K+、Na+含量的影响

张华宁，刘子会，李国良，张红梅，张艳敏，段硕楠，郭秀林

(河北省农林科学院遗传生理研究所/河北省植物转基因中心重点实验室，河北石家庄 050051)

盐胁迫下钾吸收途径的抑制对小麦叶片K+、Na+含量的影响

张华宁，刘子会，李国良，张红梅，张艳敏，段硕楠，郭秀林

(河北省农林科学院遗传生理研究所/河北省植物转基因中心重点实验室，河北石家庄 050051)

为研究盐胁迫下小麦维持钾、钠平衡的生理机制，以耐盐小麦沧麦6005和盐敏感小麦矮抗58为材料，利用TEA、NEM、Ba(NO3)2三种药物分别抑制钾离子通道、钾载体及非选择性阳离子通道，测定正常及盐胁迫下小麦叶片K+、Na+含量，比较耐盐性不同的小麦品种在K+、Na+吸收中的差异。结果显示，盐胁迫下，沧麦6005和矮抗58叶片K+含量下降，Na+含量增加；沧麦6005叶片Na+含量低于矮抗58，K+/Na+比值高于矮抗58。正常条件下，NEM、TEA处理均可降低沧麦6005和矮抗58叶片K+含量，NEM处理较TEA处理效果更为明显；TEA处理显著降低了盐胁迫下矮抗58叶片K+含量，而NEM处理则明显降低了盐胁迫下沧麦6005的叶片K+含量；TEA、NEM、Ba(NO3)2处理降低了盐胁迫下矮抗58叶片Na+含量，仅NEM处理降低了沧麦6005叶片Na+含量。综上所述，正常条件下，钾载体是小麦K+吸收的主要方式；盐胁迫下，耐盐品种和盐敏感品种K+吸收途径不同，耐盐品种的NSCCs和钾离子通道具有更强的“拒钠”能力。

小麦；盐胁迫；K+吸收；Na+吸收

土壤盐渍化是影响农业生产的重要因素之一[1]，可对植物产生渗透胁迫，使植物体离子失衡、营养缺乏、膜结构损伤、新陈代谢紊乱等危害，并会诱导植物产生过量活性氧(reactive oxygen species,ROS)，造成植物的氧化损伤、光合作用减弱等二次伤害[2]，其危害机理非常复杂。研究植物的耐盐机制以改善作物耐盐性是科研工作者的一项长期而艰巨的任务。

高等植物具有复杂的生理机制以适应盐胁迫引起的渗透胁迫、离子胁迫和氧化胁迫等伤害[3-4]。研究证明，植物膜系统对离子吸收、转运的调控能力与其耐盐性密切相关，细胞质内K+与Na+的平衡是维持细胞内各种酶活性和功能、保证细胞新陈代谢、提高耐盐能力的关键因素[5]。盐胁迫下，Na+的进入、K+的流出不可避免，植物体通过改变质膜上离子的选择性吸收来保持体内的K+/Na+平衡。根部细胞与根际环境之间的钾离子交换主要通过以下三种方式：(1)细胞膜系统上的离子通道；(2)钾载体蛋白，KUP/HAK/KP家族可能是植物中最普遍存在的钾载体蛋白，在很多植物体中发现同时存在多个该家族基因；(3)非选择性阳离子通道(NSCCs)[6-7]。三种途径共同维持细胞内的K+/Na+平衡。研究表明，不同植物品种在盐胁迫下通过三种途径控制钾进出细胞的能力存在差异，导致植物体内K+/Na+的差异，从而产生不同的耐盐性[8-10]。王玉倩等[8]研究认为，耐盐小麦品种NSCCs的吸钾能力受Na+影响较小；Shabala等[9]、Chen等[10]研究表明，不同耐盐性大麦的钾通道敏感性、H+泵活性在盐胁迫下存在差异，因而造成了不同品种吸钾(持钾)能力的差异。上述研究对盐胁迫下植物维持K+/Na+平衡状态主要集中在一条或两条离子进入的途径上，综合考虑盐胁迫下钾离子进出三条途径的研究较少。四乙基氯化铵(TEA)、N-乙基马来酰亚胺(NEM)、硝酸钡[Ba(NO3)2]可分别作为钾离子通道、钾转运载体和NSCCs的抑制剂，抑制率越高，植物对该钾吸收途径的依赖性越大[11]。本试验选定盐耐受性不同的两个小麦品种，分别运用钾离子通道、钾转运载体、NSCCs的抑制剂，研究盐胁迫下不同途径对钾、钠离子含量的影响，以了解盐胁迫下耐盐小麦品种维持K+/Na+平衡的生理机制。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以前期试验为基础，选择小麦(TriticumaestivumL.)品种沧麦6005(CM6005，耐盐)和矮抗58(AK58，盐敏感)为供试材料，种子来自于河北省植物转基因中心重点实验室。

1.2 小麦幼苗培养及处理

精选大小一致、籽粒饱满的小麦种子，经0.1% HgCl2浸泡10 min消毒，清水冲洗干净，浸泡12 h，转双层滤纸于黑暗中催芽，待根长至1 cm 转至纱网用hoagland营养液水培，培养室温度23 ℃，相对湿度60%～70%，光暗比16 h/8 h，光照强度300 μmol·m-2·s-1，通气泵24 h通气。

NaCl处理：水培小麦幼苗至二叶一心，进行250 mmol·L-1NaCl处理，并在第0、1、3、5、7天取样。

抑制剂处理：在小麦幼苗长至二叶一心时，分别使用含有4 mmol·L-1四乙基氯化铵(TEA，K+离子通道抑制剂)、1 mmol·L-1N-乙基马来酰亚胺(NEM，钾载体抑制剂)、2.3 mmol·L-1硝酸钡[Ba(NO3)2，NSCCs抑制剂]的营养液[12]处理，在第0、0.5、1、3、5、7天取样。

NaCl和抑制剂联合处理：在小麦幼苗长至二叶一心时期，分别用含4 mmol·L-1TEA、1 mmol·L-1NEM、2.3 mmol·L-1Ba(NO3)2的营养液[12]处理12 h后，在上述处理液中溶解NaCl至250 mmol·L-1，胁迫处理7 d，以不加抑制剂为对照，在NaCl处理后第0、1、3、5、7天取样。

1.3 钾、钠含量测定

从纱网上取下完整小麦植株，蒸馏水洗去表面培养液和尘土，滤纸吸干表面水分。分别剪取根和叶放入105 ℃干燥箱中杀青10 min，80 ℃烘干至恒重，干样在球磨机中研磨成粉末，使用原子吸收光谱法测定K+、Na+含量[13]。

1.4 数据分析

使用Excel对数据进行整理，SPSS 19.0 进行单因素方差分析，Turkey检验法进行差异显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同耐盐性小麦品种K+、Na+含量及K+/Na+比值的影响

正常条件下，随着生育进程推进，小麦叶片内K+含量先升高后趋于平稳，沧麦6005叶片内K+含量略微高于矮抗58;盐胁迫处理后，两品种叶片K+含量呈缓慢下降趋势，二者间无显著差异，均在第3天和第7天显著低于对照(图1A)。正常生长条件下，两品种叶片内Na+含量均较低；盐胁迫处理后，两品种的叶片Na+含量在第3天急剧增加，之后则持续升高；沧麦6005叶片Na+含量显著低于AK58(图1B)。盐胁迫3 d后，两品种的叶片K+/Na+比明显下降，但沧麦6005的K+/Na+显著高于AK58，处理12 d后，两品种之间差异不显著(图1C)。本研究中，沧麦6005在NaCl处理下能保持体内较高的K+/Na+，具有较好的耐盐性。

2.2 K+吸收途径抑制剂对叶片K+含量的影响

由图2可见，TEA处理3 d后，矮抗58和沧麦6005叶片K+含量均显著低于对照；NEM处理后，两品种叶片的K+含量降低显著，矮抗58和沧麦6005叶片K+含量分别比同期对照降低35%和32%，说明载体运输途径在小麦K+吸收中发挥了重要的作用；Ba(NO3)2处理后期(5～7 d)两品种叶片的K+含量与对照无显著差异。上述结果说明，在正常培养的条件下，非选择性阳离子通道对K+吸收的贡献较小，钾离子通道和载体运输是K+吸收的主要方式，且载体运输的贡献更大。

图柱(标)上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Different letters above columns(icon) mean significant difference at 0.05 level between treatments.

图1盐胁迫对小麦叶片K+、Na+及K+/Na+比值的影响

Fig.1EffectofsaltstressonK+content,Na+contentandK+/Na+inwheatleaves

2.3 抑制剂和盐胁迫处理对叶片K+、Na+含量的影响

由图3可见，对于盐敏感品种矮抗58，TEA+NaCl胁迫使叶片K+含量下降最大，处理第7天比单独NaCl处理的叶片K+含量下降26%；而NEM+NaCl处理的前期叶片K+含量低于对照，而处理7 d天后与对照差异不显著；Ba(NO3)2+NaCl处理与对照无显著差异。对于耐盐品种沧麦6005来说，NEM处理后的盐胁迫导致沧麦6005的叶片K+含量快速增加，后逐渐降低，处理后第5和第7天比对照K+含量显著下降；TEA+NaCl处理1～7 d后，沧麦6005叶片K+含量与对照无显著差异；Ba(NO3)2+NaCl处理使沧麦6005的叶片K+含量有小幅度升高，在处理7 d后，显著高于对照。这些结果表明，盐胁迫处理下，盐敏感品种与耐盐品种的K+吸收途径不同，耐盐品种沧麦6005在盐胁迫下以钾载体吸收途径为主，盐敏感品种矮抗58以K+离子通道吸收途径为主。

相比单独NaCl处理，TEA、NEM、Ba(NO3)2可显著降低盐胁迫下矮抗58叶片的Na+含量，TEA+NaCl、Ba(NO3)2+NaCl处理、NEM+NaCl处理7 d，矮抗58叶片Na+含量分别比对照下降51%、49%和29%。说明在盐胁迫下，Na+可以通过三种途径进入矮抗58。NEM+NaCl的处理使沧麦6005的Na+含量显著下降，比同期单独NaCl处理叶片Na+含量下降45%，TEA、Ba(NO3)2处理并未显著降低沧麦6005叶片Na+含量。说明在盐胁迫下，载体运输是Na+进入耐盐品种沧麦6005的主要途径。由此可知，盐胁迫下，盐敏感品种矮抗58的Na+进入途径与耐盐品种沧麦6005的途径不同，耐盐品种对Na+的进入具有更强的抵御性。

图标中不同字母表示处理与对照间间差异显著(P<0.05)。下同。

Different letters in icons mean significant difference between treatment with CK at 0.05 level.The same below.

图2不同抑制剂处理对小麦幼苗叶片K+含量的影响

Fig.2EffectofTEA/NEM/Ba(NO3)2onK+contentinleavesofwheatseedlings

图3 抑制剂预处理后盐胁迫对小麦叶片K+含量的影响

图4 抑制剂预处理后盐胁迫对小麦叶片Na+含量的影响

3 讨 论

K+/Na+是研究植物耐盐性非常重要的指标之一，耐盐性强的植物通常具有较高的 K+/Na+[14-15]。但引起不同K+/Na+的原因不同，即可以是高K+造成的，也可以是低Na+引起的。Cuin等[16]研究表明，根系保钾能力高的小麦具有更好的耐盐性。Devrim等[17]则认为，Na+含量与植物耐盐性具有更好的相关性。本研究中，耐盐小麦沧麦6005在盐胁迫下叶片内K+/Na+高于盐敏感品种矮抗58，沧麦6005叶片Na+含量较矮抗58的低，而K+含量差异不明显。

钾吸收途径主要有钾离子通道、钾转运载体，NSCCs也可透过钾离子，这些途径对K+的亲和力不同[15]。在无盐条件下钾离子通道和K+转运载体在小麦K+吸收中发挥主要作用，且K+载体运输在K+吸收或转运过程中贡献较大。李青松[18]研究发现，载体运输系统在K+吸收中作用更明显，与本研究结果一致。盐胁迫下，TEA的处理使矮抗58的叶片K+含量下降最多，而NEM处理使沧麦6005叶片内K+含量下降最大，进一步说明耐盐性不同的小麦品种在盐胁迫下的K+吸收途径并不相同。

Na+与K+具有相似的离子半径和水合能，Na+通过与K+竞争结合位点进入植物体内。丁同楼等[12]研究认为，钾离子通道是钠进入植物体内的一条重要途径，NSCCs是小麦根吸收钠的一个主要途径。李青松[18]研究结果显示，盐胁迫下不同基因型小麦品种钠的吸收途径存在明显差异。本研究中，不同耐盐性的小麦品种的钠吸收途径差异明显。盐胁迫下，TEA、NEM、Ba(NO3)2处理均可降低盐敏感品种矮抗58叶片内Na+的含量，说明Na+可以通过钾离子通道、钾转运载体和NSCCs 进入矮抗58植株体内；而对于耐盐品种沧麦6005，仅NEM处理降低了叶片Na+的含量，推测钾转运载体可能在沧麦6005的Na+吸收及转运中发挥着重要的作用。综上所述，沧麦6005可能在钾离子通道和NSCCs途径上“拒钠”能力更强。

小麦作为一种非耐盐作物，对NaCl比较敏感，正常条件下小麦主要通过钾转运载体来吸收K+；盐胁迫下，不同耐盐性小麦品种的K+、Na+交换途径和能力不同，耐盐性小麦品种更依赖钾载体进行钾交换，而盐敏感小麦品种更多地依赖于钾离子通道；耐盐性小麦的钾离子通道和NSCCs具有更好的“拒钠”能力，这可能是造成耐盐性小麦叶片钠含量低，从而耐受盐胁迫的一个重要原因。

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EffectofTEA/NEM/Ba(NO3)2onK+andNa+ContentinLeavesofWheatSeedlingsunderSaltStress

ZHANGHuaning,LIUZihui,LIGuoliang,ZHANGHongmei,ZHANGYanmin,DUANShuonan,GUOXiulin

(Institute of Genetics and Physiology, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science/Key Laboratory of Plant Genetics Engineering Center of Hebei Province, Shijiazhuang, Hebei 050051, China)

K+and Na+can enter into the plants through K+channel, potassium transporters and nonselective cation channels(NSCCs). Tetraethyl ammonium chloride(TEA), N-ethylmaleimide(NEM) and Ba(NO3)2were used to inhibit K+channel,potassium transporter and NSCCs,respectively, which can investigate the contribution of each path for K+or Na+uptake. This study aimed to understand the difference between salt-tolerant wheat and salt-sensitive wheat in K+and Na+uptake under salt stress through the paths inhibited by TEA, NEM, Ba(NO3)2. Cang 6005(salt-tolerant cultivar) and Aikang 58(salt-sensitive cultivar) were used as materials. The K+and Na+content in leaves of two wheat cultivars were tested and compared after the seedlings were treated with salt or inhibitors. The results showed that the K+content in leaves of Cang 6005 and Aikang 58 decreased significantly while Na+content increased sharply on the third day under salt stress.The Na+content in leaves of Cang 6005 was consistently lower than that of Aikang 58.The ratio of K+/Na+in leaves of Cang 6005 was higher than that of Aikang 58.The treatment with NEM or TEA could cause the decline of K+content in two wheat cultivars, and the effect of NEM was more significant than that of TEA under normal growth conditions. Under salt stress, the lower K+content in leaves of Aikang 58 was caused by the treatment with TEA, while that in Cang 6005 was caused by the treatment with NEM. The Na+content in leaves in Aikang 58 was dropped by TEA, NEM, Ba(NO3)2, but that of Cang 6005 was dropped only by NEM. The above results suggested that K+transporters play an important role in the potassium uptake of wheat under normal growth conditions. Under salt stress, the way of potassium uptake in the salt-tolerant cultivar is different from that in salt sensitive cultivar. The potassium uptake in salt sensitive wheat cultivar mainly depends on the K+channels, while that mainly depends on K+transporters in salt-tolerant cultivar. In addition, NSCCs and K+channels in Cang 6005 has higher ability to exclude Na+than in Aikang 58.

Wheat; Salt stress; K+uptake; Na+uptake

时间：2017-11-14

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171114.1027.006.html

2017-03-16

2017-04-18

河北省自然科学基金项目(C2015301014)；河北省现代农业科技创新工程项目(F17C10006，2017038997)

E-mail：903760588@qq.com

刘子会(E-mail：liuzihui1978@sohu.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)11-1428-06