盐胁迫对不同品系萱草Na+·K+含量与分布的影响

梁峥 宋卓琴 贾民隆 段九菊 曹冬梅

摘要通過对盐胁迫条件下不同品系萱草的Na+、K+含量及分布进行测定和分析，探究其抗盐机理，为萱草在盐渍地区的生态应用和品种选育提供理论支撑。以8个品系萱草为材料，采用水培方法进行150 mmol/L NaCl胁迫处理，将盐胁迫和非盐条件下不同品系萱草分嫩叶、成熟叶、老叶、茎和根5个部分，对各部分干物质含量，Na+、K+的积累和分布进行分析并探讨各指标与不同品系萱草耐盐性的相关关系。结果显示，盐胁迫处理对各品系萱草根系生物量积累的抑制作用最大，对嫩叶和老叶的干重积累无明显影响；盐胁迫使不同品系萱草各部位Na+含量均显著上升，其中老叶的Na+积累远大于其他部分，茎的变化量最小；盐胁迫对K+的影响主要发生在老叶和成熟叶，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表现为下降，ZZ-1表现为上升，而LS-1和JC-1无明显变化；盐胁迫下萱草Na+/K+的变化幅度为老叶＞成熟叶＞嫩叶＞根＞茎。通过主成分分析和隶属函数，对各品系萱草进行基于干物质含量和Na+/K+的耐盐性评价，8个品系萱草耐盐性为ZZ-1＞ZZ-2＞WT-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。综上所述，萱草在盐胁迫条件下对Na+、K+的积累呈明显的不均衡分布特征，各部位干重及Na+/K+的变化可作为评价不同品系萱草耐盐能力的指标。

关键词萱草；盐胁迫；Na+含量；K+含量

中图分类号S 682.1+9文献标识码A文章编号0517-6611（2023）24-0045-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.011

Effects of Salt Stress on the Content and Distribution of Na+and K+ in 9 Hemerocallis fulva strains

LIANG Zheng，SONG Zhuoqin，JIA Minlong  et al

（College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taiyuan， Shanxi 030031）

AbstractThe concentration and distribution of Na+ and K+ in different strains of Hemerocallis fulva under salt stress were measured to explore its salt resistance mechanism， in order to provide theoretical support for the ecological application and variety selective breeding.Eight lines of Hemerocallis fulva were used as materials to carry out 150 mmol/L NaCl stress treatment by water culture method. Materials were divided into five parts： tender leaves， mature leaves， older leaves， stem and root. And the dry matter content， the concentration and distribution of Na+ and K+ in different parts of Hemerocallis fulva under salt and nonsalt conditions were analyzed. And the correlation between test indexes and salt tolerance of different strains was also discussed.The results showed that，salt stress had a greater inhibitory effect on dry weight of root， little on stems and mature leaves， and almost none on young and older leaves. The concentration of Na+ in different parts of plants was significantly increased under salt stress. While the concentration of Na+ in older leaves was much higher than that in other parts， the change in stem was relatively minimum. The effect of salt stress on K+ mainly occurred in older and mature leaves， in which YC1， TG1， TY1， ZZ2 and WT2 decreased， ZZ1 increased， LS1 and JC1 did not change significantly. The change of Na+/K+ in materials under salt stress showed that older leaves>mature leaves>young leaves>root>stem.Through principal component analysis and membership function， the salt tolerance of each line based on changes of dry matter content and Na+/K+ in different parts of plant was evaluated. The order of salt tolerance of the 8 lines was ZZ1>ZZ2>WT2>YC1>TG1>TY1>LS1>JC1. The accumulation of Na+ and K+ in Hemerocallis fulva under salt stress showed an obvious uneven distribution. The changes of dry weight and Na+/K+ in different parts of plant could be used as indexes to evaluate the salt tolerance of different lines of Hemerocallis fulva.

Key wordsHemerocallis fulva;Salt stress;Na+ concentration；K+ concentration

土壤盐渍化是影响生态可持续发展的重要限制因素，我国约有3 500万km2的各类盐碱地，占耕地面积的1/5［1］。通过评价和选育耐盐物种，深入研究其抗盐机理，可以进一步提高植物的耐盐能力并助力开发利用，推动绿色农业和生态文明建设。盐胁迫环境中高浓度的Na+是导致植物离子失衡的主要因素［2］，相似的水合离子半径和理化性质，使Na+和K+形成竞争［3］。K+是多种酶和代谢活动的必需物质，植物必须维持稳定的Na+/K+，以维持细胞质中诸多的正常代谢过程［4］。对耐盐植物的离子平衡策略进行分析，对于进一步探究离子转运系统、理解植物耐盐机理有关键作用。萱草（Hemerocallis fulva）是百合科萱草属多年生宿根花卉，观赏性强并兼具药用和食用价值，其耐盐性在常用绿化草本材料中具有明显优势［5］。关于萱草的耐盐性研究目前大多集中在与其他物种的耐盐性比较、渗透调节物质和抗氧化物酶等生理特性的测定等方面［6-8］，对Na+、K+分布方面的研究尚未见报道。笔者以8个野生萱草品系为材料，采用水培方法进行NaCl胁迫处理，对植株嫩叶、成熟叶、老叶、茎和根部分别进行干物质含量、Na+、K+含量的测试和分析，探讨萱草对盐胁迫的响应机制，旨在为萱草在盐渍地区的生态应用和品种选育提供理论支撑。

1材料与方法

1.1试验材料

供试萱草品系材料8份，来自山西农业大学园艺学院花卉基地资源圃，均为采自山西不同生境的野生资源（表 1）。

1.2试验方法

将生长期状态整齐的萱草苗种植于水培槽内，注Hoaglands营养液，通增氧泵，日光温室中常规管理，待水培苗抽出白色新根后，进行NaCl胁迫处理。将不含NaCl的Hoaglands营养液处理设为对照，每组处理30～40株。据前期试验，取150 mmol/L NaCl浓度，于胁迫第30天时随机取植株全株进行各指标测定。将测试植株分为根、茎、嫩叶、成熟叶和老叶5部分，叶片部分按数量三等分后根据距离中心的顺序由小到大依次为嫩叶、成熟叶和老叶，各处理重复3次。为保证盐胁迫浓度的恒定及防止植株营养亏缺，每3 d更换一次盐营养液。

1.3项目测定与方法

1.3.1干物质含量。

将待测材料用蒸馏水润洗后擦干表面水分，置于烘箱105 ℃杀青15 min，80 ℃干燥至恒重，称重。

1.3.2Na+、K+含量。

将“1.3.1”得到的干樣研碎过筛，取0.5 g置于15 mL试管加塞，经H2O2消煮15 min得待测液，取5 mL定容至50 mL容量瓶，使用火焰分光光度计（FP6400A，上海傲普分析仪器有限公司）测定Na+、K+含量。

1.4数据分析

采用Excel 2010进行数据整理，SPSS 26.0对试验数据进行方差分析、相关性及主成分分析。计算公式：

耐盐系数=处理值/对照值（1）

U（Xij）=（Xi，j-Xi，min）/（Xi，max-Xj，min），i=1，2，…，n（2）

式中，U表示隶属函数值，Xi，j表示第j个品种第i个主成分值，Xi，min表示第i个主成分的最小值，Xi，max表示第i个主成分的最大值。

wi=pi/（i=1，n）pi，i=1，2，…，n （3）

式中，wi表示第i个主成分的重要程度即权重，pi代表第i个主成分的贡献率。

D=（i=1，n）［ U（Xij）×wi］（4）

式中，D值为第j个萱草品系的耐盐性综合评价值。

2结果与分析

2.1盐胁迫对不同品系萱草干物质含量的影响

由图1可知，盐胁迫处理对各品系萱草不同部位的干重积累产生了不同程度的抑制作用。各品系根部干重有明显降低趋势，按降幅由大到小排序为TG-1＞JC-1＞TY-1＞YC-1＞LS-1＞WT-2＞ZZ-2＞ZZ-1，分别较对照降低44.5%、33.6%、31.5%、27.1%、26.3%、23.2%、17.1%和6.7%。茎部和成熟叶部分的干重也有减小趋势，但均不及根部明显，而嫩叶和老叶的干重总体没有明显的变化。ZZ-1和ZZ-2各部位干重对胁迫处理均不敏感。

2.2盐胁迫对不同品系萱草Na+含量的影响

盐胁迫使萱草各部分Na+含量均大幅升高（图2）。老叶片的Na+含量增幅在各部位中均达到峰值，品系间含量由大到小为TY-1＞WT-2＞YC-1＞LS-1＞ZZ-1＞JC-1＞TG-1＞ZZ-2，Na+含量分别达196.8、184.4、184.0、162.2、148.4、138.7、110.7和102.3 mg/g。成熟叶片的Na+增幅次于老叶片，不同品系的处理组Na+含量在26.7～75.0 mg/g。各品系处理组根部Na+含量28.9～63.0 mg/g，嫩叶16.3～59.9 mg/g。茎部的增幅在各部位中最小，Na+含量在22.8～33.9 mg/g。

2.3盐胁迫对不同品系萱草K+含量的影响

由图3可知，盐胁迫对K+的影响主要表现在叶片部分，茎和根的K+含量无明显变化。各品系相对于对照的变化趋势不同，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表现为下降，ZZ-1表现为上升，而LS-1和JC-1无明显变化。叶片K+含量变化由大到小为老叶＞成熟叶＞嫩叶。老叶片中K+含量相对于对照值的变化由大到小为ZZ-1＞LS-1＞JC-1＞TG-1＞ZZ-2＞YC-1＞WT-2＞TY-1，其K+含量分别为对照值的187.6%、93.1%、91.2%、83.4%、82.8%、72.7%、72.7%和63.0%。

2.4盐胁迫对不同品系萱草Na+/K+的影响

盐胁迫对不同品系萱草的Na+/K+及分布均产生明显影响（表 2）。从各部位分布来看，对照组的Na+/K+由大到小为茎＞根＞叶，其中茎0.084～0.270，根0.018～0.075，嫩叶、成熟叶和老叶的值没有明显差距，在0.005～0.034；处理组的Na+/K+值在各部位均明显上升，按平均变化幅度由大到小为老叶＞成熟叶＞嫩叶＞根＞茎，分别为对照值的120.5、39.1、26.3、19.9和10.4倍。从品系间的差异来看，处理组的Na+/K+值平均变化幅度由大到小为JC-1＞LS-1＞TY-1＞ZZ-2＞YC-1＞WT-2＞TG-1＞ZZ-1，分别为对照值的30.0、27.4、17.5、16.5、12.1、10.4、10.2和5.6倍。

2.5耐盐性综合评价

2.5.1干物质含量和Na+/K+的耐盐系数及相关性分析。

为了探讨盐胁迫在萱草不同品系间造成的影响，基于干物质量和Na+/K+在植株不同部位的分布情况对各品系进行耐盐性综合评价。利用耐盐系数公式（1）计算各品系萱草不同部位干物质含量和Na+/K+的耐盐系数，并进行相关性分析。由表3可知，嫩叶Na+/K+和根Na+/K+分别与茎Na+/K+呈显著正相关，嫩叶、成熟叶和老叶的干重呈两两极显著正相关，嫩叶、成熟叶和根干重分别与茎干重呈显著正相关，根干重与嫩叶干重呈显著正相关。

2.5.2耐盐系数的主成分分析及综合评价。

由主成分分析可知，前3个综合指标累计贡献率达90.838%，可代表指标的绝大部分信息。主成分因子F1主要与嫩叶、成熟叶、老叶的干重密切相关，主成分因子F2与根、茎的Na+/K+密切相关，主成分因子F3与成熟叶Na+/K+、根干重有较大相关关系。根据主成分特征向量（表 4）计算不同品系萱草的主成分值，利用公式（2）及公式（3）计算隶属函数及权重值，再由公式（4）得到综合评价值D（表5）。根据D值对不同品系萱草耐盐性由大到小进行排序为ZZ-1＞ZZ-2＞WT-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。盐胁迫第30天各品系萱草的生长状态见图4。

3讨论与结论

盐胁迫通过对甜土植物产生渗透胁迫、离子毒害和营养损失等影响植株代谢，从而导致不同程度的生长抑制［9］。生物量的积累和表型的变化对于植物受胁迫水平的判断有着不可替代的意义。Greenway等［10］根据无盐和有盐环境中各物种的相对生长情况，将植物划分为4组：第一组可利用400 mmol/L左右的盐分加速生长，第二组在300 mmol/L以上盐分条件下生长率放緩，第三组受到100～300 mmol/L高浓度盐分的抑制，第四组在100 mmol/L以下低盐时即明显受害甚至死亡。该研究各品系萱草在150 mmol/L盐胁迫下普遍受到不同程度的抑制，可归类至第三组，其耐盐水平与棉花、大麦等相当［11-12］。作为最先感知盐渍环境的器官，许多物种的根系数量及形态变化均对盐胁迫表现出突出的敏感性［13］，萱草在盐胁迫下根部的干物质变化水平明显高于植株的其他部分，可能与其根系形态的变化有关。盐胁迫下萱草根系长度变短，须根量也较少，这与姜秀娟等［14］在水稻，谢德意等［15］在棉花中观察到的现象类似。

盐胁迫条件下Na+进入植物的途径主要有非选择性阳离子通道、内向整流K+通道和外向整流K+通道，这些通道都与K+的转运系统息息相关［16］。虽然Na+有时可以替代K+的一些功能［17］，但K+对渗透调节、酶的催化、蛋白质和糖类的合成和运输始终具有重要意义，是植物体必需的营养元素之一［18］。在盐胁迫条件下，如何避免质膜内Na+的聚集和K+的流失，是保持正常生理状态的重要条件，植物抵抗Na+/K+剧烈变化的能力则是耐盐性评价的指标之一［19］。在Na+的含量测试中，发现其在老叶中的积累远大于其他部分，这可能是由于老叶片生长时间更久，叶面积相对更大，更容易积累随蒸腾作用输送而来的质外体空间中的Na+。Lichtenthaler［20］和Munns［21］分别在植物胁迫研究中进行了类似阐述，唐晓倩等［22］在西伯利亚白刺、蔺丽媛［23］在甜菜中也发现了相似的现象。可以推测，将多余的Na+转移和聚集到老叶片中，保护嫩叶和根茎等核心部位的正常代谢，是萱草抵抗盐胁迫的策略之一，老叶片与嫩叶的Na+含量差距越大可能代表其保护能力越强［24］。与其他品系比较，ZZ-1具有明显的Na+/K+维持能力，在胁迫条件下ZZ-1将大量的K+输送到叶片中，有效提高了细胞的渗透平衡，减轻了Na+对组织的冲击。

该研究通过水培方法，对盐胁迫和非盐条件下不同品系萱草各部位的干物质含量、Na+、K+的积累和分布进行了分析，并探讨了不同部位Na+、K+积累与不同品系萱草耐盐性的相关关系。结果显示，盐胁迫处理对各品系萱草根系生物量积累的抑制作用最大，对嫩叶和老叶的干重积累无明显影响；盐胁迫使不同品系萱草各部位Na+含量均显著上升，其中老叶的Na+积累远大于其他部分，茎的变化量最小；盐胁迫对K+的影响主要发生在老叶和成熟叶上，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表现为下降，ZZ-1表现为上升，而LS-1和JC-1无明显变化；盐胁迫下萱草Na+/K+的变化幅度为老叶＞成熟叶＞嫩叶＞根＞茎。通过主成分分析和隶属函数，对各品系萱草进行基于干物质含量和Na+/K+的耐盐性评价，8个品系萱草耐盐性为ZZ-1＞ZZ-2＞WT-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。

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