復(fù)鹽脅迫下結(jié)縷草K+、Na+吸收與運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

胡化廣　張振銘　孫同興　韓瑩瑩

摘 要 用2種中性鹽（NaCl和Na2SO4）模擬江蘇沿海灘涂土壤鹽堿條件，配制不同復(fù)鹽濃度，對(duì)大穗結(jié)縷草（Zoysia macrostachya）和中華結(jié)縷草（Zoysia sinica）進(jìn)行30 d復(fù)鹽脅迫處理，分別測(cè)定根和葉中K+、Na+含量，探討復(fù)鹽脅迫下2種結(jié)縷草K+、Na+吸收與運(yùn)輸特點(diǎn)。結(jié)果表明：隨著鹽脅迫濃度的增加，2種結(jié)縷草根和葉中Na+的含量逐漸升高，中華結(jié)縷草的Na+含量大于大穗結(jié)縷草；2種結(jié)縷草根和葉中K+的含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，根中2種結(jié)縷草K+含量先增加后降低，但大穗結(jié)縷草K+含量增加較大，葉中2種結(jié)縷草K+含量總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。2種結(jié)縷草根和葉片中K+/Na+隨鹽濃度增加而逐漸降低，但葉片中K+/Na+大于根中K+/Na+，表明鹽脅迫促進(jìn)了K+向葉片運(yùn)輸。大穗結(jié)縷草的SK， Na逐漸降低，中華結(jié)縷草的SK， Na先降低后升高，說明2種結(jié)縷草對(duì)K+和Na+的選擇性運(yùn)輸特點(diǎn)不同。

關(guān)鍵詞 結(jié)縷草；鹽脅迫；吸收；運(yùn)輸

中圖分類號(hào) Q949.714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

土壤鹽堿化是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)的主要因素，鹽堿地上的植物往往受離子毒害、滲透脅迫和營養(yǎng)不均衡等多重危害[1]。鹽堿地上過多的Na+是造成植物鹽害的主要離子，而K+是植物必須三大營養(yǎng)元素（N、P、K）之一，除了滿足植物正常生長發(fā)育的需要，還起到滲透調(diào)節(jié)的功能。由于Na+和K+的離子半徑和水合能相似，在鹽堿地上這2種離子的吸收呈現(xiàn)出明顯的相互競爭和相互抑制作用，所以鹽堿化土壤上植物常受到Na+毒害和K+虧缺的雙重傷害。植物對(duì)Na+和K+選擇性吸收程度的高低是影響植物抗鹽能力的一個(gè)重要因素，研究認(rèn)為抗鹽的理想植物就是植物本身能維持低的胞液Na+和高的胞液K+[2-3]。

結(jié)縷草（Zoysia Willd.）隸屬于禾本科（Gramineae），因其耐旱、耐鹽堿、病蟲害較少、耐磨性、耐寒性較強(qiáng)，是國內(nèi)外公認(rèn)的、典型的環(huán)保型草坪草，可廣泛應(yīng)用于觀賞草坪、休憩草坪、運(yùn)動(dòng)草坪及保土草坪[4]。中國擁有豐富的結(jié)縷草資源，自然分布的結(jié)縷草有5個(gè)種和2個(gè)變種，5個(gè)種包括結(jié)縷草（Zoysia japonica）、溝葉結(jié)縷草（Z. matrella）、細(xì)葉結(jié)縷草（Z. tenuifolia）、大穗結(jié)縷草和中華結(jié)縷草，2個(gè)變種分別為長花結(jié)縷草（Z. sinica var. nipponica）和青結(jié)縷草（Z. japonica var. pollida），其中大穗結(jié)縷草、結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草3個(gè)種被列為鹽生植物[5]。結(jié)縷草屬植物具有非常發(fā)達(dá)的地下莖和匍匐莖，對(duì)結(jié)縷草屬植物的耐鹽性研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)縷草屬植物的耐鹽性存在豐富的變異[6-7]，結(jié)縷草屬植物可作為鹽堿地園林綠化的備選草種。已有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)縷草屬植物的耐鹽性與葉液中Na+的含量呈負(fù)相關(guān)，而與K+的含量呈正相關(guān)，耐鹽性強(qiáng)的材料維持葉和根中Na+/K+含量的能力強(qiáng)[7-8]，葉片中Na+的含量已被成功地應(yīng)用于對(duì)結(jié)縷草屬耐鹽性的評(píng)價(jià)中[9-10]。但這些研究大多采用單一的NaCl脅迫，但實(shí)際上鹽堿地離子成分眾多，主要包含Na+、Cl-、SO42-和CO42-等，單一的NaCl脅迫并不能真實(shí)反映植物K+和Na+的吸收與運(yùn)輸特點(diǎn)。

本研究以鹽生植物大穗結(jié)縷草和非鹽生植物中華結(jié)縷草為試驗(yàn)材料，用2種中性鹽NaCl和Na2SO4模擬江蘇沿海灘涂土壤鹽條件，配制不同復(fù)鹽濃度，對(duì)大穗結(jié)縷草和中華結(jié)縷草進(jìn)行30 d復(fù)鹽脅迫處理，測(cè)定根和葉中K+、Na+的含量，探討復(fù)鹽脅迫下2種結(jié)縷草K+、Na+吸收與運(yùn)輸特點(diǎn)，以期為結(jié)縷草耐鹽機(jī)理、耐鹽草坪草的選育、引種、應(yīng)用和鹽堿地區(qū)的建植與管理提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及預(yù)處理

以鹽生植物大穗結(jié)縷草和非鹽生植物中華結(jié)縷草為材料，大穗結(jié)縷草取自鹽城灘涂，中華結(jié)縷草為保存種質(zhì)。2016年5月取2份材料的匍匐莖種植于盆口直徑為14 cm的不透水的塑料花盆中，栽培基質(zhì)為河沙，每盆裝干河沙1.5 kg，每盆種植5個(gè)帶有3個(gè)節(jié)的匍匐莖。種植結(jié)束后，將花盆移至溫室中，采用自然光照培養(yǎng)，每2 d澆1次Hoagland完全營養(yǎng)液，每次200 mL，其余時(shí)間用自來水補(bǔ)充蒸發(fā)所散失的水分，培養(yǎng)時(shí)間為30 d。

1.2 方法

1.2.1 鹽脅迫處理 根據(jù)江蘇沿海灘涂鹽堿地主要鹽分特點(diǎn)，選擇NaCl和Na2SO4作為鹽處理物質(zhì)，配制NaCl ∶ Na2SO4=1 ∶ 1的溶液，其溶液實(shí)測(cè)pH為7.2±0.15。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)鹽處理濃度，溶液的濃度分別為50、100、150、200 mmol/L，以只澆自來水的作為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次。

脅迫處理在上午8：00～9：00進(jìn)行，以含有相應(yīng)濃度混合鹽的水溶液為處理液，為避免鹽沖擊效應(yīng)，處理第1天均以 50 mmol/L為起始濃度，2 d后按設(shè)計(jì)鹽濃度進(jìn)行第2次處理，每次澆處理液150 mL，對(duì)照組澆等量的自來水。第2次處理后，每2 d澆1次Hoagland完全培養(yǎng)液，每次200 mL，其余時(shí)間通過稱重用自來水補(bǔ)充蒸發(fā)所散失的水分。

1.2.2 結(jié)縷草K+、Na+含量及運(yùn)輸選擇性系數(shù)測(cè)定 鹽脅迫處理30 d后，取各處理和對(duì)照結(jié)縷草的根系和葉片，用烘箱105 ℃殺青，然后于80 ℃下烘干至恒重，所得干物質(zhì)用粉碎機(jī)分別粉碎，粉末干樣過0.5 mm篩，參照陳靜波等[11]的方法，用6400A型火焰光度計(jì)測(cè)定結(jié)縷草根和葉中K+、Na+含量。用公式：SK， Na=（[K+]莖葉/[Na+]莖葉）/（[K+]根系/[Na+]根系）計(jì)算結(jié)縷草根系中K+、Na+運(yùn)輸選擇性系數(shù)（SK， Na）[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行繪圖，并使用Spss20.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)鹽脅迫對(duì)結(jié)縷草根系中K+、Na+含量的影響

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大穗結(jié)縷草和中華結(jié)縷草根系中Na+的含量均隨著復(fù)鹽濃度的增加而逐漸增加（圖1-A），在低濃度（50 mmol/L）的復(fù)鹽脅迫下，大穗結(jié)縷草和中華結(jié)縷草的根系中Na+含量增加的幅度比較大，分別比對(duì)照增加了45.62%和50.58%；但在復(fù)鹽濃度>100 mmol/L時(shí)，2種結(jié)縷草的根系中Na+含量增加幅度減小。在100、150、200 mmol/L三個(gè)復(fù)鹽濃度處理下，大穗結(jié)縷草根系中Na+含量增幅為45.90%、55.02%和58.79%，中華結(jié)縷草根系中Na+含量的增幅分別為53.26%、56.71%和58.69%。方差分析和多重比較結(jié)果顯示，在不同濃度復(fù)鹽脅迫下，大穗結(jié)縷草根系中Na+的含量均顯著小于中華結(jié)縷草根系中Na+的含量（p<0.05），說明中華結(jié)縷草根系中Na+積累程度高于大穗結(jié)縷草。

2種結(jié)縷草根系中K+的含量在不同濃度復(fù)鹽處理下變化趨勢(shì)與Na+不同（圖1-B），2種結(jié)縷草在50 mmol/L復(fù)鹽脅迫時(shí)，根系中K+的含量均增加，中華結(jié)縷草在50 mmol/L時(shí)，根系中K+的含量比對(duì)照增加了4.31%，但無顯著差異（p>0.05）；大穗結(jié)縷草根系中K+的含量比對(duì)照增加了14.96%，顯著高于對(duì)照和中華結(jié)縷草根系中K+的含量（p<0.05）。隨著復(fù)鹽脅迫濃度的繼續(xù)增高，中華結(jié)縷草根系中K+的含量逐漸降低，而大穗結(jié)縷草根系中K+的含量繼續(xù)升高，在100 mmol/L時(shí)根系中K+的含量達(dá)到了峰值，在此濃度下，大穗結(jié)縷草根系中K+的含量比對(duì)照增加了19.65%，且顯著高于對(duì)照（p<0.05）。隨著復(fù)鹽處理濃度的繼續(xù)增加，大穗結(jié)縷草根系中K+的含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。在不同復(fù)鹽濃度處理下，大穗結(jié)縷草根系中K+的含量始終顯著高于中華結(jié)縷草根系中K+含量（p<0.05）。

2.2 復(fù)鹽脅迫對(duì)結(jié)縷草葉中K+、Na+含量的影響

2種結(jié)縷草葉片中Na+的含量均隨著鹽濃度的升高而逐漸增加（圖2-A）。在50 mmol/L復(fù)鹽脅迫時(shí)，中華結(jié)縷草葉片中Na+的含量迅速增加，比對(duì)照增加了70.15%；大穗結(jié)縷草葉片中Na+的含量增加幅度沒有中華結(jié)縷草增加的幅度大，比對(duì)照增加了40.27%。在復(fù)鹽濃度大于100 mmol/L時(shí)，兩種結(jié)縷草葉片中Na+的含量緩慢增加。在100、150、200 mmol/L三個(gè)濃度復(fù)鹽處理下，大穗結(jié)縷草葉片中Na+含量增幅分別為51.39%、70.26%和76.30%，中華結(jié)縷草葉片中Na+含量的增幅分別為72.71%、75.53%和79.54%，中華結(jié)縷草葉片中Na+增幅均大于大穗結(jié)縷草。方差分析和多重比較結(jié)果顯示，不同復(fù)鹽濃度處理的中華結(jié)縷草葉片中Na+的含量均顯著的大于大穗結(jié)縷草葉片中Na+的含量（p<0.05）。

2種結(jié)縷草葉片中K+的含量隨鹽脅迫的增加呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)（圖2-B），大穗結(jié)縷草葉片中K+的含量隨著鹽脅迫濃度的增加而逐漸增加，而中華結(jié)縷草葉片中K+的含量在50 mmol/L比對(duì)照略有降低，然后隨著鹽濃度的增加而逐漸增加。在不同濃度鹽脅迫處理過程中，只有在50 mmol/L時(shí)大穗結(jié)縷草的葉片中K+的含量顯著高于中華結(jié)縷草葉片中K+的含量，其他濃度無顯著差異（p>0.05）。

2.3 復(fù)鹽脅迫對(duì)結(jié)縷草根和葉中K+/Na+的影響

植物細(xì)胞質(zhì)中K+和Na+受到嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)調(diào)控，鹽脅迫下細(xì)胞內(nèi)離子平衡破壞的一個(gè)典型指標(biāo)就是K+/Na+降低。從表1可看出，2種結(jié)縷草根和葉中K+/Na+均隨著復(fù)鹽脅迫濃度的增加而降低，葉中K+的含量與根中Na+的含量比值總體上也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。大穗結(jié)縷草根和葉中K+/Na+均大于中華結(jié)縷草根和葉中K+/Na+。無論何種復(fù)鹽濃度處理，葉片中K+/Na+比值始終高于根中的K+/Na+，說明鹽脅迫促進(jìn)了K+向葉片運(yùn)輸。

2.4 鹽脅迫對(duì)結(jié)縷草K+、Na+選擇性運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

Sk， Na是表示鹽脅迫下植物根系向地上部選擇性運(yùn)輸K+、Na+的一個(gè)指標(biāo)，運(yùn)輸選擇性系數(shù) Sk， Na越大，根系中K+向地上部選擇性運(yùn)輸?shù)牧吭酱蟆?種結(jié)縷草的Sk， Na隨著鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)（表2）。大穗結(jié)縷草呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在50 mmol/L復(fù)鹽脅迫下，大穗結(jié)縷草的Sk， Na有所增加，但與對(duì)照相比沒有顯著差異（p>0.05）；在100、150、200 mmol/L三個(gè)復(fù)鹽濃度處理下，大穗結(jié)縷草的Sk， Na與對(duì)照相比顯著降低，但它們之間無顯著差異（p>0.05），這表明隨著鹽濃度的增加，大穗結(jié)縷草根系中K+向地上部選擇性運(yùn)輸?shù)哪芰p弱。中華結(jié)縷草的Sk， Na呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，表明低鹽度脅迫下根系中K+向地上部選擇性運(yùn)輸?shù)哪芰^弱，隨著鹽濃度的增加，根系中K+向地上部選擇性運(yùn)輸?shù)哪芰υ鰪?qiáng)。

3 討論與結(jié)論

植物通過增加K+吸收、原生質(zhì)膜內(nèi)Na+流出和液胞內(nèi)Na+的積累來應(yīng)對(duì)鹽脅迫，在鹽脅迫下，植物體內(nèi)Na+含量會(huì)明顯升高[13]。復(fù)鹽脅迫打破了結(jié)縷草細(xì)胞中已形成的各種離子的平衡狀態(tài)，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)鹽脅迫下2種結(jié)縷草根和葉中Na+的含量均隨著鹽脅迫濃度的增加而增加，且濃度越大增加的越多，說明隨著鹽處理濃度的增加，土壤中的Na+不斷的進(jìn)入結(jié)縷草體內(nèi)，導(dǎo)致體內(nèi)Na+的含量不斷的升高，這與Niu等[14]、李娜等[10]和陳靜波等[11]的研究結(jié)果一致。無論單鹽脅迫還是復(fù)鹽脅迫，植物體內(nèi)Na+含量均增加，這可能是鹽脅迫下植物吸收和運(yùn)輸Na+的共同規(guī)律。在鹽脅迫處理過程中，大穗結(jié)縷草根和葉中Na+的增加值小于中華結(jié)縷草根和葉中Na+的增加量，說明大穗結(jié)縷草的根具有較強(qiáng)的拒鹽能力，根吸收的Na+運(yùn)輸?shù)降厣喜康囊草^少。

鹽脅迫下不同植物對(duì)K+的吸收與運(yùn)輸表現(xiàn)不同。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，狗牙根（Cynodon dactylon）和棉花（Gossypium hirsutum）在NaCl脅迫下體內(nèi)的K+含量均降低[11，15]；海濱錦葵（Kosteletzkya virginica）在鹽脅迫下了主根和莖中的K+含量降低，葉中K+離子含量卻增加[16]；紅葉石楠（Machilus thunbergii）在低濃度鹽脅迫下葉片和根系中K+含量呈下降趨勢(shì)，當(dāng)鹽濃度達(dá)150 mmol/L時(shí)，葉片和根系中K+含量增加[17]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫過程中，2種結(jié)縷草根中K+的含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，說明在低濃度鹽脅迫（大穗結(jié)縷草<100 mmol/L，中華結(jié)縷草<50 mmol/L）促進(jìn)K+的吸收，而在高濃度（大穗結(jié)縷草>100 mmol/L，中華結(jié)縷草>50 mmol/L）鹽脅迫時(shí)，抑制了K+的吸收。筆者推斷鹽脅迫下植物對(duì)K+的吸收和運(yùn)輸特點(diǎn)可能因植物種類、不同器官、鹽處理類型和濃度不同而有差異。在各濃度鹽脅迫過程中，大穗結(jié)縷草根中K+的含量始終大于中華結(jié)縷草根中K+含量，說明大穗結(jié)縷草在鹽脅迫時(shí)對(duì)K+有較強(qiáng)的吸收能力。2種結(jié)縷草的葉中的K+的含量整體上呈逐漸上升的趨勢(shì)，可能是因?yàn)辂}脅迫促進(jìn)了K+向葉片運(yùn)輸；也可能是鹽脅迫導(dǎo)致了細(xì)胞膜透性增加，細(xì)胞內(nèi)K+外流2個(gè)方面的原因[18]。

K+/Na+的變化趨勢(shì)可作為評(píng)價(jià)草坪草耐鹽性的指標(biāo)之一[10]。鹽脅迫過程中，2種結(jié)縷草的根和葉中K+/Na+均隨著鹽濃度的增加而降低，說明鹽脅迫抑制了K+的吸收，2種結(jié)縷草處于Na+離子毒害和K+離子營養(yǎng)虧缺的雙重脅迫之中。鹽脅迫下，Na+的區(qū)隔化是植物耐鹽的重要策略，SK， Na越高，說明植物對(duì)K+的選擇性運(yùn)輸越強(qiáng)[19]。鹽脅迫下大穗結(jié)縷草SK， Na始終大于中華結(jié)縷草的SK， Na，說明大穗結(jié)縷草對(duì)K+選擇性運(yùn)輸能力較強(qiáng)。

綜上所述，與中華結(jié)縷草相比，大穗結(jié)縷草在鹽脅迫下，根系有較高的拒Na+能力，較高的K+離子吸收和選擇性運(yùn)輸能力，這可能是大穗結(jié)縷草更耐鹽的原因之一。

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