兩種植物在不同生長(zhǎng)期控制Na+流入的差異

王春梅，張 茜，朱新強(qiáng)，賀洞口杰，段慧榮，王曉力

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050）

草地與牧草

兩種植物在不同生長(zhǎng)期控制Na+流入的差異

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050）

控制Na+進(jìn)出植物根系的能力是研究植物耐鹽機(jī)制的關(guān)鍵，但由于測(cè)量技術(shù)和條件的限制，目前關(guān)于植物根系Na+內(nèi)流速率受生長(zhǎng)階段的影響還無(wú)相關(guān)研究。該研究采用非損傷微測(cè)技術(shù)，選取小麥與野大麥為代表材料，研究了單子葉甜土植物與單子葉鹽生植物在不同生長(zhǎng)階段下的根系Na+內(nèi)流速率差異。結(jié)果表明：2個(gè)鹽濃度處理下野大麥和小麥根系的Na+內(nèi)流速率都隨生長(zhǎng)而逐漸增大：2～3葉期，2個(gè)材料之間Na+內(nèi)流速率差異不顯著（P＞0.05）；4葉期時(shí)，濃度為25 mmol/L NaCl處理下野大麥比小麥低10%，但差異也不顯著（P＞0.05）；濃度為100 mmol/L NaCl時(shí)野大麥比小麥高19%，差異顯著（P＜0.05）。可見(jiàn)，生長(zhǎng)階段能顯著影響植物控制Na+流入的能力，4葉期以后的野大麥比小麥吸收更多的Na+。因此，在比較植物耐鹽能力以及相關(guān)研究時(shí)應(yīng)考慮生長(zhǎng)階段的影響。

非損傷微測(cè)技術(shù)；Na+內(nèi)流；甜土植物；鹽生植物

拒鹽是單子葉植物主要的耐鹽方式之一［1］，主要通過(guò)測(cè)定植物根系Na+的內(nèi)流速率來(lái)表現(xiàn)［2］。目前，對(duì)于根系Na+的內(nèi)流研究的植物種類(lèi)較多，例如擬南芥［3］、鹽芥［4］、大麥［5-6］、擬漆姑［7］、小麥［8-10］、玉米［11］、堿蓬［12］等。但是關(guān)于植物生長(zhǎng)階段對(duì)根系Na+的內(nèi)流速率的影響還沒(méi)有系統(tǒng)研究。如果不考慮生長(zhǎng)階段的影響，就很難對(duì)不同研究中（尤其是在不同物種之間）的結(jié)果作出合理判斷［2］。因此，本研究選取小麥（Triticum aestivum，隴春26，甜土植物）與野大麥（Hordeum brevisubulatum（Trin.）Link，鹽生植物）為代表，測(cè)定了這兩種植物2～4葉期的Na+單向內(nèi)流速率變化差異，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)及鹽處理

將小麥（Triticum aestivum，隴春26）與野大麥種子置白瓷盤(pán)中鋪有吸水紙的萌發(fā)架上，澆蒸餾水萌發(fā)，暗培養(yǎng)，25℃。萌發(fā)后改光照培養(yǎng)16 h/8 h（晝/夜），光強(qiáng)度約600 μmol/m2，并改澆修正的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液［10］。至植株第2葉出現(xiàn)時(shí)移至培養(yǎng)盒中，以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液通氣泵加氣培養(yǎng)，野大麥每5棵為一重復(fù)，小麥每2棵為一重復(fù)。分別至植株發(fā)育到第2葉、第3葉、第4葉，以25 mmol/L和100 mmol/L NaCl（按濃度遞增50 mmol/12 h）的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行鹽脅迫處理，處理7 d后進(jìn)行示蹤實(shí)驗(yàn)。

1.2 植株根系Na+內(nèi)流速率測(cè)定

參考Sun等［14］的方法，通過(guò)非損傷微測(cè)技術(shù)（MIFE）測(cè)定活體野大麥和小麥根系表面的凈Na+流速。首先將微電極用Na+（0.3 mmol/L，0.9 mmol/L，3 mmol/L）緩沖液分別進(jìn)行校準(zhǔn)，之后將不同生長(zhǎng)階段的小麥和野大麥的全株從NaCl處理過(guò)的培養(yǎng)液中取出，輕輕沖洗根表面，之后置于培養(yǎng)皿中加入10 mL的測(cè)試液平衡15 min。測(cè)試液的成分為：0.1 mmol/L KCl，0.1 mmol/L CaC12， 0.1 mmol/L MgC12，0.5 mmol/L NaCl，0.2 mmol/L Na2SO4，0.3 mmol/LMES，pH值6.0。平衡結(jié)束取出植株將根置于測(cè)試液中，電極置于根尖分生區(qū)后接近側(cè)根生長(zhǎng)區(qū)的位置，記錄電壓信號(hào)變化幅度相對(duì)穩(wěn)定的0～400 s。之后通過(guò)旭月公司的軟件（Mage Flux software）換算得到Na+流速（pmol·cm-2·s-1），并將0～400 s之間的平均值作為本實(shí)驗(yàn)的Na+流速計(jì)算值。為了消除實(shí)驗(yàn)中其他離子影響的誤差，將得到的流速數(shù)據(jù)以對(duì)照值（0 mmol/L NaCl）設(shè)為0作為基準(zhǔn)值進(jìn)行換算得到最終的流速值，每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。

軟件計(jì)算原理公式：①Nerst方程：V-lg［C］②Fick's第一擴(kuò)散定律：J-dC

1.3 數(shù)據(jù)處理及計(jì)算

所有數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤進(jìn)行計(jì)算，用SPSS程序?qū)λ袛?shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根鮮重

從圖1可以看出，由于野大麥與小麥隸屬于小麥族的不同屬，單株鮮重差異較大，但是二者根鮮重隨著生長(zhǎng)階段的增加幅度相近。在25 mmol/LNaCl處理下，3、4葉期的野大麥根鮮重分別為2葉期的2.0倍和3.8倍（圖1 a）；小麥則分別為1.9倍和2.6倍（圖1 b）。在100 mmol/L NaCl處理下，3、4葉期的野大麥根鮮重分別為2葉期的1.9倍和3.5倍（圖1 a）；小麥則分別為1.6倍和2.3倍（圖1 b）。可見(jiàn)，兩個(gè)材料根生長(zhǎng)狀況相似，實(shí)驗(yàn)具有可比性。

圖1 不同生長(zhǎng)階段下野大麥（a）與小麥（b）根系鮮重的變化情況

2.2 Na+內(nèi)流速率

從圖2可以看出，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)材料根系的單向Na+內(nèi)流速率均隨著生長(zhǎng)階段增加而逐步增大。在2～3葉期，野大麥與小麥的Na+內(nèi)流速率均差異不顯著（P＞0.05）（圖2 a，b）。在4葉期，野大麥與小麥Na+內(nèi)流速率差距隨著生長(zhǎng)階段逐漸增大：濃度為25 mmol/L NaCl時(shí)野大麥比小麥低10%，但差異不顯著（P＞0.05）；濃度為100 mmol/L NaCl時(shí)野大麥比小麥高19%，分別為0.82 μmol/（g根鮮重·min）和0.66 μmol/（g根鮮重·min），且差異顯著（P＜0.05）（圖2 b）?？梢?jiàn)，生長(zhǎng)階段對(duì)兩種植物內(nèi)流速率的影響差異主要體現(xiàn)在高鹽脅迫條件和4葉期以后。

圖2 25 mmol/L（a）、100 mmol/L（b）NaCl濃度處理下，2～4葉期野大麥與小麥內(nèi)流速率的變化

3 討論

鹽分脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育各階段都能產(chǎn)生重要影響，而植物發(fā)育早期對(duì)鹽度的適應(yīng)能力是決定其生存優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵因素。在2～4葉期，野大麥與小麥根系Na+內(nèi)流速率均隨生長(zhǎng)發(fā)育階段而逐步增大。這可能由于一方面幼苗生長(zhǎng)初期的根皮層、木質(zhì)部、氣孔、葉綠體等組織發(fā)育不完全，蒸騰和光合較低［13］，水分和離子運(yùn)輸量較小，另一方面種子儲(chǔ)存的淀粉、蛋白、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持了幼苗細(xì)胞質(zhì)中較高的滲透勢(shì)，使得二者Na+內(nèi)流速率在初期均較低；之后隨著植株的生長(zhǎng)發(fā)育，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗，光合與蒸騰增強(qiáng)，水分和離子內(nèi)流速率隨之增大。

在低濃度NaCl（25 mmol/L）處理下，野大麥與小麥Na+內(nèi)流速率差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明低濃度NaCl條件下野大麥與小麥組織均未受到鹽分脅迫，對(duì)于Na+內(nèi)流的控制能力相似。在高鹽濃度（100 mmol/LNaCl）處理下，2～3葉期的野大麥與小麥Na+內(nèi)流速率之間差異不顯著（P＞0.05），這可能是因?yàn)橐按篼溕L(zhǎng)初期耐鹽性還沒(méi)有體現(xiàn)出與小麥之間的區(qū)別。Davenport等［9］認(rèn)為一般植物組織在3葉期以后發(fā)展較為成熟。4葉期時(shí)野大麥內(nèi)流速率顯著高于小麥（P＜0.05），說(shuō)明4葉期以后野大麥耐鹽系統(tǒng)發(fā)育逐步完善，可以通過(guò)大量吸收Na+積累到液泡中作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)。因此，在比較不同物種間的耐鹽能力時(shí)，應(yīng)選擇適合的生長(zhǎng)階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才更科學(xué)。

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Influence of Growth Stage on Na+Influx in Two Plant Species

WangChunmei，ZhangQian，WangXiaoli，et al
（Lanzhou Institute ofHusbandryand Pharmaceutics sciences ofCAAS，Lanzhou 730050，China）

The abilityofcontrollingNa+influxand effluxofplant roots is the keytostudythe mechanismofsalt tolerance in plants. However，due tothe limitation ofmeasurement techniques and conditions，the influence of growth stage on the ability of Na+influx in plants remains elusive.Gramineous halophyte wild barleyand glycophyte wheat were chosen there，for testingthe unidirectional Na+influxes of monocotyledonous at 2 leaves，3 leaves and 4 leaves stages，respectively.The micro-electrode ion flux estimation technique experiments showed that Na+influx increased obviously with the plant growth stage in both species.There was no significant difference between wild barleyand wheat under 2-3 leave stage（P＞0.05）.At 4 leaves stage，wild barleywas lower by 10%than that ofwheat under 25 mmol/LNaCl（P＞0.05），but under 100 mmol/LNaCl，Na+influxofwild barleywas significantly higher by 19%than that of wheat（P＜0.05）.These indicated that growth stage had obvious influence on the Na+fluxes in both species；and wild barleyhad stronger abilityofNa+influxthan wheat under 4 leaves stage.Therefore，plant growth stage should be considered in salt tolerance and relative researches.

micro-electrode ion fluxestimation technique；Na+influx；glycophyte；halophyte

S54

A

2095-3887（2016）05-0039-03

10.3969/j.issn.2095-3887.2016.05.010

2016-06-27

國(guó)家自然科學(xué)基金（31201841）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CAAS-ASTIP-2014-LIHPS-08）

王春梅（1981-），女，助理研究員。研究方向：牧草抗逆生理與育種學(xué)。

王曉力，女，副研究員。