鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部離子轉(zhuǎn)運的影響

劉杰+耿淑娟

摘要：以向日葵品種白葵雜6號為試驗材料，中性鹽NaCl、Na2SO4按摩爾比9 ∶ 1混合模擬鹽脅迫，通過測定其木質(zhì)部液的成分來探討鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液中離子轉(zhuǎn)運的影響。結(jié)果表明，向日葵的子葉節(jié)區(qū)對離子的向上運輸具有截流作用，尤其是Na+；同時，鹽脅迫下，向日葵保持了較高的K+吸收率及貢獻(xiàn)率，從而使向日葵體內(nèi)保持高K低Na狀態(tài)，這可能是向日葵抗鹽性高于其他作物的主要原因。

關(guān)鍵詞：向日葵；木質(zhì)部；鹽脅迫；離子轉(zhuǎn)運

中圖分類號： S565.501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0085-03

土壤鹽漬化已成為全球土壤面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題，而且是制約世界農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的重要因素[1]。我國土地鹽漬化大約占全球鹽漬土面積的1/10，從濱海到內(nèi)陸，從低地到高原都分布著不同類型的鹽漬化土地[2]。植物對鹽逆境適應(yīng)能力的研究已成為研究者越來越關(guān)注的焦點，如何提高植物的抗鹽能力也成為研究的重中之重。

鹽脅迫對植物的傷害作用有2個方面，一方面是鹽的原初作用，即鹽離子的直接毒害作用；另一方面是鹽的次生作用，即由鹽離子大量積累引起的滲透脅迫和營養(yǎng)匱乏，這2個方面均與植物對鹽脅迫離子的吸收和分配有直接或間接的關(guān)系[3]。鹽脅迫下，植物為維持正常的生理代謝，組織或器官會對離子進(jìn)行選擇性吸收及運輸來調(diào)控離子的分布，以降低脅迫對自身的傷害[4]。

向日葵是世界上重要的經(jīng)濟作物之一，而且對鹽脅迫有一定的耐受力。目前學(xué)者對向日葵體內(nèi)離子情況研究集中于根、葉及子葉整體情況的分析[1，5]；而對于鹽脅迫下，向日葵木質(zhì)部汁液中離子變化分析未見報道。本研究從鹽脅迫下向日葵子葉節(jié)上下木質(zhì)部汁液中離子變化角度分析，來探討鹽脅迫下，子葉節(jié)對向日葵體內(nèi)離子從地下部分轉(zhuǎn)移到地上部分過程中的作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

向日葵（Helianthus annuus）種子為吉林省向日葵研究所提供的白葵雜6號，以自選不育系H-01A為母本，RHA-K為父本雜交而得，是吉林省向日葵的主要耕種品種。

選擇飽滿一致的向日葵種子植于直徑17 cm的盛滿洗凈細(xì)沙的塑料盆中。等距播種4穴，每穴2粒種子。出苗整齊后，每穴留苗1株，每盆留苗4株。人工遮雨。

1.2 鹽堿脅迫條件設(shè)計

將2種中性鹽NaCl、Na2SO4按摩爾比9 ∶ 1混合，作為鹽脅迫（salt stress）組。根據(jù)向日葵對中性鹽的耐受程度及木質(zhì)部液的流出程度，設(shè)30、60、90 mmol/L 3個處理濃度，分別記為S30、S60、S90。處理液用1倍的Hoagland營養(yǎng)液配制，對照（CK）為1倍的Hoagland營養(yǎng)液。

1.3 脅迫處理

苗齡5周后進(jìn)行脅迫處理。將長勢均勻的向日葵隨機分為4組，分別為CK、S30、S60、S90，每個處理6盆。于每天 17：00—18：00用500 mL處理液分2次透灌幼苗，對照組用營養(yǎng)液透灌。處理時間為2 d。

1.4 木質(zhì)部汁液的收集

將每個處理的6盆幼苗，隨機再分成2組。一組用以收集子葉節(jié)上的木質(zhì)部液，另一組用以收集子葉節(jié)下的木質(zhì)部液。收集時用刀片分別在子葉節(jié)上下大約2 cm處切割莖，并用硅膠管固定在莖上[6]，最后用保鮮膜將硅膠管開口處封上，防止灰塵落入，同時減少蒸發(fā)量。收集時間為12 h，收集到的傷流液即為木質(zhì)部汁液。

1.5 離子測定

K+和Na+含量測定采用火焰分光光度法[7]；Cl-、NO3-、H2PO4、SO42-含量測定采用離子色譜法[8]；Ca2+、Mg2+含量采用原子吸收分光光度計測定[8]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均以3次重復(fù)的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)誤差來表示，數(shù)據(jù)處理及方差計算均用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 14.0進(jìn)行，檢驗水平均為0.05。其中多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液中離子含量的影響

2.1.1 鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液中Na+、K+含量的影響 子葉節(jié)上下木質(zhì)部液中Na+含量均隨著脅迫強度增加而顯著升高，且子葉節(jié)上木質(zhì)部液中Na+含量低于子葉節(jié)下含量，說明Na+在通過木質(zhì)部向上運輸時，濃度逐漸降低（圖1-A）。鹽脅迫下，子葉節(jié)上下木質(zhì)部液中K+含量隨鹽度增加而升高，但子葉節(jié)上下含量基本相當(dāng)（圖1-B）。鹽脅迫下，2個部位木質(zhì)部液中鈉鉀比都隨脅迫強度增加而有所上升（圖1-C）。總體看來，木質(zhì)部K+含量高于Na+含量。

2.1.2 鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液中陽離子含量的影響 鹽脅迫對于木質(zhì)部液中Mg2+、Ca2+含量影響呈現(xiàn)出低濃度鹽脅迫降低其含量、高濃度鹽脅迫使其含量增加的趨勢；并且在高濃度鹽脅迫下，子葉節(jié)上木質(zhì)部液中Mg2+、Ca2+含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于子葉節(jié)下木質(zhì)部液的含量（圖2）。

2.1.3 鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液中陰離子含量的影響 由圖3可見，子葉痕下木質(zhì)部液中，Cl-含量隨鹽脅迫強度的增強逐漸升高，且在鹽脅迫強度為30、60 mmol/L時子葉節(jié)下木質(zhì)部液中Cl-含量明顯高于子葉節(jié)上含量。2個部位相比較，子葉節(jié)上的木質(zhì)部液中Cl-含量較少，子葉節(jié)區(qū)對Cl-的向上運輸具有一定限制作用。木質(zhì)部液（子葉節(jié)下和上）中，NO3-和H2PO4-含量都明顯低于對照組，在木質(zhì)部中向上運輸?shù)倪^程中都有所減少。鹽脅迫都使子葉節(jié)下木質(zhì)部液中SO42-含量明顯上升，但是子葉節(jié)下木質(zhì)部液中SO42-含量無太大變化。

2.2 鹽脅迫對向日葵木質(zhì)部液電荷貢獻(xiàn)率的影響

正常生長的向日葵子葉節(jié)下木質(zhì)部液中，K+電荷貢獻(xiàn)率為77.25%，Na+為5.97%，鹽脅迫雖然導(dǎo)致子葉節(jié)下木質(zhì)部液中K+貢獻(xiàn)比例降低，Na+貢獻(xiàn)比例升高，但最終二者貢獻(xiàn)比相平；而子葉節(jié)上木質(zhì)部液中K+貢獻(xiàn)率始終高于Na+貢獻(xiàn)率。endprint

鹽脅迫下，Mg2+和Ca2+貢獻(xiàn)率比對照有一定程度的下降，但子葉節(jié)上木質(zhì)部液貢獻(xiàn)率略大于子葉節(jié)下貢獻(xiàn)率。鹽脅迫下Cl-電荷貢獻(xiàn)率快速增加，平均貢獻(xiàn)率分別為59.58%（子葉節(jié)下）、51.25%（子葉節(jié)上）。NO3-所占比例卻驟降，子葉節(jié)下從對照的80.29%降到鹽脅迫下21.67%；子葉節(jié)上從81.36%下降到31.52%。SO42-提供負(fù)電荷比例隨著脅迫強度增加而有所降低，但整體高于對照。H2PO4-貢獻(xiàn)率隨著脅迫強度的增加而明顯降低（表2）。

3 討論與結(jié)論

Na、K、Ca作為植物生長所必需的大量礦質(zhì)元素，在植物生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的生理功能[3]。但是，這些離子只有處于相對平衡狀態(tài)時才能發(fā)揮其正常的生理作用，而離子的穩(wěn)態(tài)平衡一旦破壞將對植物生長及其生理功能產(chǎn)生不利影響[9]。

一般情況下，植物對Na+、K+吸收有拮抗作用。植物為能在鹽脅迫環(huán)境下生長，會大量吸收土壤中Na+以維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓；結(jié)果會導(dǎo)致K+吸收降低。但在本試驗中，木質(zhì)部液中Na+、K+含量均隨著鹽脅迫強度的增加而升高，并且由圖1可以看出，子葉節(jié)上Na+濃度明顯低于葉節(jié)下Na+濃度，而K+濃度在二者中差異不大，這就說明子葉節(jié)對Na+有一定的截留作用，這就使得向日葵地上部分有較高的K+，從而使向日葵體內(nèi)保持高K低Na狀態(tài)，從而表現(xiàn)出相對高于其他作物的抗鹽性，這與筆者前期試驗結(jié)果[1，5]相吻合。

鹽脅迫下，Ca2+在離子的選擇性吸收和保持細(xì)胞膜的完整性方面發(fā)揮著重要作用[10]。Ca2+在子葉節(jié)上木質(zhì)部液中顯著增加，這可能是鹽脅迫誘導(dǎo)Ca2+從周圍鈣庫中釋放出來，參與莖或葉片生理活動，猜測Ca2+的增加主要起到信號功能傳遞以及滲透調(diào)節(jié)的作用。

Mg是植物生長必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，楊立飛等認(rèn)為，鹽脅迫下葉片中Mg2+含量升高，有利于增強光合作用，從而提高植株的耐鹽性[11]。本研究中，子葉節(jié)上木質(zhì)部液Mg2+含量隨鹽脅迫的增加呈上升趨勢，這表明向日葵根系在鹽脅迫會加快Mg2+的吸收并向上運輸，以保證葉片的正常光合作用，抵抗外界脅迫的傷害。

鹽脅迫導(dǎo)致木質(zhì)部液中各離子含量及電荷貢獻(xiàn)率發(fā)生變化，這可能會導(dǎo)致正負(fù)電荷失衡，進(jìn)而影響到木質(zhì)部液的pH值。研究發(fā)現(xiàn)，活體植物乃至離體的葉片，其木質(zhì)部液的pH值和K+的變化動態(tài)（可能也有Na+的變化）都呈顯著相關(guān)，木質(zhì)部液流pH值受K+（Na+）離子活性變化的影響[12]。以前的研究認(rèn)為pH值的改變是一種信號，Wilkinson等用番茄的野生型和突變體研究時發(fā)現(xiàn)，pH值升高并非信號，而是逆境下的一種傷害表現(xiàn)[13]。目前，研究者還沒有弄清楚木質(zhì)部液中pH值升高的機制，可能是單一途徑調(diào)節(jié)，也可能是多渠道實現(xiàn)。

綜上所述，鹽脅迫下，子葉在植物木質(zhì)部離子準(zhǔn)運過程中起了一定作用，尤其是對毒害離子（Na+、Cl-）的向上運輸有一定的截留作用，從而保證了地上部的正常生長。

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