根系局部NaCl處理對(duì)葡萄植株傷害度、Na+積累和碳氮分配的影響

孫紅，姜亦文，于昕，相廣慶，姚玉新

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根系局部NaCl處理對(duì)葡萄植株傷害度、Na+積累和碳氮分配的影響

孫紅，姜亦文，于昕，相廣慶，姚玉新

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

【目的】鹽脅迫嚴(yán)重影響果樹作物產(chǎn)量及品質(zhì)。自然條件下，土壤中鹽分濃度不均一，同一植株根系不同部位所處的鹽環(huán)境不同。本文旨在測(cè)定根系局部鹽處理對(duì)葡萄植株的傷害程度，并從Na+積累特性和碳氮分配角度揭示非處理側(cè)根系緩解鹽傷害的機(jī)理。【方法】利用分根栽培控制根系鹽環(huán)境，根系兩側(cè)NaCl濃度（mmol·L-1）設(shè)置為0/0、0/50、50/50、0/100、100 /100 5種處理。通過(guò)測(cè)定葉綠素、丙二醛（MDA）和葉綠素?zé)晒鈪?shù)來(lái)反應(yīng)植株傷害程度；通過(guò)測(cè)定Na+含量、離子流和根域介質(zhì)電導(dǎo)率來(lái)檢測(cè)Na+體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)特性；通過(guò)測(cè)定氮肥利用率和碳氮分配率分析不同鹽處理下各組織碳、氮水平。【結(jié)果】處理15 d和30 d時(shí)，雙側(cè)均勻鹽處理顯著降低葉綠素含量，提高葉片和根系MDA水平；同濃度單側(cè)鹽處理能有效緩解葉綠素下降和MDA積累。Fv/Fm、ETR等葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定表明了相似的結(jié)果。以上結(jié)果表明，單側(cè)鹽處理下，非處理側(cè)根系能有效減輕鹽對(duì)葡萄植株的傷害。處理15 d時(shí)，各種方式的NaCl處理均不同程度增加了根系和葉片Na+含量；尤其是在單側(cè)鹽處理下，非處理側(cè)根系Na+含量顯著增加；與同濃度雙側(cè)均勻鹽處理相比，單側(cè)鹽處理顯著降低了葉片Na+水平，100 mmol·L-1單側(cè)鹽處理顯著降低了處理側(cè)根系Na+濃度。非鹽處理對(duì)照根系Na+流為內(nèi)運(yùn)；處理24 h時(shí)，雙側(cè)鹽處理的根系外排Na+，100 mmol·L-1單側(cè)鹽處理下非處理側(cè)根系Na+流轉(zhuǎn)變?yōu)橥膺\(yùn)。此外，單側(cè)鹽處理下，非處理側(cè)根系周圍栽培介質(zhì)電導(dǎo)率較對(duì)照顯著提高。以上結(jié)果表明，處理側(cè)根系吸收的Na+能從非處理側(cè)根系排出體外，避免處理側(cè)根系和葉片Na+大量積累。根系雙側(cè)NaCl處理顯著降低了氮肥利用率，且與處理濃度有關(guān)；單側(cè)鹽處理能減緩氮肥利用率的下降，并且0/100 mmol·L-1處理下，非處理側(cè)根系氮肥利用率較對(duì)照顯著提高。雙側(cè)鹽處理尤其是100 mmol·L-1重度鹽脅迫不利于氮向葉片和根中分配，而促進(jìn)了氮向多年生蔓中分配，利于氮的儲(chǔ)存。而單側(cè)鹽處理降低了多年生蔓中氮的儲(chǔ)藏，同時(shí)緩解了葉片和根系中氮分配率的下降。雙側(cè)鹽處理降低了葉片和根中碳分配率，單側(cè)鹽處理能緩解葉片碳分配率的下降，提高鹽處理下根系碳分配率。50和100 mmol·L-1鹽處理對(duì)一年生蔓和多年生蔓碳的分配率具有不同的影響，50 mmol·L-1單、雙側(cè)鹽處理提高了多年生蔓的碳分配率，而100 mmol·L-1單、雙側(cè)處理降低了多年生蔓的碳分配率。【結(jié)論】與均勻鹽處理相比，同濃度單側(cè)鹽處理對(duì)葡萄植株的傷害程度較輕。鹽處理側(cè)根系吸收的Na+可運(yùn)輸?shù)椒翘幚韨?cè)根系，進(jìn)而排出體外，降低葉片Na+積累水平。非處理側(cè)根系能緩解鹽脅迫導(dǎo)致的葉片和根系碳、氮分配率的下降。

葡萄；局部鹽處理；傷害程度；Na+離子流；碳氮分配

0 引言

【研究意義】鹽脅迫是最主要的非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)。植物鹽脅迫響應(yīng)及代謝改變依賴于所處的土壤鹽環(huán)境。自然條件下，由于降水、灌溉、蒸騰等因素的影響，多數(shù)土壤鹽分濃度不均一，同一植株不同根區(qū)所處的鹽環(huán)境不同。研究不均勻鹽環(huán)境下低鹽或非鹽區(qū)根系在緩解鹽脅迫傷害中的作用及機(jī)理，對(duì)于揭示作物對(duì)不均一鹽環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制和豐富抗鹽機(jī)理具有重要意義，同時(shí)也為通過(guò)局部土壤改良開展鹽堿地葡萄種植提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤鹽分主要導(dǎo)致滲透脅迫和離子毒害。鹽脅迫首先產(chǎn)生滲透脅迫，影響水分吸收，導(dǎo)致細(xì)胞膨壓損失；隨著Na+和Cl-過(guò)度積累，在滲透的基礎(chǔ)上產(chǎn)生離子毒害[1]。植物通過(guò)滲透調(diào)節(jié)來(lái)緩解滲透脅迫，其中最主要的方式是通過(guò)吸收無(wú)機(jī)離子來(lái)提高滲透勢(shì)[2]。此外，大量研究表明，Na+液泡區(qū)隔化是防止葉片Na+毒害的重要保護(hù)措施[3]。再者，將Na+排到質(zhì)外體或直接排出體外也是降低Na+過(guò)度積累的重要方式；在這個(gè)過(guò)程中，質(zhì)膜H+-ATPase和Na+/H+運(yùn)輸載體起到關(guān)鍵作用[4]。碳、氮代謝是植物體內(nèi)最主要的兩大代謝過(guò)程。氮素是土壤營(yíng)養(yǎng)元素的重要組分，是構(gòu)成植物體內(nèi)蛋白質(zhì)及核酸的重要元素，氮素水平影響植物生長(zhǎng)[5]。并且氮素對(duì)作物抗逆性具有重要的調(diào)節(jié)作用，供氮有利于減緩葉片光合作用的下降，提高耐鹽能力[6]。光合是受鹽影響的主要代謝過(guò)程之一[7]；光合組織對(duì)脅迫高度敏感，各種脅迫均能影響光能捕獲和碳固定及產(chǎn)生氧化脅迫[8]。碳代謝調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)脅迫的重要防御機(jī)制；比如，鹽脅迫激活的黃瓜核心抗逆機(jī)制包括過(guò)度激發(fā)能的無(wú)害耗散和PSII光化學(xué)反應(yīng)最適化等[9]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】根系對(duì)不均一鹽脅迫的響應(yīng)和調(diào)控已成為研究耐鹽機(jī)制的重要方面[10]，不均勻鹽處理不僅對(duì)植株傷害較小，而且能通過(guò)提高水分吸收來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)[11]。目前關(guān)于植物對(duì)不均勻鹽脅迫響應(yīng)的研究相對(duì)較少，急需在不同作物上進(jìn)一步評(píng)價(jià)和探討機(jī)制?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)根系分根控制來(lái)評(píng)價(jià)不均勻鹽脅迫對(duì)葡萄植株的傷害程度，并從Na+含量及碳、氮分配角度來(lái)研究不均勻鹽處理緩解脅迫傷害的機(jī)制，以期為全面、深入認(rèn)識(shí)不均勻鹽脅迫對(duì)作物代謝的影響提供理論支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2017年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料及處理

本試驗(yàn)在溫室大棚進(jìn)行，試驗(yàn)材料為二年生‘克瑞森無(wú)核’葡萄扦插苗。移栽入盆前，首先修剪根系，使每個(gè)植株根系量基本相近，然后將每一株扦插苗的根系等量分成兩部分，分別放入直徑20 cm的黑色軟塑料營(yíng)養(yǎng)缽里，再將兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽一并放入直徑35 cm的塑料花盆內(nèi)（圖1）；營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)栽培介質(zhì)為田間1—10 cm表層土，pH 6.4，有機(jī)質(zhì)含量10.85 g·kg-1, 氮、磷、鉀含量分別為0.31、0.35、13.24 g·kg-1。待植株生長(zhǎng)到6—8片葉時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)相近的盆栽苗進(jìn)行處理。

分區(qū)NaCl處理濃度（mmol·L-1）為0/0、0/50、50/50、0/100、100/100。0/50表示根系兩側(cè)NaCl濃度分別為0和50 mmol·L-1，其他依次類推。每個(gè)處理10盆，每2 d處理一次；首次鹽處理后24 h測(cè)根尖離子流，處理7次（15 d）后，測(cè)定葉綠素?zé)晒?、葉綠素、葉片和根系MDA、碳氮分配等指標(biāo)，處理14次（30 d）后，測(cè)定葉片葉綠素和MDA含量。

1.2 葉綠素含量、電導(dǎo)率、MDA含量測(cè)定

葉綠素、MDA含量以及電導(dǎo)率測(cè)定方法參照趙世杰等[12]。

1.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

利用Dual-PAM 100便攜式脈沖調(diào)制式熒光儀（Walz，德國(guó)）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)：選取植株中部功能葉，暗適應(yīng)15 min，打開測(cè)量光，測(cè)得熒光F0；打開單飽和白光脈沖，測(cè)定最大熒光Fm；照射PAR為611 μmol·m-2·s-1的作用光及飽和脈沖光，儀器自動(dòng)讀取F0、F0′、Fm、Fm′、qP和ETR等參數(shù)。

1.4 Na+含量測(cè)定

根系（包含主根頂部及側(cè)根）、功能葉于70℃干燥48 h，研磨后與硝酸和硫酸（4﹕1，V/V）混合提取，過(guò)濾，稀釋，Na+含量用原子吸收分光光度計(jì)（Perkin Elmer AA300，PerkinElmer Inc.，Waltham，MA，USA）測(cè)定。

圖1 分根栽培效果圖

1.5 根尖Na+離子流測(cè)定

采用非損傷微測(cè)技術(shù)測(cè)定根系離子流速：在首次鹽處理后24 h取根系頂端幼嫩部位，固定于滅菌的小培養(yǎng)皿中，加入4 mL離子流速基本測(cè)試液，沒過(guò)測(cè)試根系0.1 mm，平衡根系10 min，然后將培養(yǎng)皿放在防震臺(tái)的電極固定支架上，將電極放置于待測(cè)根系根尖近根表的位置，調(diào)整好最佳測(cè)試位置，直到在電腦顯示屏上能看到清晰圖像，并把參比電極放入培養(yǎng)皿測(cè)試液中，用屏蔽罩隔離防震臺(tái)，啟動(dòng)軟件，記錄測(cè)試過(guò)程。利用旭月科技有限公司提供的ASET軟件（ASET2.O Sciencewares，F(xiàn)al-mouth, MA02540，USA）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、圖像獲取、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、電極三維位置調(diào)試和顯微鏡精細(xì)聚焦的步進(jìn)控制等操作。

1.6 碳、氮分配率測(cè)定

13C脈沖標(biāo)記在一個(gè)由透明農(nóng)用塑料薄膜做成的標(biāo)記室內(nèi)進(jìn)行，標(biāo)記前檢查標(biāo)記室的封閉性。用注射器向裝有0.2 g Ba2CO3的離心管中加入1 mL濃度為1 mol·L-1的HCl溶液。此后每隔0.5 h向其中注入一次HCl溶液，以維持CO2濃度，保持環(huán)境CO2濃度為360 μmol·L-1，標(biāo)記時(shí)間持續(xù)4 h。15N標(biāo)記用含15N的尿素溶液根施標(biāo)記，將50 mL 0.4%的15N尿素溶液分別施入根系兩側(cè)栽培介質(zhì)中。處理15 d后，樣品經(jīng)清水、洗滌劑、清水、1%鹽酸、3次去離子水沖洗后，105℃殺青30 min，隨后在80℃下烘干至恒重，粉碎后過(guò)0.25 mm篩，混勻后備用。13C和15N豐度用CNOHS同位素質(zhì)譜儀（Thermo Fish，USA）測(cè)定。計(jì)算公式如下：

氮肥利用率（%）=Ndff×器官全氮量/施氮量；其中Ndff（%）=（植物中15N豐度-自然豐度）/（肥料中15N豐度-自然豐度）×100；

氮肥分配率（%）=各器官中從氮肥中吸收的氮量/總吸收氮量×100；

13C在各器官的分配率：13Ci（%）=13Ci/13C凈吸收×100。

2 結(jié)果

2.1 根系局部NaCl處理對(duì)葡萄植株傷害程度評(píng)價(jià)

葉片葉綠素和MDA含量測(cè)定結(jié)果表明，處理30 d時(shí)，50和100 mmol·L-1NaCl雙側(cè)處理顯著降低了葉綠素含量，增加了MDA含量。尤其是100 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理導(dǎo)致葉片葉綠素含量下降56.05%，MDA為對(duì)照1.12倍（圖2-A、B），表明植株受到嚴(yán)重傷害。相比之下，同濃度的單側(cè)鹽處理能有效緩解葉綠素下降和MDA積累（圖2-A、B）。此外，葉綠素?zé)晒鈪?shù)表明，處理后15 d，各種鹽處理均未顯著影響Fv/Fm和ETR，但100 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理下該值顯著低于單側(cè)鹽處理（圖2-C）。與對(duì)照相比，100 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理顯著提高Wk值；雙側(cè)鹽處理均顯著降低qP值，單側(cè)鹽處理提高了qP值，但未達(dá)到顯著水平（圖2-D）。再者，單側(cè)鹽處理下，非處理側(cè)根系MDA含量顯著低于處理側(cè)根系，與非處理對(duì)照無(wú)顯著差異；并且單側(cè)處理較雙側(cè)處理降低了處理側(cè)MDA積累（圖2-E）。以上數(shù)據(jù)表明，單側(cè)鹽處理能有效緩解NaCl對(duì)葡萄植株的傷害。

2.2 根系局部NaCl處理對(duì)Na+含量、Na+流及根際栽培介質(zhì)電導(dǎo)率的影響

為了研究單側(cè)鹽處理緩解鹽脅迫的機(jī)制，首先檢測(cè)了不同處理對(duì)葡萄植株Na+含量的影響。與對(duì)照相比，不同方式的NaCl處理均不同程度增加了根系Na+含量（圖3-A）。50和100 mmol·L-1NaCl雙側(cè)處理導(dǎo)致根系Na+濃度分別為對(duì)照的0.75和2.10倍。50和100 mmol·L-1NaCl單側(cè)處理下，處理側(cè)根系（0/50-50、0/100-100，表示方法下同）Na+濃度分別為對(duì)照的1.21和1.77倍，非鹽處理側(cè)Na+濃度也得到增加，尤其是0/100-0側(cè)根系Na+濃度顯著高于對(duì)照；表明Na+能從處理側(cè)運(yùn)輸?shù)椒翘幚韨?cè)。并且，0/50-50側(cè)Na+濃度顯著高于50/50處理，表明中度鹽處理下Na+向非處理側(cè)的運(yùn)輸促進(jìn)了處理側(cè)Na+的吸收。相比之下，0/100-100側(cè)根系Na+濃度顯著低于100/100處理，表明高鹽處理下Na+向非處理側(cè)的運(yùn)輸緩解了處理側(cè)Na+過(guò)度積累。此外，與雙側(cè)鹽處理相比，單側(cè)鹽處理顯著降低葉片Na+含量（圖3-B）。

為了進(jìn)一步分析單側(cè)鹽處理對(duì)根系Na+吸收、運(yùn)輸特性的影響，檢測(cè)了不同處理后24 h根尖Na+離子流（圖4-A）。非鹽處理?xiàng)l件下，離子流為負(fù)值，表明根系吸收Na+。雙側(cè)鹽處理下，根系外排Na+，并且外排速率與處理濃度相關(guān)。單側(cè)鹽處理下，處理側(cè)根系外排Na+，0/50-0側(cè)根系仍然吸收Na+，但吸收速率顯著低于對(duì)照；0/100-0側(cè)根系轉(zhuǎn)變?yōu)橥馀臢a+（圖4-A）。此外，非處理側(cè)根系周圍栽培介質(zhì)電導(dǎo)率顯著提高，表明更多的離子被排到介質(zhì)中（圖4-B）。以上表明當(dāng)處理側(cè)根系吸收過(guò)量的Na+后，部分Na+運(yùn)輸?shù)椒翘幚韨?cè)，進(jìn)而被排出根系。

不同字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同Values indicated by the different letters are significant at P＜0.05. The same as below

圖3 根系鹽處理對(duì)葡萄根系（A）和葉片（B）中Na+含量的影響

圖4 根系分區(qū)鹽處理對(duì)葡萄根尖Na+離子流的影響

2.3 根系局部NaCl處理對(duì)葡萄氮肥利用率和分配率的影響

根系雙側(cè)NaCl處理顯著降低了氮肥利用率，且濃度越高氮肥利用率越低；100 mmol·L-1雙側(cè)處理下，植株氮肥利用率僅為對(duì)照的56.19%（圖5）。50 mmol·L-1NaCl單側(cè)處理下，根系兩側(cè)氮肥利用率與對(duì)照均無(wú)顯著性差異；而100 mmol·L-1單側(cè)處理顯著提高了非處理側(cè)氮肥利用率，并且處理側(cè)根系氮肥利用率顯著高于同濃度雙側(cè)處理（圖5）。

圖5 根系局部NaCl處理對(duì)葡萄植株氮肥利用率的影響

與對(duì)照相比，50 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理對(duì)葉片氮分配率未產(chǎn)生影響，而100 mmol·L-1雙側(cè)處理則顯著降低葉片氮分配率，為對(duì)照的81.42%；相比之下，單側(cè)鹽處理提高葉片氮分配率，但未達(dá)到顯著水平。單、雙側(cè)鹽處理不同程度提高了一年生蔓N分配率，50 mmol·L-1/50 mmol·L-1和0/100 mmol·L-1處理下差異達(dá)到顯著水平。雙側(cè)鹽處理促進(jìn)氮向多年生蔓中分配，100 mmol·L-1處理下多年生蔓中氮分配率達(dá)到對(duì)照的1.89倍；相反，單側(cè)鹽處理降低多年生蔓氮分配率。所有鹽處理均顯著降低根系氮分配率。就單側(cè)鹽處理而言，非處理側(cè)根系比處理側(cè)具有相對(duì)較高的氮分配率；100 mmol·L-1單側(cè)處理下，非處理側(cè)為處理側(cè)的2.01倍（表1）。

表1 根系局部鹽處理對(duì)葡萄植株15N分配率（%）的影響

字母標(biāo)記用于縱向比較同一組織不同處理的差異顯著性，不同字母表示顯著差異。**表示處理側(cè)和非處理側(cè)的差異極顯著。下同

Small letter corresponds to the comparison of the same tissues with different treatments, and values indicated by the different letters are significant at＜0.05. ** indicates the highly significant difference between the salt-treated and non-treated sides of roots. The same as below

以上數(shù)據(jù)表明，雙側(cè)鹽處理尤其是100 mmol·L-1重度鹽脅迫不利于氮向葉片和根中分配，而促進(jìn)了氮向多年生蔓中分配，利于氮的儲(chǔ)存。而單側(cè)鹽處理降低了多年生蔓氮的儲(chǔ)藏，同時(shí)緩解了葉片和根系中氮分配率的下降。

2.4 根系局部NaCl處理對(duì)葡萄碳分配率的影響

與對(duì)照相比，雙側(cè)鹽處理大幅度降低了碳向葉片分配，50和100 mmol·L-1處理下葉片碳分配率僅為對(duì)照的85%左右；單側(cè)鹽處理緩解葉片碳分配率的下降。鹽處理對(duì)一年生蔓的碳分配率無(wú)顯著影響，但在50和100 mmol·L-1處理間差異顯著。50 mmol·L-1單、雙側(cè)鹽處理提高了多年生蔓的碳分配率，而100 mmol·L-1單、雙側(cè)處理降低了多年生蔓碳分配率。50和100 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理不同程度降低了根系碳分配率，尤其是100 mmol·L-1雙側(cè)鹽處理下根系碳分配率僅為對(duì)照的58.69%；相比之下，100 mmol·L-1單側(cè)鹽處理顯著提高了根系碳分配率，處理側(cè)和非處理側(cè)碳分配率差異不顯著（表2）。以上數(shù)據(jù)表明，單側(cè)鹽處理能緩解葉片碳分配率的下降，提高鹽處理下根系碳分配率；50和100 mmol·L-1鹽處理對(duì)一年生蔓和多年生蔓碳分配率具有不同的影響。

表2 局部鹽處理對(duì)葡萄植株13C分配率（%）的影響

3 討論

目前關(guān)于不均勻鹽脅迫對(duì)作物傷害的研究很少，本文通過(guò)測(cè)定MDA、葉綠素和葉綠素?zé)晒鈪?shù)評(píng)價(jià)了單、雙側(cè)鹽處理對(duì)葡萄植株的傷害程度。鹽離子過(guò)度積累導(dǎo)致植株傷害，生物膜生理功能受損，致使植物生物膜透性增大和膜脂過(guò)氧化，產(chǎn)生MDA，電導(dǎo)率增大，葉綠素加速降解[13-14]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)能反應(yīng)光合組織受傷害部位及程度[15]。比如，F(xiàn)v/Fm反映PSⅡ反應(yīng)中心最大光能轉(zhuǎn)換效率；Wk表示放氧復(fù)合體受傷害程度，其數(shù)值越高表示供體側(cè)受傷害程度越嚴(yán)重；ETR(II)、qP分別代表了PSⅡ的電子傳遞效率和PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度。根據(jù)以上參數(shù)，在處理后15 d，單側(cè)鹽處理降低了鹽對(duì)植株的傷害。尤其是在處理后30 d，100 mmol·L-1NaCl雙側(cè)處理對(duì)植株產(chǎn)生較大傷害，部分植株頻臨枯萎死亡；相比之下，100 mmol·L-1單側(cè)鹽處理能有效降低傷害程度。以上研究表明在不均一鹽環(huán)境下，非鹽區(qū)或低鹽區(qū)根系能有效緩解高鹽對(duì)植株的傷害。相關(guān)機(jī)理可能在于以下幾個(gè)方面。

首先，本研究揭示了非鹽區(qū)根系Na+外排能有效緩解高鹽區(qū)根系和葉片Na+過(guò)度積累。在棉花和等作物[10,16-17]上也證實(shí)，根系在高鹽區(qū)吸收的Na+可以通過(guò)低鹽或非鹽區(qū)根系排出體外，并降低葉片Na+積累，暗示不同作物對(duì)不均勻鹽脅迫具有相似的響應(yīng)機(jī)制。與根系相比，葉片更容易受Na+毒害[18]。非/低鹽區(qū)根系降低葉片Na+積累的原因可能在于非/低鹽區(qū)Na+外排降低了Na+上運(yùn)，同時(shí)不均勻鹽環(huán)境促進(jìn)了Na+由莖向非處理根的再分配[3,16]。此外，在棉花等作物上發(fā)現(xiàn)，IAA、H2O2和ABA是低鹽和高鹽區(qū)根系交流的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)，在調(diào)節(jié)植株生長(zhǎng)和調(diào)控Na+吸收、運(yùn)輸和外排上起重要作用[10]。葡萄根系施用ABA能改變根、莖等組織中Na+、Cl-等離子分配[19]，暗示ABA調(diào)控鹽脅迫下離子運(yùn)輸和外排。并且，抗逆響應(yīng)不是由單一的信號(hào)物質(zhì)控制，而是受ABA、H2O2等信號(hào)分子的互作調(diào)控[20]；因此，推測(cè)非鹽區(qū)和鹽區(qū)間信號(hào)交流包含了不同信號(hào)物質(zhì)間的交叉對(duì)話。

其次，鹽脅迫嚴(yán)重影響根區(qū)氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、吸收和利用及水分吸收[21-22]；本研究表明100 mmol·L-1NaCl單側(cè)處理下，非處理根系具有較高的氮肥利用率。相似的，在鹽濃度不均勻的環(huán)境下，棉花根系可從低鹽區(qū)吸收水分和養(yǎng)分以供生長(zhǎng)需要[16]；在蘋果等作物上研究也發(fā)現(xiàn)，一側(cè)根系的水肥供應(yīng)可不同程度地彌補(bǔ)鹽區(qū)根系吸收功能下降導(dǎo)致的水肥虧缺[11,23]。因此，非處理側(cè)根系的水肥供應(yīng)可能是緩解葡萄鹽傷害的重要保障。

本研究發(fā)現(xiàn)非處理側(cè)根系能緩解葉片和根系碳、氮分配率的下降。脅迫下足量的碳、氮供應(yīng)是提高植物抗逆和正常生長(zhǎng)的重要保障，鹽脅迫下氮素可用于合成更多的氨基酸，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)提高抗性水平[24]。氮素是Rubisco和硝酸還原酶所必須的，足夠的氮供應(yīng)是脅迫條件下維持光合性能，防止氧化脅迫，增強(qiáng)植株抗性所必須的[25-26]。在鹽脅迫下芥菜對(duì)氮的需求增加，足夠的氮可以提高乙烯水平，調(diào)節(jié)脯氨酸含量，恢復(fù)光合性能，提高抗鹽性[27]。本研究發(fā)現(xiàn)高鹽脅迫下非處理側(cè)氮肥利用率較對(duì)照顯著提高，暗示了植株對(duì)氮的需求增加。另一方面，葉片糖代謝是鹽影響的主要途徑之一，包括各種糖分在內(nèi)的碳水化合物積累是鹽脅迫適應(yīng)的重要措施[28]。可溶性糖本身可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并且也能通過(guò)提高脯氨酸含量來(lái)提高鹽抗性[29]。并且，碳、氮代謝緊密相連，氮代謝需要碳源和能量，同時(shí)為植物光合提供酶蛋白和光合色素[30]。盡管目前在其他作物上未見不均勻鹽處理對(duì)作物碳、氮分配影響的研究，但碳、氮在抗逆過(guò)程中的重要作用足以表明非處理側(cè)根系緩解根和葉碳、氮分配下降是提高葡萄抗鹽能力的重要原因。

4 結(jié)論

與均勻鹽處理相比，非處理側(cè)根系能有效緩解NaCl對(duì)葡萄植株的傷害。鹽區(qū)根系吸收的Na+可運(yùn)輸?shù)椒翘幚韨?cè)根系，改變根系離子流，進(jìn)而排出體外，降低高鹽區(qū)根系和葉片的Na+含量。非處理測(cè)根系能緩解鹽脅迫導(dǎo)致的葉片和根系碳、氮分配率的下降，為生長(zhǎng)器官提供足夠養(yǎng)分或滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

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Effects of Local Root Zone Salinity on Grapevine Injury, Na+Accumulation and Allocation of Carbon and Nitrogen

SUN Hong, JIANG YiWen, YU Xin, XIANG GuangQing, YAO YuXin

(College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology/ Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops in Huanghuai Region, Ministry of Agriculture, Tai’an 271018, Shandong)

【Objective】 Salt stress seriously affects yield and fruit quality of fruit crops. Soil salinity is often heterogeneous in saline fields, and within the different root zones of single plant the salinity of the soil solution might vary widely. This paper was aimed to determine the injury extent of grapevine under the non-uniform salt treatment, and to disclose the corresponding mechanism through the determination of Na+flux and allocation of carbon and nitrogen in grapevine. 【Method】 Saline environment of vine roots was controlled through split-root system and five treatments with different NaCl concentration (mmol·L-1) were set: 0/0, 0/50, 50/50, 0/100, and 100/100. Grapevine injury was evaluated via determining content of chlorophyll and malondialdehyde (MDA) as well as the changes of chlorophyll fluorescence parameters. Na+transport was analyzed by the determination of Na+content, Na+flux and electrical conductivity of culture medium around roots. Nitrogen utilization efficiency and distribution rate of carbon and nitrogen were used to detect the changes of carbon and nitrogen in different tissues under different treatments.【Result】The uniform salt treatment of bilateral roots significantly reduced the content of chlorophyll and enhanced the MDA levels in roots and leaves at 15 and 30 days after treatment. In contrast, salt treatment of local roots alleviated the chlorophyll decrease and the MDA accumulation. Additionally, the determination of chlorophyll fluorescence parameters, such as Fv/Fm and ERT, showed the similar results. Therefore, the roots in the non-saline side could alleviate the grapevine injury in comparison to the uniform salt treatments. All of salt treatments increased Na+content in roots and leaves to varying extents at 15 days after treatment; particularly, the Na+content of the roots in the non-saline side was also enhanced; additionally, local root zone salinity significantly decreased the Na+content in leaves, and local treatment of 100 mmol·L-1NaCl significantly reduced the Na+content in saline side roots, compared to the uniform NaCl treatment. The Na+efflux was observed in non-treated roots, however, the Na+flux was reversed to influx in the non-saline side roots under non-uniform salt treatment. Additionally, the electrical conductivity of the culture medium around the roots in the non-saline side was significantly enhanced. Therefore, the Na+absorbed from the salt-treated side could be transported to the non-saline side roots and thereby expelled out of the roots. Nitrogen utilization efficiency was significantly reduced by the uniform salt treatment and the decline was associated with salt treatment concentration. In contrast, the non-uniform salt treatment alleviated the declines in nitrogen utilization efficiency and particularly, which was significantly enhanced in the non-saline side roots under the 0/100 mmol·L-1treatment. The uniform salt treatments and particularly 100 mmol·L-1NaCl decreased the distribution rate of nitrogen in roots and leaves and increased the values in the two-year-old shoots, favoring the storage of nitrogen. In contrast, the non-saline side roots alleviated the declines of nitrogen distribution rate in roots and leaves. The uniform salt treatment decreased carbon distribution rate in leaves and roots; in contrast, the non-saline side roots not only alleviated the declines of carbon distribution rate in leaves but also elevated carbon distribution rate in roots. It was noteworthy that 50 and 100 mmol·L-1NaCl treatments imparted different effects on carbon distribution in new shoots and two-year-old shoots, i.e., the uniform and non-uniform treatments of 50 mmol·L-1NaCl enhanced carbon distribution in the two-year-old shoots while the treatments of 100 mmol·L-1NaCl produced the contrary results.【Conclusion】Compared with the uniform salt treatment, NaCl treatment of local roots produced the lesser injury for grapevines. Na+absorbed from the salt-treated side was transported to the non-treated side, expelled them from the roots, and thereby reduced Na+accumulation in leaves. The non-saline side roots alleviated the declines in carbon and nitrogen distribution rate of leaves and roots.

grapevine; salt treatment of local roots; injury extent; Na+flux; allocation of carbon and nitrogen

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.005

2018-07-18；

2018-10-20

國(guó)家自然科學(xué)基金（31872068）、國(guó)家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-29）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2018MC021）

孫紅，E-mail：1250462609@qq.com。通信作者姚玉新，Tel：0538-8246258；E-mail：yaoyx@sdau.edu.cn

（責(zé)任編輯 趙伶俐）