鹽脅迫對(duì)豇豆幼苗離子分布的影響

王薇薇 祖艷俠 吳永成

摘要：以鹽豇1號(hào)為試驗(yàn)材料，采用水培法研究不同濃度NaCl 脅迫對(duì)豇豆幼苗不同器官離子分布的影響。結(jié)果表明，鹽脅迫條件下，大量Na+進(jìn)入幼苗體內(nèi)，而抑制K+、Ca2+、Mg2+進(jìn)入。鹽脅迫下，幼苗根部和莖中存在較多的Na+，葉片中含量最低，但葉片和莖中Na+增幅較大，根系Na+增幅較小，避免根部Na+過多積累，可以維持豇豆根系活力緩解鹽毒害。隨著鹽脅迫的加重，幼苗根部和莖的K+含量明顯降低，葉片K+含量能保持穩(wěn)定水平或有所上升，維持了較高的K+/Na+比值。NaCl處理后葉片中的Ca2+、Mg2+含量變化幅度較低;Ca2+/Na+和Mg2+/Na+比值均隨鹽濃度增加而降低，葉片中的Ca2+/Na+ 和Mg2+/Na+比值始終高于根和莖。綜合看，鹽脅迫影響豇豆幼苗各器官中的離子分布，Na+含量增加，K+、Ca2+、Mg2+含量降低;各組織中的K+/Na+、Ca2+/Na+和Mg2+/Na+比值隨鹽脅迫濃度增加而下降。

關(guān)鍵詞：豇豆;鹽脅迫;離子分布;水培法

中圖分類號(hào)： S643.401? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）12-0161-03

土壤鹽堿化是全球性的重大資源問題和環(huán)境問題，是限制植物生長(zhǎng)和降低作物產(chǎn)量的重要因素。由于不合理的灌溉、耕作、化肥的大量使用和工業(yè)污染的加重等原因，導(dǎo)致次生鹽堿化土壤面積每年還在急劇增加。目前，我國受到不同程度鹽堿化侵害的土地面積約為9.9×107 hm2，是世界鹽堿土面積的10%[1]。人口的增加，可耕地面積的不斷退化，嚴(yán)重影響著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展。另一方面，我國80%的鹽堿地處于荒廢狀態(tài)[2]。因此，合理改造和利用鹽堿地已成為世界性的戰(zhàn)略。鹽堿土改良主要采用物理、化學(xué)和生物方法，其中生物方法改良普遍認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)高效的改良方式[3]，而優(yōu)良的耐鹽品種則是關(guān)鍵。通過生物技術(shù)的手段選擇和培育耐鹽植物品種，進(jìn)行鹽堿地、棄耕地的修復(fù)重建，可提高土地生產(chǎn)力，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)[4]。

根據(jù)植物的耐鹽能力，可將植物分為鹽生植物和甜土植物。鹽生植物是將環(huán)境中吸收的大量鹽分主要積累在葉肉細(xì)胞的液泡中，通過在細(xì)胞質(zhì)中合成小分子有機(jī)物來維持與液泡的滲透平衡。絕大多數(shù)植物屬甜土植物，甜土植物在受到鹽脅迫時(shí)主要表現(xiàn)為滲透脅迫、離子毒害以及營養(yǎng)虧缺[5]。滲透脅迫對(duì)干物質(zhì)分配、細(xì)胞伸展、葉片光合作用等造成不利影響，抑制植物生長(zhǎng)[6]。一般植物在高濃度鹽堿土上不能正常完成生育期的原因是高濃度的Na+對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[7]。過量的Na+、Cl-在植物體內(nèi)積累會(huì)破壞細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)，增加膜的通透能力，影響植物對(duì)其他營養(yǎng)離子的吸收，破壞細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，造成植物營養(yǎng)失調(diào)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生單鹽毒害[8]。研究表明，植物的耐鹽性與植株地上部對(duì)Na+、Cl-積累的限制力及低Na+/K+比值保持能力有關(guān)[9]。因此，一定鹽度范圍內(nèi)維持地上部Na+/K+值是植物耐鹽的重要機(jī)制之一。

豇豆（Vigna unguiculata L.）屬豆科豇豆屬，耐鹽性中等，是我國夏秋兩季重要的蔬菜作物之一，具有極高的營養(yǎng)價(jià)值和食療價(jià)值。有關(guān)鹽堿脅迫對(duì)豇豆影響的報(bào)道多集中于種子發(fā)芽、營養(yǎng)生長(zhǎng)和產(chǎn)量等方面[10]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鹽堿脅迫下植物幼苗離子含量進(jìn)行了大量研究，但以豇豆幼苗為試材研究耐鹽堿機(jī)理的報(bào)道較少。植物體內(nèi)離子含量對(duì)植株的正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。因此，本試驗(yàn)以鹽豇1號(hào)為研究對(duì)象，考察不同鹽濃度脅迫處理下豇豆幼苗根、莖、葉片中K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量的變化，為耐鹽豇豆品種的選育、栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

豇豆品種：鹽豇1 號(hào)，由江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所蔬菜花卉研究室育成。

1.2 試驗(yàn)處理

豇豆種子于2017年6月下旬正常播種在穴盤中，14 d后選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，小心清洗根部泥土，移至中轉(zhuǎn)箱中，每盆移栽10 株幼苗。采用營養(yǎng)液水培7 d 后加入不同濃度NaCl 對(duì)幼苗進(jìn)行鹽脅迫處理，設(shè)4個(gè)鹽分濃度：50、100、150、200 mmol/L NaCl，每處理3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10株幼苗。以不加NaCl 的營養(yǎng)液作為對(duì)照。處理7 d 后進(jìn)行采樣測(cè)定。穴盤苗及水培苗均放在室外，常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

離子含量測(cè)定：將植株分成根、莖、葉3個(gè)部分，迅速放入105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，取烘干的根、莖、葉粉碎研磨后，過30目篩，精確稱量0.2 g，加入 HNO3 ∶ HClO4=8.7 ∶ 1.3混合液 10 mL 靜置過夜，瓶口上放一小漏斗，置于電爐上加熱消煮，消煮液呈無色或清亮后，繼續(xù)消煮 5～10 min。溶液定容后，用原子吸收儀測(cè)定K+、Na+ 、Ca2+、Mg2+含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。表中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)豇豆不同部位Na+含量的影響

表1顯示，在NaCl脅迫下，豇豆幼苗莖、根中Na+含量較多，葉片中Na+含量較少。隨著鹽濃度的增加，幼苗各器官中Na+含量顯著增加，但各器官的增幅不同。50 mmol/L NaCl處理，根、莖、葉片中Na+含量增幅較小。隨著鹽濃度增加，各器官Na+含量增幅明顯，增加幅度最小的器官是根系。50、100、150、200 mmol/L NaCl處理根系中Na+含量分別為對(duì)照的0.306、1.993、2.197、1.713倍，且各處理間差異顯著（P<0.05）;50、100、150、200 mmol/L NaCl處理莖中Na+含量分別為對(duì)照的0.218、2.458、2.754、3.061倍，且各處理間差異顯著（P<0.05）;50、100、150、200 mmol/L NaCl處理葉片中Na+含量分別為對(duì)照的0.424、1.691、3.753、5.048倍，且各處理間差異顯著（P<0.05）。

2.2 鹽脅迫對(duì)豇豆不同部位K+含量的影響

如表2所示，對(duì)照和NaCl處理?xiàng)l件下，K+含量在幼苗不同器官間的分布規(guī)律為莖>葉片>根。與對(duì)照相比，50 mmol/L NaCl處理后，幼苗葉片中K+含量上升26.947%;NaCl 濃度高于100 mmol/L后，幼苗葉片中K+含量開始降低，與對(duì)照無顯著性差異。50、100 mmol/L處理幼苗莖中K+含量較根和葉片降幅最大，分別較對(duì)照下降27.521%、30.284%;150、200 mmol/L處理后，分別較對(duì)照下降35.543%、39.839%。隨著NaCl濃度的增加，根中K+含量分別較對(duì)照降低21.969%、22.400%、42.675%、53.173%，其中150、200 mmol/L處理后K+含量較莖和葉片下降幅度最大。

2.3 鹽脅迫對(duì)豇豆不同部位Ca2+含量的影響

如表3所示，在5個(gè)處理?xiàng)l件下，幼苗葉片中Ca2+含量最多，為主要積累部位。幼苗葉片中Ca2+含量比較穩(wěn)定，除了50 mmol/L NaCl處理時(shí)較其余處理有所下降，總體上較對(duì)照無顯著差異。莖中Ca2+含量隨著NaCl濃度的升高分別較對(duì)照降低14.200%、20.268%、18.717%、20.623%，降幅明顯。150 mmol/L NaCl處理后根中的Ca2+含量較對(duì)照增加 2.346%，增幅不顯著，其余濃度均顯著低于對(duì)照（P<0.05）。

2.4 鹽脅迫對(duì)豇豆不同部位Mg2+含量的影響

表4顯示，NaCl脅迫處理后Mg2+含量總體上為葉片>莖>根。鹽處理后幼苗根中Mg2+含量降低，分別較對(duì)照降低15.386%、11.445%、14.410%、24.815%，除了100 mmol/L NaCl處理下降不顯著，其余處理均顯著低于對(duì)照（P<0.05）。NaCl處理后幼苗莖中Mg2+含量顯著低于對(duì)照（P<0.05），分別較對(duì)照下降34.499%、30.377%、33.339%、28.468%。50 mmol/L NaCl處理后，葉片中Mg2+含量下降緩慢，較對(duì)照下降3.078%;100～200 mmol/L NaCl處理后，Mg2+含量下降顯著，分別比對(duì)照降低10.020%、7.409%、6.910%。

2.5 鹽脅迫對(duì)豇豆不同部位K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+ 比值的影響

鹽脅迫環(huán)境中，植株體內(nèi)維持正常的礦質(zhì)營養(yǎng)元素與Na+的比值是植物耐鹽性的重要生理表現(xiàn)，尤其是植物體內(nèi)K+/Na+比值是衡量植物耐鹽性的重要指標(biāo)之一。由表5可見，在鹽脅迫下，幼苗根、莖、葉片各部位K+/Na+、Ca2+/Na+和Mg2+/Na+比值均隨著NaCl濃度的升高而降低，與對(duì)照存在顯著性差異（P<0.05）。比較根、莖、葉片的K+/Na+比值，無論是對(duì)照還是鹽脅迫，幼苗K+/Na+比值由地下到地上器官均為逐漸增加趨勢(shì)。5個(gè)處理下幼苗Ca2+/Na+比值始終為葉片>根>莖。0～150 mmol/L NaCl處理，幼苗Mg2+/Na+比值為葉片>莖>根，200 mmol/L NaCl處理，幼苗Mg2+/Na+比值為葉片>根>莖。

3 結(jié)論與討論

離子穩(wěn)衡態(tài)是植物抗鹽的主要機(jī)制[11]。植物受到鹽脅迫時(shí)，常導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)的破壞，造成離子毒害和礦質(zhì)營養(yǎng)缺乏，影響植株正常生長(zhǎng)。植物體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)失衡是由于過多的Na+內(nèi)流引起的。鹽脅迫下，西瓜根、莖和葉片中Na+含量顯著增加，低鹽脅迫下根是主要的聚Na+部位，高鹽環(huán)境下Na+主要積累在莖中，葉片含量相對(duì)較低[12]。小麥Na+主要積累在根部和莖基部，地上部Na+含量較少[13]。本試驗(yàn)中，鹽脅迫處理后，豇豆幼苗各器官中的Na+含量顯著高于對(duì)照，幼苗體內(nèi)Na+主要存在于莖、根中，葉片中含量始終處于較低水平，這與白三葉耐鹽品種1212各部位含量依次為葉片>根>莖的結(jié)果[14]相反。隨著鹽濃度的增加，Na+含量增加幅度最小的部位為根，這對(duì)維持豇豆根系活力是有益的，可以緩解鹽毒害;而莖和葉片中Na+含量變化較大，說明鹽脅迫下地上部分對(duì)鹽分離子的截留、積累非常顯著。

K+是重要的滲透調(diào)節(jié)組分，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量元素。鹽環(huán)境下Na+大量進(jìn)入細(xì)胞，由于Na+和K+有相似的離子半徑和水合能，Na+競(jìng)爭(zhēng)K+的吸收位點(diǎn)及活性位點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙植株對(duì)K+的吸收，致使依賴K+的酶活性及代謝過程受到抑制，從而抑制生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，隨著鹽濃度增加，Na+進(jìn)入植物體內(nèi)越多，K+進(jìn)入植物體內(nèi)就越少。豇豆莖中K+含量始終高于葉片和根，這與結(jié)球甘藍(lán)的研究結(jié)果[15]一致。鹽脅迫處理后根、莖中K+含量迅速下降，與對(duì)照差異顯著;低濃度處理時(shí)，莖中K+含量降幅最大;高濃度處理后，根中K+含量降幅最大。低鹽脅迫后葉片中K+含量較對(duì)照顯著增加，其余處理K+含量低于對(duì)照，但無顯著性差異。K+/Na+比值是衡量植物耐鹽性的一個(gè)重要指標(biāo)，是反映幼苗對(duì)K+和Na+相對(duì)吸收的情況。NaCl脅迫處理下，幼苗根、莖、葉片中的K+/Na+比值均較對(duì)照顯著降低，由地下到地上器官均為逐漸增加趨勢(shì)，說明幼苗體內(nèi)的Na+增加均不同程度抑制了各器官對(duì)K+的吸收，根系吸收的K+多向地上部分運(yùn)輸，從而保持莖、葉片中高K+/Na+比值。

Ca2+在鹽脅迫下能夠維持細(xì)胞膜的完整性，調(diào)節(jié)植物體細(xì)胞內(nèi)離子平衡，增加離子由土壤進(jìn)入植物根系的選擇性，即抑制植物對(duì)Na+的吸收，促進(jìn)對(duì)K+的積累，提高植物的耐鹽性。在本試驗(yàn)中，隨著鹽濃度的增加，Ca2+含量逐步降低。葉片中Ca2+含量最高，根次之，莖中Ca2+含量最低。莖中Ca2+下降幅度最大，與對(duì)照差異顯著。根中Ca2+含量除了 150 mmol/L 處理后較對(duì)照無差異，其余處理均顯著降低。葉片中Ca2+含量變化不大，與對(duì)照差異不顯著。鹽脅迫環(huán)境下，幼苗維持葉部細(xì)胞一定濃度的Ca2+有利于避免幼苗營養(yǎng)虧缺，是其適應(yīng)脅迫的重要特征。隨著幼苗體內(nèi)Na+含量的增加，幼苗各器官中Ca2+/Na+比值也隨著鹽濃度的增加而降低，較對(duì)照均差異顯著。幼苗各器官的Ca2+/Na+比值大小始終為葉片>根>莖。說明鹽脅迫下幼苗對(duì)Ca2+的吸收能力降低，相對(duì)而言葉片對(duì)Ca2+的吸收保持在較高水平。

Mg2+是植物生長(zhǎng)必須的營養(yǎng)元素，同時(shí)也是葉綠素分子的重要組成部分，在光合作用中有著其他二價(jià)離子所不可替代的作用。本研究中，鹽脅迫造成豇豆各器官中Mg2+含量降低，莖中Mg2+含量降低幅度最大，其次是根和葉片。這與孫景波等報(bào)道的鹽脅迫明顯降低桑樹莖中Mg2+濃度的結(jié)果[16]一致。Mg2+/Na+比值與鹽濃度呈負(fù)相關(guān)，隨著鹽濃度升高，Mg2+/Na+比值逐漸降低，葉片Mg2+/Na+比值始終高于莖和根的Mg2+/Na+比值，鹽脅迫下葉片中保持較高的Mg2+對(duì)維持幼苗光合作用是有利的。

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