堿脅迫對葡萄砧木生長及鉀離子吸收分配的影響

韓真，張慶田，李秀杰，朱自果，李勃

（山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

土壤鹽堿化已成為世界性環(huán)境問題，許多研究將鹽堿脅迫統(tǒng)稱為鹽脅迫，實際上這是兩種不同的非生物脅迫，且堿脅迫對植物的危害比鹽脅迫更嚴(yán)重［1，2］。堿脅迫對植物的傷害作用主要表現(xiàn)在生長受抑制（如生長量下降、葉片縮小和黃化）［3］；光合受阻（光合系統(tǒng)受損，凈光合速率下降）［4，5］；植 物 酶 系 統(tǒng) 受 損（抗 氧 化 酶 活 性 下降）［6］；植物體內(nèi)礦質(zhì)元素的平衡被打破等（Na+或K+外滲、Ca2+積累）［7，8］。研究砧木在堿脅迫條件下的植株體內(nèi)礦質(zhì)元素是了解植物耐堿機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前關(guān)于葡萄砧木鹽堿脅迫的研究廣泛且深入，但對耐堿性缺乏系統(tǒng)研究，對于堿脅迫條件下植株礦質(zhì)營養(yǎng)吸收分配的關(guān)注較少。因此本試驗采用生產(chǎn)上常用的5個葡萄砧木品種為試材，通過澆灌石灰水模擬堿脅迫環(huán)境，測定葡萄砧木的生物量、各器官鉀含量、鉀積累量和葉片丙二醛（MDA）含量的變化，研究堿脅迫下葡萄砧木不同器官鉀的積累規(guī)律，為篩選耐堿葡萄砧木提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2016年在山東省果樹研究所天平湖試驗基地進(jìn)行。供試葡萄砧木品種為110R、3309C、140Ru、5BB、Beta，2年生砧木自根苗。供試土壤為普通盆栽土，其堿解氮含量50.93 mg／kg、速效磷34.23 mg／kg、速效鉀79.50 mg／kg、有機(jī)質(zhì)含量1.31%，pH值6.13。

1.2 試驗處理

葡萄砧木苗于2016年4月10日移栽至盆，每盆1株，盆栽土培。采用直徑25 cm、高25 cm的泥盆，每盆裝土15 kg，待長出5～7片葉后開始處理。選擇長勢一致的苗木進(jìn)行處理，每個品種10盆。用濃度為15%的飽和澄清石灰水進(jìn)行澆灌，每盆澆灌1 500 mL，每10 d澆灌1次，共澆灌2次，對照用清水澆灌。除此之外常規(guī)管理，澆水及其他管理措施各處理嚴(yán)格一致。

1.3 測定項目

K含量：處理30 d后，取出不同品種砧木植株用蒸餾水沖洗，將根系、莖干、葉片、新梢分開，測量各部分鮮重，殺青、烘干測定干重后磨碎備用。用火焰光度計法測定K含量。鉀積累量＝組織鉀含量×組織干物質(zhì)量；鉀分配比例＝組織鉀積累量／整株鉀積累量；鉀利用效率＝全株干質(zhì)量／全株鉀積累量

MDA含量：處理30 d后，采取不同品種砧木功能葉片用硫代巴比妥酸（TBA）法測定。于波長532 nm和600 nm處測定光密度值，含量以每克鮮組織內(nèi)MDA的微摩爾數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel2003和DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析和LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿脅迫對葡萄砧木干質(zhì)量及根冠比的影響

由表1可以看出，在堿脅迫下，所有砧木葉片、新梢、莖、根和全株的干質(zhì)量均低于對照，部分砧木處理間差異達(dá)顯著水平。3309C、140Ru、5BB、110R和Beta葉片干質(zhì)量分別比對照下降8.67%、13.81%、14.50%、17.41%和20.47%，新梢干質(zhì)量分別比對照下降9.43%、11.22%、13.00%、22.34%和22.35%，根系干質(zhì)量分別比對照下降11.32%、10.75%、11.96%、19.82%和23.72%，莖干質(zhì)量分別比對照下降32.91%、13.89%、13.08%、24.27%和31.64%，全株干質(zhì)量分別比對照下降11.87%、12.41%、18.12%、24.21%和27.03%。不同砧木中，3309C植株的葉片、新梢和全株干質(zhì)量降幅最??；110R和Beta全株干質(zhì)量降幅較大，可能對堿脅迫較為敏感。堿脅迫處理下，3309C根冠比最低，Beta根冠比最高，二者差異達(dá)顯著水平。

表1 堿脅迫處理對不同葡萄砧木干質(zhì)量及根冠比的影響

2.2 堿脅迫對葡萄砧木鉀含量的影響

堿脅迫處理后，所有葡萄砧木植株各器官鉀含量均低于對照（圖1），新梢和根鉀含量降幅較小，葉片和莖鉀含量降幅度較大。3309C、140Ru、5BB、110R和Beta葉片鉀含量分別比對照下降13.09%、22.43%、27.63%、39.72%和28.53%；新梢鉀含量分別比對照下降5.30%、4.03%、14.58%、14.06%和20.53%；莖 鉀 含 量 分 別 比 對 照 下 降16.05%、11.57%、14.93%、12.58%和19.25%；根鉀含量分別比對照下降2.97%、4.52%、15.42%、5.71%和26.22%。其中，3309C葉片和根鉀含量的降幅最小，堿脅迫處理對耐堿性強(qiáng)的品種鉀含量影響較小。

圖1 堿脅迫對不同葡萄砧木鉀含量的影響

2.3 堿脅迫對葡萄砧木鉀積累量和分配比例的影響

由表2可以看出，堿脅迫處理后，所有葡萄砧木植株各器官的鉀積累量均顯著低于對照。3309C、140Ru、5BB、110R和Beta葉片鉀積累量分別比對照下降20.72%、33.01%、37.97%、50.25%和43.25%，新梢鉀積累量分別比對照下降14.29%、14.79%、25.66%、33.33%和38.41%，莖鉀積累量分別比對照下降27.72%、23.16%、35.53%、40.24%和45.84%，根鉀積累量分別比對照下降13.99%、14.77%、25.60%、24.39%和43.68%，全株鉀積累量分別比對照 下 降 19.63%、19.84%、30.06%、36.28% 和43.29%。其中，3309C葉片、新梢和根鉀積累量的降幅均最小。

堿脅迫處理后，除Beta外其他砧木品種的根部鉀分配比例均增加。在對照和堿脅迫處理中，3309C根鉀積累量占全株總量的比例明顯低于其他砧木，地上部鉀積累量高于其他品種，表明向地上部轉(zhuǎn)移鉀的能力更強(qiáng)。

2.4 堿脅迫對砧木葉片MDA含量的影響

由圖2看出，堿脅迫處理后，與對照相比不同砧木葡萄葉片MDA含量均上升，反映出植株葉片細(xì)胞膜透性增大，受到不同程度傷害。不同砧木的增加幅度存在差異，3309C、140Ru、5BB、110R和Beta的MDA 含量分別比對照增加37.16%、39.91%、47.81%、36.48%和40.02%。

表2 堿脅迫對不同葡萄砧木鉀積累量及分配比例的影響

圖2 堿脅迫對葡萄砧木葉片MDA含量的影響

3 討論與結(jié)論

堿脅迫對植株最直觀的影響就是生長受到抑制，相對生長速率降低、葉片縮小和數(shù)量降低、干物質(zhì)積累量下降等［3］。本試驗中，堿脅迫下5個砧木的根、莖、葉和新梢的干質(zhì)量均降低，這與孫曉華［4］、劉杰［9］等的研究結(jié)果類似。其中莖干質(zhì)量降幅較大。莖是葡萄輸導(dǎo)水分養(yǎng)分和貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，堿脅迫顯著影響了葡萄莖部干物質(zhì)積累，降低了養(yǎng)分貯藏。砧木通過減少養(yǎng)分向莖部流動，以維持其他器官的生長，增加耐受性。本研究中，3309C植株的葉片、新梢和全株干質(zhì)量的降幅都最小，表明與其他4個砧木相比，3309C對堿脅迫具有更強(qiáng)的耐受性，110R和Beta全株干質(zhì)量降幅大，可能對堿脅迫較為敏感，這與前人的結(jié)果一致。沈莉等［7］對25個葡萄砧木品種（系）耐堿性評價中表明3309C耐堿，110R中等耐堿，貝達(dá)不耐堿。植物對堿脅迫的形態(tài)響應(yīng)主要體現(xiàn)在地上、地下生物量的分配，且地上部形態(tài)和生物量表現(xiàn)更顯著［10］。在堿脅迫和對照處理中，3309C的根冠比均低于其它砧木品種，這表明它具有利用較少的地下部物質(zhì)就能維持較多地上部生長的能力。

鹽堿脅迫使細(xì)胞系統(tǒng)受損，K+是一種重要的無機(jī)溶質(zhì)，可以降低植物細(xì)胞滲透勢和維持水分平衡。本研究發(fā)現(xiàn)，堿脅迫處理后，所有葡萄砧木植株各器官的鉀含量均低于對照，新梢和根鉀含量降幅較小，葉片和莖鉀含量降幅較大，這與在蘋果砧木上［11］的研究結(jié)果相似。鉀含量降低可能原因是堿脅迫導(dǎo)致根部細(xì)胞受損、膜透性增加，最終導(dǎo)致K+外滲引起。堿脅迫造成的高pH值可能干擾了根系選擇性吸收離子的能力，導(dǎo)致植物體內(nèi)鉀元素不平衡，嚴(yán)重干擾了區(qū)域化，使細(xì)胞質(zhì)中大量積累，造成毒害，進(jìn)而影響整個植株的生長發(fā)育。鉀含量的降低還可能與高pH值條件下Ca2+對K+吸收的競爭作用有關(guān)。主要原因是添加石灰后，土壤pH值上升，Ca2+被K+置換，K+就容易被土壤吸附或固定，降低耕層土壤中交換性鉀的含量［12］。Gong等［13］研究發(fā)現(xiàn)，堿脅迫下番茄植株根中N、P、K、Mg、Fe減少，而Ca含量卻有所提高，還發(fā)現(xiàn)Fe／Mg降低，而Ca／Fe增加，表明堿脅迫能使植物對礦質(zhì)元素間的吸收造成紊亂，特別是礦質(zhì)元素間有拮抗關(guān)系的。

本試驗中，堿脅迫處理后，鉀離子在組織器官中分布不均勻，除Beta之外其他砧木根部鉀分配比例均增加。堿脅迫會直接影響植物礦質(zhì)元素的吸收，阻礙離子穩(wěn)態(tài)重建。通過根部積累大量K+來維持細(xì)胞內(nèi)的離子平衡。吳成龍等［14］研究表明，堿脅迫下菊芋幼苗地下部K+含量顯著降低，但地上部變化有所不同，低堿脅迫下，耐堿品種K+含量上升，堿敏感品種有所下降。在對照和堿脅迫處理中，3309C根鉀積累量占全株總量的比例明顯低于其他砧木，K+在根中積累量低于地上部鉀積累量高于其他品種，表明向地上部轉(zhuǎn)移鉀的能力更強(qiáng)，因而具有較強(qiáng)的堿脅迫適應(yīng)能力。

丙二醛是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，其含量高低可以表征膜脂的過氧化程度。堿脅迫處理后，5個砧木葉片的MDA含量均上升，而且耐堿性越弱的砧木升幅越高，說明堿脅迫后，細(xì)胞膜的完整性易遭破壞，膜脂過氧化作用明顯加大，植物細(xì)胞受損程度也更為嚴(yán)重［15］。堿脅迫下，丙二醛（MDA）的大幅積累和電解質(zhì)外滲率的增加表明質(zhì)膜結(jié)構(gòu)受到了進(jìn)一步的破壞［16］。

綜上所述，堿脅迫破壞了葡萄砧木各器官間的離子平衡，顯著降低鉀含量和積累量，不同品種葡萄砧木各器官的鉀分配比例存在差異，其中3309C根鉀積累量占全株總量的比例明顯低于其他砧木。3309C具有較強(qiáng)的抗堿性和鉀素利用能力，這對篩選適宜鹽堿地的砧木具有重要意義。