橡膠苗不同器官滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)組成及其對滲透勢的貢獻(xiàn)

程玉彎，安 鋒，史靜儒，謝貴水，蔡 靖

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊凌，712100; 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 儋州熱帶作物科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所，海南 儋州 571737）

橡膠樹（Hevea brasiliensis）是大戟科橡膠樹屬高大喬木，原產(chǎn)于降水豐沛且分布均勻的亞馬遜河流域熱帶雨林地區(qū)，喜高溫高濕環(huán)境。我國橡膠樹種植區(qū)地處熱帶北緣次適宜區(qū)，每年均會遭受不同程度的寒害、臺風(fēng)和季節(jié)性旱害，嚴(yán)重影響橡膠樹產(chǎn)量[1]。滲透調(diào)節(jié)與植物生長、產(chǎn)量、抗逆性和韌皮部光合產(chǎn)物運(yùn)輸密切相關(guān)[2-3]，它可以使植物在干旱土壤中存活更久并保持新陳代謝過程。在小麥、玉米、高粱、豌豆等農(nóng)作物中，滲透調(diào)節(jié)能力與干旱脅迫下植物的生長、產(chǎn)量呈正相關(guān)[4]。另外，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的存在是植物細(xì)胞膨壓產(chǎn)生的基礎(chǔ)，而根據(jù)植物韌皮部物質(zhì)運(yùn)輸?shù)摹皦毫α鲃訉W(xué)說”，滲透調(diào)節(jié)驅(qū)動的膨壓是光合產(chǎn)物從“源”端到“庫”端運(yùn)輸?shù)尿?qū)動力[5-7]。不同植物、甚至同一植物不同生長階段和不同器官的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)存在差異[8]：K+和氨基酸是小麥水分脅迫下的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[9]；枸杞幼苗葉片在水分脅迫下，K+、Cl-、Na+起主要滲透調(diào)節(jié)作用[10]；核桃樹中山梨醇和草酸鹽是主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11]。而在鹽脅迫下，葡萄砧木葉片和根系的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均升高，可溶性糖是主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，貢獻(xiàn)均為96%以上[12]。不同濃度NaHCO3溶液處理的堿脅迫下對新疆枸杞和枸杞幼苗根部滲透調(diào)節(jié)相對貢獻(xiàn)由大到小的物質(zhì)依次是Na+、有機(jī)酸、可溶性糖，其中Na+的平均貢獻(xiàn)率分別為17.44%、11.66%，有機(jī)酸的貢獻(xiàn)率分別為10.72%、9.97%[13]。張宜輝[14]對紅樹科植物木欖的研究結(jié)果表明，成熟胎生繁殖體以無機(jī)離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-作為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。蔡昆爭等[15]研究發(fā)現(xiàn)，不同生育期水稻滲透調(diào)節(jié)能力存在差異，由強(qiáng)到弱依次是：抽穗期、幼穗分化期、結(jié)實(shí)期、分蘗期。符云鵬等[16]研究結(jié)果表明，不同生育期香料煙在水分脅迫下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增加幅度不同，對滲透調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)也不一樣，其中K+、可溶性糖、Ca2+對滲透調(diào)節(jié)的相對貢獻(xiàn)較大。王瑞[17]研究發(fā)現(xiàn)，處于干旱處理的前中期的棉花葉片滲透調(diào)節(jié)主要物質(zhì)是K+；處理后期，K+含量減少，葉片滲透調(diào)節(jié)能力明顯降低，此時氨基酸成為滲透調(diào)節(jié)的主要貢獻(xiàn)者。蔡昆爭等[15]研究結(jié)果表明，對于同一小麥品種，葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)貢獻(xiàn)由大到小依次是K+、可溶性糖、游離氨基酸、Ca2+、Mg2+、脯氨酸，而根系中K+雖然也是滲透調(diào)節(jié)的主要物質(zhì)，但Ca2+對根系滲透調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)也值得關(guān)注。王酉石[18]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下紅砂的葉和莖中K+和Na+大量積累，而根中其含量變化不大。李莉莎等[19]研究結(jié)果表明，高山蒿草返青期根和葉中可溶性糖含量一樣，隨著高山蒿草的生長，葉片中可溶性糖顯著積累，根部含量比較穩(wěn)定只有在枯黃期才顯著增加，作為冬季的物質(zhì)基礎(chǔ)。王瑞[17]通過研究花鈴期干旱對棉花產(chǎn)量品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)干旱不影響棉株碳代謝變化，但顯著抑制上部果枝葉片的同化作用，同時促進(jìn)碳水化合物向下部果枝大齡棉鈴的運(yùn)轉(zhuǎn)；研究還發(fā)現(xiàn)葉片中主要碳水化合物的含量變化不受葉齡和葉位的影響而受到棉株的統(tǒng)一調(diào)控[17]。符云鵬等[16]研究結(jié)果表明，不同植物主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)不同可能與其生長環(huán)境及適應(yīng)不同環(huán)境的機(jī)制有關(guān)，而同一植物不同器官滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)相對貢獻(xiàn)存在差異可能與其生育期、脅迫強(qiáng)度、同化物質(zhì)運(yùn)輸?shù)扔嘘P(guān)。

橡膠樹在一天的生長過程中以及割膠過程中水分條件變化劇烈，不同器官中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及其變化與生長狀況和物質(zhì)運(yùn)輸是否存在一定聯(lián)系尚不清楚。本研究以橡膠樹品種‘熱研73 397’袋裝組培苗為研究對象，測定橡膠苗正常水分條件下根和葉滲透勢及可溶性糖、游離氨基酸、有機(jī)酸、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NO3-、Cl-、P、S等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，以研究橡膠苗根和葉滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)組成及其對滲透勢的貢獻(xiàn)，進(jìn)而闡明其變化規(guī)律，旨在為進(jìn)一步研究橡膠樹不同器官滲透調(diào)節(jié)過程與光合作用、木質(zhì)部—韌皮部水分平衡、膠乳產(chǎn)量等之間的關(guān)系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理選取兩蓬葉、頂蓬葉穩(wěn)定、無病蟲害且生長一致的‘熱研7-33-97’袋育橡膠樹組培苗（高80～100 cm）15株。將橡膠苗置于試驗(yàn)大棚內(nèi)，每天下午6點(diǎn)向育苗袋中澆水，直至袋中土壤完全濕潤，使橡膠苗處于充分供水、無水分脅迫生長環(huán)境下。培養(yǎng)5～7 d，采集嫩根、完全展開的功能葉，洗凈，擦干，用于生理生化指標(biāo)的測定。

1.2 植物水分生理指標(biāo)測定相對含水量的測定：隨機(jī)選取3株橡膠苗，摘取3片葉片，將塑料袋沿縫線剖開，整株取出，立即帶回實(shí)驗(yàn)室用去離子水沖洗干凈根和葉并用濾紙吸干即為鮮樣，稱鮮質(zhì)量（FW），置烘箱中105 ℃殺青15 min， 80 ℃烘至恒質(zhì)量，得到干樣，稱干質(zhì)量（DW）。

用植物水勢壓力室（3005型、美國SoilMoisture Equipment Corp.）測定葉水勢[20]。用冰點(diǎn)滲透壓儀（OM807、德國VOGEL公司）測定不同組織滲透勢：將洗凈、擦干后的根、葉新鮮組織迅速放入液氮中冷凍，15 min后取出，置于裝有0.22 μm針式過濾器的注射器中，室溫下消融30 min后壓出汁液用以測定。

1.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測定方法無機(jī)離子質(zhì)量摩爾濃度（mmol·g-1DW）的測定如下：Na+、K+質(zhì)量摩爾濃度的測定采用火焰光度計法[21]；Ca2+、Mg2+質(zhì)量摩爾濃度的測定采用原子吸收光譜法[22-23]；全P質(zhì)量摩爾濃度的測定采用鉬銻抗顯色法[24-25]；S、Cl-質(zhì)量摩爾濃度的測定采用比濁法[26-27]；NO3-、可溶性糖、游離氨基酸的質(zhì)量摩爾濃度的測定采用比色法[28]；有機(jī)酸質(zhì)量摩爾濃度的測定采用酸堿滴定法[29]。

1.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對滲透勢貢獻(xiàn)率的計算各滲透物質(zhì)組分對滲透勢貢獻(xiàn)率的計算參考周強(qiáng)[29]的方法利用公式ψ=-icRT計算，式中ψ為滲透勢，i為溶液中溶質(zhì)的活度系數(shù)，c為溶質(zhì)的摩爾濃度（mol·L-1），R為氣體常數(shù)（R=0.008 314 3 L·MPa·mol-1·K-1），測定溫度為25℃ （即T=298.15 K）。各滲透物質(zhì)組分對滲透勢的貢獻(xiàn)通過為單一溶質(zhì)占總滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的比例及測定的滲透勢計算。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析每個指標(biāo)重復(fù)3次。應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件SPSS 26.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（P＜0.05為顯著，用*表示；P＜0.01為極顯著，用**表示），應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同器官的含水量、水勢和滲透勢差異正常生長狀態(tài)下橡膠苗根和葉的相對含水量無顯著差異，分別為64.79%和58.2%（圖1）。根、葉水勢分別為-0.051 Mpa和-0.60 Mpa，根水勢極顯著高于葉水勢。根、葉滲透勢分別為-0.75 Mpa和-2.15 Mpa，根滲透勢極顯著高于葉滲透勢。

2.2 有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量葉中可溶性糖含量為1.55 mmol·g-1（DW），極顯著高于根，根和葉中有機(jī)酸和游離氨基酸含量沒有顯著差異（圖2）?？扇苄蕴呛陀坞x氨基酸在各器官中的含量均較高，而有機(jī)酸含量相對較少。

2.3 無機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量橡膠樹葉片中S的含量顯著高于根，NO3-和P的含量極顯著高于根（圖3）；Ca2+、Mg2+的含量分別為0.21、0.078mmol·g-1（DW），也極顯著高于根（圖4）。根和葉中Cl-、K+含量無顯著差異。根中Na+含量極顯著高于葉（圖4）。除Cl-、K+和Na+外，其他無機(jī)離子在葉片中的含量均高于根，其中大多數(shù)具有顯著或極顯著差異。

2.4 根和葉中各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)組成及其對滲透勢的貢獻(xiàn)葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)總含量是根中總含量的2.54倍（圖5）。葉片中有機(jī)物含量遠(yuǎn)高于無機(jī)物，以可溶性糖含量占比最高；而在根中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要由無機(jī)物組成，以K+含量所占比例最高。根中無機(jī)物和有機(jī)物對滲透勢的貢獻(xiàn)分別為57.78%和42.22%，各滲透物質(zhì)對根滲透勢的貢獻(xiàn)度大小依次為：K+（25.97%）＞游離氨基酸（22.13%）＞可溶性糖（12.94%）＞Ca2+（10.94%）＞Na+（9.59%）＞有 機(jī) 酸（7.15%）＞Mg2+（3.66%）＞P（3.28%）＞S（2.44%）＞NO3-（1.37%）＞Cl-（0.54%）；而在葉片中有機(jī)物貢獻(xiàn)率達(dá)70.15%，無機(jī)物貢獻(xiàn)率僅為29.85%，其中可溶性糖貢獻(xiàn)率最大，占56.55%，葉片各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對葉片滲透勢的貢獻(xiàn)度大小依次為：可溶性糖（56.55%）＞K+（11.66%）＞游離氨基酸（9.86%）＞Ca2+（7.61%）＞有機(jī)酸（3.74%）＞Mg2+（2.85%）＞P（2.13%）＞Na+（2.07%）＞S（1.72%）＞NO3-（1.63%）＞Cl-（0.18%）。結(jié)果表明，橡膠苗根和葉中的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是：K+、游離氨基酸、可溶性糖和Ca2+。

3 討 論

本研究結(jié)果表明，橡膠苗根中各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的貢獻(xiàn)從大到小依次為K+、游離氨基酸、可溶性糖、Ca2+、Na+、有機(jī)酸、Mg2+、P、S、NO3-、Cl-，葉片中各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)貢獻(xiàn)從大到小依次為可溶性糖、K+、游離氨基酸、Ca2+、有機(jī)酸、Mg2+、P、Na+、S、NO3-、Cl-?？扇苄蕴菍θ~片滲透勢的貢獻(xiàn)大于根系，K+對根系滲透勢的貢獻(xiàn)大于葉片，這與王瑋等[30]研究不同玉米品種根和葉中滲透調(diào)節(jié)能力的結(jié)果一致。水稻葉片和根系中對滲透調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)最大的是K+，其次是Ca2+、Mg2+[15]。水分脅迫下玉米根和葉中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要是可溶性糖和K+[30]。小麥葉片中的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)依次是K+、可溶性糖、游離氨基酸[31]。由此可見，各物質(zhì)在不同器官中對滲透調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)隨物種不同而異，但K+、Ca2+、Mg2+、可溶性糖和游離氨基酸都在滲透調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著重要作用，本研究結(jié)果與此一致。橡膠苗葉中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)總量是根的2.54倍，而滲透物質(zhì)含量高低與其滲透勢高低一致。高山蒿草[19]和玉米[30]中根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量及滲透調(diào)節(jié)過程中的增加量均小于葉片，根系滲透調(diào)節(jié)能力低于葉片。橡膠苗根和葉滲透調(diào)節(jié)能力的差異可能與其光合產(chǎn)物積累和運(yùn)輸相關(guān)，可溶性糖可能是橡膠樹滲透調(diào)節(jié)驅(qū)動的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。

橡膠苗根和葉中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量和組成不同。葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)總含量高，且主要由有機(jī)物組成。根中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要是無機(jī)物。不同器官中各物質(zhì)對滲透勢的貢獻(xiàn)不同，但主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均為可溶性糖、游離氨基酸、K+、Ca2+。本研究尚未做脅迫處理，只是初步闡明了橡膠苗不同器官滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的組成和貢獻(xiàn)。因此，建議后續(xù)可以加入干旱脅迫實(shí)驗(yàn)，以深入了解橡膠樹在干旱期間通過滲透調(diào)節(jié)調(diào)控生理過程的機(jī)制，也可以與不同部位光合產(chǎn)物的含量變化、水通道蛋白和蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)等多方面指標(biāo)結(jié)合，進(jìn)一步探討滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化與光合產(chǎn)物運(yùn)輸、木質(zhì)部—韌皮部水分平衡等的關(guān)系，對橡膠樹抗逆栽培技術(shù)的研發(fā)提供指導(dǎo)。