NaCl脅迫對(duì)不同甘薯品種體內(nèi)離子分配的影響

馬箐 于立峰 孫宏麗 唐琪 王寶山 杜希華

摘要：以濟(jì)薯2１、濟(jì)徐23、濟(jì)薯04150、徐薯26、徐薯27和徐薯28共6個(gè)甘薯品種為試材，用1/5Hoag-land營(yíng)養(yǎng)液附加不同濃度NaCl(0、0.2％、0.3％和0.5％)處理甘薯苗，觀察其生長(zhǎng)情況；100d后取樣分別測(cè)定根、莖、葉中的Na⁺含量和K⁺含量。結(jié)果表明，隨著NaCl濃度升高，不同甘薯品種的生長(zhǎng)均受到抑制，其中徐薯26受抑制程度最大；根、莖、葉中的Na⁺含量及Na⁺/K⁺比值都有所增加，根中Na⁺含量最高，而葉中Na⁺含量最低。可見(jiàn)鹽脅迫條件下甘薯將較多的Na⁺儲(chǔ)存在根中從而減少對(duì)地上部葉片的傷害，這可能是其忍耐高鹽環(huán)境的重要機(jī)制之一。

關(guān)鍵詞：甘薯；鹽脅迫；Na⁺含量；Na⁺/K⁺比值

中圖分類(lèi)號(hào)：S531文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942(2012)01-0043-04

甘薯是重要的糧食作物，也是重要的工業(yè)原料、飼料、新型能源及減災(zāi)作物，不但高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣，而且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是人們普遍認(rèn)可的綠色食品、營(yíng)養(yǎng)食品和保健食品。我國(guó)已有400多年的甘薯種植歷史，面積占世界甘薯種植總面積的68.1％0，沿海一帶鹽漬地上有較大的種植區(qū)，但因土壤鹽分偏高，大大限制了甘薯種植業(yè)的發(fā)展，因此選植耐鹽甘薯品種、研究甘薯的耐鹽機(jī)理對(duì)發(fā)展甘薯種植業(yè)、合理開(kāi)發(fā)和利用鹽堿地具有重要的實(shí)際意義。

研究表明，高濃度Na⁺對(duì)植物的毒害作用是鹽堿土影響植物生長(zhǎng)的重要原因之一。最明顯一點(diǎn)就是高鹽脅迫破壞植物質(zhì)膜的選擇透過(guò)性。質(zhì)膜通透性改變，使胞內(nèi)離子(如K⁺)大量外滲，而胞外離子(如Na⁺)大量?jī)?nèi)流，從而破壞細(xì)胞內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)，影響植物的生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育，甚至引起植株死亡。

本試驗(yàn)選取濟(jì)薯21等6個(gè)甘薯新品種進(jìn)行不同濃度NaCl脅迫處理，通過(guò)觀察各甘薯品種的生長(zhǎng)情況和測(cè)定根、莖、葉中的離子濃度，比較6個(gè)品種的耐鹽能力，并對(duì)甘薯耐鹽生理機(jī)制進(jìn)行初步探討，為今后深入研究甘薯耐鹽機(jī)理奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為甘薯的高產(chǎn)種植提供理論依據(jù)。

1.材料與方法

1.1材料

挑選采自苗床的長(zhǎng)勢(shì)和長(zhǎng)度一致、生長(zhǎng)良好的6個(gè)品種薯苗為試材，分別是：濟(jì)薯21(J21)、濟(jì)徐23(JX23)、濟(jì)薯04150(J04150)、徐薯26(X26)、徐薯27(X27)和徐薯28(X28)。薯苗由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所甘薯研究中心和江蘇省徐州甘薯研究中心提供。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用室內(nèi)沙培方式種植薯苗。試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照組(1/5 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液)和試驗(yàn)組(1/5Hoagland營(yíng)養(yǎng)液附加不同濃度NaCl)。薯苗扦插后第一周為緩苗期，早晚各澆1次1/5 Ho-agland營(yíng)養(yǎng)液，量為細(xì)沙持水量的2倍；第二周開(kāi)始鹽處理，設(shè)置0.2％、0.3％和0.5％三個(gè)梯度，每12h遞增0.1％鹽濃度并使試驗(yàn)組于同一天達(dá)到終濃度，每天早晚各澆1次。每盆移栽3株薯苗，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，室溫(25～35℃)下培養(yǎng)并觀察不同甘薯品種在不同鹽濃度條件下的生長(zhǎng)情況。

1.2.2Na⁺、K⁺含量的測(cè)定薯苗培養(yǎng)100d后，從培養(yǎng)盆內(nèi)完整取出試驗(yàn)組和對(duì)照組植株，清水快速洗凈并吸干表面水分，將根、莖、葉三部分分開(kāi)，放入預(yù)先準(zhǔn)備好的紙袋中做好標(biāo)記，在烘箱內(nèi)105℃下殺青15min，80℃下烘干至恒重。取出材料放入干燥器中冷卻，然后分別稱(chēng)取根、莖、葉各60mg置于用雙蒸水洗凈的坩堝中(各處理材料取相同的取材點(diǎn))，用馬弗爐灰化24h。冷卻后用1～2滴濃硝酸將坩堝內(nèi)的灰分溶解，用去離子水充分沖洗坩堝，定容至25ml，搖勻。用火焰分光光度計(jì)(Flame Photometer 410，Sherwood)測(cè)定樣品液中的Na⁺、K⁺含量，計(jì)算各部位的Na⁺/K⁺比值。

1.3數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel和SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

2.結(jié)果與分析

2.1不同濃度鹽處理對(duì)甘薯生長(zhǎng)情況的影響

對(duì)照組甘薯生長(zhǎng)茂盛，主蔓粗長(zhǎng)，葉片翠綠。隨鹽濃度升高，供試甘薯品種受抑制程度均增大，都出現(xiàn)了主蔓短小、葉片黃化和落葉現(xiàn)象，以0.5％鹽濃度的抑制情況最為明顯。其中，JX23、J04150與對(duì)照相比差距較小，而X26受抑制情況最嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)死苗現(xiàn)象。可見(jiàn)，JX23與J04150較易適應(yīng)高鹽環(huán)境，X26對(duì)鹽濃度最敏感。

2.2不同濃度鹽處理對(duì)甘薯根、莖、葉中Na⁺含量的影響

由圖1、圖2、圖3可以看出，與對(duì)照相比，6個(gè)甘薯品種的根、莖、葉中的Na⁺含量均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)，且當(dāng)NaCl處理濃度為0.5％時(shí)離子含量達(dá)到最大。其中大部分甘薯品種在NaCl濃度為0.2％時(shí)，根、莖和葉中Na⁺含量與對(duì)照相比無(wú)顯著性差異(P>0.05)，在NaCl濃度為0.3％或0.5％時(shí)顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于對(duì)照。甘薯植株中Na⁺含量由高到低的部位依次為根、莖和葉。可見(jiàn)，在鹽脅迫條件下，甘薯根中積聚較多的鹽離子，有效減少鹽分向地上生長(zhǎng)旺盛部分的運(yùn)輸。

表1顯示不同濃度NaCl處理對(duì)甘薯不同部位Na⁺/K⁺的影響。可見(jiàn)隨著NaCl濃度的升高，甘薯各部位的Na⁺/K⁺均呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)。

其中，根中的Na⁺/K⁺均>1且數(shù)值較大，始終處于最高水平，在NaCl濃度為0.3％或0.5％時(shí)Na⁺/K⁺顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于對(duì)照；莖中的Na⁺/K⁺隨NaCl濃度的加大也逐漸升高，除對(duì)照組最低<1以外其余均>1，且除X28與對(duì)照相比差異不顯著(P>0.05)外，其余品種Na⁺/K⁺均存在顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于對(duì)照的現(xiàn)象；葉中的Na⁺/K⁺僅對(duì)照組和0.2％NaCl處理組<1，其余處理組大多>1，且除X26、X27與對(duì)照相比差異不顯著(P>0.05)外，其余品種Na⁺/K⁺均顯著(P<0.05)

或極顯著(P<0.01)高于對(duì)照。

從表1還可看出，在相同鹽濃度下，根、莖、葉中的Na⁺/K⁺依次降低，這說(shuō)明在外界高濃度NaCl環(huán)境下，甘薯的根部滯留了大量的Na⁺，以降低Na⁺向地上部的運(yùn)輸；而作為同化器官的莖和葉，Na⁺的分布也是有差別的，莖中Na⁺/K⁺始終較高，葉中Na⁺/K⁺始終最低，Na⁺更傾向于分布于莖中，進(jìn)一步降低其向生長(zhǎng)和代謝活躍的葉部運(yùn)輸。

另外，比較發(fā)現(xiàn)濟(jì)薯品種根、莖、葉中的Na⁺含量和Na⁺/K⁺值的增加程度明顯低于徐薯品種，說(shuō)明濟(jì)薯品種耐鹽性較高。

3.討論與結(jié)論

鹽脅迫對(duì)植物造成的危害主要是離子毒害、滲透脅迫和營(yíng)養(yǎng)不平衡。植物需維持體內(nèi)水勢(shì)低于外界土壤的水勢(shì)，以維持膨壓和水分的吸收，繼而保證植物的持續(xù)生長(zhǎng)。植物的耐鹽性在很大程度上取決于體內(nèi)的離子(特別是K⁺、Na⁺及Cl^-)代謝。耐鹽植物主要是通過(guò)降低體內(nèi)Na⁺含量、提高K⁺含量來(lái)維持低的Na⁺/K⁺比，從而降低鹽脅迫對(duì)其造成的傷害。在鹽脅迫下，高濃度Na⁺滲入細(xì)胞，造成植物體內(nèi)離子不平衡，破壞質(zhì)膜的透性，使植物體內(nèi)代謝紊亂。K⁺在各種類(lèi)型植物細(xì)胞的生長(zhǎng)及代謝中發(fā)揮重要作用，也是植物必需的唯一一種以相對(duì)高濃度存在的陽(yáng)離子。高鹽可以干擾植物細(xì)胞的離子平衡，使細(xì)胞喪失Ca²⁺和K⁺。Na⁺過(guò)多還對(duì)植物造成離子毒害，使其生長(zhǎng)受抑制，因此，保持胞質(zhì)K⁺濃度，對(duì)于植物的生長(zhǎng)及耐鹽性都是非常必要的。從甘薯離子含量的測(cè)定結(jié)果可以看出，耐鹽性較強(qiáng)的濟(jì)薯品種的Na⁺含量與Na⁺/K⁺值低于耐鹽性較弱的徐薯品種。

甘薯是非鹽生植物。非鹽生植物多為拒鹽型，鹽分在體內(nèi)分配取決于器官、組織和細(xì)胞層次上區(qū)域化分配的協(xié)同作用。在不同鹽濃度處理下，甘薯根、莖和葉部的Na⁺含量顯著增加，且根部和莖部的Na⁺含量明顯高于葉片，可見(jiàn)甘薯植株主要將Na⁺儲(chǔ)存在根部和莖部，使葉中的鹽分濃度保持較低水平，限制了離子的向上運(yùn)輸，從而減輕Na⁺對(duì)葉片代謝的干擾作用，降低鹽脅迫對(duì)地上部光合器官的毒害。這與在其它植物上得到的結(jié)果基本一致。

鹽脅迫條件下，保持植物體內(nèi)的離子平衡對(duì)植物正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。甘薯將較多的Na⁺儲(chǔ)藏在根中很可能是其忍耐高鹽環(huán)境的重要原因之一，但其具體的耐鹽機(jī)理還有待于深入研究。

致謝：本試驗(yàn)所用薯苗由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所甘薯研究中心和江蘇省徐州甘薯研究中心提供，深表謝忱。

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