外源氯對甘薯幼苗生長及養分吸收的影響

戚冰潔， 曹月陽， 張珮琪， 汪吉東， 張永春， 徐陽春

(1.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，農業部江蘇耕地保育科學觀測實驗站，江蘇 南京210014;2.南京農業大學資源與環境科學學院，江蘇 南京210095;3.中國農業大學農學與生物技術學院，北京100193)

世界上約20%的可耕地以及近一半的灌溉田都受到鹽脅迫的影響［1］。土壤中可溶性鹽主要由Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等離子組成［2］，其中主要由Na+、對植株生長造成不利影響。有研究結果［3-4］表明Cl-對植物的影響大于Na+和Moya 等［5］對柑橘的研究結果表明，其耐鹽性取決于根系外排Cl-的能力。也有研究結果表明對NaCl 處理的植株添加外源氯可促進植物對氧化脅迫的積極響應［6］。

甘薯具有一定的耐鹽性，在0.5%鹽分條件下仍具有一定的產量，但品種間差異較大［7-8］。傳統上認為甘薯屬于忌氯作物［9］，氯會導致品質和產量的降低。Cl-毒害現象非常普遍，如小麥、大豆、菜豆、棉花以及多數果樹等敏感品種葉片積累過量Cl-就會產生毒害作用［10-11］。但也有研究結果表明，適當范圍內施用氯化鉀可以提高甘薯產量，且對品質和鮮薯干絲率無顯著影響［12-13］。本試驗研究外源氯脅迫對甘薯生長及氮代謝的影響，以期為甘薯耐氯機制研究以及耐鹽新品種選育提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選取淀粉加工型品種徐薯22(X22)、蘇薯11(S11)，以及紫心品種寧紫1 號(NZ1)，材料由江蘇省農業科學院糧食作物研究所提供。

1.2 試驗設計

剪心葉以下3 ～4 莖節處甘薯苗，扦插在有孔隙的泡沫板中固定。將泡沫板置于57 cm×39 cm×10 cm(長×寬×高)的周轉箱上，每箱18 株。箱中裝入14 L 去離子水配成的1/4 Hoagland 完全營養液(液面高6.3 cm)，于溫室中培養。培養條件為晝、夜溫度分別為(26±2)℃、(17±2)℃，相對濕度60%±5%。

待發根正常后，轉入1/2 Hoagland 營養液進行培養。5 ～7 d 后選取生長良好、長勢基本一致的幼苗，轉入含Cl-濃度為0 mmol/L、42.2 mmol/L、84.4 mmol/L、168.8 mmol/L、211.0 mmol/L 的Hoagland 營養液進行處理。整個培養過程自然光照，每天補充去離子水至標記液面刻度，用H2SO4調節培養液pH 5.5 ～6.0，每隔3 d 更換1 次營養液，并早晚各通氣0.5 h。處理7 d 和21 d 后測定相關指標。

外源氯處理配方［14］為CaCl2∶MgCl2∶KCl ∶NH4Cl=36 ∶38 ∶54 ∶9。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 鮮質量、葉綠素含量指數和丙二醛含量的測定 從周轉箱中取植株用自來水沖洗，再用蒸餾水將植株洗凈，用吸水紙吸干，稱鮮質量。選取第3 ～4 葉序處的功能葉，用CCM-200 葉綠素測定儀測定葉片葉綠素含量指數。參考Azevedo 等［15］的方法測定丙二醛含量。

1.3.2 硝酸還原酶活性和硝酸鹽含量的測定 活體法測定硝酸還原酶活性［16］，410 nm 處比色測定硝酸鹽含量［17］。

1.3.3 甘薯氮、磷、鉀含量的測定 植株樣品經H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀(K9840，濟南海能儀器公司生產)測定全氮，鉬銻抗比色法測定全磷，用火焰光度計(FP6410，上海欣益儀器公司生產)測定全鉀。并計算N、P、K 的積累值［18］，N(P 或K)積累值=植株N(P 或K)含量×植株干物質積累量。

1.4 數據統計分析

使用SPSS16.0 對測定結果進行統計分析，Microsoft Excel 2010 作圖。

2 結果與分析

2.1 外源氯脅迫對甘薯幼苗生長的影響

不同品種間生物量對外源氯的響應存在差異(圖1)。處理7 d 甘薯幼苗鮮質量受外源氯的影響顯著低于對照;處理21 d 蘇薯11 和寧紫1 號鮮質量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，而徐薯22 隨濃度升高而降低，但維持在一定水平。三個品種相比較，寧紫1 號受外源氯影響最大，幼苗鮮質量最小。

2.2 外源氯脅迫對甘薯幼苗葉綠素和丙二醛含量的影響

42.2 ～168.8 mmol/L 外源氯處理促進各品種的葉綠素合成(圖2)。氯處理21 d 84.4 mmol/L處理的葉綠素含量指數(CCI)最高，徐薯22、蘇薯11 和寧紫1 號分別比對照增加了50.7%、23.6%和13.9%。3 個品種的葉綠素含量相比:徐薯22 大于蘇薯11 大于寧紫1 號。Cl-處理甘薯幼苗7 d，除寧紫1 號MDA 含量在低濃度(Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，另外兩個品種變化不大(圖2);經過21 d 處理，各品種MDA 含量隨Cl-濃度升高而增加，其中徐薯22 和蘇薯11 在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L處理下MDA含量顯著高于對照，而寧紫1 號在Cl-濃度大于等于168.8 mmol/L 處理下顯著高于對照。

圖1 不同濃度外源氯對甘薯幼苗植株鮮質量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on fresh weight of sweet potato seedlings

圖2 不同濃度外源氯對甘薯幼苗葉綠素含量指數和丙二醛含量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on chlorophyll content index and MDA content in sweet potato seedlings

2.3 外源氯脅迫對甘薯幼苗硝酸還原酶活性和硝酸鹽含量的影響

外源氯處理7 d，蘇薯11 和寧紫1 號的硝酸還原酶(NR)活性逐漸降低，徐薯22 在低濃度(Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L)處理下NR活性顯著高于對照;在Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L 條件下處理21 d 徐 薯22 和 蘇 薯11 的NR活 性 升 高，在84.4 mmol/L 濃度下達到顯著水平，分別增高15.9%和51.9%(圖3)。由圖3 可以看出，外源氯處理7 d 徐薯22 硝酸鹽含量顯著高于對照，而寧紫1 號在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L 處理下顯著低于對照;Cl-處理21 d 后，徐薯22 和寧紫1 號在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L 處理下NO-3 含量均顯著低于對照，而蘇薯11呈低濃度促進高濃度抑制NO-3 積累的變化趨勢。

圖3 不同濃度外源氯對甘薯幼苗硝酸還原酶活性和NO－3 含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on nitrate reductase activity and NO－3 content in sweet potato seedlings

2.4 外源氯脅迫對甘薯幼苗養分吸收及累積值的影響

由圖4 可看出，根系氮含量高于地上部。外源氯處理7 d，除寧紫1 號地上部氮含量逐漸降低，其他品種地上部與根系受外源氯影響差異不大。處理21 d，徐薯22 地上部含氮量除211.0 mmol/L 處理低于對照外，其他處理均顯著高于對照。蘇薯11 和寧紫1 號地上部含氮量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照。3 個品種外源氯處理21 d 根系含氮量測定結果與地上部類似:徐薯22 在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，蘇薯11 和寧紫1號在42.2 mmol/L 處理下根系含氮量顯著上升。

外源氯處理7 d，各品種地上部和根系磷含量隨Cl-濃度增大而降低(圖4)。處理21 d，不同品種磷含量對Cl-響應各不相同:地上部P 的吸收，徐薯22處理 間 差 異 不 明 顯，蘇 薯11 在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均高于對照，寧紫1 號在42.2 mmol/L 處理下顯著高于對照;根系磷的積累，3 個品種在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均高于對照，其中蘇薯11 在84.4 mmol/L 處理下達到顯著水平。由圖4 可看出根系鉀含量高于地上部，Cl-濃度≥84.4 mmol/L 處理7 d 各品種地上部鉀含量顯著低于對照;根系鉀含量測定結果表明，外源氯處理7 d 促進鉀的積累，但處理21 d 時差異不明顯。

外源氯處理21 d 后各品種養分累積出現明顯差異(表1)，3 個甘薯品種養分累積量為鉀＞氮＞磷，地上部養分累積高于根系，且受外源氯影響變化趨勢相同。方差分析結果顯示，徐薯22 幼苗養分累積值隨外源氯濃度升高而逐漸降低，且在Cl-濃度≥84.4 mmol/L 處理下顯著低于對照;蘇薯11 和寧紫1 號在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下養分累積增加，在211.0 mmol/L 處理下養分累積顯著低于對照。蘇薯11 和寧紫1 號分別在42.2 mmol/L 和84.4 mmol/L 處理下養分累積量最高。

3 討論

3.1 外源氯對甘薯幼苗生長的影響

有研究結果表明，Cl-會導致植株生物量、光合活性和光合色素含量的降低［19］;而胡小婉等［20］的研究結果表明，適當濃度的Cl-處理可以增加油菜的干物質積累速率和葉綠素含量。本試驗結果表明，低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)外源氯處理21 d 可以增加蘇薯11 和寧紫1 號幼苗生物量，徐薯22 植株鮮質量則隨著Cl-濃度升高而降低但仍可維持在一定水平。

圖4 不同濃度外源氯對甘薯幼苗地上部和根系N 含量、地上部和根系P 含量、地上部和根系K 含量的影響Fig.4 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on nitrogen content in shoot and root，phosphorus content in shoot and root，potassium content in shoot and root of sweet potato seedlings

表1 外源氯處理21 d 對甘薯幼苗N、P、K 累積值的影響Table 1 Effects of exogenous chlorine treatment for 21 d on NPK-accumulations in sweet potato seedlings

許多研究結果表明鹽脅迫會造成植株光抑制和光損傷［21］，從而導致活性氧(ROS)的產生。活性氧能通過氧化蛋白質、核酸及脂質改變細胞內代謝，在這些過程中出現了脂質過氧化現象［22］。丙二醛(MDA)為多不飽和脂肪酸的分解產物，其含量水平通常被當做脂質過氧化程度的指標［23］。通常人們認為MDA 含量越高脂質過氧化程度越大，也即細胞氧化受損程度越嚴重。但有研究結果表明MDA可以觸發相關基因的表達，從而激活植株對非生物脅迫早期防御響應［24］。Tounekti 等［6］也提出葉片中MDA 短暫的上升現象，可能是迷迭香對鹽脅迫的一種保護機制，而不會造成植株損傷。本研究中，外源氯處理21 d 各品種MDA 含量隨Cl-濃度上升而增加，MDA 含量徐薯22＞蘇薯11＞寧紫1 號。而甘薯幼苗葉綠素含量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，在該濃度范圍內甘薯可以維持其生長以及葉綠素含量，表明它可以抵御逐漸增強的氧化脅迫，避免一些不可逆的傷害。

3.2 外源氯對甘薯幼苗氮代謝及營養吸收的影響

植物中的硝酸鹽(NO-3)儲存在液泡里，在細胞質中被硝酸還原酶(NR)降解成亞硝酸鹽;亞硝酸鹽進入葉片的葉綠體或非綠色組織的質體中，通過亞硝酸還原酶(NiR)還原成銨，之后再通過一系列代謝反應轉化成蛋白質［25］。植物硝酸還原酶受很多因素的調節，例如NO-3、光照、碳源、葉綠體功能等［26］。本試驗中外源氯處理21 d 時徐薯22 和蘇薯11 在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下NR活性上升，寧紫1 號在42.2 mmol/L 處理下NR活性高于對照;各品種含量在Cl-濃度≤42.2 mmol/L 處理下高于對照。這表明在42.2 mmol/L處理下可能由于含量升高激活NR基因的表達提高NR活性，在更高濃度(84.4 mmol/L)處理下被NR分解，從而濃度降低。

有研究結果表明，Cl-會降低NR活性［27］，抑制的吸收［28］。鄭青松等［29］的研究結果表明一定范圍的外源氯處理，可以有效提高向日葵的氮素利用率。本試驗對甘薯全氮的測定結果顯示，根系氮含量高于地上部，且外源氯處理21 d 三個品種地上部與根系含氮量均有不同程度的上升。植株全氮的測定采用H2SO4-H2O2-擴散法，測得的是植株中有機氮和銨態氮［30］。甘薯NR活性和含量在42.2 mmol/L 處理下高于對照，而植株全氮在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均呈上升趨勢，表明幼苗內的可能進一步轉化成了銨或有機氮。

Chapagain 等［31］用不同濃度KCl 和MgCl2處理西紅柿106 d，結果顯示植株P 含量降低，但在146 d處理下P 含量與對照無顯著差異。本試驗中Cl-濃度≤168.8 mmol/L 處理21 d 各品種根系P 含量均高于對照，且寧紫1 號P 含量高于另外兩個品種。三個品種對于鉀的吸收根系高于地上部，且品種間差異不明顯，說明外源氯對鉀吸收影響不大。將外源氯處理21 d 各品種間N、P、K 累積量進行方差分析，結果顯示徐薯22 受Cl-影響累積量逐漸降低，蘇薯11 和寧紫1 號則在42.2 mmol/L 和84.4 mmol/L 處理下顯著高于對照，這與甘薯幼苗鮮質量測定結果相同。

［1］ MUNNS R，TESTER M.Mechanism of salinity tolerance［J］.Annual Review of Plant Biology，2008，59:651-681.

［2］ GAO Y，LI D Y，CHEN Y J.Differentiation of carbonate，chloride，and sulfate salinity responses in tall fescue［J］.Scientia Horticulturae，2012，139(18):1-7.

［3］ COLLA G，ROUPHAEL Y，REA E，et al.Grafting cucumber plants enhance tolerance to sodium chloride and sulfate salinization［J］.Scientia Horticulturae，2012，135(24):177-185.

［4］ NAVARRO J M，GARRIDO C，CARVAJAL M，et al.Yield and fruit quality of pepper plants under sulphate and chloride salinity［J］.Journal of Horticultural Science＆Biotechnology，2002，77:52-57.

［5］ MOYA J L，TADEO F R，GóMEZ-CADENAS A，et al.Transmissible salt tolerance traits identified through reciprocal grafts between sensitiveCarrizoand tolerantCleopatra citrusgenotypes［J］.Journal of Plant Physiology，2002，159(9):991-998.

［6］ TOUNEKTI T，VADEL A M，O?ATE M，et al.Salt-induced oxidative stress in rosemary plants:damage or protection?［J］.Environmental and Experimental Botany，2011，71(2):298-305.

［7］ 郭小丁，鄔景禹，鈕福祥，等.在濱海鹽漬地鑒定甘薯品種耐鹽性［J］.江蘇農業科學，1993(6):17-18.

［8］ 李百偉，孫存華，王 丹.CaCl2對NaC1 脅迫下甘薯幼苗葉片滲透調節物質的影響［J］.江蘇農業科學，2012，40(10):84-85.

［9］ 魯劍巍，陳蘭祥，許幼生，等.甘薯施用鉀肥研究［J］.湖北農業科學，1998(6):41-44.

［10］ WHITE P J，BROADLEY M R.Chloride in soils and its uptake and movement within the plant:a review［J］.Annals of Botany，2001，88:967-988.

［11］ XU G H，MAGEN H，TARCHITZKY J，et al.Advances in chloride nutrition of plant［J］.Advances in Agronomy，2000，68:97-110.

［12］ 侯慶山，莊倩梅.氯化鉀對夏甘薯產質量和土壤性質的影響［J］.土壤，1995，27(4):213-215.

［13］ 劉汝亮，李友宏，王 芳，等.兩種鉀源對馬鈴薯養分積累和產量的影響［J］.西北農業學報，2009，18(1):143-146.

［14］ KINGSBURY R W，EPSTEIN E.Salt sensitivity in wheat［J］.Plant Physiology，1986，80:651-654.

［15］ AZEVEDO N A D，PRISCO J T，ENéAS-FILHO J，et al.Effect of salt stress on antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of salt-tolerant and salt-sensitive maize genotypes［J］.Environmental and Experimental Botany，2006，56(1):87-94.

［16］ 葛文婷，金喜軍，馬春梅，等.大豆硝酸還原酶活性及其與施氮關系的研究［J］.核農學報，2011，25(5):1036-1041.

［17］ 李合生.植物生理生化實驗原理和技術［M］.北京:高等教育出版社，2000:123-124.

［18］ MELVIN S G，LU G Q，ZHOU W J.Genotypic variation for potassium uptake and utilization efficiency in sweet potato(Ipomoea batatasL.)［J］.Field Crops Research，2002，77(1):7-15.

［19］ GARCíA-SáNCHEZ F，JIFON J L，CARVAJAL M，et al.Gas exchange，chlorophyll and nutrient contents in relation to Na+and Cl-accumulation in‘Sunburst’mandarin grafted on different rootstocks［J］.Plant Science，2002，162(5):705-712.

［20］ 胡小婉，劉兆普，鄭青松，等.外施氯對油菜幼苗生長和光合特征影響的研究［J］.植物營養與肥料學報，2012，18(4):932-940.

［21］ BELKHODJA R，MORALES F，ABADIA A，et al.Chlorophyll fluorescence as a possible tool for salinity tolerance screening in barley (Hordeum vulgareL.)［J］.Plant Physiology，1994，104(2):667-673.

［22］ OSMOND B，BADGER M，MAXWELL K，et al.Too many photons:photorespiration，photoinhibition and photooxidation ［J］.Trends in Plant Science，1997，2:119-120.

［23］ MITTLER R.Oxidative stress，antioxidants and stress tolerance［J］.Trends in Plant Science，2002，7(9):405-410.

［24］ WEBER H，CHéTELAT A，REYMOND P，et al.Selective and powerful stress gene expression inArabidopsisin response to malondialdehyde［J］.The Plant Journal，2004，37(6):877-888.

［25］ 張珍華，徐恒玉.植物氮素同化過程中相關酶的研究進展［J］.北方園藝，2011(20):180-183.

［26］ CRAWFORD N M，WILKINSON J Q，LABRIE S T.Control of nitrate reduction in plants［J］.Australian Journal of Plant Physiology，1992，19(4):377-385.

［27］ SAVVAS D，LENZ F.Influence of NaCl concentration in the nutrient solution on mineral composition of eggplants grown in sand culture［J］.Angew Bot，1996，70:124-127.

［28］ FLORES P，BOTELLA M A，MARTíNEZ V，et al.Ionic and osmotic effects on nitrate reductase activity in tomato seedlings［J］.Journal of Plant Physiology，2000，156(4):552-557.

［29］ 鄭青松，楊文杰，劉兆普，等.外源氯處理對向日葵幼苗生長、養分吸收及植株硝態氮含量的影響［J］.植物營養與肥料學報，2007，13(6):1161-1165.

［30］ 魯如坤.土壤農業化學分析方法［M］.北京:中國農業科技出版社，2000:308-311.

［31］ CHAPAGAIN B P，WIESMAN Z.Effect of potassium magnesium chloride in the fertigation solution as partial source of potassium on growth，yield and quality of greenhouse tomato［J］.Scientia Horticulturae，2004，99(3-4):279-288.