NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳生理的影響

陳亞輝 張文韜 宋志忠 楊慶山 張曉勉 姜姜

摘要：為提高多枝檉柳的耐鹽性，探討K+加入后多枝檉柳在生理方面的變化，以1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)為空白組，以含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)為試驗(yàn)組。對(duì)處理后7、15、30 d的多枝檉柳新鮮葉片和新生根進(jìn)行采樣，測(cè)得其生理指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明：相較于200 mmol/L NaCl處理，200mmol/L NaCl +10 mmol/L KCl處理組多枝檉柳葉綠素含量高，根系活力增強(qiáng);同時(shí)H2O2和MDA含量明顯降低，SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性明顯升高，脯氨酸和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量也明顯升高。可見(jiàn)，加入外源K+明顯提升了多枝檉柳耐鹽性，為鉀肥在鹽堿地使用提升植物耐鹽能力提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多枝檉柳;鹽脅迫;K+;生理特性;耐鹽能力

中圖分類(lèi)號(hào)： S727.23;S718.43? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）15-0142-05

收稿日期：2021-08-13

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：32071612）;山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目（編號(hào)：2019LZGC009）。

作者簡(jiǎn)介：陳亞輝（1990—），男，江蘇泰州人，博士研究生，助理研究員，主要從事植物生理及生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：chenyahui01@163.com。

通信作者：姜 姜，博士，教授，主要從事植物生理及生態(tài)修復(fù)研究。E-mail： ecologyjiang@gmail.com。

鹽漬土是在全球分布廣泛的土壤資源，因其鹽分含量高，土壤理化性質(zhì)差，嚴(yán)重危害植物的生長(zhǎng)發(fā)育[1-3]。近年來(lái)，受人為活動(dòng)的影響，鹽漬土面積不斷擴(kuò)大，如何利用鹽漬土成為亟待解決的重要環(huán)境問(wèn)題。目前，為了盡最大可能利用該類(lèi)型土壤資源，學(xué)者們對(duì)如何改良利用鹽漬土進(jìn)行了多方面的探討。學(xué)者們提出的解決方式大致可以分為兩大類(lèi)[4]。一類(lèi)是通過(guò)優(yōu)化鹽堿土的土壤結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需求。例如，王會(huì)等提出通過(guò)秸稈還田改善鹽化土壤團(tuán)粒體的穩(wěn)定性[5];張濟(jì)世等通過(guò)試驗(yàn)表明施用的6種土壤改良劑均能顯著提高小麥產(chǎn)量[6]。另一類(lèi)是從植物生理的角度看待問(wèn)題，提高植物本身對(duì)鹽堿土的適應(yīng)性，增加鹽漬土壤的利用率。劉梅等研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥時(shí)，硝態(tài)營(yíng)養(yǎng)比銨態(tài)營(yíng)養(yǎng)更有利于提高油菜和水稻的耐鹽性[7]。也有學(xué)者研究表明[8-9]，叢枝菌根可以與大部分高等植物共生，提高植物的耐鹽能力。

鉀離子作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的一價(jià)陽(yáng)離子，在植物細(xì)胞生長(zhǎng)及代謝中發(fā)揮重要作用[10]。近年來(lái)，隨著高通量測(cè)序的發(fā)展，不少學(xué)者從分子生物學(xué)角度提出，鉀離子通過(guò)影響某些基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)水平在植物抗逆性中發(fā)揮重要作用[11-12]。有學(xué)者報(bào)道植物的耐鹽能力與植物中的鉀離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白密切相關(guān)[13-14]。多枝檉柳（T. ramosissima Lcdcb.）屬于廣泛使用的鹽生植物，具有較為系統(tǒng)的耐鹽機(jī)制[15-16]。魯艷等研究發(fā)現(xiàn)低濃度（≤100 mmol/L）的NaCl脅迫會(huì)促進(jìn)多枝檉柳生長(zhǎng)，高濃度（≥200 mmol/L 的NaCl）下則會(huì)抑制其生長(zhǎng)[17]。

本試驗(yàn)以多枝檉柳為對(duì)象，使用含不同成分的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行處理，測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，探討鹽脅迫下K+處理對(duì)多枝檉柳植物生理特性的影響，為鉀肥在鹽堿地使用提供相關(guān)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試多枝檉柳來(lái)自山東省林業(yè)科學(xué)院基地，選取5個(gè)月苗齡、長(zhǎng)勢(shì)相似的扦插苗，試驗(yàn)于2019年10月至2021年5月在南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)。將扦插苗用蒸餾水洗凈根部，放于24孔水培箱（尺寸為40 cm×30 cm×16 cm），用 1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，置于溫度（26±2） ℃、相對(duì)濕度50%～60%的溫室大棚中，培養(yǎng)2個(gè)月后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 方法

采用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的多枝檉柳為CK組，用含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的多枝檉柳為處理組，每3 d更換1次培養(yǎng)液，試驗(yàn)設(shè)置3組，每組3次重復(fù)。分別在處理后7、15、30 d對(duì)多枝檉柳新鮮葉片和新生根進(jìn)行采樣。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

總?cè)~綠素含量采用95%乙醇與丙酮混合溶液浸泡法[18]測(cè)定;根系活力采用TTC比色法[18-19]測(cè)定;H2O2含量采用Sergive等的方法[20]測(cè)定;MDA含量采用硫代巴比妥酸法[21]測(cè)定;SOD活性采用氮藍(lán)四唑還原法[22]測(cè)定;POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[23]測(cè)定;CAT活性采用Aebi的方法[24]測(cè)定;脯氨酸含量按照張殿忠等的方法[25]測(cè)定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[26]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，利用SPSS 26.0進(jìn)行顯著性差異分析，使用Origin 2018軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳葉片中總?cè)~綠素含量的影響

由圖1可知，在30 d內(nèi)，CK組的總?cè)~綠素含量沒(méi)有顯著性變化且高于處理組;處理組總?cè)~綠素含量隨時(shí)間的變化呈減少趨勢(shì);在7 d時(shí)，200 mmol/L NaCl處理組總?cè)~綠素含量最低，在15 d和30 d時(shí)，處理組葉綠素含量顯著低于CK組，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的葉綠素含量顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。

2.2 NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳根系活力的影響

由圖2可知，在30 d內(nèi)，CK組的根系活力呈緩慢增加趨勢(shì);處理組隨時(shí)間的變化，根系活力呈減少趨勢(shì);其中30 d時(shí)，200 mmol/L NaCl處理組的根系活力下降最多。在7 d時(shí)，處理組相較于CK組根系活力下降，但無(wú)顯著性變化。在15 d和30 d時(shí)，處理組對(duì)比CK組根系活力顯著下降，且200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的根系活力顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。

2.3 NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳葉片中H2O2與MDA含量的影響

由圖3可知，在30 d內(nèi)， CK組的H2O2含量沒(méi)有顯著性變化;處理組H2O2含量隨時(shí)間變化呈增加趨勢(shì);在7 d時(shí)，處理組對(duì)比CK組H2O2含量略微增加，無(wú)顯著性差異。在15 d和30 d時(shí)，處理組H2O2含量對(duì)比CK組H2O2含量增加明顯， 且2種

處理組間差異也顯著，200 mmol/L NaCl處理組的H2O2含量增加最多。

在30 d內(nèi)，CK組的MDA含量呈緩慢增加趨勢(shì)，但無(wú)顯著性變化;處理組MDA含量隨時(shí)間的變化呈增加趨勢(shì);在7 d和15 d時(shí)，200 mmol/L NaCl處理組比CK組MDA含量高，且有顯著性差異;200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl對(duì)比CK組MDA含量略微增加，但無(wú)顯著性差異。在30 d時(shí)，不同處理組對(duì)比CK組MDA含量增加明顯，且不同處理組間差異顯著。200 mmol/L NaCl處理組MDA含量高于200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組。

2.4 NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，30 d內(nèi)CK組SOD活性變化不明顯;處理組SOD活性隨時(shí)間變化呈增加趨勢(shì);其中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組SOD活性增加最多，且處理組對(duì)比CK組SOD活性增加較多，有顯著性差異。此外，在30 d內(nèi)3種處理下POD活性呈緩慢增加趨勢(shì);其中，200 mmol/L NaCl處理組POD活性增加最多。在7 d和15 d時(shí)，處理組比CK組POD活性較高，且有顯著性差異;但處理組間差異變化不明顯。在30 d時(shí)，處理組顯著高于CK組POD活性。同時(shí)，30 d內(nèi)CK組CAT活性變化不明顯;處理組隨時(shí)間的變化，CAT活性呈上升趨勢(shì);其中，200 mmol/L NaCl處理組CAT活性增加最多。在7 d時(shí)，處理組比CK組CAT活性較高，但無(wú)顯著性變化。在15 d和30 d時(shí)，處理組比CK組CAT活性較高，有顯著性差異。值得注意的是，在30 d時(shí)200 mmol/L NaCl+10mmol/L KCl處理下3種抗氧化酶活性均顯著高于200 mmol/L NaCl。

2.5 NaCl脅迫下施加外源鉀對(duì)多枝檉柳葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

通過(guò)圖5可以看出，30 d內(nèi)CK組脯氨酸含量變化不明顯;處理組隨時(shí)間變化，脯氨酸含量呈增加趨勢(shì);其中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組脯氨酸含量增加最多。在30 d時(shí)，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組對(duì)比CK組脯氨酸含量增加顯著，且高于200 mmol/L NaCl處理組。同時(shí)，30 d內(nèi)CK組可溶性糖含量呈緩慢增加趨勢(shì);而處理組隨時(shí)間變化，可溶性糖含量呈增加趨勢(shì);其中200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組可溶性糖含量增加最多。在30 d中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組顯著高于其他處理組。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

植物幼苗在鉀素的作用下能夠促進(jìn)光能的轉(zhuǎn)化利用和傳遞。田曉莉等發(fā)現(xiàn)缺鉀會(huì)導(dǎo)致棉花生物量的降低和早衰[27]。王曉光等研究發(fā)現(xiàn)缺鉀會(huì)導(dǎo)致大豆葉面積減少，葉綠素含量降低[28]。本試驗(yàn)研究表明，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的葉綠素含量顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。鉀作為植物必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，幾乎參與整個(gè)植物生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝的過(guò)程[12]。鉀與氮和磷的不同之處在于，鉀不參與植物體內(nèi)任何有

機(jī)物質(zhì)的構(gòu)成，卻對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著不可缺少的作用。根系活力體現(xiàn)的是植物根系新陳代謝能力的強(qiáng)弱[29]，也是反映植物抗逆能力的重要指標(biāo)[30]。本試驗(yàn)研究表明，多枝檉柳在200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的根系活力顯著高于200 mmol/L NaCl處理組，說(shuō)明K+可明顯提升鹽環(huán)境下植物的新陳代謝能力。

同時(shí)，本試驗(yàn)結(jié)果也證明了施加外源K+后，植株應(yīng)對(duì)鹽脅迫產(chǎn)生活性氧的能力明顯提高。正常情況下，植物體內(nèi)ROS的產(chǎn)生與清除是處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[31]，但在逆境條件下，植物細(xì)胞這種平衡會(huì)被打破，產(chǎn)生大量的活性氧，這些活性氧以其極強(qiáng)的氧化性造成細(xì)胞膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致膜系統(tǒng)損傷和細(xì)胞氧化[32-33]。H2O2是ROS的一種，而MDA是脂膜過(guò)氧化的最終產(chǎn)物。超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）是參與H2O2酶促反應(yīng)清除系統(tǒng)的重要成員。

研究表明，耐鹽植物為了適應(yīng)鹽環(huán)境，主要做出2種大的改變：一是通過(guò)其膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性來(lái)維持對(duì)其他離子的選擇吸收功能;二是通過(guò)代謝變化，產(chǎn)生脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，這些物質(zhì)都有很高的水溶性，能夠降低細(xì)胞內(nèi)水勢(shì)[34]。本試驗(yàn)結(jié)果表明：相較于200 mmol/L NaCl處理，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組H2O2和MDA含量明顯降低，SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性明顯升高。脯氨酸，可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量明顯升高。本試驗(yàn)只是從植物生理的角度解釋了這一現(xiàn)象，至于是檉柳植物中的哪些基因起到調(diào)控作用還需要通過(guò)分子生物學(xué)手段進(jìn)行深入挖掘。

3.2 結(jié)論

通過(guò)比較鹽脅迫條件下，外源施加K+對(duì)多枝檉柳根系活力、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響，發(fā)現(xiàn)K+可明顯提升鹽環(huán)境下多枝檉柳的新陳代謝能力，并緩解鹽脅迫對(duì)多枝檉柳的傷害。

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