不同濃度鈉對甜菜生長及生理特性的影響

彭春雪， 耿 貴， 於麗華， 楊 云， 邳 植，孫 菲， 孫學(xué)偉， 趙慧杰

(1 黑龍江大學(xué)生命科學(xué)院，哈爾濱 150080； 2 黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗室，哈爾濱 150080；3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱 150080)

普遍認(rèn)為，過量Na+是造成植物鹽害的主要因素之一，但是有些植物的生長是需要適量Na+[1]。近年來，有學(xué)者致力于研究低濃度Na+對農(nóng)作物的生長的影響，并且證明了低濃度的Na+可以促進(jìn)農(nóng)作物的生長[2]。

甜菜是我國乃至全世界重要的糖料作物之一[3]。甜菜是喜鈉作物，在適當(dāng)?shù)腘a+的條件下可生長良好[4-5]。我國甜菜的種植區(qū)域主要分布在“三北”地區(qū)，而這些地區(qū)土壤水溶性鈉或交換性鈉含量較高[6]，多為鹽漬化土壤。以往的研究通常集中在高Na+濃度條件下甜菜的耐鹽性和適應(yīng)能力上[7-8]，而對在不同低濃度Na+條件下，甜菜生長狀況的研究較少。本研究以甜菜為材料，通過營養(yǎng)液培養(yǎng)的方法，對不同低濃度Na+處理下甜菜生理生化指標(biāo)變化進(jìn)行了研究，為探索Na+對甜菜的有益作用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

1.2 測定項目與方法

株高為從子葉葉柄的基部所在的水平面到整株甜菜頂端葉片的最高處所在的水平面。葉片面積掃描部位為甜菜幼苗真葉，掃描后使用WinRHIZO軟件分析。葉片相對含水量和葉片相對電導(dǎo)率測定方法參考劉祖祺的測定方法[9]。葉片水勢測定為取甜菜幼苗的第二對真葉用壓汁器取其汁液，用露點(diǎn)水勢儀測定葉片水勢。葉綠素測定采用丙酮比色法[10]。抗氧化酶取樣部位為甜菜幼苗第二對真葉， 超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法，谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法，過氧化氫酶(CAT)活性測定采用聚乙烯吡咯烷酮法，丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[11]。

植株樣品收獲后測定鮮重，分為根、 葉柄及葉片三個部分，按各項指標(biāo)要求取樣后，105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重，測定干重。烘干樣品采用混合酸(HNO3∶HClO4=4 ∶1)消煮法提取Na+、 K+，Na+用原子吸收分光光度計測定，K+用火焰分光光度計測定；采用濃硫酸-混合加速劑(硫酸鉀 ∶硫酸銅 ∶硒=100 ∶10 ∶1)消煮法提取N、 P，全N含量用凱氏定氮法測定，全P用偏釩酸銨方法進(jìn)行測定[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同Na+濃度對甜菜幼苗株高、 葉面積和生物量的影響

表1 不同Na+濃度對甜菜幼苗株高和葉面積的影響Table 1 Effects of different Na+ concentrations on height and area of leaf of sugar beet seedlings

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)Different letters in a column mean significant at the 5% level.

2.2 不同濃度Na+對植株水勢和葉片相對含水量的影響

水勢是表示植物水分虧缺或表示水分狀況的一個直接生理指標(biāo)。由圖1看出， 甜菜葉片的水勢隨Na+濃度的升高而降低，0.75 mmol/L和1.5 mmol/L Na+濃度處理與CK差異不顯著，其余三個處理均顯著低于CK，營養(yǎng)液中Na+濃度為3 mmol/L、 6 mmol/L和9 mmol/L的處理，分別比CK下降了4.00×105Pa、 11.03×105Pa和12.13×105Pa。試驗中Na+濃度越高葉片水勢越低，說明Na+可提高甜菜幼苗葉片細(xì)胞的吸水能力。

由圖2看出， 甜菜葉片的相對含水量隨Na+濃度的升高呈先升后降規(guī)律。在Na+濃度為1.5 mmol/L時達(dá)到最大值81.68%，3 mmol/L處理時略低，為81.46%，兩處理間差異不顯著，兩者皆與CK差異顯著。說明在Na+濃度為1.5 mmol/L和3 mmol/L時，甜菜幼苗的自由水含量高，保水能力高于其余處理。

圖1 不同Na+濃度對甜菜幼苗葉片水勢的影響Fig.1 Effects of different Na+ concentrations on leaf water potential of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

圖2 不同Na+濃度對甜菜幼苗葉片相對含水量的影響Fig.2 Effects of different Na+ concentrations on relative water content of leaf of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

表2 不同Na+濃度對甜菜幼苗干物質(zhì)量的影響(g/pot)Table 2 Effects of different Na+ concentrations on dry weight of sugar beet seedlings

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)Different letters in a column mean significant atP<0.05 level.

2.3 不同濃度Na+對植株葉片葉綠素含量的影響

圖3 不同Na+濃度對甜菜幼苗葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of different Na+ concentrations on chlorophyll content of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters above the bars mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

2.4 不同濃度Na+對植株葉片中的SOD、 CAT和GPX活性的影響

當(dāng)Na+濃度由0.75 mmol/L提高至9 mmol/L時，與CK相比葉片GPX活性均有提高。甜菜葉片的GPX活性隨Na+濃度的提高呈現(xiàn)先升后回落趨勢；當(dāng)Na+濃度在3 mmol/L時，GPX的活性達(dá)到最高值13.32 U/(g·min)， FW，比CK升高了22.76%，與CK和其余處理的GPX活性的差異均達(dá)到顯著水平。

隨Na+濃度的提高，甜菜葉片的CAT活性變化較小。3 mmol/L Na+處理的CAT活性最高[42.06 U/(g·min)， FW]，但與CK差異不顯著。當(dāng)Na+濃度升高至9 mmol/L時，CAT活性明顯降低為39.54 U/(g·min)， FW。

表3 不同Na+濃度對甜菜幼苗葉片SOD、 CAT和GPX活性的影響Table 3 Effects of different Na+ concentrations on SOD, CAT and GPX activity of sugar beet seedlings

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)Different letters in a column mean significant among treatments atP<0.05 level.

2.5 不同濃度Na+對MDA含量和電導(dǎo)率的影響

MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一，其含量的多少常用以衡量膜脂過氧化程度的大小。由圖4看出， 甜菜幼苗葉片MDA含量隨Na+濃度的升高而先降低后提高，在Na+濃度為 3 mmol/L時，達(dá)到最小值0.1395 nmol/g， FW。在Na+濃度為 3 mmol/L時，甜菜幼苗葉片膜脂過氧化程度最小，甜菜幼苗生長最好。

圖4 不同Na+濃度對甜菜幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of different Na+ concentrations on MDA content of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

相對電導(dǎo)率是衡量質(zhì)膜透性的指標(biāo)之一。由圖5看出： 甜菜幼苗葉片相對電導(dǎo)率隨Na+濃度的升高而先降低后提高，在Na+濃度為 3 mmol/L時，達(dá)到最小值18.55%。在Na+濃度為 3 mmol/L時，甜菜幼苗葉片相對電導(dǎo)率最小，即質(zhì)膜透性最小，甜菜幼苗生長最佳。

圖5 甜菜幼苗葉片相對電導(dǎo)率與Na+濃度的關(guān)系Fig.5 Effects of different Na+ concentrations on relatively electrolyte conductivity of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

2.6 不同濃度Na+對植株各部分Na+、 K+含量影響

隨Na+濃度的升高，甜菜幼苗根系、 葉柄和葉片中的Na+含量呈逐漸提高，且均達(dá)到顯著水平(見表4)，當(dāng)Na+濃度為 9 mmol/L時達(dá)到最大值。Na+在甜菜葉片中的含量最高，葉柄其次，根系最低。

K元素是植物生長過程中重要的必需營養(yǎng)元素。甜菜幼苗根系和葉柄中K+含量隨Na+濃度的升高無明顯變化，而葉片中K+含量隨Na+濃度的提高呈現(xiàn)不同的變化(表4)。當(dāng)Na+濃度由0 mmol/L升至3 mmol/L時，葉片K+含量呈增加趨勢，但是未達(dá)到顯著水平；Na+濃度繼續(xù)升至6和9 mmol/L時，葉片K+含量明顯降低。結(jié)果說明在Na+濃度不高于3 mmol/L時，Na+并未明顯影響到甜菜體內(nèi)K+含量，而在Na+濃度升高至6和9 mmol/L時Na+明顯降低甜菜葉片K+含量。

表4 不同濃度Na+對甜菜不同部位Na+和K+含量影響(mg/g， DW)Table 4 Effects of different Na+ concentrations on Na+and K+ content of sugar beet seedlings

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)Different letters mean significant among different treatments atP<0.05 level.

2.7 不同濃度Na+下植株全N和全P含量

圖6 不同Na+濃度對甜菜幼苗的N、 P含量影響Fig.6 Effects of different Na+ concentrations on N, P contents of sugar beet seedlings[注(Note)： 圖中正負(fù)誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差大小 Values in the chart are mean±standard error;不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05) Different letters above the bars mean significant among different treatments at P<0.05 level.]

3 討論與結(jié)論

陳國安在研究硝酸鈉施用水平(0、 30、 60、 90、 120 kg/hm2)對土培甜菜植株中鉀含量影響的試驗結(jié)果表明，苗期甜菜植株鉀含量逐漸降低(6.130%、 6.031%、 5.811%、 5.687%、 5.828%)，低劑量鈉處理未明顯降低植株鉀含量，高劑量鈉處理植株鉀含量降低幅度較大[18]。劉國棟等在研究土培水稻不同基因型對鉀、 鈉的反應(yīng)時指出，莖葉的鉀鈉含量互成顯著的反相關(guān)[19]。本試驗發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)液中Na+濃度的增至3 mmol/L，仍然未降低甜菜幼苗體內(nèi)鉀素含量；Na+濃度的增加至6 mmol/L和 9 mmol/L，甜菜幼苗只有葉片鉀素含量明顯下降。這些差異可能是由作物種類以及土培和水培的差異造成的，這種影響有待于進(jìn)一步研究。

當(dāng)植物處于鹽脅迫環(huán)境下，惡劣的環(huán)境會誘導(dǎo)植物產(chǎn)生過多的活性氧，引發(fā)膜脂過氧化，破壞生物膜的分子結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)致植物細(xì)胞的死亡[20]。MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一，其含量的多少常用以衡量膜脂過氧化程度的大小。王寶增等的研究表明，低濃度的Na+可以降低小麥幼苗中MDA的含量，表明適當(dāng)?shù)柠}濃度可以減弱或降低膜脂過氧化程度，其原因可能是植物體內(nèi)應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧自由基較少[21]。本試驗中，當(dāng)Na+濃度為3 mmol/L時，甜菜幼苗葉片中MDA含量和相對電導(dǎo)率都要低于CK，說明了甜菜幼苗細(xì)胞所受到膜脂過氧化程度比較弱，質(zhì)膜透性降低。

抗氧化酶系統(tǒng)是植物體重要的保護(hù)系統(tǒng)之一，用于清除對植物體有害的超氧陰離子及其歧化產(chǎn)物。SOD、 GPX和CAT是主要的抗氧化酶。低鹽濃度下GPX和CAT的活性提高，可以更好的清除植物體內(nèi)超氧陰離子的歧化產(chǎn)物，如過氧化氫等，起到保護(hù)作用[21]。本試驗中，當(dāng)Na+濃度為3 mmol/L時，GPX和CAT的活性均高于CK，SOD的活性與CK無差異，說明了適宜的Na+濃度對SOD活性無影響，但可提高GPX和CAT的活性，使其能更有效地清除甜菜幼苗體內(nèi)過多超氧陰離子的歧化產(chǎn)物，維持甜菜幼苗的正常生長。

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