NaCl脅迫下施加外源鉀對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營養(yǎng)液培養(yǎng)為空白組，以含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)為試驗組。對處理后7、15、30 d的多枝檉柳新鮮葉片和新生根進(jìn)行采樣，測得其生理指標(biāo)。試驗結(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;同時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?？梢姡尤胪庠碖+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

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

文章編號：1002-1302（2021）15-0142-05

收稿日期：2021-08-13

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

作者簡介：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)重危害植物的生長發(fā)育[1-3]。近年來，受人為活動的影響，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)境問題。目前，為了盡最大可能利用該類型土壤資源，學(xué)者們對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[4]。一類是通過優(yōu)化鹽堿土的土壤結(jié)構(gòu)，滿足植物生長需求。例如，王會等提出通過秸稈還田改善鹽化土壤團(tuán)粒體的穩(wěn)定性[5];張濟(jì)世等通過試驗表明施用的6種土壤改良劑均能顯著提高小麥產(chǎn)量[6]。另一類是從植物生理的角度看待問題，提高植物本身對鹽堿土的適應(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，硝態(tài)營養(yǎng)比銨態(tài)營養(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發(fā)育所必需的一價陽離子，在植物細(xì)胞生長及代謝中發(fā)揮重要作用[10]。近年來，隨著高通量測序的發(fā)展，不少學(xué)者從分子生物學(xué)角度提出，鉀離子通過影響某些基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)水平在植物抗逆性中發(fā)揮重要作用[11-12]。有學(xué)者報道植物的耐鹽能力與植物中的鉀離子通道和轉(zhuǎn)運蛋白密切相關(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)的耐鹽機制[15-16]。魯艷等研究發(fā)現(xiàn)低濃度（≤100 mmol/L）的NaCl脅迫會促進(jìn)多枝檉柳生長，高濃度（≥200 mmol/L 的NaCl）下則會抑制其生長[17]。

本試驗以多枝檉柳為對象，使用含不同成分的1/2 Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行處理，測定相關(guān)生理指標(biāo)，探討鹽脅迫下K+處理對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

供試多枝檉柳來自山東省林業(yè)科學(xué)院基地，選取5個月苗齡、長勢相似的扦插苗，試驗于2019年10月至2021年5月在南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院國家重點實驗室展開。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營養(yǎng)液，置于溫度（26±2） ℃、相對濕度50%～60%的溫室大棚中，培養(yǎng)2個月后進(jìn)行試驗。

1.2 方法

采用1/2 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)的多枝檉柳為CK組，用含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營養(yǎng)液和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營養(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，試驗設(shè)置3組，每組3次重復(fù)。分別在處理后7、15、30 d對多枝檉柳新鮮葉片和新生根進(jìn)行采樣。

1.3 生理指標(biāo)測定

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，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)~綠素含量沒有顯著性變化且高于處理組;處理組總?cè)~綠素含量隨時間的變化呈減少趨勢;在7 d時，200 mmol/L NaCl處理組總?cè)~綠素含量最低，在15 d和30 d時，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;處理組隨時間的變化，根系活力呈減少趨勢;其中30 d時，200 mmol/L NaCl處理組的根系活力下降最多。在7 d時，處理組相較于CK組根系活力下降，但無顯著性變化。在15 d和30 d時，處理組對比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含量沒有顯著性變化;處理組H2O2含量隨時間變化呈增加趨勢;在7 d時，處理組對比CK組H2O2含量略微增加，無顯著性差異。在15 d和30 d時，處理組H2O2含量對比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，但無顯著性變化;處理組MDA含量隨時間的變化呈增加趨勢;在7 d和15 d時，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對比CK組MDA含量略微增加，但無顯著性差異。在30 d時，不同處理組對比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活性隨時間變化呈增加趨勢;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;其中，200 mmol/L NaCl處理組POD活性增加最多。在7 d和15 d時，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，處理組顯著高于CK組POD活性。同時，30 d內(nèi)CK組CAT活性變化不明顯;處理組隨時間的變化，CAT活性呈上升趨勢;其中，200 mmol/L NaCl處理組CAT活性增加最多。在7 d時，處理組比CK組CAT活性較高，但無顯著性變化。在15 d和30 d時，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多枝檉柳葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

通過圖5可以看出，30 d內(nèi)CK組脯氨酸含量變化不明顯;處理組隨時間變化，脯氨酸含量呈增加趨勢;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，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組對比CK組脯氨酸含量增加顯著，且高于200 mmol/L NaCl處理組。同時，30 d內(nèi)CK組可溶性糖含量呈緩慢增加趨勢;而處理組隨時間變化，可溶性糖含量呈增加趨勢;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)缺鉀會導(dǎo)致大豆葉面積減少，葉綠素含量降低[28]。本試驗研究表明，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養(yǎng)元素之一，幾乎參與整個植物生長發(fā)育和生理代謝的過程[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

機物質(zhì)的構(gòu)成，卻對植物的生長發(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弱[29]，也是反映植物抗逆能力的重要指標(biāo)[30]。本試驗研究表明，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，說明K+可明顯提升鹽環(huán)境下植物的新陳代謝能力。

同時，本試驗結(jié)果也證明了施加外源K+后，植株應(yīng)對鹽脅迫產(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)生與清除是處于動態(tài)平衡狀態(tài)，不會影響植物的生長發(fā)育[31]，但在逆境條件下，植物細(xì)胞這種平衡會被打破，產(chǎn)生大量的活性氧，這些活性氧以其極強的氧化性造成細(xì)胞膜脂過氧化反應(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是脂膜過氧化的最終產(chǎn)物。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（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：一是通過其膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性來維持對其他離子的選擇吸收功能;二是通過代謝變化，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[34]。本試驗結(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)控作用還需要通過分子生物學(xué)手段進(jìn)行深入挖掘。

3.2 結(jié)論

通過比較鹽脅迫條件下，外源施加K+對多枝檉柳根系活力、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，并緩解鹽脅迫對多枝檉柳的傷害。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ghassemi F，Jakeman A J，Nix H A. Salinisation of land and water resources：human causes，extent，management and case studies[M]. Canberra：UNSW Press，1995：1-3.

[2]李建國，濮勵杰，朱 明，等. 土壤鹽漬化研究現(xiàn)狀及未來研究熱點[J]. 地理學(xué)報，2012，67（9）：1233-1245.

[3]俞仁培，陳德明. 我國鹽漬土資源及其開發(fā)利用[J]. 土壤通報，1999（4）：3-5.

[4]李 星，李凱鋒. 土壤鹽漬化開發(fā)利用研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2018（6）：244-246.

[5]王 會，何 偉，段福建，等. 秸稈還田對鹽漬土團(tuán)聚體穩(wěn)定性及碳氮含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35（4）：124-131.

[6]張濟(jì)世，于波濤，張金鳳，等. 不同改良劑對濱海鹽漬土土壤理化性質(zhì)和小麥生長的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2017，23（3）：704-711.

[7]劉 梅，鄭青松，劉兆普，等. 鹽脅迫下氮素形態(tài)對油菜和水稻幼苗離子運輸和分布的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2015，21（1）：181-189.

[8]Juniper S，Abbott L K. Soil salinity delays germination and limits growth of hyphae from propagules of arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Mycorrhiza，2006，16（5）：371-379.

[9]徐 瑤，樊 艷，俞云鶴，等. 叢枝菌根真菌對鹽脅迫下紅花幼苗生長及耐鹽生理指標(biāo)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（12）：3395-3402.

[10]周峰，李平華，王寶山. K+穩(wěn)態(tài)與植物耐鹽性的關(guān)系[J]. 植物生理學(xué)通訊，2003（1）：67-70.

[11]楊玲琴，劉 敬，李 魏，等. 植物鉀離子通道AKT1的研究進(jìn)展[J]. 生物技術(shù)通報，2019，35（4）：94-100.

[12]陸 潭，陳華濤，沈振國，等. 植物鉀通道與鉀轉(zhuǎn)運體研究進(jìn)展[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2019，34（增刊1）：372-379.

[13]Fernandez J M，Schroeder J I，Hedrich R. Potassium-selective single channels in guard cell protoplasts of Vicia faba[J]. Nature，1984，312（5992）：361-362.

[14]Dennison K L，Robertson W R，Lewis B D，et al. Functions of AKT1 and AKT2 potassium channels determined by studies of single and double mutants of Arabidopsis[J]. Plant Physiol，2001，127（3）：1012-1019.

[15]李 芊. 新疆檉柳屬植物抗鹽機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.

[16]劉銘庭. 中國檉柳屬植物綜合研究圖文集[M]. 烏魯木齊：新疆科學(xué)技術(shù)出版社，2014：1-79.

[17]魯 艷，雷加強，曾凡江，等. NaCl處理對多枝檉柳（Tamarix ramosissima）生長及生理的影響[J]. 中國沙漠，2014，34（6）：1509-1515.

[18]王學(xué)奎.? 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[19]朱秀云，梁 夢，馬 玉. 根系活力的測定（TTC法）實驗綜述報告[J]. 廣東化工，2020，47（6）：211-212.

[20]Sergiev I，Alexieva，Karanov E. Effect of spermine，atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants[J]. Comptes Rendus de IAcadmie Bulgare Sciences，1997，51：121-124.

[21]Kosugi H，Kikugawa K. Thiobarbituric acid reaction of aldehydes and oxidized lipids in glacial acetic acid[J]. Lipids，1985，20（12）：915-921.

[22]Beauchamp C，F(xiàn)ridovich I. Superoxide dismutase：improved assays and an assay applicable to acrylamide gels[J]. Anal Biochem，1971，44（1）：276-287.

[23]Chance B，Maehly A C. Assay of catalases and peroxidases[M]//Methods in enzymology. New York：Academic Press，1955：2，764-775.

[24]Aebi H. Catalase in vitro[M]//Methods in enzymology. New York：Academic Press，1984：105，121-126.

[25]張殿忠，汪沛洪，趙會賢. 測定小麥葉片游離脯氨酸含量的方法[J]. 植物生理學(xué)通訊，1990：62-65.

[26]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[27]田曉莉，王剛衛(wèi)，楊富強，等. 棉花不同類型品種耐低鉀能力的差異[J]. 作物學(xué)報. 2008，34（10）：1770-1780.

[28]王曉光，曹敏建，蔣文春，等. 鉀肥對不同基因型大豆葉片生理功能的影響[J]. 大豆科學(xué)，2006，25（2）：133-136.

[29]劉小剛，張富倉，楊啟良，等. 玉米葉綠素、脯氨酸、根系活力對調(diào)虧灌溉和氮肥處理的響應(yīng)[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2009，24（4）：106-111.

[30]田禮欣，李麗杰，劉 旋，等. 外源海藻糖對鹽脅迫下玉米幼苗根系生長及生理特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，33（4）：754-759.

[31]薛 鑫，張 芊，吳金霞. 植物體內(nèi)活性氧的研究及其在植物抗逆方面的應(yīng)用[J]. 生物技術(shù)通報，2013（10）：6-11.

[32]趙 嫚，陳仕勇，李亞萍，等. 外源GABA對鹽脅迫下金花菜種子萌發(fā)及幼苗抗氧化能力的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2021，37（2）：310-316.

[33]姜衛(wèi)兵，高光林，俞開錦，等. 水分脅迫對果樹光合作用及同化代謝的影響研究進(jìn)展[J]. 果樹學(xué)報，2002，19（6）：416-420.

[34]馬煥成，王沙生. 胡楊膜系統(tǒng)的鹽穩(wěn)定性及鹽脅迫下的代謝調(diào)節(jié)[J]. 西南林學(xué)院學(xué)報，1998，18（1）：15-23.