NaCl脅迫對4個樹種體內離子分布的影響

摘要通過對木栓榆、厚葉榆、醉翁榆、黃連木4個樹種盆栽苗在NaCl脅迫下不同組織中離子動態(tài)分布的研究，結果表明：①厚葉榆、木栓榆Na+總含量均隨鹽處理濃度的增大而提高，醉翁榆、黃連木Na+總含量不呈單一變化趨勢；Na+在4個樹種中分布趨勢是根最大，莖次之，葉最小。②木栓榆、黃連木、厚葉榆3樹種在4 mg/g鹽度以下根向莖、葉選擇性地運輸K+而限制Na+的運輸，5 mg/g鹽度后根向莖、葉選擇性地運輸方式正好相反；醉翁榆隨鹽梯度的升高，根向莖、葉選擇性地運輸Mg2+而限制Na+的運輸。③鹽脅迫總體上降低了4樹種葉片K+/Na+比值，但厚葉榆和黃連木葉片K+/Na+值變化規(guī)律性不強；鹽脅迫對4個樹種Ca2+/Na+值的影響表現為，醉翁榆、木栓榆在低鹽下有所上升，隨鹽濃度的升高而降低；厚葉榆和黃連木Ca2+/Na+值變化無規(guī)律。

關鍵詞NaCl脅迫；離子分布；選擇性運輸；耐鹽性

中圖分類號S718.5文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-179-05

鹽脅迫對植物的影響主要是抑制其生長，影響種子出苗率、成苗率、苗木生長量及嫁接成活率等，植物受鹽害的程度與鹽脅迫處理的濃度和脅迫時間有關。一般地，鹽濃度越高、脅迫時間越長，植物生長和發(fā)育受到的抑制就越大。鹽脅迫下對植物造成的傷害，主要是通過調節(jié)其細胞內離子轉運而產生毒害。在我國鹽脅迫一般多為鈉鹽，Na+是鹽漬環(huán)境中主要的陽離子，也是植物生長遭受傷害主要的陽離子之一，細胞中Na+濃度過高，會傷害膜結構功能或細胞的代謝活動，是植物致死主要可能原因。在鹽漬條件下進入植物體內的Na+分布在葉片、莖和根中，耐鹽性強的植物即使在高鹽度下也能保持較低水平的Na+濃度，使植物生長免受傷害[1]。K+在細胞質中是最豐富的無機離子，其在植物的營養(yǎng)、發(fā)育和生理調節(jié)中起著重要作用，是植物所必需的營養(yǎng)元素，是保證植物正常代謝的關鍵離子，并且是唯一一種在植物體內必需以高濃度存在的、具有活化作用的一價陽離子。在鹽漬條件下，保持細胞質內K+濃度高于某一特定值，對于植物的生長和耐鹽性都是非常必要的，通常認為蛋白質合成及其他生理過程都需要K+，要求細胞質中具有一定量的K+存在。有人認為，K營養(yǎng)是植物耐鹽性的關鍵因素。Ca是植物生長發(fā)育必需營養(yǎng)元素之一，與細胞的分裂伸長、運動、原生質流動、植物向地性、抗衰老等生理過程密切相關，在植物生理活動中，既起著結構成分的作用，也具有酶的輔助因素功能[2]。同時，Ca在植物體內又為難移動元素，Ca素自根系向地上部運輸十分緩慢，而地上部在生長發(fā)育過程中又需要大量的Ca素。Mg2+是葉綠素的中心金屬離子，是綠色植物進行光合作用不可缺少的元素，同時它還是生物體內300余種酶的激活劑和Ca2+興奮作用的拮抗劑，對機體的多個組織功能穩(wěn)定具有重要作用。在正常情況下生物機體中Mg2+的含量較多，僅次于Ca2+、Na+、K+而居第4位，在細胞內的含量則僅次于K+而居第2位[3]。

該項目通過對木栓榆、厚葉榆、醉翁榆、黃連木4個樹種在鹽分脅迫下根、莖、葉中Na+、K+、Mg2+、Ca2+的轉移規(guī)律進行研究，旨在探尋出上述4個樹種耐鹽機理，為鹽脅迫環(huán)境下樹種選擇、栽培提供技術支撐。

1材料與方法

1.1鹽化處理

2008年3月初選擇苗高、地徑大小一致的黃連木、醉翁榆、木栓榆、厚葉榆4個樹種1年生苗盆栽，每盆裝土9 kg。4月初移至溫室大棚內，待幼苗成活定根后，5月12日實施一次性鹽化處理，試驗設置6個鹽度水平，分別為CK，2、3、4、5、6 mg/g，6個重復。試驗期間，定期澆少量水，以平衡蒸發(fā)量。

1.2Na+、K+、Mg2+和Ca2+含量的測定

1.2.1樣品處理。取不同濃度NaCl脅迫的幼苗數株，于水中清洗干凈，按葉、根和莖部位分開，放置烘箱中烘干，直至重量不再減少后，進行粉碎處理。

1.2.2待測液制備。稱取樣品0.5 g左右，放入50 ml三角瓶中，瓶口加一小漏斗，加入硝酸和高氯酸（5∶1）混合液10 ml，低溫加熱過夜后加溫消煮，直至大量冒煙為止。然后加入2 ml的濃硝酸∶水（1∶1）加熱溶解，再定容50 ml，搖勻待測。同時做2份標樣與空白對照試驗。

1.2.3離子測定。在ICP離子儀上直接讀數，得出Na+、K+、Mg2+和Ca2+含量，并計算K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+比值。

2結果與分析

2.1鹽脅迫下4個樹種不同部位Na+含量

由圖1可知，厚葉榆、木栓榆體內Na+總量（根、莖、葉）均隨鹽處理濃度的增大而增大。醉翁榆體內Na+總含量不呈單一的變化趨勢，在0～2 mg/g鹽處理濃度區(qū)間，Na+總含量隨鹽濃度的增大而下降；在2～4 mg/g鹽處理濃度區(qū)間，醉翁榆根、莖、葉中Na+含量隨鹽濃度的增大而上升，Na+總含量達到最大值，5 mg/g濃度處理時體內Na+總含量下降幅度明顯。在0～3 mg/g鹽處理濃度區(qū)間，黃連木體內Na+含量隨脅迫濃度的增大而上升，此后開始大幅度下降，在4～6 mg/g鹽處理濃度區(qū)間，Na+含量又隨脅迫濃度的增大而上升。

以4 mg/g NaCl脅迫為例，醉翁榆、木栓榆、厚葉榆、黃連木4個樹種體內Na+總含量分別高達為6.8、2.6、2.7、0.5 mg/g，分別是各自對照株Na+總含量的22.67、9.14、18.74、和13.34倍。在6 mg/g鹽處理時，木栓榆、厚葉榆和黃連木體內Na+總含量分別為4.85、8.79、0.09 mg/g（這里只比較這3個樹種，醉翁榆在6 mg/g梯度已死亡）。在4個供試樹種中，醉翁榆死亡率最高，也就是說，醉翁榆對鹽敏感，體內離子含量的驟增是其死亡的直接原因。植物的內源Na+濃度越低，其耐鹽性越強，初步可說明黃連木耐鹽性最強，木栓

43卷24期夏尚光NaCl脅迫對4個樹種體內離子分布的影響

榆次之，厚葉榆第3，醉翁榆耐鹽性最弱。

2.2鹽脅迫下4個樹種不同部位K+含量

由圖2可知，鹽脅迫下4個樹種不同部位K+含量的影響隨鹽脅迫濃度加大，醉翁榆體內K+總趨勢呈上升狀態(tài)，其他3個樹種體內K+含量，木栓榆是呈先上升再下降，再上升的“S”型變化趨勢，而厚葉榆與黃連木變化趨勢是呈先下降后上升的“V”型變化狀態(tài)。

2.3鹽脅迫下4個樹種不同部位Mg2+含量

鹽脅迫下厚葉榆根、葉中Mg2+含量，隨鹽脅迫濃度的增加而增大；黃連木根、葉中Mg2+含量變化趨勢與木栓榆根、葉中Mg2+變化趨勢相似，但莖中Mg2+含量下降不明顯；醉翁榆根、莖、葉中Mg2+含量均隨鹽脅迫濃度的增加而增加，其中根中Mg2+含量上升最明顯，具體見圖3。

從總體上說，4個樹種植株中Mg2+總含量均隨著鹽脅迫梯度的升高而升高。以4 mg/g鹽脅迫為例，醉翁榆、厚葉榆、木栓榆、黃連木植株中Mg2+總含量分別為各自對照株的1.18、1.27、1.08和1.38倍。Mg2+在細胞外大量存在，可以調節(jié)酶的活性。

2.4鹽脅迫下對4個樹種植株Ca2+含量影響

隨鹽脅迫濃度的增加，4個樹種葉部Ca2+含量也呈增加趨勢。其中，醉翁榆葉部的Ca2+含量直線上升，黃連木葉部的Ca2+含量呈不規(guī)則上升，其他2樹種葉部的Ca2+含量上升平緩。與對照相比，醉翁榆葉部Ca2+含量，在鹽脅迫濃度為4 mg/g時達最大，這可能是由于鹽脅迫濃度達到一定程度時，無機離子的滲透調節(jié)已經不起主要作用。從外觀上看，醉翁榆的葉片也最先在4 mg/g鹽脅迫下出現枯死，可能由于高鹽脅迫下大多組織受損傷時，細胞內出現Ca2+超載或Ca2+超負荷狀態(tài)，從而進一步加重細胞的損傷，以使細胞失去內穩(wěn)態(tài)而致細胞壞死[4]。在鹽脅迫梯度為0～5 mg/g時，隨著鹽梯度的升高，厚葉榆、木栓榆、黃連木3樹種根中Ca2+含量下降，而葉中Ca2+含量則升高。在4 mg/g鹽度下，醉翁榆、厚葉榆、木栓榆、黃連木莖中Ca2+含量分別達到9.4、5.4、6.4、9.2 mg/g；醉翁榆、厚葉榆、木栓榆、黃連木根中Ca2+含量分別達到11.5、3.9、3.1，2.8 mg/g；從總體上說，醉翁榆、厚葉榆、木

栓榆、黃連木4個樹種在4 mg/g濃度處的根、莖、葉中Ca2+總含量分別達到49.4、24.7、26.5和27.0 mg/g，醉翁榆Ca2+含量最高。在6 mg/g鹽度處，厚葉榆、木栓榆、黃連木3樹種根和葉中Ca2+含量變化趨勢正好相反。而醉翁榆隨著鹽梯度的升高，根中Ca2+含量也升高。4樹種莖中Ca2+含量均隨著鹽梯度的升高而下降，厚葉榆、木栓榆莖中Ca2+含量隨著鹽梯度的升高下降很明顯，黃連木和醉翁榆莖中Ca2+含量呈波動式下降。

2.5鹽脅迫下幼苗對離子的選擇性吸收與分配

植物對NaCl鹽害非常敏感，在鹽害中真正起作用的是Na+，而不是Cl-。所以，決定林木耐鹽能力的關鍵在于林木對Na+、K+等離子的吸收，即限制Na+進入體內，選擇性地吸收K+，才能提高其耐鹽能力。植物根中的X（K+、 Ca2+、Mg2+、Na+）向地上部分運輸的選擇性（RSX、Na+，RSX，Na+）參照公式[5]計算。RS值反映的是植物根中的X，Na+向地上部分運輸的選擇性，而 Rs值反映的是植物葉對X，Na+吸收的選擇性。RSX，Na+和RSX，Na+值越大，X運輸的選擇性越高，留在根中的Na+越多。

在鹽漬土上造林，樹木要長期經受鹽脅迫，并在鹽逆境下生長發(fā)育，鹽分對植物的影響可歸結于3個方面：滲透、毒性及營養(yǎng)影響。對受鹽脅迫時間最長（100 d）的試驗苗礦質元素選擇性吸收問題進行分析研究，4個樹種的X/Na+、RSX，Na+和RsX，Na+值，在處理第100天時，鹽脅迫降低了根中K+/Na+、Ca2+/Na+值，升高了Mg2+/Na+值，其中以K+/Na+比值降幅最大，其次Ca2+/Na+。這可能是因為隨著鹽濃度提高，4個樹種的表皮吸附K+、Ca2+的位置被Na+置換，從而抑制對K+、Ca2+的吸收，同時地上部分的生命活動消耗這2種離子，而從根中吸收并上運至地上部分；Mg2+/Na+值升高表明根中的Mg2+抑制對Na+的吸收。

鹽脅迫對莖中K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+值的影響不同于根系。與對照相比，鹽脅迫對莖中K+/Na+、Ca2+/Na+值總體呈下降趨勢，而Mg2+/Na+值呈升高趨勢。各樹種間表現出一定的差異，如厚葉榆、木栓榆的Mg2+/Na+值幾乎隨鹽梯度的提高持續(xù)增加，其他樹種的Mg2+/Na+值則隨鹽梯度的提高呈波動性增加。而厚葉榆莖中的Ca2+/Na+值隨鹽梯度的提高而降低，其他樹種的Ca2+/Na+值變化規(guī)律性不明顯。

鹽脅迫總體上降低了上部葉K+/Na+值，但厚葉榆和黃連木上部葉K+/Na+值在鹽處理下變化規(guī)律性不明顯；對Ca2+/Na+值的影響，各樹種有所不同，醉翁榆、木栓榆在低鹽下有所上升，后隨鹽梯度的升高而降低；而厚葉榆和黃連木Ca2+/Na+值變化無規(guī)律。

在0～3 mg/g鹽梯度范圍，RSMg2+，Na+值均隨鹽梯度的升高而降低，表明木栓榆的根向莖選擇性地運輸Na+而限制Mg2+的運輸，在高濃度下正好相反，這也許是這些樹種耐鹽的原因；黃連木等樹種的根向莖、葉選擇性地運輸Na+而限制Mg2+的運輸；總體上說，醉翁榆、厚葉榆隨鹽梯度的升高，根向莖、葉選擇性地運輸Mg2+而限制Na+的運輸。

黃連木樹種隨鹽梯度的升高，根向莖、葉選擇性地運輸Ca2+而限制Na+的運輸，5 mg/g處理后根向葉選擇性地運輸方式正好相反；在0～3 mg/g低中鹽梯度范圍，醉翁榆根向莖葉選擇性地運輸Ca2+而限制Na+的運輸，此后離子運輸方式正好相反；木栓榆和厚葉榆隨鹽梯度的升高，根向莖、葉選擇運輸Ca2+或Na+的方式變換復雜，規(guī)律不強，這可能是與二者體內進行生理調節(jié)有關。

在0～4 mg/g鹽梯度范圍，木栓榆、黃連木、厚葉榆等樹種的根向莖、葉選擇性地運輸K+而限制Na+的運輸，5 mg/g后根向莖、葉選擇性地運輸方式正好相反；在0～3 mg/g低中鹽梯度范圍，醉翁榆根向莖選擇性地運輸K+而限制Na+的運輸，葉正好相反。從上述分析可知，木栓榆、黃連木、厚葉榆根向莖、葉選擇性地運輸K+而限制Na+的運輸，其適應鹽分梯度范圍要比醉翁榆廣，這說明木栓榆、黃連木、厚葉榆等3個樹種耐鹽的原因。高濃度Na+干擾了植物對營養(yǎng)元素K及N等的吸收，造成植物體內營養(yǎng)元素虧缺，影響生長發(fā)育，此外根系環(huán)境中鹽分濃度提高，水勢下降而引起植物吸水困難，引起滲透脅迫。

3結論與討論

（1）Na+在木栓榆、厚葉榆、黃連木和醉翁榆4個樹種不同組織中分布的基本趨勢是根最大，莖次之，葉最小。說明植物可利用這些積累在根部的Na+進行滲透調節(jié)，降低水勢，保持吸水能力，以免造成生理干旱。葉片中Na+含量較低，這可能由于根部和莖部積累了大量的離子，限制了離子的向上運輸，從而減少了鹽脅迫對地上部的毒害。木栓榆和厚葉榆不同組織Na+含量基本是隨鹽處理濃度增大而增大，但增加幅度較小，其中根、莖較為穩(wěn)定，根、莖在Na+向上運輸的過程中起到抑制作用，表明非鹽生植物通過控制離子進入莖的木質部來限制離子進入地上部分，莖在緩解鹽害過程中起著重要的作用，因此，根、莖可能是木栓榆和厚葉榆受鹽害的主要部位。醉翁榆在3～4 mg/g NaCl脅迫梯度間，莖部Na+含量隨鹽處理濃度的增大而下降，同時發(fā)現其根或葉中Na+含量隨鹽處理濃度的增大而增大；黃連木受鹽害的原因不在于體內Na+含量的多少，而是因為葉片Na+積累過快、過多導致產生鹽害，而莖不能有效控制離子進入根的木質部來限制離子進入葉片是黃連木致害和死亡的根本所在。

該研究表明，葉片是黃連木、醉翁榆受鹽害的主要部位，葉片中Na+含量變化的幅度是衡量這些苗木抗鹽性的指標之一；根、莖是木栓榆和厚葉榆受鹽害的主要部位，同時它們也是衡量木栓榆和厚葉榆耐鹽性的主要部位。

（2）總體上說，4個樹種在4 mg/g梯度處，醉翁榆根莖葉中Ca2+總含量最高，此時Ca2+濃度足以使細胞失去內穩(wěn)態(tài)而致細胞壞死，厚葉榆、木栓榆、黃連木3樹種含量較低，主要原因是隨著鹽梯度的升高，細胞質Ca2+濃度也出現短暫的上升，以使細胞失去內穩(wěn)態(tài)，但這3種樹組織細胞內可能存在維持Ca2+濃度內穩(wěn)態(tài)的轉運體Ca2+泵（Ca2+-ATPase）和Ca2+/陽離子反向轉運體（Ca2+/Canon-Antiporter），當細胞受到刺激后，由于Ca2+通道開放，胞外及胞內“鈣庫”中的Ca2+就跨膜轉運到細胞質中，使Ca2+濃度出現短暫的上升，當Ca2+將信號傳遞到下游調控分子后，存在于質膜及內膜系統(tǒng)上的Ca2+泵和Ca2+陽離子反向轉運體就迅速地將細胞質Ca2+跨膜釋放到胞外和胞內“鈣庫”中，從而維持細胞質Ca2+濃度的穩(wěn)態(tài)[4] 。結合4個樹種在鹽脅迫下的形態(tài)和生長指標進行分析，醉翁榆體內高濃度的Ca2+可能是其受害的原因之一，而厚葉榆、木栓榆、黃連木體內較低的Ca2+含量可能是其耐鹽的原因。

（3）鹽脅迫使厚葉榆根、葉中Mg2+含量隨鹽脅迫濃度的增加而增加；黃連木根、葉中Mg2+含量變化趨勢與木栓榆根、葉中Mg2+變化趨勢相似，但莖中Mg2+含量下降不明顯；醉翁榆根莖葉中Mg2+含量均隨鹽脅迫濃度的增加而增加，其中根中Mg2+含量上升最明顯。

（4）隨鹽脅迫時間的延長，植物體對Na+，K+的吸收明顯增加，但對Na+的吸收量明顯大于K+。長時間的鹽脅迫，耐鹽能力弱的植物Na+/K+值升高較快，而耐鹽能力強的植物Na+/K+值較小。鹽脅迫總體上降低了上部葉K+/Na+值，但厚葉榆和黃連木上部葉K+/Na+值在鹽處理下變化規(guī)律性不明顯；對Ca2+/Na+值的影響，醉翁榆、木栓榆在低鹽下有所上升，后隨鹽梯度的升高而降低，而醉翁榆降低幅度最明顯；而厚葉榆和黃連木Ca2+/Na+值變化無規(guī)律。在離子毒害、營養(yǎng)缺乏、滲透脅迫的共同作用下，醉翁榆發(fā)生鹽害較重。需要指出的是黃連木根部向莖、葉選擇運輸Na+，但抗鹽性較強，說明鹽脅迫下黃連木可能主動選擇吸收一部分無機離子作為滲透調解物質來緩解鹽害，黃連木可能是一種類鹽生植物，具有鹽生植物的某些特征。

參考文獻

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