混合藥劑吸濕回干技術(shù)對鹽堿脅迫大豆苗期植株K+、Ca2+和Na+的影響

戴凌燕，李建英，殷奎德，李存杰，彭雪琦，朱洪德

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學生命科學技術(shù)學院，大慶163319；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院大慶分院；3.黑龍江省青年農(nóng)場；4.黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院）

混合藥劑吸濕回干技術(shù)對鹽堿脅迫大豆苗期植株K+、Ca2+和Na+的影響

戴凌燕1，李建英2，殷奎德1，李存杰3，彭雪琦1，朱洪德4

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學生命科學技術(shù)學院，大慶163319；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院大慶分院；3.黑龍江省青年農(nóng)場；4.黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院）

為明確不同處理對大豆苗期耐鹽堿能力的影響，對大豆種子采取引發(fā)劑處理、水處理和未處理三種處理方式，研究了鹽堿脅迫下苗期植株K+、Ca2+和Na+的變化。結(jié)果表明：種子引發(fā)劑處理的苗期植株，在鹽堿脅迫下其地上部和地下部Na+、K+和Ca2+含量均高于未處理和水處理；引發(fā)劑處理的TSK，Na最高，而其TSCa，Na高于水處理，低于未處理。通過混合藥劑吸濕回干技術(shù)處理，可以增強大豆種子的抗鹽堿性，為解決大豆耐鹽堿能力提供新的理論依據(jù)。

大豆；苗期；吸濕回干；混合藥劑；鹽堿脅迫；離子

隨著生態(tài)環(huán)境的惡化和人們不合理的開墾種植，導致土壤鹽堿化問題不斷加深和擴大。土壤鹽漬化是限制作物生長，降低作物產(chǎn)量的一個主要環(huán)境因子［1］。目前，土壤鹽堿化已經(jīng)成為一個世界性的問題，全世界各類鹽堿地面積近10億hm2，中國是世界鹽堿地大國之一［2］。在我國華北、西北、東北等地區(qū)均有鹽堿地分布，現(xiàn)代鹽堿土面積約3 693萬hm2，其中，東北松嫩平原是世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一，而黑龍江省的鹽堿地主要分布在松嫩平原西部低洼閉流地帶，面積174.4萬hm2，約占松嫩平原的14.0%［3］。蘇打鹽堿土中的Na2CO3等堿性鹽不僅使植物受到鹽離子脅迫傷害而且還導致土壤pH值升高，使植物受到高pH脅迫傷害，因此多數(shù)植物很難在鹽堿土中正常生長［4］。多年研究表明，植物對鹽離子的過量吸收會導致一些營養(yǎng)元素的吸收受到抑制，如Na+過多會影響植株對K+、Ca2+、Mg2+等的吸收，Cl-和SO42-吸收過多可降低植物對HPO4-的吸收，從而引起作物缺素，影響作物的營養(yǎng)和生殖生長，主要表現(xiàn)在生理干旱、單鹽毒害、營養(yǎng)失衡和生理代謝紊亂等方面。作物在逆境條件下能夠自我調(diào)整，主要通過降低無機離子等鹽類在體內(nèi)的積累而避免鹽類的危害，或通過生理代謝的適應性而忍受已進入細胞的鹽類［5］。同時可伴隨離子區(qū)域化，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累作用，維持膜系統(tǒng)完整性等多機制交互作用實現(xiàn)植物鹽堿環(huán)境中的適應性［6］。

研究利用混合化學藥劑和清水對大豆種子進行浸種及萌發(fā)實驗，通過對大豆苗期植株地上部與地下部K+、Ca2+和Na+等指標的測定，旨在明確大豆苗期植株中無機離子（Na+、K+、Ca2+）的累積程度，并分析其差異原因，初步探討大豆的耐鹽堿適應性機制，為今后充分開發(fā)利用野生大豆耐鹽堿性資源提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)及處理

1.1.1 材料

供試大豆品種：抗線10號。

1.1.2 種子引發(fā)劑

混合藥劑成分為0.25 g·L-1ZnSO4·7H2O，0.052 5 mol·L-1CaCl2·2H2O，0.5 g·L-1甜菜堿和0.03 g·L-1赤霉素，文章中均簡稱為引發(fā)劑。

1.1.3 材料培養(yǎng)

選取大小均勻、飽滿一致、無病蟲害的大豆種子分成三等份。取兩份分別放在蒸餾水和引發(fā)劑中，25℃浸泡處理2 h，一份不做任何處理的干種子用作對照（CK）。處理后用蒸餾水沖洗2～3次，用紗布擦干種子表面的水。自然晾干或于30℃烘箱中烘干至約種子原重的105%?；馗赏瓿珊蟛シN到盛有洗凈的中性細砂的塑料花盆內(nèi)，每種處理8盆，每盆20粒，每隔2 d，用營養(yǎng)液澆灌一次。6 d時，用營養(yǎng)液配制NaHCO3和Na2CO3按摩爾比5∶1的鹽濃度為10 mmol·L-1溶液作為鹽堿脅迫液（pH 9.07，鹽度1.02%，TDS 9.03 g·L-1，電導率18.09 ms·cm-1）對三種不同種子處理的大豆苗進行脅迫處理。10 d時鹽堿脅迫濃度增加至20 mmol·L-1（pH 8.98，鹽度1.52%，TDS 12.92 g·L-1，電導率25.8 ms·cm-1，鹽堿脅迫處理共14 d）。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 植株含水量的測定

鹽堿脅迫14 d后，小心取出每盆中所有植株，用蒸餾水洗凈全株，并用吸水紙吸去附著的水分后將地下部與地上部分開，置烘箱中105℃滅酶10 min，然后在85℃下烘干至恒重。

1.2.2 植株Na+、K+和Ca2+含量測定

Na+、K+和Ca2+各離子測定方法參考王寶山與趙可夫［7］及馬德源等［8］的方法。從研磨粉碎后的混合樣品中取約0.1 g粉末放入灼燒至恒重的坩堝中，550℃高溫爐中灰化20 h，冷卻至室溫，用1 mL濃硝酸溶解灰分，去離子水定容至50 mL，原子吸收分光光度計測定Na+、K+和Ca2+含量，每個處理3次重復。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所得數(shù)據(jù)均用SPSS 16.0和EXCEL 2007軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析（ANOVA）和新復極差法（Duncan）比較不同處理的差異顯著性，P＜0.05時有統(tǒng)計學意義，數(shù)值為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株地上部與地下部Na+、K+和Ca2+含量的影響

2.1.1 不同處理對大豆苗期植株地上部與地下部Na+含量的影響

采用種子引發(fā)劑浸泡，清水浸泡和未處理三種不同方式處理大豆種子后，在鹽堿脅迫下，對其苗期植株Na+含量的影響如圖1。可以看出，經(jīng)過種子引發(fā)劑處理植株地下部Na+含量與CK植株相比無顯著差異，而水處理植株地下部Na+含量明顯低于CK和種子引發(fā)劑處理植株；經(jīng)過種子引發(fā)劑處理植株地上部Na+含量顯著高于水處理和CK的植株，而水處理和CK植株地上部Na+含量無顯著差異?？梢娊?jīng)引發(fā)劑處理植株其地上部和地下部Na+含量均較高。

圖1 不同處理方法下大豆苗期植株Na+含量Fig.1 Na+content at various treatments on the soybean seedlings

2.1.2 不同處理對大豆苗期植株地上部與地下部K+含量的影響

三種不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株K+含量的影響如圖2?？梢钥闯?，經(jīng)種子引發(fā)劑處理植株與水處理和CK植株相比，其地下部K+含量無明顯變化；引發(fā)劑處理植株地上部K+含量顯著高于水處理和CK，而水處理植株地上部K+含量也顯著高于CK。可以看出引發(fā)劑處理后，在鹽堿脅迫下，對大豆植株地下部K+含量影響較小，而使其地上部K+含量明顯升高。

圖2 不同處理方法下大豆苗期植株K+含量Fig.2K+content at various treatments on the soybean seedlings

2.1.3 不同處理對大豆苗期植株地上部與地下部Ca2+含量的影響

三種不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株Ca2+含量的影響如圖3?？梢钥闯?，引發(fā)劑處理植株地下部Ca2+含量顯著高于水處理和CK植株；引發(fā)劑處理植株地上部Ca2+含量明顯高于CK植株，而水處理植株地上部Ca2+含量與CK和引發(fā)劑處理植株相比皆無顯著差異。可以看出引發(fā)劑處理可使鹽堿脅迫下大豆苗期植株地下部Ca2+含量顯著增加，而地上部Ca2+略有升高。

圖3 不同處理方法下大豆苗期植株Ca2+含量Fig.3Ca2+content at various treatments on the soybean seedlings

2.2 不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株地上部與地下部K+/Na+和Ca2+/Na+的影響

三種不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株K+/ Na+和Ca2+/Na+的影響如表1?？梢钥闯?，引發(fā)劑處理植株地上部K+/Na+與CK和水處理植株相比無顯著差異，而水處理植株地上部K+/Na+顯著高于CK植株；水處理植株地下部K+/Na+顯著高于CK和引發(fā)劑處理植株，而引發(fā)劑處理植株地下部K+/Na+與CK無顯著差異。引發(fā)劑處理植株地下部Ca2+/Na+與CK植株相比無顯著差異，而水處理植株地下部Ca2+/Na+顯著高于CK和引發(fā)劑處理植株；三種處理方式植株地上部Ca2+/Na+無顯著差異。

表1 不同處理方法下大豆苗期植株各部分K+/Na+和Ca2+/Na+值Table 1K+/Na+and Ca2+/Na+at various treatments on the soybean seedlings

2.3 不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株K+和Ca2+選擇性運輸系數(shù)的影響

離子選擇性運輸系數(shù)（transport selectivity）TSX，Na=葉（X+/Na+）/根（X+/Na+）［9-10］。通常來說，離子選擇性運輸系數(shù)越大，表明植株對該離子運輸?shù)倪x擇性越高，對Na+運輸?shù)倪x擇性越低。

三種不同處理對鹽堿脅迫下大豆苗期植株TSK，Na和TSCa，Na的影響如表2?？梢钥闯觯N處理方式植株的TSK，Na無顯著差異，引發(fā)劑處理植株略高于水處理和CK。引發(fā)劑處理植株的TSCa，Na低于CK，但無顯著差異；CK植株的TSCa，Na顯著高于水處理。

表2 不同處理方法下大豆苗期植株TSK，Na和TSCa，NaTable 2TSK，Naand TSCa，Naat various treatments on the soybean seedlings

3 討論

離子穩(wěn)衡態(tài)是植物抗鹽堿的主要機制。在正常生理狀態(tài)下，細胞內(nèi)離子保持均衡狀態(tài)，細胞質(zhì)中過多的離子尤其是Na+會對植物細胞的代謝活動產(chǎn)生傷害［11］。實驗中，種子引發(fā)劑處理植株Na+含量無論地上部還是地下部均比水處理和CK高，其原因可能為：一方面，引發(fā)劑處理大豆種子較水處理和CK提前2天萌發(fā)出苗，因其植株地上部和地下部組織較大導致吸收和利用離子能力增強，從而吸收較多Na+；另一方面是由引發(fā)劑處理種子過程中產(chǎn)生的多種因素綜合作用的結(jié)果。如①引發(fā)劑中包括ZnSO4和CaCl2，因此，會導致種子內(nèi)部積累較多金屬離子，如Zn2+和Ca2+；②引發(fā)劑中甜菜堿使細胞不易失水，而在鹽堿脅迫下細胞和植株會產(chǎn)生失水過程，但引發(fā)劑處理植株由于甜菜堿的存在而使細胞和植株失水較慢較少，為了保證細胞和植株具有較低水勢，可能會大量吸收Na+來降低滲透勢；③引發(fā)劑中赤霉素會活化種子萌發(fā)過程中的蛋白酶，加快代謝過程。綜上可知，無論從離子平衡、滲透調(diào)節(jié)還是代謝需要，引發(fā)劑處理植株對Na+有更多需要。

K+是植物細胞中最豐富的游離態(tài)離子，在維持滲透壓、調(diào)節(jié)葉片和氣孔運動以及細胞伸長等過程中起作用［12］。在鹽脅迫條件下，限制Na+吸收、增加Na+外排，同時保證K+的吸收，維持細胞質(zhì)高K+/Na+是植物抗鹽性的關(guān)鍵［13］。關(guān)于K+/Na+比值與植物耐鹽性的關(guān)系已有不少報道，得到的基本結(jié)論是植物體內(nèi)K+/Na+越高，植物的耐鹽性越強［14-15］。在實驗中，引發(fā)劑處理植株地上部含有較多K+，但由于同時含有較多Na+而使K+/Na+不高。由于實驗中使用多種藥劑處理種子，會使植株內(nèi)部離子重新達到穩(wěn)衡狀態(tài)，在大量吸收K+同時還會大量吸收Na+，因此，實驗不能簡單用K+/Na+比值反映植物的耐鹽堿性。TSK，Na指標可顯示出引發(fā)劑處理植株向地上部選擇運輸K+能力最強，而選擇向地上部運輸Na+能力較弱。

Ca2+在植物抗鹽中的重要作用體現(xiàn)在很多方面，如傳遞脅迫信息、代謝調(diào)控、保護膜穩(wěn)定性、緩解脅變等［16］，其中多與Na+和Ca2+相互作用密切相關(guān)。汪良駒、劉友良等［17］認為是外界的Na+取代質(zhì)膜上的Ca2+導致細胞膜透性增加。實驗中，引發(fā)劑處理植株因CaCl2影響而在地上部和地下部積累較多Ca2+，同時也因含有較多Na+而使Ca2+/Na+比值較小。

三種處理方式中，似乎從離子含量水平等指標分析可看出，水處理的植株表現(xiàn)出更強的抗鹽堿能力，如Na+含量最少，K+和Ca2+含量較多，K+/Na+和Ca2+/Na+比值高，但其對有益離子選擇性運輸能力較差。實驗中引發(fā)劑處理植株體內(nèi)Na+含量高，雖與早前報道不一致，表現(xiàn)出對鹽堿脅迫抗性較差，但其K+和Ca2+含量最高。同時從生長和抗性指標，以及產(chǎn)量方面分析，引發(fā)劑處理是三種處理中耐鹽堿效果最好的（數(shù)據(jù)另文發(fā)表）。

經(jīng)種子引發(fā)劑處理的大豆種子在鹽堿脅迫下提前萌發(fā)，其Na+積累量較高，但與此同時K+和Ca2+的含量卻維持在較高水平，表現(xiàn)出具有一定抗性。但引發(fā)劑處理后植株體內(nèi)高含量Na+在大豆苗期抗鹽堿能力提高過程中所起的作用還有待進一步研究。

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Effects of the Mixed Chemical Treatments with Rehygroscopy-dehydration on the Contents of K+，Ca2+and Na+of Soybean Seedlings under the Saline-alkaline Stress

Dai Lingyan1，Li Jianying2，Yin Kuide1，Li Cunjie3，Peng Xueqi1，Zhu Hongde4
（1.College of Life Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Science；3.Heilongjiang Youth Farm；4.College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University）

In order to study the saline-alkaline resistance effect of various treatments on the soybean seedlings，the contents of K+，Ca2+and Na+of soybean seedlings under saline-alkali stress were tested at the treatments of mixed chemicals，water，and the original seeds，respectively.The results indicated that the contents of Na+，K+，and Ca2+in over-ground and under-ground of seedlings with mixed chemical treatment were higher than those of watered and original ones under the saline-alkaline stress.The mixed chemical treatment seedlings showed the highest TSK，Naamong of these three treatments.Whereas，that of TSCa，Navalue was higher than the watered treatments，and lower than the original treatments.The research demonstrated that it was possible to present one new theoretical application on the enhancement of soybean salt and alkali resistance by the technique of the mixed chemical treatments together with rehygroscopy-dehydration.

soybean；seedling period；rehygroscopy-dehydration；mixed agent；saline and alkaline stress；ions

S351.1

A

1002-2090（2016）04-0018-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.005

2015-05-02

國家科技支撐計劃項目（2011BAD35B06）；農(nóng)業(yè)部公益項目（201303007）；黑龍江省農(nóng)墾總局資助項目（HNK11A-04-06）；黑龍江省教育廳項目（1155xnc108、1253YJDB02）。

戴凌燕（1977-），女，副教授，沈陽農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)，現(xiàn)主要從事植物生理生化方向的教學與研究工作。

朱洪德，男，研究員，博士研究生導師，E-mail：zhd495@163.com。