不同鹽堿區(qū)菊芋植株K+和Na+的分布特征

張國新， 王秀萍， 劉雅輝， 薛志忠

(河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北唐山 063200)

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不同鹽堿區(qū)菊芋植株K+和Na+的分布特征

張國新， 王秀萍， 劉雅輝， 薛志忠

(河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北唐山 063200)

[目的]研究不同鹽堿區(qū)域?qū)沼箅x子分布的影響。[方法]以紅塊莖菊芋品種JY1及白塊莖菊芋品種NY1、BY1為試驗材料，研究了非鹽、輕鹽、重鹽3種不同鹽堿區(qū)條件下塊莖、莖干和葉片的離子分布特征。[結(jié)果]隨著土壤鹽分的增加，菊芋莖干和葉片的K+含量均增加，其中莖干中K+含量顯著增加，重鹽下達(dá)到16.1 mg/g，達(dá)葉片的7.0倍以上；塊莖K+含量的變動幅度不大。隨土壤鹽分的增加，莖干、葉片、塊莖的Na+含量逐漸升高，其中莖干的增加幅度最大，重鹽條件下Na+含量較非鹽條件下增加11.0倍以上；葉片Na+含量的變化幅度不顯著；重鹽條件下，各部位Na+含量從高到低依次為：莖干、塊莖、葉片。植株各部位的K+/Na+從高到低依次為葉片、塊莖、莖干。[結(jié)論]該研究可為耐鹽品種的篩選及不同鹽堿地條件下的菊芋栽培提供理論基礎(chǔ)。

鹽堿區(qū);菊芋;離子分布

菊芋(HelianthustuberosusL.) 又名洋姜、鬼子姜，隸屬菊科向日葵屬多年生草本植物[1]，原產(chǎn)于北美，生長于我國大部分省區(qū)。菊芋屬于多功能型植物，塊莖果聚糖含量占鮮重的15%左右，其主要成分為菊粉，是生產(chǎn)糖和生物乙醇的優(yōu)質(zhì)原料[2-4]；莖桿和塊莖又是牛羊豬等優(yōu)質(zhì)飼料[5-6]；此外，葉片也是生產(chǎn)抗氧化劑和提取物的較好原料。菊芋是優(yōu)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)生態(tài)型植物，由于其耐鹽性較強(qiáng)，在鹽堿灘涂區(qū)具有較好的應(yīng)用前景，目前菊芋的耐鹽性研究主要集中在鹽分對形態(tài)指標(biāo)、光合參數(shù)、滲透物質(zhì)等方面[7-9]。K+和Na+作為植物耐鹽調(diào)節(jié)關(guān)鍵離子，其分布與運輸在很大程度上能反映植物的耐鹽特性[10]，目前已對多種植物、作物的鹽脅迫下K+和Na+進(jìn)行了研究[11-18]，但不同鹽堿區(qū)域下菊芋K+和Na+變化的報道較少。筆者對3個類型鹽堿區(qū)域菊芋的K+和Na+的分布特征進(jìn)行了研究，探討不同生境條件下菊芋的耐鹽特性，旨在為耐鹽品種篩選及不同鹽堿立地條件的菊芋栽培提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 唐山沿海區(qū)包括樂亭、灤南、曹妃甸、豐南、漢沽、蘆臺6縣(區(qū))，海岸線長度196.5 km2，灘涂及鹽堿地1 100 km2，土壤類型為潮土及濱海鹽土，質(zhì)地多為黏質(zhì)土壤，中部以砂壤為主，土壤含鹽量0.7‰～25.0‰，pH在8.0左右。受海水侵蝕等因素的影響，鹽堿地主要分布在距海岸線20 km內(nèi)，鹽漬化土壤成沿海帶狀縱深分布[19]。

1.2 試驗方法 菊芋品種為JY1(紅塊莖)、NY1(白塊莖)、BY1(白塊莖)，2015年4月播種，播種地塊為曹妃甸區(qū)六農(nóng)場、十一農(nóng)場、八里灘。土壤狀況見表1。在10月下旬菊芋生長末期，每個樣區(qū)取樣5株，取植株中間位置葉片、莖桿，隨機(jī)選取地下中等大小塊莖切片，采集樣品通過105 ℃烘箱殺青10 min，80 ℃烘干至恒重。稱取0.2 g干物質(zhì)，在馬弗爐550 ℃灰化4 h，使用HNO3溶解，用蒸餾水定容至50 mL。使用FP-640型火焰光度計測定K+和Na+含量，利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

表1 種植區(qū)土壤狀況

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽堿區(qū)菊芋植株內(nèi)K+的分布特征 從圖1可以看出，隨著土壤鹽分的增加，菊芋莖干和葉片的K+含量顯著增加，尤其莖干中的K+含量增加幅度最大，其中在非鹽條件下莖干保持了較低的K+含量，在輕鹽脅迫下迅速升高，達(dá)到3.2～15.3 mg/g；在重鹽土壤條件下，JY1、NY1、BY1品種的莖干K+含量分別達(dá)16.1、15.9、16.3 mg/g，較非鹽條件下分別提高8.5、27.3、50.9倍；3個品種塊莖K+含量隨鹽分的增加呈先升高后降低的趨勢，其含量范圍為8.2～11.7 mg/g，總體變動幅度不大。從不同部位分布來看，非鹽條件下塊莖保持了較高的K+含量，在重鹽條件下莖干K+含量最高，較塊莖和葉片K+含量分別提高1.6和7.0倍以上。

圖1 不同鹽堿區(qū)菊芋植株內(nèi)K+的分布Fig.1 The distribution of K+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

2.2 不同鹽堿區(qū)菊芋植株內(nèi)Na+的分布特征 從圖2可以看出，隨著土壤鹽分的增加，莖干、葉片、塊莖的Na+含量逐漸升高，其中在重鹽條件下3個品種莖干的Na+含量達(dá)到84.7～110.4 mg/g，較非鹽下增加11.0倍以上；除JY1品種輕鹽條件下Na+含量略高于重鹽外，隨鹽分增加而逐漸增大，3個品種在重鹽條件下塊莖Na+含量達(dá)到13.3～19.5 mg/g，較非鹽提高3.0～6.0倍，在3種鹽堿條件下，莖干Na+含量較葉片分別提高29.1、183.7和57.9倍。

圖2 不同鹽堿區(qū)菊芋植株內(nèi)Na+的分布Fig.2 The distribution of Na+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

2.3 不同鹽堿區(qū)菊芋植株內(nèi)K+/Na+的分布特征 植物體內(nèi)維持高的K+/Na+是植物耐鹽過程的決定因素。從圖3可以看出，3個品種莖干的K+/Na+變化不同，白塊莖品種NY1、BY1隨鹽分增加逐漸升高，紅塊莖品種JY1隨鹽分的增加而逐漸減少，在重鹽下3個品種的K+/Na+比值趨于穩(wěn)定，達(dá)0.15～0.19。從葉片K+/Na+來看，白塊莖品種NY1和BY1隨鹽分增加而逐漸降低，但紅塊莖品種JY1在輕鹽條件下最高，達(dá)到5.64，而重鹽條件下略低；3個品種塊莖K+/Na+的變化趨勢一致，不同含鹽量條件下從高到低依次為非鹽、輕鹽、重鹽。從植株部位K+/Na+來看，葉片中K+/Na+最高，達(dá)到2.34，而莖干僅為0.15。

圖3 不同鹽堿區(qū)域菊芋植株內(nèi)K+/Na+的變化Fig.3 The changes of K+/Na+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

3 結(jié)論與討論

隨土壤鹽分的增加，菊芋莖干、葉片的K+含量顯著增加，塊莖K+含量呈先增加后降低的趨勢，但變幅不大；在重鹽條件下，莖干K+含量較塊莖、葉片分別提高1.6和7.0倍以上。

隨著土壤鹽分的增加，莖干、葉片、塊莖的Na+含量逐漸升高，其中莖干的增幅最大，重鹽條件下Na+含量較非鹽條件增加11倍以上；葉片Na+含量的變化幅度不顯著；重鹽條件下Na+含量從高到低依次為莖干、塊莖、葉片。

從K+/Na+分布特征來看，不同類型品種莖、葉變化不一。其中，2個白塊莖品種的變化趨勢一致，莖干內(nèi)K+/Na+隨鹽分的增加而逐漸升高，葉片隨鹽分增加而逐漸降低；紅塊莖品種莖干K+/Na+隨鹽分的增加而逐漸升高，葉片在輕鹽達(dá)到最高值；植株各部位的K+/Na+從高到低依次為葉片、塊莖、莖干。

在鹽分脅迫下，過多的Na+對植株具有毒害作用；K+作為活化作用的陽離子，在維持植物細(xì)胞滲透壓、酶活性等方面具有重要作用。該研究中菊芋K+和Na+的分布結(jié)果，與隆小華等[20]的研究結(jié)果一致，菊芋根、莖、葉的Na+均增加，葉片的Na+含量顯著低于根和莖，說明鹽分脅迫下菊芋為了抵制鹽害，將大量鹽分儲存在莖干中，從而保持葉片內(nèi)Na+含量處于較低水平，使葉片減小鹽害，盡量保證較正常的光合作用。維持較高的K+/Na+是植物耐鹽的關(guān)鍵因素[10]，在鹽分脅迫下菊芋葉片的K+/Na+最高，說明葉片被吸收Na+的同時，也在主動吸收大量的K+離子，提高K+/Na+，以減少鹽分毒害。紅塊莖與白塊莖2個類型品種的地上部K+/Na+變化不同，可能與品種的耐鹽特性有關(guān)。參考文獻(xiàn)

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Distribution Characteristics of K+and Na+inHelianthustuberosusL.in Different Saline and Alkaline Area

ZHANG Guo-xin, WANG Xiu-ping, LIU Ya-hui et al

(Institute of Coastal Agriculture，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063200)

[Objective] To study the effects of different saline and alkaline areas on the ion distribution inHelianthustuberosusL..[Method] With red tuber variety JY1 ofH.tuberosusand white tuber varieties NY1, BY1 ofH.tuberosusas test materials, ion distribution characteristics in the tuber, stem and leaves ofH.tuberosusin three kinds of saline and alkaline areas of non-saline, low-saline and heavy-saline were studied. [Result] With the increase of soil salinity, K+content in the stem and leaves ofH.tuberosusincreased. K+content in the stem of H. tuberosus significantly increased, and it reached 16.1 mg/g in heavy-saline area, which was 7.0 times higher than that in the leaves. K+content in the tuber ofH.tuberosushad little change. With the increase of soil salinity， Na+content in the stem, leaves and tuber ofH.tuberosusgradually increased. Na+content in the stem had the maximum increasing amplitude, and that under heavy salt conditions was 11.0 times higher than that under non salt conditions. Na+content in the leaves ofH.tuberosushad no significant change. Under heavy salt conditions, the order of Na+content in different parts was stem> tuber> leaves. The order of K+/Na+in different parts was leaves > tuber> stem. [Conclusion] The research can provide theoretical basis for the screening of salt-tolerant varieties and the cultivation ofH.tuberosusin different saline and alkaline areas.

Saline and alkaline area;HelianthustuberosusL.; Ion distribution

河北省財政專項(A06090101，F(xiàn)15R16004)；河北省科技項目(152776122D)。

張國新(1971- )，男，河北青龍人，研究員, 從事耐鹽作物育種及鹽堿地改良利用研究。

2016-09-26

S 632.9

A

0517-6611(2016)33-0015-02