鹽脅迫下外源鈣對苜蓿幼苗葉片離子含量的影響

李紅+李波+楊瞾

摘要：以中苜1號苜蓿幼苗為試驗材料，采用水培法研究NaCl脅迫對苜蓿幼苗葉片內(nèi)無機離子含量的影響及氯化鈣對幼苗鹽害的緩解作用。結果表明，隨著NaCl濃度的升高，葉片內(nèi)Na+含量增加，K+、Ca2+含量降低，且 Na+/K+ 和Na+/Ca2+的比值會隨著Na+含量的增高而增加；施加不同濃度CaCl2后，Na+、K+、Ca2+含量及Na+/K+、Na+/Ca2+比值均有不同程度變化，苜蓿幼苗表現(xiàn)在CaCl2濃度為10、15 mmol/L時Na+含量降低，K+和Ca2+含量增加，Na+/K+和Na+/Ca2+的比值降低，表明Ca2+可改善苜蓿幼苗體內(nèi)的離子平衡，緩解鹽脅迫造成的傷害。

關鍵詞：苜蓿幼苗；外源鈣；鹽脅迫；離子含量

中圖分類號： S540.1；Q945.78文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0131-03

在鹽脅迫下，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，許多植物能夠忍耐土壤中高濃度的鹽分，主要和植物自身在鹽漬環(huán)境中將Na+外排到胞質(zhì)外，以維持細胞質(zhì)中較低的Na+含量有關，植物還可以通過減少K+和Ca2+的流失，提高體內(nèi)K+和Ca2+的含量。鈣是植物生長所必需的一種營養(yǎng)元素，可參與植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)過程，具有防止膜損傷和滲漏的作用，在維護細胞壁、細胞膜的結構和功能等方面也發(fā)揮著重要作用[1-2]；另外，Ca2+還可作為細胞內(nèi)第二信使參與植物的抗逆性應答，與植物的抗鹽性有著密切的關系，可以減緩植物鹽害，增強植物的耐鹽性，其重要作用在于維持細胞膜的完整性，并調(diào)節(jié)離子的運輸，加強Ca2+的吸收可以對鹽離子傷害進行調(diào)控。植物可以通過促使膜結合Ca2+量的增加來提高鹽分脅迫下膜的穩(wěn)定性，而且增加外源Ca2+的濃度可以刺激某些蛋白質(zhì)發(fā)生翻譯轉錄過程的改變，誘導產(chǎn)生新的脅迫蛋白，從而提高植物的抗逆性[3-4]。試驗研究外源鈣對鹽脅迫下苜蓿幼苗的Na+、K+、Ca2+的變化等方面的影響，探討了鈣在提高苜蓿幼苗耐鹽性中的作用，以期為進一步探討鈣緩解植物逆境傷害機理提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

以中苜1號苜蓿種子為試驗材料，由黑龍江省畜牧研究所提供。

1.2幼苗的培養(yǎng)與脅迫處理

利用土培的方法將苜蓿種子播種于營養(yǎng)缽中，待其長至3葉1心期后，將苜蓿幼苗取出，用清水沖洗干凈根部，用改良的1/2Hoagland營養(yǎng)液通氣培養(yǎng)3～5 d后，將幼苗分別轉至鹽脅迫和鈣緩解處理液（表1）培養(yǎng)4 d。

液+100 mmol/L NaCl+20 mmol/L CaCl2[HT][HJ][BG）F][FK）]

1.3離子含量的測定

采用離子色譜法對苜蓿幼苗葉片的Na+、K+、Ca2+含量進行測定，各組測定值均為3次重復。

1.4數(shù)據(jù)的處理與分析

利用Excel表格對不同濃度NaCl脅迫和CaCl2緩解梯度下的苜蓿葉片離子含量的變化進行繪制，用統(tǒng)計分析軟件SPSS 17.0進行差異顯著性的檢驗。圖中數(shù)據(jù)為“3次重復的平均值±標準差”，并采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2結果與分析

2.1氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+含量的影響[HT]

不同NaCl濃度脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Na+含量變化見圖1。苜蓿葉片內(nèi)Na+含量均為處理組高于對照組，隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Na+含量呈顯著增加趨勢。在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，與對照（0 mmol/L 的NaCl）相比Na+含量分別增加了0.73、1.14、0.97、1.34倍。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，苜蓿葉片在5、20 mmol/L的CaCl2處理后，與處理B相比，Na+含量分別增加了29%、18%，而10、15 mmol/L的CaCl2處理后，與處理B相比Na+含量分別降低了33%和41%。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Na+含量出現(xiàn)先降低后增加的變化趨勢，在CaCl2濃度為15 mmol/L時達到最小值，10、15 mmol/L CaCl2均有效降低了苜蓿葉片Na+的積累量。

2.2氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片K+含量的影響

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內(nèi)K+含量變化見圖2。苜蓿葉片內(nèi)K+含量均為處理組低于對照組，隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內(nèi)K+含量呈顯著降低的趨勢。在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最小值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，K+含量分別為對照的93%、82%、83%、71%。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，K+含量在10 mmol/L的CaCl2處理后，苜蓿葉片中的K+含量最高，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，K+含量分別為處理B的1.06、1.11、0.93、0.81倍。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內(nèi)K+含量出現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢。在CaCl2濃度為10 mmol/L時有效提高了苜蓿葉片K+的積累量，但高濃度的鈣離子不利于苜蓿葉片K+的積累。

2.3氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Ca2+含量的影響[HT]

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Ca2+含量變化見圖3。苜蓿幼苗葉片內(nèi)Ca2+含量均為處理組低于對照組，在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最小值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Ca2+含量分別是對照的50%、42%、35%、29%。隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Ca2+含量呈顯著降低的趨勢，在高鹽濃度下（200 mmol/L）尤為明顯，下降了70.86%。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，苜蓿葉片中Ca2+含量在15 mmol/L的CaCl2處理后Ca2+含量最高，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，Ca2+含量分別是處理B的1.26、1.26、2.13、1.11倍。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Ca2+含量出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在適當濃度的CaCl2作用下可以提高苜蓿葉片Ca2+的積累量。

2.4氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+/K+比值的影響

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內(nèi)Na+/K+比值變化見圖4。在NaCl脅迫試驗中，苜蓿葉片中Na+/K+比值均為處理組高于對照組，NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Na+/K+ 比值分別為對照的1.86、2.61、2.38、3.28倍。苜蓿葉片中Na+/K+比值都隨著鈉離子濃度的增加而增加，Na+/K+ 比值均高于對照，Na+與K+比值的提高來自于組織中Na+的增加和組織中K+營養(yǎng)元素水平的降低。

添加CaCl2處理鹽害下苜蓿幼苗時，苜蓿幼苗葉片中Na+/K+比值均為處理組高于對照組，苜蓿在CaCl2濃度為20 mmol/L時達到最大值，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，Na+/K+ 比值分別是處理B的1.23、0.61、0.63、1.46倍。苜蓿葉片中Na+/K+比值在5、20 mmol/L 的CaCl2處理組較高，而在10、15 mmol/L的CaCl2處理組較低。Na+與K+比值的降低來自組織中Na+的降低和K+營養(yǎng)元素水平的升高。

2.5氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+/Ca2+比值的影響[HT]

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內(nèi) Na+/Ca2+ 比值變化見圖5。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值均為處理組高于對照組，在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Na+/Ca2+比值分別為對照的3.45、5.15、5.67、8.04倍。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值都隨著鈉離子濃度的增加而增加，Na+/Ca2+比值均高于對照，Na+與Ca2+比值的提高來自組織中Na+的增加和組織中Ca2+營養(yǎng)元素水平的降低。

在CaCl2處理鹽害下，中苜1號在5、10、15、20 mmol/L的NaCl處理后，Na+/Ca2+比值分別為處理B的1.03、0.53、0.28、1.07倍。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值在5、20 mmol/L的CaCl2處理組高于處理B，而在10、15 mmol/L的CaCl2處理組低于處理B。Na+與Ca2+比值的降低主要來自組織中Ca2+水平的增加。

3討論

土壤中過多的可溶性鹽對大多數(shù)植物來說是有害的，同時也對牧草的生長產(chǎn)生危害，表現(xiàn)在離子毒害和滲透脅迫，輕者導致牧草減產(chǎn)，重者導致牧草的絕產(chǎn)。在鹽脅迫下，細胞質(zhì)中積累過多的Na+，使植物細胞的代謝活動受到抑制，打破Na+和其他離子之間的平衡[5-7]。本研究中苜蓿在鹽脅迫下的K+、Na+、Ca2+發(fā)生了重要的變化，Na+含量隨NaCl脅迫程度的加大而增加，200 mmol/L NaCl脅迫下葉片Na+含量增加程度最大，K+和Ca2+下降程度最大，Na+含量比對照增加了134.40%，K+含量比對照下降了28.51%，Ca2+含量比對照下降了70.86%。本試驗中，鹽脅迫下苜蓿幼苗葉片中的Na+含量均為處理組高于對照組，而K+和Ca2+含量均為處理組低于對照組，苜蓿幼苗在鹽脅迫下，葉片K+和Ca2+含量降低。

植物在生長發(fā)育過程中必需的礦質(zhì)元素如K+、Ca2+等，高濃度的Na+可以直接干擾和抑制細胞質(zhì)膜對K+和Ca2+營養(yǎng)元素的吸收和運轉，造成離子失衡和營養(yǎng)元素缺乏。在NaCl脅迫下，高濃度的鹽離子與營養(yǎng)元素的比值發(fā)生變化，會引起植株的Na+/K+、Na+/Ca2+營養(yǎng)平衡的改變，植株的Na+/K+、Na+/Ca2+比值提高，影響細胞正常的生理代謝[8-9]。試驗發(fā)現(xiàn)，在高鹽濃度下，苜蓿葉片中的Na+/K+和Na+/Ca2+比值均較高。

許多植物能夠忍耐土壤中高濃度的鹽分，主要與植物自身在鹽漬環(huán)境中會將Na+外排到細胞質(zhì)外以維持細胞質(zhì)中較低的Na+含量有關，植物還可以通過減少K+和Ca2+的流失，提高體內(nèi)K+和Ca2+含量，多數(shù)植物維持葉中較低的 Na+/K+ 和Na+/Ca2+比值比單純維持較低的Na+含量更重要。Na+對K+的吸收有強烈的競爭作用，因此，植物生長過程中Na+/K+的比值非常重要。本試驗結果表明，在鹽脅迫下苜蓿葉片中Na+/K+的比值均有不同程度的升高，主要是由于環(huán)境中較高Na+的存在，Na+對K+的拮抗作用抑制了對K+的吸收。除了Na+含量增加外，Na+與K+和Ca2+營養(yǎng)元素之間相互競爭作用減少了苜蓿葉片對營養(yǎng)元素的吸收。

Ca2+是植物在遇到NaCl脅迫時的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對維持生物膜的完整性和選擇性起重要作用。試驗發(fā)現(xiàn)外源鈣可以減少苜蓿葉片Na+的積累量，增加了對K+和Ca2+的累積量，是苜蓿在鹽逆境中保持良好生長狀態(tài)的重要原因，在不同濃度氯化鈣處理下，對苜蓿葉片K+、Na+、Ca2+離子含量產(chǎn)生不同的影響，在10、15 mmol/L CaCl2濃度下的處理要比其他鈣濃度處理效果明顯，作用更顯著。

4結論

在不同濃度氯化鈉脅迫下，苜蓿葉片體內(nèi)Na+含量增高，K+和Ca2+含量降低，且Na+/K+和Na+/Ca2+的比值會隨著Na+含量的增高而增加。施加不同濃度CaCl2后，Na+含量降低、K+和Ca2+含量增加，及Na+/K+和Na+/Ca2+的比值均有所降低，苜蓿幼苗表現(xiàn)在CaCl2濃度為10、15 mmol/L時Na+含量降低，K+和Ca2+含量增加，Na+/K+和Na+/Ca2+的比值降低。

參考文獻：[HJ1.72mm]

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