堿脅迫對(duì)北方粳稻幼苗氮磷吸收、氣孔數(shù)量及大小的影響

隋鑫++呂小紅++付雪蛟++張麗麗

摘要：以耐鹽堿粳稻品種鹽豐47、鹽敏感品種秋光為材料，研究Na2CO3脅迫對(duì)水稻幼苗營(yíng)養(yǎng)吸收和氣孔特性的影響。結(jié)果表明，在堿性脅迫下，水稻生物量積累降低，且隨脅迫濃度升高降幅增大，鹽豐47降幅均較小。各部位氮、磷含量均降低，不同部位降幅均表現(xiàn)為秋光﹥鹽豐47。氣孔密度隨脅迫濃度提高而增加，鹽豐47氣孔密度增幅大于秋光。T1處理?xiàng)l件下，鹽豐47葉片氣孔長(zhǎng)度增加，而秋光在各脅迫濃度下氣孔長(zhǎng)度均減小。參試材料葉片氣孔寬度隨鹽脅迫濃度升高而降低，鹽豐47降幅小于秋光。

關(guān)鍵詞：Na2CO3；北方粳稻；幼苗；生物量積累；氮磷含量；氣孔數(shù)量及大小

中圖分類號(hào)： S511.2+20.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0053-03

土壤鹽堿化嚴(yán)重抑制了農(nóng)業(yè)發(fā)展，已引起世界性的關(guān)注。Na2CO3和NaHCO3等成分組成的堿性鹽對(duì)植物的損傷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中性鹽[1]，植物遭受鹽分和高pH值的雙層傷害，影響細(xì)胞正常代謝，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育。水稻是重要的糧食作物，在保證糧食安全上具有舉足輕重的作用。相關(guān)水稻耐鹽機(jī)理已有大量報(bào)道，但從營(yíng)養(yǎng)元素吸收和氣孔角度，研究北方粳稻對(duì)堿脅迫響應(yīng)還鮮見報(bào)道。筆者研究了Na2CO3脅迫下耐鹽水稻品種鹽豐47及鹽敏感品種秋光苗期營(yíng)養(yǎng)元素吸收和氣孔數(shù)量及大小的變化規(guī)律，以期為水稻耐堿機(jī)制及水稻耐堿育種提供一定理論參考。

1材料與方法

1.1材料

以耐鹽堿水稻品種鹽豐47、鹽敏感品種秋光為試驗(yàn)材料。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在遼寧省盤錦市大洼縣唐家鎮(zhèn)的遼寧省鹽堿地利用研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。采用溫室大棚硬盤精量播種，旱育秧技術(shù)培育壯秧，播種量50 g/盤，3葉1心取樣，進(jìn)行水培堿脅迫處理。本試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為CK（無(wú)脅迫對(duì)照）、T1（5 mmol/L Na2CO3）、T2（10 mmol/L Na2CO3）、T3（15 mmol/L Na2CO3），處理7 d后取樣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

生長(zhǎng)量測(cè)定：株高、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量。

氮磷元素吸收：采用H2SO4-H2O2消煮法，分別稱取烘干、磨碎的地上部和地下部樣品0.5 g，置于消煮管中，加入10 mL濃硫酸，輕輕搖勻，在消煮爐上加熱。待H2SO4分解大量白煙后再升高溫度，當(dāng)溶液呈均勻的棕黑色時(shí)取下，冷卻后加10滴H2O2，搖勻，再加熱至沸騰，煮約5 min取下，稍冷后，重復(fù)加H2O2 5～10滴，再消煮。如此重復(fù)3～5次，消煮至溶液至無(wú)色。取下，冷卻，用去離子水定容至100 mL，放置澄清后測(cè)定氮磷含量。

葉片氣孔密度及氣孔大?。哼x取長(zhǎng)勢(shì)一致的10株水稻幼苗植株，每株剪取頂端完全展開葉，取中部保存在FAA固定液中，用TM1000臺(tái)式掃描電鏡觀察葉片表面，測(cè)定葉片上表皮氣孔密度、氣孔長(zhǎng)度和寬度。每片劍葉上中下部各取1個(gè)點(diǎn)觀察氣孔密度，隨機(jī)選擇5個(gè)氣孔測(cè)量氣孔長(zhǎng)度和寬度[2]。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1幼苗生物量

從表1可以看出，隨著Na2CO3濃度升高，幼苗株高均受到抑制，T1、T2、T3處理顯著或極顯著低于對(duì)照處理。鹽豐47 T1、T2、T3脅迫處理下比對(duì)照分別降低了 7.9%、13.7%、15.8%，秋光分別降低了11.6%、17.5%、26.2%。Na2CO3脅迫使地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量均受到抑制。T1處理對(duì)鹽豐47幼苗地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量影響不大。秋光地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量均受到嚴(yán)重抑制，隨著脅迫濃度加大，抑制程度逐步增強(qiáng)。T3處理脅迫下，鹽豐47、秋光地上部鮮質(zhì)量分別降低了28.6%、61.0%，地上部干質(zhì)量降低了23.6%、44.6%。隨著Na2CO3脅迫加劇，幼苗地下部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量下降，不同材料受抑制程度存在差異。T3處理脅迫下，鹽豐47、秋光地下部鮮質(zhì)量分別降低了 41.4%、69.2%，地下部干質(zhì)量分別降低了43.5%、64.3%。在Na2CO3脅迫下，水稻株高、地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量均受到抑制，但相同處理梯度下，鹽豐47降幅均小于秋光，表明鹽豐47具有較強(qiáng)耐鹽能力。

2.2幼苗氮磷元素吸收

2.2.1幼苗地上部氮元素吸收

隨Na2CO3濃度升高，2個(gè)品種水稻幼苗氮含量均呈下降趨勢(shì)。T1處理?xiàng)l件下，鹽豐47地上部氮含量受抑制程度較秋光小，與對(duì)照比較差異極顯著。隨Na2CO3濃度升高，地上部氮含量降幅增大。相同處理水平下，鹽豐47地上部氮含量均高于秋光。不同處理梯度下，鹽豐47地上部氮含量分別比對(duì)照降低了3.1%、12.8%、218%，秋光降幅大，分別比對(duì)照降低了 11.2%、31.2%、375%（圖1）。

2.2.2幼苗根部氮元素吸收Na2CO3脅迫使水稻幼苗地下部氮含量下降。隨著脅迫加劇，鹽豐47地下部氮含量降幅增大。在T1、T2、T3濃度處理?xiàng)l件下，秋光和鹽豐47均極顯著低于對(duì)照，鹽豐47分別比對(duì)照降低了4.42%、17.2%、240%，秋光地下部氮含量降幅更大，分別降低了11.6%、31.9%、41.4%（圖2）。

2.3幼苗磷元素吸收

2.3.1幼苗地上部磷元素吸收隨著Na2CO3濃度升高，水稻幼苗地上部磷含量均呈下降趨勢(shì)（圖3）。T1、T2、T3處理水平下，鹽豐47地上部磷含量與對(duì)照差異極顯著，分別比對(duì)照降低了9.8%、16.4%、30.5%。秋光地上部磷含量降幅大于鹽豐47，與對(duì)照差異極顯著。

2.3.2幼苗根部磷元素吸收隨著Na2CO3脅迫加劇，水稻幼苗根部磷含量呈下降趨勢(shì)，不同材料間存在差異（圖4）。根部磷含量變化規(guī)律與地上部基本一致。隨Na2CO3脅迫濃度升高，水稻幼苗根部磷含量降幅增大。不同處理水平下，鹽豐47根部磷含量與對(duì)照相比差異均達(dá)極顯著水平。秋光磷吸收受到明顯抑制，與對(duì)照差異極顯著。

2.4葉片氣孔密度和氣孔大小

從表2可以看出，隨著脅迫程度增加，鹽豐47葉片氣孔密度增大。脅迫條件下，鹽豐47氣孔密度極顯著增加，T3處理脅迫下，鹽豐47葉片氣孔密度增幅最大，與對(duì)照相比增加了38.6%。秋光葉片氣孔密度先增加后減少，T1、T2處理下氣孔密度呈逐漸增加趨勢(shì)，T2處理下達(dá)最大值，T3處理下氣孔密度降低，但極顯著高于對(duì)照。

在Na2CO3脅迫下，水稻幼苗葉片氣孔長(zhǎng)度變化呈現(xiàn)不同規(guī)律。鹽豐47氣孔長(zhǎng)度隨著Na2CO3脅迫程度增加先降后增，總的來(lái)看氣孔長(zhǎng)度隨Na2CO3脅迫加劇而降低。T1處理?xiàng)l件下，秋光氣孔長(zhǎng)度降幅大于鹽豐47，與對(duì)照差異極顯著（表2）。

Na2CO3脅迫使參試材料葉片氣孔寬度下降，不同材料間存在差異。T1處理脅迫下，鹽豐47氣孔寬度受影響較小，與對(duì)照相比僅降低了7.0%，隨著濃度升高，氣孔寬度降幅增加，T2、T3處理與對(duì)照相比分別降低了9.9%和15.5%。秋光葉片氣孔寬度在不同濃度處理下，降幅均較大，T1、T2、T3處理分別比對(duì)照降低28.1%、33.1%、36.0%，各處理間差異極顯著（表2）。

3討論

3.1幼苗生長(zhǎng)對(duì)堿脅迫的響應(yīng)

生長(zhǎng)量是植物對(duì)鹽脅迫反應(yīng)的綜合體現(xiàn)，也是植物耐鹽性的直接指標(biāo)。鹽分對(duì)非鹽生植物最普通和最顯著的效應(yīng)就是阻止生長(zhǎng)[3]。鹽脅迫抑制植物生長(zhǎng)主要是抑制了營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)，長(zhǎng)期鹽脅迫也加速了成熟器官的衰老、死亡和脫落，從而使植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量下降。前人研究表明，在水稻發(fā)芽期和苗期，不同濃度的NaCl、NaHCO3脅迫處理明顯抑制了幼苗生長(zhǎng)[4]。本研究結(jié)果表明，不同濃度Na2CO3脅迫下，均抑制了參試材料地上部和地下部的生長(zhǎng)，本結(jié)果與謝國(guó)生等研究結(jié)果[4]一致。不同Na2CO3濃度脅迫下，株高下降、生物量積累減少，而且隨脅迫濃度升高，株高和生物量積累降低幅度增大，但材料間幼苗生長(zhǎng)量的降幅存在較大差異。鹽豐47苗高、地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量降幅均明顯低于秋光。T1處理脅迫下，鹽豐47上述各指標(biāo)影響均較小于秋光，表明鹽豐47受到Na2CO3脅迫的傷害程度小于秋光，具有較強(qiáng)的耐堿性鹽能力。這可能是因?yàn)橹参锷L(zhǎng)在鹽漬環(huán)境中，鹽脅迫造成細(xì)胞不能正常擴(kuò)張和分裂，為了能夠支持細(xì)胞正常功能的離子濃度和離子平衡，必然要濃縮和平衡這些離子，還必須降低原生質(zhì)中鈉離子或其他離子的濃度，使其低于周圍介質(zhì)環(huán)境，要使原生質(zhì)中鈉離子濃度低于其周圍介質(zhì)環(huán)境的濃度，必然要消耗對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程有效的能量，故生長(zhǎng)被抑制[5]

3.2幼苗氮磷元素吸收對(duì)堿脅迫的響應(yīng)

鹽漬環(huán)境中，植物生長(zhǎng)受到鹽分離子和許多礦質(zhì)養(yǎng)分離子之間交互作用的影響，造成植物體內(nèi)養(yǎng)分吸收、利用和分配的不平衡。鹽漬條件對(duì)植物的危害較重，易造成植物的營(yíng)養(yǎng)失調(diào)。它對(duì)植物造成的傷害可以通過(guò)干擾N、P等礦質(zhì)元素的吸收而表現(xiàn)[6]。氮在植物生命活動(dòng)中占有首要的地位。Na2CO3脅迫對(duì)植物N、P元素吸收影響的研究還未見報(bào)道。前人研究結(jié)果表明，NaCl脅迫抑制氮的吸收[7-8]。本研究結(jié)果表明，Na2CO3脅迫下，隨著鹽濃度水平的升高，2個(gè)水稻材料各部分氮含量均呈下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)镹a2CO3脅迫降低了根系活性和H+-ATP酶活性，從而抑制了植物對(duì)氮吸收和利用。鹽豐47地上部氮含量降幅小于秋光，表明在Na2CO3脅迫下，鹽豐47可以通過(guò)自身調(diào)節(jié)作用依然保持較高根系活性和H+-ATP酶活性，促進(jìn)根系對(duì)氮元素吸收和利用。

磷在糖類代謝、蛋白質(zhì)代謝和脂肪代謝中起著重要的作用。磷對(duì)促進(jìn)代謝正常進(jìn)行，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物的抗性起著重要作用。本試驗(yàn)研究表明，參試材料不同部位磷含量對(duì)Na2CO3脅迫下的響應(yīng)不同。Na2CO3脅迫下，參試材料地上部磷含量隨Na2CO3脅迫濃度升高而降低，與韓曉日等研究鹽脅迫顯著降低黃瓜地上部、地下部分磷含量的結(jié)果[7]具有一致性。參試材料地上部磷含量隨Na2CO3濃度升高，降幅增加。鹽豐47地上部磷含量降幅小于不耐鹽材料，這可能是因?yàn)辂}豐47具有較強(qiáng)耐堿性，Na2CO3脅迫下依然可以保持較大的根系活性及與磷吸收有關(guān)的酶活性。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，Na2CO3脅迫下，參試材料根部磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不同材料間存在較大差異。根部磷含量變化規(guī)律與地上部基本一致。隨脅迫濃度升高，不同材料根部磷含量降幅增大，不同處理水平下根部磷含量與對(duì)照相比差異均達(dá)極顯著水平。不同Na2CO3濃度處理下，鹽豐47根部磷含量降幅均低于秋光。磷在高鹽處理的根系中含量較高，可能與磷元素的低移動(dòng)性有關(guān)，處理前吸收的磷在受鹽害后根系已經(jīng)缺少向地上部輸送的能力，導(dǎo)致地上部的磷含量也幾乎停滯。

3.3葉片氣孔特性對(duì)堿脅迫的響應(yīng)

水稻葉片上的氣孔是CO2進(jìn)入水稻體內(nèi)和水分排出的主要通道，它對(duì)水稻蒸騰作用和光合作用等生理過(guò)程有重要的影響。在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，許多環(huán)境因素都會(huì)影響葉片氣孔密度、氣孔大小等性狀。張大鵬研究結(jié)果表明，當(dāng)水稻受到水分脅迫時(shí)，其氣孔密度會(huì)明顯增大[9]。趙姝麗研究表明，不同鹽分脅迫下，劍葉氣孔密度明顯增加，氣孔長(zhǎng)度、寬度明顯降低[10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Na2CO3脅迫濃度升高，鹽豐47葉片氣孔密度增大，增幅大于秋光，這可能是脅迫反應(yīng)耐鹽品種的積極表現(xiàn)。本試驗(yàn)氣孔密度增大原因是由于葉面積變小還是有其他原因還有待于進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，隨Na2CO3脅迫程度增加，秋光葉片氣孔密度先增大后降低，T1、T2處理濃度下，葉片氣孔密度呈增大趨勢(shì)，這可能是秋光在適應(yīng)鹽脅迫的一種自我調(diào)節(jié)作用，但當(dāng)Na2CO3濃度持續(xù)升高，超出其自身調(diào)節(jié)范圍，則導(dǎo)致葉片氣孔密度急劇下降。

李海波研究結(jié)果表明，Na2CO3處理下，水稻幼苗劍葉氣孔密度明顯增加，耐鹽品種增加幅度較大，葉片氣孔長(zhǎng)度隨著鹽分脅迫程度的增加呈先增后降變化趨勢(shì)[11]。氣孔寬度的變化不同品種表現(xiàn)不一。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Na2CO3脅迫下，鹽豐47葉片氣孔長(zhǎng)度降低，不同濃度處理下葉片氣孔長(zhǎng)度降幅較小于秋光。Na2CO3脅迫下，2個(gè)品種葉片氣孔寬度均呈下降趨勢(shì)。在相同濃度脅迫下，鹽豐47葉片氣孔長(zhǎng)度降幅較小。葉片氣孔大小降低，可能是Na2CO3脅迫直接抑制氣孔分化的過(guò)程導(dǎo)致氣孔寬度極顯著下降。在堿脅迫下，鹽豐47與磷吸收有關(guān)的酶活性以及較大的氣孔長(zhǎng)度和寬度，是其具有較強(qiáng)抗堿能力的生理基礎(chǔ)之一。

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