小白菜抗鹽脅迫的根系響應(yīng)機(jī)制

徐芬芬，葉利民，夏曉蕾

(上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院， 江西 上饒 334001)

小白菜抗鹽脅迫的根系響應(yīng)機(jī)制

徐芬芬，葉利民，夏曉蕾

(上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院， 江西 上饒 334001)

以前期篩選得到的抗鹽品種‘四倍體矮腳黃’和鹽敏感品種‘改良605’為材料，采用水培方法，研究了兩品種在根系形態(tài)、根系細(xì)胞質(zhì)膜傷害、根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和根系活性氧及其清除系統(tǒng)對鹽脅迫的響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，‘四倍體矮腳黃’鹽處理組的根系長度、根系分支數(shù)、根毛直徑等分別較CK降低了0.71 cm、0.6 個(gè)·株-1、0.28 mm和2.5 μm，根毛密度較CK增加了3 根·mm-1，除根毛長度較CK顯著降低外(P<0.05)，其它指標(biāo)均與CK差異不顯著。而‘改良605’在鹽處理組未見根毛分化，根系也不分支，其根長、根系分支數(shù)、根毛長度、根毛直徑和根毛密度等較CK的降低值分別為：5.87 cm、5.0 個(gè)·株-1、0.63 mm、17.3 μm和24 根·mm-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于‘四倍體矮腳黃’。鹽處理組各指標(biāo)均極顯著低于CK(P<0.01)。生理指標(biāo)測定結(jié)果表明，鹽脅迫促使兩個(gè)品種根系可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量增加，相對電導(dǎo)率提高，保護(hù)酶活性降低，Na+/K+比值增大，活性氧積累，但抗鹽品種‘四倍體矮腳黃’的變化程度小于鹽敏感品種‘改良605’。

小白菜；鹽脅迫；根系生長；生理響應(yīng)

小白菜(BrassicacampestrisL. ssp.ChinensisMakinoVar.communis)原產(chǎn)中國，俗稱青菜，是人們喜愛的大眾化蔬菜。設(shè)施蔬菜栽培已成為我國蔬菜生產(chǎn)重要的生產(chǎn)方式，但隨著近幾年設(shè)施蔬菜栽培的迅猛發(fā)展，栽培技術(shù)和管理措施的落后以及農(nóng)民過分追求近期經(jīng)濟(jì)效益，造成了土壤出現(xiàn)一系列的問題，其中土壤次生鹽漬化是主要的問題之一。鹽脅迫對不同作物的傷害機(jī)制是不同的，因此不同作物對鹽脅迫表現(xiàn)出來的抗性機(jī)制也不同[1]。有的作物在鹽脅迫下表現(xiàn)出較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，體內(nèi)大量積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而有的作物通過增強(qiáng)自身的抗氧化能力來緩解鹽脅迫傷害。根系最早感受鹽脅迫逆境，是最直接的受害部位。因此根系是植物應(yīng)對鹽脅迫的首要部位[2]。根系在逆境下能夠通過改變其形態(tài)與分布來適應(yīng)不利環(huán)境[3-4]，所以，根的生長發(fā)育狀況對植物的耐鹽能力至關(guān)重要，而目前缺乏不結(jié)球白菜耐鹽脅迫機(jī)制的系統(tǒng)研究。

目前關(guān)于根系對鹽脅迫響應(yīng)的研究較集中于根系生理特性方面的研究，如崔云玲等[5]研究表明，油葵抗性品種通過減少對Na+吸收，維持K+的穩(wěn)定，來保持較高的Na+/K+比從而增強(qiáng)其抗鹽性；侯晨[6]研究表明，旱稻根系可通過增強(qiáng)保護(hù)酶活性，降低MDA含量，以及恢復(fù)Na+/K+比來使細(xì)胞獲得耐鹽性。關(guān)于鹽脅迫對根毛形態(tài)影響的研究較少，盧學(xué)琴等[7]研究表明，0.6%～0.8% NaCl脅迫處理下，劍麻幼苗根毛的生長受到較明顯抑制，根毛基部萎縮及根毛脫落加重。根毛是植物吸收水分的主要部位，鹽脅迫下根毛發(fā)育不良是影響幼苗生長的主要因素。所以研究鹽脅迫對根毛形態(tài)的影響非常重要，而目前關(guān)于鹽脅迫對小白菜根系生長影響的報(bào)道僅見于徐芬芬等[8]的研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫小白菜細(xì)根較少，表現(xiàn)為根毛區(qū)寬度極小，有的品種甚至沒有根毛分化。而目前對鹽脅迫下根毛形態(tài)和根尖生理的系統(tǒng)研究較為缺乏，本研究通過模擬鹽逆境，對比耐鹽和鹽敏感品種根系和根毛的形態(tài)以及根尖生理特性，探討不結(jié)球白菜抗鹽的根系生理響應(yīng)機(jī)制，豐富根系響應(yīng)鹽脅迫的系統(tǒng)理論。

1 材料與方法

1.1 供試材料1.2 材料培養(yǎng)與處理設(shè)置

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 根系和根毛的形態(tài)參數(shù)測定 選擇生長良好、顏色鮮白的根作為根毛形態(tài)測定的試驗(yàn)材料。用直尺測量主根長，用剪刀剪下根端約2 cm長的細(xì)根，放入事先滴入少許蒸餾水的培養(yǎng)皿中，把培養(yǎng)皿里的細(xì)根置于NIKON 7500型顯微鏡(尼康體視顯微鏡)下觀察并測量和照相，用顯微測微尺和Motic Images Plus 2.0軟件測量距根端0～7 mm處的細(xì)根直徑、根毛密度和長度。每株苗測定5次，然后計(jì)算平均數(shù)。

1.3.2 根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性的測定 脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[9]，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[9]；K+、Na+含量參考王寶山與趙可夫用原子吸收分光光度計(jì)測定[10]。細(xì)胞質(zhì)膜透性參照李敏等[11]采用的相對電導(dǎo)率的測定方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel軟件分析，采用新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性測驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系和根毛形態(tài)參數(shù)

由表1分析可知，鹽處理下兩品種小白菜根長、根系分支數(shù)、根毛長度和根毛直徑等均較CK降低，其中，耐鹽品種‘四倍體矮腳黃’在鹽脅迫下根系長度、根系分支數(shù)、根毛長度、根毛直徑和根毛密度分別為11.64 cm、4.7 個(gè)·株-1、0.50 mm、17.5 μm和28 根·mm-1，CK上述各指標(biāo)值分別為12.35 cm、5.3 個(gè)·株-1、0.78 mm、20.0 μm和25 根·mm-1，可見，鹽處理組的根系長度、根系分支數(shù)、根毛長度、根毛直徑分別較CK降低0.71 cm、0.6 個(gè)·株-1、0.28 mm和2.5 μm，而根毛密度反而較CK增加了3 根·mm-1。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知，鹽脅迫處理組除根毛長度較CK顯著降低外(P<0.05)，其它指標(biāo)均與CK差異不顯著。而鹽敏感品種‘改良605’在正常情況下(CK)根毛發(fā)育良好，但在鹽脅迫下未見根毛分化，根系也不分支，其根長、根系分支數(shù)、根毛長度、根毛直徑和根毛密度等較CK的降低值分別為：5.87 cm、5.0 個(gè)·株-1、0.63 mm、17.3 μm和24 根·mm-1，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，鹽處理組的各指標(biāo)均極顯著低于CK(P<0.01)?！牧?05’各根系生長指標(biāo)降低值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于‘四倍體矮腳黃’，說明‘改良605’根系生長和根毛發(fā)育受鹽脅迫影響更為顯著。

從圖1可以看出兩品種鹽脅迫下根長變短，分支數(shù)減少，根莖變粗，但‘改良605’與CK差異較大。圖2為兩品種根毛生長情況，鹽脅迫下‘改良605’無根毛分化，而‘四倍體矮腳黃’根毛長度明顯較CK短，根毛數(shù)目與CK相差不大。說明鹽脅迫抑制了鹽敏感品種根毛的分化是鹽敏感品種受鹽脅迫傷害的主要原因。

表1 鹽脅迫下抗鹽性不同的兩品種小白菜根系和根毛形態(tài)

注：上述差異顯著性為t檢驗(yàn)結(jié)果，“*”和“**”分別表示同一品種NaCl處理與CK差異達(dá)0.05和0.01水平，下表同。

Note: The significant difference above wasttest result, * and * * indicate that the significanty difference of NaCl treatment and CK at 0.05 and 0.01 level respectively, the same as below.

圖1 兩個(gè)品種CK與鹽處理下根系生長情況

圖2 兩個(gè)品種在正常與鹽處理?xiàng)l件下根毛的顯微照片(放大40倍)

2.2 根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性

由表2分析可知，兩個(gè)品種NaCl處理的根系脯氨酸含量和可溶性糖含量均較CK顯著提高，其中，‘四倍體矮腳黃’鹽處理組脯氨酸和可溶性糖兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均極顯著高于CK(P<0.01)，‘改良605’鹽處理組的脯氨酸含量和可溶性糖含量也顯著超過CK(P<0.05)。表明鹽脅迫下抗鹽性不同的小白菜品種均能通過根系合成較多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低自身的滲透勢，以增強(qiáng)吸水能力。耐鹽品種‘四倍體矮腳黃’的滲透調(diào)節(jié)能力較鹽敏感品種‘改良605’更強(qiáng)。

兩品種鹽處理組的根系相對電導(dǎo)率均較CK提高，其中，鹽敏感品種‘改良605’鹽處理的根系相對電導(dǎo)率(為16.12%)顯著高于CK(為11.52)(P<0.05)，而耐鹽品種‘四倍體矮腳黃’的鹽處理根系相對電導(dǎo)率(為13.26%)與CK(12.43%)差異不顯著。表明鹽脅迫下小白菜根系細(xì)胞質(zhì)膜透性增大了，細(xì)胞膜受到了一定程度的損傷，鹽敏感品種受到的傷害顯著，而耐鹽品種受傷害不顯著。

鹽脅迫下，植物體內(nèi)會(huì)積累大量的Na+、Cl-等離子，對植物的生長造成傷害。細(xì)胞中Na+/K+比是植物耐鹽性的重要指標(biāo)。鹽敏感品種‘改良605’鹽處理根系Na+/K+比值(15.63)顯著高于CK(6.62)(P<0.01)，而‘四倍體矮腳黃’鹽處理Na+/K+比值(9.36)和對照Na+/K+比值(6.43)間無顯著差異。說明耐鹽品種‘四倍體矮腳黃’表現(xiàn)出對Na+的吸收減少，對K+有更好的吸收能力，較鹽敏感品種更強(qiáng)。

2.3 根系活性氧積累和保護(hù)酶活性

表2 抗鹽性不同的兩品種小白菜滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和細(xì)胞質(zhì)膜透性

表3 抗鹽性不同的兩品種小白菜根系活性氧代謝和保護(hù)酶活性

3 討 論

植物根系是營養(yǎng)的直接吸收利用者，當(dāng)植物遭遇脅迫時(shí)，植物根系首先感應(yīng)并迅速發(fā)出信號(hào)，使整個(gè)植株對脅迫作出反應(yīng)，同時(shí)根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分?jǐn)?shù)量和生物質(zhì)量也發(fā)生相應(yīng)變化。植物根系對脅迫的生理抗性主要包括：根系滲透調(diào)節(jié)作用、保護(hù)酶系統(tǒng)、脅迫蛋白產(chǎn)生、膜結(jié)構(gòu)與功能的變化以及根系合成生物活性物質(zhì)等。本試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鹽處理下兩品種小白菜根長、根系分支數(shù)、根毛長度和根毛直徑等均較CK降低，鹽敏感品種‘改良605’各指標(biāo)降低值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于耐鹽品種‘四倍體矮腳黃’，說明鹽敏感‘改良605’根系生長和根毛發(fā)育受鹽脅迫影響更為顯著。鹽脅迫導(dǎo)致小白菜根尖活性氧積累、保護(hù)酶活性增強(qiáng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提高、細(xì)胞質(zhì)膜透性增大。與鹽敏感品種‘改良605’相比，耐鹽性品種‘四倍體矮腳黃’根部表現(xiàn)出K+積累、Na+/K+比值低、脯氨酸和可溶性糖含量高、保護(hù)酶活性強(qiáng)等。說明耐鹽性品種通過積累更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、增強(qiáng)保護(hù)酶活性、選擇性吸收K+來等提高耐鹽能力。

鹽脅迫下，鹽敏感品種‘改良605’將更多的Na+積累于根中，K+吸收量減少，過多的Na+在細(xì)胞內(nèi)聚集會(huì)對植物產(chǎn)生毒害作用；而抗鹽品種‘四倍體矮腳黃’在鹽脅迫條件下對K+的選擇性吸收能力強(qiáng)，維持根中Na+/K+比相對恒定，以適應(yīng)低水勢的環(huán)境，這與崔云玲等[5]對油葵的研究結(jié)果相似。

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Physiologyresponseofrootsofpakchoivarietiestosaltstress

XU Fen-fen, YE Li-min, XIA Xiao-lei

(LifeScienceCollege,ShangraoNormalUniversity,Shangrao,Jiangxi334001,China)

With pakchoi varieties, i.e. a salt-resistance variety ‘tetraploid Aijiaohuang’ and a salt-sensitive variety ‘Improvement 605’, as the experimental materials, this study were carried out to investigate and report the response of root morphology, root cell membrane damage, root osmotic adjustment substance content and its scavenging system of reactive oxygen under the different salt tolerance hydroponic solution. The results showed that the root length, number of branches roots and root hair diameter of the ‘tetraploid Aijiaohuang’ under salt stress was decreased by 0.71 cm, 0.6 number·plant-1, 0.28 mm and 2.5 μm, respectively. But the root hair density was increased by 3 number·mm-1compared with that of CK. The root hair length decreased significantly while other indexes did not changed markedly. In addition, ‘Improvment 605’ had no new hairs and branch roots under the salt stress. Physiological analysis showed increase in proline content, soluble sugar content, the relative conductivity Na+/K+ratio, and reactive oxygen accumulation, whereas revealed decrease in protecting enzyme activity for both varieties. And the variation of physiological indexes were lower for the salt-sensitive variety ‘Improvement 605’ than the tolerant variety ‘tetraploid Aijiaohuang’.

pakchoi; salt-resistance; root growth; physiology response

1000-7601(2017)03-0178-04doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.28

2016-04-12

：2017-03-10

：2015年江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ151055)；2015年上饒師范學(xué)院科技創(chuàng)新項(xiàng)目(201503)；2015年大學(xué)生科技項(xiàng)目

徐芬芬(1978—)，女，副教授，碩士，主要從事植物逆境生理研究。 E-mail:xffylm7875@163.com。

Q945.78

： A