鉀脅迫對枳生長及根系激素和信號(hào)物質(zhì)水平的影響

高偉勤 劉春艷 吳強(qiáng)盛

摘要：以枳為材料，研究在沙培條件下其生長、內(nèi)源激素和信號(hào)物質(zhì)對不同濃度K脅迫的響應(yīng)。結(jié)果顯示，與適鉀（6 mmol/L）處理相比，無鉀（0 mmol/L）、低鉀（2 mmol/L）和高鉀（12 mmol/L）處理都抑制了植株株高、莖粗、葉片數(shù)以及葉、莖和根生物量，也顯著降低了根系吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GAs）、油菜素內(nèi)酯（BR）、玉米素核苷（ZR）含量，但顯著增加了根系脫落酸（ABA）含量以及根系信號(hào)物質(zhì)鈣調(diào)素（CaM）、水楊酸（SA）、一氧化氮（NO）、茉莉酸（JA）水平。K誘導(dǎo)的內(nèi)源激素和信號(hào)物質(zhì)水平變化表明枳實(shí)生苗能對K脅迫快速響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：柑橘砧木枳;生長;根系內(nèi)源激素;信號(hào)物質(zhì);鉀脅迫;酶聯(lián)免疫吸附檢測法

中圖分類號(hào)： S666.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）08-0139-03

收稿日期：2019-10-14

基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃（編號(hào)：T201604）;湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新行動(dòng)項(xiàng)目（編號(hào)：鄂農(nóng)發(fā)[2018]1號(hào)）。

作者簡介：高偉勤（1994—），男，河南南陽人，碩士研究生，主要從事果樹生理研究。E-mail：weiqin925148@163.com。

通信作者：吳強(qiáng)盛，博士，教授，主要從事果樹菌根生物技術(shù)研究。E-mail：wuqiangsh@163.com。

鉀元素（K）參與了植物光合作用、同化物運(yùn)輸、碳水化合物代謝、蛋白質(zhì)合成和酶系統(tǒng)等過程，對植物生長發(fā)育呈現(xiàn)重要的作用[1]。當(dāng)土壤K含量過低時(shí)，老葉葉尖和葉緣會(huì)產(chǎn)生褐斑，根系短而少，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)老葉葉尖灼燒狀和根系腐爛等現(xiàn)象。若K肥使用過多，也易導(dǎo)致土壤和作物營養(yǎng)元素失調(diào)，影響作物增產(chǎn)，并造成環(huán)境污染[2]。因此，適當(dāng)?shù)腒水平對植物的生長發(fā)育顯得尤為重要。

植物應(yīng)對非生物脅迫時(shí)，通過調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)分子的水平以適應(yīng)環(huán)境條件的改變[3]。信號(hào)分子是在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的物質(zhì)，它們唯一的功能是與細(xì)胞受體結(jié)合并傳遞信息。植物激素類如生長素（IAA）、赤霉素（GAs）、脫落酸（ABA）以及小分子信號(hào)物質(zhì)如鈣調(diào)素（CaM）、水楊酸（SA）、一氧化氮（NO）、茉莉酸（JA）等均屬于信號(hào)分子的范疇。陳虞超等已證實(shí)，信號(hào)分子的水平可反映植物的生理狀態(tài)，且與營養(yǎng)脅迫密切相關(guān)[4]。因此，研究植物信號(hào)分子水平在K脅迫下的變化，對于了解植物的營養(yǎng)脅迫響應(yīng)至關(guān)重要。

柑橘作為我國重要的果樹之一，對K的需求量較大，如果土壤K缺乏時(shí)，柑橘生長受到抑制，果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降[5]。但是，柑橘的內(nèi)源激素和信號(hào)物質(zhì)對K脅迫的響應(yīng)，目前尚不清楚。本研究以柑橘砧木枳（Poncirus trifoliata Raf.）為試驗(yàn)材料，探究不同濃度K脅迫對枳生長、根系內(nèi)源激素和信號(hào)分子水平的影響，旨在為今后柑橘的施肥管理提供依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

枳種經(jīng)70%乙醇表面消毒5 min，蒸餾水沖洗后，置于滅菌的河沙中，于晝/夜溫度28 ℃/20 ℃、相對濕度68%的培養(yǎng)箱中發(fā)芽。隨后選取5葉齡的2株枳實(shí)生苗移栽于塑料盆（15.5 cm×11.0 cm×13.0 cm）中，盆栽河沙（河沙直徑 Ф≤4 mm）預(yù)先經(jīng)0.11 MPa、121 ℃高壓蒸汽滅菌30 min。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為單因素設(shè)計(jì)，設(shè)無鉀（0 mmol/L K）、低鉀（2 mmmol/L K）、適鉀（6 mmol/L K）、高鉀（12 mmol/L K）4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)5次，每盆2株枳實(shí)生苗，共20盆，隨機(jī)排列。其中，適鉀水平參照曹秀等的研究[6]進(jìn)行設(shè)計(jì)。幼苗移栽14 d內(nèi)，每天澆ddH2O 100 mL/盆。之后，每2 d澆施設(shè)計(jì)的不同K濃度Hoagland營養(yǎng)液100 mL/盆。K的控制是對營養(yǎng)液中KNO3進(jìn)行設(shè)置，為保證N濃度一致，通過額外添加NH4NO3來完成。為避免K在基質(zhì)中積累，每次K處理后的1 d內(nèi)，ddH2O 100 mL/盆用于除去基質(zhì)殘留的K養(yǎng)分。試驗(yàn)于2018年3—5月在長江大學(xué)園藝園林學(xué)院玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，每周隨機(jī)調(diào)整各盆位置。

1.3?測定方法

K處理10周后結(jié)束試驗(yàn)，測定其株高、莖粗、葉片數(shù)以及葉片、莖和根系鮮質(zhì)量。根系內(nèi)源激素（ABA、IAA、GAs、油菜素內(nèi)酯BR和玉米素核苷ZR）的提取參照Chen等的方法[7]進(jìn)行，隨后采用酶聯(lián)免疫吸附檢測法（ELISA）分析，試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究中心提供。根系CaM、NO、SA、JA含量也采用ELISA進(jìn)行測定，試劑盒均購于上海酶聯(lián)生物科技有限公司，測定的所有操作均依照說明書進(jìn)行。

1.4?統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SAS 8.1軟件的ANOVA過程對處理間作差異性測驗(yàn)，采用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析（P<0.05）。

2?結(jié)果與分析

2.1?枳實(shí)生苗生長對不同濃度K脅迫的響應(yīng)

由表1可知，無鉀、低鉀和高鉀處理都能顯著抑制枳生長。與6 mmol/L K處理相比，不同濃度的K處理均顯著降低了株高、莖粗以及葉片、莖和根系鮮質(zhì)量，尤其以無鉀處理降低效果最為明顯，表明K濃度過高或過低都不利于枳生長，在K濃度為 6 mmol/L 時(shí)枳生長狀況最佳。

2.2?枳根系激素對不同濃度K脅迫的響應(yīng)

由圖1可知，與適鉀（6 mmol/L）處理相比，無鉀、低鉀和高鉀處理都顯著降低了枳根系BR、GAs、IAA、ZR含量，但是顯著增加了根系A(chǔ)BA含量。與適鉀處理相比，根系BR、GAs、IAA和ZR含量在無鉀（0 mmol/L）處理下分別降低38.2%、43.3%、336%、34.2%;在低鉀（2 mmol/L）處理下分別降低19.7%、30.4%、16.5%、21.9%;在高鉀（12 mmol/L）處理下分別降低13.9%、29.5%、7.3%、15.1%。此外，枳根系A(chǔ)BA含量在無鉀、低鉀和高鉀處理下分別升高34.6%、16.4%、12.7%。

2.3?枳根系信號(hào)物質(zhì)對不同濃度K脅迫的響應(yīng)

由表2可知，無鉀、低鉀或高鉀能顯著促進(jìn)枳根系信號(hào)物質(zhì)的合成，表現(xiàn)為CaM、NO、SA、JA含量比適鉀處理高，且CaM含量的變化趨勢是高鉀（12 mmol/L）>無鉀（0 mmol/L）>低鉀（2 mmol/L）>適鉀（6 mmol/L），而NO含量的變化趨勢為低鉀（2 mmol/L）>高鉀（12 mmol/L）>無鉀（0 mmol/L）>適鉀（6 mmol/L）。與適鉀相比，根系CaM含量在無鉀、低鉀和高鉀處理下分別增加538%、29.2%、71.3%，根系NO含量則分別增加 96.6%、156.5%、123.8%。無鉀、低鉀和高鉀處理根系的SA、JA含量均顯著高于適鉀處理的植株。這表明無論是低鉀、高鉀還是無鉀處理都能刺激根系信號(hào)物質(zhì)含量的增加，以幫助植物抵御營養(yǎng)脅迫。

3?結(jié)論與討論

本研究結(jié)果顯示，與適鉀處理相比較，無鉀和低鉀處理顯著降低了枳生長狀況，這可能是因?yàn)槿扁浲七t了側(cè)根原基的發(fā)育進(jìn)程[8]，進(jìn)而抑制了枳實(shí)生苗根系的生長，同時(shí)阻礙了光合產(chǎn)物的合成以及運(yùn)輸，導(dǎo)致其生物量下降[9]。此外，高鉀處理也輕微地降低了枳實(shí)生苗的生長，這可能是較高的鉀水平擾亂了植物體內(nèi)離子平衡，不利于葉綠素的合成，造成光合速率下降，糖代謝失調(diào)[10]。盡管如此，因?yàn)镵+參與植物體內(nèi)的代謝機(jī)制復(fù)雜，其對植物生長的調(diào)控機(jī)制有待深入研究。

與適鉀處理相比較，無鉀、低鉀和高鉀處理顯著降低了枳根系BR、GAs、IAA和ZR含量，但提高了根系A(chǔ)BA含量，這與庫文珍等在大田作物上的研究結(jié)果[11]一致。植物體內(nèi)BR、GAs、IAA和ZR能促進(jìn)植物生長，延緩衰老，誘導(dǎo)植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸[11]。這些結(jié)果表明，K脅迫抑制植物生長與內(nèi)源激素的改變密切相關(guān)。此外，根系的一些信號(hào)物質(zhì)在K脅迫下也發(fā)生了強(qiáng)烈的變化，即與適鉀相比，無鉀、低鉀和高鉀處理均顯著提高枳實(shí)生苗根系CaM、JA、SA、NO含量。由此推測，當(dāng)植物處于K脅迫時(shí)，根系信號(hào)物質(zhì)通過提高自身含量，從而激活下游產(chǎn)物的表達(dá)[12]，促進(jìn)多酚類物質(zhì)和ABA的合成[13]，從而幫助植物抵御營養(yǎng)脅迫。

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