不同濃度和時間NaCl處理對水培冰菜生長和鹽囊細胞的影響

李慧霞 路亞南 楊瑞 劉明星 周剛 呂?；?/p>

摘要 以水培“非洲冰菜”為試驗材料，研究不同濃度NaCl處理和不同處理時間對冰菜生長、無機離子含量和鹽囊細胞數(shù)量和形態(tài)的影響。試驗1：分別設(shè)定0、0.05、0.15和0.25 mol/L NaCl 4個處理;試驗2：設(shè)定CK（始終不添加NaCl），和分別在0、7和14 d后添加0.05 mol/L NaCl 4個處理，以日本園試營養(yǎng)液配方為基礎(chǔ)培養(yǎng)液，栽培28 d。結(jié)果表明，隨著鹽處理濃度的增加，冰菜地上部和地下部干鮮重減少，無機離子除Na增加外，K、Ca、Mg和P的含量均隨NaCl濃度的增加而減少，說明冰菜高產(chǎn)栽培最適鹽濃度為0.05 mol/L，但冰菜地上部鮮重在0.25 mol/L 處理下與對照差異不顯著，說明冰菜還可以忍耐更高濃度的鹽脅迫。隨著鹽濃度的增加，鹽囊細胞因積累大量的NaCl和水分而變得大而稀疏。此外，處理時間越早，冰菜干、鮮重越大，說明鹽脅迫處理越早越好，但處理時間對無機離子的含量影響不顯著。

關(guān)鍵詞 冰菜;無土栽培;NaCl脅迫;鹽囊細胞

中圖分類號 S 649 ?文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）14-0057-04

Abstract In this study， hydroponic “African ice plant” was used as the experimental material to study the effects of different concentrations of NaCl treatment and different treatment time on ?Mesembryanthemum crystallinum ?L. growth， inorganic content and the number and morphology of epidermal bladder cells（EBCs）. Four NaCl treatments（0， 0.05， 0.15 and 0.25 mol/L）in experiment 1 and four NaCl treatment times CK，（always do not add NaCl）and adding 0.05 mol/L NaCl after 0， 7 and 14 days in experiment 2 were set for 28 days based on the nutrient solutionthe of Japanese garden formula. The results showed that with the concentration of salt treatment increase， the dry and fresh weight of the shoot and root of ice plant decreased， and the content of K， Ca， Mg and P decreased with the increase of NaCl concentration， except Na contents increased， which indicated that the optimal salt concentration for highyield cultivation of ice plant was 0.05 mol/L. There was no significant difference between 0.25 mol/L treatment and the control of shoot fresh weight， indicating that ice plant could tolerate higher concentration of salt stress. As the salt concentration increased， the EBCs became larger and sparse due to the accumulation of a large amount of NaCl and water. In addition， the earlier the salt treatment time， the greater the shoot fresh and dry weight of ice plant， indicating that the earlier the salt stress treatment the better， but the treatment time had no significant effect on the content of inorganic.

Key words Ice plant;Soilless;NaCl stress;Epidermal bladder cells

基金項目 包頭市青年創(chuàng)新人才項目。

作者簡介 李慧霞（1984—），女，山西渾源人，助理研究員，博士，從事設(shè)施無土栽培研究。*通信作者，副研究員，從事設(shè)施蔬菜栽培研究。

收稿日期 2020-12-18

近年來，由于鹽害造成的土壤鹽堿化問題在全世界范圍內(nèi)擴大，受鹽害的地區(qū)超過100個國家，面積達83 100萬hm2[1]。土壤鹽堿化是世界范圍內(nèi)普遍存在的問題，嚴(yán)重影響植物的生長和發(fā)育。在鹽脅迫栽培環(huán)境下，植物常表現(xiàn)為葉色深綠，植株矮化，最終產(chǎn)量減少，且隨著鹽濃度的增高和鹽脅迫時間的加長，矮化越嚴(yán)重，一些耐鹽性較弱的植物生長受阻甚至枯死[2-4]。因此，研究耐鹽植物在鹽堿地環(huán)境下的耐鹽機制，對沿海地區(qū)和內(nèi)陸鹽堿地的作物生長和鹽堿地改良等尤為重要。近年來，備受關(guān)注的可作為食用鹽性植物的冰菜，因其具有獨特的耐鹽機制，能在高鹽的土壤中生長繁殖，而被作為研究耐鹽機制的模式植物。

冰菜 （Mesembryanthemum crystallinum ?L.）又名冰葉日中花，是番杏科日中花屬一年生草本植物，其特點是在葉面和莖上著生有大量的泡狀細胞，稱作鹽囊細胞（epidermal bladder cells，EBCs），在太陽光照射下像冰晶一樣，因此而得名[5-6]。冰菜具有極強的抗旱性和耐鹽性，是典型的泌鹽植物，在受到鹽脅迫后能把吸收進去多余的鹽分，通過莖、葉表面密布的鹽腺排到鹽囊細胞中，因此，鹽囊細胞對冰菜的耐鹽性起著關(guān)鍵作用[7-9]。

鹽脅迫是影響作物產(chǎn)量的主要逆境脅迫之一，鹽脅迫能快速擾動植物初級代謝，使其生長受阻，氣孔關(guān)閉，光合作用下降，滲透性和離子失衡進而導(dǎo)致生理干旱，酶活性受損、細胞損傷和壞死[2，10]。但植物耐鹽性是一個受多基因、復(fù)雜環(huán)境控制的生理過程，且不同植物的耐鹽機制也不盡相同。研究表明，冰菜可在與海水相同濃度（含鹽度35‰、0.5 mol/L）的鹽脅迫下正常生長[5，11]，但也有研究表明冰菜在接近海水高濃度鹽脅迫處理下栽培生長受抑制甚至死亡[12-13]。這可能是試驗的冰菜品種和試驗條件不同而有所差異，且植物受鹽害程度不僅取決于鹽脅迫水平，還取決于植物的抗鹽能力和鹽脅迫的時間[4，10]。國內(nèi)外關(guān)于冰菜的耐鹽機制研究，主要集中在鹽脅迫處理下不同信號物質(zhì)在C3-CAM轉(zhuǎn)化過程中的作用[14]，另外，關(guān)于耐鹽機理過程中Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、離子分布[15]以及鹽脅迫下水通道蛋白調(diào)控和基因表達[16]和抗氧化脅迫[13]等方面取得了一定的研究成果。筆者以水培冰菜為試驗材料，研究不同濃度鹽脅迫和脅迫時間處理對冰菜生長和離子吸收的影響，以及對鹽囊細胞的數(shù)量和形態(tài)變化的影響，旨在為揭示冰菜的耐鹽機制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用冰菜品種為“非洲冰菜”，種子購自北京鳳鳴雅世科技發(fā)展有限公司。冰菜種子播于50穴穴盤中，待長出4片真葉后移栽到裝有陶粒的水培定植籃（直徑8 cm），放置于鋪有塑料薄膜的苗盤中，澆1/2倍日本園試營養(yǎng)液配方，直到8片真葉后開始試驗。試驗在包頭市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進行。

1.2 試驗方法 采用日本園試配方。試驗1：設(shè)定基本培養(yǎng)液0 mol/L（無NaCl）區(qū)為對照區(qū)，和在基本培養(yǎng)液中加入0.05、0.15、0.25 mol/L NaCl共4個處理區(qū)，不同處理營養(yǎng)液EC初始值和NaCl添加量見表1。試驗2：設(shè)定基本培養(yǎng)液CK（始終不添加NaCl），和分別在0、7和14 d后添加0.05 mol/L NaCl 4個處理。試驗①和試驗②每個處理2個重復(fù)，每隔7 d調(diào)節(jié)pH至6.0，并補充水分至原始設(shè)定值，處理時間為28 d。

1.3 測定項目與方法

最大葉長、葉幅每7 d測量一次，收獲后，分別測量地上和地下部分的鮮重和干重。計算植株含水量=（植株鮮重-植株干重）/植株鮮重×100%。

干樣測定無機成分含量：全氮采用凱氏定氮法測定，Na、K采用火焰光度法測定，Mg、Ca采用EDTA滴定法測定，P采用釩鉬黃比色-紫外分光光度計測定，參照鮑士坦[17]的試驗方法測定。

鹽囊細胞用實體顯微鏡觀察試驗1得到的樣品，調(diào)查鹽囊細胞數(shù)量和形態(tài)的差異。

1.4 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度鹽處理對冰菜干鮮重的影響

不同濃度的NaCl處理引起了冰菜干鮮質(zhì)量的差異（表2）。在0.05 mol/L處理下，各干鮮質(zhì)量指標(biāo)最大，且地上部干、鮮重顯著高于對照，分別為對照的1.7和2.2倍。隨著NaCl濃度的增加，地上部干鮮重和地下部干鮮重逐漸減少。NaCl濃度在0.05和0.15 mol/L處理下，地上部鮮重、地上部干重和地下部干重差異不顯著。當(dāng)濃度達0.25 mol/L時，地上干鮮重和對照相比差異不顯著。NaCl處理下冰菜地上部含水量均有不同程度的增加，且在0.25 mol/L處理達到最大，說明鹽脅迫促進冰菜葉片和莖對水分的儲藏。

2.2 不同濃度鹽處理對冰菜葉片無機成分含量的影響 由表3可知，礦物元素中Na含量隨NaCl濃度增加而增加，但大量元素中K、Ca、Mg和P的含量隨NaCl濃度的增加而減少，且顯著低于對照。NaCl各處理下N含量的變化不大，均顯著低于對照。鹽處理下，除Na含量增加外，其他大量元素均呈下降趨勢。

2.3 不同濃度鹽處理對冰菜葉片鹽囊細胞的影響 不同濃度鹽處理對冰菜鹽囊細胞的影響見表4和圖1。冰菜表面和背面的鹽囊細胞數(shù)量表現(xiàn)為0 mol/L>0.05 mol/L>0.15 mol/L>0.25 mol/L，對照和0.05 mol/L處理下鹽囊細胞小而密集，而0.15和0.25 mol/L處理下的鹽囊細胞大而稀疏，且大小分布不均。

2.4 不同濃度鹽處理對冰菜葉片形態(tài)的影響

不同濃度鹽處理葉片生長隨處理時間變化見圖2。由圖2可知，隨著定植時間的推移，不同濃度NaCl處理的冰菜植株葉長和葉寬逐漸增大。定植7 d后，隨著處理時間的增加，對照、0.05 mol/L 和0.15 mol/L處理下葉長和葉寬增幅明顯大于0.25 mol/L 處理。定植21 d后，對照處理下的葉片生長變緩慢;在定植28 d后，0.05和0.15 mol/L處理葉長和葉寬達到最大，在整個生長過程中葉長和葉寬在鹽處理0.25 mol/L下最小，說明高濃度的NaCl促使葉片短縮。

2.5 不同鹽處理時間對冰菜葉片形態(tài)的影響

不同鹽處理時間對冰菜干鮮重和無機成分含量的影響見表5和6。由表5和表6可知，處理時間越長，冰菜干、鮮重越大，說明冰菜喜鹽且鹽處理時間越早越好。鹽處理下N和P含量減少，但不同處理時間對N和P含量的影響差異不顯著;鹽處理和處理時間K含量變化不明顯，但Na含量隨處理時間越短，含量越少。

3 結(jié)論與討論

生物量是植物對鹽脅迫反應(yīng)的綜合體現(xiàn)，也是體現(xiàn)植物耐鹽性的直接指標(biāo)之一[18]，鹽脅迫下鹽生植物不同器官存在最適鹽度，一定鹽度范圍對植物生長影響較小。該試驗冰菜在0.05和0.15 mol/L NaCl處理下，地上部生長量顯著大于對照，說明冰菜喜鹽，這與大部分試驗結(jié)果一致，但2個處理下地下部鮮重差異顯著，說明冰菜根系的最適鹽脅迫處

理為0.05 mol/L。但徐微風(fēng)等[13]和段瑞軍等[19]研究表明，灌溉水中20%～40%海水濃度的環(huán)境最適合冰菜生長，株高、葉長、葉寬和分枝數(shù)均顯著高于對照，且低濃度海水沒有對冰菜產(chǎn)生氧化脅迫和脅迫損傷。0.25 mol/L NaCl（海水濃度50%）下地上部鮮重和對照差異不顯著，說明冰菜還可以耐受更高濃度的鹽脅迫，但該處理7 d后葉長和葉寬逐漸低于其他處理和對照，雖然0.25 mol/L處理對植株重量影響不顯著，但隨著鹽濃度的增加和處理時間的延長明顯改變?nèi)~片的形態(tài)建成。

鹽囊細胞（EBCs）是冰菜的耐鹽特異化細胞，存在于除根以外的所有組織表面[20]。分布在葉片和肉質(zhì)莖表面的鹽囊細胞在受到鹽脅迫時，可以儲存大量的NaCl和水，以促進植物的生長發(fā)育，提高鹽脅迫條件下的繁殖能力[7，21]。研究表明鹽脅迫下的鹽囊細胞呈隆狀的凸起，可累積多達1.2 mol/L的NaCl[22]。該試驗鹽處理下，EBCs隨NaCl濃度的增加鹽囊細胞數(shù)減少，排列稀疏，這是由于隨著NaCl吸收量的增加，在鹽囊細胞內(nèi)積蓄的NaCl和水量增加，導(dǎo)致細胞膨脹，且鹽濃度越高，細胞膨大越明顯。但徐微風(fēng)等[8]研究表明，低濃度（≤40%）冰菜表皮鹽囊泡的數(shù)量和形態(tài)差異不顯著，這可能與水培條件下冰菜對Na+吸收量變大，導(dǎo)致對鹽脅迫緩沖作用變小。

此外，EBCs的另一個重要作用是滲透性調(diào)節(jié)作用。鹽脅迫下，植物可通過累積各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持一定的滲透勢，使植物的生長、呼吸和光合作用等生理過程能正常進行[23]。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要有兩大類：一類是有機溶質(zhì)，主要包括游離的氨基酸、可溶性糖、多元醇和可溶性蛋白質(zhì)等物質(zhì)[24-25];另一類是無機離子，如Na+、K+、Ca2+等[26-27]。焦云鵬[28]通過與幾種葉菜類蔬菜（生菜、油麥菜、菠菜）進行對比分析發(fā)現(xiàn)，冰菜含有豐富的Na、K、Fe、Zn等礦物質(zhì)，其中，Na、K和Mg的含量分別為30、18和1 ?mg/g，是其他葉菜類含量的3～34倍，該試驗水培條件下栽培的冰菜，非鹽脅迫下礦質(zhì)離子除Na含量接近外，其他離子均明顯大于土壤栽培。

鹽脅迫下，鹽離子含量在細胞內(nèi)的大量積累造成植物體內(nèi)離子毒害，對生物膜造成損害，進而影響植物的生長發(fā)育。Na+是鹽脅迫的主要毒害離子，高鹽濃度下，Na+與K+、Ca2+等其他陽離子競爭產(chǎn)生離子拮抗，從而引起植物體內(nèi)K+、Ca2+等的虧缺[26，29]。因此，提高植物體內(nèi)K+、Ca2+、Mg2+等陽離子與Na+的離子比，對提高植物耐鹽性至關(guān)重要。該試驗中，除Na含量隨鹽脅迫濃度的增加而增加外，K、Mg、Ca等均隨脅迫濃度增加而減少，但脅迫時間對離子含量影響較小。

綜上所述，冰菜因含有豐富的Na、K等，被認(rèn)為是高營養(yǎng)的生食蔬菜。該試驗通過鹽處理后，礦物質(zhì)含量有減少的傾向。在不影響產(chǎn)量和不損失高礦物質(zhì)成分栽培條件下，冰菜最適高產(chǎn)栽培應(yīng)控制鹽濃度在0.05 mol/L NaCl濃度左右。該試驗中高濃度下（海水濃度一半）鹽脅迫對冰菜無機離子吸收和鹽囊細胞數(shù)量和大小有所影響，但地上部鮮重與非鹽處理差異不顯著，說明冰菜還可以在更高鹽濃度下生長。

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