Na+與Cl-濃度平衡供應(yīng)促進(jìn)小白菜干物質(zhì)積累及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升

張維霞，高 爽，王俊玲，陳倩倩，薛占軍，高志奎*

（1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北保定 071001；2 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定 071001；3 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定 071001）

低濃度的 Na+和Cl-有益于植物的生長(zhǎng)[1-4]。噴施低濃度NaCl也促進(jìn)了黃瓜幼苗的生長(zhǎng)[5]。雖然NaCl的研究多年來(lái)主要集中在土壤或根際高濃度NaCl(50～300 mmol/L)帶來(lái)的鹽脅迫效應(yīng)[6-9]以及作物的耐鹽機(jī)制[10-11]上，但是近年來(lái)低濃度(1～5 mmol/L)NaCl對(duì)植物生長(zhǎng)的有益效應(yīng)[4-5，12-14]也逐漸受到關(guān)注。

Franco-Navarro等[4]在根際營(yíng)養(yǎng)液中的K+、Ca2+、Mg2+陽(yáng)離子保持一致的條件下，發(fā)現(xiàn)Cl-在1～5 mmol/L低濃度范圍內(nèi)，可提高作物的干物質(zhì)累積和含水量，增加葉面積和葉片厚度，提高葉片光合速率(Pn)。王寶增等[12]在Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中添加2.5～5.0 mmol/L NaCl促進(jìn)了小麥植株干物質(zhì)累積和光合速率。孟闖等[5]在葉面噴施5～10 mmol/L NaCl提高了黃瓜幼苗干物質(zhì)量、葉面積、含水量、Pn、氣孔導(dǎo)度(Gs)以及植株的可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和游離氨基酸含量。在水培番茄[13]、水培韭菜[2,14]、基質(zhì)培莧菜[3]上也有低濃度NaCl的促生效應(yīng)。然而，較少研究區(qū)分Cl-和Na+的效應(yīng)，以及Na+與Cl-之間的相互關(guān)系。在Na+與Cl-共同存在時(shí)，NaCl鹽脅迫效應(yīng)的研究中，Srivastava[15]認(rèn)為NaCl對(duì)柑橘的鹽脅迫主要由于Cl-(30 mmol/L)引起，而許興等[16]認(rèn)為小麥的鹽脅迫主要由Na+(340 mmol/L)所致；魯少尉等[17]則認(rèn)為Na+(50 mmol/L)對(duì)番茄葉片中糖代謝的影響顯著大于Cl-(50 mmol/L)。低濃度時(shí)，Na+與Cl-離子的摩爾質(zhì)量相等，導(dǎo)致難以辨析Na+和Cl-的效應(yīng)。因此，本試驗(yàn)在[Na+]＝[Cl-]、[Na+]<[Cl-]和[Na+]>[Cl-] 3種離子濃度條件下，觀察了小白菜的生長(zhǎng)以及葉片光合效率等指標(biāo)，探索Na+和Cl-的單獨(dú)效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)以及交互效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試驗(yàn)材料為小白菜(Brassica campestrisL. ssp.chinensisvar.communisTsen et Lee )‘寒月F1’，于2021年3月1日在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)日光溫室內(nèi)播種育苗，穴盤為50孔，每穴3～5粒種子，苗期間苗2次，留長(zhǎng)勢(shì)整體一致、生長(zhǎng)健壯的秧苗?；|(zhì)為碩豐園藝(N+P2O5+K2O≥2%，有機(jī)質(zhì)≥40%)有機(jī)通用基質(zhì)。在小白菜2葉1心時(shí)挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽到營(yíng)養(yǎng)缽(直徑13 cm，高12 cm)中；當(dāng)小白菜生長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，每日上午8：00～8：30進(jìn)行1次葉面噴施。以葉面均勻鋪滿溶液且葉緣開始有液珠滴落為宜。噴施于3月26日開始，到4月15日結(jié)束，同時(shí)以葉面噴施無(wú)離子水為對(duì)照CK，連續(xù)葉施處理21天后取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)配制處理溶液，基礎(chǔ)組成為：K+2.121 mmol、Ca2+2 mmol、Mg2+1 mmol、NO3-5.25 mmol、PO43-0.798 mmol、SO42-1.13 mmol。Franco-Navarro 等[4]為了辨析 Cl-的有益效應(yīng)，在基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)液中添加了3種氯化物(KCl 2.5 mmol、MgCl20.625 mmol、CaCl20.625 mmol)來(lái)凸顯Cl-陰離子的效應(yīng)，并弱化伴隨陽(yáng)離子的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)。魯少尉等[17]在辨析Na+和Cl-的單鹽脅迫效應(yīng)方案中，采用3種含鈉化合物進(jìn)行了單Na+鹽處理(NaNO3∶NaHCO3∶NaH2PO4＝5∶4∶1)，以及 2 種氯化物進(jìn)行了單Cl-鹽處理(KCl∶NH4Cl＝1∶1)。本試驗(yàn)為了辨析Na+或Cl-促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)效應(yīng)的差異性，在氯化鈉中添加3種氯化物或3種含鈉化合物進(jìn)行了Na+與Cl-平衡及非平衡配制。試驗(yàn)共設(shè)了3 個(gè) [Na+]＝[Cl-]的離子平衡處理 (B1、B2、B3)，3 個(gè)[Na+]<[Cl-]處理 (A1、A2、A3)，即陰離子 Cl-占優(yōu)勢(shì)；3個(gè)[Na+]>[Cl-]處理(C1、C2、C3)，即陽(yáng)離子Na+占優(yōu)勢(shì)，具體處理的離子濃度見表1，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)5次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20株。

值得注意的是，在A組處理的[Na+]<[Cl-]中，為了凸顯Cl-的效應(yīng)，采用3種伴隨陽(yáng)離子K+、Ca2+、Mg2+，并保持較低濃度水平，分別為Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中的50%、25%、25%，來(lái)弱化伴隨陽(yáng)離子對(duì)小白菜的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)[4,17]。相應(yīng)地，在C組處理的[Na+]>[Cl-]中，為了凸顯Na+的效應(yīng)，采用3種伴隨陰離子NO3-、PO43-、SO42-，并保持較低濃度水平，分別為Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中的29%、33%、25%，來(lái)弱化伴隨陰離子對(duì)小白菜的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)[17]。無(wú)論如何，3種相伴隨的陽(yáng)離子或陰離子仍然會(huì)有微弱的營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長(zhǎng)及形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定 小白菜株高采用直尺測(cè)量；莖粗采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定；葉面積采用LI-3000葉面積儀測(cè)量。將小白菜的葉片、葉柄、莖、根分開，用電子天平分別測(cè)定鮮重后，置于105℃的烘箱中殺青0.5 h，繼后在80℃烘干至恒重并稱量其干重。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)測(cè)定5株。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的測(cè)定 小白菜可溶性糖、淀粉的測(cè)定采用硫酸蒽酮法[18]，游離氨基酸總量的測(cè)定采用水合茚三酮法[18]，可溶性蛋白的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-520法[19]，3次重復(fù)測(cè)定。

1.3.3 葉片組織結(jié)構(gòu)的測(cè)定 選擇每株小白菜自下而上第5片葉片的同一部位，用透明膠帶-指甲油印跡法[20]制成葉片氣孔切片，測(cè)量小白菜氣孔長(zhǎng)度和氣孔開度及數(shù)量，計(jì)算葉片下表皮氣孔密度；用刀片橫切葉片制成切片，測(cè)量葉片、柵欄組織、海綿組織、表皮細(xì)胞的厚度，3次重復(fù)測(cè)定。

1.3.4 光合碳吸收的測(cè)定 小白菜采用CIRAS-2光合儀測(cè)定自下而上第5片葉的光合氣體交換參數(shù)。測(cè)定時(shí)光源為紅藍(lán)3∶1復(fù)合光源，光照強(qiáng)度為1500 μmol/(m2·s)，葉室溫度為 20℃，CO2濃度為380 mg/L，3 次重復(fù)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用軟件Excel 2010將試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入、處理并作圖，用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行2因素主體間效應(yīng)檢驗(yàn)，按照Duncan’s法P<0.05為差異顯著進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施不同Na+和Cl-平衡狀態(tài)溶液對(duì)小白菜生長(zhǎng)及形態(tài)的影響

無(wú)論噴施溶液的[Na+]和[Cl-]是否相等，與清水對(duì)照相比，均顯著提高小白菜的株高、莖粗、葉面積、葉片肉質(zhì)性、葉片持水性和植株鮮重(圖1和表2)。在[Na+]＝[Cl-]的B組中，植株鮮重與葉面積增加最明顯，平均較CK分別增加了38.4%和30.3%，B3的比葉重增加了12.1%；在 [Na+]<[Cl-]的A組中，A2處理的株高、莖粗、葉片持水性和植株鮮重增加最大，分別較CK增加了27.7%、35.1%、21.1%和38.7%；在[Na+]>[Cl-]的C組中，C1處理的比葉重與CK相比顯著增加了8.6%，C2和C3處理的葉片肉質(zhì)性分別比CK增加了30.4%和29.4%，C3處理的莖粗比CK顯著增加了23.9%。

圖1 不同Na+和Cl-平衡狀態(tài)處理下小白菜植株形態(tài)Fig. 1 Morphology of pakchoi under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

表2 Na+和Cl-平衡與非平衡處理下小白菜的生長(zhǎng)及形態(tài)指標(biāo)Table 2 Index of growth and morphology of pakchoi under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

因此，當(dāng)[Na+]＝[Cl-]時(shí)對(duì)小白菜的生長(zhǎng)及形態(tài)尤其是植株鮮重和葉面積的促進(jìn)效應(yīng)較大；當(dāng)[Na+]<[Cl-]時(shí)對(duì)小白菜的株高、莖粗、葉片持水性和植株鮮重的促進(jìn)效應(yīng)較大；當(dāng)[Na+]>[Cl-]時(shí)對(duì)小白菜的比葉重、葉片肉質(zhì)性、莖粗促進(jìn)效應(yīng)較大。

2.2 不同Na+和Cl-平衡態(tài)處理對(duì)小白菜植株干物質(zhì)累積與含水量的影響

與CK 相比，B1與C1處理的植株干物質(zhì)分別增加了21.5%與11.0%，含水量顯著增加了30.3% 和7.3%，而A1對(duì)植株干物質(zhì)無(wú)顯著影響，但A1植株含水量顯著增加了14.3% (圖2)。另外，B2處理的植株干物質(zhì)和含水量比CK分別增加了35.1%和44.4%，且B組處理的植株干物質(zhì)和含水量增加最顯著，平均比CK分別增加了33.5%和38.9%。

圖2 相同和不同Na+和Cl-噴施濃度下小白菜植株干物質(zhì)重和含水量Fig. 2 Biomass and water content in pakchoi plant under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

各組內(nèi)3個(gè)處理的植株干物質(zhì)與含水量表現(xiàn)為，與B1處理相比，B2和B3處理平均增加了18.1%與12.9%；與A1處理相比，A2和A3處理分別平均增加了12.3%與23.7%；與C1處理相比，C2和C3分別平均增加了2.4%與22.3%。植株干物質(zhì)量增幅以B組最大，其次是A組，最低為C組，而含水量增幅也以B組最大、A組次之，再次是C組。

這表明，[Na+]＝[Cl-]平衡時(shí)對(duì)干物質(zhì)累積和水分累積的促進(jìn)效應(yīng)最大；而在其他陽(yáng)離子(K+、Ca2+、Mg2+)或陰離子(NO3-、PO43-、SO42-)伴隨下，無(wú)Cl-時(shí)Na+有利于干物質(zhì)累積，有Cl-時(shí)Cl-比Na+更有利于干物質(zhì)累積；無(wú)Na+時(shí)Cl-有利于水分累積，有Na+時(shí)Na+和Cl-均有利于水分累積。

2.3 不同 Na+和Cl-的平衡態(tài)處理對(duì)小白菜植株?duì)I養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

從圖3可見，與CK相比，植株可溶性糖和植株淀粉含量隨Na+和Cl-的增加均呈降低趨勢(shì)，但其中A1和C1的可溶性糖有顯著增加，分別增加7.2%和12.3%；同時(shí)，植株可溶性蛋白質(zhì)隨Na+和Cl-的增加呈輕微降低或保持不變的趨勢(shì)。

圖3 相同和不同Na+和Cl-噴施濃度下小白菜植株可溶性糖、游離氨基酸、可溶性蛋白質(zhì)和淀粉含量Fig. 3 Contents of soluble sugar, free amino acid, soluble protein and starch in pakchoi plant under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

無(wú)論是 B組 (即 [Na+]＝[Cl-])還是 A組 (即[Na+]<[Cl-])和C組(即[Na+]>[Cl-])處理，植株游離氨基酸含量與CK相比均有顯著增加。其中，[Na+]＝[Cl-]和[Na+]<[Cl-]處理的植株游離氨基酸含量隨Na+和Cl-的增加呈現(xiàn)峰值變化趨勢(shì)，B1、B2、B3處理的植株游離氨基酸含量分別比CK增加了19.8%、65.2%、46.1%，A1處理的植株游離氨基酸含量在A組中增加最多，比CK增加了35.7%。[Na+]>[Cl-]處理的C組植株游離氨基酸含量隨Na+和Cl-的增加呈現(xiàn)趨飽和變化趨勢(shì)，平均比CK增加了52.6%。

因此，Na+和Cl-對(duì)游離氨基酸含量的累積均有促進(jìn)作用，Na+的促進(jìn)效應(yīng)明顯大于Cl-的促進(jìn)效應(yīng)，且Na+與Cl-平衡時(shí)(B2)的促進(jìn)效應(yīng)最大。

2.4 不同Na+和Cl-平衡態(tài)處理對(duì)小白菜不同葉位單葉面積和單葉干物質(zhì)的影響

在小白菜長(zhǎng)到3葉1心時(shí)進(jìn)行葉面噴施處理后表明，與CK相比，B1、B2、B3處理(即[Na+]＝[Cl-])的下位葉(1～3片真葉)單葉面積和單葉干物質(zhì)含量均有輕微的變化(圖4，[Na+]＝[Cl-])；中位葉(4～6片真葉)、上位葉(7～9片真葉)的單葉面積和單葉干物質(zhì)含量均有顯著增加，分別增加26.1%、55.5%和19.0%、64.2%。

圖4 相同和不同Na+和Cl-噴施濃度下小白菜不同葉位葉片面積和單片葉干物質(zhì)量Fig. 4 Leaf area and biomass of pakchoi at different positions under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

從圖4中[Na+]<[Cl-]組可見，與CK相比，A1、A2、A3處理(即[Na+]<[Cl-])的下位葉的單葉面積和單葉干物質(zhì)含量均有輕微變化；中位葉的單葉面積顯著增加26.3%，而中位葉的單葉干物質(zhì)含量均有輕微地增加，增加4.4%；上位葉的單葉面積和單葉干物質(zhì)含量均有輕微地增加，分別增加9.4%和13.5%。

從圖4中[Na+]>[Cl-]組可見，與CK相比，C1、C2、C3處理([即Na+]>[Cl-])僅中位葉的單葉面積顯著增加12.8%，而中位葉和上位葉的單葉干物質(zhì)含量均有顯著增加，分別增加6.8%、23.5%。

因此，當(dāng)[Na+]＝[Cl-]時(shí)主要促進(jìn)了中上位單葉面積的增加和單葉干物質(zhì)的累積；當(dāng)[Na+]<[Cl-]時(shí)主要促進(jìn)了中位單葉面積的增加；當(dāng)[Na+]>[Cl-]時(shí)主要促進(jìn)了中位單葉面積的增加和中上位單葉干物質(zhì)的累積。

2.5 不同Na+和Cl-平衡態(tài)處理對(duì)小白菜葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

從圖5可見，無(wú)論是B組[Na+]＝[Cl-]處理還是A組[Na+]<[Cl-]處理和C組[Na+]>[Cl-]處理，與CK相比，不僅增加了小白菜的葉片厚度，還主要增加了表皮細(xì)胞厚度和柵欄組織厚度(A1、C1除外)以及柵海比(柵欄組織與海綿組織厚度的比值，A1除外)；也顯著增加了氣孔長(zhǎng)度和氣孔開度(A1除外)。另外，A1處理的海綿組織厚度增加最大；僅有B2和C1、C2處理氣孔密度高于對(duì)照CK。

圖5 相同和不同Na+和Cl-噴施濃度對(duì)小白菜葉片組織結(jié)構(gòu)的影響Fig. 5 Leaf tissue structure of pakchoi under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

綜合來(lái)看，Na+尤其是Cl-促進(jìn)了小白菜柵欄組織和海綿組織厚度以及氣孔長(zhǎng)度，而Na+更有利于促進(jìn)氣孔開度和氣孔密度；[Na+]＝[Cl-]組對(duì)柵欄組織、柵海比的促進(jìn)效應(yīng)最大。

2.6 不同Na+和Cl-平衡態(tài)處理對(duì)小白菜葉片光合氣體交換活性的影響

小白菜進(jìn)行葉面噴施處理后，B1、A1和C1處理的Pn和Gs與CK相比均顯著增加，其中[Na+]<[Cl-]組中A1處理增加最大，分別增加了19.7%和140.9%。

在B1、A1、C1處理的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加NaCl后(圖6)，B 組 [Na+]＝[Cl-]處理的Pn和Gs隨著 Na+和Cl-的增加呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，其中B3處理的Pn和Gs比B1處理分別增加了11.8%和78.8%；A組[Na+]<[Cl-]處理Pn隨著Na+和Cl-的增加呈現(xiàn)峰值變化趨勢(shì)，平均比 CK 增加了 17.3%，而Gs 則呈現(xiàn)趨飽和變化趨勢(shì)，平均比 CK 增加了 145.3%；C組[Na+]>[Cl-]處理中隨著Na+和Cl-的增加Pn無(wú)明顯變化，但Gs呈下降趨勢(shì)。

圖6 相同和不同Na+和Cl-噴施濃度對(duì)小白菜葉片光合氣體交換活性的影響Fig. 6 Photosynthetic gas exchange activity of pakchoi under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

這表明，[Na+]＝[Cl-]平衡及[Na+]<[Cl-]非平衡時(shí)對(duì)小白菜葉片光合氣體交換活性的促進(jìn)效應(yīng)較大；而[Na+]>[Cl-]非平衡時(shí)促進(jìn)效應(yīng)較小。

2.7 主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

由兩因素主體間效應(yīng)檢驗(yàn)分析可知，小白菜的株高、莖粗、葉面積、比葉重、葉片肉質(zhì)性、葉片持水性、全株鮮重、植株干物質(zhì)累積、水分累積、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、中上葉位單葉面積、單葉干物質(zhì)、葉片組織結(jié)構(gòu)和葉片光合氣體交換活性，既受Na+(單葉6和4除外)、Cl-(葉片肉質(zhì)性除外)單獨(dú)離子效應(yīng)的影響，又受Na+與Cl-交互效應(yīng)的影響(表3、表4)。

表3 Na+和Cl-平衡與非平衡處理下小白菜的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 3 Test of inter subjectivity effects of pakchoi under equal and unequal Na+ and Cl- concentration

表4 Na+和Cl-對(duì)小白菜不同部位葉片面積和單片葉干物質(zhì)影響的效應(yīng)檢驗(yàn)Table 4 Test of Na+ and Cl- effects on area and biomass of pakchoi leaves at different positions

3 討論

3.1 低濃度Na+和Cl-的生長(zhǎng)有益效應(yīng)呈現(xiàn)差異性

關(guān)于低濃度Cl-的生長(zhǎng)有益效應(yīng)試驗(yàn)表明，在根際營(yíng)養(yǎng)液中伴隨陽(yáng)離子(K+、Ca2+、Mg2+)保持一致的條件下，通過陰離子(NO3-、SO42-、PO43-、Cl-)的對(duì)比試驗(yàn)觀察到，5 mmol/L Cl-處理的煙草植株干物質(zhì)、葉面積、Pn分別增加35%、45%、40%[4]。與之相類似，低濃度NaCl試驗(yàn)效應(yīng)也呈現(xiàn)出植株干物質(zhì)、植株形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、Pn等指標(biāo)的增加。王寶增等[12]將低濃度的NaCl (2.5和5 mmol/L)添加至Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中，小麥干物質(zhì)量與Pn分別比對(duì)照增加了15.0%和10.0%與131.0%和123%。孟闖等[5]將低濃度的NaCl (5～10 mmol/L)噴施于葉片發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗不僅干物質(zhì)量(38.6%～50.2%)、植株含水量(20.8%～52.2%)、葉面積(12.6%～30.4%)和Pn(55.0%～35.0%)增加，而且全株可溶性糖(14.4%～38.3%)、游離氨基酸(30.2%～43.9%)含量提高。一些試驗(yàn)還觀察到，根際營(yíng)養(yǎng)液中添加低濃度NaCl處理下，番茄的單株果數(shù)增加[13]，韭菜[2,14]和莧菜[3]的干鮮物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、產(chǎn)量等均有顯著增加。

本研究無(wú)論是采用[Na+]＝[Cl-]的平衡處理還是[Na+]<[Cl-]，或是[Na+]>[Cl-]的非平衡處理，對(duì)小白菜生長(zhǎng)均呈現(xiàn)出與上述文獻(xiàn)相類似的有益效應(yīng)。然而，在陽(yáng)離子(K+、Ca2+、Mg2+)的伴隨下，單獨(dú)Cl-處理(A1)有利于小白菜Pn和Gs提高；在陰離子(NO3-、PO43-、SO42-)的伴隨下，單獨(dú)Na+處理(C1)可顯著提高小白菜可溶性糖(12.3%)與游離氨基酸(43.4%)含量。[Na+]與[Cl-]濃度平衡處理對(duì)小白菜的植株干物質(zhì)(33.5%)、葉面積(30.3%)以及中上位單葉面積(26.1%～55.5%)等指標(biāo)的促進(jìn)效應(yīng)最大；[Na+]<[Cl-]對(duì)小白菜光合效率Pn(17.3%)和Gs(145.3%)的促進(jìn)效應(yīng)最大，[Na+]>[Cl-]對(duì)小白菜游離氨基酸累積(52.6%)的促進(jìn)效應(yīng)最大。

3.2 低濃度Na+和Cl-的外源供給平衡性影響植株的水分積累和游離氨基酸累積

在本研究的預(yù)試驗(yàn)中，測(cè)定了葉施低濃度[Na+]＝[Cl-]狀態(tài)下全株各個(gè)器官Na+和Cl-的吸收量及Cl-/Na+值，初步觀察到，雖然小白菜對(duì)Cl-吸收量的增幅比Na+更大，但是依然保持著對(duì)Na+的吸收量大于對(duì)Cl-的吸收量的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，植物吸收的Na+和Cl-會(huì)分布在各組織的質(zhì)外體、共質(zhì)體和液泡3個(gè)區(qū)域內(nèi)[4,21-22]。在NaCl耐鹽機(jī)制研究中，高濃度鹽脅迫下(>100 mmol/L)植物體內(nèi)通過保持細(xì)胞質(zhì)內(nèi)低的Na+濃度和高的K+/Na+值來(lái)保持Na+離子的內(nèi)穩(wěn)態(tài)[23]。一方面通過K+與Na+競(jìng)爭(zhēng)降低Na+的吸收，另一方面通過Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體提高Na+的外排或者將Na+區(qū)隔化到液泡中[24]。然而，Qiu等[25]在低濃度NaCl (10～30 mmol/L)試驗(yàn)中未觀察到Na+/H+逆轉(zhuǎn)運(yùn)活性。在根際NaCl脅迫試驗(yàn)中，根系吸收的Cl-通過蒸騰拉力進(jìn)入葉片[26]，主要累積在液泡[27-28]或積累在葉綠體基質(zhì)和類囊體內(nèi)腔[29]。根際吸收Cl-和NO3-、SO42-存在拮抗作用[30]，還在根細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)Cl-和NO3-的共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[31]，也發(fā)現(xiàn)了H+/Cl-的共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[22]。葉肉細(xì)胞中，Cl-則也會(huì)經(jīng)MATE、CLC轉(zhuǎn)運(yùn)體的陰離子通道被區(qū)域化在液泡中[21]。在鈉鹽脅迫的調(diào)控機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的大量研究中，關(guān)于Na+進(jìn)出細(xì)胞質(zhì)膜和液泡膜的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體SOS1、液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體NHX)及其基因表達(dá)，以及跨膜質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)力(Na+外排的動(dòng)力P型ATPase、Na+的區(qū)域化動(dòng)力V型ATPase)等方面已有大量報(bào)道[6]。最近，介導(dǎo)Cl-流入(ZmNPF6.4和ZmNPF6.6)、Cl-流出 (AtSLAH3和AtSLAH1)和 Cl-區(qū)域化(AtDTX33、AtDTX35、AtALMT4和GsCLC2)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的編碼基因也逐步被證實(shí)[21]。

鹽生植物通過維持細(xì)胞的滲透勢(shì)，維持細(xì)胞質(zhì)和液泡的水分用以提高生理耐旱能力[32]。在供水不受限制時(shí)，低濃度NaCl鹽處理下，非鹽生植物會(huì)通過降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，有利于液泡吸水以及細(xì)胞原生質(zhì)體吸水膨脹甚至腫脹，增加細(xì)胞體積和擴(kuò)展葉面積，表現(xiàn)出促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有益效應(yīng)[4,21]。

研究表明，植物體內(nèi)K+的束縛水量較少，Na+的束縛水量比對(duì)照增加了2倍，Ca2+的束縛水量比對(duì)照增加了4.8倍；3個(gè)陽(yáng)離子(K+、Na+、Ca2+)的效應(yīng)比2個(gè)陰離子(PO43-和NO3-)對(duì)自由水和束縛水之比的影響更大[33]。Warne等[33]觀察到，營(yíng)養(yǎng)液中的NaCl在提高葉片肉質(zhì)性方面比Na2SO4更有效，這說(shuō)明Cl-的持水性更強(qiáng)。液泡內(nèi)積聚有K+、Ca2+、Na+、H+等陽(yáng)離子和NO3-、SO42-、PO43-、Cl-、有機(jī)酸 (如蘋果酸)等陰離子。而Cl-作為非同化離子，其高濃度累積量與K+相近，是NO3-的4倍，是SO42-和PO43-的3倍[34]。這與Cl-激活液泡膜V型H+-ATPase活性[35-37]促進(jìn)H+進(jìn)入液泡所建立的電勢(shì)梯度[38]下，有利于Cl-伴隨進(jìn)入液泡[39]的分室區(qū)域化累積有關(guān)。從而在液泡內(nèi)Cl-累積形成更低的滲透勢(shì)，促進(jìn)水進(jìn)入液泡[39]，增加細(xì)胞膨壓[40]。值得注意的是，F(xiàn)ranco-Navarro等[4]和 Colmenero-Flores等[21]認(rèn)為，與 NO3-、SO42-、PO43-等陰離子相比，Cl-在細(xì)胞滲透壓調(diào)節(jié)、水分積累和細(xì)胞膨脹方面更有效；同時(shí)指出，Cl-在植物體內(nèi)的水分動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)類似于大量元素K+，而不是Na+。Cl-與水的聚合度高，Cl-在提供細(xì)胞滲透壓、水分積累和膨脹(植物細(xì)胞伸長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力)方面更有效[22]。本研究在葉施低濃度Na+與Cl-平衡或非平衡處理下，觀察到無(wú)Na+時(shí)Cl-有利于植株水分的累積，有Na+時(shí)Na+和Cl-均有利于植株水分的累積 (圖2)。

另外，不僅NaCl鹽脅迫下觀察到葉片中脯氨酸等主要游離氨基酸積累[41-42]；而且在12 mmol/L 低濃度NaCl鹽處理下，游離氨基酸尤其是水解氨基酸累積，同時(shí)還觀察到氮代謝中初級(jí)同化活性(谷氨酰胺合成酶Gs)大幅增加的現(xiàn)象[14]。孟闖等[5]在葉施低濃度NaCl處理時(shí)，觀察到黃瓜幼苗全株及各器官游離氨基酸的累積。研究表明，Cl-作為微量元素直接參與天冬酰胺合成酶、淀粉酶活性的調(diào)節(jié)[43]。Colmenero-Flores等[21]推測(cè)Cl-似乎在韌皮部糖和可溶性氮(天冬酰胺)遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)運(yùn)的裝載和卸載中起間接作用。無(wú)論如何，在Na+和Cl-從外部供給→吸收進(jìn)入→體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)→體內(nèi)分布的物質(zhì)流中，葉施低濃度Na+與Cl-的離子平衡及非平衡的外源供給，對(duì)相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)以及氮代謝的關(guān)鍵酶數(shù)量及活性的調(diào)節(jié)效應(yīng)，尤其是對(duì)植物體內(nèi)的“Na+與Cl-的代謝平衡態(tài)”的調(diào)節(jié)效應(yīng)機(jī)制有待深入研究。

3.3 低濃度Na+和Cl-的外源供給平衡性影響著植株的干物質(zhì)累積

一般來(lái)說(shuō)，植物的干物質(zhì)累積量與Pn、光合面積和光合時(shí)間密切關(guān)聯(lián)[44]。Franco-Navarro等[4]采用根際營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)煙草觀察到Cl-促進(jìn)Pn和葉片面積增大效應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，根際供給的低濃度Na+或Cl-會(huì)隨著蒸騰拉力經(jīng)質(zhì)外體長(zhǎng)距離運(yùn)輸，到達(dá)葉片葉肉細(xì)胞及其液泡中累積，引起葉肉細(xì)胞充分吸水膨脹、體積增大和葉面積擴(kuò)展增大[4,21-22]。然而，孟闖等[5]采用葉面噴灑低濃度NaCl的試驗(yàn)，也觀察到促進(jìn)黃瓜幼苗Pn和葉片面積的增加。本試驗(yàn)也采用葉施Na+或Cl-的處理方式，觀察到類似的效應(yīng)，且呈現(xiàn)出小白菜的植株干物質(zhì)與葉面積的極顯著相關(guān)(r=0.8226**)。值得注意的是，[Na+]＝[Cl-]、[Na+]<[Cl-]和[Na+]>[Cl-]處理組的葉面積增加主要是中上位葉面積的增加(圖4)。

高等植物的葉片，從莖頂端的葉原基分化之后，首先通過細(xì)胞分裂增加葉細(xì)胞的數(shù)量，至葉片展開后主要是細(xì)胞體積的增大，葉面積擴(kuò)展會(huì)經(jīng)歷擴(kuò)展初期(小葉)→擴(kuò)展中期(葉面積迅速增加)→充分?jǐn)U展期(功能葉)→葉片衰老的過程。本試驗(yàn)是在小白菜生長(zhǎng)至3葉1心時(shí)開始葉施Na+或Cl-的處理。此時(shí)幼苗植株上葉片正處于已經(jīng)展開后的充分展開期(從底數(shù)第1片葉)、擴(kuò)展中初期(從底數(shù)第2～3片)和心葉未展開期。連續(xù)葉施Na+或Cl-處理21天后可見，下位葉(1～3片真葉)單葉面積均有輕微地變化；中位葉(4～6片真葉)、上位葉(7～9片真葉)的單葉面積均有顯著增加(圖4)。由此可見，葉施Na+或Cl-促進(jìn)葉面積擴(kuò)展效應(yīng)，主要是有利于未展開期心葉的葉肉細(xì)胞體積增大。

顯然，與根施處理方式不同的是，葉部噴灑NaCl處理方式下，Na+和Cl-會(huì)通過氣孔滲入氣孔腔室，通過質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入氣孔保衛(wèi)細(xì)胞、葉表皮細(xì)胞和葉肉細(xì)胞，再通過液泡膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入液泡。

氣孔的開閉與水分進(jìn)出保衛(wèi)細(xì)胞有關(guān)。保衛(wèi)細(xì)胞從質(zhì)外體吸收水分受K+、Ca2+、Cl-、NO3-、蘋果酸根離子等流入的介導(dǎo)[44-45]。Franco-Navarro等[4]發(fā)現(xiàn)，根施Cl-處理方式下的氣孔導(dǎo)度Gs會(huì)降低20%～36%，并認(rèn)為這與葉片表皮的氣孔密度降低有關(guān)。根施NaCl處理下，Na+或Cl-進(jìn)入根系后，經(jīng)過質(zhì)外體長(zhǎng)距離運(yùn)輸，到達(dá)最遠(yuǎn)端的葉片乃至葉片表皮的氣孔保衛(wèi)細(xì)胞，并且Na+或Cl-通過共質(zhì)體內(nèi)運(yùn)輸而分布在植物體的組織器官中。顯然，根部處理下，Na+或Cl-優(yōu)先累積在根和莖部的導(dǎo)管。Sotiras等[46]采用添加12、24和48 mmol/L的NaCl營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)枇杷幼苗42 天，觀察到Na+在葉和根中積累，而Cl-在根和莖中積累。相比之下，本試驗(yàn)采用的葉部噴灑NaCl處理方式，Na+或Cl-首先接觸的是葉片表皮及氣孔保衛(wèi)細(xì)胞。這種處理位點(diǎn)的變化，會(huì)引起Na+或Cl-的優(yōu)先累積位點(diǎn)在葉片尤其是保衛(wèi)細(xì)胞。有試驗(yàn)觀察到，單一增加保衛(wèi)細(xì)胞的Cl-，會(huì)直接增加保衛(wèi)細(xì)胞的水進(jìn)入引起膨壓增大[21]。孟闖等[5]在葉施低濃度NaCl處理時(shí)，觀察到黃瓜幼苗葉片氣孔導(dǎo)度的增加效應(yīng)。本試驗(yàn)在葉施低濃度Na+與Cl-的平衡及非平衡處理下，觀察到Cl-比Na+更有利于小白菜葉片氣孔導(dǎo)度的增加(圖6)，可是與之相反的是Cl-尤其是Na+更有利于促進(jìn)氣孔開度(圖5)。這是否與非平衡處理中與Cl-伴隨的陽(yáng)離子K+、Ca2+、Mg2+或與Na+伴隨的陰離子NO3-、PO43-、SO42-的差異有關(guān)，尚待研究。

4 結(jié)論

Na+與Cl-供應(yīng)濃度平衡與否都對(duì)小白菜的生長(zhǎng)、干鮮物質(zhì)累積、葉片光合活性具有促進(jìn)效應(yīng)。較高的Na+更有利于游離氨基酸的累積，較高的Cl-更有利于干鮮物質(zhì)的累積以及光合活性的增加。在Na+與Cl-供應(yīng)濃度相同時(shí)，最有利于葉片主要是中上位葉片面積的擴(kuò)展，因而提高植株干物質(zhì)累積的效應(yīng)最大。本試驗(yàn)中噴施Na+和Cl-濃度均為12 mmol/L對(duì)小白菜生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)最優(yōu)。