NaCl脅迫對白籽南瓜RBCs生理特性的影響

孫夢影 喬永旭 張永平 楊丹 李阮玲 張周 張瑩瑩

摘要 為了探究根系邊緣細胞（root border cells，RBCs）在植物抗鹽脅迫中的作用和機制，以白籽南瓜種子為試材，研究0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl對植株根長、RBCs數(shù)目、RBCs活率和RBCs黏膠層厚度的影響。結(jié)果表明，NaCl脅迫降低了植株根系的長度，隨著NaCl濃度的增加，根系生長受到的抑制更明顯；隨著NaCl脅迫時間和濃度的增加，根系RBCs數(shù)目和活率也呈現(xiàn)不同程度的降低，其中200 mmol/L NaCl脅迫36 h的抑制效果最明顯；但RBCs黏膠層厚度隨NaCl脅迫濃度的增加而增加，200 mmol/L NaCl脅迫的RBCs黏膠層厚度最大?？傊琋aCl脅迫對白籽南瓜根系的生長有一定的傷害作用，RBCs通過自身死亡和增加黏膠層厚度來減輕這種傷害。

關(guān)鍵詞 NaCl脅迫；白籽南瓜；根系邊緣細胞；黏膠層

中圖分類號 S642.9? ? 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）03-0018-04

Effects of NaCl on Root Border Cells Genesis of Pumpkin Seedlings

SUN Mengying? ?QIAO Yongxu*? ?ZHANG Yongping? ?YANG Dan? ?LI Ruanling? ?ZHANG Zhou? ?ZHANG Yingying

（College of Construction Engineering， Suqian College/Beijing-Hangzhou Grand Canal Ecological Civilization

Research Center， Suqian Jiangsu 223800）

Abstract The effects of 0、50、100、150、200 and 250 mmol/L NaCl on plant root length， Root Border Cells（RBCs） number， RBCs viability and RBCs mucilage layer thickness taking the pumpkin seeds as material were investigated in order to explore the role and mechanism of RBCs in plant resistance to salt stress. The results showed that NaCl stress reduced the length of the root system， and the root growth was inhibited more obviously with the increasing of NaCl concentration. With the increasing of NaCl stress time and concentration， the number and viability of root RBCs showed a downward trend， especially 200 mmol/L NaCl stress for 36 h had the most obvious inhibitory effect. However， the thickness of the mucilage layer of RBCs increased with the increase of NaCl stress concentration， and the thickness of the mucilage layer of RBCs under 200 mmol/L NaCl stress was the largest . In conclusion， NaCl stress had a certain harmful effect on the root growth of the pumpkin， and RBCs alleviated the damage by dying themselves and increasing the thickness of the mucilage layer.

Keywords nacl stress; pumpkin; root border cells; mucilage

土壤鹽漬化是植物遭受的主要逆境之一[1-2]。目前我國鹽堿地總面積多達9 913 萬hm2，約占全國國土面積的1/10[3]。鹽漬化物質(zhì)的主要成分是NaCl，主要通過水分脅迫、離子拮抗、擾亂光合和影響呼吸等引起植物生長異常，導致作物品質(zhì)和產(chǎn)量下降，造成嚴重的經(jīng)濟損失。人們通常采用水利法、化學法和物理法等傳統(tǒng)方式改良土壤以降低鹽脅迫，但成本高、工程量大且收效并不理想[4]，因此人們開始轉(zhuǎn)向作物自身抵御鹽脅迫機制的研究。

根系邊緣細胞（RBCs）是根尖表皮的脫落細胞，有一定的活性和生理功能，能夠減輕根尖受到重金屬離子、病原菌、根結(jié)線蟲及鹽離子等的毒害[5]。研究表明，在白籽南瓜種子萌發(fā)過程中，RBCs活率很高且數(shù)目也較多，但NaCl脅迫對其RBCs發(fā)生影響的研究尚少。生產(chǎn)上白籽南瓜是黃瓜和西瓜等的主要砧木，因而研究白籽南瓜RBCs的生理特性以及對NaCl脅迫的響應(yīng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

白籽南瓜“金甲砧”種子由青島育成砧木種業(yè)有限公司提供。選取飽滿的白籽南瓜種子，1/1 000高錳酸鉀溶液浸泡30 min，無菌水沖洗4～5次，于無菌水中浸種4 h，28 ℃催芽，種子露白后待用。

1.2 試驗方法

將16#細鐵絲制成鐵絲網(wǎng)，固定于盛有100 mL 純凈水的1 000 mL燒杯中，將圓形濾紙打2 mm直徑的孔30個并固定于鐵絲網(wǎng)上。將露白種子播于濾紙的孔中，用塑料薄膜和橡皮筋封口，置于28 ℃培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中每隔1 h對初生根分別噴施pH 6.5的0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl水溶液5次。處理到一定的長度和時間時測定根長、RBCs數(shù)目、RBCs活率和RBCs黏膠層厚度。其中每個處理有30粒種子，3次重復。

1.3 測定項目

1.3.1 根系長度測定。分別用0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl水溶液噴施根系，0、12、24、36、48 h時用直尺測定根系長度。每個處理測量根系3個，重復3次。

1.3.2 RBCs數(shù)目和活率測定。選取均勻一致的根尖，將其浸泡在盛有50 μL無菌蒸餾水的離心管中，置于100 r/min的搖床中振蕩1 min，得到RBCs懸濁液。將臺盼藍和RBCs懸濁液按1∶9混合并靜置1 min，在光學顯微鏡下鏡檢，活細胞呈現(xiàn)無色，死細胞呈現(xiàn)藍色，用血細胞計數(shù)板計數(shù)。每個處理測量5個根尖，重復3次。

1.3.3 RBCs黏膠層厚度。純凈水和墨水按1∶1混合，配成墨水溶液。將10 μL RBCs懸濁液和10 μL墨水溶液混合，將混合液滴在載玻片上，蓋片，在光學顯微鏡下觀察測量。RBCs的黏膠層測量3個不同位置，取其平均值。每個處理測量5個根尖，重復3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，并進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl對白籽南瓜根系長度的影響

如圖1所示，隨著NaCl脅迫濃度的增加，白籽南瓜幼苗根系生長速度呈逐漸下降趨勢；NaCl脅迫的時間越長，根長的差異性就越明顯。高濃度的NaCl抑制根系的生長程度較低濃度的更明顯。200和250 mmol/L NaCl脅迫36 h后，根系基本停止了生長。

2.2 NaCl對白籽南瓜RBCs數(shù)目的影響

如圖2所示，白籽南瓜幼苗根長一定時，NaCl脅迫濃度越高，RBCs數(shù)目越低；待根長達到25 mm時，所有NaCl脅迫的幼苗RBCs數(shù)目均達到最大，之后隨著根長進一步增加，RBCs數(shù)目呈現(xiàn)下降趨勢。根系長度不同，各處理間RBCs數(shù)目差異較大，待根系長至5 mm時，各處理之間差異不明顯；隨著根系繼續(xù)生長，這種差異越來越明顯，待根長至25 mm時，200和250 mmol/L NaCl處理的RBCs數(shù)目差異不明顯，但明顯低于0、50、100、150 mmol/L NaCl處理的植株，因此200 mmol/L NaCl抑制白籽南瓜幼苗RBCs數(shù)目的能力最強。

2.3 NaCl對白籽南瓜RBCs活率的影響

由圖3可知，隨著NaCl脅迫濃度和時間的增加，白籽南瓜幼苗RBCs活率均呈下降趨勢。200和250 mmol/L NaCl脅迫24 h后，RBCs活率明顯低于0、50、100、150 mmol/L NaCl處理的植株；但在脅迫36 h后，RBCs全部死亡?？梢姼邼舛龋?00和250 mmol/L）的NaCl溶液在短時間即可滅殺根系表皮的細胞。

2.4 NaCl對白籽南瓜RBCs黏膠層厚度的影響

由圖4可知，當NaCl濃度低于200 mmol/L時，隨著濃度的增加，RBCs黏膠層厚度也在增厚，而且濃度越大，增加的厚度越多；當NaCl濃度高于200 mmol/L時，RBCs黏膠層厚度則呈下降趨勢。當NaCl濃度達到200 mmol/L時，RBCs黏膠層厚度達到8.9 μm，較對照的4.8 μm高出85.42%。表明高濃度的NaCl脅迫能促使白籽南瓜根系RBCs產(chǎn)生較厚的黏膠層。

3 結(jié)論與討論

RBCs是一層根尖表皮的脫落細胞，剛發(fā)現(xiàn)時被誤認為是死細胞，后來被證實是活細胞并且具有保護根尖少受致病微生物、重金屬離子、根結(jié)線蟲、鋁毒和根系自毒物質(zhì)等[5]的傷害，喬永旭[6]在黃瓜中也發(fā)現(xiàn)了RBCs能夠抵御Na+的毒害。在土地中耕、農(nóng)田澆水時，RBCs容易從根尖微環(huán)境脫離，導致植物抗病能力減弱。因此采用對根尖微環(huán)境破壞小的措施比如少耕、免耕、噴灌、滴灌等，利于保持植株在不良的土壤環(huán)境中健康生長的能力，對生產(chǎn)綠色農(nóng)產(chǎn)品意義較大。

白籽南瓜因根系發(fā)達，耐低溫和抗病力強，在生產(chǎn)中常作為黃瓜的砧木使用。白籽南瓜RBCs數(shù)目比黃瓜多也可能是成為黃瓜砧木的重要原因。目前關(guān)于RBCs在白籽南瓜受到鋁毒[7]、低溫[8]、自毒物質(zhì)[9]等脅迫時起到的作用已有報道，而有關(guān)白籽南瓜受到鹽害時RBCs受到的影響及可能起的作用報道尚少。該試驗發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫降低了白籽南瓜根系的長度，NaCl濃度越高脅迫植株的時間越長，根系的生長受到的抑制越明顯，根系RBCs數(shù)目和活率降低也越明顯。這可能是NaCl脅迫導致根尖產(chǎn)生大量的活性氧（ROS），激發(fā)了細胞程序性死亡，延緩了根系的生長速率，滅殺了部分RBCs[6]。但NaCl脅迫降低了RBCs數(shù)目的機理還不清晰，需要進一步探索。該試驗還發(fā)現(xiàn)，NaCl脅迫能夠增加RBCs黏膠層厚度，NaCl濃度越高，RBCs的黏膠層厚度增加的越明顯。原因可能是NaCl濃度越高，對RBCs的刺激越強，RBCs通過分泌更多的可溶性固形物減少Na+對自身的直接傷害，因此RBCs黏膠層就像一層防護衣，保障植物根尖在不良的環(huán)境條件中健康生長。研究還發(fā)現(xiàn)，200 mmol/L NaCl脅迫36 h，抑制了RBCs產(chǎn)生，增加了RBCs致死率，這可能由于RBCs通過自身死亡來減輕NaCl脅迫對植株的傷害。

因此，采用合理的耕作制度比如免耕、少耕、表層耕作、滴灌、噴灌等，降低人為對根尖微環(huán)境的影響，減少根尖周圍RBCs的損失，對于保持植物的抗逆能力，減少使用農(nóng)藥等具有積極的意義。

4 參考文獻

[1] HUANG Y，CAO H S，YANG L，et al. Tissue-specific respiratory burst oxidase homolog-dependent H2O2 signaling to the plasma membrane H+-ATPase confers potassium uptake and salinity tolerance in Cucurbitaceae[J]. Journal of Experimental Botany，2019，70（20）：5879-5893.

[2] LIANG W J，MA X L，WAN P，et al. Plant salt-tolerance mechanism：a review [J]. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2018，495（1）：286-291.

[3] 朱建峰，崔振榮，吳春紅，等.我國鹽堿地綠化研究進展與展望[J].世界林業(yè)研究，2018，31（4）：70-75.

[4] 楊德光，雷光宇，楊姍，等.作物耐鹽堿QTL定位的表型鑒定研究進展[J].分子植物育種，2018，16（5）：1619-1625.

[5] QIAO Y X，ZHANG Y P，ZHANG H X，et al. Responses of root border cells of cucumber （Cucumis sativus L.） and pumpkin （Cucurbita moschata×Cucurbita maxima） seedlings to cinnamic acid stress [J]. International Journal of Agriculture and Biology，2017，19：1640-1644.

[6] 喬永旭.NaCl脅迫對黃瓜根系邊緣細胞發(fā)生的影響[J].植物生理學報，2011，47（1）：97-101.

[7] 喬永旭.鋁對黃瓜和黑籽南瓜RBCs生理特性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版），2016，44（2）：151-155.

[8] 喬永旭.黃瓜和黑籽南瓜幼苗RBCs對低溫脅迫的應(yīng)答差異[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2015，20（4）：107-112.

[9] 喬永旭.黃瓜和黑籽南瓜幼苗根系邊緣細胞對肉桂酸脅迫的應(yīng)答差異[J].園藝學報，2015，42（5）：890-896.

（責編：王慧晴）

基金項目 宿遷市科技計劃（創(chuàng)新能力建設(shè)）項目（M202001）；宿遷學院大學生創(chuàng)新訓練項目（2021XSJ082Y）；宿遷學院產(chǎn)教融合型課程建設(shè)項目（2022CJRH23）；宿遷學院課程思政示范課程建設(shè)項目（2021kskc30）；宿遷學院人才引進科研啟動基金項目（校2022XQT004）。

作者簡介 孫夢影（2001—），女。研究方向：植物逆境栽培生理。

喬永旭*通信作者

收稿日期 2022-04-26