鹽脅迫下外源鈣對苜蓿幼苗葉片離子含量的影響

李紅+李波+楊瞾

摘要：以中苜1號苜蓿幼苗為試驗材料，采用水培法研究NaCl脅迫對苜蓿幼苗葉片內無機離子含量的影響及氯化鈣對幼苗鹽害的緩解作用。結果表明，隨著NaCl濃度的升高，葉片內Na+含量增加，K+、Ca2+含量降低，且 Na+/K+ 和Na+/Ca2+的比值會隨著Na+含量的增高而增加；施加不同濃度CaCl2后，Na+、K+、Ca2+含量及Na+/K+、Na+/Ca2+比值均有不同程度變化，苜蓿幼苗表現在CaCl2濃度為10、15 mmol/L時Na+含量降低，K+和Ca2+含量增加，Na+/K+和Na+/Ca2+的比值降低，表明Ca2+可改善苜蓿幼苗體內的離子平衡，緩解鹽脅迫造成的傷害。

關鍵詞：苜蓿幼苗；外源鈣；鹽脅迫；離子含量

中圖分類號： S540.1；Q945.78文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0131-03

在鹽脅迫下，細胞質中過多的離子尤其是Na+會對植物細胞的代謝活動產生傷害，許多植物能夠忍耐土壤中高濃度的鹽分，主要和植物自身在鹽漬環境中將Na+外排到胞質外，以維持細胞質中較低的Na+含量有關，植物還可以通過減少K+和Ca2+的流失，提高體內K+和Ca2+的含量。鈣是植物生長所必需的一種營養元素，可參與植物生長發育的調節過程，具有防止膜損傷和滲漏的作用，在維護細胞壁、細胞膜的結構和功能等方面也發揮著重要作用[1-2]；另外，Ca2+還可作為細胞內第二信使參與植物的抗逆性應答，與植物的抗鹽性有著密切的關系，可以減緩植物鹽害，增強植物的耐鹽性，其重要作用在于維持細胞膜的完整性，并調節離子的運輸，加強Ca2+的吸收可以對鹽離子傷害進行調控。植物可以通過促使膜結合Ca2+量的增加來提高鹽分脅迫下膜的穩定性，而且增加外源Ca2+的濃度可以刺激某些蛋白質發生翻譯轉錄過程的改變，誘導產生新的脅迫蛋白，從而提高植物的抗逆性[3-4]。試驗研究外源鈣對鹽脅迫下苜蓿幼苗的Na+、K+、Ca2+的變化等方面的影響，探討了鈣在提高苜蓿幼苗耐鹽性中的作用，以期為進一步探討鈣緩解植物逆境傷害機理提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

以中苜1號苜蓿種子為試驗材料，由黑龍江省畜牧研究所提供。

1.2幼苗的培養與脅迫處理

利用土培的方法將苜蓿種子播種于營養缽中，待其長至3葉1心期后，將苜蓿幼苗取出，用清水沖洗干凈根部，用改良的1/2Hoagland營養液通氣培養3～5 d后，將幼苗分別轉至鹽脅迫和鈣緩解處理液（表1）培養4 d。

液+100 mmol/L NaCl+20 mmol/L CaCl2[HT][HJ][BG）F][FK）]

1.3離子含量的測定

采用離子色譜法對苜蓿幼苗葉片的Na+、K+、Ca2+含量進行測定，各組測定值均為3次重復。

1.4數據的處理與分析

利用Excel表格對不同濃度NaCl脅迫和CaCl2緩解梯度下的苜蓿葉片離子含量的變化進行繪制，用統計分析軟件SPSS 17.0進行差異顯著性的檢驗。圖中數據為“3次重復的平均值±標準差”，并采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數據組間的差異。

2結果與分析

2.1氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+含量的影響[HT]

不同NaCl濃度脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內Na+含量變化見圖1。苜蓿葉片內Na+含量均為處理組高于對照組，隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內Na+含量呈顯著增加趨勢。在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，與對照（0 mmol/L 的NaCl）相比Na+含量分別增加了0.73、1.14、0.97、1.34倍。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，苜蓿葉片在5、20 mmol/L的CaCl2處理后，與處理B相比，Na+含量分別增加了29%、18%，而10、15 mmol/L的CaCl2處理后，與處理B相比Na+含量分別降低了33%和41%。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內Na+含量出現先降低后增加的變化趨勢，在CaCl2濃度為15 mmol/L時達到最小值，10、15 mmol/L CaCl2均有效降低了苜蓿葉片Na+的積累量。

2.2氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片K+含量的影響

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內K+含量變化見圖2。苜蓿葉片內K+含量均為處理組低于對照組，隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內K+含量呈顯著降低的趨勢。在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最小值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，K+含量分別為對照的93%、82%、83%、71%。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，K+含量在10 mmol/L的CaCl2處理后，苜蓿葉片中的K+含量最高，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，K+含量分別為處理B的1.06、1.11、0.93、0.81倍。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內K+含量出現先增加后降低的變化趨勢。在CaCl2濃度為10 mmol/L時有效提高了苜蓿葉片K+的積累量，但高濃度的鈣離子不利于苜蓿葉片K+的積累。

2.3氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Ca2+含量的影響[HT]

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內Ca2+含量變化見圖3。苜蓿幼苗葉片內Ca2+含量均為處理組低于對照組，在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最小值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Ca2+含量分別是對照的50%、42%、35%、29%。隨著NaCl濃度的升高，苜蓿幼苗葉片內Ca2+含量呈顯著降低的趨勢，在高鹽濃度下（200 mmol/L）尤為明顯，下降了70.86%。

對鹽脅迫苜蓿幼苗施加一定量的外源氯化鈣后，苜蓿葉片中Ca2+含量在15 mmol/L的CaCl2處理后Ca2+含量最高，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，Ca2+含量分別是處理B的1.26、1.26、2.13、1.11倍。隨著鈣濃度的增加，苜蓿幼苗葉片內Ca2+含量出現先增加后降低的趨勢，在適當濃度的CaCl2作用下可以提高苜蓿葉片Ca2+的積累量。

2.4氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+/K+比值的影響

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內Na+/K+比值變化見圖4。在NaCl脅迫試驗中，苜蓿葉片中Na+/K+比值均為處理組高于對照組，NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Na+/K+ 比值分別為對照的1.86、2.61、2.38、3.28倍。苜蓿葉片中Na+/K+比值都隨著鈉離子濃度的增加而增加，Na+/K+ 比值均高于對照，Na+與K+比值的提高來自于組織中Na+的增加和組織中K+營養元素水平的降低。

添加CaCl2處理鹽害下苜蓿幼苗時，苜蓿幼苗葉片中Na+/K+比值均為處理組高于對照組，苜蓿在CaCl2濃度為20 mmol/L時達到最大值，在5、10、15、20 mmol/L的CaCl2處理后，Na+/K+ 比值分別是處理B的1.23、0.61、0.63、1.46倍。苜蓿葉片中Na+/K+比值在5、20 mmol/L 的CaCl2處理組較高，而在10、15 mmol/L的CaCl2處理組較低。Na+與K+比值的降低來自組織中Na+的降低和K+營養元素水平的升高。

2.5氯化鈣緩解鹽害對苜蓿幼苗葉片Na+/Ca2+比值的影響[HT]

在NaCl脅迫和CaCl2緩解下，苜蓿幼苗葉片內 Na+/Ca2+ 比值變化見圖5。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值均為處理組高于對照組，在NaCl濃度為200 mmol/L時達到最大值，在50、100、150、200 mmol/L的NaCl處理后，Na+/Ca2+比值分別為對照的3.45、5.15、5.67、8.04倍。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值都隨著鈉離子濃度的增加而增加，Na+/Ca2+比值均高于對照，Na+與Ca2+比值的提高來自組織中Na+的增加和組織中Ca2+營養元素水平的降低。

在CaCl2處理鹽害下，中苜1號在5、10、15、20 mmol/L的NaCl處理后，Na+/Ca2+比值分別為處理B的1.03、0.53、0.28、1.07倍。苜蓿葉片中Na+/Ca2+比值在5、20 mmol/L的CaCl2處理組高于處理B，而在10、15 mmol/L的CaCl2處理組低于處理B。Na+與Ca2+比值的降低主要來自組織中Ca2+水平的增加。

3討論

土壤中過多的可溶性鹽對大多數植物來說是有害的，同時也對牧草的生長產生危害，表現在離子毒害和滲透脅迫，輕者導致牧草減產，重者導致牧草的絕產。在鹽脅迫下，細胞質中積累過多的Na+，使植物細胞的代謝活動受到抑制，打破Na+和其他離子之間的平衡[5-7]。本研究中苜蓿在鹽脅迫下的K+、Na+、Ca2+發生了重要的變化，Na+含量隨NaCl脅迫程度的加大而增加，200 mmol/L NaCl脅迫下葉片Na+含量增加程度最大，K+和Ca2+下降程度最大，Na+含量比對照增加了134.40%，K+含量比對照下降了28.51%，Ca2+含量比對照下降了70.86%。本試驗中，鹽脅迫下苜蓿幼苗葉片中的Na+含量均為處理組高于對照組，而K+和Ca2+含量均為處理組低于對照組，苜蓿幼苗在鹽脅迫下，葉片K+和Ca2+含量降低。

植物在生長發育過程中必需的礦質元素如K+、Ca2+等，高濃度的Na+可以直接干擾和抑制細胞質膜對K+和Ca2+營養元素的吸收和運轉，造成離子失衡和營養元素缺乏。在NaCl脅迫下，高濃度的鹽離子與營養元素的比值發生變化，會引起植株的Na+/K+、Na+/Ca2+營養平衡的改變，植株的Na+/K+、Na+/Ca2+比值提高，影響細胞正常的生理代謝[8-9]。試驗發現，在高鹽濃度下，苜蓿葉片中的Na+/K+和Na+/Ca2+比值均較高。

許多植物能夠忍耐土壤中高濃度的鹽分，主要與植物自身在鹽漬環境中會將Na+外排到細胞質外以維持細胞質中較低的Na+含量有關，植物還可以通過減少K+和Ca2+的流失，提高體內K+和Ca2+含量，多數植物維持葉中較低的 Na+/K+ 和Na+/Ca2+比值比單純維持較低的Na+含量更重要。Na+對K+的吸收有強烈的競爭作用，因此，植物生長過程中Na+/K+的比值非常重要。本試驗結果表明，在鹽脅迫下苜蓿葉片中Na+/K+的比值均有不同程度的升高，主要是由于環境中較高Na+的存在，Na+對K+的拮抗作用抑制了對K+的吸收。除了Na+含量增加外，Na+與K+和Ca2+營養元素之間相互競爭作用減少了苜蓿葉片對營養元素的吸收。

Ca2+是植物在遇到NaCl脅迫時的主要滲透調節物質，對維持生物膜的完整性和選擇性起重要作用。試驗發現外源鈣可以減少苜蓿葉片Na+的積累量，增加了對K+和Ca2+的累積量，是苜蓿在鹽逆境中保持良好生長狀態的重要原因，在不同濃度氯化鈣處理下，對苜蓿葉片K+、Na+、Ca2+離子含量產生不同的影響，在10、15 mmol/L CaCl2濃度下的處理要比其他鈣濃度處理效果明顯，作用更顯著。

4結論

在不同濃度氯化鈉脅迫下，苜蓿葉片體內Na+含量增高，K+和Ca2+含量降低，且Na+/K+和Na+/Ca2+的比值會隨著Na+含量的增高而增加。施加不同濃度CaCl2后，Na+含量降低、K+和Ca2+含量增加，及Na+/K+和Na+/Ca2+的比值均有所降低，苜蓿幼苗表現在CaCl2濃度為10、15 mmol/L時Na+含量降低，K+和Ca2+含量增加，Na+/K+和Na+/Ca2+的比值降低。

參考文獻：[HJ1.72mm]

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