堿脅迫對北方粳稻幼苗氮磷吸收、氣孔數量及大小的影響

隋鑫++呂小紅++付雪蛟++張麗麗

摘要：以耐鹽堿粳稻品種鹽豐47、鹽敏感品種秋光為材料，研究Na2CO3脅迫對水稻幼苗營養吸收和氣孔特性的影響。結果表明，在堿性脅迫下，水稻生物量積累降低，且隨脅迫濃度升高降幅增大，鹽豐47降幅均較小。各部位氮、磷含量均降低，不同部位降幅均表現為秋光﹥鹽豐47。氣孔密度隨脅迫濃度提高而增加，鹽豐47氣孔密度增幅大于秋光。T1處理條件下，鹽豐47葉片氣孔長度增加，而秋光在各脅迫濃度下氣孔長度均減小。參試材料葉片氣孔寬度隨鹽脅迫濃度升高而降低，鹽豐47降幅小于秋光。

關鍵詞：Na2CO3；北方粳稻；幼苗；生物量積累；氮磷含量；氣孔數量及大小

中圖分類號： S511.2+20.1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）09-0053-03

土壤鹽堿化嚴重抑制了農業發展，已引起世界性的關注。Na2CO3和NaHCO3等成分組成的堿性鹽對植物的損傷遠遠大于中性鹽[1]，植物遭受鹽分和高pH值的雙層傷害，影響細胞正常代謝，進而抑制植物生長發育。水稻是重要的糧食作物，在保證糧食安全上具有舉足輕重的作用。相關水稻耐鹽機理已有大量報道，但從營養元素吸收和氣孔角度，研究北方粳稻對堿脅迫響應還鮮見報道。筆者研究了Na2CO3脅迫下耐鹽水稻品種鹽豐47及鹽敏感品種秋光苗期營養元素吸收和氣孔數量及大小的變化規律，以期為水稻耐堿機制及水稻耐堿育種提供一定理論參考。

1材料與方法

1.1材料

以耐鹽堿水稻品種鹽豐47、鹽敏感品種秋光為試驗材料。

1.2試驗設計

試驗在遼寧省盤錦市大洼縣唐家鎮的遼寧省鹽堿地利用研究所試驗基地進行。采用溫室大棚硬盤精量播種，旱育秧技術培育壯秧，播種量50 g/盤，3葉1心取樣，進行水培堿脅迫處理。本試驗共設4個處理，分別為CK（無脅迫對照）、T1（5 mmol/L Na2CO3）、T2（10 mmol/L Na2CO3）、T3（15 mmol/L Na2CO3），處理7 d后取樣進行相關指標的測定。

1.3測定指標及方法

生長量測定：株高、地上部鮮質量、地下部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量。

氮磷元素吸收：采用H2SO4-H2O2消煮法，分別稱取烘干、磨碎的地上部和地下部樣品0.5 g，置于消煮管中，加入10 mL濃硫酸，輕輕搖勻，在消煮爐上加熱。待H2SO4分解大量白煙后再升高溫度，當溶液呈均勻的棕黑色時取下，冷卻后加10滴H2O2，搖勻，再加熱至沸騰，煮約5 min取下，稍冷后，重復加H2O2 5～10滴，再消煮。如此重復3～5次，消煮至溶液至無色。取下，冷卻，用去離子水定容至100 mL，放置澄清后測定氮磷含量。

葉片氣孔密度及氣孔大小：選取長勢一致的10株水稻幼苗植株，每株剪取頂端完全展開葉，取中部保存在FAA固定液中，用TM1000臺式掃描電鏡觀察葉片表面，測定葉片上表皮氣孔密度、氣孔長度和寬度。每片劍葉上中下部各取1個點觀察氣孔密度，隨機選擇5個氣孔測量氣孔長度和寬度[2]。

1.4數據分析

采用DPS軟件和Excel軟件進行統計分析。

2結果與分析

2.1幼苗生物量

從表1可以看出，隨著Na2CO3濃度升高，幼苗株高均受到抑制，T1、T2、T3處理顯著或極顯著低于對照處理。鹽豐47 T1、T2、T3脅迫處理下比對照分別降低了 7.9%、13.7%、15.8%，秋光分別降低了11.6%、17.5%、26.2%。Na2CO3脅迫使地上部鮮質量、地下部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量均受到抑制。T1處理對鹽豐47幼苗地上部鮮質量、地上部干質量影響不大。秋光地上部鮮質量、地上部干質量均受到嚴重抑制，隨著脅迫濃度加大，抑制程度逐步增強。T3處理脅迫下，鹽豐47、秋光地上部鮮質量分別降低了28.6%、61.0%，地上部干質量降低了23.6%、44.6%。隨著Na2CO3脅迫加劇，幼苗地下部鮮質量、地下部干質量下降，不同材料受抑制程度存在差異。T3處理脅迫下，鹽豐47、秋光地下部鮮質量分別降低了 41.4%、69.2%，地下部干質量分別降低了43.5%、64.3%。在Na2CO3脅迫下，水稻株高、地上部鮮質量、地上部干質量、地下部鮮質量、地下部干質量均受到抑制，但相同處理梯度下，鹽豐47降幅均小于秋光，表明鹽豐47具有較強耐鹽能力。

2.2幼苗氮磷元素吸收

2.2.1幼苗地上部氮元素吸收

隨Na2CO3濃度升高，2個品種水稻幼苗氮含量均呈下降趨勢。T1處理條件下，鹽豐47地上部氮含量受抑制程度較秋光小，與對照比較差異極顯著。隨Na2CO3濃度升高，地上部氮含量降幅增大。相同處理水平下，鹽豐47地上部氮含量均高于秋光。不同處理梯度下，鹽豐47地上部氮含量分別比對照降低了3.1%、12.8%、218%，秋光降幅大，分別比對照降低了 11.2%、31.2%、375%（圖1）。

2.2.2幼苗根部氮元素吸收Na2CO3脅迫使水稻幼苗地下部氮含量下降。隨著脅迫加劇，鹽豐47地下部氮含量降幅增大。在T1、T2、T3濃度處理條件下，秋光和鹽豐47均極顯著低于對照，鹽豐47分別比對照降低了4.42%、17.2%、240%，秋光地下部氮含量降幅更大，分別降低了11.6%、31.9%、41.4%（圖2）。

2.3幼苗磷元素吸收

2.3.1幼苗地上部磷元素吸收隨著Na2CO3濃度升高，水稻幼苗地上部磷含量均呈下降趨勢（圖3）。T1、T2、T3處理水平下，鹽豐47地上部磷含量與對照差異極顯著，分別比對照降低了9.8%、16.4%、30.5%。秋光地上部磷含量降幅大于鹽豐47，與對照差異極顯著。

2.3.2幼苗根部磷元素吸收隨著Na2CO3脅迫加劇，水稻幼苗根部磷含量呈下降趨勢，不同材料間存在差異（圖4）。根部磷含量變化規律與地上部基本一致。隨Na2CO3脅迫濃度升高，水稻幼苗根部磷含量降幅增大。不同處理水平下，鹽豐47根部磷含量與對照相比差異均達極顯著水平。秋光磷吸收受到明顯抑制，與對照差異極顯著。

2.4葉片氣孔密度和氣孔大小

從表2可以看出，隨著脅迫程度增加，鹽豐47葉片氣孔密度增大。脅迫條件下，鹽豐47氣孔密度極顯著增加，T3處理脅迫下，鹽豐47葉片氣孔密度增幅最大，與對照相比增加了38.6%。秋光葉片氣孔密度先增加后減少，T1、T2處理下氣孔密度呈逐漸增加趨勢，T2處理下達最大值，T3處理下氣孔密度降低，但極顯著高于對照。

在Na2CO3脅迫下，水稻幼苗葉片氣孔長度變化呈現不同規律。鹽豐47氣孔長度隨著Na2CO3脅迫程度增加先降后增，總的來看氣孔長度隨Na2CO3脅迫加劇而降低。T1處理條件下，秋光氣孔長度降幅大于鹽豐47，與對照差異極顯著（表2）。

Na2CO3脅迫使參試材料葉片氣孔寬度下降，不同材料間存在差異。T1處理脅迫下，鹽豐47氣孔寬度受影響較小，與對照相比僅降低了7.0%，隨著濃度升高，氣孔寬度降幅增加，T2、T3處理與對照相比分別降低了9.9%和15.5%。秋光葉片氣孔寬度在不同濃度處理下，降幅均較大，T1、T2、T3處理分別比對照降低28.1%、33.1%、36.0%，各處理間差異極顯著（表2）。

3討論

3.1幼苗生長對堿脅迫的響應

生長量是植物對鹽脅迫反應的綜合體現，也是植物耐鹽性的直接指標。鹽分對非鹽生植物最普通和最顯著的效應就是阻止生長[3]。鹽脅迫抑制植物生長主要是抑制了營養器官的生長，長期鹽脅迫也加速了成熟器官的衰老、死亡和脫落，從而使植株鮮質量和干質量下降。前人研究表明，在水稻發芽期和苗期，不同濃度的NaCl、NaHCO3脅迫處理明顯抑制了幼苗生長[4]。本研究結果表明，不同濃度Na2CO3脅迫下，均抑制了參試材料地上部和地下部的生長，本結果與謝國生等研究結果[4]一致。不同Na2CO3濃度脅迫下，株高下降、生物量積累減少，而且隨脅迫濃度升高，株高和生物量積累降低幅度增大，但材料間幼苗生長量的降幅存在較大差異。鹽豐47苗高、地上部鮮質量、地上部干質量、地下部鮮質量、地下部干質量降幅均明顯低于秋光。T1處理脅迫下，鹽豐47上述各指標影響均較小于秋光，表明鹽豐47受到Na2CO3脅迫的傷害程度小于秋光，具有較強的耐堿性鹽能力。這可能是因為植物生長在鹽漬環境中，鹽脅迫造成細胞不能正常擴張和分裂，為了能夠支持細胞正常功能的離子濃度和離子平衡，必然要濃縮和平衡這些離子，還必須降低原生質中鈉離子或其他離子的濃度，使其低于周圍介質環境，要使原生質中鈉離子濃度低于其周圍介質環境的濃度，必然要消耗對植物生長過程有效的能量，故生長被抑制[5]

3.2幼苗氮磷元素吸收對堿脅迫的響應

鹽漬環境中，植物生長受到鹽分離子和許多礦質養分離子之間交互作用的影響，造成植物體內養分吸收、利用和分配的不平衡。鹽漬條件對植物的危害較重，易造成植物的營養失調。它對植物造成的傷害可以通過干擾N、P等礦質元素的吸收而表現[6]。氮在植物生命活動中占有首要的地位。Na2CO3脅迫對植物N、P元素吸收影響的研究還未見報道。前人研究結果表明，NaCl脅迫抑制氮的吸收[7-8]。本研究結果表明，Na2CO3脅迫下，隨著鹽濃度水平的升高，2個水稻材料各部分氮含量均呈下降趨勢。這可能是因為Na2CO3脅迫降低了根系活性和H+-ATP酶活性，從而抑制了植物對氮吸收和利用。鹽豐47地上部氮含量降幅小于秋光，表明在Na2CO3脅迫下，鹽豐47可以通過自身調節作用依然保持較高根系活性和H+-ATP酶活性，促進根系對氮元素吸收和利用。

磷在糖類代謝、蛋白質代謝和脂肪代謝中起著重要的作用。磷對促進代謝正常進行，促進植株生長發育，提高作物的抗性起著重要作用。本試驗研究表明，參試材料不同部位磷含量對Na2CO3脅迫下的響應不同。Na2CO3脅迫下，參試材料地上部磷含量隨Na2CO3脅迫濃度升高而降低，與韓曉日等研究鹽脅迫顯著降低黃瓜地上部、地下部分磷含量的結果[7]具有一致性。參試材料地上部磷含量隨Na2CO3濃度升高，降幅增加。鹽豐47地上部磷含量降幅小于不耐鹽材料，這可能是因為鹽豐47具有較強耐堿性，Na2CO3脅迫下依然可以保持較大的根系活性及與磷吸收有關的酶活性。

本試驗結果表明，Na2CO3脅迫下，參試材料根部磷含量均呈現下降趨勢，不同材料間存在較大差異。根部磷含量變化規律與地上部基本一致。隨脅迫濃度升高，不同材料根部磷含量降幅增大，不同處理水平下根部磷含量與對照相比差異均達極顯著水平。不同Na2CO3濃度處理下，鹽豐47根部磷含量降幅均低于秋光。磷在高鹽處理的根系中含量較高，可能與磷元素的低移動性有關，處理前吸收的磷在受鹽害后根系已經缺少向地上部輸送的能力，導致地上部的磷含量也幾乎停滯。

3.3葉片氣孔特性對堿脅迫的響應

水稻葉片上的氣孔是CO2進入水稻體內和水分排出的主要通道，它對水稻蒸騰作用和光合作用等生理過程有重要的影響。在水稻生長發育過程中，許多環境因素都會影響葉片氣孔密度、氣孔大小等性狀。張大鵬研究結果表明，當水稻受到水分脅迫時，其氣孔密度會明顯增大[9]。趙姝麗研究表明，不同鹽分脅迫下，劍葉氣孔密度明顯增加，氣孔長度、寬度明顯降低[10]。本試驗結果表明，隨著Na2CO3脅迫濃度升高，鹽豐47葉片氣孔密度增大，增幅大于秋光，這可能是脅迫反應耐鹽品種的積極表現。本試驗氣孔密度增大原因是由于葉面積變小還是有其他原因還有待于進一步研究。本試驗結果還表明，隨Na2CO3脅迫程度增加，秋光葉片氣孔密度先增大后降低，T1、T2處理濃度下，葉片氣孔密度呈增大趨勢，這可能是秋光在適應鹽脅迫的一種自我調節作用，但當Na2CO3濃度持續升高，超出其自身調節范圍，則導致葉片氣孔密度急劇下降。

李海波研究結果表明，Na2CO3處理下，水稻幼苗劍葉氣孔密度明顯增加，耐鹽品種增加幅度較大，葉片氣孔長度隨著鹽分脅迫程度的增加呈先增后降變化趨勢[11]。氣孔寬度的變化不同品種表現不一。本試驗結果表明，Na2CO3脅迫下，鹽豐47葉片氣孔長度降低，不同濃度處理下葉片氣孔長度降幅較小于秋光。Na2CO3脅迫下，2個品種葉片氣孔寬度均呈下降趨勢。在相同濃度脅迫下，鹽豐47葉片氣孔長度降幅較小。葉片氣孔大小降低，可能是Na2CO3脅迫直接抑制氣孔分化的過程導致氣孔寬度極顯著下降。在堿脅迫下，鹽豐47與磷吸收有關的酶活性以及較大的氣孔長度和寬度，是其具有較強抗堿能力的生理基礎之一。

參考文獻：

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[3]劉祖祺，張石城. 植物抗性生理學[M]. 北京：中國農業出版社，1994.

[4]謝國生，朱伯華，彭旭輝，等. 水稻苗期對不同pH值下NaCl和NaHCO3脅迫響應的比較[J]. 華中農業大學學報，2005，24（2）：121-124.

[5]趙可夫. 植物抗鹽生理[M]. 北京：中國科學技術出版社，1993：230-232.

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[7]韓曉日，侯玉慧，姜琳琳，等. 硅對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長和礦質元素吸收的影響[J]. 土壤通報，2006，37（6）：1162-1165.

[8]吳延壽，尹建華，彭志勤，等. 鈉鉀交互作用下水稻生長和營養元素吸收特征研究[J]. 安徽農業科學，2009，37（10）：4456-4458，4464.

[9]張大鵬. 水稻葉片氣孔的研究Ⅱ.不同生態條件下的氣孔動態[J]. 福建農林大學學報（自然版），1989，18（3）：302-307.

[10]趙姝麗. 水分脅迫對水稻氣孔特性的影響[D]. 沈陽：沈陽農業大學，2006.

[11]李海波. 水分虧缺和鹽脅迫對水稻葉片氣孔及其他生理性狀的影響[D]. 沈陽：沈陽農業大學，2004.