NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳生理的影響

陳亞輝 張文韜 宋志忠 楊慶山 張曉勉 姜姜

摘要：為提高多枝檉柳的耐鹽性，探討K+加入后多枝檉柳在生理方面的變化，以1/2 Hoagland營養液培養為空白組，以含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營養液培養和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營養液培養為試驗組。對處理后7、15、30 d的多枝檉柳新鮮葉片和新生根進行采樣，測得其生理指標。試驗結果表明：相較于200 mmol/L NaCl處理，200mmol/L NaCl +10 mmol/L KCl處理組多枝檉柳葉綠素含量高，根系活力增強;同時H2O2和MDA含量明顯降低，SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性明顯升高，脯氨酸和可溶性糖等滲透調節物質含量也明顯升高?？梢?，加入外源K+明顯提升了多枝檉柳耐鹽性，為鉀肥在鹽堿地使用提升植物耐鹽能力提供了理論依據。

關鍵詞：多枝檉柳;鹽脅迫;K+;生理特性;耐鹽能力

中圖分類號： S727.23;S718.43? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）15-0142-05

收稿日期：2021-08-13

基金項目：國家自然科學基金面上項目（編號：32071612）;山東省農業良種工程項目（編號：2019LZGC009）。

作者簡介：陳亞輝（1990—），男，江蘇泰州人，博士研究生，助理研究員，主要從事植物生理及生態修復研究。E-mail：chenyahui01@163.com。

通信作者：姜 姜，博士，教授，主要從事植物生理及生態修復研究。E-mail： ecologyjiang@gmail.com。

鹽漬土是在全球分布廣泛的土壤資源，因其鹽分含量高，土壤理化性質差，嚴重危害植物的生長發育[1-3]。近年來，受人為活動的影響，鹽漬土面積不斷擴大，如何利用鹽漬土成為亟待解決的重要環境問題。目前，為了盡最大可能利用該類型土壤資源，學者們對如何改良利用鹽漬土進行了多方面的探討。學者們提出的解決方式大致可以分為兩大類[4]。一類是通過優化鹽堿土的土壤結構，滿足植物生長需求。例如，王會等提出通過秸稈還田改善鹽化土壤團粒體的穩定性[5];張濟世等通過試驗表明施用的6種土壤改良劑均能顯著提高小麥產量[6]。另一類是從植物生理的角度看待問題，提高植物本身對鹽堿土的適應性，增加鹽漬土壤的利用率。劉梅等研究發現，施用氮肥時，硝態營養比銨態營養更有利于提高油菜和水稻的耐鹽性[7]。也有學者研究表明[8-9]，叢枝菌根可以與大部分高等植物共生，提高植物的耐鹽能力。

鉀離子作為植物生長發育所必需的一價陽離子，在植物細胞生長及代謝中發揮重要作用[10]。近年來，隨著高通量測序的發展，不少學者從分子生物學角度提出，鉀離子通過影響某些基因的轉錄、表達和信號轉導水平在植物抗逆性中發揮重要作用[11-12]。有學者報道植物的耐鹽能力與植物中的鉀離子通道和轉運蛋白密切相關[13-14]。多枝檉柳（T. ramosissima Lcdcb.）屬于廣泛使用的鹽生植物，具有較為系統的耐鹽機制[15-16]。魯艷等研究發現低濃度（≤100 mmol/L）的NaCl脅迫會促進多枝檉柳生長，高濃度（≥200 mmol/L 的NaCl）下則會抑制其生長[17]。

本試驗以多枝檉柳為對象，使用含不同成分的1/2 Hoagland營養液進行處理，測定相關生理指標，探討鹽脅迫下K+處理對多枝檉柳植物生理特性的影響，為鉀肥在鹽堿地使用提供相關理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試多枝檉柳來自山東省林業科學院基地，選取5個月苗齡、長勢相似的扦插苗，試驗于2019年10月至2021年5月在南京林業大學林學院國家重點實驗室展開。將扦插苗用蒸餾水洗凈根部，放于24孔水培箱（尺寸為40 cm×30 cm×16 cm），用 1/2 Hoagland營養液，置于溫度（26±2） ℃、相對濕度50%～60%的溫室大棚中，培養2個月后進行試驗。

1.2 方法

采用1/2 Hoagland營養液培養的多枝檉柳為CK組，用含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland營養液和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland營養液培養的多枝檉柳為處理組，每3 d更換1次培養液，試驗設置3組，每組3次重復。分別在處理后7、15、30 d對多枝檉柳新鮮葉片和新生根進行采樣。

1.3 生理指標測定

總葉綠素含量采用95%乙醇與丙酮混合溶液浸泡法[18]測定;根系活力采用TTC比色法[18-19]測定;H2O2含量采用Sergive等的方法[20]測定;MDA含量采用硫代巴比妥酸法[21]測定;SOD活性采用氮藍四唑還原法[22]測定;POD活性采用愈創木酚法[23]測定;CAT活性采用Aebi的方法[24]測定;脯氨酸含量按照張殿忠等的方法[25]測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[26]測定。

1.4 數據處理

采用Excel進行數據統計和計算，利用SPSS 26.0進行顯著性差異分析，使用Origin 2018軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳葉片中總葉綠素含量的影響

由圖1可知，在30 d內，CK組的總葉綠素含量沒有顯著性變化且高于處理組;處理組總葉綠素含量隨時間的變化呈減少趨勢;在7 d時，200 mmol/L NaCl處理組總葉綠素含量最低，在15 d和30 d時，處理組葉綠素含量顯著低于CK組，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的葉綠素含量顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。

2.2 NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳根系活力的影響

由圖2可知，在30 d內，CK組的根系活力呈緩慢增加趨勢;處理組隨時間的變化，根系活力呈減少趨勢;其中30 d時，200 mmol/L NaCl處理組的根系活力下降最多。在7 d時，處理組相較于CK組根系活力下降，但無顯著性變化。在15 d和30 d時，處理組對比CK組根系活力顯著下降，且200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的根系活力顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。

2.3 NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳葉片中H2O2與MDA含量的影響

由圖3可知，在30 d內， CK組的H2O2含量沒有顯著性變化;處理組H2O2含量隨時間變化呈增加趨勢;在7 d時，處理組對比CK組H2O2含量略微增加，無顯著性差異。在15 d和30 d時，處理組H2O2含量對比CK組H2O2含量增加明顯， 且2種

處理組間差異也顯著，200 mmol/L NaCl處理組的H2O2含量增加最多。

在30 d內，CK組的MDA含量呈緩慢增加趨勢，但無顯著性變化;處理組MDA含量隨時間的變化呈增加趨勢;在7 d和15 d時，200 mmol/L NaCl處理組比CK組MDA含量高，且有顯著性差異;200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl對比CK組MDA含量略微增加，但無顯著性差異。在30 d時，不同處理組對比CK組MDA含量增加明顯，且不同處理組間差異顯著。200 mmol/L NaCl處理組MDA含量高于200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組。

2.4 NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，30 d內CK組SOD活性變化不明顯;處理組SOD活性隨時間變化呈增加趨勢;其中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組SOD活性增加最多，且處理組對比CK組SOD活性增加較多，有顯著性差異。此外，在30 d內3種處理下POD活性呈緩慢增加趨勢;其中，200 mmol/L NaCl處理組POD活性增加最多。在7 d和15 d時，處理組比CK組POD活性較高，且有顯著性差異;但處理組間差異變化不明顯。在30 d時，處理組顯著高于CK組POD活性。同時，30 d內CK組CAT活性變化不明顯;處理組隨時間的變化，CAT活性呈上升趨勢;其中，200 mmol/L NaCl處理組CAT活性增加最多。在7 d時，處理組比CK組CAT活性較高，但無顯著性變化。在15 d和30 d時，處理組比CK組CAT活性較高，有顯著性差異。值得注意的是，在30 d時200 mmol/L NaCl+10mmol/L KCl處理下3種抗氧化酶活性均顯著高于200 mmol/L NaCl。

2.5 NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳葉片滲透調節物質含量的影響

通過圖5可以看出，30 d內CK組脯氨酸含量變化不明顯;處理組隨時間變化，脯氨酸含量呈增加趨勢;其中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組脯氨酸含量增加最多。在30 d時，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組對比CK組脯氨酸含量增加顯著，且高于200 mmol/L NaCl處理組。同時，30 d內CK組可溶性糖含量呈緩慢增加趨勢;而處理組隨時間變化，可溶性糖含量呈增加趨勢;其中200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組可溶性糖含量增加最多。在30 d中，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組顯著高于其他處理組。

3 討論與結論

3.1 討論

植物幼苗在鉀素的作用下能夠促進光能的轉化利用和傳遞。田曉莉等發現缺鉀會導致棉花生物量的降低和早衰[27]。王曉光等研究發現缺鉀會導致大豆葉面積減少，葉綠素含量降低[28]。本試驗研究表明，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的葉綠素含量顯著高于200 mmol/L NaCl處理組。鉀作為植物必需的三大營養元素之一，幾乎參與整個植物生長發育和生理代謝的過程[12]。鉀與氮和磷的不同之處在于，鉀不參與植物體內任何有

機物質的構成，卻對植物的生長發育起著不可缺少的作用。根系活力體現的是植物根系新陳代謝能力的強弱[29]，也是反映植物抗逆能力的重要指標[30]。本試驗研究表明，多枝檉柳在200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組的根系活力顯著高于200 mmol/L NaCl處理組，說明K+可明顯提升鹽環境下植物的新陳代謝能力。

同時，本試驗結果也證明了施加外源K+后，植株應對鹽脅迫產生活性氧的能力明顯提高。正常情況下，植物體內ROS的產生與清除是處于動態平衡狀態，不會影響植物的生長發育[31]，但在逆境條件下，植物細胞這種平衡會被打破，產生大量的活性氧，這些活性氧以其極強的氧化性造成細胞膜脂過氧化反應，從而導致膜系統損傷和細胞氧化[32-33]。H2O2是ROS的一種，而MDA是脂膜過氧化的最終產物。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）是參與H2O2酶促反應清除系統的重要成員。

研究表明，耐鹽植物為了適應鹽環境，主要做出2種大的改變：一是通過其膜系統的穩定性來維持對其他離子的選擇吸收功能;二是通過代謝變化，產生脯氨酸、可溶性糖等滲透調節物質，這些物質都有很高的水溶性，能夠降低細胞內水勢[34]。本試驗結果表明：相較于200 mmol/L NaCl處理，200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl處理組H2O2和MDA含量明顯降低，SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性明顯升高。脯氨酸，可溶性糖等滲透調節物質含量明顯升高。本試驗只是從植物生理的角度解釋了這一現象，至于是檉柳植物中的哪些基因起到調控作用還需要通過分子生物學手段進行深入挖掘。

3.2 結論

通過比較鹽脅迫條件下，外源施加K+對多枝檉柳根系活力、抗氧化酶活性和滲透調節物質含量的影響，發現K+可明顯提升鹽環境下多枝檉柳的新陳代謝能力，并緩解鹽脅迫對多枝檉柳的傷害。

參考文獻：

[1]Ghassemi F，Jakeman A J，Nix H A. Salinisation of land and water resources：human causes，extent，management and case studies[M]. Canberra：UNSW Press，1995：1-3.

[2]李建國，濮勵杰，朱 明，等. 土壤鹽漬化研究現狀及未來研究熱點[J]. 地理學報，2012，67（9）：1233-1245.

[3]俞仁培，陳德明. 我國鹽漬土資源及其開發利用[J]. 土壤通報，1999（4）：3-5.

[4]李 星，李凱鋒. 土壤鹽漬化開發利用研究進展[J]. 農業科技通訊，2018（6）：244-246.

[5]王 會，何 偉，段福建，等. 秸稈還田對鹽漬土團聚體穩定性及碳氮含量的影響[J]. 農業工程學報，2019，35（4）：124-131.

[6]張濟世，于波濤，張金鳳，等. 不同改良劑對濱海鹽漬土土壤理化性質和小麥生長的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2017，23（3）：704-711.

[7]劉 梅，鄭青松，劉兆普，等. 鹽脅迫下氮素形態對油菜和水稻幼苗離子運輸和分布的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2015，21（1）：181-189.

[8]Juniper S，Abbott L K. Soil salinity delays germination and limits growth of hyphae from propagules of arbuscular mycorrhizal fungi[J]. Mycorrhiza，2006，16（5）：371-379.

[9]徐 瑤，樊 艷，俞云鶴，等. 叢枝菌根真菌對鹽脅迫下紅花幼苗生長及耐鹽生理指標的影響[J]. 生態學雜志，2014，33（12）：3395-3402.

[10]周峰，李平華，王寶山. K+穩態與植物耐鹽性的關系[J]. 植物生理學通訊，2003（1）：67-70.

[11]楊玲琴，劉 敬，李 魏，等. 植物鉀離子通道AKT1的研究進展[J]. 生物技術通報，2019，35（4）：94-100.

[12]陸 潭，陳華濤，沈振國，等. 植物鉀通道與鉀轉運體研究進展[J]. 華北農學報，2019，34（增刊1）：372-379.

[13]Fernandez J M，Schroeder J I，Hedrich R. Potassium-selective single channels in guard cell protoplasts of Vicia faba[J]. Nature，1984，312（5992）：361-362.

[14]Dennison K L，Robertson W R，Lewis B D，et al. Functions of AKT1 and AKT2 potassium channels determined by studies of single and double mutants of Arabidopsis[J]. Plant Physiol，2001，127（3）：1012-1019.

[15]李 芊. 新疆檉柳屬植物抗鹽機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2002.

[16]劉銘庭. 中國檉柳屬植物綜合研究圖文集[M]. 烏魯木齊：新疆科學技術出版社，2014：1-79.

[17]魯 艷，雷加強，曾凡江，等. NaCl處理對多枝檉柳（Tamarix ramosissima）生長及生理的影響[J]. 中國沙漠，2014，34（6）：1509-1515.

[18]王學奎.? 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[19]朱秀云，梁 夢，馬 玉. 根系活力的測定（TTC法）實驗綜述報告[J]. 廣東化工，2020，47（6）：211-212.

[20]Sergiev I，Alexieva，Karanov E. Effect of spermine，atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants[J]. Comptes Rendus de IAcadmie Bulgare Sciences，1997，51：121-124.

[21]Kosugi H，Kikugawa K. Thiobarbituric acid reaction of aldehydes and oxidized lipids in glacial acetic acid[J]. Lipids，1985，20（12）：915-921.

[22]Beauchamp C，Fridovich I. Superoxide dismutase：improved assays and an assay applicable to acrylamide gels[J]. Anal Biochem，1971，44（1）：276-287.

[23]Chance B，Maehly A C. Assay of catalases and peroxidases[M]//Methods in enzymology. New York：Academic Press，1955：2，764-775.

[24]Aebi H. Catalase in vitro[M]//Methods in enzymology. New York：Academic Press，1984：105，121-126.

[25]張殿忠，汪沛洪，趙會賢. 測定小麥葉片游離脯氨酸含量的方法[J]. 植物生理學通訊，1990：62-65.

[26]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[27]田曉莉，王剛衛，楊富強，等. 棉花不同類型品種耐低鉀能力的差異[J]. 作物學報. 2008，34（10）：1770-1780.

[28]王曉光，曹敏建，蔣文春，等. 鉀肥對不同基因型大豆葉片生理功能的影響[J]. 大豆科學，2006，25（2）：133-136.

[29]劉小剛，張富倉，楊啟良，等. 玉米葉綠素、脯氨酸、根系活力對調虧灌溉和氮肥處理的響應[J]. 華北農學報，2009，24（4）：106-111.

[30]田禮欣，李麗杰，劉 旋，等. 外源海藻糖對鹽脅迫下玉米幼苗根系生長及生理特性的影響[J]. 江蘇農業學報，2017，33（4）：754-759.

[31]薛 鑫，張 芊，吳金霞. 植物體內活性氧的研究及其在植物抗逆方面的應用[J]. 生物技術通報，2013（10）：6-11.

[32]趙 嫚，陳仕勇，李亞萍，等. 外源GABA對鹽脅迫下金花菜種子萌發及幼苗抗氧化能力的影響[J]. 江蘇農業學報，2021，37（2）：310-316.

[33]姜衛兵，高光林，俞開錦，等. 水分脅迫對果樹光合作用及同化代謝的影響研究進展[J]. 果樹學報，2002，19（6）：416-420.

[34]馬煥成，王沙生. 胡楊膜系統的鹽穩定性及鹽脅迫下的代謝調節[J]. 西南林學院學報，1998，18（1）：15-23.