NaCl脅迫對3個桂花品種離子吸收和運輸的影響

李 霞， 高樹桃， 吳 紅， 楊秀蓮， 王良桂

(1.江蘇農牧科技職業學院園林園藝學院，江蘇泰州 225300； 2.中衡設計集團股份有限公司，江蘇蘇州 215000；3.南京林業大學風景園林學院，江蘇南京 210037)

土壤鹽漬化是指易溶性鹽分在土壤表層積累的現象或過程，也稱鹽堿化。鹽脅迫損害植物的細胞、組織和器官，阻礙植物生長，從而導致植物生物量銳減，是限制植物生長與分布最主要的環境因素之一[1]。土壤中較高的鹽離子含量造成植物的離子毒害及離子失衡，干擾植物對K+、Ca2+、Mg2+等營養離子的吸收，造成植物營養成分的虧缺，從而影響植物的生長發育[2]。為適應鹽脅迫環境，植物通過積累大量無機鹽離子滲透調節鹽離子脅迫，將鹽離子外排和離子區隔化，從而減弱鹽離子對細胞的毒害[3]。

桂花(OsmanthusfragransLour.)是木樨科木樨屬植物，是我國傳統十大名花之一，著名的香花樹種，兼顧觀賞與食用價值。同時，桂花四季常綠，病蟲害少，樹型美觀，是一種綠化、美化、香化環境的優良園林樹種和經濟樹種[4]。但是鹽漬化土壤嚴重影響桂花的生長，使得桂花應用范圍十分受限。目前，國內學者對桂花在NaCl 脅迫下的幼苗生長、光合響應、生理特性及葉片超微結構進行了研究[5-7]，但對桂花各個器官中離子分布、吸收和運輸的研究尚未見報道。本試驗研究不同濃度NaCl 脅迫下大葉銀桂、晚籽銀桂和紫梗籽銀桂幼苗不同器官中Na+、K+、Ca2+、Mg2+的含量變化及其在各器官間的運輸和分配特征，探討鹽脅迫下3種桂花的耐鹽機制，為今后桂花品種的抗鹽性選育和推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用大葉銀桂、晚籽銀桂、紫梗籽銀桂的1年生實生苗。

1.2 供試幼苗培育與處理

試驗于2021年4月底在南京林業大學苗圃基地(118°48′42″E、32°04′34″N)進行，采集3個桂花品種(大葉銀桂、晚籽銀桂、紫梗籽銀桂)的種子，經15%赤霉素處理后于恒溫箱中培養至發芽，后移至溫室繼續培養，待小苗長出5～6張真葉后，挑選長勢一致的植株定植于直徑8 cm、高度12 cm的花盆中，翌年6月進行鹽脅迫處理。分別用40、70、100 mmol/L NaCl的Hogland營養液作為處理組澆灌幼苗，設不含NaCl的Hoagland 溶液為對照組，每個品種240株，每個處理3個重復。為避免鹽沖擊效應，首次處理為 40 mmol/L，每2 d澆灌預定濃度溶液1次，每次增加30 mmol/L，每次0.5 L/盆，直至預定濃度，達到各處理濃度的當天為處理 0 d，鹽脅迫30 d后結束試驗。

1.3 指標測定

1.3.1 生長量 株高生長量H：在鹽脅迫處理前測定1次植株高度H1，鹽脅迫30 d即處理結束后測定1次H2，植株高度生長量計算公式為H=H2-H1。每個處理測定10株，取平均值[8]。

1.3.2 鹽害指數 鹽害指數：計算幼苗在不同濃度鹽脅迫下的鹽害指數，計算公式為：鹽害指數=∑(鹽害級值×相應鹽害級株數)/(總株數×鹽害最高級值)×100%[9]。

1.3.3 鹽害率 鹽害率：在試驗結束后，對不同品種不同處理分別統計栽植總株數和出現鹽害癥狀的株數。計算公式：鹽害率=出現鹽害癥狀株數/調查總株數×100%[10]。

1.4 數據處理

所測數據使用Excel 2013繪制示意圖表，用SPSS 23.0統計分析軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對3個品種桂花幼苗生長、鹽害指數和鹽害率的影響

由圖1可知，隨著NaCl濃度的增加，3個桂花品種幼苗的生長量都呈下降趨勢，生長均受到不同程度的抑制，其中對大葉銀桂生長量的抑制顯著高于其他2種。隨著NaCl濃度的增加，3個桂花品種的鹽害指數和鹽害率都呈增大趨勢，在70 mmol/L NaCl脅迫下，大葉銀桂、紫梗籽銀桂、晚籽銀桂的鹽害指數分別為18.04%、11.88%、15.18%，鹽害率分別為56.25%、25.00%、39.29%。在100 mmol/L NaCl脅迫下，大葉銀桂、紫梗籽銀桂、晚籽銀桂的鹽害指數分別為37.94%、23.66%、27.43%，鹽害率分別為68.75%、44.64%、58.33%。大葉銀桂的鹽害指數和鹽害率顯著高于晚籽銀桂和紫梗籽銀桂。

2.2 鹽脅迫對3個桂花品種不同器官中Na+、K+、Ca2+和Mg2+含量的影響

由圖2可知，隨著NaCl濃度的增大，3個品種桂花的根、莖、葉中的Na+含量均呈上升趨勢，但增幅存在不同程度差異，Na+含量均表現為根>莖>葉，說明隨著鹽濃度的增加，Na+主要集中于桂花根和莖中。在100 mmol/L NaCl濃度下，紫梗籽銀桂根中Na+含量達到最大值，為7.88 mg/g，大葉銀桂葉中Na+含量達到最大值，為6.93 mg/g。在葉中Na+含量表現為大葉銀桂>晚籽銀桂>紫梗籽銀桂，根中Na+含量表現為紫梗籽銀桂>晚籽銀桂>大葉銀桂。

由圖3可知，鹽脅迫下K+在3個品種桂花根中的含量隨鹽濃度的增加呈不規律變化。大葉銀桂根和葉中K+的含量隨著NaCl濃度的增高呈先上升后下降的趨勢，莖中則呈先降后升的趨勢。大葉銀桂根和莖中K+含量分別高于葉片37.23%、38.44%。在100 mmol/L NaCl濃度脅迫下紫梗籽銀桂的根K+和葉K+含量比對照顯著降低35.27%、7.76%(P<0.05)，而莖K+含量與對照差異不顯著。晚籽銀桂在40 mmol/L脅迫下，根K+顯著高于對照35.53%，而葉K+顯著低于對照12.77%(P<0.05)，莖K+含量與對照差異不顯著。整體上看，鹽脅迫下紫梗籽銀桂和晚籽銀桂莖、葉中K+含量高于大葉銀桂。

由圖4可知，隨著鹽濃度的升高，大葉銀桂和紫梗籽銀桂根中Ca2+含量呈先降后升趨勢，在晚籽銀桂中則呈不規律波動。當NaCl濃度為100 mmol/L時，紫梗籽銀桂根中Ca2+含量增加到最大，為 10.77 mg/g。比較Ca2+在不同器官中含量可知，大葉銀桂Ca2+含量排序為葉>莖>根，而紫梗籽銀桂和晚籽銀桂則為根>莖>葉。

由圖5可知，當NaCl濃度為40 mmol/L時，3個桂花品種不同器官中的Mg2+含量與對照相比整體有不同程度的增加，說明低濃度的NaCl并不影響植株對Mg2+的吸收。當NaCl濃度為100 mmol/L時，3個品種根、莖中Mg2+的含量均高于對照。葉片中3個桂花品種Mg2+的含量隨鹽濃度的增加均表現為先升后降趨勢。大葉銀桂的Mg2+含量表現為根>葉>莖，紫梗籽銀桂的Mg2+含量表現為葉>根>莖，晚籽銀桂的Mg2+含量表現為葉>莖>根。不同程度鹽脅迫下，3個桂花品種在根中Mg2+含量表現為大葉銀桂>紫梗籽銀桂>晚籽銀桂，在葉片中Mg2+含量表現為紫梗籽銀桂>晚籽銀桂>大葉銀桂。

2.3 鹽脅迫對離子含量比值和離子運輸系數的影響

由圖6至圖8可知，鹽脅迫下不同桂花品種各器官K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+隨鹽濃度的增加整體呈下降趨勢。在NaCl濃度為40 mmol/L時，3個桂花品種各器官K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+比值迅速下降，隨著鹽濃度的增大，各比值下降變緩。另外，不同品種間各器官K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+也存在顯著差異(P<0.05)。具體表現為：鹽脅迫下在葉片中紫梗籽銀桂的K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+均值高于其他2個品種，說明紫梗籽銀桂葉片對營養離子的吸收能力強于大葉銀桂和晚籽銀桂。在根、莖中，大葉銀桂的Ca2+/Na+、Mg2+/Na+均值高于其他2個品種，說明大葉銀桂的根、莖對Ca2+、Mg2+的吸收要強于紫梗籽銀桂和晚籽銀桂。

由圖9至圖11可知，在鹽脅迫下，大葉銀桂中從根到莖的SK+，Na+、SMg2+，Na+都低于對照且呈先降后升的趨勢，SCa2+，Na+在NaCl濃度70 mmol/L時趨于對照水平， 而在低濃度和高濃度鹽處理時均低于對照，整體波動明顯，無一致趨勢。從莖到葉、從根到葉的運輸中，各離子運輸系數整體上都呈下降趨勢。紫梗籽銀桂從根到莖的SK+，Na+、SCa2+，Na+、SMg2+，Na+整體呈先降后升的趨勢。各離子從莖運輸到葉中時，均隨鹽濃度升高而下降，在中高濃度時降幅顯著。從根到葉的各離子運輸系數整體呈下降趨勢，其中SCa2+，Na+和SMg2+，Na+在NaCl濃度 100 mmol/L 時略有回升。在晚籽銀桂中，隨鹽濃度升高，從根到莖中各離子運輸系數先緩慢降低后升高；從莖到葉中SK+，Na+，SCa2+，Na+呈先升后降趨勢，SMg2+，Na+呈下降趨勢。從根到葉中，SCa2+，Na+、SMg2+，Na+先降后升，無一致趨勢。

不同品種各器官間的SK+，Na+、SCa2+，Na+、SMg2+，Na+也存在差異，從根到莖SK+，Na+、SCa2+，Na+均值表現為大葉銀桂>晚籽銀桂>紫梗籽銀桂。從莖到葉以及從根到葉的SK+，Na+、SMg2+，Na+在不同程度鹽脅迫下的均值表現為紫梗籽銀桂>晚籽銀桂>大葉銀桂。

3 討論與結論

鹽分對植物形態發育有顯著的影響，植物因碳同化量減少而導致生物量減少[12]，生長抑制是植物對鹽漬響應最敏感的過程[13]。生長量是評估植物受脅迫程度的重要指標之一[14-15]。在本研究中，3個桂花品種對鹽脅迫的反應相似，隨著NaCl濃度的增大，其高生長量均有不同程度的減少。其中紫梗籽銀桂和晚籽銀桂高度生長量均大于大葉銀桂。鹽害指數、鹽害率越大，植物的耐鹽性越弱[16]，隨著鹽濃度的升高3種桂花鹽害指數和鹽害率呈增加趨勢。綜合生長量、鹽害指數和鹽害率等因素，3個桂花品種的耐鹽性排序為紫梗籽銀桂>晚籽銀桂>大葉銀桂，這與楊秀蓮等的試驗結果[5]一致。

在鹽脅迫下，鹽離子和營養離子的競爭導致植物的離子失衡，進而影響根系對營養離子的吸收、運輸和分配。隨著NaCl濃度的增加，導致植物體內的Na+含量迅速聚集，造成了離子毒害和滲透脅迫。面對鹽脅迫，植物一般采取直接排出和將其分隔至代謝緩慢的部位2種方式，植株的地上部分代謝比地下部分活躍，因而對Na+更敏感。從整株水平的調控來看，耐鹽植物一般會減少Na+向地上部分的轉移，將大部分Na+封閉在根中一些成熟細胞發育良好的液泡中，從而控制對Na+的運輸，而鹽敏感型植物則將Na+集中在葉中[17]。本試驗中，Na+在桂花不同器官中分布的基本規律是根>莖>葉，植株利用根、莖中的Na+進行滲透調節，從而降低水勢，使植株保持吸水，減輕生理干旱。這與鵝耳櫪(Carpinusturczaninowii)[18]、沙棗(ElaeagnusangustifoliaL.)[19]、槲樹(Quercusdentata)[20]、砂藍刺頭(Echinopsgmelini)[21]等植物將Na+截留在根部或根莖結合部，避免了其向葉片運輸的耐鹽機理類似。

K+參與植物的光合作用、呼吸作用和物質的運輸，是植物體重要的營養物質和無機滲透調節劑。K+具有調節滲透壓、細胞膨壓、光合作用及離子平衡等功能，與植物耐鹽性密切相關。而K+和Na+的離子半徑和水合能相似，拮抗效應明顯[22]，導致植物對K+吸收減少。本試驗中，在中鹽脅迫下，紫梗籽銀桂根K+與對照差異不顯著，但在高鹽脅迫下根K+顯著降低。相反，葉K+在低、中、高鹽脅迫下均顯著下降，但在高鹽脅迫下有所回升，說明紫梗籽銀桂在高鹽脅迫下增強了K+從根到葉的流動。研究認為維持高水平的K+和K+/Na+是植物耐鹽性的指標之一[23]，比較3個不同桂花不同器官的K+含量和K+/Na+比值發現，紫梗籽銀桂K+總含量和K+/Na+均值高于其他2種，說明紫梗籽銀桂根系通過增強K+的吸收來抑制根系過多地吸收Na+，從而保持細胞內的相對離子平衡狀態，耐鹽性較強，這一結果與陳少良等在楊樹[24]、胡愛雙等在八棱海棠[25]的研究結果一致。

鈣在生物膜中是磷脂的磷酸根和蛋白質的羧基間聯系的橋梁，可維持膜結構穩定性且具有較高的選擇性，Ca2+作為植物細胞壁的主要成分能穩定和保護細胞膜，調控植物代謝和發育[26]。Ca2+有利于提高植物地上部分對K+的選擇吸收能力，能維持較高的K+/Na+[27]，Na+的毒性可以通過添加Ca2+來降低，Ca2+可以抑制Na+的單向內流進入根部，控制Na+內流在植物耐鹽性中起重要作用。Mg2+是葉綠素的組成成分之一，缺少鎂植物的葉綠素便不能合成。K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+可用來表示鹽逆境對植物離子平衡的破壞程度，其值越低代表Na+對K+、Ca2+和 Mg2+吸收的抑制效應越強，植物受鹽害也就越嚴重。本研究發現大葉銀桂葉片對Ca2+吸收較多，對Mg2+吸收較少；紫梗籽銀桂、晚籽銀桂葉片對Ca2+吸收較少，對Mg2+吸收較多。在葉片中大葉銀桂Ca2+/Na+低于紫梗籽銀桂，這主要與大葉銀桂Na+主要集中在葉上有關。NaCl脅迫使3種桂花各器官的Ca2+/Na+、Mg2+/Na+顯著降低，尤其在低鹽濃度下下降明顯，主要是因為植物對Na+大量吸收干擾了對營養元素的吸收和轉運，造成了離子的失衡，總的來看，紫梗籽銀桂Ca2+/Na+、Mg2+/Na+值高于其他2種，這可能與其耐鹽性有密切關系，這與周琦等對鵝耳櫪[17]、韓志平等對小型西瓜[28]的研究結果一致。

離子選擇性運輸系數表征植物向上運輸離子的選擇能力，鹽脅迫下營養離子的選擇性運輸系數越大，表明植株促進營養離子和抑制鹽離子向上運輸的能力越強，根中的鹽離子越多，代表耐鹽性越強[29]。本研究中，隨著鹽脅迫的增強，大葉銀桂從根到莖的離子運輸系數高于其他2種，但紫梗籽銀桂從根到葉、莖到葉離子運輸系數均高于大葉銀桂和晚籽銀桂。說明紫梗籽銀桂通過增強K+、Ca2+和Mg2+的整體運輸能力來抑制鹽離子的運輸，從而維持較高的生理代謝水平，促進植株的營養生長。這與烏鳳章等對高叢越橘幼苗的研究結果[30]基本一致。

綜上所述，鹽脅迫下3個桂花品種幼苗的生長、離子吸收和運輸有顯著差異，紫梗籽銀桂鹽害指數、鹽害率均小于大葉銀桂和晚籽銀桂，其體內營養離子多且保持較高的離子含量比，整體離子選擇性運輸系數高于其他2種，故紫梗籽銀桂有較強的耐鹽能力，其次為晚籽銀桂，大葉銀桂最弱。紫梗籽銀桂可適用于輕、中度鹽漬化土壤的園林綠化環境中。