NaCl胁迫对胡麻幼苗生长及其离子吸收运输的影响

张艳萍 赵玮 齐燕妮 谢亚萍

摘要：为了探究NaCl胁迫对胡麻幼苗生长及其离子吸收运输的影响，采用水培法对胡麻幼苗的盐分离子吸收、分布、累积特性进行了研究。结果表明，胡麻幼苗干鲜重、含水量、叶绿素含量均在NaCl低浓度（≤100 mmol/L）胁迫下小幅上升，并随着胁迫浓度的增加而下降。地上和地下组织中膜透性呈现出明显的上升趋势，游离脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均随着NaCl浓度的增加表现为先上升后缓慢下降。随着NaCl浓度的增加根茎叶中Na+、Cl-含量均为上升趋势，其中Na+积累顺序为叶 > 根 > 茎，Cl-积累顺序为根 > 茎 > 叶，Ca2+流失顺序为根 > 茎 > 叶，K+流失顺序为叶 > 根 > 茎。高浓度盐胁迫下胡麻幼苗将相对较多的Na+ 积累在叶片中，导致叶片中K+流失较根茎中更严重，Ca2+流失首先从根部开始，以延缓茎和叶中的流失，起到缓解盐害目的。

关键词：胡麻;NaCl胁迫;幼苗生长;离子吸收运输

中图分类号：S512.1      文献标志码：A     文章编号：1001-1463（2019）11-0026-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.11.008

Influence of NaCl Stress on Seedlings Growth of Flax and Their Ion Absorption and Transport

ZHANG Yanping 1， ZHAO Wei 2， QI Yanni 2， XIE Yaping 2

（1. Institute of Biotechnology， Gansu Academy of Agricultural Science， Lanzhou Gansu 730070， China;         2. Institute of Crops， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：To study the influence of NaCl stress on the growth and ions transport of flax seedlings， the absorption， distribution and accumulation of saline ions in seedlings of flax were analysed by water culture experiment. The results showed that the fresh and dry weight， the water and chlorophyll content of flax seedlings all increased slightly under NaCl（≤100 mmol/L） stress， and decreased with increasing concentration of NaCl. Whether above-ground or under-ground tissue of flax seedlings， the membrane permeability increased， but the contents of free proline and soluble protein all increased firstly and then decreased slowly with increasing NaCl concentration. The content of Na+ and Cl- in the roots， stems and leaves of flax seedlings all showed increasing trend with increasing NaCl concentration， the accumulation of Na+ and Cl- were in ascending order： stem， root， leaf， and leaf， stem， root， respectively. The loss of Ca2+ and K+ were in ascending order： leaf， stem， root， and stem， root， leaf， respectively. More Na+ were accumulated in leaves of flax seedlings under higher salt stress， which resulted in the more loss of K+ from leaves; the loss of Ca2+ started from roots， which could delay the loss from stem and leaves and then alleviate the salt damage.

Key words：Flax;NaCl stress;Seedlings growth;Ion absorption and transport

全世界鹽渍土面积约l0亿hm2，干旱和半干旱地区约有50%的灌溉土地受到盐碱化的影响，中国的盐渍化土地大约占到全球的1/10[1 ]，选育适合在盐碱地生长的植物品种是有效利用盐渍化土地的主要方法之一。胡麻（即油用亚麻）属于亚麻科（Lianceace）亚麻属（Linum），胡麻是我国对油用亚麻和油纤兼用亚麻的俗称[2 ]，国内主要分布在甘肃、内蒙古、宁夏、山西、河北等干旱半干旱省区[3 ]。近年来对于纤用亚麻在盐胁迫下的生长及离子运输方面的研究较多。郭媛等[4 ]采用中性盐和碱性盐对纤维亚麻进行胁迫处理，结果表明，盐碱胁迫大幅度增加了亚麻苗期根和地上部对Na+的吸收，中性盐胁迫下地上部K+的吸收增高，根的K+吸收降低，中性盐胁迫和碱性盐胁迫下，根和地上部Ca2+和Mg2+的吸收均降低;郭瑞等[5  ]利用中性盐和碱性盐混合对亚麻胁迫处理发现，碱胁迫使地上部分Na+浓度急剧增高，Na+含量随着胁迫强度的增加而升高，而K+含量呈下降趋势。我国胡麻主产区一直受到不同程度盐碱化的危害，已成为当前胡麻生产中重要的非生物胁迫因子，严重威胁着胡麻产业的可持续发展，因此对胡麻响应盐胁迫机制的解析对胡麻育种及生产具有重要意义。

1   材料与方法

1.1   材料

供试材料为胡麻品种陇亚10号，甘肃省农业科学院作物研究所胡麻课题组提供。

1.2   方法

实验于2017年在甘肃省农业科学院作物研究所人工气候室内进行。温室条件为：温度22 ℃，湿度80%，光周期14 h，光强为400～450 μmol/（m2·s）。挑选籽粒饱满的胡麻种子平铺在有两层滤纸的培养皿中，根长达到3～5 cm时转夹到厚2 cm的泡沫板剪切的缝隙中用1/2MS营养液培养，每3 d更换1次营养液。幼苗长到6～8片叶时，选取长势一致的幼苗进行盐溶液处理。NaCl溶液浓度分别为0、50、100、150、200、250 mmol/L，其中0 mmol/L为对照（CK）。每个处理重复3次，培养30 d测定各项指标。

1.3   指标测定

胁迫30 d后，每个处理随机取20株幼苗，洗净后用滤纸吸干植株表面水分并称鲜重，先在105 ℃下杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重称干重。采用电导法测定细胞膜透性。用荧光仪测量叶绿素荧光参数 [6 ];采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白;采用茚三酮试剂显色法测定游离氨基酸含量[7 ]。Na+、Ca2+、K+等含量的测定用离子体发射光谱仪测定，Cl-含量用AgNO3滴定法测定[8  ]。

1.4   数据计算与统计

含水量=[ （鲜重-干重）/鲜重]×100%。

细胞膜透性=（处理电导率/处理煮沸后电导率）×100%。

根、茎、叶的离子运输选择性系数S参考相关文献计算方法[9 - 10  ]。计算公式如下：

根到茎的K+、Na+离子运输选择性系数SS/R  （K， Na） =茎 [K+ ] / [Na+ ] / 根 [K+ ] / [Na+ ]

茎到叶的K+、Na+离子运输选择性系数SL/S  （K， Na）=叶[K+ ]  /  [ Na+ ]  / 茎 [K+ ] /  [Na+ ]

根到茎的Ca2+、Na+离子运输选择性系数SS/R  （Ca， Na） =茎 [Ca2+ ] / [Na+ ] /根 [Ca2+ ] / [Na+ ]

茎到叶的Ca2+、Na+离子运输选择性系数SL/S  （Ca， Na） =叶 [Ca2+ ] / [Na+ ] /茎 [Ca2+ ] / [Na+ ]

数据处理采用Excel 2007进行数据整理、作圖，SPSS20.0进行统计分析。

2   结果与分析

2.1   NaCl胁迫对胡麻幼苗干鲜重和含水量的影响

从图1可以看出，随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗干鲜重出现先升后降的趋势。当浓度为50  mmol/L时鲜重达到最高值，较对照增长3.57%;当浓度为150、200、250 mmol/L时，鲜重较对照分别下降21.43%、25.00%、35.71%，差异均达到显著水平。浓度为50 mmol/L时干重上升25%，浓度为100～250 mmol/L时干重趋于平稳，但均比对照降低了50%以上，差异均达到显著水平。从图2可知，胡麻幼苗含水量随着胁迫浓度的增加，呈现先小幅增加后持续下降趋势。其中NaCl浓度为50 mmol/L时，幼苗含水量较对照上升了3.44%;NaCl浓度增加到100、150 mmol/L时，幼苗含水量较对照分别下降了0.99%、5.42%，与对照差异均不显著;当NaCl浓度增加到200、250 mmol/L时，幼苗含水量较对照分别下降了18.24%和20.20%，差异均达到显著水平。

2.2   NaCl胁迫对胡麻幼苗叶绿素和膜透性的影响

从图3可知，随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗叶绿素含量呈先上升后下降趋势，与含水量变化趋势基本吻合。当NaCl浓度为50、100 mmol/L时，叶绿素含量小幅上升但与对照差异不显著;当浓度为150、200 mmol/L时叶绿素含量较对照下降，但差异不显著，浓度为250 mmol/L时，叶绿素含量较对照显著降低。从图4看出，随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗地上、地下组织膜透性变化为先升高后平稳。当浓度为50、100、150、200、250 mmol/L时，地上部膜透性较对照分别增加了42.18%、55.10%、78.91%、76.18%、78.22%，差异均达显著水平;地下部较对照分别增加了3.32%、31.68%、59.18%、56.68%和60.00%，均与对照差异显著。

2.3   NaCl胁迫对胡麻幼苗游离脯氨酸和可溶性蛋白的影响

从图5可以看出，随着NaCl浓度的增加，地上和地下组织游离脯氨酸的含量均呈先迅速上升后缓慢下降的趋势。NaCl浓度为150 mmol/L时游离脯氨酸含量均达到最高值，地上和地下组织分别较对照增加了7.65倍和6.00倍，差异均显著。浓度为200、250 mmol/L时，地上、地下组织游离脯氨酸含量均有所下降，其中地上组织含量分别为对照的6.35倍和6.27倍，地下组织含量分别为对照的5.70倍和5.67倍，差异均达到显著水平。另外，NaCl胁迫条件下胡麻幼苗地上组织游离脯氨酸含量均高于地下组织。

从图6可以看出，可溶性蛋白含量变化趋势与游离脯氨酸相似，随着NaCl浓度的增加，地上和地下组织均为先上升后下降。其中当NaCl浓度为50 mmol/L时，胡麻幼苗地上组织蛋白质含量较对照增加了62.86%;浓度为100、150 mmol/L时同时达到最高值，均为82.86%，均与对照差异显著;浓度为200、250 mmol/L时，地上组织蛋白质含量较对照分别上升了20.00%、8.57%，差异均不显著。当NaCl浓度为50、100 mmol/L时，地下组织可溶性蛋白含量较对照分别增加了10.00%、45.00%，且在浓度为100 mmol/L时含量最大，与对照差异显著;当浓度为150、200、250 mmol/L时，地下组织可溶性蛋白质含量较对照分别增加了22.5%、15.00%、10.00%。

2.4   NaCl胁迫对Na+、Ca2+、K+、Cl-离子含量的影响

从表1可知，随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中的Na+含量均为上升趋势，且浓度达到250 mmol/L时Na+含量均达到最大值，不同组织中的Na+含量顺序为叶 >   根 > 茎。根茎叶中Na+ 含量的最大值分别较对照增加了0.74倍、0.27倍，和6.26倍，说明胡麻幼苗在盐胁迫下大量Na+主要积累在叶片中。随着NaCl胁迫浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中的Cl-含量均为上升趋势，且浓度达到250 mmol/L时Cl-含量均达到最大值，不同组织的Cl-含量顺序为根 > 茎 > 叶。根茎叶中Cl-含量的最大值分别较对照增加了5.47倍、4.12倍和3.22倍，差异均显著。

随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中Ca2+含量均呈下降趋势，且浓度达到250 mmol/L时Ca2+含量均达到最小值，不同组织的Ca2+流失顺序为根 > 茎 > 叶。根茎叶中Ca2+含量的最小值分别较对照降低了5.41倍、4.7倍，和1.55倍，差异均达到显著水平。随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中K+含量均为下降趋势，且浓度达到250 mmol/L时K+含量均达到最小值，不同组织K+流失顺序为叶 > 根 > 茎。根茎叶中K+含量最小值较对照分别降低了38.9%、37.54%和57.0%，差异均显著。

2.5   NaCl胁迫对K+/Na+、Ca2+/Na+的影响

随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中K+/Na+均为下降趋势，且浓度为250 mmol/L时均达到最小值。不同组织的K+/Na+比例依次为茎 > 根 > 叶，其中根茎叶中最小值分别较对照降低了2.67倍、2.4倍和17.18倍，差异均达到显著水平。

胡麻幼苗根茎叶中Ca2+/Na+均为下降趋势，且浓度为250 mmol/L时均达最小值。不同组织的Ca2+/Na+比例同样为茎 > 根 > 叶，其中根茎叶中Ca2+/Na+的最小值分别较对照降低了2.67倍、2.4倍和17.18倍，差异均显著（表1）。

2.6   NaCl胁迫对SS/R （K， Na）、SL/S （Ca， Na）、SS/R （K， Na）、SL/S （Ca， Na）的影响

随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗SS/R （K， Na）值呈现波动向上趋势，浓度为100、200、250 mmol/L时分别高于对照4.83%、44.82%和24.14%;浓度为50 mmol/L和150 mmol/L時分别较对照低23.45%、15.17%，差异均显著。SS/R （Ca， Na ） 值随着NaCl胁迫浓度的增加呈现先降低后升高的趋势，浓度为50 mmol/L时较对照降低了1.4%，差异不显著;浓度为100、150、200、250 mmol/L时分别较对照增加了14.02%、43.93%、60.28%、40.19%，差异均显著（图7）。

随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗SL/S  （K， Na）值呈现明显下降趋势，浓度为50、100、150、200、250 mmol/L时分别较对照降低了56.13%、77.45%、77.94%、87.61%、86.25%，差异均达显著水平。SL/S  （Ca， Na）值随着NaCl胁迫浓度的增加呈现先下降后升高趋势，但均显著低于对照，NaCl 浓度50、100、150、200、250 mmol/L处理分别较对照降低了27.17%、48.48%、48.95%、54.10%、39.34%（图8）。

3   结论与讨论

研究表明，胡麻幼苗干鲜重、含水量、叶绿素含量均在低浓度NaCl（≤100 mmol/L）胁迫下小幅上升，并随着胁迫浓度的增加而下降，此现象也被称为“低促效应”，在很多作物耐盐性研究中都有相似结果[11 - 14 ]。胡麻幼苗地上和地下组织中膜透性呈现出明显的上升趋势，游离脯氨酸的含量和可溶性蛋白含量均随着NaCl浓度的增加表现为先上升后缓慢下降。随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中Na+、Cl-含量均为上升趋势，其中Na+积累顺序为叶 > 根 > 茎，Cl-积累顺序为根 > 茎 > 叶，Ca2+流失顺序为根 > 茎 > 叶，K+流失顺序为叶 > 根 > 茎。高浓度盐胁迫下胡麻幼苗将相对较多的Na+ 积累在叶片中，导致叶片中K+流失较根茎中更严重，Ca2+流失首先从根部开始，以延缓茎和叶中的流失，起到缓解盐害目的。

Na+在不同器官中的分配是植物耐受盐分的重要机制[15 ]。我们研究认为，高浓度盐胁迫下胡麻幼苗将相对较多的Na+ 积累在叶片中，其原因可能是当根中积累的Na+超出了其有效调节范围，通过提高叶片中Na+含量来降低其渗透势，以促进水分向地上部的运输，缓解盐胁迫造成的生理干旱。植物受到盐胁迫后，会吸收更多Na+和Cl-等离子，减少对K+、Ca2+的吸收，导致植物体内自身的离子平衡被扰乱[16 ]。在盐碱胁迫下，高活性Na+置换质膜上的Ca2+，使细胞中Ca2+浓度降低，导致质膜上Ca2+失去平衡，破坏作物体内离子平衡[17 ]。同样由于胡麻幼苗叶片中优先积累了大量的Na+，导致叶片中K+流失较根茎中更严重。薛延丰等研究发现，盐胁迫后Na+能置换细胞膜上的Ca2+，导致K+的大量外流[18 ]，以上结论也与本研究相符。

K+/Na+、Ca2+/Na+比值常用来表征盐胁迫对离子平衡的破坏程度，其比值愈低，表明Na+对K+、Ca2+吸收的抑制效应愈强，受盐害愈严重[19 ]。本研究表明，随着NaCl胁迫浓度的增加，胡麻幼苗根茎叶中K+/Na+和Ca2+/Na+均为下降趋势，且胁迫浓度达到250 mmol/L时均达到最小值。此结果与NaCl胁迫处理下，牛叠肚幼苗根、茎、叶中 K+/Na+比值较对照显著下降趋势一致[10 ]。有研究表明，各器官Ca2+/Na+比值的下降可能与盐胁迫下质膜上的Ca2+被高活性的Na+取代有关[20 ]，进而破坏了植株体内的离子平衡，也可能与各器官Na+的净增加和矿质营养元素的降低有关[21 ]。

盐分胁迫下植物根系对K+的选择性吸收能力提高即S （K， Na）增大，以维持细胞正常的代谢活动，S（K， Na）增大的植物能够更好地耐受盐分胁迫[22 ]。本研究中，随着NaCl浓度的增加，胡麻幼苗SS/R （K， Na）值呈现波动向上趋势，SL/S（K， Na）值随着NaCl浓度的增加呈现下降趋势。如前所述，随着NaCl浓度的增加，促进了根系对K+的选择性吸收能力并运输积累到茎部，从而导致SS/R （K， Na）值升高，而由于叶片中Na+的大量积累置换了K+的含量，所以导致SL/S（K， Na）值下降。本研究中SS / R（Ca， Na）值和SL / S（Ca， Na）值均在低浓度NaCl胁迫下降低，而在高浓度胁迫下逐渐升高，其原因也同样如前所述低浓度NaCl胁迫下Ca2+流失缓慢，而高浓度胁迫下Ca2+流失速度加快，且流失比为根 > 茎 > 叶。由此表明，胡麻幼苗Ca2+流失首先从根部开始，延缓了茎和叶中的流失，从而起到缓解盐害目的。

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（本文责编：杨     杰）