胡澤彬+卜晶晶+王素芳+張志勇

摘要：在水培條件下研究了不同NaCl濃度（10.5和50.5 mmol/L）對(duì)不同鉀供應(yīng)水平（0.05和2.50 mmol/L）下棉花幼苗根系生長(zhǎng)及K、Ca、Mg、Na含量的影響。結(jié)果表明，0.05 mmol/L K條件下，NaCl降低了根系中Ca、K和Mg含量，降低了K/Na值，但兩種濃度的NaCl均顯著提高了根系干物質(zhì)量、根系總長(zhǎng)度和表面積，其中直徑≤0.2 mm的細(xì)根長(zhǎng)度和表面積增加幅度最大，而2.50 mmol/L K條件下，僅10.5mmol/L的NaCl顯著促進(jìn)了根系總長(zhǎng)度和表面積，但對(duì)根系干物質(zhì)量沒(méi)有顯著影響，并且10.5 mmol/L的NaCl顯著降低了K/Na值，而對(duì)Ca、K和Mg含量無(wú)顯著影響。

關(guān)鍵詞：棉花幼苗；NaCl脅迫；供鉀水平；根系生長(zhǎng)；鉀、鈉、鈣、鎂含量

中圖分類(lèi)號(hào)：S562.062；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）19-4543-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.009

Effects of Na+ on Root Growth of Cotton Seedlings and Contents of K，Ca，Mg

under Different Potassium Availability

HU Ze-bin，BU Jing-jing，WANG Su-fang，ZHANG Zhi-yong

（School of Life Science and Technology/Cotton Research Institute， Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003， Henan，China）

Abstract： The effects of NaCl with low concentration（10.5 and 50.5 mmol/L） on root growth of cotton seedling and contents of K， Ca， Mg and Na were studied under different K levels （0.05 and 2.5 mmol/L）. Under 0.05 mmol/L K， NaCl reduced the contents of Ca， K and Mg and K/Na value， but significantly increased weight of dry root and total root length and surface area. Among which， fine root with diameter≤0.2 mm was enhanced with the highest margin. Under 2.5 mmol/L K， only 10.5 mmol/L NaCl significantly increased total root length and surface area with no significant effects on weight of dry root. 10.5 mmol/L NaCl significantly inhibited K/Na Value with no significant effects on contents of Ca， K and Mg.

Key words： cotton seedlings； NaCl stress； K level； root growth； K， Na， Ca， Mg contents

對(duì)動(dòng)物而言，Na是一種必需元素，在飲食中必須以相對(duì)大的數(shù)量存在。但是，按照Arnon等[1]和Epstein[2]對(duì)必需元素的定義，除特定的C4植物之外，Na目前并沒(méi)有顯示是大多高等植物的必需元素。盡管Na并沒(méi)符合必需元素的要求，但在植物營(yíng)養(yǎng)方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用。因此，在植物上，Subbarao等[3]將Na離子定義為功能性離子。

棉花是喜K作物，K缺乏會(huì)降低纖維產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。同時(shí)，和玉米、大豆相比，棉花對(duì)Na的耐受性更強(qiáng)些[5，6]，但是大量研究也表明，鹽漬化大幅度抑制了棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[7，8]。在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育周期中，在幼苗期棉花對(duì)鹽最敏感[9]。

隨著世界人民對(duì)食物需求的增加和可耕地面積的減少，棉花種植向鹽堿地轉(zhuǎn)移。生產(chǎn)上，棉花經(jīng)常早衰，在鹽堿地上，這種情況更加嚴(yán)重。鉀缺乏抑制了根系生長(zhǎng)[10，11]，而Na也抑制了根系生長(zhǎng)[12，13]，但是鉀缺乏時(shí)Na對(duì)根系生長(zhǎng)的作用目前尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，在不同K供應(yīng)水平條件下，研究了低濃度Na對(duì)棉花幼苗根系生長(zhǎng)和根系K、Ca、Mg和Na含量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與方法

供試材料為國(guó)審棉百棉1號(hào)（河南科技學(xué)院選育）。培養(yǎng)室培養(yǎng)條件：光照時(shí)間/黑暗時(shí)間為14 h/10 h，光照為350 μmol/（m2·s），晝/夜溫度為30～33 ℃/ 23～26 ℃。

挑選飽滿(mǎn)的種子，用9%的雙氧水消毒30 min后，取出用去離子水將種子沖洗干凈，置于裝有濕潤(rùn)沙子的盆缽中萌發(fā)，上面用塑料薄膜覆蓋，并打少量孔以利通氣，待子葉長(zhǎng)出后，揭去薄膜，噴清水保持濕潤(rùn)，萌發(fā)1 d后從盆缽將萌發(fā)的幼苗轉(zhuǎn)移到調(diào)整好的營(yíng)養(yǎng)液中。盛放營(yíng)養(yǎng)液的容器規(guī)格：長(zhǎng)×寬×高為20 cm×13 cm×15 cm，容器的外層用鋁泊紙包裹，其上有鉆孔泡沫定植板，棉花幼苗用海綿包莖固定于泡沫板的孔洞中。待移栽后，在水培條件下培養(yǎng)，每天連續(xù)通氣。營(yíng)養(yǎng)液組成為：2.5 mmol/L的Ca（NO3 ）2，1 mmol/L的MgSO4，0.5 mmol/L的NaH2PO4，2×10-4 mmol/L的CuSO4，1×10-3 mmol/L的ZnSO4，0.1mmol/L的EDTAFeNa，2×10-2 mmol/L的H3BO3，5×10-6 mmol/L的（NH4） 6Mo7O24和1×10-3 mmol/L的MnSO4和不同濃度的KCl和NaCl。K處理設(shè)兩個(gè)水平：低鉀0.05 mmol/L和高鉀2.50 mmol/L，兩個(gè)鉀濃度下，NaCl處理設(shè)3個(gè)水平：0.5 mmol/L（CK），10.5 mmol/L，50.5 mmol/L。

1.2 棉花幼苗干重、根系形態(tài)、根系礦質(zhì)元素含量測(cè)定

處理7 d后，選擇大小、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗用于棉花幼苗根干重、根系形態(tài)、礦質(zhì)元素含量的測(cè)定。將整株幼苗的根系剪下，分散置于根系掃描盤(pán)中，利用根系掃描分析儀（Epson perfection 4990 PHOTO）透掃，將圖像存為JPEG格式，用根系分析軟件（WinRhizo pro 2007）自動(dòng)分析根系總長(zhǎng)、表面積、體積等。根據(jù)根系直徑，將根系分為細(xì)根（直徑≤0.2 mm）、中根（0.2 mm﹤直徑≤0.45 mm）和粗根（直徑>0.45 mm） [14]。

掃描后的根系在恒溫烘箱中70 ℃下烘干后稱(chēng)重。將烘干后的棉花幼苗根系樣品放入研缽中研磨，稱(chēng)取約0.1 g左右研磨后的棉花幼苗根系樣品于樣品瓶中，加入10 mL鹽酸加蓋擰緊，浸泡5 h后放置于HY-2往復(fù)振蕩器上振蕩30 min，提取上清液至事先編號(hào)的離心管中。采用電荷偶感等離子體發(fā)射光譜儀（型號(hào)PE-optima 2100 DV，USA）測(cè)定溶液中Mg、Na、Ca和K的含量。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析

以培養(yǎng)盒為單位，1盒為1次重復(fù)。每處理設(shè)4次重復(fù)，每盒8株。每個(gè)處理取樣6次重復(fù)。所有數(shù)據(jù)采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件（8.0）的SNK多重比較法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀供應(yīng)水平下，NaCl對(duì)棉花幼苗根系生長(zhǎng)的影響

如表1所示，在低K供應(yīng)水平下，10.5 mmol/L的NaCl顯著增加了棉花幼苗根系干物質(zhì)量，50.5 mmol/L的NaCl 進(jìn)一步顯著增加了棉花幼苗根系干物質(zhì)量；在高K供應(yīng)水平下，10.5 mmol/L的NaCl對(duì)棉花幼苗根系干物質(zhì)量沒(méi)有影響，而50.5 mmol/L的NaCl顯著抑制了棉花幼苗根系干物質(zhì)量。

如表1所示，在低K供應(yīng)水平下，NaCl脅迫顯著提高了根系總長(zhǎng)度、表面積和體積，10.5 mmol/L 和50.5 mmol/L NaCl條件下的根總長(zhǎng)度、表面積、體積間差異不顯著。在高K供應(yīng)水平下，10.5 mmol/L NaCl處理的根系總長(zhǎng)度、表面積、體積均顯著高于0.5和50.5 mmol/L NaCl處理的根系總長(zhǎng)度、表面積、體積。

2.2 不同鉀供應(yīng)水平下，NaCl對(duì)棉花幼苗不同直徑根生長(zhǎng)的影響

如表2所示，在低K供應(yīng)水平下，NaCl促進(jìn)了細(xì)根和中根的根長(zhǎng)度和根表面積，顯著促進(jìn)了粗根長(zhǎng)度而對(duì)其表面積的增加沒(méi)達(dá)到顯著水平；50.5 mmol/L NaCl 相對(duì)于10.5 mmol/L NaCl，顯著促進(jìn)了細(xì)根長(zhǎng)度而抑制了粗根長(zhǎng)度，對(duì)細(xì)、中和粗根的表面積沒(méi)有顯著影響。在高K供應(yīng)水平下，NaCl對(duì)細(xì)根長(zhǎng)度無(wú)顯著影響，10.5 mmol/L NaCl促進(jìn)了中根和粗根的長(zhǎng)度以及粗根的表面積。

2.3 不同鉀供應(yīng)水平下，NaCl對(duì)棉花幼苗根系中礦質(zhì)元素含量的影響

如表3所示，在低K供應(yīng)水平下，與對(duì)照相比，10.5 mmol/L 顯著抑制了鉀的吸收和增加了Na的吸收，對(duì)Ca和Mg吸收沒(méi)有顯著影響， 顯著降低了K/Na值； 50.5 mmol/L NaCl顯著抑制K、Ca和Mg的吸收和促進(jìn)了Na的吸收，顯著降低了K/Na值。在高K供應(yīng)水平下，與對(duì)照相比， 10.5 mmol/L NaCl對(duì)根系吸收礦質(zhì)元素Ca、Mg、K、Na的影響不顯著，顯著降低了K/Na值；50.5 mmol/L NaCl顯著促進(jìn)Ca、Mg和Na的吸收而抑制了K的吸收，顯著降低了K/Na值。

3 討論

K是植物代謝和生長(zhǎng)所需要的大量元素[15]。Na不僅在化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面與K相似，而且在某種程度上可以替代鉀的許多功能，如內(nèi)部滲透調(diào)節(jié)[16]。并且，已有研究顯示，Na對(duì)生長(zhǎng)有益，可以提高產(chǎn)量[17-20]，甚至改善品質(zhì)[21，22]。但是，隨著鹽水平增加，棉花[23]和小麥[24]幼苗根系長(zhǎng)度減少，兩項(xiàng)研究中使用的最低NaCl濃度分別是50和100 mmol/L。此次的研究結(jié)果表明，低鉀條件下，NaCl（10.5和50.5 mmol/L）促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，顯著提高了根系干物質(zhì)量和根系總長(zhǎng)度，根系總長(zhǎng)度中，細(xì)根長(zhǎng)度增加幅度最大，而高鉀條件下，僅10.5 mmol/L顯著促進(jìn)了根系總長(zhǎng)度，對(duì)根系干物質(zhì)量沒(méi)有顯著影響。這表明，鉀缺乏時(shí)，一定濃度的Na可以替代鉀的功能，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，但不一定是內(nèi)部滲透調(diào)節(jié)功能替代，因?yàn)殁浫狈l件下，0.5 mmol/L Na時(shí)，K和Na含量之和為39.7 mg/g（DW），而50.5 mmol/L Na時(shí)，兩者含量之和為36.1 mg/g（DW），兩者之間無(wú)明顯差異。

Na處理降低了K/Na值，降低了缺鉀條件下Ca和Mg的含量。同樣，其他研究也表明，Na增加降低了棉花根系和莖葉中K和Ca的含量[25]。K和Na選擇性弱化和Na誘導(dǎo)的K缺乏是鹽脅迫條件下生長(zhǎng)抑制和產(chǎn)量降低的主要原因[26]，也是隨著鹽水平增加K/Na值降低的原因。Na削弱Ca吸收的原因或許是因?yàn)镹a置換了細(xì)胞膜中的Ca和改變了膜的完整性[27]。在大多數(shù)植物中，離子積累具有毒性作用，打破了離子平衡[28]，離子毒性導(dǎo)致細(xì)胞膜不可逆轉(zhuǎn)的損害[29]。K充分條件下，Na增加卻增加了根系中Ca和Mg的含量，或許是因?yàn)镹a抑制了K的吸收，因?yàn)镵是Ca和Mg吸收的強(qiáng)烈抑制劑[19，30]。

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