戚冰潔， 曹月陽， 張珮琪， 汪吉東， 張永春， 徐陽春

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測實驗站，江蘇 南京210014;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210095;3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193)

世界上約20%的可耕地以及近一半的灌溉田都受到鹽脅迫的影響［1］。土壤中可溶性鹽主要由Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等離子組成［2］，其中主要由Na+、對植株生長造成不利影響。有研究結(jié)果［3-4］表明Cl-對植物的影響大于Na+和Moya 等［5］對柑橘的研究結(jié)果表明，其耐鹽性取決于根系外排Cl-的能力。也有研究結(jié)果表明對NaCl 處理的植株添加外源氯可促進(jìn)植物對氧化脅迫的積極響應(yīng)［6］。

甘薯具有一定的耐鹽性，在0.5%鹽分條件下仍具有一定的產(chǎn)量，但品種間差異較大［7-8］。傳統(tǒng)上認(rèn)為甘薯屬于忌氯作物［9］，氯會導(dǎo)致品質(zhì)和產(chǎn)量的降低。Cl-毒害現(xiàn)象非常普遍，如小麥、大豆、菜豆、棉花以及多數(shù)果樹等敏感品種葉片積累過量Cl-就會產(chǎn)生毒害作用［10-11］。但也有研究結(jié)果表明，適當(dāng)范圍內(nèi)施用氯化鉀可以提高甘薯產(chǎn)量，且對品質(zhì)和鮮薯干絲率無顯著影響［12-13］。本試驗研究外源氯脅迫對甘薯生長及氮代謝的影響，以期為甘薯耐氯機制研究以及耐鹽新品種選育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選取淀粉加工型品種徐薯22(X22)、蘇薯11(S11)，以及紫心品種寧紫1 號(NZ1)，材料由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

剪心葉以下3 ～4 莖節(jié)處甘薯苗，扦插在有孔隙的泡沫板中固定。將泡沫板置于57 cm×39 cm×10 cm(長×寬×高)的周轉(zhuǎn)箱上，每箱18 株。箱中裝入14 L 去離子水配成的1/4 Hoagland 完全營養(yǎng)液(液面高6.3 cm)，于溫室中培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為晝、夜溫度分別為(26±2)℃、(17±2)℃，相對濕度60%±5%。

待發(fā)根正常后，轉(zhuǎn)入1/2 Hoagland 營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。5 ～7 d 后選取生長良好、長勢基本一致的幼苗，轉(zhuǎn)入含Cl-濃度為0 mmol/L、42.2 mmol/L、84.4 mmol/L、168.8 mmol/L、211.0 mmol/L 的Hoagland 營養(yǎng)液進(jìn)行處理。整個培養(yǎng)過程自然光照，每天補充去離子水至標(biāo)記液面刻度，用H2SO4調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH 5.5 ～6.0，每隔3 d 更換1 次營養(yǎng)液，并早晚各通氣0.5 h。處理7 d 和21 d 后測定相關(guān)指標(biāo)。

外源氯處理配方［14］為CaCl2∶MgCl2∶KCl ∶NH4Cl=36 ∶38 ∶54 ∶9。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 鮮質(zhì)量、葉綠素含量指數(shù)和丙二醛含量的測定 從周轉(zhuǎn)箱中取植株用自來水沖洗，再用蒸餾水將植株洗凈，用吸水紙吸干，稱鮮質(zhì)量。選取第3 ～4 葉序處的功能葉，用CCM-200 葉綠素測定儀測定葉片葉綠素含量指數(shù)。參考Azevedo 等［15］的方法測定丙二醛含量。

1.3.2 硝酸還原酶活性和硝酸鹽含量的測定 活體法測定硝酸還原酶活性［16］，410 nm 處比色測定硝酸鹽含量［17］。

1.3.3 甘薯氮、磷、鉀含量的測定 植株樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀(K9840，濟南海能儀器公司生產(chǎn))測定全氮，鉬銻抗比色法測定全磷，用火焰光度計(FP6410，上海欣益儀器公司生產(chǎn))測定全鉀。并計算N、P、K 的積累值［18］，N(P 或K)積累值=植株N(P 或K)含量×植株干物質(zhì)積累量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用SPSS16.0 對測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，Microsoft Excel 2010 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源氯脅迫對甘薯幼苗生長的影響

不同品種間生物量對外源氯的響應(yīng)存在差異(圖1)。處理7 d 甘薯幼苗鮮質(zhì)量受外源氯的影響顯著低于對照;處理21 d 蘇薯11 和寧紫1 號鮮質(zhì)量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，而徐薯22 隨濃度升高而降低，但維持在一定水平。三個品種相比較，寧紫1 號受外源氯影響最大，幼苗鮮質(zhì)量最小。

2.2 外源氯脅迫對甘薯幼苗葉綠素和丙二醛含量的影響

42.2 ～168.8 mmol/L 外源氯處理促進(jìn)各品種的葉綠素合成(圖2)。氯處理21 d 84.4 mmol/L處理的葉綠素含量指數(shù)(CCI)最高，徐薯22、蘇薯11 和寧紫1 號分別比對照增加了50.7%、23.6%和13.9%。3 個品種的葉綠素含量相比:徐薯22 大于蘇薯11 大于寧紫1 號。Cl-處理甘薯幼苗7 d，除寧紫1 號MDA 含量在低濃度(Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，另外兩個品種變化不大(圖2);經(jīng)過21 d 處理，各品種MDA 含量隨Cl-濃度升高而增加，其中徐薯22 和蘇薯11 在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L處理下MDA含量顯著高于對照，而寧紫1 號在Cl-濃度大于等于168.8 mmol/L 處理下顯著高于對照。

圖1 不同濃度外源氯對甘薯幼苗植株鮮質(zhì)量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on fresh weight of sweet potato seedlings

圖2 不同濃度外源氯對甘薯幼苗葉綠素含量指數(shù)和丙二醛含量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on chlorophyll content index and MDA content in sweet potato seedlings

2.3 外源氯脅迫對甘薯幼苗硝酸還原酶活性和硝酸鹽含量的影響

外源氯處理7 d，蘇薯11 和寧紫1 號的硝酸還原酶(NR)活性逐漸降低，徐薯22 在低濃度(Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L)處理下NR活性顯著高于對照;在Cl-濃度小于等于84.4 mmol/L 條件下處理21 d 徐 薯22 和 蘇 薯11 的NR活 性 升 高，在84.4 mmol/L 濃度下達(dá)到顯著水平，分別增高15.9%和51.9%(圖3)。由圖3 可以看出，外源氯處理7 d 徐薯22 硝酸鹽含量顯著高于對照，而寧紫1 號在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L 處理下顯著低于對照;Cl-處理21 d 后，徐薯22 和寧紫1 號在Cl-濃度大于等于84.4 mmol/L 處理下NO-3 含量均顯著低于對照，而蘇薯11呈低濃度促進(jìn)高濃度抑制NO-3 積累的變化趨勢。

圖3 不同濃度外源氯對甘薯幼苗硝酸還原酶活性和NO－3 含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on nitrate reductase activity and NO－3 content in sweet potato seedlings

2.4 外源氯脅迫對甘薯幼苗養(yǎng)分吸收及累積值的影響

由圖4 可看出，根系氮含量高于地上部。外源氯處理7 d，除寧紫1 號地上部氮含量逐漸降低，其他品種地上部與根系受外源氯影響差異不大。處理21 d，徐薯22 地上部含氮量除211.0 mmol/L 處理低于對照外，其他處理均顯著高于對照。蘇薯11 和寧紫1 號地上部含氮量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照。3 個品種外源氯處理21 d 根系含氮量測定結(jié)果與地上部類似:徐薯22 在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，蘇薯11 和寧紫1號在42.2 mmol/L 處理下根系含氮量顯著上升。

外源氯處理7 d，各品種地上部和根系磷含量隨Cl-濃度增大而降低(圖4)。處理21 d，不同品種磷含量對Cl-響應(yīng)各不相同:地上部P 的吸收，徐薯22處理 間 差 異 不 明 顯，蘇 薯11 在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均高于對照，寧紫1 號在42.2 mmol/L 處理下顯著高于對照;根系磷的積累，3 個品種在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均高于對照，其中蘇薯11 在84.4 mmol/L 處理下達(dá)到顯著水平。由圖4 可看出根系鉀含量高于地上部，Cl-濃度≥84.4 mmol/L 處理7 d 各品種地上部鉀含量顯著低于對照;根系鉀含量測定結(jié)果表明，外源氯處理7 d 促進(jìn)鉀的積累，但處理21 d 時差異不明顯。

外源氯處理21 d 后各品種養(yǎng)分累積出現(xiàn)明顯差異(表1)，3 個甘薯品種養(yǎng)分累積量為鉀＞氮＞磷，地上部養(yǎng)分累積高于根系，且受外源氯影響變化趨勢相同。方差分析結(jié)果顯示，徐薯22 幼苗養(yǎng)分累積值隨外源氯濃度升高而逐漸降低，且在Cl-濃度≥84.4 mmol/L 處理下顯著低于對照;蘇薯11 和寧紫1 號在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下養(yǎng)分累積增加，在211.0 mmol/L 處理下養(yǎng)分累積顯著低于對照。蘇薯11 和寧紫1 號分別在42.2 mmol/L 和84.4 mmol/L 處理下養(yǎng)分累積量最高。

3 討論

3.1 外源氯對甘薯幼苗生長的影響

有研究結(jié)果表明，Cl-會導(dǎo)致植株生物量、光合活性和光合色素含量的降低［19］;而胡小婉等［20］的研究結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的Cl-處理可以增加油菜的干物質(zhì)積累速率和葉綠素含量。本試驗結(jié)果表明，低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)外源氯處理21 d 可以增加蘇薯11 和寧紫1 號幼苗生物量，徐薯22 植株鮮質(zhì)量則隨著Cl-濃度升高而降低但仍可維持在一定水平。

圖4 不同濃度外源氯對甘薯幼苗地上部和根系N 含量、地上部和根系P 含量、地上部和根系K 含量的影響Fig.4 Effects of different concentrations of exogenous chlorine on nitrogen content in shoot and root，phosphorus content in shoot and root，potassium content in shoot and root of sweet potato seedlings

表1 外源氯處理21 d 對甘薯幼苗N、P、K 累積值的影響Table 1 Effects of exogenous chlorine treatment for 21 d on NPK-accumulations in sweet potato seedlings

許多研究結(jié)果表明鹽脅迫會造成植株光抑制和光損傷［21］，從而導(dǎo)致活性氧(ROS)的產(chǎn)生?；钚匝跄芡ㄟ^氧化蛋白質(zhì)、核酸及脂質(zhì)改變細(xì)胞內(nèi)代謝，在這些過程中出現(xiàn)了脂質(zhì)過氧化現(xiàn)象［22］。丙二醛(MDA)為多不飽和脂肪酸的分解產(chǎn)物，其含量水平通常被當(dāng)做脂質(zhì)過氧化程度的指標(biāo)［23］。通常人們認(rèn)為MDA 含量越高脂質(zhì)過氧化程度越大，也即細(xì)胞氧化受損程度越嚴(yán)重。但有研究結(jié)果表明MDA可以觸發(fā)相關(guān)基因的表達(dá)，從而激活植株對非生物脅迫早期防御響應(yīng)［24］。Tounekti 等［6］也提出葉片中MDA 短暫的上升現(xiàn)象，可能是迷迭香對鹽脅迫的一種保護(hù)機制，而不會造成植株損傷。本研究中，外源氯處理21 d 各品種MDA 含量隨Cl-濃度上升而增加，MDA 含量徐薯22＞蘇薯11＞寧紫1 號。而甘薯幼苗葉綠素含量在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下顯著高于對照，在該濃度范圍內(nèi)甘薯可以維持其生長以及葉綠素含量，表明它可以抵御逐漸增強的氧化脅迫，避免一些不可逆的傷害。

3.2 外源氯對甘薯幼苗氮代謝及營養(yǎng)吸收的影響

植物中的硝酸鹽(NO-3)儲存在液泡里，在細(xì)胞質(zhì)中被硝酸還原酶(NR)降解成亞硝酸鹽;亞硝酸鹽進(jìn)入葉片的葉綠體或非綠色組織的質(zhì)體中，通過亞硝酸還原酶(NiR)還原成銨，之后再通過一系列代謝反應(yīng)轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)［25］。植物硝酸還原酶受很多因素的調(diào)節(jié)，例如NO-3、光照、碳源、葉綠體功能等［26］。本試驗中外源氯處理21 d 時徐薯22 和蘇薯11 在低濃度(Cl-濃度≤84.4 mmol/L)處理下NR活性上升，寧紫1 號在42.2 mmol/L 處理下NR活性高于對照;各品種含量在Cl-濃度≤42.2 mmol/L 處理下高于對照。這表明在42.2 mmol/L處理下可能由于含量升高激活NR基因的表達(dá)提高NR活性，在更高濃度(84.4 mmol/L)處理下被NR分解，從而濃度降低。

有研究結(jié)果表明，Cl-會降低NR活性［27］，抑制的吸收［28］。鄭青松等［29］的研究結(jié)果表明一定范圍的外源氯處理，可以有效提高向日葵的氮素利用率。本試驗對甘薯全氮的測定結(jié)果顯示，根系氮含量高于地上部，且外源氯處理21 d 三個品種地上部與根系含氮量均有不同程度的上升。植株全氮的測定采用H2SO4-H2O2-擴散法，測得的是植株中有機氮和銨態(tài)氮［30］。甘薯NR活性和含量在42.2 mmol/L 處理下高于對照，而植株全氮在42.2 ～168.8 mmol/L 處理下均呈上升趨勢，表明幼苗內(nèi)的可能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成了銨或有機氮。

Chapagain 等［31］用不同濃度KCl 和MgCl2處理西紅柿106 d，結(jié)果顯示植株P(guān) 含量降低，但在146 d處理下P 含量與對照無顯著差異。本試驗中Cl-濃度≤168.8 mmol/L 處理21 d 各品種根系P 含量均高于對照，且寧紫1 號P 含量高于另外兩個品種。三個品種對于鉀的吸收根系高于地上部，且品種間差異不明顯，說明外源氯對鉀吸收影響不大。將外源氯處理21 d 各品種間N、P、K 累積量進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示徐薯22 受Cl-影響累積量逐漸降低，蘇薯11 和寧紫1 號則在42.2 mmol/L 和84.4 mmol/L 處理下顯著高于對照，這與甘薯幼苗鮮質(zhì)量測定結(jié)果相同。

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