周艷，劉慧英*，崔金霞，張健偉

（1石河子大學農(nóng)學院園藝系，新疆石河子832003；2新疆生產(chǎn)建設兵團特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用重點實驗室，新疆石河子832003）

外源GSH對NaCl脅迫下番茄幼苗葉片及根系離子微域分布的影響

周艷1,2，劉慧英1,2*，崔金霞1,2，張健偉1,2

（1石河子大學農(nóng)學院園藝系，新疆石河子832003；2新疆生產(chǎn)建設兵團特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用重點實驗室，新疆石河子832003）

【目的】鹽脅迫是限制新疆番茄生長的重要障礙因子之一，而外源噴施谷胱甘肽(GSH)是解決這一問題的有效措施。探討外源GSH緩解番茄鹽脅迫的效應和作用機制，可為該措施的有效應用提供理論依據(jù)。【方法】采用營養(yǎng)液栽培法，選用番茄品種‘中蔬四號’為試材。在營養(yǎng)液中加入NaCl100mg/L，使其產(chǎn)生鹽脅迫，以不加NaCl作為對照(CK)，試驗處理包括不噴施GSH(NaCl)、噴施GSH(+GSH)、噴施GSH合成酶抑制劑(+BSO)以及噴施GSH和BSO(+BSO+GSH)。測定番茄幼苗葉片和根系中與耐鹽性相關的K+、Ca2+、Mg2+、Na+和Cl–的離子微域分布狀態(tài)和平衡?！窘Y(jié)果】NaCl脅迫下番茄葉片和根系所有組織細胞中Na+和Cl–相對含量顯著提高，K+相對含量和K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–比值降低，說明NaCl脅迫使細胞中Na+和Cl–有害離子積累及胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)嚴重破壞；外源BSO施用進一步加劇了NaCl脅迫下番茄葉片和根系細胞的K+/Na+失衡。而外源GSH施用抑制了NaCl脅迫下番茄葉片和根系對Na+的吸收，降低了Cl–的相對含量，提高了K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–比值。外源GSH亦使NaCl+BSO脅迫下番茄葉片各組織及根系中皮層、內(nèi)皮層和中柱的Na+未檢出，根系和葉片各組織中Cl–相對含量顯著降低，K+和Ca2+相對含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–、Ca2+/Cl–比值顯著提高?！窘Y(jié)論】外源GSH通過抑制鹽脅迫下番茄葉片和根系對Na+的吸收，降低Cl–吸收，改善細胞中離子的微域分布和維持離子平衡,從而緩解了鹽脅迫對番茄的毒害作用，提高了番茄的耐鹽性。

谷胱甘肽番茄；鹽脅迫；離子微域分布；X-射線能譜

土壤鹽漬化已成為設施生產(chǎn)的主要限制因素和可持續(xù)發(fā)展的嚴重障礙。鹽脅迫對植物造成的傷害主要表現(xiàn)為離子毒害、滲透脅迫和氧化脅迫。植物獲得耐鹽能力的重要策略之一就是維持鹽脅迫環(huán)境下細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)(離子和滲透平衡)。Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Cl–是鹽脅迫下進行滲透調(diào)節(jié)的主要無機離子。近年來許多研究報道外源施用ABA、Ca2+、腐胺、硅和高鐵血紅素等物質(zhì)能夠顯著降低植株葉片或根系Na+和Cl–含量，提高K+/Na+和K+/Cl–比值，從而維持根部的離子穩(wěn)態(tài)，提高植株的抗鹽性[1–6]。

谷胱甘肽(glutathione，GSH)是植物體內(nèi)含量豐富的含巰基的低分子肽，是機體內(nèi)重要的水溶性抗氧化物質(zhì)，在抗氧化和對氧化還原(redox)敏感的信號傳導的調(diào)節(jié)中起著關鍵性作用。植物細胞中GSH庫受到嚴格的穩(wěn)態(tài)調(diào)控，當植物細胞感知調(diào)節(jié)redox平衡的GSH庫的高度穩(wěn)態(tài)遭到破壞，則積極進行細胞或基因表達的適應性改變。因此，GSH與植物對各種生物和非生物環(huán)境脅迫的耐性密切相關。有研究表明，外源GSH處理可以提高植物對低溫、鹽漬、重金屬等逆境脅迫的抗性[7]。我們前期的研究結(jié)果亦表明，外源GSH通過誘導提高鹽脅迫下番茄幼苗葉片的還原庫力水平和活性氧清除能力，維持細胞redox平衡處于還原狀態(tài)，有效保護光合系統(tǒng)，促進光系統(tǒng)Ⅱ光化學反應活性,降低鹽脅迫對光合暗反應的抑制，從而緩解鹽脅迫對番茄植株的危害，提高其耐鹽性[8]。但GSH提高番茄耐鹽性是否與其對植物在鹽害下的離子穩(wěn)態(tài)的維持有關還不太清楚。

因此，本研究以番茄為材料，采用X射線電子探針方法研究分別噴施GSH、BSO(GSH合成抑制劑)和BSO+GSH對鹽(NaCl)脅迫下番茄幼苗葉片及根尖選擇性吸收離子特別是與植物耐鹽性密切相關的K+、Ca2+、Mg2+和Na+、Cl–等離子的微域分布和平衡的影響,以期進一步闡明GSH緩解番茄鹽脅迫的效應和作用機理，為加速開發(fā)利用鹽漬土提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

試驗于石河子大學農(nóng)學院試驗站進行。以番茄品種‘中蔬四號’為試材，種子催芽后播種于草炭和蛭石體積比為2∶1的基質(zhì)中。在四葉一心期，挑選形態(tài)長勢整齊一致的番茄幼苗移入帶泡沫蓋板的12L水桶中，裝入10L用去離子水配制的Hoagland營養(yǎng)液(pH=6.2)。待幼苗長至六葉一心時進行不同處理，其中氯化鈉(NaCl)于處理時直接加入營養(yǎng)液中，于每日9:00葉片噴施5mmol/L谷胱甘肽(GSH)和1 mmol/L GSH合成抑制劑(BSO)，試驗期間全天通氣。

試驗設置5個處理：1)無NaCl脅迫營養(yǎng)液，葉片噴施蒸餾水(CK)；2)NaCl脅迫營養(yǎng)液，葉面噴施蒸餾水(NaCl)；3)NaCl脅迫營養(yǎng)液，葉片噴施GSH (+GSH)；4)NaCl脅迫營養(yǎng)液，葉片噴施1mmol/L BSO(+BSO)；5)NaCl脅迫營養(yǎng)液，葉片噴濕GSH和BSO(+BSO+GSH)。

每個處理重復3次，每個重復5株。處理后10d取樣進行根系與葉片離子微域分布的分析測定。

1.2 葉片礦質(zhì)元素 (離子) 分布的 X-射線能譜微域分析

參照施衛(wèi)明等[9]的方法進行樣品處理。在處理后10d，各處理每一重復隨機選取番茄1株，取自生長點倒數(shù)第三片功能葉，用鋒利的刀片切割葉片主脈基部的部分作葉樣，迅速投入液氮(–196℃)中冷凍2～3min，利用冷凍斷裂獲取根的橫截面，以冷凍真空干燥儀(HUS-5GB，Hitachi)干燥12h后，再用離子濺射儀(E-1010，Hitachi)噴鍍金膜，在掃描電子顯微鏡(S-3000N，Hitachi)上，用能譜儀(EMAX-250，Hitachi)分析元素。工作條件：加速電壓為20kV，束流40μA，工作距離15cm，光斑大小400μm，樣品與能譜探頭的夾角為35°，附帶表樣程序計算機判斷各峰值代表的元素種類，并自動計算出峰譜中K、Na、Mg、Cl、Ca5種元素分別占細胞中礦質(zhì)元素總重量的百分數(shù)。按番茄葉片的解剖學結(jié)構(gòu)特點，同一葉片每一微區(qū)選取3個點分析，分析微區(qū)為表皮、木質(zhì)部、韌皮部、薄壁組織、柵欄組織、海綿組織的細胞(圖1)，每處理3次重復。

1.3 根系礦質(zhì)元素 (離子) 分布的 X-射線能譜微域分析

在處理后第10d隨機選取各處理的番茄植株3株，清洗根系，用雙面刀片取距根尖3～4cm的根段，之后方法同葉片的材料處理及測定方法。按番茄根系的解剖學結(jié)構(gòu)特點，分析微區(qū)為表皮、外皮層、中皮層、內(nèi)皮層、中柱的細胞(圖1)，每處理3次重復。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel和SPSS16.0對所得數(shù)據(jù)進行處理和差異顯著性檢驗(Duncan’s法)。

圖1 冷凍真空干燥后番茄不同器官橫切面電鏡掃描圖Fig. 1 Electron-microscope scanning image of freeze-vacuum-dried cross-section of different organs of tomato

2 結(jié)果與分析

2.1 外源 GSH 對 NaCl 脅迫下番茄幼苗葉片細胞中離子相對含量的影響

由表1可見，對照處理下番茄葉片各組織的細胞中未檢測到Na+。與對照相比，NaCl脅迫下番茄葉片各組織的細胞中Na+和Cl–元素相對含量均顯著提高，Cl–相對含量在表皮、薄壁組織、韌皮部、木質(zhì)部、海綿組織及柵欄組織中的增幅分別為716.1%、407.5%、766.7%、190.9%、132.4%和458.9%；K+相對含量在葉片各組織細胞中均顯著降低，降幅分別為73.1%、320.0%、62.7%、97.1%、36.7%及145.8%；Ca2+相對含量在薄壁組織顯著降低，在韌皮部顯著增加，而在其他組織細胞不存在顯著差異；Mg2+相對含量在木質(zhì)部未檢測到，在表皮不存在顯著差異，在薄壁組織、韌皮部、海綿組織和柵欄組織顯著降低。

NaCl脅迫下噴施外源GSH使番茄葉片各組織細胞中的Na+相對含量降低至檢測限之下，即恢復至對照水平；各組織細胞中Cl–相對含量均顯著下降，K+相對含量均顯著升高；Ca2+相對含量在海綿組織和柵欄組織中顯著增加，在韌皮部中顯著降低。在其他組織中差異均不顯著；Mg2+相對含量除在表皮中不存在顯著差異外，在其他組織中均顯著增加。

外源噴施BSO使NaCl脅迫下番茄葉片Na+相對含量除在海綿組織中顯著降低24.8%外，在其他組織中均顯著提高；Cl–相對含量在薄壁組織、韌皮部和柵欄組織中顯著提高，在木質(zhì)部、海綿組織中顯著降低，在表皮中有所降低但不存在顯著差異；K+相對含量在柵欄組織中顯著提高，木質(zhì)部和海綿組織中顯著降低，而在表皮、韌皮部和薄壁組織中無顯著差異；Ca2+相對含量在薄壁組織、木質(zhì)部及柵欄組織中均顯著提高，在表皮、海綿組織和韌皮部中不存在差異；Mg2+相對含量在木質(zhì)部、柵欄組織細胞中顯著增高，在表皮中顯著降低，在其它組織中不存在顯著差異。

表1 不同處理番茄幼苗葉片不同組織細胞中離子相對含量Table 1 Relative content of ions in leaf tissues of tomato seedlings under different treatments

與+BSO處理相比，+BSO+GSH處理下番茄葉片各組織細胞中均未檢測出Na+；Cl–相對含量在各組織細胞中均顯著降低；K+和Ca2+相對含量在各組織中均顯著提高；在表皮、海綿組織中Mg2+相對含量顯著降低。在薄壁組織、韌皮部、木質(zhì)部和柵欄組織中未檢測到Mg2+。

2.2 外源 GSH 對 NaCl 脅迫下番茄幼苗葉片細胞中離子平衡的影響

由表2可見，因?qū)φ杖~片各組織中Na+相對含量在檢測限以下,因此對照中未計算K+/Na+和Ca2+/Na+。與對照相比，NaCl脅迫下番茄葉片細胞中K+、Ca2+與Na+和Cl–之間的平衡發(fā)生了顯著改變。番茄葉片在各組織細胞中K+/Na+和Ca2+/Na+呈降低趨勢。K+/Cl–和Ca2+/Cl–亦均顯著降低。

表2 不同處理番茄幼苗葉片不同組織細胞中離子相對含量比值Table 2 Ratio of ion relative contents in cells of leaf tissues of tomato seedlings under different treatments

噴施GSH處理使NaCl脅迫下番茄葉片各組織中Na+相對含量降至檢出限以下，且顯著增加各組織細胞中K+/Cl–和Ca2+/Cl–比值；噴施BSO處理使NaCl脅迫下番茄葉片表皮、薄壁組織和木質(zhì)部細胞中K+/Na+比值、表皮組織細胞中Ca2+/Na+顯著降低，對韌皮部、海綿組織和柵欄組織中K+/Na+比值無顯著影響。對各組織細胞中K+/Cl–和Ca2+/Cl–亦無顯著影響。

+BSO+GSH處理的番茄葉片各組織細胞中Na+相對含量降至檢出限以下；與+BSO處理相比，K+/Cl–和Ca2+/Cl–均顯著增加。

2.3 外源 GSH 對 NaCl 脅迫下番茄幼苗根系細胞中離子相對含量的影響

表3是根據(jù)不同處理下根尖各組織細胞的分析圖譜計算出的各離子相對含量百分數(shù)(不同處理下番茄幼苗根尖組織細胞的X射線電子探針點分析圖譜略)。與對照相比，NaCl脅迫下番茄根系在表皮、外皮層、中皮層、內(nèi)皮層和中柱細胞中Na+和Cl–相對含量均顯著提高，Na+相對含量增幅范圍在753.5%～1908.4%，其中以表皮增幅最大，中柱增幅最小。Cl–在外表皮和中柱增幅較大，分別達到518.8%和508.5%，表皮增幅最小，為309.7%；NaCl脅迫下番茄根系各組織的細胞中K+相對含量均較對照顯著降低；Ca2+相對含量在內(nèi)皮層顯著增加，在中柱顯著降低，在其他組織無顯著差異；Mg2+相對含量除外表皮無顯著差異外，在其他組織中均顯著降低。

表3 不同處理番茄幼苗根系組織細胞中離子相對含量Table 3 Relative content of ions in root tissues of tomato seedlings under different treatments

噴施外源GSH使NaCl脅迫下的番茄根系各組織中的Na+的相對含量均降至檢出限以下；Cl–的相對含量在各組織中均顯著降低，較對照分別降低了826.0%、1188.2%、1665.1%、1466.2%及318.4%；K+的相對含量在表皮、內(nèi)皮層和中柱組織細胞中顯著增加；Ca2+的相對含量在外皮層、中皮層和中柱細胞中顯著增加，在內(nèi)皮層和表皮細胞不存在顯著差異；Mg2+的相對含量在根系各組織中均顯著增加。顯然，噴施外源GSH顯著降低了對番茄根系細胞有毒害作用的離子相對含量，改善了鹽脅迫下根系中離子的微域分布。

外源噴施BSO使NaCl脅迫下番茄根系各組織中的Na+相對含量除在外表皮顯著升高14.5%外，在表皮、中皮層和中柱中均顯著降低，在內(nèi)皮層中不存在顯著變化；Cl–相對含量除在表皮中顯著升高14.4%外，在其他組織細胞中均顯著降低；K+相對含量除在中柱中無顯著差異外，在表皮、外皮層、中皮層和內(nèi)皮層中均顯著降低；Ca2+相對含量在中皮層和中柱中無顯著變化，在表皮及外皮層中顯著增加，在內(nèi)皮層中顯著降低；Mg2+相對含量在表皮、中皮層和內(nèi)皮層組織細胞中均顯著增加，在外皮層不存在顯著差異，在中柱細胞中降至檢出限以下。

與+BSO處理相比，+BSO+GSH處理下番茄根系表皮及外皮層細胞中的Na+相對含量顯著降低，降幅分別為1011.7%、1400.0%，在中皮層、內(nèi)皮層和中柱組織中降至檢出限以下；Cl–相對含量在各組織細胞中均顯著降低；各組織細胞中K+和Ca2+相對含量均顯著增加；Mg2+相對含量在表皮、內(nèi)皮層中顯著降低，在其它組織細胞中不存在顯著變化。

2.4 外源 GSH 對 NaCl 脅迫下番茄幼苗根系細胞中離子平衡的影響

由表4可以看出，與對照相比，NaCl脅迫下番茄根系各組織細胞中K+、Ca2+與Na+、Cl–之間的平衡發(fā)生了改變。NaCl脅迫下番茄根系表皮、外皮層、內(nèi)皮層和中柱細胞中K+/Na+和Ca2+/Na+均顯著降低；K+/Cl–在各組織細胞中均顯著降低；Ca2+/Cl–比值除在中柱細胞中顯著降低外，在其他組織細胞中均不存在顯著差異。

與NaCl相比，NaCl脅迫下噴施外源GSH使番茄根系各組織細胞中的Na+相對含量降至檢出限以下，且顯著增加K+/Cl–和Ca2+/Cl–比值，這與在番茄葉片上表現(xiàn)相同。

噴施外源BSO處理使NaCl脅迫下番茄根系中皮層細胞中K+/Na+比值顯著降低、Ca2+/Na+顯著提高，但對其他組織細胞中的K+/Na+和Ca2+/Na+比值無顯著影響；噴施外源BSO處理對番茄根系各組織細胞中K+/Cl–比值亦無顯著影響，顯著提高中柱細胞中Ca2+/Cl–，但對其他組織細胞中該比值無顯著影響。

與+BSO處理相比，+BSO+GSH處理的番茄根系表皮、外皮層中K+/Na+和Ca2+/Na+比值顯著增加。各組織細胞中K+/Cl和Ca2+/Cl–比值均顯著提高。

3 結(jié)論與討論

鹽分對植物的危害主要取決于鹽分離子濃度、分布及植物的耐鹽性，鹽分對植物毒害的機制之一是植物體內(nèi)過多的鹽分離子對植物產(chǎn)生的離子毒害效應。鹽脅迫下，Na+和Cl–等有害離子大量進入植株體內(nèi)，破壞離子和水分平衡，最終對植株生長造成傷害[10–11]。鹽脅迫下一些植物根系和葉片等部位產(chǎn)生的“鹽斑”是鹽分在體內(nèi)分布不均勻從而使植物受傷害的外在表現(xiàn)。植物往往通過根的選擇性吸收限制Na+進入，促進Na+外排及區(qū)隔化，維持離子平衡，降低鹽害影響[12–13]。K+、Ca2+和Mg2+等離子對提高植物的耐鹽性起著非常重要的作用[14–16]。所以控制植物對離子的選擇性吸收和區(qū)隔化對植物在逆境下的正常生長有至關重要的作用[17]。

本試驗的X射線電子探針(EDX)技術分析結(jié)果表明，NaCl脅迫下的番茄葉片和根系所有組織的細胞中Na+和Cl–相對含量均較對照顯著提高，同時K+相對含量降低，K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–比值均呈降低趨勢。說明NaCl脅迫使細胞中的離子穩(wěn)態(tài)受到嚴重破壞，Na+和Cl–有害離子的積累及其胞內(nèi)離子平衡的嚴重失調(diào)是造成番茄幼苗傷害的重要原因。而NaCl脅迫下噴施外源GSH可明顯降低番茄葉片和根系各個組織細胞中Cl–相對含量，Na+相對含量均降低到檢測限之下，恢復至對照水平。K+、Ca2+和Mg2+的相對含量的變化表現(xiàn)出器官和組織差異性，但總體表現(xiàn)為在根系和葉片組織細胞中提高，且K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–比值均顯著提高。說明噴施外源GSH抑制了鹽脅迫下番茄對Na+的吸收，顯著降低了對番茄根系細胞有毒害作用的離子相對含量，改善了鹽脅迫下根系中離子的微域分布，從而緩解了鹽脅迫對番茄的毒害作用，提高了番茄的耐鹽性。這一發(fā)現(xiàn)為GSH提高鹽脅迫番茄體內(nèi)K+、Ca2+和Mg2+濃度，降低Na+和Cl–濃度，進而提高番茄的耐鹽性提供了直接的證據(jù)。Liang[18]研究認為，鹽脅迫下硅對根系H+-ATPase活性的提高可能是硅提高鉀、鈉選擇性比率的原因。我們前期的研究亦表明外源GSH介導高的還原庫力和活性氧清除能力，有效緩解了鹽脅迫導致的膜脂過氧化程度，維持了膜的完整性和正常功能[19]。Chen等[20]研究認為耐鹽大麥根系質(zhì)膜的Na+、K+轉(zhuǎn)運體控制鹽脅迫后的K+/Na+平衡。因此，外源GSH通過何種途徑調(diào)控鹽脅迫下番茄幼苗葉片及根尖選擇性吸收離子來提高耐鹽性的作用機制還有待進一步研究。

表4 不同處理番茄幼苗根系不同組織細胞中離子相對含量比值Table 4 Ratio of ion relative contents in root tissue cells of tomato seedlings under different treatments

BSO是谷胱甘肽合成抑制劑。金曉芬[21]研究認為，外源BSO處理使Pb脅迫下東南景天GSH含量降低，因此葉片受害加劇。本試驗中，噴施外源BSO使NaCl脅迫下番茄葉片表皮、薄壁組織和木質(zhì)部細胞中K+/Na+比值、表皮細胞中Ca2+/Na+顯著降低，使番茄根系皮層細胞中K+/Na+比值顯著降低、Ca2+/Na+和Ca2+/Cl–顯著提高。Chen等[20]認為維持細胞的K+/Na+平衡是植物耐鹽性的關鍵因素。而細胞內(nèi)Ca2+作為第二信使、代謝調(diào)節(jié)因子和膜穩(wěn)定劑參與細胞膜生物電和胞內(nèi)生化過程，在細胞正常機能活動和抗逆調(diào)控中起重要作用。本試驗結(jié)果說明外源BSO施用進一步加劇了離子失衡，從而導致NaCl脅迫對番茄的傷害加劇，而NaCl脅迫下番茄葉片和根系Ca2+相對含量的提高，可能是逆境下植物的一種適應性反應，這有待進一步研究。而鹽脅迫下噴施外源BSO后再噴施GSH使番茄葉片各組織細胞及根系中皮層、內(nèi)皮層和中柱組織細胞均未檢測出Na+，恢復至對照水平，根系和葉片各組織中Cl–相對含量顯著降低，K+和Ca2+相對含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、K+/Cl–、Ca2+/Cl–顯著提高，進一步證明了外源GSH在降低有毒害作用的離子吸收、改善鹽脅迫下離子微域分布和維持離子平衡上發(fā)揮重要作用，這是GSH提高番茄耐鹽性和減輕番茄鹽害的重要機制之一。

綜上所述，外源噴施GSH通過抑制鹽脅迫番茄對Na+的吸收，顯著降低對番茄葉片和根系細胞有毒害作用的離子吸收，改善鹽脅迫下根系中離子的微域分布和維持離子平衡，從而緩解了鹽脅迫對番茄的毒害作用，提高了番茄的耐鹽性。

[1]郭小俊,謝成俊.外源ABA對NaCl脅迫下黃瓜幼苗不同離子含量的影響[J].中國蔬菜,2008,(9):27–30. Guo XJ,Xie CJ.Effect of exogenous ABA on ionic contents of cucumber seedling under NaCl stress[J].China Vegetables,2008(9): 27–30.

[2]閆永慶,袁曉婷,劉威,等.鹽脅迫及外源Ca2+對白刺離子吸收、運輸?shù)挠绊慬J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2014,45(3):71–78. Yan YQ,Yuan XT,Liu W,et al.Effects of salt stress and exogenous Ca2+on ion absorption and transportation of Nitraria[J]. Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(3):71–78.

[3]束勝,孫錦,郭世榮,等.外源腐胺對鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片PSⅡ光化學特性和體內(nèi)離子分布的影響[J].園藝學報,2010, 37(7):1065–1072. Su S,Sun J,Guo SR,et al.Effects of exogenous putrescine on PSⅡphotochemistry and ion distribution of cucumber seedlings under salt stress[J].Acta Horticulturae Sinica,2010,37(7):1065–1072.

[4]李青云,葛會波,胡淑明,等.鹽脅迫下外源鈣對草莓內(nèi)源激素含量的影響[J].西北植物學報,2008,28(3):540–545. Li QY,Ge HB,Hu SM,et al.Effects of exogenous calcium on endogenous hormone of strawberry seedling under NaCl stress[J]. Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica,2008,28(3):540–545.

[5]雷玉娟.外源硅對鹽脅迫下赤霞珠葡萄幼苗的影響[D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學碩士學位論文,2008. Lei YJ.The influence of silicon on cabernet sauvignon seedling under salt stress[D].Yangling,Shaanxi:MS Thesis of Northwest A&F University,2008.

[6]胡冰,賀子義,林國慶,等.高鐵血紅素對鹽脅迫下小麥根部生長受抑的緩解和根尖中離子微域分布的影響[J].植物生理學通訊, 2008,44(5):865–868. Hu B,He ZY,Lin GQ,et al.Effects of hematin on mitigation of growth inhibition and ion micro-distribution of wheat roots under salt stress[J].Plant Physiology Communications,2008,44(5):865–868.

[7]劉傳平,鄭愛珍,田娜,等.外源GSH對青菜和大白菜鎘毒害的緩解作用[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報,2004,27(4):26–30. Liu CP,Zheng AZ,Tian N,et al.Alleviation of glutathione on cadmium toxicity of Brassicachinensis L.and Brassica pekinensis Rupr[J].Journal of Nanjing Agricultural University,2004,27(4): 26–30.

[8]劉會芳,何曉玲,肖春燕,等.外源GSH對NaCl脅迫下番茄幼苗光合特性及碳同化關鍵酶基因表達的影響[J].應用生態(tài)學報, 2014,25(9):2637–2644. Liu HF,He XL,Xiao CY,et al.Effects of exogenous GSH on photosynthetic characteristics and expression of key enzyme genes of CO2assimilation in leaves of tomato seedlings under NaCl stress[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2014,25(9):2637–2644.

[9]施衛(wèi)明,徐夢熊,劉芷宇.土壤–植物根系微區(qū)養(yǎng)分狀況的研究—Ⅳ.電子探針制樣方法的比較及其應用[J].土壤學報,1987, 24(3):286–290. Shi WM,Xu MX,Liu ZY.The nutrient status of soil-root interface—Ⅳ.Study on sample preparation procedure for electron microprobe and its application[J].Acta Pedologica Sinica,1987, 24(3):286–290.

[10]Munns R,Termaat A.Whole-plant responses to salinity[J]. Australian Journal of Plant Physiology,1986,13(1):143–160.

[11]Yeo AR,Flowers TJ.Salinity resistance rice(Oryza sativa L.)and a pyramiding approach to breeding varieties for saline soils[J]. Australian Journal of Plant Physiology,1986,13(1):161–173.

[12]Parida AK,Das AB.Salt tolerance and salinity effects on plants:a review[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2005,60(3): 324–349.

[13]Munns R,Tester M.Mechanisms of salinity tolerance[J].Annual Review of Plant Biology,2008,59(1):651–681.

[14]鄭青松,劉兆普,劉友良,等.等滲的鹽分和水分脅迫對蘆薈幼苗生長和離子分布的效應[J].植物生態(tài)學報,2004,28(6):823–827. Zhen QS,Liu ZP,Liu YL,et al.Effects of iso osmotic salt and water stresses on growth and ionic distribution in Aloe seedlings[J]. Acta Phytoecologica Sinica,2004,28(6):823–827.

[15]Shabala S,Demidchik V,Shabala L,et al.Extracellular Ca2+ameliorates NaCl-induced K+loss from arabidopsis root and leaf cells by controlling plasma membrane K+-permeable channels[J]. American Society of Plant Biologists,2006,141(4):1653–1665.

[16]Kopittke PM.Interactions between Ca,Mg,Na and K:alleviation of toxicity in saline solutions[J].Plant and Soil,2012,352(1):353–362.

[17]Flowers TJ,Colmer TD.Salinity tolerance in halophytes[J].New Phytologist,2008,179(4):945–963.

[18]Liang YC.Effects of silicon on enzyme activity,and sodium, potassium and calcium concentration in barley under salt stress[J]. Plant and Soil,1999,209(2):217–224.

[19]何曉玲.外源硒對NaCl脅迫下加工番茄幼苗光合碳同化的影響[D].新疆石河子:石河子大學碩士學位論文,2015. He XL.Effect of exogenous Se on photosynthetic carbon assimilation in tomato seedlings under NaCl stress[D].Shihezi, Xinjiang:MS Thesis of Shihezi University,2015.

[20]Chen Z,Pottosin I,Cuin T,et al.Root plasma membrane transporters controlling K+/Na+homeostasis in salt stressed barley[J].Plant Physiology,2007,145(4):1714–1725.

[21]金曉芬.鎘超積累植物東南景天谷胱甘肽代謝特征及比較蛋白質(zhì)組學研究[D].杭州:浙江大學博士學位論文,2008. Jing XF.Glutathione metabolisms in cadmium hyperaccumulator Sedum alfredii Hance and its proteomics analysis[D].Hangzhou:PhD Dissertation of Zhejiang University,2008.

Effects of exogenous glutathione on ions micro-distribution in leaf and root of tomato seedlings under NaCl stress

ZHOU Yan1,2,LIU Hui-ying1,2*,CUI Jin-xia1,2,ZHANG Jian-wei1,2
(1 Department of Horticulture, College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China; 2 Key Laboratory of Special Fruits and Vegetables Cultivation Physiology and Germplasm Resources Utilization of Xinjiang Production and Construction Groups, Shihezi, 832003, China)

【Objectives】NaCl stress is one of the major obstacles during tomato growth in Xinjiang,and glutathione(GSH)spray has been considered as an effective solution.Exploring the effect and mechanism of exogenous GSH on alleviating salt stress in tomato will provide theoretical basis for the efficient use of GSH.【Methods】A hydroponic experiment was conducted and tomato(Solanum lycopersicum L.)cv.Zhongshu No. 4was used as experimental material.100mg/L NaCl was added into the nutrition solution to form NaCl stress growth condition.The solution without NaCl was used as control(CK),and the main treatments included no glutathione spraying(NaCl),GSH spraying(+GSH),glutathione synthesis inhibitor spraying(+BSO)and both GSH+BSO spraying(+BSO+GSH).The ion micro-distribution status and balance of K+,Ca2+,Mg2+,Na+and Cl–in leaf and root of tomato seedlings were measured.【Results】Under NaCl stress condition,both Na+and Cl–contents were increased significantly,and the K+content and the ratios of K+/Na+,Ca2+/Na+and K+/Cl–were decreased in all the cells of leaf and root of tomato seedlings.It indicated that NaCl stress caused the plant accumulation of harmful ions Na+and Cl–and the serious damage of intracellular ions steady status in the cells of leaf and root of tomato seedlings.The application of exogenous BSO further intensified the off-balance of the ratio of K+/Na+in leaf and root of tomato seedlings under NaCl stress.While the application of exogenous GSH inhibited the absorption of Na+and significantly decreased the relative content of Cl–and increased the ratios of K+/Na+,Ca2+/Na+and K+/Cl–in leaf and root of tomato seedlings under NaCl stress.Under salt stress with BSO treatments,the application of exogenous GSH also greatly inhibited the absorption of Na+and resulted in the relative content of Na+in cells of all tissues of leaf and in mediopellis,endodermis and stele of tomato root was below the detection limit.Under salt stress with BSO treatments,the application of exogenous GSH significantly decreased the relative content of Cl–and increased the relative content of K+and Ca2+and the ratios of K+/Na+,Ca2+/Na+,K+/Cl–and Ca2+/Cl–in leaf and root of tomato seedlings.【Conclusions】GSH could alleviate the toxicity from salt ions and enhanced salt tolerance in tomato seedlings by inhibiting the absorption of Na+, decreasing the absorption of toxic ions and optimizing ions micro-distribution and maintaining ion balance in cells of leaf and root of tomato seedlings under salt stress.

glutathione tomato;salt stress;ionmicro-distribution;X-ray energy dispersive spectrum

2016–08–11接受日期：2017–03–27

國家自然科學基金（31360478，31160391）；國家星火重點項目（2015GA891008）；兵團國際合作項目（2014BC002）資助。

周艷（1991—），女，四川南充人，博士研究生，主要從事植物逆境生理研究。E-mail：286138826@qq.com

*通信作者E-mail：hyliuok@aliyun.com