孫娟娟，于林清，趙金梅，劉洪林，張英俊

?

鹽分不均勻分布對(duì)紫花苜蓿生長和離子特征的影響

孫娟娟1，于林清1，趙金梅1，劉洪林1，張英俊2

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，呼和浩特 010010；2中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，北京 100193）

土壤鹽分濃度在空間上呈不均勻分布，研究不均勻鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿生長、水分吸收、光合作用以及根葉部位K+和Na+的影響，探討紫花苜蓿適應(yīng)根部不均勻鹽脅迫的生理機(jī)制,為紫花苜蓿耐鹽品種培育及改良鹽堿地紫花苜蓿種植技術(shù)提供理論依據(jù)。通過水培法，將紫花苜蓿幼苗的根均勻分成兩部分置于分根裝置中，給予兩側(cè)根部相同或不同濃度的NaCl處理，設(shè)置對(duì)照（0/0）、低鹽脅迫根部分別為0 mmol·L-1NaCl（0/400）和100 mmol·L-1NaCl（100/300）的不均勻鹽脅迫處理和均勻的200 mmol·L-1NaCl脅迫處理（200/200），處理7 d后取樣分析。不均勻鹽脅迫與均勻鹽脅迫均抑制了紫花苜蓿生長，導(dǎo)致水分吸收減少、葉片Na+濃度增加和葉片K+濃度減少。然而，0/400處理紫花苜蓿地上部分鮮重、水分吸收分別比200/200處理提高了24.3%和44.2%，其葉片Na+濃度比200/200處理降低了53.6%、葉片K+濃度與200/200處理無顯著差異。0/400處理0側(cè)根部水分吸收比對(duì)照提高12.3%、Na+濃度是對(duì)照的10.5倍、K+濃度與對(duì)照無顯著差異。100/300處理紫花苜蓿地上部分鮮重、整株水分吸收、葉片K+濃度均與200/200處理無顯著差異。100/300處理葉片Na+濃度比200/200處理提高了31.0%。100/300處理100側(cè)根部水分吸收比對(duì)照降低了33.9%、Na+濃度是對(duì)照的39.5倍、K+濃度比對(duì)照降低了31.3%。0/400、100/300與200/200的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度無顯著差異且均顯著低于對(duì)照，而0/400的凈光合速率與200/200無顯著差異，均顯著高于對(duì)照，100/300的凈光合速率與對(duì)照無顯著差異。紫花苜蓿根部平均鹽分濃度為200 mmol·L-1NaCl時(shí)，一側(cè)根部NaCl濃度等于或高于其半致死濃度，另一側(cè)根部NaCl濃度為0 mmol·L-1時(shí)，不均勻鹽脅迫緩解了根部高濃度鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿生長的抑制，當(dāng)?shù)望}脅迫根部NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)，不均勻鹽脅迫不能夠緩解根部高濃度鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿生長的抑制。

紫花苜蓿；異質(zhì)性鹽脅迫；水分吸收；Na+調(diào)控；光合參數(shù)

0 引言

【研究意義】紫花苜蓿（L.）是世界廣泛栽培的多年生飼草作物之一，由于其適應(yīng)性廣、產(chǎn)草量高，且富含蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，被譽(yù)為“牧草之王”。中國苜蓿種植面積約為3.77×107hm2，居各類人工草地之首[1]。紫花苜蓿生長及種植的多數(shù)地區(qū)都受到土壤鹽漬化的影響[2]。2015年，甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、寧夏、黑龍江、河北等6省的優(yōu)質(zhì)苜蓿種植面積占全國的89.8%，此六省的鹽漬土面積約占全國鹽漬土面積的65.7%[3]。自然界中土壤鹽分在時(shí)空分布上呈不均勻狀態(tài)存在[4]，并且植物根區(qū)土壤鹽分也呈不均勻分布[5-8]。地下水位的波動(dòng)[9]、土層深度、水平距離的不同、季節(jié)變化[10]、灌溉、降雨[11]以及植物本身對(duì)Na+的過濾[12]均會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分的不均勻分布。例如，在苜蓿田，從地表到1.2 m的土層深度，土壤電導(dǎo)率值變化范圍為1.1到11.7 d·S·m-1[13]；在鹽堿灘垂直方向1 m的范圍內(nèi)，土壤電導(dǎo)率變化范圍為70—214 d·S·m-1[14]；在旱地灌木地水平方向10 m的范圍內(nèi)，土壤電導(dǎo)率變化范圍為6—130 d·S·m-1[15]。研究表明，植物能夠在鹽土中維持生長，土壤鹽分的不均勻分布起著極為重要的作用，當(dāng)植物生長在均勻的高濃度鹽土中時(shí)將面臨死亡[16-17]。生產(chǎn)上利用根區(qū)鹽分異質(zhì)性分布減輕鹽害的特性，建立了中度和重度鹽堿地定向誘導(dǎo)鹽分不均勻分布的溝畦覆蓋種植技術(shù)，該技術(shù)大大提高了棉花的成苗率和產(chǎn)量[18-19]。然而土壤鹽分的不均勻分布與變化，卻給植物耐鹽品種的培育帶來極大困難。因此，探索植物在不均勻鹽脅迫下的生理應(yīng)答機(jī)制，不僅是植物耐鹽理論的重要補(bǔ)充，而且對(duì)加速植物耐鹽品種的篩選培育及改良鹽堿地植物種植技術(shù)具有十分重要的理論指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】基于不均勻鹽脅迫下的植物耐鹽性研究更接近植物生長實(shí)際環(huán)境，然而大量的植物耐鹽性研究都是在均勻鹽脅迫條件下進(jìn)行的，只有少部分試驗(yàn)通過分根系統(tǒng)研究了植物在不均勻鹽脅迫下的生理響應(yīng)[6-7, 19-25]。不同植物對(duì)不均勻鹽脅迫的反應(yīng)不同[20-21, 23, 25-26]。多數(shù)研究認(rèn)為不均勻鹽脅迫能夠減輕植物鹽害。主要原因有：（1）鹽脅迫導(dǎo)致植物根系對(duì)水分吸收的減少，造成植物生理干旱。提高植物對(duì)水分的吸收能力能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的不利影響。在不均勻鹽脅迫下，根部高濃度的鹽脅迫抑制了植物對(duì)水分的吸收，然而受低濃度鹽脅迫的根部可以完全或部分地補(bǔ)充吸收受高鹽脅迫的根部對(duì)水分吸收的減少，在整株水平上提高了植物吸水能力，緩解了鹽脅迫對(duì)植物造成的生理干旱[7, 22-24]；（2）鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致Na+對(duì)植物的毒害，Na+對(duì)植物的毒害作用與葉片Na+濃度呈正相關(guān)，當(dāng)植物處于不均勻鹽脅迫下時(shí)，植物受高濃度鹽脅迫的根部吸收的大量Na+可以轉(zhuǎn)移到處在低濃度鹽脅迫的根部[23-24]，甚至可以通過處在低鹽脅迫的根部排出植物體外[22]，降低植物葉片Na+的濃度，從而緩解了Na+對(duì)植物的毒害作用；（3）高濃度的Na+往往抑制植物對(duì)K+的吸收，與均勻鹽脅迫比，不均勻鹽脅迫提高了棉花[22]和大洋洲濱藜[23]葉片K+濃度。在這些研究的試驗(yàn)設(shè)計(jì)中所設(shè)置的高鹽脅迫根部鹽分濃度都低于植物致死鹽脅迫濃度，而且低鹽脅迫根部NaCl濃度多數(shù)為0 mmol·L-1。對(duì)鹽生植物大洋洲濱藜的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)望}脅迫根部NaCl濃度為10 mmol·L-1，高鹽脅迫根部NaCl濃度為1500 mmol·L-1（遠(yuǎn)高于其致死鹽脅迫濃度）時(shí)，該植物依然能夠正常生長[27]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于紫花苜蓿耐鹽性研究多數(shù)都是在均勻鹽脅迫下進(jìn)行。Sun等[24]對(duì)紫花苜蓿適應(yīng)不均勻鹽脅迫機(jī)理開展了研究，其不均勻鹽脅迫最高濃度鹽脅迫低于苜蓿半致死濃度，然而當(dāng)高鹽脅迫濃度超出其半致死濃度的適應(yīng)機(jī)制尚不清楚。本研究在根部平均鹽分濃度低于其半致死鹽濃度的前提下，研究當(dāng)高鹽脅迫根部鹽分濃度等于或高于半致死鹽分濃度時(shí)，紫花苜蓿對(duì)不均勻鹽脅迫的適應(yīng)機(jī)制?！緮M解決的關(guān)鍵問題】中苜1號(hào)紫花苜蓿是中國較耐鹽的紫花苜蓿品種，NaCl濃度在100 mmol·L-1和200 mmol·L-1時(shí)僅有4%—10%的幼苗死亡，而在300 mmol·L-1處理時(shí)，有超過半數(shù)的苜蓿幼苗死亡[28]。本研究在根部平均鹽脅迫濃度為200 mmol·L-1NaCl的前提下，設(shè)置均勻的200 mmol·L-1NaCl鹽脅迫處理和低鹽脅迫根部分別為0和100 mmol·L-1NaCl的2個(gè)不均勻鹽脅迫處理，其中不均勻鹽脅迫處理的高鹽脅迫根部鹽分濃度大于等于其半致死鹽分脅迫濃度，試圖比較低鹽脅迫根部NaCl濃度為0與100 mmol·L-1時(shí)紫花苜蓿生長、水分吸收及離子變化的不同，探討紫花苜蓿對(duì)不均勻鹽脅迫的生理適應(yīng)機(jī)制，從而為紫花苜蓿耐鹽品種的培育以及鹽堿地紫花苜蓿種植技術(shù)的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 幼苗培養(yǎng)與鹽脅迫處理

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所進(jìn)行，幼苗在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光/暗周期為13 h/11 h，溫度為22℃/18℃（白天/夜間），相對(duì)濕度60±5%。

試驗(yàn)材料為“中苜1號(hào)紫花苜蓿”，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供。將種子播種在滅菌的濕砂中，濕砂盛放于長、寬、高分別為58 cm、25 cm、25 cm的塑料盆內(nèi)，播種5 d后待苜蓿全部出苗，主根長度為3—4 cm時(shí)，挑選均勻一致的幼苗，剪去根尖（5mm），以促進(jìn)其側(cè)根的生長，便于后面的分根試驗(yàn)用。然后用寬1.5 cm左右的海綿包裹幼苗置于50 mL的裝有0.1倍營養(yǎng)液的離心管中培養(yǎng)5 d，更換為0.5倍的營養(yǎng)液培養(yǎng)7 d，更換為1倍營養(yǎng)液培養(yǎng)9 d，選擇均勻一致的幼苗移苗到分根裝置中，分根裝置具體描述參照Sun等研究[24]。營養(yǎng)液組成為2.5 mmol·L-1Ca(NO3)2、2.5 mmol·L-1KNO3、1mmol·L-1MgSO4、0.5 mmol·L-1(NH4)H2PO4、0.1 mmol·L-1EDTA-FeNa、0.2 μm CuSO4、1 μm ZnSO4、20 μm H3BO4、0.005μm (NH4)Mo27O4和1 μm MnSO4。分根裝置中培養(yǎng)11 d以后開始進(jìn)行鹽脅迫處理，第1天鹽脅迫濃度為各處理最終鹽脅迫濃度的1/4，每天以1/4最終鹽脅迫濃度增加，第4天達(dá)到最終鹽脅迫濃度。最終鹽脅迫濃度處理7 d后進(jìn)行取樣分析。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，包括非鹽脅迫對(duì)照（0/0，“/”兩側(cè)分別代表兩側(cè)根部NaCl濃度）、低鹽脅迫根部NaCl濃度分別為0 mmol·L-1（0/400）和100 mmol·L-1（100/300）的2個(gè)不均勻鹽脅迫處理、均勻的200 mmol·L-1NaCl處理（200/200），每個(gè)處理重復(fù)10次。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生長指標(biāo)測(cè)定 紫花苜蓿鹽脅迫結(jié)束后測(cè)定地上部分鮮重，植株105℃鼓風(fēng)干燥箱中殺青30 min，于65℃下烘至恒重，測(cè)定地上部分干重。記錄存活幼苗數(shù)計(jì)算存活率。

1.3.2 水分吸收的測(cè)定 鹽脅迫開始時(shí)，所有分根裝置中營養(yǎng)液的體積均為350 mL，用500 mL的量筒測(cè)量脅迫7 d后分根裝置中剩余營養(yǎng)液體積。水分吸收為分根裝置中初始營養(yǎng)液體積與剩余體積的差值。為減少水分測(cè)定誤差，盡可能減少植物根系殘留水分，直到植物根系不再滴水時(shí)開始測(cè)定剩余營養(yǎng)液體積。為測(cè)定試驗(yàn)過程中營養(yǎng)液的蒸發(fā)，每個(gè)處理均做了3個(gè)空白對(duì)照（即不培養(yǎng)紫花苜蓿幼苗），測(cè)定試驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)營養(yǎng)液體積，營養(yǎng)液體積變化值為營養(yǎng)液的蒸發(fā)量，由于各處理營養(yǎng)液體積變化非常小，因此營養(yǎng)液的蒸發(fā)量忽略不計(jì)[24]。每個(gè)試驗(yàn)處理5次重復(fù)。

1.3.3 組織離子濃度的測(cè)定 取0.2 g左右植物葉片及根，置于10 mL的塑料管中，0.5 mol·L-1HNO3室溫震蕩48 h。稀釋后用光焰光度計(jì)（M410 Flame Photometer，Cambridge，UK）測(cè)定紫花苜蓿葉片及兩側(cè)根中Na+及K+的濃度，每個(gè)處理5次重復(fù)[23]。

1.3.4 氣體交換參數(shù)的測(cè)定 紫花苜蓿鹽脅迫7 d時(shí)，于上午9:00—12:00之間選取完全展開的新葉，對(duì)植物的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量儀器為Li-6400便攜式光合儀（LI-COR, Inc.，Lincoln，NE，USA），測(cè)量環(huán)境相對(duì)濕度54%，室溫24—26℃，CO2濃度為400 μmol·mol-1，流速1 000 μmol·s-1，光合有效輻射PAR為1 500μmol·m-2·s-1。葉室面積6 cm2，把用于測(cè)定光合參數(shù)的葉片部分用剪刀剪下，測(cè)量葉片實(shí)際葉面積，利用Utility菜單中的重新計(jì)算功能，根據(jù)實(shí)際葉面積轉(zhuǎn)換為實(shí)際氣體參數(shù)值，每個(gè)處理選擇4株紫花苜蓿進(jìn)行測(cè)定[24]。

1.3.5 葉面積測(cè)定 使用葉面積儀（AM300 ADC Bioscientific，Hoddesdon，Hertfordshire，UK）測(cè)定葉片的葉面積，用以換算紫花苜蓿實(shí)際光合參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，用SAS8.02（SAS Institute，Cary，NC，USA）PROC GLM程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。比較各處理地上部分鮮重、地上部分干重、水分吸收、離子濃度及光合參數(shù)等的差異，所有處理均在＜0.05水平下進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿生長的影響

無論均勻鹽脅迫還是不均勻鹽脅迫，均顯著降低了紫花苜蓿地上部分鮮重。100/300處理地上部分鮮重最低，0/400、100/300和200/200處理紫花苜蓿地上部分鮮重分別比對(duì)照降低了11.8%、35.9%和29.1%。0/400處理紫花苜蓿地上部分鮮重顯著高于100/300和200/200處理。0/400處理紫花苜蓿地上部分鮮重分別比100/300和200/200處理提高了27.3%和24.3%。100/300處理紫花苜蓿地上部分鮮重與200/200處理無顯著差異。對(duì)照處理紫花苜蓿地上部分干重最高，但0/400處理和200/200處理紫花苜蓿地上部分干重與對(duì)照無顯著差異，100/300處理的地上部分干重顯著低于對(duì)照（表1）。

表1 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿地上生物量和存活率的影響

數(shù)值由平均值（n=5）±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。同列不同的小寫字母表示處理間差異顯著（＜0.05）?！?”兩側(cè)的數(shù)值分別代表紫花苜蓿左右兩側(cè)根部NaCl處理濃度（mmol·L-1）。下同

Values of shoot growth are means (n =5) ± SE. The different small letters in the same columns indicate significant differences (<0.05). Value of the NaCl concentration expressed is given as “/”, which denotes the values in both root parts. The same as below

2.2 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿水分吸收的影響

0/400處理左側(cè)根部水分吸收量顯著高于對(duì)照，比對(duì)照提高了12.3%，100/300及200/200處理左側(cè)根部水分吸收量均顯著低于對(duì)照和0/400處理；各處理右側(cè)水分吸收量均顯著低于對(duì)照，其中200/200處理右側(cè)水分吸收量顯著高于0/400及100/300處理右側(cè)水分吸收量；無論均勻鹽脅迫還是不均勻鹽脅迫，均顯著降低了紫花苜蓿整株水分吸收量。然而，0/400處理紫花苜蓿整株水分吸收量顯著高于100/300和200/200處理整株水分吸收量。0/400處理整株水分吸收量比100/300和200/200處理提高了46.9%和44.2%。100/300處理整株水分吸收與200/200處理無顯著差異（表2）。

表2 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿水分吸收的影響

2.3 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿葉片及根部Na+和K+濃度的影響

鹽脅迫顯著提高了紫花苜蓿葉片Na+濃度，顯著降低了葉片K+濃度和K+/Na+。0/400、100/300和200/200處理紫花苜蓿葉片Na+濃度分別是對(duì)照的18.3倍、51.8倍和39.6倍，其中100/300處理葉片Na+濃度最高。0/400處理葉片Na+濃度分別比100/300和200/200處理降低了64.5%和53.6%；0/400、100/300和200/200處理葉片K+濃度和K+/Na+均顯著低于對(duì)照，但3個(gè)鹽脅迫處理間的葉片K+濃度無顯著差異；0/400處理K+/Na+顯著高于100/300和200/200，分別是100/300和200/200處理的2.7和2.1倍（表3）。

鹽脅迫顯著提高了根部Na+濃度，各處理兩側(cè)根部Na+濃度隨鹽脅迫濃度的增加而增加。然而0/400處理的0側(cè)根部Na+濃度顯著高于對(duì)照，且是對(duì)照根部Na+濃度的10.5倍。鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿根部K+濃度，不同濃度的鹽脅迫處理中紫花苜蓿根部K+濃度無顯著差異。0/400處理0側(cè)根部K+濃度與0/0處理無顯著差異。鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿根部K+/Na+，0/400處理0側(cè)根部K+/Na+顯著低于0/0處理根部K+/Na+（表3）。

2.4 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿光合參數(shù)的影響

0/400和200/200處理凈光合速率顯著高于對(duì)照，而100/300處理與對(duì)照無顯著差異；各處理蒸騰速率均顯著低于對(duì)照，但0/400處理的蒸騰速率高于100/300和200/200處理，0/400處理蒸騰速率分別比100/300和200/200處理提高了113%和93.4%；氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度表現(xiàn)出與蒸騰速率相同的規(guī)律，雖然各處理氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度均顯著低于對(duì)照，但0/400處理氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度都高于100/300和200/200處理（表4）。

表3 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿葉片和根部Na+濃度和K+濃度的影響

0/400-0和0/400-400分別表示0/400處理的非脅迫一側(cè)根系和400 mmol·L-1NaCl處理一側(cè)根系，100/300-100和100/300-300分別表示100/300處理100 mmol·L-1NaCl處理一側(cè)根系和300 mmol·L-1NaCl處理一側(cè)根系

0/400-0 and 0/400-400 refer to non-slat stress part root and 400 mmol·L-1NaCl part root, 100/300-100 and 100/300-300 refer to 100 mmol·L-1NaCl part root and 300 mmol·L-1NaCl part root

表4 不同鹽脅迫處理對(duì)紫花苜蓿光合參數(shù)的影響

數(shù)值由平均值（n=4）±標(biāo)準(zhǔn)誤表示

Values of photosynthetic parameters are means (n =4) ±SE

3 討論

鹽脅迫造成農(nóng)作物減產(chǎn)，是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要非生物脅迫之一。自然界中土壤鹽分呈不均勻狀態(tài)分布。研究認(rèn)為植物能夠在高出海水鹽分濃度幾倍的土壤中生長，土壤鹽分的不均勻分布起非常重要的作用[21]。多數(shù)的研究認(rèn)為不均勻鹽脅迫緩解了高濃度鹽脅迫對(duì)植物造成的危害。對(duì)擬南芥[20]、橙子[21]、番茄[6]、棉花[22]、紫花苜蓿[24]、冬小麥[29]以及大洋洲濱藜[23]的研究均發(fā)現(xiàn)不均勻鹽脅迫下植物的生物量高于均勻鹽脅迫下植物的生物量，這些研究中不均勻的鹽脅迫都是在局部根系受到鹽脅迫的情況下進(jìn)行的。本研究發(fā)現(xiàn)在根部鹽分平均濃度為200 mmol·L-1的情況下，不同鹽脅迫處理紫花苜蓿的地上部分生物量表現(xiàn)不同。當(dāng)紫花苜蓿一部分根不受鹽脅迫另一部分根鹽脅迫濃度超出其半致死鹽濃度時(shí)（0/400處理），其地上部分鮮重顯著高于均勻200 mmol·L-1處理，而100/300處理其地上部分鮮重卻低于均勻200 mmol·L-1處理。這可以用Sun等[24]的研究結(jié)論解釋，此研究認(rèn)為低鹽脅迫根部在一定鹽脅迫濃度之內(nèi)不均勻鹽脅迫可以緩解高鹽脅迫濃度對(duì)植物造成的傷害，然而當(dāng)?shù)望}脅迫根部鹽分濃度超出一定范圍時(shí)，不均勻鹽脅迫下紫花苜蓿的生長將會(huì)受到較高鹽脅迫濃度的抑制。

鹽脅迫對(duì)植物的危害之一是降低土壤的滲透勢(shì)，造成植物對(duì)水分吸收的減少[30]。本研究0/400、100/300和200/200 3個(gè)處理中，0/400處理整株水分吸收量最高，主要原因是其非鹽脅迫根部對(duì)水分進(jìn)行了補(bǔ)償性吸收，該側(cè)根部水分吸水量比對(duì)照增加了12.4%，該處理87.8%的水分吸收量來自非鹽脅迫根部。在對(duì)棉花、紫花苜蓿、大洋洲濱藜、果樹等的研究中都得到了相似結(jié)果[22,24,27,31]，在這些研究中發(fā)現(xiàn)低鹽脅迫根部能夠部分或全部補(bǔ)償吸收高鹽脅迫根部對(duì)水分吸收的減少。說明不均勻鹽脅迫可以緩解鹽脅迫造成的生理干旱，增加了植物的水分吸收能力。然而，100/300處理整株水分吸收與均勻200處理無顯著差異，雖然75.9%的水分來自于100 mmol·L-1NaCl處理根部，但這部分根對(duì)水分的吸收剛剛彌補(bǔ)了300 mmol·L-1NaCl處理根部對(duì)水分吸收量的減少，并沒有對(duì)水分進(jìn)行補(bǔ)償性吸收，可能是與這部分根也受到鹽脅迫有關(guān)?？梢?，不均勻鹽脅迫下紫花苜蓿低鹽脅迫根部能否對(duì)水分進(jìn)行補(bǔ)償性吸收與低鹽脅迫根部的鹽分濃度有直接關(guān)系。

鹽脅迫對(duì)植物造成的另外一個(gè)主要危害是離子毒害，高濃度的Na+影響植物對(duì)K+的吸收，造成植物營養(yǎng)失衡，同時(shí)也影響植物的生理代謝過程[32]。一般植物葉片Na+濃度與植物耐鹽性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。0/400、100/300和200/200 3個(gè)處理中，0/400處理葉片Na+含量最低，對(duì)其他植物根部局部鹽脅迫處理的研究中也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果[22]，10/670 mmol·L-1NaCl不均勻鹽脅迫21 d，大洋洲濱藜葉片鈉離子含量為280 mmol·L-1，而均勻的670 mmol·L-1NaCl鹽脅迫下，其葉片鈉離子含量為830 mmol·L-1[23]，說明不均勻鹽脅迫能夠緩解均勻鹽脅迫對(duì)植物造成的Na+毒害。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)0/400處理中0 mmol·L-1NaCl處理根部的Na+濃度是對(duì)照的10.5倍，充分說明了紫花苜蓿將高鹽脅迫根部吸收的Na+轉(zhuǎn)移到了不受鹽脅迫的根部，從而降低該處理葉片Na+濃度，緩解了Na+毒害，在對(duì)棉花的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果[22]，而且通過非損傷微測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)Na+從非鹽脅迫根部進(jìn)行外排。而100/300處理其葉片Na+濃度為各處理中最高，可能是由于其高鹽脅迫根部所處鹽分濃度較高，而低鹽脅迫根部也受到一定的鹽脅迫，從高鹽脅迫根部吸收的大量Na+不能從低鹽脅迫根部排出體外。在不均勻鹽脅迫下低鹽脅迫根部對(duì)Na+的吸收與外排如何受該部分根部鹽脅迫濃度的調(diào)控還有待于進(jìn)一步研究。

雖然本研究中0/400處理顯著降低了紫花苜蓿葉片Na+的濃度，但并沒有伴隨著葉片K+濃度的增加，這與在其他植物中的研究結(jié)果不同。在海馬齒、大洋洲濱藜、棉花等植物的研究中發(fā)現(xiàn)與均勻鹽脅迫相比不均勻鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物葉片K+含量增加[22-23, 25-26]，在對(duì)另外一個(gè)紫花苜蓿的品種研究中也發(fā)現(xiàn)，不均勻鹽脅迫沒有導(dǎo)致紫花苜蓿葉片K+濃度增加[24]，這可能是與紫花苜蓿在未受到鹽脅迫時(shí)吸收了大量的K+，遇到鹽脅迫后對(duì)K+有較強(qiáng)的持留能力有關(guān)[33-35]。隨鹽脅迫時(shí)間的延長，不均勻鹽脅迫下紫花苜蓿對(duì)K+調(diào)控是否與在均勻鹽脅迫下有所不同，還需進(jìn)行深入研究。

鹽脅迫通常會(huì)破壞植物代謝過程降低植物光合效率[4]。有關(guān)不均勻鹽脅迫對(duì)植物光合參數(shù)的影響研究較少。本試驗(yàn)中所有的鹽脅迫處理均顯著降低了紫花苜蓿的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度。前人的研究發(fā)現(xiàn)無論是均勻鹽脅迫還是不均勻鹽脅迫均顯著降低了植物的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率[22-23]，這與本研究結(jié)果相同。然而，對(duì)棉花的研究發(fā)現(xiàn)，與均勻鹽脅迫相比，不均勻鹽脅迫顯著提高了棉花的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率[22]，本研究中不均勻鹽脅迫下紫花苜蓿的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率與均勻鹽脅迫無顯著差異，可能是由于本研究的不均勻鹽脅迫中高鹽脅迫根部的鹽脅迫濃度較高導(dǎo)致，在對(duì)大洋洲濱藜的研究中認(rèn)為在不均勻鹽脅迫下植物氣孔的關(guān)閉會(huì)受高鹽脅迫根部信號(hào)的影響[23]。前人的研究發(fā)現(xiàn)凈光合速率變化趨勢(shì)與氣孔導(dǎo)度的變化趨勢(shì)一致[22-23]，在鹽脅迫下植物凈光合速率的降低伴隨著氣孔導(dǎo)度的下降，植物的凈光合速率與氣孔導(dǎo)度有著顯著的正相關(guān)關(guān)系[36]。然而也有研究認(rèn)為鹽脅迫下植物凈光合速率的變化并非由氣孔導(dǎo)度的變化引起[37]。本研究中紫花苜蓿的凈光合速率與氣孔導(dǎo)度變化趨勢(shì)不同，說明鹽脅迫下紫花苜蓿的凈光合速率的變化與氣孔導(dǎo)度變化并不相關(guān)，具體原因有待于進(jìn)一步研究。

在棉花生產(chǎn)上利用植物根區(qū)鹽分不均勻分布減輕鹽害的特性，建立了中度和重度鹽堿地定向誘導(dǎo)鹽分不均勻分布的溝畦覆蓋種植技術(shù)，該技術(shù)大大提高了棉花的成苗率和產(chǎn)量[18-19]。本研究的試驗(yàn)結(jié)果說明當(dāng)?shù)望}脅迫根部鹽分濃度低于一定范圍時(shí)，紫花苜蓿根區(qū)鹽分的不均勻分布能夠減輕紫花苜蓿的鹽害，該結(jié)果可為鹽堿地定向誘導(dǎo)鹽分不均勻分布的紫花苜蓿種植技術(shù)的研究提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

在紫花苜蓿根部平均NaCl濃度為200 mmol·L-1、高鹽脅迫根部NaCl濃度等于或高于其半致死濃度的情況下，一側(cè)根部NaCl濃度為0時(shí)，不均勻鹽脅迫通過減少葉片Na+濃度，增加整株水分吸收量緩解了根部高濃度鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿生長的抑制，當(dāng)?shù)望}脅迫根部NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)，不均勻鹽脅迫不能夠緩解根部高鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿生長的抑制。

[1] 何新天. 中國草業(yè)統(tǒng)計(jì). 北京: 全國畜牧總站, 2011.

HE X T.. Beijing: National Animal Husbandry Service, 2011. (in Chinese)

[2] BERNSTEIN L. Effects of salinity and sodicity on plant growth., 1975, 13(1): 295-312.

[3] 楊真, 王寶山. 中國鹽漬土資源現(xiàn)狀及改良利用對(duì)策. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015(4): 125-130.

YANG Z, WANG B S. Present status of saline soil resources and countermeasures for improvement and utilization in China., 2015(4): 125-130. (in Chinese)

[4] FLOWERS T, YEO A. Breeding for salinity resistance in crop plants: where next?, 1995, 22(6): 875-884.

[5] LI C, LI Y, JIAN M. Spatial heterogeneity of soil chemical properties at fine scales induced by haloxylon ammodendron () plants in a sandy desert., 2011, 26(2): 385-394.

[6] FLORES P, BOTELLA M A, MARTINEZ V, CERDA A. Response to salinity of tomato seedlings with a split-root system: nitrate uptake and reduction., 2002, 25(1): 177-187.

[7] SHANI U, WAISEL Y, ESHEL A, XUE S, ZIV G. Responses to salinity of grapevine plants with split root systems., 1993, 124(4): 695-701.

[8] BAZIHIZINA N, BARRETT-LENNARD E G, COLMER T D. Plant growth and physiology under heterogeneous salinity., 2012, 354(1/2): 1-19.

[9] CULLU M A, AYDEMIR S, QADIR M, ALMACA A, OZTURKMEN A R, BILGIC A, AGCA N. Implication of groundwater fluctuation on the seasonal salt dynamic in the Harran Plain, south-eastern Turkey., 2010, 59(4): 465-476.

[10] HAJRASULIHA S, BANIABBASSI N, METTHEY J, NIELSEN D R. Spatial variability of soil sampling for salinity studies in southwest Iran., 1980, 1(4): 197-208.

[11] 張妙仙, 楊勁松, 李冬順. 特大暴雨作用下土壤鹽分運(yùn)移特征研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 12(2): 52-54.

ZHANG M X, YANG J S, LI D S. Salt migration characteristics of silt loam soil by rainstorn., 2004, 12(2): 52-54. (in Chinese)

[12] HAMZA M A, AYLMORE L A G. Soil solute concentration and water-uptake by single lupin and radish plant-roots.1. Water extraction and solute accumulation., 1992, 145(2): 187-196.

[13] BOWER C A, OGATA G, TUCKER J M. Rootzone salt profiles and alfalfa growth as influenced by irrigation water salinity and leaching fraction., 1969, 61(5): 783-786.

[14] BORNMAN T G, ADAMS J B, BATE G C. Freshwater requirements of a semi-arid supratidal and floodplain salt marsh., 2002, 25(6): 1394-1405.

[15] DAVIES W J, KUDOYAROVA G, HARTUNG W. Long-distance ABA signaling and its relation to other signaling pathways in the detection of soil drying and the mediation of the plant's response to drought., 2005, 24(4): 285-295.

[16] FLOWERS T J, COLMER T D. Salinity tolerance in halophytes., 2008, 179(4): 945-963.

[17] YAKIR D, YECHIELI Y. Plant invasion of newly exposed hypersaline Dead Sea shores., 1995, 374(6525): 803-805.

[18] 董合忠. 濱海鹽堿地棉花成苗的原理與技術(shù). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(2): 566-572.

DONG H Z. Underlying mechanisms and related techniques of stand establishment of cotton on coastal saline-alkali soil., 2012, 23(2): 566-572. (in Chinese)

[19] DONG H, KONG X, LUO Z, LI W, XIN C. Unequal salt distribution in the root zone increases growth and yield of cotton., 2010, 33(4): 285-292.

[20] ATTIA H, KARRAY N, RABHI M, LACHAAL M. Salt-imposed restrictions on the uptake of macroelements by roots of., 2008, 30(5): 723-727.

[21] ZEKRL M, PARSONS L R. Response of split-root sour orange seedlings to NaCl and polyethylene glycol stresses., 1990, 41(1): 35-40.

[22] KONG X, LUO Z, DONG H H, ENEJI A E, LI W J. Effects of non-uniform root zone salinity on water use, Na+recirculation, and Na+and H+flux in cotton., 2012, 63(5): 2105-2116.

[23] BAZIHIZINA N, COLMER T D, BARRET-LENNARD E G. Response to non-uniform salinity in the root zone of the halophyte: growth, photosynthesis, water relations and tissue ion concentrations., 2009, 104(4): 737-745.

[24] SUN J J, YANG G W, ZHANG W J, ZHANG Y J. Effects of heterogeneous salinity on growth, water uptake, and tissue ion concentrations of alfalfa., 2016, 408(1): 211-226.

[25] HAMED B K, MESSEDI D, RANIERI A, ABDELLY C. Diversity in the response of two potential halophytes (and) to salt stress//ABDELLYC, ?ZTURK M, ASHRAF M, GRIGNON C., Birkh?user Verlag AG, Basel, 2008: 71-80.

[26] HAJJI M, LACHAAL M, SOLTANI A, GRIGNON C. Large accumulation of sodium in leaves may be compatible with normal growth in Plant., 2002, 92: 416-417.

[27] BAZIHIZINA N, BARRETT-LENNARD E G, COLMER T D. Plant responses to heterogeneous salinity: growth of the halophyteis determined by the root-weighted mean salinity of the root zone., 2012, 63(18): 6347-6358.

[28] 熊軍波. 紫花苜蓿響應(yīng)鹽脅迫的蛋白組研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2011.

XIONG J B. Proteomic analysis of salt stress-reponsive proteins inL[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2011. (in Chinese)

[29] 楊婷, 謝志霞, 喻瓊, 劉小京. 局部根系鹽脅迫對(duì)冬小麥生長和光合特征的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 22(9): 1074-1078.

YANG T, XIE Z X, Yu Q, LIU X J. Effects of partial root salt stress on seedling growth and photosynthetic characteristics of winter wheat., 2014, 22(9): 1074-1078. (in Chinese)

[30] RUIZLOZANO J M, PORCEL R, AZCON C, AROCA R. Regulation by arbuscular mycorrhizae of the integrated physiological response to salinity in plants: new challenges in physiological and molecular studies., 2012, 63(11): 4033-4044.

[31] WEST D. Water use and sodium chloride uptake by apple trees., 1978, 50(1/3): 51-65.

[32] DEINLEIN U, STEPHAN A B, HORIE T, LUO W, XU G, SCHROEDER J I. Plant salt-tolerance mechanisms., 2014, 19(6): 371-379.

[33] AL-KHATEEB S A. Effect of calcium/sodium ratio on growth and ion relations of alfalfa (L.) seedling grown under saline condition., 2006, 5(2): 175-181.

[34] NOBLE C L, HALLORAN G M, WEST D W. Identification and selection for salt tolerance in lucerne (L.)., 1984, 35(2): 239-252.

[35] BROWN J W, HAYWARD H E. Salt tolerance of alfalfa varieties.1956, 48(1): 18-20.

[36] LIN G H, STERNBERG L. Effect of growth form, salinity, nutrient and sulfide on photosynthesis, carbon isotope discrimination and growth of red mangrove (L.)., 1992, 19(5): 509-517.

[37] SEEMANN J R, SHARKEY T D. Salinity and nitrogen effects on photosynthesis, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase and metabolite pool sizes inL., 1986, 82(2): 555-560.

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Heterogeneous Root Zone Salinity on Plant Growth and Ion Characteristic in Alfalfa

SUN Juanjuan1, YU Linqing1, ZHAO Jinmei1, LIU Honglin1, ZHANG Yingjun2

(1Institute of Grassland Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hohhot 010010;2Department of Grassland Science, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193)

Soil salinity is spatially heterogeneous. The effects of heterogeneous salinity on the growth, water uptake, photosynthetic parameter, K+and Na+concentration in leaf and root of alfalfa plants were determined to improve understanding of non-uniform salt stress tolerance mechanisms of alfalfa, so as to provide theoretical evidence for breeding the new alfalfa varieties tolerant to salt, and to improve alfalfa plant in salinity areas.Plant growth, water uptake, tissue ionic concentrations were studied in alfalfa plants grown hydroponically for 7 days using a split-root system, with uniform 0 and 200 mmol·L-1NaCl or heterogeneous 0/400 and 100/300 mmol·L-1NaCl.Neither uniform salinity or heterogeneous salinity inhibited alfalfa growth, decreased water uptake, increased leaf Na+concentration and decreased leaf K+concentration. Compared with uniform 200 mmol·L-1NaCl, 0/400 treatment significantly increased the alfalfa shoot fresh weight and whole plant water uptake. Shoot fresh weight and whole plant water uptake under 0/400 treatment were 24.3% and 44.2%, respectively, higher than 200/200 treatment. The leaf Na+concentration in 0/400 treatment was 53.6% lower than in 200/200 treatment, and the leaf K+concentration was similar with 200/200 treatment . But water uptake in non-salinity root was 12.3% higher and Na+concentration in non-salinity root of 0/400 treatment was 10.5-fold higher than control, whereas K+concentration in non-salinity root of 0/400 treatment was similar with control. There were no significantly differences of shoot fresh, water uptake and leaf K+concentration between 100/300 and 200/200 treatment, but leaf Na+concentration in 100/300 treatment were 31.0% higher than in 200/200 treatment. Water uptake were 33.9% lower, K+concentration was 31.3% lower, and Na+concentration were 39.5-fold in low-salinity root of 100/300 treatment, compared with control. Transpiration rate, stomatal conductance and intercellular CO2concentration of 0/400, 100/300 and 200/200 treatment were similar with each other and significantly lower than control, however, net photosynthetic of 0/400 and 200/200 were significantly higher than control, and net photosynthetic of 100/300 were similar with control.When root average salinity was 200 mmol·L-1NaCl, the NaCl concentration of high salinity root were equal or greater than half lethal concentration, heterogeneous salinity can improve alfalfa plant growth when low salinity root under 0 mmol·L-1NaCl, but heterogeneous salinity can not improve alfalfa plant growth when low salinity root under 100 mmol·L-1NaCl.

alfalfa; heterogeneous salinity; water uptake; Na+regulation; photosynthetic parameter

2017-03-21；

國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CRAS-35）、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1610332012003，1610332013003，1610332014007）

接受日期：2017-09-22

聯(lián)系方式：孫娟娟，E-mail：sunjuanjuan@caas.cn。通信作者張英俊，Tel：010-62733380；E-mail：zhangyj@cau.edu.cn