伍國(guó)強(qiáng)，李輝，雷彩榮，藺麗媛，金娟，李善家

(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050)

鹽脅迫是制約全球農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的主要環(huán)境因素之一[1]。全球鹽堿地面積超過8.3億hm2，約占世界可耕地面積的26%[2]。我國(guó)是世界上土壤鹽堿化最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，鹽堿地面積達(dá)0.99億hm2，主要分布在西北、華北、東北及沿海地區(qū)[3]。近年來，由于氣候變化和水資源的不合理利用，進(jìn)一步加劇了土壤鹽堿化程度，嚴(yán)重影響著農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)[4]。Na+是鹽堿化土壤中最豐富的陽(yáng)離子之一[5-6]。絕大多數(shù)作物，尤其是甜土植物(glycophytes)對(duì)Na+很敏感。土壤中高濃度Na+會(huì)擾亂植物對(duì)K+的吸收，產(chǎn)生離子毒害及滲透脅迫并誘發(fā)氧化脅迫，從而抑制生長(zhǎng)、甚至導(dǎo)致植物的死亡[7-8]。研究表明，植物可通過調(diào)節(jié)體內(nèi)K+/Na+穩(wěn)態(tài)平衡[9]、積累有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(如脯氨酸、可溶性糖等)[10]以及增強(qiáng)抗氧化能力[11]來抵御鹽脅迫。深入研究植物耐鹽的生理機(jī)制對(duì)我國(guó)北方地區(qū)鹽堿地的改良和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。

紅豆草(Onobrychis viciaefoia)別名為驢豆、驢喜豆，屬于豆科多年生草本植物[12]，在我國(guó)北方干旱和半干旱地區(qū)廣為種植。因其富含蛋白質(zhì)、氨基酸，且粗脂肪、鈣和磷含量較高，為各類家畜所喜食，素有“牧草皇后”之美譽(yù)[13]。盡管紅豆草具有一定的耐鹽性，但其幼苗對(duì)鹽分比較敏感[14]，這就限制了在鹽堿地上進(jìn)行大面積的種植。前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaCl濃度低于50 mmol·L-1時(shí)，紅豆草將吸收的Na+積累在根中，限制Na+轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部，以保護(hù)葉片免受Na+毒害，從而維持其正常生長(zhǎng);然而，當(dāng)NaCl濃度為100和200 mmol·L-1時(shí)，紅豆草根系被動(dòng)吸收的大量Na+轉(zhuǎn)運(yùn)并積累至地上部葉中，但其Na+區(qū)域化及對(duì)K+的選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)能力較弱，使得幼苗體內(nèi)K+、Na+穩(wěn)態(tài)紊亂，造成Na+毒害，從而抑制其生長(zhǎng)[15]。研究表明，添加KCl使鹽脅迫下麻瘋樹(Jatropha curcas)幼苗的Na+吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制，維持較高K+/Na+，從而避免Na+對(duì)細(xì)胞質(zhì)的毒害，進(jìn)而改善光合特性[16]。然而，添加KCl能否減緩高鹽脅迫對(duì)紅豆草幼苗的毒害作用尚不清楚。

鑒于此，本研究以紅豆草為材料，采用水培試驗(yàn)研究了高鹽脅迫(100 mmol·L-1NaCl)下不同濃度(5、10、25和50 mmol·L-1)KCl對(duì)紅豆草幼苗生長(zhǎng)及相關(guān)生理指標(biāo)的影響，以闡明K+減緩高鹽脅迫對(duì)其幼苗毒害作用的生理機(jī)制，為我國(guó)鹽漬化地區(qū)紅豆草的栽培與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料培養(yǎng)和處理

供試紅豆草品種為“甘肅紅豆草”。挑選顆粒飽滿、均勻一致的種子，播在裝有蛭石的塑料盤(5 cm×5 cm×5 cm，8孔/盤)中，每孔播7～8粒種子，澆灌蒸餾水，待2片子葉完全展開后，澆灌Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。待第1片真葉出現(xiàn)后，進(jìn)行間苗，每孔留3棵苗。培養(yǎng)室的條件如下:晝夜溫度(28±2)℃/(23±2)℃，光照時(shí)間16 h·d-1，光強(qiáng)為500～600μmol·m-2·s-1，空氣相對(duì)濕度為60%～80%。

本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)，低濃度NaCl(15～50 mmol·L-1)對(duì)紅豆草幼苗生長(zhǎng)沒有影響，而高濃度(100和200 mmol·L-1)則明顯抑制了其生長(zhǎng)[15]。因此，本試驗(yàn)選擇100 mmol·L-1NaCl作為高鹽脅迫條件。4周齡的紅豆草幼苗分別用不含NaCl和KCl(對(duì)照)、含有100 mmol·L-1NaCl(100 Na)、5 mmol·L-1KCl+100 mmol·L-1NaCl(5 K+100 Na)、10 mmol·L-1KCl+100 mmol·L-1NaCl(10 K+100 Na)、25 mmol·L-1KCl+100 mmol·L-1NaCl(25 K+100 Na)和50 mmol·L-1KCl+100 mmol·L-1NaCl(50 K+100 Na)的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液處理7 d。每個(gè)處理設(shè)8次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)含有3棵苗，每?jī)商旄鼡Q一次處理液，以保持恒定的NaCl和KCl濃度。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 鮮重、干重和含水量測(cè)定 參考Wu等[14]的方法略有修正，沖洗植物表面后，將根置于10 mmol·L-1CaCl2溶液中置換8 min，沖洗干凈后用吸水紙吸干表面水分，將幼苗分為地上部和根兩部分，稱取鮮重(fresh weight，F(xiàn)W);然后將樣品裝在信封中，殺青后，烘干至恒重，稱取干重(dry weight，DW)。組織含水量按如下公式計(jì)算:含水量(g·g-1DW)=(鮮重-干重)/干重。

1.2.2 Na+、K+濃度和K+/Na+測(cè)定 參考Wang等[17]的方法略有修正，將恒重干樣品置于試管中，搗碎成粉末狀，添加100 mmol·L-1冰乙酸，密封試管，沸水浴2 h。過濾，取上清液稀釋適當(dāng)倍數(shù)后，在火焰光度計(jì)(2655-00，Cole-Parmer Instrument Co，USA)上測(cè)定Na+和K+濃度。K+/Na+的計(jì)算參考Yue等[18]的方法。1.2.3 葉綠素、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性總糖和丙二醛含量測(cè)定 采用分光光度法[19]、磺基水楊酸法[20]、考馬斯亮藍(lán)G-250法[21]、蒽酮比色法[22]和硫代巴比妥酸法[23]分別測(cè)定葉綠素、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖和丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量。

1.2.4 蔗糖、果糖和葡萄糖含量以及轉(zhuǎn)化酶和合成酶活性測(cè)定 采用Liu等[24]的方法測(cè)定蔗糖、果糖和葡萄糖含量。采用Leskow等[25]的方法測(cè)定細(xì)胞壁蔗糖轉(zhuǎn)化酶、液泡蔗糖轉(zhuǎn)化酶以及細(xì)胞質(zhì)蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性。參照劉芳等[26]的方法測(cè)定蔗糖合成酶(sucrose synthase，SS)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase，SPS)活性。

1.2.5 SOD、POD、CAT和APX活性測(cè)定 采用氯化硝基四氮唑藍(lán)(nitrotetrazolium blue chloride，NBT)法[27]在560 nm下比色測(cè)定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，以抑制NBT光化還原的50%為1個(gè)酶活性單位;采用愈創(chuàng)木酚法[28]測(cè)定過氧化物酶(peroxidase，POD)活性，將每分鐘OD470值增加0.01定義為1個(gè)活性單位;參考Aebi[29]的方法測(cè)定過氧化氫酶(catalase，CAT)活性，以每分鐘OD240值減少0.01定義為1個(gè)活性單位;參考Nakano等[30]的方法測(cè)定抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)活性，以每分鐘OD290值降低0.01定義為1個(gè)酶活性單位。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件(SPSS Inc.，USA)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法檢驗(yàn)差異顯著性(P＜0.05)，采用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗鮮重、干重和含水量的影響

與對(duì)照相比，鹽脅迫(100 mmol·L-1)使得紅豆草幼苗地上部鮮重和干重分別下降了51.7%和25.6%，根鮮重和干重分別下降了49.7%和32.8%(P＜0.05)(表1)。然而，添加不同濃度KCl(5～50 mmol·L-1)不同程度減輕了鹽脅迫對(duì)紅豆草幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。其中，添加25 mmol·L-1顯著增加了鹽脅迫下紅豆草幼苗地上部、根的鮮重和干重，分別增加了76.0%、28.5%、66.9%和51.0%(P＜0.05)。鹽脅迫下，紅豆草幼苗地上部和根的含水量較對(duì)照分別降低了39.3%和28.1%。然而，添加10和25 mmol·L-1KCl使地上部含水量分別提高了22.6%和45.0%(P＜0.05)。添加50 mmol·L-1KCl則對(duì)地上部和根的含水量的影響差異不顯著(表1)。由此可見，添加適量KCl能夠有效地減緩鹽脅迫對(duì)紅豆草幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。

2.2 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉綠素含量的影響

在100 mmol·L-1NaCl脅迫下紅豆草幼苗總?cè)~綠素含量較對(duì)照顯著降低了32.8%(P＜0.05)。然而，添加10和25 mmol·L-1KCl使得鹽脅迫下的紅豆草幼苗總?cè)~綠素含量分別上升了11.7%和30.0%(P＜0.05)(圖1A)。進(jìn)一步分析表明，鹽脅迫也顯著地降低了紅豆草的葉綠素a/b值。然而，添加25 mmol·L-1KCl則顯著地提高葉綠素a/b值(P＜0.05)(圖1B)。由此表明，鹽脅迫下KCl可能通過提高植物光合作用的能力來促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

2.3 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗Na+、K+濃度及可溶性糖含量的影響

與對(duì)照相比，100 mmol·L-1NaCl顯著增加了紅豆草幼苗地上部和根中的Na+濃度(P＜0.05)。低濃度(5和10 mmol·L-1)KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗Na+積累量的影響不顯著。然而，高濃度(25和50 mmol·L-1)KCl則使幼苗地上部Na+濃度分別降低了52.3%和37.2%(P＜0.05)，根部Na+濃度則沒有明顯變化(表2)。另外，鹽脅迫下紅豆草幼苗地上部和根K+濃度較對(duì)照分別降低了51.2%和61.4%(P＜0.05)。然而，添加5～50 mmol·L-1KCl均顯著地增加了紅豆草根的K+濃度(P＜0.05)。當(dāng)KCl濃度為10和25 mmol·L-1時(shí)，地上部K+濃度分別增加了74.6%和161.0%，根部K+濃度則分別增加了110.3%和146.2%(P＜0.05)(表2)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫使得紅豆草幼苗地上部和根K+/Na+較對(duì)照降低了91.2%和98.8%(P＜0.05)。然而，添加25 mmol·L-1KCl顯著地增加了鹽脅迫下紅豆草幼苗地上部K+/Na+(P＜0.05)(表2)。這些結(jié)果表明，鹽脅迫下添加適量KCl可以通過減少紅豆草幼苗對(duì)Na+的吸收、增加對(duì)K+的積累，使其體內(nèi)維持較高的K+/Na+，從而增強(qiáng)其耐鹽性。

表1 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗鮮重、干重和含水量的影響Table 1 Effects of different concentrations of KCl on fresh weight,dry weight and water content of sainfoin seedlings under salt stress

圖1 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of KCl on total chlorophyll content and Chl a/Chl b of sainfoin seedlings under salt stress

與對(duì)照相比，鹽脅迫顯著降低了紅豆草幼苗葉的可溶性糖含量(P＜0.05)。隨著KCl濃度增加，鹽脅迫下紅豆草幼苗地上部可溶性糖含量呈增加趨勢(shì)。當(dāng)KCl濃度為25 mmol·L-1時(shí)，地上部可溶性糖含量提高最多，為51.6%(P＜0.05)(表2)。然而，鹽脅迫下添加KCl對(duì)根中的可溶性糖含量影響差異不顯著(表2)。

表2 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗Na+、K+濃度、K+/Na+和可溶性糖含量的影響Table 2 Effects of different concentrations of KCl on Na+and K+concentrations,K+/Na+and soluble sugar content of sainfoin seedlings under salt stress

2.4 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響

鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的脯氨酸含量較對(duì)照略有下降，但其差異不顯著。然而，添加10、25和50 mmol·L-1KCl則使鹽脅迫下幼苗葉中的脯氨酸含量分別增加了69.8%、65.5%和69.4%(P＜0.05)(圖2A)。與對(duì)照相比，鹽脅迫顯著地降低了紅豆草幼苗葉中的可溶性蛋白含量(P＜0.05)。另外，鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的可溶性蛋白含量較對(duì)照顯著下降了65.7%(P＜0.05)。然而，添加10、25和50 mmol·L-1KCl使得葉中可溶性蛋白含量分別增加了1.1、2.8和1.6倍(圖2B)。由此可見，外源KCl能夠增加鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的脯氨酸和可溶性蛋白含量。

圖2 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of KCl on proline and soluble protein contents of sainfoin seedlings under salt stress

2.5 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗丙二醛含量的影響

鹽脅迫下，紅豆草幼苗葉中的丙二醛(MDA)含量最高，達(dá)5.65 nmol·g-1FW。然而，當(dāng)添加不同濃度KCl后，鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的MDA含量均有不同程度地下降(P＜0.05)(圖3)。當(dāng)KCl濃度為25 mmol·L-1時(shí)，MDA含量最低，為1.51 nmol·g-1FW，僅為單獨(dú)鹽脅迫的26.7%(P＜0.05)(圖3)。由此表明，添加KCl可顯著降低鹽脅迫下紅豆草葉中的MDA含量，減輕脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的程度。

2.6 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下，紅豆草幼苗葉中的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性分別較對(duì)照減少了12.7%、30.8%、57.2%和48.2%(P＜0.05)(圖4)。添加5 mmol·L-1KCl則使鹽脅迫下幼苗葉中的SOD和CAT活性分別提高了13.2%和35.4%(P＜0.05)(圖4A，4C);而對(duì)POD和APX活性的影響差異不顯著(圖4B，4D)。當(dāng)添加25 mmol·L-1KCl時(shí)，SOD、CAT和APX的活性較單獨(dú)鹽脅迫分別提高了20.7%、125.4%和71.1%(P＜0.05)(圖4A，4C，4D)。這些結(jié)果表明，鹽脅迫下添加KCl顯著地增強(qiáng)了抗氧化酶的活性，提高清除體內(nèi)活性氧的能力。

圖3 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中丙二醛含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of KCl on malondialdehyde content of leaf in sainfoin seedlings under salt stress

圖4 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片SOD、CAT、POD和APX活性的影響Fig.4 Effects of different concentrations of KCl on activities of SOD,CAT,POD and APX in leaf of sainfoin seedlings under salt stress

2.7 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片蔗糖、果糖和葡萄糖含量的影響

鹽脅迫下，紅豆草幼苗葉中的蔗糖和葡萄糖含量較對(duì)照分別降低了31.3%和29.3%(P＜0.05)。添加不同濃度的KCl后紅豆草葉中蔗糖和葡萄糖含量表現(xiàn)出相類似的變化趨勢(shì):隨著KCl濃度的增加呈現(xiàn)先緩慢升高后降低的趨勢(shì);在25 mmol·L-1KCl下其含量分別較單獨(dú)鹽脅迫提高32.1%和51.8%(P＜0.05)(圖5A，5C)。鹽脅迫下，添加KCl后紅豆草幼苗葉中的果糖含量略有下降，但差異不顯著(圖5B)。

2.8 添加KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片轉(zhuǎn)化酶和合成酶活性的影響

鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶、細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)化和液泡轉(zhuǎn)化酶的活性較對(duì)照分別增加了72.5%、116.9%和43.5%(P＜0.05)。當(dāng)添加10 mmol·L-1KCl時(shí)，紅豆草幼苗葉片細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶、細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)化酶活性和液泡轉(zhuǎn)化酶活性較單獨(dú)鹽脅迫分別下降了19.1%、50.4%和36.0%(圖6)。然而，添加25 mmol·L-1KCl使鹽脅迫下的3種轉(zhuǎn)化酶的活性分別降低了38.0%、62.2%和57.0%(P＜0.05)(圖6)。由此表明KCl通過降低相關(guān)酶的活性而調(diào)節(jié)葉片糖的合成，進(jìn)而增強(qiáng)鹽脅迫下紅豆草幼苗對(duì)碳的利用。

圖5 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片蔗糖、果糖和葡萄糖含量的影響Fig.5 Effects of different concentrations of KCl on contents of sucrose,fructose and glucose in leaf of sainfoin seedlings under salt stress

圖6 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片轉(zhuǎn)化酶活性的影響Fig.6 Effects of different concentrations of KCl on invertase activity in leaf of sainfoin seedlings under salt stress

在100 mmol·L-1NaCl脅迫下，紅豆草幼苗葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性分別較對(duì)照降低了60.6%和45.8%(P＜0.05)(圖7)。然而，添加10、25和50 mmol·L-1KCl均顯著增加了葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性(P＜0.05)(圖7)，其中25 mmol·L-1時(shí)的增加幅度最大。另外，5 mmol·L-1KCl則顯著增加了蔗糖合成酶的活性，但對(duì)蔗糖磷酸合成酶活性的影響差異不顯著。這些結(jié)果表明，NaCl脅迫下添加適量KCl能夠增強(qiáng)蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，從而促進(jìn)葉片蔗糖的合成。

圖7 不同濃度KCl對(duì)鹽脅迫下紅豆草幼苗葉片蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的影響Fig.7 Effects of different concentrations of KCl on activities of SS and SPSin leaf of sainfoin seedlings under salt stress

3 討論

K+在植物的生長(zhǎng)發(fā)育及生理生化代謝過程中起著重要的作用。在高Na+條件下，由于K+虧缺使植物體內(nèi)葉綠素含量下降，光合能力減弱，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受抑[6]。鹽脅迫下，提高K+的積累量以及維持體內(nèi)較高K+/Na+是評(píng)價(jià)植物耐鹽性的一個(gè)重要指標(biāo)。前期研究表明，在低鹽(5～50 mmol·L-1)條件下，紅豆草幼苗通過維持體內(nèi)K+、Na+穩(wěn)態(tài)平衡抵御鹽脅迫;而在高鹽(100和200 mmol·L-1)脅迫下，紅豆草地上部葉中積累大量Na+，但由于其Na+區(qū)域化及K+選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)能力較弱，破壞植物體內(nèi)Na+、K+穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生離子毒害，從而抑制植物生長(zhǎng)[15]。本研究結(jié)果表明，在高鹽(100 mmol·L-1NaCl)脅迫下紅豆草幼苗地上部和根的鮮重、干重和含水量均有所下降，生長(zhǎng)明顯受到抑制(表1)。添加適量KC1后紅豆草幼苗地上部和根的鮮重、干重和含水量均明顯提高，耐鹽性顯著增強(qiáng)(表1)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，添加25 mmol·L-1KCl顯著降低了鹽脅迫下紅豆草幼苗地上部和根Na+積累，提高了K+含量和K+/Na+(表2)。由此可見，適量K+供應(yīng)能夠緩解鹽脅迫對(duì)紅豆草幼苗的毒害作用。究其原因:一方面，適量KCl通過提高溶液的K+/Na+，增強(qiáng)植物對(duì)K+、Na+選擇性吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，促進(jìn)高Na+條件下對(duì)K+的吸收，從而維持體內(nèi)K+、Na+穩(wěn)態(tài)平衡[31];另一方面，添加KCl使得植株積累更多的K+，并將其作為一種重要的無機(jī)滲透調(diào)節(jié)劑，降低細(xì)胞滲透勢(shì)，增強(qiáng)細(xì)胞吸收能力，從而保持鹽脅迫下幼苗體內(nèi)良好的水分狀況[32]。

植物遭受鹽脅迫后體內(nèi)過量積累的Na+會(huì)引起細(xì)胞膜去極化，發(fā)生膜質(zhì)過氧化并產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，導(dǎo)致氧化脅迫，使膜蛋白受損，細(xì)胞結(jié)構(gòu)損害[6]。MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，其含量越高說明細(xì)胞膜脂過氧化程度越大[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的MDA含量有所增加;然而，添加適量KCl則顯著地降低了MDA積累量(圖3)。由此表明，添加KC1能夠有效地減緩由高鹽引起的氧化脅迫。鹽脅迫下，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化保護(hù)酶在植物體內(nèi)清除ROS方面起著重要作用[33]。這些抗氧化保護(hù)酶活性高低與植株耐鹽的程度有關(guān)，另外在一定程度上也指示了植株遭受脅迫的程度。在小麥(Triticum aestivum)中，100 mmol·L-1NaCl脅迫下添加5～10 mmol·L-1K+能夠顯著提高兩個(gè)耐鹽性不同品種幼苗葉的SOD、CAT和POD活性，且耐鹽性品種中的活性明顯高于鹽敏感品種[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，100 mmol·L-1NaCl處理使紅豆草幼苗葉片的SOD、POD、CAT和APX活性顯著降低(圖4)，說明高濃度的鹽致使紅豆草體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)受損，清除ROS能力下降，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)發(fā)育受阻。然而，添加25 mmol·L-1KCl使鹽脅迫下紅豆草植株葉片SOD、CAT和APX活性均顯著增加(圖4)。這就表明，外源K+可通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的活性來及時(shí)清除鹽脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS，減輕鹽脅迫對(duì)幼苗的傷害作用。

植物體內(nèi)積累較高的有機(jī)物質(zhì)(如可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白等)是植物適應(yīng)鹽脅迫的一個(gè)重要策略[15]。在本研究中，鹽脅迫顯著降低了紅豆草根和葉中的可溶性糖含量(表2)以及葉中的可溶性蛋白含量(圖2B);然而對(duì)脯氨酸含量影響不明顯(圖2A)。Wu等[10]在向日葵(Helianthus annuus)中研究發(fā)現(xiàn)，高鹽脅迫顯著降低了植株體內(nèi)可溶性糖含量;而增加了脯氨酸含量。然而，趙佳偉等[35]在不同品種北美豆梨(Pyrus calleryana)中研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖和脯氨酸含量隨NaCl濃度增加均逐漸增大，而可溶性蛋白含量隨鹽濃度的增加呈先上升后下降的變化。由此可見，不同植物種類的可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)有所差異。本研究還發(fā)現(xiàn)，添加適量KCl使鹽脅迫下的紅豆草幼苗可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白積累量均顯著增加(表2和圖2)。積累在紅豆草體內(nèi)的這些有機(jī)物質(zhì)，一方面，作為一類重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，增強(qiáng)細(xì)胞吸收能力，減緩細(xì)胞質(zhì)中過量Na+的毒害作用[36];另一方面，作為一類關(guān)鍵的保護(hù)物質(zhì)，維持細(xì)胞膜的穩(wěn)態(tài)平衡，減輕膜質(zhì)過氧化造成的傷害作用。這可能是添加K+減緩高鹽對(duì)紅豆草幼苗生長(zhǎng)抑制作用的重要原因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下紅豆草幼苗葉中的蔗糖和葡萄糖含量顯著降低;然而，添加25 mmol·L-1KCl則明顯提高了鹽脅迫下幼苗體內(nèi)這兩種糖尤其是蔗糖的積累量(圖5A，5C)，造成這一結(jié)果可能是由于鹽脅迫使得紅豆草葉片細(xì)胞內(nèi)外出現(xiàn)不平衡，外源K+可促進(jìn)蔗糖和葡萄糖的積累，以提高植株吸水能力、減緩鹽脅迫造成的傷害。蔗糖既是光合作用的產(chǎn)物，又是呼吸作用的底物，它為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供碳骨架和能量，并能增強(qiáng)植物抗逆性[37]。在植物細(xì)胞中，蔗糖合成與分解的代謝平衡主要依賴于轉(zhuǎn)化酶(如細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶、細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)化酶和液泡轉(zhuǎn)化酶)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的協(xié)同作用[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，NaCl脅迫提高了紅豆草幼苗葉片中的3種轉(zhuǎn)化酶活性(圖6)，而降低了SS和SPS活性(圖7)，從而使蔗糖的含量降低。然而，添加適量KCl使得紅豆草葉中的SS和SPS活性增強(qiáng)(圖7)、轉(zhuǎn)化酶活性減弱(圖6)。由此表明，外源添加K+能夠通過調(diào)節(jié)糖代謝酶活性來促進(jìn)葉片蔗糖合成，從而增強(qiáng)鹽脅迫下紅豆草幼苗對(duì)碳的利用。本研究還發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下添加25 mmol·L-1KCl致使紅豆草幼苗葉中的果糖含量降低(圖5B)，這可能與K+能夠增強(qiáng)蔗糖磷酸合成酶活性密切相關(guān)，從而使果糖向蔗糖合成方向轉(zhuǎn)化[39]。然而，有關(guān)KCl促進(jìn)紅豆草幼苗蔗糖合成的分子調(diào)控機(jī)制還不清楚，尚需進(jìn)一步深入探究。

4 結(jié)論

與對(duì)照相比，鹽脅迫抑制了紅豆草幼苗的生長(zhǎng)，使得葉和根中的Na+濃度顯著增加，而K+濃度和K+/Na+明顯降低;葉中的可溶性糖和可溶性蛋白含量以及POD、CAT和APX活性顯著下降;蔗糖和葡萄糖含量明顯減少，細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)和液泡轉(zhuǎn)化酶活性增加，而SS和SPS活性降低。然而，在鹽脅迫下，添加適量KCl顯著增加了紅豆草幼苗的鮮重、干重和組織含水量;降低了植株體內(nèi)Na+積累，而增加了K+含量和K+/Na+;提高了SOD、CAT和APX的活性，降低了丙二醛的含量;增加了蔗糖和葡萄糖含量，降低了細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)和液泡轉(zhuǎn)化酶的活性，增強(qiáng)了SS和SPS的活性。添加K+可通過增強(qiáng)植株對(duì)K+、Na+的選擇性吸收，提高抗氧化能力及促進(jìn)蔗糖的合成與積累，以減輕高鹽脅迫對(duì)紅豆草幼苗的毒害作用。