張麗華，韓浩章，李素華，王 芳，趙 榮，王曉立，張 穎

（宿遷學院，江蘇 宿遷 223800）

猴樟（Cinnamomun bodinieriLevl.）為樟科樟屬常綠喬木，多分布于我國云南、川東、湖北、湘西、貴州等省，是重要的造林綠化樹種和經(jīng)濟樹種。江西［1］、河南［2］和江蘇［3］地區(qū)的引種結果認為猴樟的生長速度和抗性優(yōu)于香樟［C.camphora（L.）presl.］，因此猴樟作為綠化樹種在我國北方地區(qū)推廣栽培成為可能。研究表明，和是引起蘇北地區(qū)土壤堿化和樟屬植物黃化的主要原因，土壤中pH較高會影響Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+等元素的溶解度，使植物根際周圍形成離子耗盡區(qū)［4］，影響植物對養(yǎng)分的吸收。K+參與植物響應堿脅迫過程［5-7］，如堿脅迫下流蘇大大提高莖中K+/Na+比值［8］，白榆加大對K+的選擇性吸收，維持葉中較高的K+/Na+比值［9］。過表達的GmHKT1、GmHKT4可以使大豆體內(nèi)積累更多的K+并排除過多的Na+，維持堿脅迫下植物體內(nèi)K+/Na+的動態(tài)平衡［10］。樟屬植物在堿脅迫下對K+的吸收量會迅速增加，推測K+與猴樟幼苗響應堿脅迫有關［5］。目前關于猴樟在堿脅迫下對鉀離子的吸收、分配規(guī)律未見報道?；诖耍狙芯恳院镎劣酌鐬椴牧?，研究堿脅迫下猴樟對鉀、鈉離子吸收與分配規(guī)律，以期為猴樟耐堿機理研究提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選自宿遷學院園林實驗基地猴樟苗圃地中正常生長、長勢一致的1年生猴樟幼苗，苗高10±0.5 cm，葉片數(shù)量統(tǒng)一為5片。試驗材料共180株，分4個處理，每處理45株，每處理分3個生物學重復，每重復15株，2020年8月20日將幼苗移入水培箱（600 mm×420 mm×380 mm，營養(yǎng)液體積40 L）中培養(yǎng)，采用KT板進行固定，利用增氧泵24 h充氧。試驗所用的營養(yǎng)液配方為法國國家農(nóng)業(yè)研究所普及NET之用（1977），通用于喜酸性作物配方，微量元素和鐵鹽配方為通用配方，所用化學藥品均為分析純，采用蒸餾水進行配制［11］。

1.2 材料處理

材料培養(yǎng)2周后，基于課題組前期研究，于2020年9月3號向4個處理營養(yǎng)液中加入Na2CO3，濃度分別為0、10、20、30 mmol/L（超過30 mmol/L則出現(xiàn)幼苗逐步死亡現(xiàn)象），營養(yǎng)液pH分別為6.68、7.49、8.48、9.32，之后每2 d用蒸餾水補充營養(yǎng)液體積至40 L。分別于之后的6、12、24、48、72、120、168 h隨機選取各重復幼苗，測定其根、莖、葉器官中的K+含量、Na+含量。

1.3 試驗方法

采用原子吸收分光光度計法測定K+含量、Na+含量［12］，并計算根、莖、葉器官中K+/Na+比值；植株不同部位對K+選擇性運輸能力計算公式［8］：SK，Na（根-莖）=莖（［K+］/［Na+］）/根（［K+］/［Na+］）；SK，Na（根-葉）=葉（［K+］/［Na+］）/根（［K+］/［Na+］）。式中，SX，Na+值越大表示源器官控制Na+、促進K+向庫器官的運輸能力越強，即庫器官的選擇性運輸能力越強。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007整理與分析數(shù)據(jù)，用SPSS21.0進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 堿脅迫對猴樟幼苗根系中K+/Na+比值的影響

由圖1可以看出，隨著堿脅迫處理濃度的增加，猴樟根系中K+/Na+比值越來越低，并且均顯著低于對照。隨著脅迫時間的延長，對照根系K+/Na+比值呈現(xiàn)節(jié)律性變化，最高點出現(xiàn)在48 h和120 h；堿脅迫處理的K+/Na+比值最高點出現(xiàn)在6 h和12 h，變化趨勢平緩，節(jié)律性不明顯。

圖1 堿脅迫下不同處理時間猴樟幼苗根系中K+/Na+比值變化Fig.1 The K+/Na+ratio in root system of C.bodinieri at different treatment timesunder alkali stress

2.2 堿脅迫對猴樟幼苗莖中K+/Na+比值的影響

由圖2可以看出，猴樟莖中K+/Na+比值隨堿脅迫處理濃度增加而降低。10 mmol/L堿處理的K+/Na+比值在6～24 h時高于對照，24 h之后與對照差異不顯著；20 mmol/L堿處理的K+/Na+比值和30 mmol/L堿處理的K+/Na+比值僅在6 h時高于對照，處理6 h后則低于對照。隨著脅迫時間的延長，對照的K+/Na+比值均呈現(xiàn)節(jié)律性變化，最高點出現(xiàn)在48 h和120 h時；堿處理的K+/Na+比值最高點出現(xiàn)在6 h時，之后呈下降趨勢，節(jié)律性不明顯。

圖2 堿脅迫下不同處理時間猴樟幼苗莖中K+/Na+比值變化Fig.2 The K+/Na+ratio in stem of C.bodinieri seedlings at different treatment times under alkalistress

2.3 堿脅迫對猴樟幼苗葉片中K+/Na+含量的影響

由圖3可以看出，猴樟葉片中K+/Na+比值在6 h時隨著堿脅迫處理濃度的增加而增加，處理12 h后則隨著堿脅迫處理濃度的增加而降低。其中，10 mmol/L堿處理的K+/Na+比值在12 h時高于對照，其余時間則低于對照；20 mmol/L堿處理的K+/Na+比值均低于對照；30 mmol/L堿處理的K+/Na+比值僅在6 h時高于對照，處理6 h后則低于對照。隨著脅迫時間的延長，對照和堿處理的猴樟葉片中K+/Na+比值均呈現(xiàn)節(jié)律性變化，其中對照的最高點出現(xiàn)在6 h、48 h和120 h；10 mmol/L堿處理的K+/Na+比值最高點出現(xiàn)在12 h、48 h和120 h；20 mmol/L堿處理的K+/Na+比值和30 mmol/L堿處理的K+/Na+比值最高點出現(xiàn)在6 h、48 h和120 h。

圖3 堿脅迫下不同處理時間猴樟幼苗葉片中K+/Na+比值變化Fig.3 The K+/Na+ratio in leaves of C.bodinieri seedlings at different treatment times under alkali stress

2.4 堿脅迫對猴樟幼苗SK，Na（根-莖）的影響

由圖4可以看出，堿脅迫處理后，猴樟SK，Na（根-莖）均高于對照，在處理6 h時尤其明顯。處理6～12 h，堿處理的濃度越高，猴樟幼苗SK，Na（根-莖）越低，處理24 h以后堿處理的猴樟SK，Na（根-莖）相互之間差異不明顯。隨著脅迫時間的延長，對照的SK，Na（根-莖）呈緩慢下降趨勢；而堿處理的SK，Na（根-莖）在第6 h最高，處理6 h后則迅速下降，自12 h后呈先緩慢升高再緩慢下降趨勢，節(jié)律性不明顯。

圖4 堿脅迫下不同處理時間猴樟幼苗SK，Na（根-莖）變化Fig.4 The SK，Na（root-stem）of C.bodinieri seedlings at different treatment times under alkali stress

2.5 堿脅迫對猴樟幼苗SK，Na（根-葉）的影響

由圖5可以看出，猴樟SK，Na（根-葉）在堿脅迫處理后均高于對照，在處理的第6 h，20 mmol/L堿處理的SK，Na（根-葉）和30 mmol/L堿處理的SK，Na（根-葉）尤其明顯，處理12 h后，堿脅迫處理的SK，Na（根-葉）相互之間差異不明顯。隨著脅迫時間的延長，對照的SK，Na（根-葉）呈緩慢下降趨勢，節(jié)律性不明顯；堿處理的SK，Na（根-葉）均呈現(xiàn)節(jié)律性變化，其中10 mmol/L堿處理的最高點出現(xiàn)在12 h、48 h和120 h，20 mmol/L堿處理的和30 mmol/L堿處理的最高點出現(xiàn)在6 h、48 h和120 h。

圖5 堿脅迫下不同處理時間猴樟幼苗SK，Na（根-葉）變化Fig.5 The SK，Na（root-leaf）of C.bodinieri seedlings at different treatment times under alkalistress

3 討論與結論

K+是植物生長發(fā)育必需的大量元素和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，涉及許多生理過程，包括酶活性調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成及滲透調(diào)節(jié)等［13］，K+還參與光合作用，能促進葉綠素的合成和穩(wěn)定［14］。堿環(huán)境通過離子脅迫、水分脅迫、高pH脅迫抑制植物的生長和發(fā)育［15］，植物體內(nèi)的Fe2+、Zn2+等元素含量隨堿脅迫濃度的增強表現(xiàn)為顯著下降趨勢，使植物難以吸收［16-17］。堿脅迫對K+有效性無顯著影響，但在增加Na+吸收的同時，抑制植物對K+的吸收，進而抑制以K+為輔助因子的多種酶的活性，影響細胞膜的穩(wěn)定性和地上部光合作用［5-6］。在本試驗中，堿脅迫后猴樟根部的K+/Na+顯著低于對照（P＜0.05），堿處理程度越高，K+含量越少，Na+含量越高，Na+與K+具有相同的電荷數(shù)目和相似的水合半徑，介質(zhì)中過多Na+的進入競爭性地抑制K+的吸收，導致根部組織中K+含量下降［18］。研究發(fā)現(xiàn)，堿脅迫下樟屬植物將Na+主要保留在根系中，而降低其在莖、葉中的含量［19］，Na+在根部積累可以有效進行滲透調(diào)節(jié)、降低水勢，保持其根系吸收水分的能力［9］，堿脅迫下植株保留在根中的Na+越多，其耐堿能力也就越強［20］。HAK/KUP/KT屬高親和K+轉運蛋白家族，當鹽堿條件下植株根部細胞膜電位改變或K+含量低于一定濃度時會誘導其進行高親和性K+吸收和轉運［21］，以保持植物器官或組織中較高的K+/Na+來適應鹽堿環(huán)境。猴樟莖、葉器官中的K+/Na+的遠高于根部器官，其原因可能是猴樟在堿脅迫下調(diào)控莖、葉器官對K+選擇性運輸，保持了莖、葉器官中較高的K+/Na+，保證地上部正常的生理代謝功能，提高葉片氣孔對環(huán)境的敏感性［14］，這與張夢璇等［9］在白榆上、李婭等［22］在海州常山上的研究結果一致。在堿脅迫處理第6 h，10 mmol/L堿處理下莖器官中的K+/Na+比值提高至對照的5.40倍，葉器官中的K+/Na+比值顯著低于對照；30 mmol/L堿處理條件下莖器官中的K+/Na+比值提高至對照的1.39倍，葉器官中K+/Na+比值提高至對照的1.73倍，說明猴樟對堿脅迫敏感，在脅迫處理的6 h內(nèi)通過迅速加大K+的選擇性運輸?shù)姆绞奖３制鞴僦休^高的K+/Na+，使植物器官具備應對堿脅迫的能力；低濃度堿脅迫下，猴樟主要通過莖器官進行調(diào)控，而在高濃度堿脅迫下則是莖和葉器官協(xié)調(diào)參與調(diào)控，這可能與猴樟耐堿能力較強有關［3］。

植物膜系統(tǒng)對離子吸收、轉運的調(diào)控能力與其耐堿性密切相關，耐鹽堿能力強的植物細胞質(zhì)膜ATPase活性在鹽堿脅迫條件下上升，形成的質(zhì)子跨膜梯度促進了K+進入細胞質(zhì)，質(zhì)膜上Na+/H+轉運體被大量激活，進而提高K+的吸收和Na+的排放［6，10，23］。進入植物根部的鹽分離子隨水分代謝向地上部分運輸，到達地上部分的鹽分離子組分比例和數(shù)量由植物對鹽分離子的運輸選擇性調(diào)控，離子選擇性運輸系數(shù)表征植物對離子的選擇性運輸能力，鹽堿脅迫下離子選擇性運輸系數(shù)越大，表明植株促進營養(yǎng)離子的選擇性運輸和抑制Na+向上運輸?shù)哪芰υ綇姡?4］，耐鹽植物的離子吸收系數(shù)與離子運輸系數(shù)均顯著高于鹽敏感品種［20］。從本試驗結果來看，堿脅迫處理后猴樟莖、葉器官對K+的選擇性運輸系數(shù)均高于對照，說明猴樟通過加大莖、葉器官對K+選擇性運輸?shù)姆绞奖３智o、葉器官中較高的K+/Na+，保證地上部正常的生理代謝功能，提高葉片氣孔開閉的敏感性［14］。在培養(yǎng)的第6 h，10 mmol/L堿處理的猴樟SK，Na（根-莖）迅速提高至對照的7.95倍，而此時的SK，Na（根-葉）與對照差異不顯著；30 mmol/L堿處理的SK，Na（根-莖）在處理的第6 h迅速提高至對照的5.53倍，SK，Na（根-葉）則迅速提高至對照的6.90倍，說明猴樟在6 h內(nèi)就對堿脅迫做出響應，低濃度鹽堿脅迫處理對猴樟葉片無顯著影響，此時猴樟主要依靠莖器官進行調(diào)節(jié)；高濃度堿脅迫對猴樟葉片產(chǎn)生影響，莖、葉片均提高了對K+的選擇性運輸，莖、葉器官協(xié)同參與對堿脅迫的調(diào)控。另外，本試驗對照根、莖、葉中的K+/Na+均在處理后的48 h和120 h時出現(xiàn)高峰，而SK，Na（根-莖）和SK，Na（根-葉）變化趨勢表現(xiàn)平緩；堿脅迫處理的根部K+/Na+表現(xiàn)為第6～12 h較高，之后呈下降趨勢；莖器官中的K+/Na+和SK，Na（根-莖）均在處理后的6～12 h顯著提高，之后呈下降趨勢，節(jié)律性表現(xiàn)不明顯；而葉片中的K+/Na+和SK，Na（根-葉）均在處理后的6～12 h提高，在48 h和120 h時再次出現(xiàn)高峰，表現(xiàn)一定的節(jié)律性。猴樟幼苗的這種節(jié)律性變化可能與堿脅迫影響植物氣孔開閉和水分運輸有關［25］，具體原因尚需進一步研究。

綜上所述，堿脅迫促進Na+的吸收，抑制K+的吸收，降低猴樟根系中K+/Na+的比值；猴樟通過提高莖葉器官對K+的選擇性運輸?shù)姆绞教岣咔o、葉器官中K+/Na+的比值，應對堿協(xié)迫環(huán)境；低濃度堿脅迫下，猴樟莖器官中K+/Na+的比值在處理的第6 h時達到最高值；高濃度堿脅迫下，猴樟莖、葉器官中K+/Na+的比值在處理的6 h時迅速提高；猴樟對K+、Na+的吸收和運輸具有節(jié)律性，堿脅迫影響了猴樟對K+、Na+的吸收和運輸?shù)墓?jié)律性。