梁崢 宋卓琴 賈民隆 段九菊 曹冬梅

摘要通過對鹽脅迫條件下不同品系萱草的Na+、K+含量及分布進行測定和分析，探究其抗鹽機理，為萱草在鹽漬地區(qū)的生態(tài)應用和品種選育提供理論支撐。以8個品系萱草為材料，采用水培方法進行150 mmol/L NaCl脅迫處理，將鹽脅迫和非鹽條件下不同品系萱草分嫩葉、成熟葉、老葉、莖和根5個部分，對各部分干物質(zhì)含量，Na+、K+的積累和分布進行分析并探討各指標與不同品系萱草耐鹽性的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示，鹽脅迫處理對各品系萱草根系生物量積累的抑制作用最大，對嫩葉和老葉的干重積累無明顯影響；鹽脅迫使不同品系萱草各部位Na+含量均顯著上升，其中老葉的Na+積累遠大于其他部分，莖的變化量最??；鹽脅迫對K+的影響主要發(fā)生在老葉和成熟葉，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表現(xiàn)為下降，ZZ-1表現(xiàn)為上升，而LS-1和JC-1無明顯變化；鹽脅迫下萱草Na+/K+的變化幅度為老葉＞成熟葉＞嫩葉＞根＞莖。通過主成分分析和隸屬函數(shù)，對各品系萱草進行基于干物質(zhì)含量和Na+/K+的耐鹽性評價，8個品系萱草耐鹽性為ZZ-1＞ZZ-2＞W(wǎng)T-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。綜上所述，萱草在鹽脅迫條件下對Na+、K+的積累呈明顯的不均衡分布特征，各部位干重及Na+/K+的變化可作為評價不同品系萱草耐鹽能力的指標。

關(guān)鍵詞萱草；鹽脅迫；Na+含量；K+含量

中圖分類號S 682.1+9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2023）24-0045-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.011

Effects of Salt Stress on the Content and Distribution of Na+and K+ in 9 Hemerocallis fulva strains

LIANG Zheng，SONG Zhuoqin，JIA Minlong? et al

（College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taiyuan， Shanxi 030031）

AbstractThe concentration and distribution of Na+ and K+ in different strains of Hemerocallis fulva under salt stress were measured to explore its salt resistance mechanism， in order to provide theoretical support for the ecological application and variety selective breeding.Eight lines of Hemerocallis fulva were used as materials to carry out 150 mmol/L NaCl stress treatment by water culture method. Materials were divided into five parts： tender leaves， mature leaves， older leaves， stem and root. And the dry matter content， the concentration and distribution of Na+ and K+ in different parts of Hemerocallis fulva under salt and nonsalt conditions were analyzed. And the correlation between test indexes and salt tolerance of different strains was also discussed.The results showed that，salt stress had a greater inhibitory effect on dry weight of root， little on stems and mature leaves， and almost none on young and older leaves. The concentration of Na+ in different parts of plants was significantly increased under salt stress. While the concentration of Na+ in older leaves was much higher than that in other parts， the change in stem was relatively minimum. The effect of salt stress on K+ mainly occurred in older and mature leaves， in which YC1， TG1， TY1， ZZ2 and WT2 decreased， ZZ1 increased， LS1 and JC1 did not change significantly. The change of Na+/K+ in materials under salt stress showed that older leaves>mature leaves>young leaves>root>stem.Through principal component analysis and membership function， the salt tolerance of each line based on changes of dry matter content and Na+/K+ in different parts of plant was evaluated. The order of salt tolerance of the 8 lines was ZZ1>ZZ2>WT2>YC1>TG1>TY1>LS1>JC1. The accumulation of Na+ and K+ in Hemerocallis fulva under salt stress showed an obvious uneven distribution. The changes of dry weight and Na+/K+ in different parts of plant could be used as indexes to evaluate the salt tolerance of different lines of Hemerocallis fulva.

Key wordsHemerocallis fulva;Salt stress;Na+ concentration；K+ concentration

土壤鹽漬化是影響生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素，我國約有3 500萬km2的各類鹽堿地，占耕地面積的1/5［1］。通過評價和選育耐鹽物種，深入研究其抗鹽機理，可以進一步提高植物的耐鹽能力并助力開發(fā)利用，推動綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)文明建設。鹽脅迫環(huán)境中高濃度的Na+是導致植物離子失衡的主要因素［2］，相似的水合離子半徑和理化性質(zhì)，使Na+和K+形成競爭［3］。K+是多種酶和代謝活動的必需物質(zhì)，植物必須維持穩(wěn)定的Na+/K+，以維持細胞質(zhì)中諸多的正常代謝過程［4］。對耐鹽植物的離子平衡策略進行分析，對于進一步探究離子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、理解植物耐鹽機理有關(guān)鍵作用。萱草（Hemerocallis fulva）是百合科萱草屬多年生宿根花卉，觀賞性強并兼具藥用和食用價值，其耐鹽性在常用綠化草本材料中具有明顯優(yōu)勢［5］。關(guān)于萱草的耐鹽性研究目前大多集中在與其他物種的耐鹽性比較、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化物酶等生理特性的測定等方面［6-8］，對Na+、K+分布方面的研究尚未見報道。筆者以8個野生萱草品系為材料，采用水培方法進行NaCl脅迫處理，對植株嫩葉、成熟葉、老葉、莖和根部分別進行干物質(zhì)含量、Na+、K+含量的測試和分析，探討萱草對鹽脅迫的響應機制，旨在為萱草在鹽漬地區(qū)的生態(tài)應用和品種選育提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試萱草品系材料8份，來自山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院花卉基地資源圃，均為采自山西不同生境的野生資源（表 1）。

1.2試驗方法

將生長期狀態(tài)整齊的萱草苗種植于水培槽內(nèi)，注Hoaglands營養(yǎng)液，通增氧泵，日光溫室中常規(guī)管理，待水培苗抽出白色新根后，進行NaCl脅迫處理。將不含NaCl的Hoaglands營養(yǎng)液處理設為對照，每組處理30～40株。據(jù)前期試驗，取150 mmol/L NaCl濃度，于脅迫第30天時隨機取植株全株進行各指標測定。將測試植株分為根、莖、嫩葉、成熟葉和老葉5部分，葉片部分按數(shù)量三等分后根據(jù)距離中心的順序由小到大依次為嫩葉、成熟葉和老葉，各處理重復3次。為保證鹽脅迫濃度的恒定及防止植株營養(yǎng)虧缺，每3 d更換一次鹽營養(yǎng)液。

1.3項目測定與方法

1.3.1干物質(zhì)含量。

將待測材料用蒸餾水潤洗后擦干表面水分，置于烘箱105 ℃殺青15 min，80 ℃干燥至恒重，稱重。

1.3.2Na+、K+含量。

將“1.3.1”得到的干樣研碎過篩，取0.5 g置于15 mL試管加塞，經(jīng)H2O2消煮15 min得待測液，取5 mL定容至50 mL容量瓶，使用火焰分光光度計（FP6400A，上海傲普分析儀器有限公司）測定Na+、K+含量。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 26.0對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析、相關(guān)性及主成分分析。計算公式：

耐鹽系數(shù)=處理值/對照值（1）

U（Xij）=（Xi，j-Xi，min）/（Xi，max-Xj，min），i=1，2，…，n（2）

式中，U表示隸屬函數(shù)值，Xi，j表示第j個品種第i個主成分值，Xi，min表示第i個主成分的最小值，Xi，max表示第i個主成分的最大值。

wi=pi/（i=1，n）pi，i=1，2，…，n （3）

式中，wi表示第i個主成分的重要程度即權(quán)重，pi代表第i個主成分的貢獻率。

D=（i=1，n）［ U（Xij）×wi］（4）

式中，D值為第j個萱草品系的耐鹽性綜合評價值。

2結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對不同品系萱草干物質(zhì)含量的影響

由圖1可知，鹽脅迫處理對各品系萱草不同部位的干重積累產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。各品系根部干重有明顯降低趨勢，按降幅由大到小排序為TG-1＞JC-1＞TY-1＞YC-1＞LS-1＞W(wǎng)T-2＞ZZ-2＞ZZ-1，分別較對照降低44.5%、33.6%、31.5%、27.1%、26.3%、23.2%、17.1%和6.7%。莖部和成熟葉部分的干重也有減小趨勢，但均不及根部明顯，而嫩葉和老葉的干重總體沒有明顯的變化。ZZ-1和ZZ-2各部位干重對脅迫處理均不敏感。

2.2鹽脅迫對不同品系萱草Na+含量的影響

鹽脅迫使萱草各部分Na+含量均大幅升高（圖2）。老葉片的Na+含量增幅在各部位中均達到峰值，品系間含量由大到小為TY-1＞W(wǎng)T-2＞YC-1＞LS-1＞ZZ-1＞JC-1＞TG-1＞ZZ-2，Na+含量分別達196.8、184.4、184.0、162.2、148.4、138.7、110.7和102.3 mg/g。成熟葉片的Na+增幅次于老葉片，不同品系的處理組Na+含量在26.7～75.0 mg/g。各品系處理組根部Na+含量28.9～63.0 mg/g，嫩葉16.3～59.9 mg/g。莖部的增幅在各部位中最小，Na+含量在22.8～33.9 mg/g。

2.3鹽脅迫對不同品系萱草K+含量的影響

由圖3可知，鹽脅迫對K+的影響主要表現(xiàn)在葉片部分，莖和根的K+含量無明顯變化。各品系相對于對照的變化趨勢不同，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表現(xiàn)為下降，ZZ-1表現(xiàn)為上升，而LS-1和JC-1無明顯變化。葉片K+含量變化由大到小為老葉＞成熟葉＞嫩葉。老葉片中K+含量相對于對照值的變化由大到小為ZZ-1＞LS-1＞JC-1＞TG-1＞ZZ-2＞YC-1＞W(wǎng)T-2＞TY-1，其K+含量分別為對照值的187.6%、93.1%、91.2%、83.4%、82.8%、72.7%、72.7%和63.0%。

2.4鹽脅迫對不同品系萱草Na+/K+的影響

鹽脅迫對不同品系萱草的Na+/K+及分布均產(chǎn)生明顯影響（表 2）。從各部位分布來看，對照組的Na+/K+由大到小為莖＞根＞葉，其中莖0.084～0.270，根0.018～0.075，嫩葉、成熟葉和老葉的值沒有明顯差距，在0.005～0.034；處理組的Na+/K+值在各部位均明顯上升，按平均變化幅度由大到小為老葉＞成熟葉＞嫩葉＞根＞莖，分別為對照值的120.5、39.1、26.3、19.9和10.4倍。從品系間的差異來看，處理組的Na+/K+值平均變化幅度由大到小為JC-1＞LS-1＞TY-1＞ZZ-2＞YC-1＞W(wǎng)T-2＞TG-1＞ZZ-1，分別為對照值的30.0、27.4、17.5、16.5、12.1、10.4、10.2和5.6倍。

2.5耐鹽性綜合評價

2.5.1干物質(zhì)含量和Na+/K+的耐鹽系數(shù)及相關(guān)性分析。

為了探討鹽脅迫在萱草不同品系間造成的影響，基于干物質(zhì)量和Na+/K+在植株不同部位的分布情況對各品系進行耐鹽性綜合評價。利用耐鹽系數(shù)公式（1）計算各品系萱草不同部位干物質(zhì)含量和Na+/K+的耐鹽系數(shù)，并進行相關(guān)性分析。由表3可知，嫩葉Na+/K+和根Na+/K+分別與莖Na+/K+呈顯著正相關(guān)，嫩葉、成熟葉和老葉的干重呈兩兩極顯著正相關(guān)，嫩葉、成熟葉和根干重分別與莖干重呈顯著正相關(guān)，根干重與嫩葉干重呈顯著正相關(guān)。

2.5.2耐鹽系數(shù)的主成分分析及綜合評價。

由主成分分析可知，前3個綜合指標累計貢獻率達90.838%，可代表指標的絕大部分信息。主成分因子F1主要與嫩葉、成熟葉、老葉的干重密切相關(guān)，主成分因子F2與根、莖的Na+/K+密切相關(guān)，主成分因子F3與成熟葉Na+/K+、根干重有較大相關(guān)關(guān)系。根據(jù)主成分特征向量（表 4）計算不同品系萱草的主成分值，利用公式（2）及公式（3）計算隸屬函數(shù)及權(quán)重值，再由公式（4）得到綜合評價值D（表5）。根據(jù)D值對不同品系萱草耐鹽性由大到小進行排序為ZZ-1＞ZZ-2＞W(wǎng)T-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。鹽脅迫第30天各品系萱草的生長狀態(tài)見圖4。

3討論與結(jié)論

鹽脅迫通過對甜土植物產(chǎn)生滲透脅迫、離子毒害和營養(yǎng)損失等影響植株代謝，從而導致不同程度的生長抑制［9］。生物量的積累和表型的變化對于植物受脅迫水平的判斷有著不可替代的意義。Greenway等［10］根據(jù)無鹽和有鹽環(huán)境中各物種的相對生長情況，將植物劃分為4組：第一組可利用400 mmol/L左右的鹽分加速生長，第二組在300 mmol/L以上鹽分條件下生長率放緩，第三組受到100～300 mmol/L高濃度鹽分的抑制，第四組在100 mmol/L以下低鹽時即明顯受害甚至死亡。該研究各品系萱草在150 mmol/L鹽脅迫下普遍受到不同程度的抑制，可歸類至第三組，其耐鹽水平與棉花、大麥等相當［11-12］。作為最先感知鹽漬環(huán)境的器官，許多物種的根系數(shù)量及形態(tài)變化均對鹽脅迫表現(xiàn)出突出的敏感性［13］，萱草在鹽脅迫下根部的干物質(zhì)變化水平明顯高于植株的其他部分，可能與其根系形態(tài)的變化有關(guān)。鹽脅迫下萱草根系長度變短，須根量也較少，這與姜秀娟等［14］在水稻，謝德意等［15］在棉花中觀察到的現(xiàn)象類似。

鹽脅迫條件下Na+進入植物的途徑主要有非選擇性陽離子通道、內(nèi)向整流K+通道和外向整流K+通道，這些通道都與K+的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)息息相關(guān)［16］。雖然Na+有時可以替代K+的一些功能［17］，但K+對滲透調(diào)節(jié)、酶的催化、蛋白質(zhì)和糖類的合成和運輸始終具有重要意義，是植物體必需的營養(yǎng)元素之一［18］。在鹽脅迫條件下，如何避免質(zhì)膜內(nèi)Na+的聚集和K+的流失，是保持正常生理狀態(tài)的重要條件，植物抵抗Na+/K+劇烈變化的能力則是耐鹽性評價的指標之一［19］。在Na+的含量測試中，發(fā)現(xiàn)其在老葉中的積累遠大于其他部分，這可能是由于老葉片生長時間更久，葉面積相對更大，更容易積累隨蒸騰作用輸送而來的質(zhì)外體空間中的Na+。Lichtenthaler［20］和Munns［21］分別在植物脅迫研究中進行了類似闡述，唐曉倩等［22］在西伯利亞白刺、藺麗媛［23］在甜菜中也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象。可以推測，將多余的Na+轉(zhuǎn)移和聚集到老葉片中，保護嫩葉和根莖等核心部位的正常代謝，是萱草抵抗鹽脅迫的策略之一，老葉片與嫩葉的Na+含量差距越大可能代表其保護能力越強［24］。與其他品系比較，ZZ-1具有明顯的Na+/K+維持能力，在脅迫條件下ZZ-1將大量的K+輸送到葉片中，有效提高了細胞的滲透平衡，減輕了Na+對組織的沖擊。

該研究通過水培方法，對鹽脅迫和非鹽條件下不同品系萱草各部位的干物質(zhì)含量、Na+、K+的積累和分布進行了分析，并探討了不同部位Na+、K+積累與不同品系萱草耐鹽性的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示，鹽脅迫處理對各品系萱草根系生物量積累的抑制作用最大，對嫩葉和老葉的干重積累無明顯影響；鹽脅迫使不同品系萱草各部位Na+含量均顯著上升，其中老葉的Na+積累遠大于其他部分，莖的變化量最小；鹽脅迫對K+的影響主要發(fā)生在老葉和成熟葉上，其中YC-1、TG-1、TY-1、ZZ-2和WT-2表現(xiàn)為下降，ZZ-1表現(xiàn)為上升，而LS-1和JC-1無明顯變化；鹽脅迫下萱草Na+/K+的變化幅度為老葉＞成熟葉＞嫩葉＞根＞莖。通過主成分分析和隸屬函數(shù)，對各品系萱草進行基于干物質(zhì)含量和Na+/K+的耐鹽性評價，8個品系萱草耐鹽性為ZZ-1＞ZZ-2＞W(wǎng)T-2＞YC-1＞TG-1＞TY-1＞LS-1＞JC-1。

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