不同幼苗期氯化钠胁迫对甜菜体内水分生理的影响

赵慧杰,於丽华,孙学伟,刘治婷,刘 慧,耿 贵,*

(1.黑龙江大学 生命科学学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江省普通高等学校甜菜遗传育种重点实验室，哈尔滨 150080；3.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨 150080)

不同幼苗期氯化钠胁迫对甜菜体内水分生理的影响

赵慧杰1,於丽华2,3,孙学伟1,刘治婷1,刘 慧1,耿 贵2,3,*

(1.黑龙江大学 生命科学学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江省普通高等学校甜菜遗传育种重点实验室，哈尔滨 150080；3.中国农业科学院甜菜研究所，哈尔滨 150080)

以甜菜ST13092为供试品种，采用室内营养液水培的培养方式，研究了不同幼苗期盐胁迫下甜菜体内水分变化情况。研究结果表明：盐胁迫条件下，含水量、相对含水量及水势随着盐浓度的升高而降低。3对真叶期盐胁迫叶片含水量、叶柄含水量和水势都比子叶期的低。子叶期第一对叶片含水量对盐胁迫的敏感程度大于第二对叶片，而3对真叶期胁迫的第三对叶片含水量与第四对无明显差异；3对真叶期盐胁迫与子叶期的叶片饱和水分亏缺都是随盐浓度的升高而增大；三叶期盐胁迫于280 mmol/L浓度胁迫下3对真叶期比子叶期叶片水势下降幅度大；对于叶片相对含水量及水势，同一处理不同叶位没有明显差异。

甜菜；氯化钠胁迫；水势；含水量

0 引 言

盐分是影响植物生长和产量的一个重要环境因子,环境中的盐分离子过多，会造成植物减产或死亡。我国盐碱地分布广泛，盐碱土中主要包括4种阴离子(Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-)和3种阳离子(Na+、Ca2+、Mg2+)，其中危害最为普遍的就是Na+所形成的盐类。盐分离子过多，植物根际环境的渗透势降低，根细胞渗透势相对降低，造成根细胞吸水困难，甚至造成细胞组织水分外渗，从而产生水分胁迫；同时由于盐离子可以被细胞吸收,过多的盐分离子对细胞产生毒害作用，这就是离子胁迫,盐分胁迫是水分胁迫和离子胁迫共同作用的结果，会导致体内的各种生理代谢紊乱，从而影响种子的萌发[1-2]和植物的生长[3-4]。盐胁迫几乎影响植物所有的重要生命过程，有研究表明,用≥0.5 g/L NaCl的盐溶液长期灌溉,造成土壤中盐分累积,使玉米生长受阻,成活率下降,幼苗在形态上表现出盐害效应[5]；盐胁迫条件下随着盐浓度的升高,油葵根系和地上部分的生长显著降低;根系体积均低于对照[6]；高梁在高浓度NaCl(100～200 mmol/L)胁迫下，叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等明显降低[7]；坪山柚幼苗叶片在盐胁迫后，80、67和28 ku蛋白质活性有不同程度的增强，分子质量为58和14 ku蛋白质消失，5和24 ku蛋白质是盐胁迫后新诱导合成的,且随盐胁迫强度增大[8]；花生中脂类含量在低浓度NaCl条件下增加,高盐下降低[9]；鹰嘴豆中盐会通过降低结瘤生长及固氮酶的活性,从而抑制氮素固定[10]。

甜菜是耐盐性较强的糖料作物，曾有报道指出，在NaCl浓度≤0.8%(140 mmol/L)范围内,甜菜种子发芽率未受到显著的影响[11]，在NaCl浓度≤100 mmol/L范围内，甜菜苗期干物质积累无明显降低[12]。当环境中盐浓度达到一定程度后，甜菜的生长也会受到影响，NaCl浓度>280 mmol/L时，强烈抑制 NO3-、钾、钙和镁等营养元素的吸收[13]；叶绿素总量及净光合速率降低[14]。甜菜虽说是耐盐性强的作物，但目前对甜菜耐盐机理的研究还不够系统全面。

在我国北方地区有相当数量的盐碱地分布，研究表明，甜菜块根及茎叶产量均达到30 t/hm2时，能从1 hm2盐碱地中吸收带走盐碱物600 kg,氯36 kg[15]。因此在盐胁迫条件下研究甜菜的耐盐性具有较大的现实和理论意义。本研究以甜菜为材料，研究了不同时期盐胁迫条件下甜菜地上部分的水分变化情况，明确幼苗期的不同时期盐胁迫对甜菜地上部水分影响的差异，以进一步探讨甜菜适应盐胁迫环境的机理，为利用和改良盐碱地提供理论基础，为盐碱地的增产增收提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甜菜品种为ST13092，为单胚包衣种子。

1.2 试验处理

本实验共设3个氯化钠浓度处理，分别为0、140、280 mmol/L，4次重复。

1.3 试验方法

本试验在光照培养室内进行，采用改良的不含Na+霍兰营养液水培。将种子播种于灭过菌的蛭石中，于25 ℃条件下发芽，期间注意保持湿润，出苗后开始光照，连续光照14 h/d，培育室光照强度为450 μmol/(m2·s)，昼夜温度分别为25 ℃和 20 ℃，相对湿度保持在 60%～70%。在蛭石内培养6 d后选取大小均匀的甜菜幼苗移入含2.5 L营养液的玻璃槽中，每槽4穴，每穴2株。每周换1次营养液。

1.3.1 子叶期盐胁迫对甜菜水分影响的试验

为防止一次性加盐过多幼苗死亡，每天向营养液中加70 mmol/L NaCl，最终达到试验设计的浓度后，开始定苗，每穴1株，选择长势一致的健壮苗，每个处理4次重复，期间及时补充蒸馏水，前期补充1次/d，后期补充2次/d，以保证营养液中盐分浓度，同时做好日常管理，做好记录，加完盐15 d后第二对真叶完全展开时收获，进行各项指标的测定。

1.3.2 3对真叶期盐胁迫对甜菜水分影响的试验

将甜菜移入营养液后，让其在正常的营养液中生长，为了保证试验的可比性,这里的甜菜幼苗是与子叶期加盐的幼苗一同培养的，子叶期的幼苗收获后，待第三对真叶长出后，选择长势一致的幼苗，每穴1株，4次重复，开始加NaCl 70 mmol/(L·d)，最终达到试验设计的浓度，期间及时补充蒸馏水，前期补充2次/d，后期补充4次/d，以保证营养液中盐分浓度，同时做好日常管理，做好记录，加完盐后第四对真叶完全展开时收获，进行各项指标的测定。

1.4 测定项目及方法

组织含水量的测定采用李合生[16]方法测定；相对含水量采用邹琦[17]方法，完整新鲜叶片称重后放入水中，使其充分吸水，24 h后称重，放入烘箱中烘干再次称重；水势采用露点水势测定，将叶片冷冻后自然解冻，挤出汁液用HR-33T露点水势仪测定[18]。

组织含水量(%)=(植物组织鲜重-组织干重)/鲜重*100

相对含水量(%)=(叶片鲜重-干重)/(叶片饱和鲜重-干重)*100

水分饱和缺(%)=(1-相对含水量)*100

2 结果与分析

2.1 不同时期氯化钠胁迫对甜菜含水量的影响

2.1.1 子叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片含水量的影响

子叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片含水量见表1。由表1可见,氯化钠胁迫条件下,甜菜叶片的含水量随着盐分浓度的升高明显降低，对于整个叶片而言，3个处理含水量的差异都达到了极显著的水平，280 mmol/L处理较对照叶片的含水量降低了近2个百分点。3个处理中不同叶位的叶片含水量受到盐胁迫的程度不同，第一对叶片中140、280 mmol/L盐处理的含水量分别较对照降低了1.88%和3.7%，各处理间差异达到了极显著的水平；而第二对叶片的各处理的含水量整体都低于第一对叶片相应处理的含水量，140 mmol/L处理与对照处理含水量仅降低了0.16%，差异不显著，280 mmol/L处理较对照降低了1.93%，差异极显著。综上所述，第一对叶片(相对较老的叶片)各处理含水量随着盐分浓度的升高明显降低，对氯化钠的胁迫反应比较敏感；而对于第二对叶片(相对幼嫩的叶片)来说，140 mmol/L处理的含水量几乎没有受到影响，280 mmol/L处理的含水量降低量也较第一对的小，可见本试验条件下盐胁迫对第二对叶片含水量的影响较小。

2.1.2 3对真叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片含水量的影响

由于第三对真叶期开始盐胁迫，加盐后到收获有2对真叶在盐胁迫后完全展开，因此对3对真叶期盐胁迫的研究选择了第三对和第四对真叶，将其与子叶期开始胁迫的第一对和第二对真叶进行比较研究，以下类同，不加以再说明。

3对真叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片含水量见表2。由表2可见,在3对真叶期开始氯化钠胁迫条件下,甜菜叶片的含水量随着盐分浓度的升高明显降低，在140 mmol/L和280 mmol/L处理较对照叶片的含水量降低了2.09%和4.31%，整个叶片的降低幅度大于子叶期。不同叶位的含水量也下降明显，其中第三对叶片中140、280 mmol/L盐处理的含水量分别较对照降低了2.06%和3.75%，各处理间差异达到了极显著的水平；第四对叶片的各处理的含水量降低了2.72%和4.23%，差异极其显著，从前面的数字可见在此时期加盐对甜菜叶片含水量的影响也很大,但是在此时期开始胁迫对叶片不同叶位的含水量的影响不明显。

由表1和表2的比较可见，3对真叶期盐胁迫后各处理整株叶片含水量比子叶期盐胁迫后的含水量整体有所降低。两个时期的胁迫对不同叶位含水量的影响不同，子叶期胁迫第一对真叶含水量高于第二对，第二对叶片在140 mmol/L处理的含水量几乎未受到影响，而3对真叶期胁迫，第三对真叶含水量与第四对真叶含水量差异不明显，140 mmol/L处理的第四对叶片含水量与对照处理差异显著。

表1 子叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片含水量

注：*不同NaCl浓度处理之间标有相同字母表示差异不显著；不同大写字母者表示差异显著(p<0.01)，不同小写字母者表示差异显著(p<0.05),下表同上。

表2 3对真叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片含水量

2.2 不同时期氯化钠胁迫对甜菜叶柄含水量的影响

2.2.1 子叶期氯化钠胁迫对甜菜叶柄含水量的影响

甜菜叶柄的含水量随着盐浓度的升高而降低，140、280 mmol/L处理叶柄的含水量分别为92.75%和91.02%，分别较对照降低了0.86%和2.70%，营养液中虽然钠离子的浓度提高1倍，但是甜菜叶柄中含水量却降低了3倍多，可见盐浓度越高，胁迫程度越大。

2.2.2 3对真叶期氯化钠胁迫对甜菜叶柄含水量的影响

3对真叶期氯化钠胁迫后对甜菜叶柄含水量的影响与子叶期盐胁迫后相似，随着盐浓度的升高而降低，各处理间差异大达到极其显著水平。140、280 mmol/L NaCl处理叶柄的含水量分别较对照降低了2.30%和5.03%，由此可见此时期胁迫叶柄含水量降低幅度远大于子叶期胁迫。

2.3 不同时期氯化钠胁迫对甜菜叶片相对含水量及饱和水分亏缺的影响

2.3.1 子叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片相对含水量及饱和水分亏缺的影响

叶片相对含水量，又称饱和含水量，它能更好的反映抗性生理研究中植物组织中水分含量状况。无论第一对还是等二对叶片，其相对含水量都是随着氯化钠浓度的升高而降低，3个处理之间的差异达到了显著水平，而加盐处理的相对含水量与对照之间已经达到了差异极显著的水平，可见盐分严重地影响了甜菜叶片中的相对含水量，氯化钠的浓度越高影响越大。从对不同叶位的相对含水量的影响来看，3个处理中的第一对与第二对的相对含水量虽有不同，但没有明显差异，由此可见，在本试验研究的浓度范围内盐分对不同叶位的相对含水量影响不明显。

饱和水分亏缺反应了植物体内水分亏缺的程度。它与相对含水量的关系十分密切，相对含水量越大，饱和亏缺越小。氯化钠的浓度越高，叶片的饱和亏缺越大，植物体缺水程度越大(表3)。第一对叶片的140、280 mmol/L处理较对照水分饱和亏缺分别增加了13.42%和16.93%，第二对叶片分别增加了14.68%、17.06%。

2.3.2 3对真叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片相对含水量及饱和水分亏缺的影响

在3对真叶期氯化钠胁迫条件下,甜菜叶片饱和水分亏缺随着盐分浓度的升高明显升高(表4)，其中第三对叶片的140、280 mmol/L盐处理的水分饱和亏缺分别较对照增加了8.08%和17.25%；而第四对叶片的各处理的饱和水分亏缺分别增加了11.25%和16.38%。3对真叶期的上述指标在盐胁迫下的变化与子叶期类似。

表3 子叶期盐胁迫下甜菜叶片相对含水量及水分饱和亏缺

2.4 不同时期氯化钠胁迫对甜菜叶片水势的影响

2.4.1 子叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片水势的影响

水势更多地反映了系统与环境之间水分流动的趋势，植物水势值越低,植物就越需要水，吸水能力就越强。子叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片水势见图1。由图1可见，140、280 mmol/L两个处理第一对叶片水势分别为-1.213 MPa和-1.6 MPa，较对照降低了57.74%和108.1%；第二对叶片水势分别为-1.205 MPa和-1.631 MPa，较对照降低了58.55%和114.6%。由此可见，各处理无论哪对叶片其水势都是随着氯化钠浓度升高而显著降低。同一处理中，不同叶位间水势差异不明显。

表4 3对真叶期盐胁迫下甜菜叶片相对含水量及水分饱和亏缺

图1 子叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片水势Fig.1 Water potential of sugar beet leaves under NaCl stress in cotyledon stage

2.4.2 3对真叶期氯化钠胁迫对甜菜叶片水势的影响

在3对真叶期氯化钠胁迫条件下,甜菜叶片水势随着盐分浓度的升高明显降低(图2)，其中第三对叶片中140、280 mmol/L盐处理的水势为-1.911 MPa和-2.733 MPa，分别较对照降低了54.12%和120.43%；而第四对叶片的各处理的水势为-1.989 MPa和-2.711 MPa，分别降低了63.02%和122.22%。同一处理中，不同叶位间水势差异不明显。

图2 3对真叶期氯化钠胁迫下甜菜叶片水势Fig.2 Water potential of sugar beet leaves under NaCl stress in three pairs of leaves stage

从叶片水势值来看，三叶期开始盐胁迫的各处理较子叶期盐胁迫各处理的水势值低，280 mmol/L浓度胁迫下3对真叶期胁迫比子叶期胁迫叶片水势下降幅度更为明显。

3 讨 论

植物组织中的水分含量直接影响植物的生长、气孔开闭状况、光合作用以及作物产量，因此植物组织含水量是反映植物组织水分生理状况的重要指标。在盐分胁迫条件下，植物组织含水量能够反映出植物受胁迫的程度。本试验的结果表明，在甜菜幼苗期的两个时间段进行氯化钠胁迫，其叶片含水量都是随着氯化钠浓度的升高而显著降低。然而在子叶期进行胁迫，不同叶位上叶片的含水量受到盐胁迫的程度有所差异，对于相对成熟的叶片(第一对叶片)受到胁迫的影响比较大，0、140、280 mmol/L 3个处理间含水量的差异达到了极显著的水平；而对于幼嫩的叶片(第二对叶片)，只有高盐的280 mmol/L处理的含水量明显降低，中盐140 mmol/L处理的含水量与对照相比无明显差异。这一现象说明甜菜在不良环境中首先保证年轻的组织正常生长，以确保自身的繁衍生息；同时在此盐分浓度或低于此盐分浓度条件下，甜菜通过自身的调节，能够保证自身一部分组织最大限度地接近正常生长。

叶片相对含水量是植物抗性生理中衡量水分状况的一个重要指标，其值越大，水分状况越好，亏缺的越少。植物叶水势代表植物水分运动的能量水平，水势越低吸水能力越强。在本项研究中，叶片相对含水量和水势受氯化钠胁迫的趋势类似，都是随着氯化钠浓度的升高而显著降低，不同叶位之间均无明显差异，曾有报道指出盐胁迫条件下下部叶片特别是衰老叶片的Na+和Cl-等无机离子浓度高于上部幼嫩叶片[19]，然而本试验条件下分析的叶片相对含水量和水势却与叶位的关系不大，这是有机渗透物质与无机渗透物质共同调节的结果。曾有研究表明，植物在盐胁迫的条件下,为保持细胞水分，维持正常生理代谢，细胞通过无机离子和有机物质共同参与的渗透调节来降低胞内水势[20-22]，使水分的跨膜运输朝着有利于细胞生长的方向流动。

在甜菜生长至3对真叶期再进行盐胁迫后叶片和叶柄含水量都明显下降，且下降趋势大于子叶期。甜菜在3对真叶期大幅度降低叶片和叶柄的含水量，维持较低的水势，以吸收外界水分来供给生长需求。本试验说明甜菜在3对真叶期进行盐胁迫后吸收水分维持生长的能力更强，耐盐能力也越强，这对盐碱地中采用甜菜纸筒育苗种植有一定指导意义。

4 结 论

在本试验条件下，氯化钠胁迫降低了甜菜幼苗的组织含水量、相对含水量以及水势，氯化钠胁迫程度越高，3个指标降低的越明显，而水分饱和亏增大的越明显。3对真叶期高浓度氯化钠胁迫的叶片和叶柄含水量、相对含水量及水势都较子叶期盐胁迫低。叶片不同叶位含水量对不同盐胁迫时期的反应不同，子叶期胁迫第一对真叶含水量高于第二对真叶的，而3对真叶期胁迫的不同叶位含水量的差异不明显。对于盐胁迫下叶片的相对含水量及水势，同一处理不同叶位没有明显差异。综上所述，本试验所研究的氯化钠胁迫条件下，3对真叶期甜菜幼苗的各项水分生理指标对盐胁迫表现得较为积极，通过降低各项指标的数值来获得更大的吸水能力，增强自身的耐盐能力，提高不良坏境的适应性。

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Effect on water metabolism in sugar beet under NaCl stress in seedling stage

ZHAO Hui-Jie1，YU Li-Hua2,3，SUN Xue-Wei1，LIU Zhi-Ting1，LIU Hui1,GENG Gui2,3,*

(1.College of Life Science of Heilongjiang University，Harbin 150080, China; 2.Key Laboratory of Sugar Beet Genetic Breeding of Heilongjiang Province，Harbin 150080, China；3.Sugarbeet Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences，Harbin 150080, China)

Sugar beet ST13092 was cultivated in the hydroponic experiment to investigate the effects of the different NaCl concentrations on the moisture content of sugar beet seedlings.The results show that：water content,leaf relative water content and water potential were decreased significant with the increase of NaCl concentration.Leaves water content,petioles water content and water potential in the three pairs of true leaves stage under salt stress were lower than in the cotyledon stage.It was more seriously influence on the first pair of leaf water content than the second pair of leaf in the cotyledon stage under salt stress，and the effect on leaf water content had no significant difference between different leaf positions in the three pairs of true leaves stage under the same treatment.Leaf water saturation deficits increased with the increase of the salt concentration in the cotyledon stage and the three pairs of true leaves stage.The water potential under the 280 mmol/L NaCl treatment in the three true leaf stages were decreased more serious than cotyledon stage.The effect on leaf relative water content and water potential had no significant difference between different leaf positions under the same treatment.

sugar beet；NaCl stress；water potential；water content

10.13524/j.2095-008x.2015.02.030

2015-04-02

国家自然科学基金资助项目(31271779)；黑龙江省普通高等学校甜菜遗传育种重点实验室开放实验项目

赵慧杰(1989-)，男，山西长治人，硕士研究生，研究方向：生态修复，E-mail：910495880@qq.com；*通讯作者：耿 贵(1963-)，男，黑龙江宁安人，研究员，博士，研究方向：土壤与栽培研究，E-mail：genggui01@163.com。

S566.3

A

2095-008X(2015)02-0058-06