全 文 ：盐碱胁迫对平欧杂种榛枝条电阻抗图谱
参数及离子含量的影响*
张摇 丽1,2 摇 贾志国2 摇 马庆华1 摇 张摇 钢3 摇 王贵禧1**
( 1中国林业科学研究院林业研究所 /国家林业局林木培育重点实验室 /林木遗传育种国家重点实验室, 北京 100091; 2河北北
方学院, 河北张家口 075000; 3河北农业大学, 河北保定 071000)
摘摇 要摇 为探讨平欧杂种榛枝条对盐碱胁迫的适应性,测定‘辽榛 3 号爷当年生枝条在中性盐
(NaCl)、碱性盐(Na2CO3)及混合盐 3 种盐碱胁迫下各项电阻抗图谱(EIS)参数的变化及主要
矿质元素含量,分析各电阻抗参数及矿质离子含量的相关性.结果表明: 随着 NaCl 浓度的增
加,电阻抗参数高频电阻率(r)、低频电阻率(r1)、胞内电阻率(ri)和胞外电阻率(re)均表现出
先降低后增加再降低的变化趋势;Na2CO3胁迫下,各参数则呈现持续上升的变化规律;混合盐
碱胁迫下,r1、re随盐浓度增加持续降低,Na+含量在 3 种类型盐碱胁迫下均随浓度的增加而上
升,且 NaCl胁迫>混合盐碱胁迫> Na2CO3胁迫;Na2CO3胁迫导致了 Zn、B、Ca 3 种元素含量的
降低. 5 种阳离子总量与 r1、re、弛豫时间(子)、弛豫时间分布系数(追)呈显著负相关.平欧杂种
榛枝条能耐 200 mmol·L-1碱性盐胁迫,而对中性盐的忍耐能力介于 100 ~ 150 mmol·L-1 .
关键词摇 平欧杂种榛摇 盐碱胁迫摇 电阻抗图谱摇 离子平衡
*中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(RIF2012鄄11)、林业公益性行业科研专项经费项目(201304710)和河北省科技计划项
目(14236802D鄄3)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wanggx0114@ 126. com
2014鄄04鄄03 收稿,2014鄄08鄄25 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)11-3131-08摇 中图分类号摇 S664. 4; S718. 43摇 文献标识码摇 A
Effects of saline鄄alkali stress on electrical impedance spectroscopy parameters and ion con鄄
tents in shoots of Ping爷ou hybrid hazelnut. ZHANG Li1,2, JIA Zhi鄄guo2, MA Qing鄄hua1,
ZHANG Gang3, WANG Gui鄄xi1 ( 1Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry / Key
Laboratory of Forestry Silviculture of State Forestry Administration / State Key Laboratory of Tree
Genetics and Breeding, Beijing 100091, China; 2Hebei North University, Zhangjiakou 075000, He鄄
bei, China; 3Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. , 2014, 25(11): 3131-3138.
Abstract: To study the adaptability to salt鄄alkaline stress of Ping爷ou hybrid hazelnut, ‘Liaozhen 3爷
shoots which were treated with three types of stress neutral NaCl, alkaline Na2CO3, and mixed salt鄄
alkali, and the changes in electrical impedance spectroscopy (EIS) parameters and mineral ion
contents were subsequently determined. The correlations between the EIS parameters and mineral
ion contents were analyzed. The results showed that with the increasing level of NaCl, specific high鄄
frequency resistance ( r), specific low鄄frequency resistance ( r1), specific intracellular resistance
( ri) and specific extracellular resistance ( re) of shoots decreased firstly, then increased, and final鄄
ly decreased again. However, these parameters increased gradually with the increasing level of
Na2CO3, while r1 and re decreased slowly in the mixed salt鄄alkali treatments. The Na+ contents of
shoots increased significantly under the three salt鄄alkali stresses with the order of NaCl stress >
mixed salt鄄alkali stress > Na2CO3 stress. Furthermore, Na2CO3 stress resulted in the decreases in
the contents of three elements Zn, B and Ca. The significant negative correlation was found between
the sum of five cations and four EIS parameters r1, re, relaxation time (子), and distribution coeffi鄄
cient of relaxation time (追). The shoots of ‘Liaozhen 3爷 might be tolerant of Na2CO3 stress of 200
mmol·L-1, while they could be resistant to NaCl stress of 100-150 mmol·L-1 .
Key words: Ping爷 ou hybrid hazelnut; salt鄄alkali stress; electrical impedance spectroscopy; ion
balance.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 11 月摇 第 25 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2014, 25(11): 3131-3138
摇 摇 平欧杂种榛(Corylus heterophylla伊C. avellana)
是我国目前广泛推广栽培的榛树品种,通过原产我
国的平榛与外来的欧洲榛种间杂交选育而来,综合
了二者的优良遗传特性,既具有欧洲榛果大、壳薄、
丰产的特点,又具有平榛抗寒、耐瘠薄、适应性强的
特点[1] . 2013 年全国引种面积近 16667 hm2,预计未
来 5 年内榛子发展面积将达到 83333 hm2 .目前,关
于平欧杂种榛抗性研究多集中在抗寒、抗旱性方面,
而对其耐盐碱能力和耐盐碱机理研究较少. 我国盐
碱地面积较大,盐碱地的离子成分在不同地区存在
差异,有 Na2CO3、NaHCO3等碱性盐造成的土壤碱化
问题和 NaCl、Na2 SO4等中性盐造成的土壤盐化问
题[2] .我国榛子栽培面积最广的东北、华北和西北
地区分布着不同程度的盐碱地类型[3-4],因此,开展
耐盐碱机理研究对于推进榛子产业栽培发展具有重
要意义.
电阻抗图谱( electrical impedance spectroscopy,
EIS)属于电化学的范畴,20 世纪 80 年代引至植物
生理学研究领域[5] . EIS 是利用植物的电化学特性
及其变化反映植物细胞、组织、器官乃至整个生命体
生理状况的一种无损伤检测技术. 它将植物细胞看
作一个等效电路,交流电压能否通过细胞间隙、透过
细胞膜进入细胞内部是由交流电压的频率和细胞膜
的通透性两方面因素决定的,低频电流只能在细胞
间隙流动,此时测得的阻抗值主要由胞外电阻组成,
高频电流能够直接通过细胞膜,总阻抗由胞内和胞
外电阻组成,在 AC频率固定的情况下,细胞膜透性
的变化可以通过 EIS 参数表现出来[6],因此,EIS 参
数可以作为重要指标进行抗性生理的测定.近年来,
电阻抗图谱已经广泛应用于植物抗寒[7-12]、抗
旱[13]、抗盐碱[14-17]等研究领域. 本文以平欧杂种榛
优良品种‘辽榛 3 号爷为试材,将 EIS 技术应用于抗
盐碱逆境研究领域,结合矿质元素含量的变化对电
阻抗图谱相关参数进行系统的分析,进一步揭示盐
碱胁迫下细胞内部发生的生理变化,明确平欧杂种
榛的耐盐碱水平.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料与试验设计
以目前广泛推广的平欧杂种榛优良品种‘辽榛
3 号爷为试验材料.试验于 2013 年 3 月,中国林业科
学研究院科研温室中进行,将采自北京房山榛子苗
圃基地的一年生压条苗栽种于上口径 30 cm、下口
径 23 cm的底部带托盘的塑料盆中,每盆栽种一株,
基质为草炭 颐 珍珠岩 = 5 颐 1,混合少量有机肥做底
肥,共 200 盆.于饱满芽上方 2 cm处定干,定干高度
在 30 cm左右,60 d 后,选择生长健壮、长势基本一
致的植株进行盐碱胁迫试验.
5 月将试验材料随机分成 16 份,各 12 株,分别
设置 3 种不同类型的盐碱胁迫处理:中性盐
(NaCl)、碱性盐(Na2CO3)与混合盐碱胁迫(NaCl 颐
Na2CO3 =1 颐 1),以 Na+浓度为标准,总盐浓度依次
设为 50、100、150、200、250 mmol·L-1,共 15 个盐度
处理组合,对照不加盐. 胁迫第 1 天,每盆植株用
500 mL处理液浇灌 1 次,第 2 天、第 3 天再各补 500
mL,每盆植株共浇盐处理液 1. 5 L,盐胁迫期间根据
盆内基质水分状况适时补水,以不使水分从底部托
盘渗出为宜.胁迫 30 d 后,剪取相同位置、粗度一致
的当年生绿枝进行电阻抗参数及离子含量的测定.
1郾 2摇 测定方法
1郾 2郾 1 电阻抗图谱参数的测定摇 将枝条用去离子水
冲洗干净,滤纸吸干,切成 1. 5 cm的枝段,测量各枝
段直径(D),精确到 0. 01 mm,利用电阻抗法[8]测定
EIS参数,电阻抗图谱测定仪器是由 Agilent 公司生
产的阻抗分析仪(HP4284A,USA).首先将切好的枝
段放置在 2 个玻璃管之间,样品通过玻璃管中的凝
胶接触两侧电极,保持样品不动,然后对阻抗分析仪
进行开路和短路校正,再分别测定样本在 42 个频率
(80 Hz ~ 1 MHz)下的电阻值和电抗值,每处理重复
8 次. 将上述频率下测定的样本电阻值和电抗值分
别作为实部和虚部,做出电阻和电抗随频率的变化
曲线,即 EIS. 本试验的电阻抗图谱曲线为单一的
弧,等效电路应用单鄄DCE 模型[8],该阻抗模型中阻
抗的计算公式为:
Z=R+
R1
1+( i棕子)追
式中:Z 为阻抗;R、 R1均为电阻;i = -1 ;棕 = 2仔f,f
为频率;棕为角频率;子 为弛豫时间;追 为弛豫时间
分布系数.各参数采用 LEVM 8. 06(Macdonald JR)
软件进行拟合,分别将 42 个频率下测得的电阻值和
电抗值进行拟合. 胞外电阻(Re)、胞内电阻(R i)的
公式如下:
Re =R+R1
R i =R(1+
R
R1
)
结合各枝段的直径和长度进行归一化处理,计
算各电阻率参数,公式如下:
2313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
rx =Rx
A
l
式中:rx为各电阻的电阻率(赘m), 如:r 为高频电阻
率,r1为低频电阻率,re为胞外电阻率,ri为胞内电阻
率;R是测定的电阻值(赘);A为枝条截面积(m2);l
为样本枝条长度(m).
弛豫时间(子)和弛豫时间分布系数(追)不作归
一化处理.
1郾 2郾 2 矿质元素含量的测定摇 将枝条烘干、粉碎,过
100 目筛,利用 HNO3 鄄HF鄄HClO4消煮鄄ICP 法处理样
品,利用电感耦合等离子发射光谱仪 Thermo 6300
测定 Na、K、Zn、Ca、B的含量[18],重复 3 次.
1郾 3摇 数据处理
利用 SPSS 16. 0 软件对数据进行统计分析,采
用单因素方差分析法( one鄄way ANOVA)和 LSD 法
进行方差分析和多重比较(琢 = 0. 05),用 Pearson 法
对 5 种离子总量与各 EIS参数进行相关分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 盐碱胁迫对平欧杂种榛枝条电阻抗参数的影响
2郾 1郾 1 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条的高、低频电阻
率的变化摇 由图 1 可见,在中性盐 NaCl 胁迫下,高
频电阻率( r)和低频电阻率( r1)均随 NaCl浓度的增
加呈先下降后上升再下降的变化趋势.其中,高频电
阻率( r)在 NaCl浓度为 100 ~ 200 mmol·L-1时出现
回升,在 NaCl浓度为 200 mmol·L-1达到显著水平,
随盐浓度继续增加有所下降;低频电阻率( r1)下降
趋势明显,当 NaCl浓度为 50 mmol·L-1时达到了显
著水平,而在 100 ~ 150 mmol·L-1时有所回升,之后
继续下降,250 mmol·L-1时,与对照相比减少了 3. 4
倍. r和 r1均在 NaCl 浓度为 150 ~ 250 mmol·L-1时
出现了转折,说明此时榛子枝条内部的生理状态发
生了明显变化,细胞膜透性急剧增加. 在碱性盐
Na2CO3 胁迫下,高频电阻率( r)与低频电阻率( r1)
变化趋势一致,均随盐碱浓度的增加而增加.与对照
相比,r在 NaCl浓度>100 mmol·L-1时增加显著,而
r1增加趋势略缓,在 NaCl 浓度为 250 mmol·L-1时
达到显著水平.混合盐碱胁迫下 r 变化不明显,而 r1
随盐浓度的增加呈下降趋势. 综上所述,NaCl 胁迫
会使 r、r1呈减小趋势,Na2CO3胁迫则导致二者升高,
表明在中性盐和碱性盐胁迫下榛子枝条内部发生了
不同的生理变化,NaCl胁迫导致细胞内离子平衡的
改变,而有机酸积累可能是榛子适应 Na2CO3胁迫的
反应.
图 1摇 不同盐碱浓度对平欧杂种榛枝条高频电阻率及低频
电阻率的影响
Fig. 1摇 Effects of different salt鄄alkali concentrations on specific
high鄄freguency resistance and specific low鄄freguency resistance
of Ping爷ou hybrid hazelnut shoots.
玉: NaCl胁迫 NaCl stress; 域: Na2CO3胁迫 Na2CO3 stress; 芋: 混合
盐碱胁迫 Mixed NaCl鄄Na2CO3 stress. 下同 The same below.
2郾 1郾 2 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条胞外、胞内电阻
的变化摇 NaCl 胁迫下,胞外电阻率( re)和胞内电阻
率( ri)随 NaCl 浓度的增加呈先减小后增加再减小
的变化趋势 (图 2),在 NaCl 浓度为 100 和 250
mmol·L-1时, re分别为对照的 59. 5% 和 36郾 8% ,
ri 下降不明显,re、 ri 均在 NaCl 浓度为 100 ~ 150
mmol·L-1时回升;re和 ri均随 Na2CO3浓度的增加呈
逐渐上升的趋势,当 Na2 CO3浓度达到 250 mmol·
L-1时,re和 ri分别为对照的 1. 5 和 1. 8 倍;re随混合
盐碱胁迫浓度的增加逐渐降低,当浓度升至 150
mmol·L-1以上时差异显著,而 ri随着混合盐碱浓度
的增加变化不明显.可见,盐碱胁迫下高频电阻( r)
与胞内电阻( ri)表现出了相似的变化规律,而低频
电阻( r1)则与胞外电阻( re)变化一致.
2郾 1郾 3 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条的弛豫时间及其
分布系数的变化 摇 由图 3 可见,弛豫时间(子)随着
NaCl浓度的增加逐渐减小,当 NaCl 浓度下降至 50
mmol·L-1时达到显著差异,子值在 NaCl浓度为 50、
100、150、 200、 250 mmol · L-1 时分别为对照的
70郾 4% 、62. 2% 、59. 9% 、29. 3%和 15. 5% ;与中性
盐胁迫相比,混合盐碱胁迫下 子 值下降趋势较为平
缓,当盐浓度为 200、250 mmol·L-1时达到显著水
331311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 丽等: 盐碱胁迫对平欧杂种榛枝条电阻抗图谱参数及离子含量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
平,分别为对照的 60. 2%和 44. 6% ;碱性盐胁迫下
子 呈现先升后降的趋势,但变化不显著;与对照相
比,盐碱胁迫下弛豫时间分布系数(追)均有所增加.
图 2摇 不同盐碱浓度对平欧杂种榛枝条胞外电阻率及胞内
电阻率的影响
Fig. 2摇 Effects of different salt鄄alkali concentrations on specific
extracellular resistance and specific intracellular resistance of
Ping爷ou hybrid hazelnut shoots.
图 3摇 不同盐碱浓度对平欧杂种榛枝条驰豫时间及其分布
系数的影响
Fig. 3摇 Effects of different salt鄄alkali concentrations on relaxa鄄
tion time and its distribution coefficient of Ping爷ou hybrid hazel鄄
nut shoots.
2郾 2摇 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条内的离子平衡
2郾 2郾 1 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条 K+、Na+含量及
K+ / Na+的变化摇 由图 4 可知,平欧杂种榛枝条 K+含
量在中性盐和混和盐碱胁迫下显著下降,当盐碱浓
度>100 mmol·L-1时呈持续减少趋势,而在碱性盐
胁迫下 K+含量变化不大;Na+含量均随中性盐、碱性
盐和混合盐碱浓度的增加而上升,中性盐 NaCl胁迫
下,Na+含量增加趋势最为明显,混合盐碱胁迫次
之,且均达到显著差异. 碱性盐胁迫对 K+含量影响
最小,K+含量变化不显著.在250 mmol·L-1中性盐
图 4摇 不同盐碱浓度对平欧杂种榛枝条 K+、Na+、K+ / Na+及 5
种离子总量的影响
Fig. 4 摇 Effects of different salt鄄alkali concentrations on K+,
Na+, K+ / Na+ and sum of five ions contents of Ping爷 ou hybrid
hazelnut shoots.
4313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
胁迫下,Na+含量为对照的 43. 6 倍,混合盐碱胁迫下
为对照的 24. 4 倍,碱性盐胁迫下为对照的 2. 8 倍,
这表明平欧杂种榛在盐胁迫和碱胁迫下 Na+积累情
况存在差异.植物体往往通过离子平衡机制维持较
高的 K+ / Na+比值对抗高浓度 Na+的危害[19-20] . NaCl
和混合盐碱胁迫下,K+ / Na+随盐碱浓度的增加而持
续降低,当盐碱浓度达到 150 mmol·L-1时该比值下
降到最低水平,而低浓度 Na2CO3胁迫导致 K+ / Na+
上升,只有 Na2CO3浓度达到 200 mmol·L-1时低于
对照,说明平欧杂种榛枝条对碱性盐的忍耐能力高
于中性盐.
2郾 2郾 2 盐碱胁迫对榛子枝条 Zn、Ca、B含量的影响摇
Zn和 B 作为植物体重要的矿质元素对维持膜结构
的完整性有一定的保护作用,Ca2+对维持膜结构的
稳定性和抗盐信号转导起关键作用[21],不同类型盐
碱胁迫下榛子枝条 Zn、Ca、B 含量的变化规律不一
致(表 1),与对照相比,Zn 含量在碱性盐胁迫下均
有所下降,而在 200、250 mmol·L-1高浓度 NaCl 胁
迫下却显著增加,混合盐碱胁迫下则呈现先减少后
增加的变化趋势. Na2CO3处理导致了 B、Ca 元素含
量的减少.在许多植物中发现,游离 Ca2+积累受到盐
胁迫抑制[22] .中性盐和混合盐碱胁迫下 B、Ca 元素
含量没有规律性变化.
2郾 2郾 3 盐碱胁迫对榛子枝条 5 种离子总量的影响摇
Na、K、Zn、Ca、B 5 种离子总量的变化在一定程度上
反映了细胞内部离子浓度的变化. 由图 4 可知,在
NaCl胁迫下,平欧杂种榛枝条 5 种离子总量显著增
加,当盐碱浓度>100 mmol·L-1时,呈持续上升趋
势,在盐碱浓度为 150 mmol·L-1时差异达到显著水
平, 5 种离子总量 在 盐 浓 度 为 150、 200、 250
mmol·L-1时分别为对照的 1. 3、1. 4、1. 5 倍;在 0 ~
150 mmol·L-1Na2CO3处理下随盐浓度增加 5 种离
子总量表现出下降趋势,与对照相比盐浓度为 100、
150、250 mmol·L-1时差异显著,其他盐浓度时差异
不显著;在盐浓度>50 mmol·L-1时随着盐浓度的增
加呈现上升趋势,对比 NaCl 胁迫,虽然与对照相比
在盐浓度为 150 mmol·L-1时差异达到显著水平,但
明显低于中性盐胁迫,在盐浓度为 150、200、250
mmol·L-1时仅为对照的 1. 1、1. 2、1. 2 倍. 可见,平
欧杂种榛枝条 5 种离子总量在混合盐碱胁迫和中性
盐胁迫下的变化规律一致,总体呈增加趋势,而在碱
性盐胁迫下变化趋势相反,相比对照有所下降.
2郾 3摇 盐碱胁迫下电阻抗图谱参数与 5 种阳离子总
量的相关性分析
电阻抗各项参数的高低与组织细胞间隙和细胞
内的离子浓度相关 . EIS参数一方面随着膜透性的
表 1摇 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条 Zn、Ca、B含量的变化
Table 1摇 Changes of Zn, Ca, B contents under different salt鄄alkali concentrations in Ping爷ou hybrid hazelnut shoots
处理
Treatment
(mmol·L-1)
Zn (mg·kg-1)
NaCl Na2CO3 NaCl鄄Na2CO3
Ca (g·kg-1)
NaCl Na2CO3 NaCl鄄Na2CO3
B (mg·kg-1)
NaCl Na2CO3 NaCl鄄Na2CO3
0 30. 19cd 30. 19f 30. 19d 13. 99b 13. 99e 13. 99c 17. 35c 17. 35e 17. 35d
50 29. 93bc 25. 41c 24. 98b 15. 88c 13. 17cd 10. 85a 18. 91e 17. 07e 14. 57a
100 30. 53d 24. 63b 24. 42a 13. 12a 12. 11b 11. 91b 14. 90a 16. 39d 15. 75b
150 28. 84a 27. 83e 28. 73c 14. 02b 12. 12b 15. 28d 16. 90b 15. 43b 17. 78de
200 32. 75e 26. 73d 28. 35c 12. 91a 13. 18d 13. 97c 18. 64e 15. 99cd 16. 27c
250 33. 50f 23. 81a 29. 83d 16. 43c 11. 18a 13. 45c 17. 90d 14. 83a 18. 15e
同列不同字母表示差异显著(P<0. 05)Different letters in the same column meant significant difference at 0. 05 level.
表 2摇 平欧杂种榛枝条电阻抗参数之间及与 5 种阳离子总量的相关系数
Table 2摇 Correlation coefficients of Ping爷 ou hybrid hazelnut shoots between electrical impedance spectroscopy parameters
and 5 mineral ions contents
电阻抗参数
Electrical impedance
spectroscopy parameter
5 种阳离子总量
Sum of five
cations
r r1 re ri 子
r1 -0. 762** 0. 790**
re -0. 743** 0. 831** 0. 998**
ri -0. 222 0. 963** 0. 601* 0. 656**
子 -0. 825** 0. 401 0. 842** 0. 810** 0. 155
追 -0. 654** 0. 169 0. 362 0. 348 0. 016 0. 526*
*P<0. 05; **P<0. 01.
531311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 丽等: 盐碱胁迫对平欧杂种榛枝条电阻抗图谱参数及离子含量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
改变发生变化,膜透性的升高导致了细胞内容物外
渗程度的增加;另一方面植物组织内可移动离子的
积累也可以降低阻抗值.由表 2 可知,电阻抗图谱参
数与主要阳离子总量及各参数之间均存在不同程度
的相关关系,阳离子总量与 r1、re、子、追 4 个参数间呈
显著负相关;r参数与 r1、re、ri呈显著正相关;r1与 re、
子、ri呈显著正相关;re与 ri、子 呈显著正相关;子 与 追
呈显著正相关.相关分析表明,阳离子含量越高,低
频电阻、胞外电阻、弛豫时间及弛豫时间分布系数越
低,而与高频电阻和胞内电阻无显著相关性,进一步
分析得出平欧杂种榛枝条细胞间隙离子积累的量要
高于细胞内部,其差异与离子运输机制及细胞透性
有关.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 盐碱种类对平欧杂种榛枝条电阻抗图谱参数
的影响
盐碱胁迫引起植物组织内部结构和性质的改
变,各项电阻抗图谱参数也会随之改变. 本研究中,
随着中性盐 NaCl浓度的增加,平欧杂种榛枝条的高
频电阻率( r)、低频电阻率( r1)、胞内电阻率( ri)和
胞外电阻率( re)等电阻抗参数均表现出先降低后增
加再下降的变化趋势,在 NaCl 浓度为 100 ~ 150
mmol·L-1时出现回升,推测这与细胞膜透性的改变
有关,该浓度可能是平欧杂种榛叶片细胞膜透性急
剧上升的极限浓度.本研究结论与流苏茎、毛竹叶的
研究结果一致[14-15] . 而在小麦、流苏叶片中,上
述 EIS参数未发现在低 NaCl 浓度下 ( 0 ~ 100
mmol·L-1)降低的趋势,而是表现为先增加后减少
或连续下降的变化趋势[14,16] .这说明植物茎和叶片
对盐胁迫的敏感程度不同,由于茎的木质化、纤维化
程度高于叶片,导致其耐盐能力高于叶片. 当 NaCl
浓度>150 mmol·L-1时,r1和 ri进入持续减少阶段,r
和 re在 200 mmol·L-1进入下降阶段,弛豫时间(子)
在 150 ~ 200 mmol·L-1进入急剧下降阶段,说明
150 ~ 200 mmol·L-1浓度的盐胁迫导致平欧杂种榛
枝条内部生理状态的不可逆变化.试验中,对平欧杂
种榛的盐胁迫危害调查发现,150 mmol·L-1时叶片
边缘开始显现黄褐色斑点,200 mmol·L-1时出现叶
缘焦枯和个别落叶现象. 综上,平欧杂种榛对 NaCl
的忍耐极限浓度处于 150 mmol·L-1左右. 本研究
中,该浓度范围换算成土壤含盐量为 3. 4译,处于中
度盐碱地的范围(3译 ~ 5译) [23],因此,平欧杂种榛
‘辽榛 3 号爷可以忍耐中度偏低的盐碱地环境.
平欧杂种榛枝条的 EIS 参数在碱性盐 Na2CO3
胁迫下的变化与 NaCl胁迫明显不同.各主要参数均
表现持续上升的趋势,这与高浓度 NaCl胁迫下的下
降趋势正好相反,说明平欧杂种榛对盐胁迫和碱胁
迫反应机制完全不同.研究表明,碱性盐胁迫下矿质
元素累积和有机酸代谢与 NaCl 胁迫表现相反的趋
势[24],而 EIS参数的变化主要取决于植物细胞质和
液泡中正负离子含量的变化,阳离子以矿质元素离
子为主,阴离子以有机酸为主[7] . 本研究中,主要
EIS参数在两种不同性质的盐胁迫下变化存在明显
差异,可能是由于离子平衡机制和有机酸积累不同
造成的.相关 EIS参数的变化特征也间接表明,NaCl
胁迫对膜的伤害远大于 Na2CO3 胁迫,这是由于
Na2CO3 胁迫下膜透性未明显破坏,导致了细胞间隙
可移动离子浓度降低,从而引起了电阻抗值增加,此
结果有待进一步验证.此外,在碱性盐胁迫下 r、r1、ri
及 re均在 200 mmol·L-1以后出现急剧上升的趋势,
表明平欧杂种榛枝条对 Na2CO3的忍耐极限在 200
mmol·L-1左右,其耐碱性盐能力高于中性盐,该浓
度处理液的 pH 值为 11,而处理结束后的土壤 pH
值为 8. 1,此结论接近于杂种榛适生土壤 pH 5. 5 ~ 8
的观点[1] .
与 NaCl胁迫相比,混合盐碱胁迫各参数下降趋
势明显变缓,这表明平欧杂种榛对碱性盐胁迫和混
合盐碱胁迫的忍耐能力高于中性盐 NaCl 胁迫,3 种
胁迫条件对平欧杂种榛的伤害排序为:NaCl 胁迫>
混合盐碱胁迫>Na2CO3胁迫.许多植物研究表明,除
了盐胁迫中 Na+带来的伤害,中性盐中 Cl-胁迫也是
不可忽视的[20,25-28] . 本研究发现,胁迫后的平欧杂
种榛枝条 Cl-含量与盐胁迫伤害呈正相关,3 种盐碱
胁迫条件对平欧杂种榛枝条产生不同影响,其主导
因素可能是 Cl-胁迫,Cl-积累对其带来的伤害有待
进一步研究.
3郾 2摇 盐碱胁迫下平欧杂种榛枝条离子积累特征
分析
在盐碱胁迫下,由于植物根系所在土壤环境中
离子严重失衡以及 pH 的升高,会对植物体内的离
子平衡状态造成明显的影响[29],Na+、K+的积累、运
输与分配一直是抗盐碱研究的重点[30-32] .本研究表
明,在 3 种不同类型的盐胁迫下平欧杂种榛枝条中
Na+含量均显著增加,但盐胁迫对 Na+含量的影响远
大于碱胁迫,250 mmol·L-1NaCl 和 Na2CO3胁迫的
栽培基质 pH值分别为 5. 6 和 8. 1,因此可能是由于
高 pH值影响了 Na+从根系向地上部运输引起的;
6313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
K+含量在中性盐和混和盐碱胁迫下表现出下降趋
势,Na+、K+的变化共同导致了 K+ / Na+比值的降低,
抗盐碱能力强的物种往往通过自身的离子平衡机制
使该比值维持在一个较高的水平.
土壤 pH值的增加会影响植物体对矿质营养元
素的吸收和利用[33-35],当土壤中的盐分较高,pH 值
>8. 5 时,就会导致一些微量元素的缺乏,如 P、Fe、
Zn等[36] .本研究中,盐胁迫和碱胁迫对平欧杂种榛
枝条矿质元素含量的影响存在差异(表 1). Na2CO3
胁迫导致了 Zn、B、Ca含量的降低,这与前人报道一
致[37],过高的土壤 pH值或者碳酸盐对 Zn2+有固定
作用,从而引起植物代谢紊乱,由于 Zn2+的限制,碱
性盐胁迫下植物对 B、Ca 等的利用率也会随之降
低[34] .此外,Na2CO3胁迫下榛子叶片表现出特殊的
缺素症状,如幼嫩叶片皱缩,这可能与 Ca、Zn 元素
含量下降有关. NaCl胁迫下 B、Ca含量变化不明显,
但 Zn 含量的变化与 Na2 CO3胁迫相反,在高浓度
NaCl胁迫下 Zn 含量有增加的现象,这与草莓[38]、
苜蓿[39]研究结果一致. 可见,中性盐和碱性盐胁迫
下离子平衡机制不同,碱性盐胁迫下由于 pH 值的
增加影响了离子的吸收,而中性盐胁迫下则由于细
胞透性的增加促进了离子的向上运输.
综上所述,EIS参数中 r、r1、ri及 re能较好地反映
平欧杂种榛的耐盐碱水平,子 也可以作为一个有效
的 EIS参数应用于平欧杂种榛枝条的中性盐和混合
盐碱胁迫研究中.平欧杂种榛枝条对中性盐和碱性
盐的生理响应机制不同,中性盐胁迫下 Na+含量增
加,K+含量降低,碱性盐胁迫下上述 2 种离子未发
现明显变化,但导致了 B、Ca、Zn 元素含量的下降.
综合分析表明,平欧杂种榛对中性盐 NaCl的忍耐能
力在 100 ~ 150 mmol·L-1,对碱性盐的忍耐能力略
高,能耐 200 mmol·L-1 Na2CO3胁迫,耐混合盐碱能
力介于二者之间.
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作者简介摇 张摇 丽,女,1979 年生,博士研究生,讲师. 主要
从事经济林栽培与育种研究. E鄄mail: yingrizl@ 126. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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