全 文 ：外施 Ca2+ 、ABA及 H3PO4对盐碱胁迫的缓解效应*
颜 宏* * 石德成 (东北师范大学生命科学学院,长春 130024)
尹尚军 (浙江农业技术师范专科学校, 宁波 315101)
赵 伟 (长春飞行学院, 长春 130022)
摘要 分别对 300mmol!L - 1 NaCl和 100mmol!L- 1 Na2CO3 盐碱胁迫下的羊草苗进行以不同方式施加 Ca2+ 、
ABA 和 H3PO4 等缓解胁迫处理. 结果表明,外施 Ca2+ 、ABA 和H3PO4 明显缓解了盐碱对羊草生长的抑制作用.
叶面喷施效果好于根部处理; 施用 Ca( NO 3) 2 效果好于施用 CaCl2 效果;混合施用 CaCl2 和 ABA 的效果比单独
施用 ABA或 CaCl2 的效果好.
关键词 羊草 盐胁迫 碱胁迫 胁迫缓解 Ca2+ 脱落酸( ABA) 脯氨酸( P ro)
Effects of Ca2+ , ABA and H3PO4 on relaxing stress of Na2CO3 and NaCl. YAN Hong, SHI Decheng ( Nor theast Nor
mal Univer sity , Changchun 130024) Chin. J . A pp l . Ecol . , 2000, 11( 6) : 889~ 892.
Two g roups of A neurolep idium chinense seedlings w ere str essed by 300mmol!L - 1 NaCl and 100mmol!L- 1 Na2CO3 ,
respectively and t he effect of ABA, Ca2+ and H3PO4 on relax ing their stress was studied. The results show that ex ternal
Ca2+ , ABA and H3PO 4 could obviously mitig at the inhibitory effect of NaCl and NaCO3 on seedling growt h. I n the
treatment of Na2CO3 , pr aying it on leaves had a better effect than r ootirrigating , w hile in the tr eatment of NaCl, there
was no significant difference. T he effect of Ca( NO3) 2 w as much better than that of CaCl2 , and of mingling CaCl2 and
ABA had a much better effect than CaCl2 or ABA alone.
Key words A neurolep idium chinense, Saline stress, Alkaline stress, Stress mitigation, Calcium, Abscise acid, Pro
line.
* 国家自然科学基金资助项目( 39670083) .
* * 通讯联系人.
1998- 03- 31收稿, 2000- 06- 26接受.
1 引 言
近来,有关植物抗盐生理方面的研究日益增多,且
研究对象多以中性盐( NaCl)为主,所研究的植物也多
以粮食作物居多,而与畜牧生产相关的经济牧草的研
究并不多见.羊草是我国东北草原主要的优质牧草,由
于人为不合理开发和利用,使羊草草原日益沙化、盐碱
化,所以对草原实行科学治理已成为一个紧迫的问题.
本实验是在前人研究的基础上, 对盐碱胁迫下的羊草
苗以叶面喷湿或根部灌溉的不同方式施加 Ca2+ 、
ABA、H3PO4,进行胁迫缓解处理, 以期对不同缓解方
式进行比较,寻求最佳的缓解途径,以便应用于盐碱地
的科学治理.
2 材料与方法
21 材料培养
羊草( Aneur olep idium chinense)种子系吉林省生物研究所
赠送.用盛有净砂、直径为 17cm 的花盆, 内衬有塑料袋以保持
环境的相对一致. 将花盆置于温室中 , 保持相对湿度 70% ~
80% ,采用自然光照, 昼夜温度在 25/ 18 ∀ , 每天浇 250ml Hoal
gland 完全培养液.出苗后, 将苗移至室外培养.出苗 2~ 3 周后
定苗,每盆定苗 40 株.
22 胁迫处理
出苗 8 周后,选取长势一致的材料 45 盆, 随机地分为 15
组,每组为 3 次重复. 胁迫处理是在傍晚 5~ 7 时进行, 每盆用
500ml处理液分 3次透灌, 其余时间用蒸馏水补充水分.
221 对照组 1) NaCl处理对照组: 用 300mmol!L - 1 NaCl为
处理液, 标记为 A0 ; 2) Na2CO3 处理对照组: 用 100mmol! L- 1
Na2CO3 为处理液,标记为 B0.
222 NaCl 胁迫缓解处理组 A1 : 300mmol! L- 1 CaCl2 ; A 2:
300mmol!L - 1 Ca( NO3 ) 2; A3: 1% CaCl2 ; A4: 1% CaCl2+ 10mg!
kg- 1 ABA; A5: 10mg!kg- 1 ABA. 其中A1、A2 采用根部透灌, A 3、
A 4、A 5是采用叶面喷施的方式,以地上部分均匀喷湿为度.
223 Na2CO3 胁迫缓解处理组 B1: 120mmol!L - 1 CaCl2; B2:
120mmol!L - 1 Ca( NO3) 2; B3: 1% CaCl2 ; B4: 1% CaCl2+ 10mg!
kg- 1ABA; B5 : 10mg!kg- 1ABA. 其中 B1、B2 采用根部透灌; B3、
B4、B5 采用叶面喷施方式,以地上部分均匀喷湿为度.
224 磷酸中和处理组 以 100mmol!L- 1 Na2CO3 胁迫为对
照,共设 3 组, 分别标记为 C1、C2、C3 .各处理均是用 85%H3PO4
将 Na2CO3 胁迫处理液的 pH 值调低, 3 组的 pH 值分别调至 7、
8、9.
23 胁迫指标测定
第 2次处理 3d 后, 对每盆羊草材料分地上、地下、根茎 3
部分称取决鲜重, 其中, 地上部分鲜样 200mg, 按朱广廉[ 11]方
应 用 生 态 学 报 2000 年 12 月 第 11 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2000, 11( 6)#889~ 892
法测定叶绿素含量; 地上部分鲜样 2. 5g, 应用氨羧络合剂测定
法[ 5]测定有机酸含量; 地下部分鲜样 500mg, 应用文献 [ 10]的
方法,测定根系活力.余下部分置于烘箱内( 80 ∀ )烘至恒重, 其
中;地上部分干样 500mg,依据文献[ 9]测定脯氨酸 ( P ro)含量;
地上部分干样 100mg , 用五溴丙酮法[ 3]测定柠檬酸含量; 地上
部分干样 200mg, 研磨, 应用改良定氮仪, 依据文献[ 2]的方法,
测定 N 含量;干样(地上、根茎部分各 100mg、地下部分 50mg)
应用火焰光度法[ 7]测定各部位的 Na+ 、K+ 含量.
3 结果与分析
31 外源 Ca2+ 、ABA 、H3PO4 对羊草苗中叶绿素含
量的影响
表1、表 2反映了 NaCl、Na2CO3 胁迫缓解组中不
同溶液对羊草叶绿素含量的影响, 从增加量来看, 两组
分别增加了 0. 15~ 0. 35、0. 26~ 0. 51mg!g- 1.
表 1 NaCl胁迫下各种缓冲溶液对羊草中不同物质含量的影响
Table 1 Effects of different buffer solution on different substances content of A. chinese under NaCl stress
指标
Index
处理 Treatment
A 0 A1 A 2 A 3 A4 A5
叶绿素 a Chla ( mg!g- 1) 0. 36 0. 42 0. 52 0. 50 0. 52 0. 46
叶绿素 b Chl b ( mg!g- 1) 0. 23 0. 32 0. 42 0. 40 0. 42 0. 36
总量 T otal ( mg!g- 1) 0. 59 0. 74 0. 94 0. 90 0. 94 0. 82
增加量 Increasing amount ( mg!g- 1) 0. 00 0. 15 0. 35 0. 31 0. 35 0. 23
K+ / Na+
茎 Shoot 1. 60 3. 20 3. 40 2. 80 3. 40 2. 90 增加量 Increasing amount 0. 00 1. 60 1. 80 1. 20 1. 80 1. 30
根 Root 0. 36 0. 74 0. 82 0. 5 0. 55 0. 46
增加量 Increasing amount 0. 00 0. 38 0. 46 0. 14 0. 19 0. 10
根茎 Rhizome 0. 60 1. 20 1. 66 1. 16 1. 30 1. 00
增加量 Increasing amount 0. 00 0. 60 1. 06 1. 10 0. 70 0. 40
N 含量 N content ( mg!g- 1) 1. 93 2. 06 2. 17 2. 16 2. 19 2. 15
增加量 Increasing amount ( mg!g- 1) 0. 00 0. 13 0. 24 0. 23 0. 26 0. 22
脯氨酸含量 Proline (mol!g- 1) 8. 51 9. 64 10. 9 11. 9 12. 4 10. 2
增加量 Increasing amount ( mol!g- 1) 0. 00 1. 13 2. 39 3. 39 3. 89 1. 69
表 2 Na2CO3胁迫下各种缓冲溶液对羊草中不同物质含量的影响
Table 2 Effects of different buffer solution on different substances content of A. chinense under Na2CO3 stress
指标
Index
处理 Treatment
B0 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3
叶绿素 a Chl a ( mg!g- 1) 0. 22 0. 49 0. 51 0. 51 0. 50 0. 46 0. 50 0. 48 0. 42
叶绿素 b Chl b ( mg!g- 1) 0. 19 0. 32 0. 36 0. 35 0. 42 0. 30 0. 31 0. 29 0. 25
总含量 T otal ( mg!g- 1) 0. 41 0. 81 0. 87 0. 86 0. 92 0. 76 0. 81 0. 77 0. 67
增加量 Increasing amount ( mg!g- 1) 0. 00 0. 40 0. 46 0. 45 0. 51 0. 35 0. 40 0. 36 0. 26
K+ / Na+
茎 Shoot 1. 80 2. 30 3. 45 2. 50 4. 20 2. 30 3. 28 2. 53 2. 05 增加量 Increasing amount 0. 00 0. 50 2. 65 0. 70 2. 40 0. 50 1. 48 0. 73 0. 25
根 Root 0. 25 0. 47 0. 58 0. 34 0. 37 0. 30 0. 51 0. 47 0. 41
增加量 Increasing amount 0. 00 0. 22 0. 33 0. 09 0. 12 0. 05 0. 26 0. 22 0. 16
根茎 Rhizome 0. 55 0. 62 0. 87 0. 80 1. 10 1. 00 0. 79 0. 71 0. 65
增加量 Increasing amount 0. 00 0. 07 0. 32 0. 25 0. 55 0. 45 0. 24 0. 16 0. 10
N 含量 Nitrogen ( mg!g- 1) 1. 84 2. 09 2. 36 2. 12 2. 44 1. 90 2. 21 2. 19 1. 90
脯氨酸 Proline ( mol!g- 1) 6. 80 120 14% 0 14. 6 16. 2 150 4. 40 4. 80 5. 30
增加量 Decreasing amount (mol!g- 1) 0. 00 5. 20 7. 20 7. 80 9. 40 8. 20 - 2. 40 - 2. 00 - 1. 50
柠檬酸 Cit ric acid ( mmol!g- 1) 0. 068 0. 046 0. 040 0. 044 0. 037 0. 043 0. 039 0. 043 0. 049
减少量 Decreasing amount ( mmol!g- 1) 0. 00 0. 022 0. 028 0. 024 0. 031 0. 025 0. 029 0. 025 0. 019
有机酸 Organic acid (mmol!g- 1) 0. 221 0. 176 0. 155 0. 173 0. 151 0. 157 0. 176 0. 195 0. 204
减少量 Decreasing amount ( mmol!g- 1) 0. 000 0. 045 0. 106 0. 048 0. 070 0. 076 0. 045 0. 026 0. 017
32 Ca2+ 、ABA、H 3PO4 明显改善了羊草根系活力
外源 Ca2+ 及 ABA 的施加,可以补充质膜上 Ca2+
的不足,维持质膜结构与功能的稳定性[ 9] , 同时 Ca2+
与环境中 CO32- 相结合形成沉淀,降低了环境中的 pH
值,从而改善了根系活力. 外施 H3PO4 更明显改善了
根系活力(图 1) . H 3PO4 不同程度的施加,随 pH 值的
升高,根系明显降低,说明高 pH 值对根系活力有显著
的破坏作用. 与 Na2CO3 缓解组相反, 在 NaCl缓解组
中,根系活力无变化.
33 外源 Ca2+ 、ABA对羊草苗不同部位 K+ / Na+ 的
影响
NaCl、Na2CO3 缓解组中, 不同部位 K+ / Na+ 变化
如表 1、表 2所示.在 NaCl缓解组中(表 1) , 与相应胁
迫对照组( A0) 相比, K+ / Na+ 明显升高, 从不同部位
看,地上部位应用叶面喷施及根部透灌的方法, 使得
K
+
/ Na
+ 分别增加了 1. 2~ 1. 8、1. 3~ 1. 8; 而对地下
部位, 应用两种方法使 K+ / Na+ 分别增加了 0. 14~
038、0. 1~ 0. 9; 而根茎应用两种方法相差不多,分别
890 应 用 生 态 学 报 11卷
是0. 6~ 1. 1、0. 4~ 0. 7. 在 Na2CO3 缓解组中(表 2) ,
与相应胁迫组对照( B0)相比, K+ / Na+ 同样有所增加,
只不过增加的幅度小于 NaCl缓解组.另外, 在两个缓
解组中,地上部分 K+ / Na+ > 根茎部分 K+ / Na+ > 地
下部分 K+ / Na+ , 说明 K+ 在被吸收后主要向幼嫩部
分转移,以供其生长[ 8] . 由此可见, 经 Ca ( NO3 ) 2 处理
的羊草苗的 K+ / Na+ 一般大于 CaCl2 处理组的 K+ /
Na+ ;而叶面喷施组中, A4、B4 的 K+ / Na+ 最大, 分别
为 3. 4、4. 2.
图 1 Na2CO 3 胁迫下H3PO4 对羊草根系活力的影响
Fig. 1 Ef fects of H3PO4 on root act ivity of A . chinense under Na2CO 3
st ress.
34 外源 Ca2+ 、ABA、H3PO4对羊草苗总 N 量影响
NaCl、Na2CO3缓解组中羊草苗 N 含量的变化如
表 1、表 2所示. 外源 Ca2+ 、ABA 明显提高了羊草体内
N 含量.另外,施加 H3PO4,也进一步促进了无机氮的
吸收, 所以在 C 组中,羊草体内含 N 量与对照( B0 组)
相比有所提高, 并且随环境中 pH 升高,以及 H3PO4的
量的降低,羊草 N 含量也逐步降低.
35 Ca2+ 、ABA、H 3PO4 对羊草苗 Pro 含量的影响
脯氨酸( Pro)在渗透调节中起着重要作用[ 4, 6] .外
源 Ca2+ 、ABA的施加可以诱导胁迫下 Pro在植物体内
的积累,这种 Pro含量的增加,均衡了原生质外渗透强
度,维持酶的构象,减少可溶性蛋白的沉淀,这样, 在盐
碱胁迫下, 羊草抗逆性明显提高, 其抵抗胁迫能力增
强. H3PO4 的施加, 中和了环境中大量的 CO32- ,降低
根系环境的 pH 值, 胁迫强度的降低而使 Pro 含量大
大降低.
NaCl、Na2CO3胁迫缓解组中羊草苗 Pro 含量变化
趋势如表 1、表 2所示,在 300mmol!L - 1NaCl胁迫下,
不同方式外施 Ca2+ 、ABA,明显促进了 Pro 的合成,在
叶面喷施中, Pro 含量要偏高, 特别是 A4 一组, Pro 含
量增加了 3. 89mol!g - 1; A2 中 Pro 含量高于 A1. 与 A
组相比, B组中 Pro含量明显增加,增加幅度在 5. 2~
9. 4mol!g- 1. 经缓解后测 Pro 含量的结果表明,环境
胁迫强度越大,羊草积累、合成 Pro 就越多,从而提高
其抗逆性.H 3PO4 的中和效应也证明了这一点, 随 pH
值增大, Pro 含量也逐步增加,但由于其胁迫强度低于
对照,所以 Pro 含量低于对照.
36 外源 Ca2+ 、ABA、H3PO4对羊草苗有机酸及柠檬
酸含量的影响
在本实验中, NaCl胁迫并未使羊草体内有机酸
(柠檬酸 ) 含量有明显的增加 (未列出数据) , 而经
Na2CO3处理的羊草苗有机酸积累十分明显(未列出数
据) , 所以,我们仅进行了 Na2CO3 缓解组中有机酸含
量的测定, 结果如表 2 所示. 由表 2 可见, 经 Ca2+ 、
ABA、H 3PO4 等溶液不同方式处理后, 羊草体内柠檬
酸、有机酸含量明显下降. 从变化值来看, 根部透灌一
组中,以 B2 组下降幅度最大,即 0. 106mmol!g- 1;叶面
喷施方法,以 B4 下降幅度最大,为 0. 076mmol!g- 1;在
H3PO4中和一组中, 以 C1 一组为最好, 降低了0. 045
mmol!g - 1,特别是柠檬酸减少量与 B4 组相近. 实验结
果足以证明环境的高 pH 值所造成的效应得到了缓
解.
4 讨 论
外源 Ca2+ 、ABA、H 3PO4 可以明显缓解盐碱胁迫
对羊草生长的抑制作用. 外源 Ca2+ 的施加促进了 K+ 、
NO
-
3 的吸收,补充了细胞内 Ca2+ 的不足,保护了膜的
稳定性,降低了盐胁迫下离子毒害作用[ 1] . 另外,采用
根部灌溉的方式,使环境中 CO32- 与 Ca2+ 结合形成沉
淀,这样不同程度地降低了环境中的 pH 值, 因而对于
羊草地下根部 K+ / Na+ 来说,采用根部透灌的方式会
更有效地提高其比值, 而与之相反, 对于地上部分来
说,叶面喷施的效果要好.
ABA 在渗透调节中同样起着重要作用. 首先是
ABA促进了 K+ 、NO3- 的吸收, 提高了羊草体内 K+ /
Na+ 及 N 的含量;其次, ABA促进 Pro 前体的转化,从
而表现为 Pro的积累;最后, ABA可以影响细胞内 H+
分泌,改变细胞液内 pH 值, 故而使羊草体内有机酸及
柠檬酸含量降低.
根部施用 H3PO4, 不仅对羊草生长提供 P 素, 促
进N 的吸收,提高羊草体内 N 含量, 有利于干物质积
累,而且在严重水分亏缺条件下,显著提高根系比表面
积及根系长度, 提高羊草抗渗透胁迫能力. 另外,值得
一提的是,H 3PO4 的中和效应降低了环境中的 pH 值,
首先降低了对根系活力的破坏, 延缓了 Na2CO3 的胁
迫作用.
NO-3 的施加,不仅为羊草营养生长提供了 N 素,
提高体内蛋白质及游离氨基酸(特别是 Pro)的含量,
8916 期 颜 宏等:外施 Ca2+ 、ABA 及H3PO4 对盐碱胁迫的缓解效应
而且在盐碱胁迫下, 介质中 NO-3 抑制根系中阴离子
( Cl- ) 的吸收, 减少阴离子的伤害, 因而施用 Ca
( NO3) 2 的效果明显好于施用 CaCl2 的效果.
总之,在两组胁迫缓解实验中,叶面喷施效果好于
根部处理效果. 在根部透灌处理中, 施用 Ca( NO3) 2 的
效果比施用 CaCl2 效果好;在叶面喷施处理中, 混合施
用CaCl2 及 ABA 的效果最好. 基于 NaCl 、Na2CO3 作
用机理的不同, 所以在实践中更应注重碱害, 在降低环
境 pH 值的同时, 应从植物内因着手, 促进渗透调节物
质的积累,以提高自身抗逆性. 本项研究, 仅仅是在抗
性生理研究中的初步尝试,而且侧重于探索单一溶液
对盐碱胁迫的缓解作用, 如何综合各种缓解措施还有
待于进一步研究.
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作者简介 颜 宏,女, 1972 年生,硕士, 讲师,主要从事植物生
理生态研究,发表论文 4 篇.
892 应 用 生 态 学 报 11卷