全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (1): 34~4034
收稿 2012-10-15　　修定 2012-11-16
资助 国家自然科学基金 (30270793)和国家支撑计划项目
(2009BADA7B05)。
* 通讯作者 (E-mail: bswang@sdnu.edu.cn; Tel: 0531-86180197)。
不同耐盐性小麦根Na+和K+的吸收特性
丁同楼, 贾玉辉, 鲍敬, 王宝山*
山东师范大学生命科学学院, 逆境植物重点实验室, 济南250014
摘要: 以耐盐小麦品种‘德抗961’和盐敏感小麦品种‘鲁麦15’为材料, 研究小麦根Na+、K+吸收特性及其与耐盐性关系。结
果表明, 2个小麦品种根K+吸收动力学曲线均符合Michaelis-Menten方程, 即V=Vmax×[S]/([S]+Km)+k×[S]。低浓度(低于25
mmol·L-1) NaCl处理对根高亲和K+吸收系统转运K+具有促进作用, 对耐盐品种‘德抗961’的促进作用更大。小麦根高亲和K+
吸收系统是通过K+/H+同向转运, 而不是K+/Na+同向转运。NaCl处理对根低亲和K+吸收系统有抑制作用, 对盐敏感品种‘鲁
麦15’的抑制作用更大。NaCl处理导致2个小麦品种根和叶片中的K+含量显著下降, Na+含量显著升高, 但‘德抗961’根和叶
片中的K+含量均显著高于‘鲁麦15’, ‘德抗961’根中Na+含量显著高于‘鲁麦15’, 而其叶片中Na+含量显著低于‘鲁麦15’, 从而
保证NaCl胁迫下其叶片较高的K+/Na+比。非选择性阳离子通道是小麦根Na+吸收的主要途径, K+通道是Na+吸收的一条重
要途径。这些结果表明小麦部分通过调节根系K+吸收系统而维持叶片较高的K+/Na+比, 从而提高其耐盐性。
关键词: 小麦; NaCl胁迫; 根Na+、K+吸收; 耐盐性
Characteristics of Na+ and K+ Uptake in Roots of Different Salt-Tolerant
Wheat Cultivars
DING Tong-Lou, JIA Yu-Hui, BAO Jing, WANG Bao-Shan*
Key Lab of Plant Stress Research, College of Life Sciences, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
Abstract: Salt-tolerant wheat cultivar ‘DK961’ and salt-sensitive wheat cultivar ‘LM15’ were used to
investigate the characteristics of Na+ and K+uptake and correlation with salt tolerance. Results showed that K+
uptake kinetics of roots was fitted to the Michaelis-Menten equation, namely V=Vmax×[S]/([S]+Km)+k×[S], for
both cultivars. Low concentration NaCl (<25 mmol·L-1) treatment significantly enhanced high-affinity K+ uptake
system, and the effects on ‘DK961’ was stronger than that on ‘LM15’. High-affinity K+ uptake of wheat roots
possibly is driven by K+/H+ symporter instead of K+/Na+ symporter. NaCl treatment inhibited low-affinity K+
uptake system, and the effects on ‘LM15’ was stronger than that on ‘DK961’. The K+ content in roots and
leaves significantly decreased in response to NaCl stress, while the Na+ content significantly increased under
NaCl stress. Under NaCl stress, K+ content in roots and leaves of ‘DK961’ was significantly higher than that of
‘LM15’, and the Na+ content of roots in ‘DK961’ was significantly higher than that in ‘LM15’. However, leaf
Na+ content of ‘DK961’ was significantly lower than that of ‘LM15’ under NaCl stress. Therefore, K+/Na+ ratio
in leaves of ‘DK961’ was higher than that in ‘LM15’ in response to NaCl stress. NSCCs (non-selective cation
channels) are the main pathways for Na+ uptake, and K+ channels mediate Na+ uptake. These results suggested
that wheat enhanced salt tolerance partly via regulating root K+ uptake system contributed to high K+/Na+ ratio
of leaves.
Key words: wheat; NaCl stress; Na+, K+ uptake of root; salt tolerance
世界上超过6%的可耕土地受到盐渍化影响,
不合理灌溉和开垦造成了大量良田的次生盐渍化
(Munns 2005)。小麦是目前盐碱地种植的主要经
济作物之一, 是中等耐盐作物, 当土壤NaCl浓度达
到100 mmol·L-1时, 小麦虽然能够完成生活史, 但产
量显著下降。这主要是由于NaCl胁迫引起的渗透
胁迫、离子胁迫和矿质元素缺乏导致的(Munns等
2006)。
K+是植物所必需的三大营养元素之一, 在细
胞的生长及代谢中发挥重要作用, 参与许多生理
过程(例如, 酶活性调节、蛋白质合成和渗透调节
丁同楼等: 不同耐盐性小麦根Na+和K+的吸收特性 35
等) (Golldack等2003)。近年来关于盐胁迫对植物
体内离子积累和转运的机制研究成为国内外研究
的热点问题(李青松等2010)。作物的耐盐能力与
其对盐分离子的吸收、运输和积累调控能力有关
(鄂志国和张丽靖2010)。高等非盐生植物在低浓
度盐胁迫(10~50 mmol·L-1 NaCl)下, K+吸收减少而
Na+吸收增加, 组织中K+/Na+比明显下降, 以致生长
受到抑制(Botella等1997)。质膜上存在2个高亲和
K+运输体家族: KUP-HAK (K+ uptake transporter-
high affinity K+ transporter)和HKT-TRK (high-affini-
ty K+ transporter tropomyosin-related kinase) (White
1999)。在大麦中发现的HvHAK1是首次在高等植
物中发现的KUP/HAK/KT家族基因编码的运输体,
HvHAK1不仅能调控高亲合的K+吸收, 也能调节低
亲合的Na+吸收(吴延寿等2010)。HAK运输体为
K+-H+共转运并有较高的K+选择性, Na+可在毫摩
尔浓度范围内竞争性阻碍HAK运输体。首个高等
植物HKT家族基因(TaHKT2;1)是在小麦中被发现
的, 在异源系统中被验证为K+高亲合转运蛋白, 其
转运机制是K+-H+共转运, 在根系和叶片中均有表
达。后通过异源表达系统的研究证实TaHKT2;1在
盐胁迫下是一个K+-Na+共转运蛋白, 1 μmol·L-1级
的Na+就能够促进高亲合K+吸收, 反之亦然(吴延寿
等2010)。已确定的低亲和K+转运体大致可分为5
种类型: (1)内向整流K+通道(K+ inwardly rectifying
channels, KIRCs)和外向整流K+通道(K+ outwardly
rectifying channels, KORCs); (2)电压不依赖性阳离
子通道(voltage independent channels, VICs); (3)微
弱电压依赖性K+通道(weak voltage-dependent K+
channels, WDKC); (4)张力激活K+通道(stretch-acti-
vated K+ channels, SAS); (5)非选择性阳离子通道
(non-selective cation channels, NSCC) (Demidchik
和Tester 2002; Shabala 2003)。到目前为止, 还没有
发现Na+的专一性转运体和通道。
NaCl胁迫引起质膜去极化, 激活外向K+整合
通道, 导致K+外流。植物根保留K+能力与耐盐性
密切相关, 但是, 更重要的是叶片的K+含量(Shaba-
la 2003; Chen等2005; Cuin等2008)。NaCl胁迫诱
导的K+外流与盐胁迫下的渗透组分无关, K+通道
抑制剂TEA+ (tetraethylamonium)能够抑制K+外流,
K+外流导致细胞质的K+含量显著下降(Chen等
2005)。Cuin等(2008)在小麦上的研究表明, 80
mmol·L-1 NaCl胁迫1 h后的K+离子流速与各项生理
指标之间也存在显著的相关性。
小麦是一种拒盐作物, ‘德抗961’的拒Na+主要
部位是根部, 而‘鲁麦15’的拒Na+主要部位是根茎
结合部(杨洪兵等2001)。‘德抗961’叶鞘具有更强
的K+/Na+选择吸收、限制Na+、促进K+向叶片运输
的能力, 从而保持叶片相对较高的K+/Na+比(Ding
等2006)。不同耐盐性小麦品种根的Na+、K+吸收
特性及其与耐盐性的关系尚无系统研究。本文探
讨不同耐盐性小麦品种根Na+、K+吸收特性及其
与盐胁迫下叶片K+/Na+比的关系, 为研究小麦耐盐
机理及培育耐性小麦新品种提供依据。
材料与方法
1 材料
小麦(Triticum aestivum L.)品种‘德抗961’ (耐
盐品种, 简称‘DK961’)和‘鲁麦15’ (盐敏感品种, 简
称‘LM15’)。
2 幼苗培养
挑选籽粒饱满一致的小麦种子经0.1% HgCl2
消毒10 min, 用水冲洗3次, 流水浸泡24 h。于沙网
上进行水培, 每天更换一次培养液(0.5 mmol·L-1
CaSO4溶液), 用通气泵通气, 温室温度为28 ℃/20 ℃,
光照时间16 h白天/8 h黑夜, 光强为300 µmol·m-2·s-1,
相对湿度为60%~70%。根据不同实验要求确定培
养时间, 取根用于以下有关指标分析。
3 K+吸收动力学参数的测定
参考乙引和汤章城(1996)、Davenport和Tester
(2000)的方法并加以修改。K+吸收测定: (1)正常生
境下K+吸收的测定, 用0.5 mmol·L-1 CaSO4溶液培
养6 d。从距离种子2 cm处剪成2 cm长的小根段,
称取1 g, 用双蒸水冲洗, 将根段转移到0.5 mmol·L-1
CaSO4和200 mmol·L
-1山梨醇溶液中通气3 h。然后
将根转移到盛有不同K+浓度(0.01、0.1、0.4、
0.7、1、2、4、6、8和10 mmol·L-1)的锥形瓶(250
mL吸收液)中30 min, 测量锥形瓶中的K+浓度, 计
算K+减少量, 用吸水纸将根吸干, 烘箱烘至恒重后,
称根干重, 根据吸收液K+浓度计算K+吸收速率, 利
用Sigmaplot 10.0软件作图得到K+吸收动力学参
数。(2)低浓度NaCl处理条件下K+吸收的测定, 0.5
植物生理学报36
mmol·L-1 CaSO4溶液培养4 d, 然后分别转移到1、
15、25和35 mmol·L-1 NaCl的锥形瓶中处理48 h。从
距离种子2 cm处剪成2 cm长的小根段, 称取1 g。
将根段转移到0.5 mmol·L-1 CaSO4和200 mmol·L
-1
山梨醇溶液中通气3 h。用双蒸水冲洗, 然后转移
到分别盛有不同K+浓度(0.01、0.1、0.4、0.7、1、
2、4、6、8和10 mmol·L-1)的锥形瓶(250 mL吸收
液)中30 min, 同上得到K+吸收动力学参数。
4 K+转运体和通道抑制剂对Na+积累的影响
‘DK961’种子萌发后, 用0.5 mmol·L-1 CaSO4溶
液水培6 d, 3 mmol·L-1 NEM (N-ethylmaleimide, 高
亲和K+转运体抑制剂)预处理30 min, 然后转移到
含有抑制剂的不同浓度KCl溶液(0.1、0.4和0.7
mmol·L-1 KCl, 培养介质中均含有0.4 mmol·L-1
NaCl)中2.5 h, 用双蒸水冲洗根, 用吸水纸将根吸
干, 从距离种子2 cm处剪成2 cm长的小根段, 称取
0.25 g, 烘箱烘至恒重后, 称根干重, 灰化定溶后测
定根中的Na+含量。
‘DK961’种子萌发后, 用0.5 mmol·L-1 CaSO4溶
液水培6 d, 6 mmol·L-1 TEA+ (K+通道抑制剂)、2.5
mmol·L-1 Ba(NO3)2 (Ba
2+是非选择性阳离子通道抑
制剂)、6 mmol·L-1 TEA++2.5 mmol·L-1 Ba(NO3)2预
处理30 min, 然后转移到含有抑制剂的不同浓度
NaCl溶液(15、25和35 mmol·L-1 NaCl, 培养介质中
均含有6 mmol·L-1 KCl)中2.5 h, 用双蒸水冲洗根,
用吸水纸将根吸干, 从距离种子2 cm处剪成2 cm长
的小根段, 称取0.25 g, 烘箱烘至恒重后, 称根干重,
灰化定溶后测定根中的Na+含量。
5 根质子分泌速率测定
将溶液培养的根小心平压入琼脂粉培养基中,
其组成为: 0.75% (W/V)琼脂, 0.006% (W/V)溴甲酚
紫, 1 mmol·L-1 CaSO4和2.5 mmol·L
-1 K2SO4, pH
5.6。25 ℃黑暗中培养5 h。溴甲酚紫的变色范围
是5.2~6.0。当根系分泌质子后, 培养基的pH值下
降, 当小于5.2时, 培养基就变成黄色。用0.1 μmol·L-1
NaOH溶液滴定, 直到黄色消失, 计算NaOH用量,
计算H+分泌速率。
6 Na+和K+含量的测定
按照王宝山和赵可夫(1995)的方法, 分别称取
不同处理的小麦根和叶干材料各0.25 g, 置于用双
蒸水洗净的坩埚中, 于马弗炉中500 ℃灰化24 h后,
用少许浓硝酸溶解, 双蒸水定容至100 mL, 用火焰
光度计(Sherwood, Flame photometer 410, 英国)测
定Na+和K+浓度。
实验结果
1 NaCl处理对小麦根和叶片中K+含量、Na+含量
和K+/Na+比的影响
由图1可见, NaCl胁迫下, 2个小麦品种根和叶
片中的K+含量均显著下降, 但‘DK961’根和叶片中
的K+含量均显著高于‘LM15’ (图1-A)。NaCl胁迫
下, 2个小麦品种根和叶片中的Na+含量均显著升
高, ‘DK961’根中的Na+含量显著高于‘LM15’, 而
‘DK961’叶片中Na+含量显著低于‘LM15’ (图
1-B)。结果表明, NaCl胁迫下, 与‘LM15’相比,
‘DK961’能够在根中积累较多的Na+和K+, 一方面
限制Na+向地上部分运输, 另一方面, 促进K+向地
上部分运输, 从而保证NaCl胁迫下叶片较高的K+/
Na+比(图1-C), 这可能是‘DK961’耐盐性强的主要
原因。
2 两个小麦品种根K+吸收动力学特性
NaCl胁迫下, 耐盐品种‘DK961’根和叶片比盐
敏感品种‘LM15’积累更多K+, 那么, 2个品种在K+
吸收动力学方面是否存在区别, 为此分析了它们
的K+吸收动力学特性。在0~10 mmol·L-1 KCl条件
下, 2个小麦品种根K+吸收动力学曲线均符合Mi-
chaelis-Menten方程, 即V=Vmax×[S]/([S]+Km)+k×[S]
(图2)。K+吸收动力学曲线由饱和组分(高亲和K+
吸收系统)和线性组分(低亲和K+吸收系统)组成。
两个品种的K m值、V m a x值和 k值总结如表1。
‘DK961’根K+吸收的Km值、Vmax值和k值分别为22.26
µmol·L-1、26.31 µmol·g-1(DW)·h-1和2.32 µmol·g-1
(DW)·h-1, 而‘LM15’的Km值、Vmax值和k值分别为
27.15 µmol·L-1、19.51 µmol·g-1(DW)·h-1和2.03
µmol·g-1 (DW)·h-1, 分别为‘DK961’的1.22、0.74和
0.88倍。‘DK961’根高亲和K+吸收系统对K+的亲和
力(Km)和最大反应速率(Vmax)均显著高于‘LM15’,
低亲和K+吸收系统对K+的吸收速率(k)显著高于
‘LM15’ (图1、表1)。结果表明, ‘DK961’根比
‘LM15’具有更高效的K+吸收系统。
盐处理是否会诱导高亲和K+转运系统动力学
参数发生变化是值得探讨的问题。表1结果表明,
丁同楼等: 不同耐盐性小麦根Na+和K+的吸收特性 37
表1 低浓度NaCl处理对小麦根K+吸收动力学参数的影响
Table 1 Changes in kinetic parameter of K+ uptake of two wheat cultivars under low concentration NaCl
NaCl浓度/ Km/µmol·L-1 Vmax/µmol·g-1 (DW)·h-1 k/µmol·g-1 (DW)·h-1
mmol·L-1 ‘DK961’ ‘LM15’ ‘DK961’ ‘LM15’ ‘DK961’ ‘LM15’
1 22.26±1.57 (100) 27.15±1.86 (100) 26.31±1.95 (100) 19.51±1.36 (100) 2.32±0.46 (100) 2.03±0.53 (100)
15 18.09±1.19 (81.3) 25.42±1.48 (93.6) 28.46±1.62 (108.2) 20.42±1.23 (104.7) 2.19±0.51 (94.4) 1.64±0.32 (80.8)
25 16.67±1.24 (74.9) 24.76±1.37 (91.2) 32.15±2.31 (122.2) 21.54±1.65 (110.5) 2.04±0.49 (87.9) 1.39±0.18 (68.5)
35 24.87±1.28 (111.7) 32.27±2.24 (118.9) 23.13±1.19 (87.9) 14.13±1.05 (72.5) 1.89±0.22 (81.5) 1.11±0.19 (54.7)
　　括号中为同一小麦品种同一参数所占1 mmol.L-1 NaCl处理条件下参数的百分数。表中数据为10个重复的平均值±标准误。
图1 NaCl处理对不同耐盐性小麦根和叶片中K+含量(A)、Na+含量(B)和K+/Na+比(C)的影响
Fig.1 Effects of NaCl treatment on the K+ content (A), Na+ content (B) and K+/Na+ ratio (C) in roots and leaves of
differently salt-tolerant wheat cultivars
图中数据为5个重复的平均值±标准误。各柱形上不同字母表示差异显著(P<0.05)。
与1 mmol·L-1 NaCl对照相比, 15和25 mmol·L-1 NaCl
处理条件下, ‘DK961’根高亲和K+吸收系统的Km值
分别下降了18.7%和25.1%, ‘LM15’的Km值分别下
降了6.4%和8.8%, 表明低浓度NaCl处理提高高亲
和K+吸收系统对K+的亲和力, 对‘DK961’的提高作
用更显著。‘DK961’根高亲和K+吸收系统的Vmax值
分别增加了8.2%和22.2%, ‘LM15’的Vmax值分别增
加了4.7%和10.5%, 表明低浓度NaCl处理促进K+吸
收速率的增加, 对‘DK961’的促进作用更显著。与
1 mmol·L-1 NaCl对照相比, 35 mmol·L-1 NaCl处理
条件下, ‘DK961’和‘LM15’根的K+吸收的Km分别上
升了11.7%和18.9%, Vmax值分别下降了12.1%和
27.5%, 表明当超过一定的盐浓度(25 mmol·L-1), 随
着NaCl浓度的增加, 高亲和K+吸收系统对K+的亲
图2 ‘DK961’ (左)和‘LM15’ (右)根的K+吸收动力学曲线
Fig.2 K+ uptake kinetic curve in roots of ‘DK961’ (left) and ‘LM15’ (right)
图中数据为10个重复的平均值±标准误。
植物生理学报38
和力下降, K+最大吸收速率下降, 对‘LM15’的作用
更显著。与1 mmol·L-1 NaCl对照相比, 15、25和35
mmol·L-1 NaCl处理均显著降低k值, ‘DK961’的分
别下降了5.6%、12.1%和18.5%, ‘LM15’的分别下
降了19.2%、31.5%和45.3% (表1)。这些结果表明,
适当浓度NaCl处理通过上调高亲和K+吸收系统对
K+的亲和力和最大吸收速率促进对K+吸收, 对耐
盐品种促进作用更大。但是, NaCl处理对低亲和
K+吸收系统产生抑制作用, 随着NaCl浓度增加, 抑
制作用增强, K+吸收速率显著下降, 对‘LM15’的抑
制作用更显著。
3 高亲和K+转运体抑制剂对‘DK961’根中Na+积累
的影响
越来越多的证据表明, 高亲和K+吸收转运体
HKT1有转运Na+的作用, 那么, 小麦根高亲和K+吸
收转运体是否参与Na+的吸收？我们用高亲和K+
转运体抑制剂处理, 分析了根中Na+含量。图3表
明, 随着外界K+浓度(KCl浓度从0.1 mmol·L-1到0.4
和0.7 mmol·L-1)的提高, 根中Na+含量都增加。在低
钾条件下 , 高亲和K +吸收系统抑制剂N E M对
‘DK961’根中Na+积累没有显著影响。这些结果初
步表明, 在低钾条件下, ‘DK961’高亲和K+吸收系
统不参与Na+的吸收。
图3 NEM处理对‘DK961’根中Na+积累的影响
Fig.3 Effects of NEM treatments on Na+ accumulation in
roots of ‘DK961’
图中数据为10个重复的平均值±标准误。3种介质中均含0.4
mmol.L-1 NaCl。各柱形上不同字母表示差异显著(P<0.05)。
图4 离子通道抑制剂对‘DK961’根中Na+积累的影响
Fig.4 Effects of inhibitors of ionic channels on Na+ accumula-
tion in roots of ‘DK961’
图中数据为10个重复的平均值±标准误。3种介质中均含6
mmol·L-1 KCl。A: 对照; B: 6 mmol·L-1 TEA+处理; C: 2.5 mmol·L-1
Ba(NO3)2处理; D: 6 mmol·L
-1 TEA+和 2.5 mmol·L-1 Ba(NO3)2混合处
理。各柱形上不同字母表示差异显著(P<0.05)。
理使‘DK961’根中Na+含量分别下降了21.6%、
25.2%和26%, Ba(NO 3) 2处理使其分别下降了
43.2%、43.1%和46%, TEA+和Ba(NO3)2混合处理
使其分别下降了57.8%、59.4%和63.8% (图4)。非
选择性阳离子通道抑制剂对Na+吸收的抑制程度
显著高于K+通道抑制剂对Na+吸收的抑制程度。
结果表明, 非选择性阳离子通道是小麦根Na+吸收
的主要途径, 而K+通道是Na+吸收的另一条重要途
径。
4 K+通道和非选择性阳离子通道抑制剂对‘DK961’
根中Na+积累的影响
既然高亲和K+吸收系统不参与Na+的吸收, 那
就需要研究根吸收Na+的其他途径。与对照相比,
在15、25和35 mmol·L-1 NaCl培养条件下, TEA+处
5 低钾条件下H+分泌速率和K+吸收速率之间的关系
高等植物根系高亲和K +吸收系统可能是
K+-H+共转运, 也可能是K+-Na+共转运, 那么, 小麦
根系高亲和K+吸收系统到底是K+-H+共转运, 还是
K+-Na+共转运？我们分析了根系质子分泌速率与
K+吸收速率之间的关系。在质膜H+-ATPase最适
pH (pH=6.5)的吸收介质中, 随着外界K+浓度的增
加, H+分泌速率和K+吸收速率均增加。H+分泌速
率和K+吸收速率之间呈正相关(r=0.992824) (图
5)。相关性分析和高亲和抑制剂处理的结果表明,
小麦根系高亲和K+吸收系统是K+-H+共转运而不
是K+-Na+共转运。
讨　　论
植物细胞内过高浓度Na+积累影响植物对K+
吸收, 从而导致K+缺乏和Na+过量, 组织中K+/Na+比
明显下降, 进而抑制植物生长(Fischer-Schliebs等
1997; Botella等1997)。NaCl处理条件下, 2个小麦
丁同楼等: 不同耐盐性小麦根Na+和K+的吸收特性 39
麦‘DK961’根比盐敏感小麦‘LM15’具有更高效的
K+吸收系统。低浓度NaCl处理(15和25 mmol·L-1)
对2个小麦品种根高亲和K+吸收系统对K+的亲和
力均具有促进作用, 对‘DK961’的促进作用更显著
(表1)。随着外界NaCl浓度升高到35 mmol·L-1, 高
亲和K +吸收系统对K +的亲和力显著下降 , 对
‘DK961’的抑制程度小于‘LM15’, 这些结果与前人
的结果类似(Niu等1995; 张纪涛等2012)。NaCl处
理显著抑制2个小麦品种根低亲和K+吸收系统, 对
‘DK961’的抑制程度小于‘LM15’。NaCl胁迫下, 耐
盐小麦‘DK961’根高亲和K+吸收系统和低亲和K+
吸收系统均显著强于‘LM15’, 从而导致NaCl胁迫
下‘DK961’根中K+含量显著高于‘LM15’ (图1)。
到目前为止, 还没有发现Na+的专一性转运体
和通道。通过爪蟾卵母细胞异源表达系统研究结
果表明, 质膜上高亲和K+吸收系统介导Na+吸收
(Rubio等1995; Uozumi等2000)。小麦TaHKT1在微
摩尔Na+浓度下为Na+/K+协同运输体, 在毫摩尔Na+
浓度下为Na+单向运输体(Rubio等1995), 水稻HKT
由2个基因编码, OsHKT1类似AtHKT1为Na+运输
体(Uozumi等2000), 而OsHKT2类似TaHKT1, 可作
为Na+/K+协同运输体或单向运输体。小麦根高亲
和K+吸收转运体是否参与根Na+的吸收还不得而
知。本文结果表明, 随着外界K+浓度的提高(KCl
浓度从0.1 mmol·L-1到0.4和0.7 mmol·L-1), 根中Na+
含量也增加。表明在NaCl浓度(0.4 mmol·L-1)不变
的情况下, KCl浓度的升高, 对Na+吸收速率有促进
作用 (图3 ) , 这与前人的结果是一致的 (N iu等
1995)。在低钾和低钠条件下, 高亲和K+吸收系统
抑制剂NEM对‘DK961’根中Na+积累没有显著影
响。结果表明, 在低钾条件下, ‘DK961’高亲和K+
吸收系统不参与Na+的吸收。H+分泌速率和K+吸
收速率之间呈正相关(图5), 间接表明在低钾条件
下, 小麦根K+吸收是通过K+/H+同向转运, 而不是
K+/Na+同向转运。
与对照相比, 在15、25和35 mmol·L-1 NaCl培
养条件下, TEA+ (K+通道抑制剂)处理使‘DK961’根
中Na +含量分别下降了21.6%、25.2%和26%,
Ba(NO3)2 (非选择性阳离子通道抑制剂)处理使其
分别下降了4 3 . 2 %、4 3 . 1 %和4 6 % , T E A +和
Ba(NO3)2混合处理使其分别下降了57.8%、59.4%
图5 低钾条件下H+分泌速率和K+吸收速率相关性分析
Fig.5 The correlative analysis of K+ uptake rate and H+ extrusion
rate at low potassium concentrations
品种根和叶片中的K+含量均显著下降, 但耐盐性
强的‘DK961’根和叶片中的K+含量均显著高于盐
敏感的‘LM15’ (图1-A); 2个小麦品种根和叶片中
的Na+含量显著升高, ‘DK961’根中的Na+含量显著
高于‘LM15’, 而‘DK961’叶片中Na+含量显著低于
‘LM15’ (图1-B)。这些结果表明, NaCl处理条件下,
与盐敏感小麦‘LM15’相比, 耐盐小麦‘DK961’能够
在根中积累较多的Na+和K+, 限制Na+向地上部分
转运, 促进K+向地上部分转运, 从而保证NaCl胁迫
下叶片较高的K+/Na+比(图1-C)。王晓东等人的研
究也证实, 盐胁迫下, 小麦盐敏感品种‘中国春’根
际中K+的含量显著低于耐盐品种‘长武134’中K+含
量(王晓东等2011)。
为了探讨耐盐小麦保持叶片相对较高K+/Na+
比的机理, 对2个小麦品种根K+吸收动力学特性进
行了分析。一般认为K+吸收主要通过两种吸收系
统进行 , 高亲和K +吸收系统在外界低浓度K +
(0.1~0.7 mmol·L-1)条件下介导K+吸收, 而低亲和K+
吸收系统在外界高浓度K+ (1~15 mmol·L-1)条件下
介导K+吸收(Flowers等1977; Schroeder等1994)。
在0~10 mmol·L-1 KCl条件下, 2个小麦品种根K+吸
收动力学曲线均符合Michaelis-Menten方程, 即
V=Vmax×[S]/([S]+Km)+k×[S] (图2)。根据此曲线, K
+
吸收系统分为高亲和K +吸收系统 ( 0 . 1 ∼ 0 . 7
mmol·L-1)和低亲和K+吸收系统(>0.7 mmol·L-1)。在
相同处理(对照和NaCl胁迫)条件下, ‘DK961’根高
亲和K+吸收系统对K+的亲和力和最大反应速率均
显著高于‘LM15’, 低亲和K+吸收系统对K+吸收速
率显著高于‘LM15’ (表1)。这些结果表明, 耐盐小
植物生理学报40
和63.8% (图4)。非选择性阳离子通道抑制剂对Na+
吸收的抑制程度显著高于K+通道抑制剂对Na+吸
收的抑制程度。结果表明, 非选择性阳离子通道
是小麦根Na+吸收的主要途径, 而K+通道是Na+吸
收的另一条重要途径。
总之, 在NaCl胁迫下, 非选择性阳离子通道是
小麦根Na+吸收的主要途径, 高亲和K+吸收是通过
K+/H+同向转运, 而不是K+/Na+同向转运, 小麦部分
通过调节根系K+吸收系统而维持叶片较高的K+/
Na+比提高耐盐性。
参考文献
鄂志国, 张丽靖(2010). 水稻盐胁迫应答的分子机制. 杂交水稻, 25
(2): 1~5
李青松, 王俪梅, 汪德勇, 王林权(2010). 不同基因型冬小麦Na+吸收
动力学特征及其耐盐性. 土壤学报, 47 (1): 145~152
王宝山, 赵可夫(1995). 小麦叶片中Na、K 提取方法的比较. 植物
生理学通讯, 31 (1): 50~52
王晓冬, 王成, 马智宏, 侯瑞锋, 高权, 陈泉(2011). 短期NaCl 胁迫对
不同小麦品种幼苗K+吸收和Na+、K+积累的影响. 生态学报,
31 (10): 2822~2830
吴延寿, 陈春莲, 熊运华, 黄永萍, 周文红, 徐兰香, 尹建华(2010). 植
物体内Na/K转运体研究进展. 江西农业学报, 22 (6): 37~41
杨洪兵, 丁顺华, 邱念伟, 王宝山, 崔大勇(2001). 耐盐性不同的小麦
根和根茎结合部的拒Na+作用. 植物生理学报, 27 (2): 179~185
乙引, 汤章城(1996). 渗透胁迫对高粱根K+ 吸收的影响. 植物生理
学报, 22 (2): 191~196
张纪涛, 韩坤, 王林权, 李翠(2012). 不同温度型小麦K+吸收动力学
特征及其盐胁迫效应. 植物营养与肥料学报, 18 (1): 1~9
Botella MA, Martinez V, Pardines J, Cerdá A (1997). Salinity induced
potassium deficiency in maize plants. J Plant Physiol, 150:
200~205
Chen Z, Newman I, Zhou M, Mendham N, Zhang G, Shabala S (2005).
Screening plants for salt tolerance by measuring K+ flux: a case
study for barley. Plant Cell Environ, 28 (10): 1230~1246
Cuin TA, Betts SA, Chalmandrier R, Shabala S (2008). A root’s abil-
ity to retain K+ correlates with salt tolerance in wheat. J Exp Bot,
59 (10): 2697~2706
Davenport RJ, Tester M (2000). A weakly voltage-dependent, non-
selective cation channel mediates toxic sodium influx in wheat.
Plant Physiol, 122 (3): 823~834
Demidchik V, Tester M (2002). Sodium fluxes through nonselective
cation channels in the plasma membrane of protoplasts from
Arabidopsis roots. Plant Physiol, 128 (2): 379~387
Ding TL, Duan P, Wang BS (2006). Na+/K+ selectivity of leaf sheath in
wheat cultivars differing in salt tolerance. J Plant Physiol Mol Biol,
32 (1): 123~126
Fischer-Schliebs E, Ball E, Berndt E, Besemfelder-Butz E, Binzel
ML, Drobny M, Mühlenhoff D, Müller ML, Rakowski K, Rata-
jczak R (1997). Differential immunological cross-reactions with
antisera against the V-ATPase of Kalanchoë daigremontiana
reveal structural differences of V-ATPase subunits of different
plant species. Biol Chem, 378 (10): 1131~1140
Flowers TJ, Troke PF, Yeo AR (1977). The mechanism of salt toler-
ance in halophytes. Annu Rev Plant Physiol, 28: 89~121
Golldack D, Quigley F, Michalowski CB, Kamasani UR, Bohnert HJ
(2003). Salinity stress-tolerant and -sensitive rice (Oryza sativa
L.) regulate AKT1-type potassium channel transcripts differ-
ently. Plant Mol Biol, 51 (1): 71~81
Munns R (2005). Genes and salt tolerance: bringing them together.
New Phytol, 167 (3): 645~663
Munns R, James RA, Läuchli A (2006). Approaches to increasing
the salt tolerance of wheat and other cereals. J Exp Bot, 57 (5):
1025~1043
Niu X, Bressan RA, Hasegawa PM, Pardo JM (1995). Ion homeosta-
sis in NaCl stress environments. Plant Physiol, 109 (3): 735~742
Rubio F, Gassmann W, Schroeder JI (1995). Sodium-driven potassium
uptake by the plant potassium transporter HKT1 and mutations
conferring salt tolerance. Science, 270: 1660~1663
Schroeder JI, Ward JM, Gassmann W (1994). Perspectives on the
physiology and structure of inward-rectifying K+ channels in
higher plants: biophysical implications for K+ uptake. Annu Rev
Biophys Biomol Struct, 23: 441~471
Shabala S (2003). Regulation of potassium transport in leaves: from
molecular to tissue level. Ann Bot, 92 (5): 627~634
Uozumi N, Kim EJ, Rubio F, Yamaguchi T, Muto1 S, Tsuboi A, Bak-
ker EP, Nakamura T, Schroeder JI (2000). The Arabidopsis
HKT1 gene homolog mediates inward Na+ currents in Xenopus
laevis oocytes and Na+ uptake in Saccharomyces cerevisiae.
Plant Physiol, 122 (4): 1249~1260
White PJ (1999). The molecular mechanism of sodium influx to root
cells. Trends Plant Sci, 4 (7): 245~246