全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (12): 1155~1160 1155
收稿 2011-07-07　　修定 2011-11-10
资助 国家重点基础研究发展计划(2006CB100102)、“十一五”
国家科技支撑计划(2009BADA3B01)和国际科技合作项目
(2011DFA30990)
* 通讯作者(E-mail: zqliu733@yahoo.com.cn, jinganwang899@
126.com; Tel: 022-23733857, 022-27950688)。
烟草NTHK1基因提高杨树根系的耐盐性
王鹏1, 杨迎霞2, 宋建2, 张越2, 陈受宜3, 王景安1,*, 刘仲齐2,*
1天津师范大学生命科学学院, 天津300387; 2天津市农业生物技术研究中心, 天津300384; 3中国科学院遗传与发育生物学研
究所, 北京100101
摘要: 以受体杨树‘107号’和转入NTHK1 (Nicotiana tabacum histidine kinase-1)基因的‘18-1’及‘18-4’的水培苗为材料, 不同浓
度的NaCl胁迫12 d后, 发现‘18-1’及‘18-4’的根长和根重显著大于‘107号’。以离体根段为材料, 在400 mmol·L-1NaCl溶液中
胁迫60 min后, ‘107号’的K+外渗量比‘18-1’和‘18-4’分别高49.34%和19.68%; 在400 mmol·L-1 KCl或NaCl胁迫30 min, ‘107号’
的电解质外渗率(REL)显著大于‘18-1’和‘18-4’; 等渗的30% PEG对离体根段的REL影响很小。在400 mmol·L-1 NaCl溶液中
添加200~400 mmol·L-1的KNO3或KCl能显著增加离体根段的REL, 并使不同基因型的REL差异更大。这表明, 测定离体根
段的K+外渗量和REL可以快速鉴定不同基因型杨树的耐盐潜力。
关键词: 杨树; 根段; K+外渗量; 电解质外渗率; 耐盐性
NTHK1 of Tobacco Improves Salt Tolerance of Roots in Poplars
WANG Peng1, YANG Ying-Xia2, SONG Jian2, ZHANG Yue2, CHEN Shou-Yi3, WANG Jing-An1,*, LIU Zhong-Qi2,*
1Department of Biology, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China; 2Tianjin Research Center of Agricultural Bio-tech-
nology, Tianjin 300384, China; 3Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,
China
Abstract: Effects of different concentrations of NaCl on salt tolerance of roots in poplar ‘107’
(Populus×euramericana ‘Neva’) and transgenic poplar ‘18-1’ and ‘18-4’ with NTHK1 (Nicotiana tabacum his-
tidine kinase-1) were investigated. The results showed that dry weight and length of roots in ‘18-1’ and ‘18-4’
were significantly higher than that of ‘107’. Under the stress of 400 mmol·L-1 NaCl for 60 min, the K+ leakage
amount of ‘107’ were 49.34% and 19.68% higher than those of ‘18-1’ and ‘18-4’ respectively. And the relative
electrolyte leakage (REL) of ‘107’ was also significantly higher than those of ‘18-1’ and ‘18-4’ after treatments
of 400 mmol·L-1 KCl or NaCl for 30 min. But isotonic 30% PEG had little effect on the REL of root segment in
vitro. The NaCl solution added with 400 mmol·L-1 KCl or KNO3 significantly increased the REL of root seg-
ment in vitro, and made a greater difference between the different genotypes poplar. The results showed that the
determination of K+ leakage volume and REL of root segments in vitro could quickly identify potential salt tol-
erance of different genotypes of poplars.
Key words: poplar; root system; K+ leakage; electrolyte leakage; salt tolerance
杨树是中国中北部地区主要的栽培树种, 具
有重要的经济和生态价值。耐盐性改良是杨树抗
逆育种的主攻目标之一。通过杂交育种、诱变育
种和转基因育种, 已经获得一批耐盐性得到明显
改良的新品种(刘静等2008; 杨春霞等2009), 但对
根系本身的耐盐性所知甚少。
在盐渍化环境中, 植物的根系与盐分直接接
触, 在渗透胁迫和盐离子毒害的双重作用下, 引起
根系代谢紊乱和电解质外渗, 从而抑制植物根系
的正常生长发育(Zolla等2010)。一般表现为根长
缩短、须根减少、根重下降(冯锋等2000; 段九菊
等2008)。耐盐植物能够通过调节无机离子的种
类、数量和比例来维持细胞内环境的稳定(Jeschke
等1987; 周峰等2003; 毛桂莲等2004)。当受到盐胁
研究报告 Original Papers
植物生理学报1156
迫时, 耐盐植物可以从外界有选择地吸收Cl-、K+
和Na+等无机离子, 大量积累无机离子来降低细胞
质的渗透势, 从而提高其耐盐能力(许详明等2000;
高永生等2003; 杨迎霞等2010)。电解质外渗是植
物细胞膜系统受到伤害的显著特征, K+相对外渗
量和相对电解质外渗率(relative electrolyte leakage,
REL)常被用作鉴别植物耐盐性的主要生理指标
(Poustini和Siosemardeh 2004; Chen等2005; 王芳等
2006; Shabala等2010)。为了排除植株地上部分对
根系耐盐潜力的影响, 本研究以杨树离体根段为
材料, 研究不同种类和浓度的盐溶液对离体根段
膜透性的伤害及其在基因型间的差异, 探索利用
离体根段快速鉴定杨树耐盐潜力的可行性及其耐
盐机理。
材料与方法
1 材料
张劲松等(1999)从烟草中克隆了乙烯受体基
因类似物NTHK1, 利用pBin438载体, 构建了含有
烟草乙烯受体基因NTHK1的植物表达载体, 利用
农杆菌侵染法 , 将该载体转化受体杨树‘107号’
(Populus×euramericana ‘Neva’), 获得转基因植株
30多株, 从中筛选出耐130 mmol·L-1 NaCl的转基因
杨树新品系‘18-1’和‘18-4’等。本试验所用的杨树
‘107号’及转基因品系‘18-1’和‘18-4’均由中国科学
院遗传与发育生物学研究所提供。
2 材料培养
选取受体杨树‘107号’和转基因杨树‘18-1’及
‘18-4’一年生枝条, 截成15~20 cm的插条, 用自来水
冲洗干净, 移栽到装有1/2Hoagland营养液的水培
箱(45 cm×68 cm×25 cm)中, 培养期间用电动气泵
24 h持续通气, 保证根系生长的良好通气环境。整
个试验在天津市农业生物技术研究中心人工气候
室中进行, 昼夜温度为28 ℃/22 ℃、光照周期为14
h/10 h、光照强度为137.5 µmol·m-2·s-1、平均湿度
为65%~80%。
3 整株插条盐胁迫处理
从培养了1个月的材料中选取生长发育相似
且不定根长到3 cm左右的植株进行胁迫实验。实
验采取随机区组法, 共设3个处理, 即含有0、70和
100 mmol·L-1 NaCl的Hoagland营养液, 每处理3次
重复, 每重复5株。处理12 d后, 将植株小心移出,
用游标卡尺测量植株不定根的主根长度(从根尖到
根原基的基部), 收集并测定所有不定根的侧根长
度, 吸干材料表面水分, 装入干净的信封内, 于105
℃杀青15 min, 80 ℃烘至恒重并称重。
4 离体根段K+相对外渗量的测定
从1/2Hoagland营养液分别培养了1个月的幼
根和2个月的老根中, 截取4~5 cm长的根冠端作为
试验材料, 用超纯水冲洗2遍, 每遍45 s。称取总鲜
重为1 g左右的根段, 分别浸没在2个盛有25 mL的
处理溶液中: 对照为超纯水, 胁迫为400 mmol·L-1
NaCl溶液, 用塑料薄膜封口以防止水分蒸发, 分别
处理30、60和120 min。用火焰光度计(FP-640火
焰光度计)测量处理液中K+外渗量(F), F=(N×V×C)/
M, N为稀释倍数, V为定容体积(mL), C为离子浓度
(mg·mL-1), M为材料鲜重(g)。K+相对外渗量(DF)=
处理的K+外渗量–对照的K+外渗量(mg·g-1) (王芳等
2006), 每处理3次重复。
5 单盐和渗透胁迫对离体根系REL的影响
当1/2Hoagland营养液中培养的插条根长为
5~8 cm时, 从根冠端截取4~5 cm作为试验材料, 用
超纯水冲洗2 次, 每次20 s。胁迫处理分别为超纯
水、400 mmol·L-1 NaCl、400 mmol·L-1 KCl和等渗
的30% PEG 6000, 处理时间分别为10、30、60和
120 min。每个处理时间均设3次重复, 每重复取3
条根。处理后的材料用超纯水冲洗2次, 取3条置
于刻度试管中, 注入20 mL超纯水, 用真空泵(SHB-
III型循环水式多用真空泵)抽气2次, 每次15 min,
抽气结束后静置30 min, 用电导率仪(DDS-307型电
导率仪)测定初电导S1, 沸水浴15 min, 冷却至室温
后测定终电导S2。相对电解质外渗率=初电导(S1)/
终电导(S2) (李合生2000)。NaCl渗透势根据Robin-
son和Agron (1995)计算, PEG渗透势根据Burlyn等
(1973)的公式计算。
6 复合盐胁迫对离体根系REL的影响
将3种基因型杨树的根段, 放入不同浓度的盐
溶液(表1)中, 分别处理10、30、60和120 min之后,
测定REL。
7 数据分析
实验数据用Excel和SPSS 17.0进行统计分析,
实验结果以平均数±标准差表示。
王鹏等: 烟草NTHK1基因提高杨树根系的耐盐性 1157
结果与讨论
1 NaCl胁迫对杨树根系发育和根干重的影响
不同浓度NaCl处理12 d后, 3种基因型杨树的
生长情况存在显著性差异。在对照组中3种基因
型杨树生长无明显差异(表2)。在70 mmol·L-1 NaCl
胁迫下, 3种基因型杨树的生长均受到明显的抑制,
其中‘107号’的主根长比不作处理的减少了62.5%,
‘18-1’和‘18-4’分别减少42.4%和46.9%; ‘107号’的
侧根长减少97.2%, 而‘18-1’和‘18-4’分别减少
82.1%和83.1%; ‘107号’的根干重减少了65%, 而
‘18-1’和‘18-4’分别减少32%和41.8%。在100
mmol·L-1 NaCl胁迫下, ‘107号’的主根生长缓慢, 主
根长度仅是对照的30.8%, 侧根完全停止生长, 根
重仅占对照的9.8%。而‘18-1’和‘18-4’的根系仍在
继续生长, 但与对照相比也明显降低, 其中‘18-1’
的主根长度是对照的46.9%, ‘18-4’是对照的41.7%,
‘18-1’的侧根长度比对照减少了95.2%, ‘18-4’减少
96.6%, 而‘18-1’和‘18-4’的根重分别减少53.8%和
63.0% (表2)。这说明转基因杨树‘18-1’和‘18-4’根
系的耐盐能力显著高于杨树‘107号’, ‘18-1’的耐盐
潜力最强。
根系总长度和重量能客观地说明植物根系对
盐的适应能力和耐受能力(弋良朋等2009; 杨迎霞
等2010)。在盐胁迫环境中, 转基因杨树‘18-1’和
‘18-4’的根系长度和重量的受抑制程度明显低于
‘107号’, 说明NTHK1基因促进了植株根系的生长发
育, 而发达的根系有利于植物对水分和矿质营养的
表1 复合盐溶液的组成
Table 1 The composition of the mixed salt solution
编号
NaCl浓度/ KCl浓度/ KNO3浓度/
mmol·L-1 mmol·L-1 mmol·L-1
T1 400 0 0
T2 400 50 0
T3 400 100 0
T4 400 200 0
T5 400 400 0
T6 400 0 50
T7 400 0 100
T8 400 0 200
T9 400 0 400
图1 NaCl胁迫对3种基因型杨树根段中K+相对外渗量的影响
Fig.1 Effects of NaCl on the K+ leakage in roots of
three genotypes of poplars
表2 盐胁迫对不同基因型杨树根系生长和干重的影响
Table 2 Effects of salt stress on root growth and dry weight of different genotypes of poplars
NaCl浓度 主根长度/mm 侧根长度/mm 根干重/mg
/mmol·L-1 ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 85.4±0.4a 86.3±0.5a 85.8±0.7a 162.0±2.3a 163.7±3.8a 162.9±4.1a 16.3±0.4a 16.9±0.4a 16.5±0.4a
70 31.7±0.1c 49.7±1.8a 45.6±1.0b 4.6±0.6b 29.3±1.5a 27.6±3.1a 5.7±1.0c 11.5±0.2a 9.6±0.2b
100 26.3±0.4 c 40.5±0.2 a 35.8±0.4b 0c 7.9±0.5a 5.6±0.6b 1.6±0.1c 7.8±0.1a 6.1±0.1b
　　不同字母表示同一浓度处理下基因型间存在显著性差异。
吸收和运输。从根系的形态和干重可以看出, ‘18-4’
耐盐能力介于‘107号’和‘18-1’之间, 即3种基因型
杨树根系的耐盐能力为: ‘18-1’>‘18-4’>‘107号’。
2 NaCl胁迫对离体根段K+相对外渗量的影响
在400 mmol·L-1 NaCl胁迫下, 3种基因型杨树
离体根段K+相对外渗量随着胁迫时间的延长而增
加, 幼根的外渗量明显大于老根(图1)。胁迫30 min
时, K+外渗量急剧上升, 3种基因型间存在显著性
差异。‘107号’老根的K+外渗量分别比‘18-1’和‘18-
4’高39.26%和16.72%; 幼根的K+外渗量也分别比
‘18-1’和‘18-4’高16.56%和6.65%。此后K+外渗量增
长缓慢, 但‘107号’的依然显著大于‘18-1’和‘18-4’。
植物生理学报1158
从整体上, K+外渗量排序为‘107号’>‘18-4’>‘18-1’。
因此, 根据NaCl胁迫30~60 min时杨树离体根段K+
相对外渗量的多少可以判断杨树不同基因型间耐
盐性的差异。
前人的研究结果表明, K+相对外渗量与耐盐
性呈负相关, 即K+相对外渗量越大, 植株耐盐性越
差(Chen等2005; 王芳等2006)。本文研究发现, 不
同基因型间离体根段的K+相对外渗量表现出明显
的差异性, ‘107号’显著高于‘18-4’和‘18-1’。而K+相
对外渗量与根系长度和干重以及REL呈负相关趋
势, 说明NTHK1基因提高了杨树根系的持K+能力
和细胞膜的稳定性, 进而提高了根系的耐盐能力。
3 单盐和渗透胁迫对杨树离体根段REL的影响
在NaCl和KCl溶液中, 3种基因型杨树离体根
段REL都随着胁迫时间的延长而显著增加, 并且基
因型间表现出了明显的差异性(表3)。NaCl胁迫60
min时, ‘107号’离体根段的REL达到58.4%, ‘18-1’
和‘18-4’的REL达到56.2%和57.5%; 而胁迫120 min
时, 不同基因型的REL不再有明显差异。KCl胁迫
30 min时, ‘107号’的REL就已达到58.7%; 而胁迫60
min时, 转基因杨树‘18-1’ 和‘18-4’ REL才达到
56.8%和58.4%。这说明, 转基因杨树根系对KCl的
耐盐性明显比‘107号’高。此外, 胁迫10~30 min时,
‘107号’离体根段的REL总是比‘18-1’和‘18-4’的高
10%以上; KCl引起的REL平均比NaCl高15%左
右。胁迫60 min后, 离体根段的REL达到58%左右,
不同基因型和处理之间差异不显著。在30% PEG
6000的高渗溶液中, ‘107号’离体根段的REL总是
显著高于‘18-1’和‘18-4’; 但3种基因型REL都没有
随着胁迫时间的延长而明显增加。这些结果说明,
渗透胁迫不是造成离体根段细胞膜透性伤害的主
要因素, 盐离子毒害是导致离体根段REL急剧增加
的主要原因; 盐胁迫初期高浓度K+对植物的不利
影响明显大于Na+。
盐胁迫环境中的一些高浓度离子能使细胞膜去
极化, 引起细胞质膜结构和功能的紊乱, 导致细胞膜
透性增加和细胞的生理功能发生异常(Begum等1992;
Nocito等2002; Shabala等2003)。REL是反映膜透性
的重要指标, REL 越大表明膜系统的伤害程度越严
重。本研究发现, 与渗透势相同的盐溶液相比, PEG
对杨树离体根段的REL影响很小, 说明盐胁迫环境
中渗透势胁迫不是引起细胞膜透性的主要因素。
表3 NaCl、KCl和PEG 6000对3种基因型杨树根段REL的影响
Table 3 Effects of NaCl, KCl and PEG 6000 on the REL of roots from three genotypes of poplars
REL/%
胁迫时
400 mmol·L-1 NaCl 400 mmol·L-1 KCl 30% PEG 6000
间/min
‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a
10 45.7±1.1b 35.8±0.1f 37.3±0.4e 49.5±0.5a 39.3±0.6d 42.4±0.6c 13.9±0.1g 12.6±0.1h 12.9±0.4h
30 53.5±0.9b 41.7±1.2f 45.7±0.7e 58.7±0.7a 48.7±0.8d 51.5±0.9c 15.0±0.4g 13.4±0.3h 14.2±0.1gh
60 58.4±1.0b 56.2±0.2e 57.5±0.6cd 61.8±0.3a 56.8±0.4de 58.4±0.9c 16.0±0.4f 14.1±0.1g 14.7±0.3g
120 64.3±0.6a 63.3±0.6ab 64.3±1.0a 64.6±0.4a 63.2±0.8ab 63.7±1.3a 17.4±0.1d 14.5±0.2e 15.3±0.2e
　　不同字母表示同一时间3种基因型在不同胁迫处理下存在显著性差异(P<0.05)。
4 复合盐胁迫对离体根段REL的影响
400 mmol·L-1 NaCl中添加不同浓度KCl的胁
迫效应与单纯的NaCl有明显的不同(表4)。在添加
50和100 mmol·L-1 KCl胁迫10 min时, ‘107号’ REL
达到35.6%和39.3%, 明显低于对照的45.7%, 转基
因杨树REL也明显低于对照; 胁迫60 min时, ‘107
号’和‘18-4’ REL与NaCl胁迫30 min差不多, ‘18-1’
REL相当于NaCl胁迫10 min。这说明低浓度K+可
以缓解400 mmol·L-1 NaCl对杨树根系细胞膜的伤
害。添加200和400 mmol·L-1 KCl胁迫10 min时, 107
号’ REL达到48.7%和56.0%, 明显高于对照的45.7%,
转基因杨树的REL相当于NaCl胁迫30 min时的, 这
说明高浓度K+加剧了400 mmol·L-1 NaCl对离体根
系细胞膜的毒害, 同时说明受到复合盐胁迫时, 离
体根段的耐盐次序为: ‘18-1’>‘18-4’ >‘107号’。
从表5可以看出, 在相同浓度情况下, KCl和
王鹏等: 烟草NTHK1基因提高杨树根系的耐盐性 1159
表4 NaCl与不同浓度KCl复合盐对3种基因型杨树根段REL的影响
Table 4 Effects of NaCl mixed with different concentrations of KCl on the REL of the roots from three genotypes of poplars
REL/%
胁迫时
NaCl NaCl+50 mmol.L-1 KCl NaCl+100 mmol.L-1 KCl
间/min
‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a
10 45.7±1.1e 35.8±0.1j 37.3±0.4i 35.6±0.5g 21.0±0.2n 29.4±0.1l 39.3±0.2f 27.8±0.6m 31.3±0.5k
30 53.5±0.9d 41.7±0.6h 45.7±0.7g 43.0±0.6e 28.3±0.1j 36.7±0.1i 50.9±0.6de 36.8±0.2i 40.2±0.3h
60 64.4±0.5c 56.2±0.2ef 57.5±0.6de 55.6±0.4de 35.9±0.6h 42.6±0.2h 57.4±0.3d 46.4±0.2h 53.5±0.5g
120 71.3±0.6c 62.3±0.2f 64.3±1.0ef 59.9±0.5ef 46.1±1.2i 53.2±1.1h 60.1±0.6de 51.5±1.4gh 56.0±1.1g
REL/%
胁迫时
NaCl+200 mmol.L-1 KCl NaCl+400 mmol.L-1 KCl
间/min
‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a
10 48.7±0.5d 38.4±0.7h 42.2±0.2g 56.0±0.6a 46.5±1.3c 50.8±0.1b
30 56.4±0.3c 42.6±0.5f 48.7±0.2e 64.2±0.5a 53.3±0.1c 58.4±0.1b
60 65.2±0.8c 57.5±0.8f 58.7±0.6de 67.9±0.6a 62.6±0.5c 64.9±0.7b
120 70.8±0.3d 63.0±0.8ef 64.9±0.7de 71.0±1.1a 64.4±1.8c 65.8±0.8b
　　不同字母表示同一时间3种基因型在不同胁迫处理下存在显著性差异。下表同此。
表5 NaCl与不同浓度KNO3复合盐对3种基因型杨树根段REL的影响
Table 5 Effects of NaCl mixed with different concentrations of KNO3 on the REL of the roots from three genotypes of poplars
REL/%
胁迫时
NaCl NaCl+50 mmol.L-1 KNO3 NaCl+100 mmol.L
-1 KNO3
间/min
‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a
10 45.7±1.1e 35.8±0.1j 37.3±0.4i 41.3±1.0g 24.8±0.4l 27.9±0.8k 43.4±1.2f 29.5±0.3j 32.7±1.0i
30 53.5±0.9cd 41.7±1.2l 45.7±0.7j 51.4±0.5e 34.4±0.8n 36.7±1.23m 52.0±1.6de 37.7±0.7m 42.0±0.4k
60 64.4±0.5c 56.2±0.2ef 57.5±0.6de 57.4±0.6de 41.6±0.3i 46.4±0.2h 59.2±0.3d 48.2±0.2h 51.9±0.4g
120 71.3±0.6c 62.3±0.2f 64.3±1.0ef 64.2±0.5ef 51.6±1.2i 54.2±0.2h 66.3±0.6de 55.5±1.2gh 57.5±0.1g
REL/%
胁迫时
NaCl+200 mmol.L-1 KNO3 NaCl+400 mmol.L
-1 KNO3
间/min
‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’ ‘107号’ ‘18-1’ ‘18-4’
0 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a 3.5±0.1a 3.4±0.4a 3.7±0.2a
10 47.6±0.1d 39.2±0.4h 41.5±0.7g 56.6±1.1a 49.8±0.3c 51.6±0.1b
30 55.3±0.2c 47.9±0.9f 50.7±0.7e 63.3±0.2a 55.3±2.2c 60.12±1.5b
60 67.5±0.4c 58.4±0.8f 61.9±0.3de 71.0±0.6a 63.1±0.8c 65.8±0.3b
120 71.7±0.7d 63.1±0.8ef 65.0±0.1de 72.4±0.6a 64.4±0.3c 68.1±0.9b

KNO3的胁迫效应没有明显的差异。3种基因型杨
树间的耐盐差异不仅表现在REL上, 而且表现在持
续时间上。添加50和100 mmol·L-1 KNO3胁迫60
min, ‘107号’ REL达到57.4%和59.2%, 转基因杨树
‘18-1’和‘18-4’ REL达到40%~50%, 相当于NaCl胁
迫30 min时的REL。添加200和400 mmol·L-1 KNO3
胁迫10 min, ‘107号’ REL达到47.6%和56.6%, 明显
高于对照的45.7%, 转基因杨树REL相当于NaCl胁
迫30 min时的, 这些结果说明混合盐中的Cl–和
NO3
–对离体根系膜透性影响很小。在添加200和
植物生理学报1160
400 mmol·L-1的KCl和KNO3胁迫10 min时, ‘107号’
离体根段REL达到47.7%~56.6%, 而‘18-1’和‘18-4’
REL达到38.4%~51.6%, 说明复合盐处理能比单盐
胁迫更灵敏地鉴定出不同基因型间耐盐潜力的差
异。
在400 mmol·L-1 NaCl若加入高浓度(200~400
mmol·L-1)的K+, 会加剧对膜透性的伤害; 如果加入
低浓度(50~100 mmol·L-1)的K+则能缓解对膜透性
的伤害, 这说明低浓度的K+有助于提高植物的耐
盐能力。有人认为适宜的外源K+使得Na+/K+比值
在一定范围内形成动态平衡, 就可降低NaCl对植
物的伤害, 这是在盐胁迫下生存必须具备的先决
条件, 若超出范围内则对植物产生伤害(郑延海等
2007; Chen和Polle 2010; 黄增荣等2011)。在相同
的盐胁迫环境中, 转基因杨树‘18-1’和‘18-4’离体
根段的REL总是显著低于‘107号’, 这与其他植物
中耐盐品种的REL显著低于敏感型品种的试验结
果一致(王瑞刚等2005; 姜超强等2010)。
根系是植物吸收水分和营养的主要器官, 它
的发育既受生长环境的影响, 也受地上部分光合
产物的影响, 所以, 在自然条件下很难对根系的受
伤程度作出准确的评判。以离体根段为材料, 能
够排除地上部分对根系生理代谢的影响, 可以直
接研究根系本身对盐胁迫的反应。本研究结果表
明, 盐胁迫条件下离体根段的K+相对外渗量和REL
与杨树本身的耐盐能力密切相关; 混合盐胁迫时,
K+相对外渗量和REL在基因型间的差异更加明
显。因此, 利用离体根段可以快速灵敏地鉴定杨
树不同基因型的耐盐潜力。
参考文献
段九菊, 郭世荣, 康云艳, 李璟, 刘香娥(2008). 盐胁迫对黄瓜幼苗根
系生长和多胺代谢的影响. 应用生态学报, 19 (1): 57~64
冯锋, 张福锁, 杨新泉(2000). 植物营养研究进展与展望. 北京: 中
国农业大学出版社, 12~21
高永生, 王锁明, 张承烈(2003). 植物盐适应性调节机制的研究进
展. 草业学报, 12 (2): 1~6
黄增荣, 隆小华, 刘兆普, 耿守保, 叶慧君, 陆艳(2011). KNO3对NaCl
胁迫下两菊芋品种幼苗生长及光合能力的影响. 草业学报, 20
(1): 82~88
姜超强, 李杰, 刘兆普, 李洪燕(2010). 盐胁迫对转AtNHX1基因杨
树光合特性与叶绿体超微结构的影响. 西北植物学报, 30 (2):
301~308
李合生(2000). 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出
版社, 11~33
刘静, 王长宪, 王斌, 刘杰, 赵进红, 黄艳艳, 张虹(2008). 转基因三倍
体毛白杨抗盐试验研究. 林业科学研究, 21 (3): 379~385
毛桂莲, 许兴, 徐兆桢(2004). 植物耐盐生理生化研究进展. 中国生
态农业学报, 12 (1): 43~46
王芳, 丁烽, 段培, 马成涛, 王宝山(2006). 一种以幼根 K+外漏量鉴
定小麦耐盐性的方法. 植物生理学通讯, 42 (6): 1149~1153
王瑞刚, 陈少良, 刘力源, 郝志勇, 翁海娇, 李鹤, 杨爽, 段杉(2005).
盐胁迫下3种杨树的抗氧化能力与耐盐性研究. 北京林业大学
学报, 27 (3): 46~52
许详明, 叶和春, 李守明(2000). 植物抗盐机理的研究进展. 应用与
环境生物学报, 6 (4): 379~387
杨春霞, 李火跟, 程强, 陈英(2009). 南林895杨抗旱盐基因DBEB1C
的转化. 林业科学, 45 (2): 17~21
杨迎霞, 郏艳红, 聂莉莉, 张越, 陈受宜, 王景安, 刘仲齐(2009). 杨树
叶片中Na+的积累与其耐盐能力的关系. 植物生理学通讯, 45
(11): 1070~1074
弋良朋, 马健, 李彦(2009). 荒漠盐生植物根际系统盐分分布特征.
生态学杂志, 28 (5): 827~832
张劲松, 谢灿, 刘峰, 刘凤华, 陈受宜(1999). 植物中存在新的两组分
信号系统基因. 科学通报, 44: 628~632
郑延海, 宁堂原, 贾爱君, 李增嘉, 韩宾, 江晓东, 李卫东(2007). 钾营
养对不同基因型小麦幼苗NaCl胁迫的缓解作用. 植物营养与
肥料学报, 13 (3): 381~386
周峰, 李平华, 王宝山(2003). K+稳态与植物耐盐性的关系. 植物生
理学通讯, 39 (1): 67~70
Begum F, Karmoker JL, Fattah QA, Maniruzzaman AFM (1992). The
effects of salinity on germination and its correlation with K+,
Na+, Cl- accumulation in germinating seeds of Triticum arstivum
L. cv. Akbar. Plant Cell Physiol, 33: 1009~1014
Chen S, Polle A (2010). Salinity tolerance of Populs. Plant Biol, 12:
317~333
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: 1230~1246
Jeschke WD, John SP, Atkin A (1987). Partitioning of K+, Na+, Mg2+and
Ca2+ through xylem and prolem to component organs of nodulated
white lupin under mild salinity. J Plant Phsyiol, 128: 371~386
Michel BE, Kaufmann MR (1973). The osmotic potential of Polyeth-
ylene Glycol 6000. Plant Physiol, 51: 914~916
Nocito FF, Sacchi GA, Cocucci M (2002). Membrane depolarization
induces K+ efflux from subapical maize root segments. New
Phytol, 154: 45~51
Poustini K, Siosemardeh A (2004). Ion distribution in wheat cultivars
in response to salinity stress. Field Crop Res, 85: 125~133
Robinson S, Agron J (1995). Butter worth scientific publication of
drought and its effects on germination of five pasture species.
Electrolyte Solutions, 85: 982~987
Shabala S, Shabala L, Van VE (2003). Effect of calciumon root devel-
opment and root ion fluxes in salinised barley seedlings. Funct
Plant Biol, 30: 507~514
Shabala S, Shabala S, Cuin TA, Pang J, Percey W, Chen Z, Conn S,
Eing C, Wegner LH (2010). Xylem ionic relations and salinity
tolerance in barley. Plant J, 61 (5): 839~853
Zolla G, Heimer YM, Barak S (2010). Mild salinity stimulates a
stress-induced morphogenic response in Arabidopsis thaliana
root. J Exp Bot, 61 (1): 211~224