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Effect of exogenous 2,4-epibrassinolide on the uptake, transport, and disputation of ions, and photosynthetic characteristics of Medicago sativa seedlings under NaCl stress

外源2,4-表油菜素内酯对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特性及离子吸收、运输和分配的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015289 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
寇江涛,康文娟,苗阳阳,师尚礼.外源2,4表油菜素内酯对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特性及离子吸收、运输和分配的影响.草业学报,2016,
25(4):91103.
KOUJiangTao,KANGWenJuan,MIAOYangYang,SHIShangLi.Effectofexogenous2,4epibrassinolideontheuptake,transport,anddispu
tationofions,andphotosyntheticcharacteristicsof犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪seedlingsunderNaClstress.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(4):91103.
外源2,4表油菜素内酯对犖犪犆犾胁迫下紫花苜蓿
幼苗光合特性及离子吸收、运输和分配的影响
寇江涛,康文娟,苗阳阳,师尚礼
(甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,甘肃省草业工程实验室,中-美草地畜牧业可持续研究中心,甘肃 兰州730070)
摘要:为明确外源2,4表油菜素内酯(2,4epibrassinolide,EBR)诱导紫花苜蓿幼苗抗盐性的效果及其可能的生理
调节机制,采用营养液水培法,以紫花苜蓿品种‘中苜3号’和‘陇中苜蓿’为材料,研究NaCl胁迫下施用外源EBR
对紫花苜蓿幼苗光合色素含量、气体交换参数及离子吸收、运输和分配的影响。结果表明,1)150mmol/LNaCl胁
迫下,苜蓿幼苗叶片的光合色素含量显著降低,光合能力及地上、地下生物量显著下降,苜蓿幼苗体内无机离子的
吸收、运输和分配等代谢过程失调。2)NaCl胁迫下,施用0.1μmol/L外源EBR后,苜蓿幼苗叶片的Chla、Chlb、
Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb显著提高,Chl/Car显著降低,犘n、犜r、犌s、犠犝犈 均显著提高,光合能力增强,促
进了地上、地下生物量的积累。苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的 Na+、Cl-含量及Cl-/Na+显著下降,
K+、Ca2+、Mg2+含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+显著升高,体内无机离子的运输比及阳离子的运输选择
性比率得到有效调控。3)说明外源EBR能够有效缓解盐胁迫对苜蓿幼苗造成的光抑制,增强有机物的合成和积
累,促进对无机离子的选择性吸收和运输,维持体内的离子代谢平衡,提高苜蓿幼苗的耐盐性。
关键词:紫花苜蓿;NaCl胁迫;2,4表油菜素内酯;光合作用;离子代谢  
犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊2,4犲狆犻犫狉犪狊狊犻狀狅犾犻犱犲狅狀狋犺犲狌狆狋犪犽犲,狋狉犪狀狊狆狅狉狋,犪狀犱犱犻狊狆狌狋犪狋犻狅狀狅犳
犻狅狀狊,犪狀犱狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狋犻犮犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊狌狀犱犲狉犖犪犆犾狊狋狉犲狊狊
KOUJiangTao,KANGWenJuan,MIAOYangYang,SHIShangLi
犆狅犾犾犲犵犲狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犛犮犻犲狀犮犲,犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犈犮狅狊狔狊狋犲犿犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犈犱狌犮犪狋犻狅狀,犘狉犪狋犪犮狌犾狋狌狉
犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌犪狀狊狌犘狉狅狏犻狀犮犲,犛犻狀狅犝犛犆犲狀狋犲狉犳狅狉犌狉犪狕犻狀犵犾犪狀犱犈犮狅狊狔狊狋犲犿犛狌狊狋犪犻狀犪犫犻犾犻狋狔,犔犪狀狕犺狅狌730070,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theaimofthisstudywastoexplorethesaltresistanceandphysiologicalregulationmechanismsin
ducedbyexogenous2,4epibrassinolide(EBR)inalfalfa(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)seedlings.TheeffectofEBRon
photosyntheticpigmentcontents,gasexchangeparameters,andionuptake,transport,anddisputationin
seedlingsof犕.狊犪狋犻狏犪cv.ZhongmuNo.3and犕.狊犪狋犻狏犪cv.LongzhongunderNaClstresswereinvestigatedu
singahydroponicmethod.Inthe150mmol/LNaClstresstreatment,alfalfaseedlingleavesshowedsignificant
decreasesinphotosyntheticpigmentcontentsandphotosyntheticability,anddisruptedmetabolicprocessesof
ionuptake,transport,anddisputation.WhenEBRat0.1μmol/LwassuppliedtoseedlingsunderNaClstress,
thechlorophyla,b,anda+bcontentsincreased,thechlorophyla/bincreased,andthechlorophyl/carote
第25卷 第4期
Vol.25,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
91-103
2016年4月
收稿日期:20150605;改回日期:20151109
基金项目:国家现代牧草产业技术体系建设专项(CARA35)和全国种质资源保种(NB2130135)资助。
作者简介:寇江涛(1986),男,甘肃镇原人,在读博士。Email:koujiangtao@st.gsau.edu.cn
通信作者Correspondingauthor.Email:shishl@gsau.edu.cn
noiddecreased.Also,thephotosyntheticrate,transpirationrate,stomatalconductance,wateruseefficiency,
andphotosyntheticabilityincreasedafter0.1μmol/LEBRtreatment.Thesechangeswouldfacilitatetheaccu
mulationofabovegroundandundergroundbiomass.IntheNaClstressedseedlingstreatedwith0.1μmol/L
EBR,theNa+andCl-contentsandtheCl-/Na+indifferentorgans(leaf,stem,androot)significantlyde
creased,andthecontentsofK+,Ca2+,andMg2+andtheK+/Na+,Ca2+/Na+,andMg2+/Na+significantly
increased.Thetransportratioofinorganicionsandtransportselectivityratioofcationswereeffectivelyregula
tedintheseedlingstreatedwithEBR.Together,theseresultsshowthatEBRtreatmenteffectivelyaleviated
photoinhibitioncausedbyNaClstressinalfalfaseedlings,andpromotedthesynthesisandaccumulationofor
ganicmatter.TreatmentwithEBRalsoimprovedtheselectiveabsorptionandtransportofinorganicions,help
ingtomaintainthemetabolicionbalanceandimprovetheNaClresistanceofalfalfaseedlings.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪;NaClstress;2,4epibrassinolide;photosynthesis;ionmetabolism
土壤盐渍化严重影响植物生长发育,是限制作物生长和产量的重要环境因素,已成为现代化农业生产所面临
的严峻问题[1]。随着人类耕作活动的增加,盐渍化土壤面积呈逐年不可逆的形式增加[2],预计到2050年,可用耕
地的50%将面临盐渍化[3]。盐胁迫下,植物正常的生理代谢发生紊乱,高浓度的Na+和Cl-会抑制根系对K+及
其他必需元素的吸收[45],并引起失水亏缺造成生理干旱,进而引起氧化胁迫、渗透胁迫和离子毒害[6]。盐胁迫还
直接损伤植物光合机构的功能,使得光合色素合成受阻并发生降解,光合电子传递受阻,降低碳同化效率和光合
同化产物的持续供应,导致植物生长发育受到抑制[78]。
油菜素内酯(brassinosteroids,BRs)被公认为第六大植物激素,关于BRs提高植物逆境抵抗能力的研究日趋
深入。研究表明,2,4表油菜素内酯(2,4epibrassinolide,EBR)能够促进碳水化合物从黄瓜(犆狌犮狌犿犻狊狊犪狋犻狏狌狊)植
株叶片向根系的分配,提高根系糖酵解代谢酶活性,增强其耐低氧胁迫能力[9]。EBR能够显著改善油菜(犅狉犪狊狊犻
犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊)幼苗的离子稳态和渗透调节能力,提高其光合、水分利用能力,降低气孔限制,从而促进光合作用
和生物量积累,提高其耐盐性[10]。EBR可提高弱光下番茄(犔狔犮狅狆犲狉狊犻犮狅狀犲狊犮狌犾犲狀狋狌犿)幼苗表观量子效率、暗呼
吸速率、羧化效率和Rubisco含量,降低CO2 补偿点和光补偿点,进而提高光合能力,有效缓解弱光胁迫对番茄
幼苗的伤害[11]。因此,BRs在调控植物体碳水化合物同化、分配和光合作用中具有重要作用[1213]。
我国的盐渍化土壤大多分布在西北、华北等干旱、半干旱区,其面积因不合理灌溉、化肥使用不当等原因不断
扩大,已经成为发展高效、优质苜蓿草产业的重要限制因子之一。在植物的盐适应机制上,光合作用和离子稳态
等代谢过程相互影响[1415]。因此,本试验以紫花苜蓿‘中苜3号’(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪cv.ZhongmuNo.3)和‘陇中
苜蓿’(犕.狊犪狋犻狏犪cv.Longzhong)为材料,研究BRs对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特性及离子吸收、运输和
分配的调节效应,以明确EBR诱导苜蓿幼苗抗盐性的效果及其可能的生理机制,为苜蓿的抗盐栽培以及应用
BRs缓解苜蓿盐害提供更多的理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 材料培养
供试紫花苜蓿材料为‘中苜3号’和‘陇中苜蓿’,由甘肃农业大学草业生态系统教育部重点实验室提供。试
验于2014年9-12月在甘肃农业大学草业生态系统教育部重点实验室进行。选取均匀、饱满、大小一致的供试
苜蓿种子,用0.1% HgCl2 溶液消毒5min,去离子水漂洗6次,用吸水纸吸干后播种于灭菌的蛭石培养钵中,出
苗后每盆定植10株,转移至光照培养室中[光照14h/d,光通量密度400μmol/(m
2·s),昼夜温度分别为(25±
1)和(20±1)℃,相对湿度60%左右],每3d浇灌1次1/2Hoagland营养液,生长35d后,挑选长势基本一致的
幼苗洗净转入装有1/2Hoagland营养液的水培盆中预培养,预培养3d后开始处理。
1.2 试验处理
通过预试验,筛选出150mmol/LNaCl胁迫下能够促进苜蓿种子萌发及幼苗生长的最佳EBR浓度为0.1
μmol/L
[16]。本试验设4个处理:1)CK(蒸馏水);2)150mmol/LNaCl;3)0.1μmol/LEBR;4)150mmol/L
29 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.4
NaCl+0.1μmol/LEBR;每处理4次重复。各个处理的溶液均用1/2Hoagland营养液配制,为保证处理液浓度
稳定,每隔2d更换1次处理液,营养液间歇通入空气。试验期间,每隔2d按照试验设计将0.1μmol/LEBR溶
液(EBR和EBR+NaCl处理)及蒸馏水(CK和NaCl处理)均匀喷施于叶片正反面,喷到有液滴为止。于NaCl
胁迫第10天时,测定各个处理幼苗的生物量、叶绿素含量、光合气体交换参数及无机离子含量,每个处理3次重
复。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 生物量测定  每处理随机选取10株幼苗,将植株的地上部和地下部分开,用去离子水冲洗干净,吸干
水分后置于烘箱内105℃杀青15min,然后65℃烘干至恒重,称重求其平均值。
1.3.2 光合色素含量测定  参照Arnon[17]的方法测定,用80%丙酮溶液遮光浸泡提取。
1.3.3 光合气体交换参数测定  利用GFS3000光合仪(Walz,Germany)的红蓝光源控制系统、CO2 控制系
统测定各个处理由上到下第3,4片完全展开的成熟叶片光合气体交换参数,测定时间为上午9:00-11:30,CO2
浓度固定为370μmol/mol,温度为(25±1)℃,光强设定为800μmol/(m
2·s)。测定指标包括:净光合速率
(photosyntheticrate,犘n:μmol/m
2·s)、蒸腾速率(transpirationrate,犜r:mmol/m2·s)、气孔导度(stomatal
conductance,犌s:mmol/m2·s)、胞间CO2 浓度(intercelularCO2concentration,犆i:μmol/mol),并计算水分利
用效率(wateruseefficiency,犠犝犈:μmol/mmol)。
1.3.4 无机离子含量测定  将植株根系、茎秆、叶片分开,用去离子水冲洗干净,并用吸水纸吸干水分,置于烘
箱内105℃杀青15min,然后65℃烘干至恒重,置于研钵中磨细并全部过圆孔直径为0.25mm的筛。Na+、K+、
Ca2+、Mg2+含量测定参照毛美飞等[18]方法用1mol/LHCl溶液浸提,Na+、K+采用FP640火焰光度计测定,
Ca2+、Mg2+采用TAS990Super原子吸收分光光度计测定。Cl-含量测定参照计小江等[19]方法,用去离子水浸
提,并参照鲍士旦[20]的方法,采用硝酸银滴定法测定。
1.3.5 离子运输比和运输选择性比率计算  运输比(transportratio,TR)是表示所有离子(包括阳离子、阴离
子)的运输倍数,反映的是分布梯度,直接以阴、阳离子浓度计算得到,计算公式为[21]:
犜犚(犡)=a器官(犡)/b器官(犡)
式中,犡代表Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-的含量。
运输选择性比率(transportselectivityratio,TS)是表示阳离子间在运输方面的协同或拮抗关系,是以离子
间的浓度比值进行计算而得到,计算公式为[22]:
犜犛(犢,Na+)=a器官(犢/Na+)/b器官(犢/Na+)
式中,犢 代表K+、Ca2+、Mg2+的含量,犜犛(犢,Na+)越大,说明a器官从b器官中选择性运输Y离子的能力越强。
1.4 数据处理与分析
采用 MicrosoftExcel2003进行数据处理和图表绘制,利用SPSS16.0软件用Duncan多重比较法(犘<
0.05)对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 外源EBR对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗生物量的影响
由图1可知,NaCl胁迫显著降低了中苜3号、陇中苜蓿幼苗的地上、地下生物量。和CK相比,2个品种苜蓿
幼苗的地上、地下生物量分别降低38.72%和36.96%、46.50%和49.76%。NaCl胁迫下喷施外源EBR提高了
2个品种苜蓿幼苗的地上、地下生物量,且中苜3号的地上、地下生物量(分别较 NaCl处理提高30.32%,
56.61%)和陇中苜蓿的地下生物量(较NaCl处理提高54.55%)显著高于NaCl处理。表明外源EBR能够有效
缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿幼苗及根系生长的抑制作用,促进幼苗生长,提高其地上、地下生物量。
2.2 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗叶片光合色素含量及光合特性的影响
NaCl胁迫显著降低了苜蓿幼苗叶片的光合色素含量(表1),NaCl处理下中苜3号和陇中苜蓿幼苗叶片的
Chla、Chlb、Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb值分别较CK下降了35.59%和41.64%、21.37%和27.09%、
39第25卷第4期 草业学报2016年
30.93%和37.00%、43.77%和53.76%、18.09%和19.96%;NaCl胁迫下,苜蓿幼苗叶片的Chl/Car值显著升
高,2个品种苜蓿幼苗叶片的Chl/Car值分别较CK提高22.85%和36.24%。NaCl胁迫下施用外源EBR后,2
个品种苜蓿幼苗叶片的Chla、Chlb、Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb值显著提高,分别比 NaCl处理提高了
27.28%和36.22%、12.52%和20.87%、21.77%和30.55%、37.77%和51.07%、13.12%和12.70%;2个品种
苜蓿幼苗叶片的Chl/Car值显著降低,分别比NaCl处理降低了11.61%和13.58%。
图1 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下紫花苜蓿幼苗生物量的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵犫犻狅犿犪狊狊狅犳犖犪犆犾狊狋狉犲狊狊犲犱犕.狊犪狋犻狏犪
 CK:对照(蒸馏水),Control(distiledwater);NaCl:150mmol/LNaCl;EBR:0.1μmol/LEBR;NaCl+EBR(N+E):150mmol/LNaCl+
0.1μmol/LEBR。柱上不同小写字母表示各处理间差异达5%显著水平,下同。Differentlettersaresignificantlydifferentat犘<0.05,thesame
below.
表1 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗叶片光合色素含量的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狋犻犮狆犻犵犿犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊
品种Variety 处理Treatment Chla(mg/g) Chlb(mg/g) Chla+b(mg/g) Chla/Chlb Chlx·c(mg/g) Chl/Car
中苜3号Zhongmu3 CK 3.37±0.11a 1.65±0.09a 5.02±0.20a 2.05±0.09a 0.76±0.02a 6.64±0.31c
NaCl 2.17±0.12c 1.29±0.09c 3.46±0.17c 1.68±0.10c 0.42±0.02c 8.16±0.33a
EBR 3.46±0.10a 1.67±0.11a 5.13±0.21a 2.07±0.08a 0.78±0.04a 6.54±0.27c
NaCl+EBR 2.76±0.09b 1.46±0.09b 4.22±0.17b 1.90±0.08b 0.59±0.02b 7.21±0.23b
陇中苜蓿Longzhong CK 3.19±0.10a 1.49±0.08a 4.68±0.17a 2.13±0.08a 0.64±0.05a 7.29±0.34c
NaCl 1.86±0.10c 1.09±0.06c 2.95±0.17c 1.71±0.12c 0.30±0.03c 9.93±0.48a
EBR 3.23±0.06a 1.54±0.07a 4.77±0.12a 2.10±0.10a 0.65±0.05a 7.35±0.36c
NaCl+EBR 2.53±0.07b 1.32±0.06b 3.85±0.13b 1.92±0.09b 0.45±0.02b 8.58±0.27b
 注:表中数据为平均值±标准差,同列不同字母表示差异显著(犘<0.05)。下同。
 Note:DataintheTablearemean±SD.Lowercaseletterswithinthesamecolumnmeansignificantdifferencesat0.05level.Thesamebelow.
NaCl处理下苜蓿幼苗的犘n、犜r、犌s、犠犝犈 显著降低,犆i显著升高(图2)。与CK相比,NaCl处理下中苜3
号和陇中苜蓿幼苗叶片的犘n、犜r、犌s、犠犝犈 分别下降了40.20%和47.15%、20.57%和32.35%、56.66%和
57.97%、24.76%和21.88%,犆i分别提高61.58%和66.76%。NaCl胁迫下施用外源EBR后,2个苜蓿品种幼
苗的犘n、犜r、犌s、犠犝犈 分别比NaCl处理提高了35.02%和33.32%、14.13%和17.99%、84.90%和52.78%、
18.28%和12.99%,犆i分别降低了16.98%和16.89%。说明外源EBR能够有效缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿幼
苗光合作用的抑制作用,提高其光合效率。
2.3 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗中无机离子含量的影响
NaCl处理下苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Na+、Cl-含量显著升高,K+、Ca2+、Mg2+含量显著
降低(图3)。与CK相比,NaCl处理下中苜3号和陇中苜蓿幼苗叶片中的Na+、Cl-含量分别提高了89.06%和
118.36%、135.71%和97.14%,K+、Ca2+、Mg2+ 含量分别降低了44.80%和56.14%、46.38%和44.97%、
49 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.4
60.75%和64.27%;茎秆中的Na+、Cl-含量分别提高了175.06%和122.82%、65.95%和57.46%,K+、Ca2+、
Mg2+含量分别降低了15.56%和37.03%、35.85%和50.18%、44.85%和57.57%;根系中的Na+、Cl-含量分别
提高了424.05%和300.86%、86.12%和128.04%,K+、Ca2+、Mg2+ 含量分别降低了65.05%和65.08%、
48.59%和62.70%、57.86%和57.06%。
图2 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗
光合气体参数的影响
犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵犵犪狊
犲狓犮犺犪狀犵犲狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊
 
NaCl胁迫下施用外源EBR后,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的 Na+、Cl-含量显著下降,K+、
Ca2+、Mg2+含量显著升高(图3)。和NaCl处理相比,中苜3号和陇中苜蓿幼苗叶片中的Na+、Cl-含量分别降低
了28.16%和22.24%、44.00%和24.86%,K+、Ca2+、Mg2+含量分别提高了35.62%和39.92%、36.27%和
27.77%、62.44%和55.71%;茎秆中的Na+、Cl-含量分别降低了26.98%和15.34%、27.38%和18.17%,K+、
Ca2+、Mg2+含量分别提高了8.42%和39.54%、32.14%和48.85%、52.31%和58.11%;根系中的Na+、Cl-含
量分别降低了64.20%和48.90%、30.22%和24.19%,K+、Ca2+、Mg2+含量分别提高了135.63%和51.10%、
36.31%和47.93%、104.37%和39.10%。
由表2可知,NaCl胁迫下,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+显著
降低,Cl-/Na+显著升高。NaCl处理下中苜3号和陇中苜蓿幼苗叶片中的K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+分
别为CK的0.29和0.20倍、0.28和0.25倍、0.21和0.16倍,Cl-/Na+分别为CK的1.25和1.28倍;茎秆中的
K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+分别为CK的0.31和0.28倍、0.23和0.22倍、0.20和0.19倍,Cl-/Na+分别
为CK的1.38和1.36倍;根系中的 K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+分别为CK的0.07和0.09倍、0.10和
59第25卷第4期 草业学报2016年
0.09倍、0.08和0.11倍,Cl-/Na+分别为CK的2.41和1.75倍。
NaCl胁迫下施用外源EBR后,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+
显著升高,Cl-/Na+显著降低(表2)。施用外源EBR后,中苜3号和陇中苜蓿幼苗叶片中的 K+/Na+、Ca2+/
Na+、Mg2+/Na+分别为NaCl处理的1.89和1.80倍、1.90和1.64倍、2.27和2.00倍,Cl-/Na+分别为单独
NaCl处理的0.86和0.80倍;茎秆中的K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+分别为NaCl处理的1.48和1.65倍、
1.81和1.76倍、2.09和1.86倍,Cl-/Na+分别为 NaCl处理的0.81和0.82倍;根系中的 K+/Na+、Ca2+/
Na+、Mg2+/Na+分别为NaCl处理的6.60和2.96倍、3.81和2.90倍、5.75和2.72倍,Cl-/Na+分别为NaCl
处理的0.53和0.84倍。
图3 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗中
无机离子含量的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵犻狀狅狉犵犪狀犻犮
犻狅狀犮狅狀狋犲狀狋狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊 
2.4 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗体内无机离子运输比的影响
由表3可知,NaCl胁迫下,中苜3号和陇中苜蓿幼苗体内K+、Ca2+、Mg2+由根部向茎秆的运输比显著提高,
分别为CK的2.42和1.81倍、1.25和1.32倍、1.33和1.32倍,由茎秆向叶片的运输比显著降低,分别为CK的
0.65和0.70倍、0.70和0.71倍、0.72和0.72倍。2个品种苜蓿幼苗体内Cl-、Na+由根部向茎秆的运输比显
著降低,分别为CK的0.89和0.69倍、0.52和0.55倍;中苜3号幼苗体内Cl-、Na+由茎秆向叶片的运输比显
著降低,分别为CK的0.74和0.69倍;陇中苜蓿幼苗体内Cl-由茎秆向叶片的运输比显著降低,为CK的0.67
倍,而Na+由茎秆向叶片的运输比与CK无显著差异。
NaCl胁迫下施用外源EBR后,中苜3号和陇中苜蓿幼苗体内K+、Ca2+、Mg2+由根部向茎秆的运输比显著
69 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.4
降低,分别为NaCl处理的0.46和0.71倍、0.76和0.72倍、0.74和0.83倍,由茎秆向叶片的运输比显著升高,
分别为NaCl处理的1.25和1.15倍、1.22和1.32倍、1.15和1.16倍。中苜3号幼苗体内Cl-由根部向茎秆的
运输比与NaCl处理无显著差异,陇中苜蓿幼苗体内Cl-由根部向茎秆的运输比显著升高,为NaCl处理的1.25
倍;2个品种苜蓿幼苗体内Cl-由茎秆向叶片的运输比显著升高,分别为NaCl处理的1.21和1.27倍;2个品种
苜蓿幼苗体内Na+由根部向茎秆的运输比显著升高,分别为NaCl处理的1.66和1.45倍;中苜3号幼苗体内
Na+由茎秆向叶片的运输比显著升高,为NaCl处理的1.23倍,而陇中苜蓿幼苗体内Na+由茎秆向叶片的运输
比与NaCl处理无显著差异。
表2 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗中犓+/犖犪+、犆犾-/犖犪+、犆犪2+/犖犪+、犕犵2+/犖犪+的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀犓+/犖犪+,犆犾-/犖犪+,犆犪2+/犖犪+,
犕犵2+/犖犪+犻狀狊犲犲犱犾犻狀犵狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊
品种Variety 器官Organ 处理Treatment K+/Na+(mg/mg) Cl-/Na+(mg/mg) Ca2+/Na+(mg/mg) Mg2+/Na+(mg/mg)
中苜3号
Zhongmu3
叶Leaf CK 0.81±0.03b 0.48±0.03b 0.40±0.02b 0.31±0.03b
NaCl 0.24±0.01d 0.60±0.02a 0.11±0.01d 0.06±0.01d
EBR 0.92±0.04a 0.50±0.02b 0.54±0.04a 0.44±0.05a
NaCl+EBR 0.45±0.01c 0.51±0.02b 0.22±0.02c 0.15±0.01c
茎Stem CK 1.09±0.05a 0.38±0.03c 0.32±0.03b 0.25±0.02a
NaCl 0.34±0.01c 0.53±0.01a 0.08±0.01d 0.05±0.01c
EBR 1.11±0.09a 0.38±0.01c 0.40±0.03a 0.26±0.01a
NaCl+EBR 0.50±0.01b 0.43±0.01b 0.14±0.01c 0.10±0.01b
根Root CK 1.96±0.17b 1.14±0.15c 2.07±0.24a 1.68±0.26a
NaCl 0.13±0.01d 2.75±0.12a 0.20±0.01c 0.13±0.02c
EBR 2.41±0.12a 1.18±0.17c 2.27±0.24a 1.85±0.37a
NaCl+EBR 0.86±0.09c 1.47±0.13b 0.77±0.01b 0.77±0.10b
陇中苜蓿
Longzhong
叶Leaf CK 0.92±0.02a 0.48±0.04b 0.36±0.01b 0.37±0.01b
NaCl 0.18±0.01c 0.61±0.02a 0.09±0.01d 0.06±0.01d
EBR 0.94±0.02a 0.45±0.03b 0.42±0.02a 0.47±0.03a
NaCl+EBR 0.33±0.01b 0.49±0.02b 0.15±0.01c 0.12±0.01c
茎Stem CK 0.79±0.02a 0.46±0.02c 0.19±0.02b 0.21±0.02a
NaCl 0.22±0.01c 0.62±0.02a 0.04±0.01d 0.04±0.01c
EBR 0.79±0.02a 0.47±0.02c 0.24±0.02a 0.22±0.02a
NaCl+EBR 0.37±0.01b 0.51±0.01b 0.07±0.01c 0.08±0.01b
根Root CK 1.31±0.04a 1.32±0.17c 1.04±0.10a 1.13±0.14a
NaCl 0.11±0.01c 2.31±0.13a 0.10±0.01c 0.12±0.01c
EBR 1.28±0.11a 1.24±0.19c 1.00±0.10a 1.13±0.09a
NaCl+EBR 0.34±0.02b 1.95±0.13b 0.28±0.02b 0.33±0.02b
2.5 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗体内阳离子运输选择性比率的影响
由表4可知,NaCl胁迫下,中苜3号和陇中苜蓿幼苗体内K+、Ca2+、Mg2+由根部向茎秆的运输选择性比率
显著提高,分别为CK的4.62和3.26倍、2.38和2.38倍、2.51和1.80倍,K+、Ca2+由茎秆向叶片的运输选择
性比率显著提高,分别为CK的1.35和1.68倍、1.43和1.52倍,而 Mg2+由茎秆向叶片的运输选择性比率显著
降低,分别为CK的0.75和0.71倍。NaCl胁迫下施用外源EBR后,2个品种苜蓿幼苗体内K+、Ca2+、Mg2+由
根部向茎秆的运输选择性比率显著降低,分别为NaCl处理的0.61和0.56倍、0.74和0.61倍、0.63和0.68倍,
79第25卷第4期 草业学报2016年
K+、Ca2+由茎秆向叶片的运输选择性比率显著降低,分别为NaCl处理的0.89和0.80倍、0.87和0.84倍,而
Mg2+由茎秆向叶片的运输选择性比率显著升高,分别为NaCl处理的1.15和1.23倍。
表3 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗体内无机离子运输比的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀狋狉犪狀狊狆狅狉狋犪狋犻狅狀狉犪狋犻狅狅犳犻狀狅狉犵犪狀犻犮犻狅狀狊犻狀狊犲犲犱犾犻狀犵狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊
品种Variety 运输比Transportratio(TR) 处理Treatment K+ Na+ Cl- Ca2+ Mg2+
中苜3号
Zhongmu3
根→茎Root→stem CK 2.79±0.13c 5.02±0.87a 0.90±0.04a 0.79±0.11b 0.74±0.02b
NaCl 6.75±0.61a 2.60±0.10c 0.80±0.03b 0.99±0.10a 0.99±0.08a
EBR 2.74±0.12c 5.33±0.78a 0.93±0.04a 0.73±0.11b 0.75±0.07b
NaCl+EBR 3.10±0.10b 4.32±0.44b 0.85±0.05ab 0.75±0.09b 0.73±0.08b
茎→叶Stem→leaf CK 0.87±0.01a 1.17±0.05a 1.46±0.05a 1.46±0.18a 1.46±0.13b
NaCl 0.57±0.01c 0.81±0.02c 1.07±0.08c 1.02±0.11b 1.06±0.15d
EBR 0.87±0.01a 1.15±0.03a 1.45±0.07a 1.44±0.20a 1.78±0.16a
NaCl+EBR 0.71±0.01b 0.99±0.03b 1.30±0.05b 1.25±0.14ab 1.22±0.17c
陇中苜蓿
Longzhong
根→茎Root→stem CK 2.67±0.15c 4.42±0.23a 0.88±0.04a 0.68±0.09b 0.80±0.14b
NaCl 4.82±0.40a 2.45±0.06c 0.60±0.04c 0.90±0.11a 1.06±0.14a
EBR 2.66±0.05c 4.29±0.16a 0.91±0.06a 0.61±0.08b 0.82±0.15b
NaCl+EBR 3.43±0.13b 3.56±0.21b 0.75±0.05b 0.65±0.14b 0.88±0.10b
茎→叶Stem→leaf CK 0.95±0.02a 0.82±0.02a 1.51±0.05a 1.57±0.17a 1.40±0.07b
NaCl 0.66±0.05c 0.80±0.01a 1.01±0.04c 1.12±0.10b 1.01±0.09d
EBR 0.95±0.03a 0.80±0.03a 1.53±0.06a 1.45±0.12a 1.75±0.12a
NaCl+EBR 0.76±0.03b 0.83±0.02a 1.28±0.06b 1.47±0.09a 1.18±0.12c
表4 外源犈犅犚对犖犪犆犾胁迫下苜蓿幼苗体内阳离子运输选择性比率的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳犲狓狅犵犲狀狅狌狊犈犅犚狅狀犮犪狋犻狅狀狋狉犪狀狊狆狅狉狋狊犲犾犲犮狋犻狏犻狋狔狉犪狋犻狅犻狀狊犲犲犱犾犻狀犵狅犳犕.狊犪狋犻狏犪狌狀犱犲狉狊犪犾狋狊狋狉犲狊狊
品种
Variety
运输选择性比率
Transportselectivityratio(TS)
处理
Treatment
K+/Na+ Ca2+/Na+ Mg2+/Na+
中苜3号
Zhongmu3
根→茎Root→stem CK 0.56±0.07c 0.16±0.03c 0.15±0.02c
NaCl 2.60±0.28a 0.38±0.06a 0.38±0.06a
EBR 0.56±0.06c 0.17±0.02c 0.14±0.04c
NaCl+EBR 1.58±0.15b 0.28±0.04b 0.24±0.03b
茎→叶Stem→leaf CK 0.74±0.04c 1.34±0.11c 1.75±0.13b
NaCl 1.01±0.02a 1.92±0.18a 1.31±0.19d
EBR 0.73±0.03c 1.38±0.10c 2.00±0.11a
NaCl+EBR 0.90±0.02b 1.68±0.15b 1.51±0.15c
陇中苜蓿
Longzhong
根→茎Root→stem CK 0.60±0.11c 0.18±0.04c 0.19±0.01c
NaCl 1.97±0.11a 0.43±0.02a 0.34±0.03a
EBR 0.62±0.14c 0.17±0.02c 0.19±0.03c
NaCl+EBR 1.09±0.09b 0.27±0.04b 0.23±0.02b
茎→叶Stem→leaf CK 0.67±0.05c 1.42±0.18c 1.72±0.12b
NaCl 1.13±0.05a 2.15±0.13a 1.22±0.11d
EBR 0.68±0.05c 1.40±0.11c 2.08±0.18a
NaCl+EBR 0.91±0.03b 1.81±0.11b 1.50±0.16c
89 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.4
3 讨论
3.1 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗生物量及光合特性的影响
盐胁迫直接或间接影响植物的个体形态发育,对植物最普遍和最显著的效应就是抑制生长[23]。光合作用是
植物体合成有机物质和获得能量的根本源泉,是植物生物量积累的基础。在植物光合系统中,Chla主要存在于
PSⅠ、PSⅡ核心复合物及天线色素中,Chlb是PSⅠ、PSⅡ的天线组成成分[24],二者在光能吸收、电子传递过程中
具有重要作用,其含量变化直接影响植物的光合速率和干物质的积累[25],Car在光能吸收、维持类囊体膜稳定性、
能量分配、色素-蛋白复合物的降解以及光保持等方面起到重要作用[26]。此外,环境因子也会影响植物叶片中
光合色素的含量和比例,进而影响植物对光能的吸收转化和利用[27]。本研究中,NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗叶片
的Chla、Chlb和Car含量显著降低,犘n和生物量显著下降,说明NaCl胁迫下苜蓿幼苗叶绿素酶活性提高,加速
了Chl的降解,抑制了Chl的合成,光系统及外周天线受到了损伤,叶绿体类囊体结构被破坏,从而降低了叶绿体
对光能的吸收,导致紫花苜蓿幼苗光合速率和地上、地下生物量下降。Chla/Chlb代表类囊体的垛叠程度,Chla/
Chlb越小,类囊体的垛叠程度越小,光抑制越强[28],而Chl/Car与植物耐受性有关,随着盐度升高,Chl/Car升
高[29],因此本研究中Chla/Chlb值下降、Chl/Car值升高,也是光合作用降低的主要原因之一。
寇江涛和师尚礼[16,30]研究表明,喷施外源EBR可有效缓解NaCl胁迫对紫花苜蓿幼苗及根系生长的抑制作
用,促进生物量的积累,但其机理尚不明确。本研究中,NaCl胁迫下施用外源EBR后,苜蓿幼苗叶片的Chla、
Chlb、Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb值显著升高,Chl/Car值显著降低,究其原因可能是由于EBR能够保
护叶绿体的结构和功能,维持类囊体膜的稳定性,促进了Chl的生物合成并抑制其降解,优化了光合电子传递途
径,进而增强叶绿体对光能的吸收能力和利用效率,提高苜蓿幼苗的耐盐性。以上结论与玉米(犣犲犪犿犪狔狊)[31]、水
稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)[32]、番茄[33]上的研究结果一致。
逆境胁迫下植物光合作用下降的原因包括两类,由气孔的部分关闭导致的气孔限制因素和叶肉细胞光合活
性下降导致的非气孔限制因素[34],根据Farquhar和Sharkey[35]的气孔限制值分析观点认为,犆i的大小是判定气
孔限制和非气孔限制的依据,如果犌s和犆i同时下降,犘n下降主要是由气孔限制因素引起,如果犌s下降而犆i维
持不变甚至上升,犘n 下降则主要由非气孔限制因素所致。本研究表明,NaCl处理下苜蓿幼苗的犘n、犜r、犌s、
犠犝犈 显著降低,犆i显著升高,说明NaCl胁迫下苜蓿幼苗犘n的下降是由于非气孔因素阻碍了CO2 的利用所致,
这与吴雪霞等[36]的研究结果一致。外源EBR处理减轻了NaCl胁迫下苜蓿幼苗犘n、犜r、犌s、犠犝犈 的下降程度,
降低了犆i,这与张永平等[37]、李宁等[38]的研究结果相似。说明外源EBR能够通过维持一定程度的气孔导度,抑
制NaCl胁迫下苜蓿幼苗叶肉细胞光合活性的下降,维持较高的光合速率。
3.2 外源EBR对NaCl胁迫下苜蓿幼苗无机离子吸收、运输和分配的影响
NaCl胁迫下,高浓度盐离子(Na+、Cl-)的毒性效应和渗透效应改变了植物的营养平衡,致使植物营养匮乏、
活性氧的氧化胁迫伤害加剧,从而影响植物正常生长代谢[39]。K+、Ca2+、Mg2+对调控植物的抗盐性具有重要作
用[40]。本研究中,NaCl处理下苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Na+、Cl-含量及Cl-/Na+显著升高,
高浓度的Na+通过与K+、Ca2+、Mg2+等营养元素之间的相互竞争,减少对营养元素的吸收,Na+还会影响生物
膜对离子的选择性吸收,进而影响根系对营养元素的吸收,导致苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中 K+、
Ca2+、Mg2+含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+显著降低,表明NaCl胁迫导致苜蓿植株体内的离子代谢发
生紊乱。K+可促进植株的生长,增加气孔导度[41]。Ca2+有助于细胞生长和质膜稳定,是植物信号传导中第2信
使,可与脱落酸、活性氧物质等一起参与植物抗逆性的信号传递和表达[42]。Mg2+是叶绿素合成的主要成分之
一,能够促进光合作用、调节气孔关闭和呼吸作用,同时也影响 Na+和 K+的吸收、转运和细胞的离子平衡[43]。
本研究中,NaCl胁迫下苜蓿幼苗叶片Na+含量增加,K+、Ca2+、Mg2+含量降低,和Chl、犘n、犌s的降低等结果相
一致,束胜等[44]、吴雪霞等[45]也得到了类似的研究结果。外源EBR处理降低了NaCl胁迫下苜蓿幼苗不同器官
(叶片、茎秆、根系)中的 Na+、Cl- 含量及Cl-/Na+值,提高了 K+、Ca2+、Mg2+ 含量及 K+/Na+、Ca2+/Na+、
Mg2+/Na+值,这与陆晓民和郭世荣[46]的研究结果相似,表明外源EBR能够调控NaCl胁迫下苜蓿幼苗营养元
99第25卷第4期 草业学报2016年
素的吸收、运输及分配,维持各器官离子平衡,有效缓解盐分离子对光合机构的破坏,提高苜蓿幼苗的耐盐性。
研究表明,盐胁迫环境能够影响苜蓿体内Na+、K+、Ca2+、Mg2+的吸收、运输和分配[47]。盐胁迫下,植物细
胞可以通过吸收大量的无机离子来维持渗透势,但高浓度的无机离子特别是Na+会不可避免地对细胞中的代谢
系统造成伤害[48]。本研究中,NaCl胁迫下苜蓿幼苗体内无机离子的运输比及阳离子的运输选择性比率发生紊
乱,导致苜蓿幼苗体内盐分离子(Na+、Cl-)大量积累,从而引起苜蓿幼苗体内产生了离子毒害效应,同时苜蓿幼
苗不同器官和组织对离子选择性吸收和运输的能耗增加,导致离子代谢紊乱[49]。外源EBR能够提高逆境胁迫
下植物根系的活力水平[50],促进逆境胁迫下植物对K+、Ca2+、Mg2+等营养离子的吸收,增强植物对逆境胁迫的
耐受性[46]。NaCl胁迫下施用外源EBR可有效调控苜蓿幼苗体内无机离子的运输比及阳离子的运输选择性比
率,降低苜蓿幼苗对Na+、Cl-的吸收,促进对K+、Ca2+、Mg2+的选择性吸收和运输,使得苜蓿幼苗体内的离子分
配平衡,从而有效缓解了NaCl胁迫苜蓿植株的离子毒害效应,提高苜蓿幼苗对盐胁迫的耐受性。这可能是由于
外源EBR提高了NaCl胁迫下苜蓿幼苗的根系活力,促进根系中生长素的合成,同时外源EBR处理下苜蓿幼苗
光合能力的提高,也有利于无机离子的吸收、运输和分配。
4 结论
综上所述,150mmol/LNaCl胁迫下,苜蓿幼苗叶片的光合色素含量和犘n显著降低,生长受到抑制,无机离
子的吸收、运输和分配等代谢过程失调。NaCl胁迫下,施用0.1μmol/L外源EBR后,苜蓿幼苗叶片的Chla、
Chlb、Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb显著提高,Chl/Car显著降低,犘n、犜r、犌s、犠犝犈 均显著提高,光合能力
增强,地上、地下生物量增加,同时苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Na+、Cl-含量及Cl-/Na+显著下
降,K+、Ca2+、Mg2+含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+显著升高,并可有效调控苜蓿幼苗体内无机离子的
运输比及阳离子的运输选择性比率。表明外源EBR能够有效缓解盐胁迫对苜蓿幼苗造成的光抑制,增强有机物
的合成和积累,促进对无机离子的选择性吸收和运输,维持体内的离子代谢平衡,提高苜蓿幼苗的耐盐性。
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