不同盐碱区菊芋植株K+和Na+的分布特征

张国新， 王秀萍， 刘雅辉， 薛志忠

(河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063200)



不同盐碱区菊芋植株K+和Na+的分布特征

张国新， 王秀萍， 刘雅辉， 薛志忠

(河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063200)

[目的]研究不同盐碱区域对菊芋离子分布的影响。[方法]以红块茎菊芋品种JY1及白块茎菊芋品种NY1、BY1为试验材料，研究了非盐、轻盐、重盐3种不同盐碱区条件下块茎、茎干和叶片的离子分布特征。[结果]随着土壤盐分的增加，菊芋茎干和叶片的K+含量均增加，其中茎干中K+含量显著增加，重盐下达到16.1 mg/g，达叶片的7.0倍以上；块茎K+含量的变动幅度不大。随土壤盐分的增加，茎干、叶片、块茎的Na+含量逐渐升高，其中茎干的增加幅度最大，重盐条件下Na+含量较非盐条件下增加11.0倍以上；叶片Na+含量的变化幅度不显著；重盐条件下，各部位Na+含量从高到低依次为：茎干、块茎、叶片。植株各部位的K+/Na+从高到低依次为叶片、块茎、茎干。[结论]该研究可为耐盐品种的筛选及不同盐碱地条件下的菊芋栽培提供理论基础。

盐碱区;菊芋;离子分布

菊芋(HelianthustuberosusL.) 又名洋姜、鬼子姜，隶属菊科向日葵属多年生草本植物[1]，原产于北美，生长于我国大部分省区。菊芋属于多功能型植物，块茎果聚糖含量占鲜重的15%左右，其主要成分为菊粉，是生产糖和生物乙醇的优质原料[2-4]；茎杆和块茎又是牛羊猪等优质饲料[5-6]；此外，叶片也是生产抗氧化剂和提取物的较好原料。菊芋是优质的经济生态型植物，由于其耐盐性较强，在盐碱滩涂区具有较好的应用前景，目前菊芋的耐盐性研究主要集中在盐分对形态指标、光合参数、渗透物质等方面[7-9]。K+和Na+作为植物耐盐调节关键离子，其分布与运输在很大程度上能反映植物的耐盐特性[10]，目前已对多种植物、作物的盐胁迫下K+和Na+进行了研究[11-18]，但不同盐碱区域下菊芋K+和Na+变化的报道较少。笔者对3个类型盐碱区域菊芋的K+和Na+的分布特征进行了研究，探讨不同生境条件下菊芋的耐盐特性，旨在为耐盐品种筛选及不同盐碱立地条件的菊芋栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 唐山沿海区包括乐亭、滦南、曹妃甸、丰南、汉沽、芦台6县(区)，海岸线长度196.5 km2，滩涂及盐碱地1 100 km2，土壤类型为潮土及滨海盐土，质地多为黏质土壤，中部以砂壤为主，土壤含盐量0.7‰～25.0‰，pH在8.0左右。受海水侵蚀等因素的影响，盐碱地主要分布在距海岸线20 km内，盐渍化土壤成沿海带状纵深分布[19]。

1.2 试验方法 菊芋品种为JY1(红块茎)、NY1(白块茎)、BY1(白块茎)，2015年4月播种，播种地块为曹妃甸区六农场、十一农场、八里滩。土壤状况见表1。在10月下旬菊芋生长末期，每个样区取样5株，取植株中间位置叶片、茎杆，随机选取地下中等大小块茎切片，采集样品通过105 ℃烘箱杀青10 min，80 ℃烘干至恒重。称取0.2 g干物质，在马弗炉550 ℃灰化4 h，使用HNO3溶解，用蒸馏水定容至50 mL。使用FP-640型火焰光度计测定K+和Na+含量，利用Excel软件进行数据统计与分析。

表1 种植区土壤状况

2 结果与分析

2.1 不同盐碱区菊芋植株内K+的分布特征 从图1可以看出，随着土壤盐分的增加，菊芋茎干和叶片的K+含量显著增加，尤其茎干中的K+含量增加幅度最大，其中在非盐条件下茎干保持了较低的K+含量，在轻盐胁迫下迅速升高，达到3.2～15.3 mg/g；在重盐土壤条件下，JY1、NY1、BY1品种的茎干K+含量分别达16.1、15.9、16.3 mg/g，较非盐条件下分别提高8.5、27.3、50.9倍；3个品种块茎K+含量随盐分的增加呈先升高后降低的趋势，其含量范围为8.2～11.7 mg/g，总体变动幅度不大。从不同部位分布来看，非盐条件下块茎保持了较高的K+含量，在重盐条件下茎干K+含量最高，较块茎和叶片K+含量分别提高1.6和7.0倍以上。

图1 不同盐碱区菊芋植株内K+的分布Fig.1 The distribution of K+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

2.2 不同盐碱区菊芋植株内Na+的分布特征 从图2可以看出，随着土壤盐分的增加，茎干、叶片、块茎的Na+含量逐渐升高，其中在重盐条件下3个品种茎干的Na+含量达到84.7～110.4 mg/g，较非盐下增加11.0倍以上；除JY1品种轻盐条件下Na+含量略高于重盐外，随盐分增加而逐渐增大，3个品种在重盐条件下块茎Na+含量达到13.3～19.5 mg/g，较非盐提高3.0～6.0倍，在3种盐碱条件下，茎干Na+含量较叶片分别提高29.1、183.7和57.9倍。

图2 不同盐碱区菊芋植株内Na+的分布Fig.2 The distribution of Na+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

2.3 不同盐碱区菊芋植株内K+/Na+的分布特征 植物体内维持高的K+/Na+是植物耐盐过程的决定因素。从图3可以看出，3个品种茎干的K+/Na+变化不同，白块茎品种NY1、BY1随盐分增加逐渐升高，红块茎品种JY1随盐分的增加而逐渐减少，在重盐下3个品种的K+/Na+比值趋于稳定，达0.15～0.19。从叶片K+/Na+来看，白块茎品种NY1和BY1随盐分增加而逐渐降低，但红块茎品种JY1在轻盐条件下最高，达到5.64，而重盐条件下略低；3个品种块茎K+/Na+的变化趋势一致，不同含盐量条件下从高到低依次为非盐、轻盐、重盐。从植株部位K+/Na+来看，叶片中K+/Na+最高，达到2.34，而茎干仅为0.15。

图3 不同盐碱区域菊芋植株内K+/Na+的变化Fig.3 The changes of K+/Na+ in H. tuberosus plants in different saline and alkaline areas

3 结论与讨论

随土壤盐分的增加，菊芋茎干、叶片的K+含量显著增加，块茎K+含量呈先增加后降低的趋势，但变幅不大；在重盐条件下，茎干K+含量较块茎、叶片分别提高1.6和7.0倍以上。

随着土壤盐分的增加，茎干、叶片、块茎的Na+含量逐渐升高，其中茎干的增幅最大，重盐条件下Na+含量较非盐条件增加11倍以上；叶片Na+含量的变化幅度不显著；重盐条件下Na+含量从高到低依次为茎干、块茎、叶片。

从K+/Na+分布特征来看，不同类型品种茎、叶变化不一。其中，2个白块茎品种的变化趋势一致，茎干内K+/Na+随盐分的增加而逐渐升高，叶片随盐分增加而逐渐降低；红块茎品种茎干K+/Na+随盐分的增加而逐渐升高，叶片在轻盐达到最高值；植株各部位的K+/Na+从高到低依次为叶片、块茎、茎干。

在盐分胁迫下，过多的Na+对植株具有毒害作用；K+作为活化作用的阳离子，在维持植物细胞渗透压、酶活性等方面具有重要作用。该研究中菊芋K+和Na+的分布结果，与隆小华等[20]的研究结果一致，菊芋根、茎、叶的Na+均增加，叶片的Na+含量显著低于根和茎，说明盐分胁迫下菊芋为了抵制盐害，将大量盐分储存在茎干中，从而保持叶片内Na+含量处于较低水平，使叶片减小盐害，尽量保证较正常的光合作用。维持较高的K+/Na+是植物耐盐的关键因素[10]，在盐分胁迫下菊芋叶片的K+/Na+最高，说明叶片被吸收Na+的同时，也在主动吸收大量的K+离子，提高K+/Na+，以减少盐分毒害。红块茎与白块茎2个类型品种的地上部K+/Na+变化不同，可能与品种的耐盐特性有关。参考文献

[1] CHEN K, HU G Q, KEUTGEN N, et al. Effects of NaCl salinity and CO2enrichment on pepino (SolanummuricatumAit. )：II. Leaf photosynthetic properties and gas exchange[J]. Scientia horticulturae, 1999, 81(1):43-56.

[2] DENOROY P.The crop physiology ofHelianthustuberosusL.:A model oriented view[J].Biomass and Bioenergy，1996，11(1):11-23.

[3] 孙雪梅，王丽慧，钟启文.贮藏期菊芋块茎碳水化合物含量变化动态研究[J].北方园艺，2011(11):131-134．

[4] 袁文杰，任剑刚，赵心清．一步法发酵菊芋生产乙醇[J]．生物工程学报， 2008，24(11):1931-1936．

[5] 赵晓川，王卓龙，孙金艳.菊芋在畜牧生产中的应用[J].黑龙江农业科学，2006(6)：39-40.

[6] 王亚锴，刘红，刘军，等. 菊芋及其提取物在畜牧业生产中的应用研究进展[J]．河南农业科学，2013，42(9):11-13.

[7] 隆小华, 刘兆普, 郑青松,等. 不同浓度海水对菊芋幼苗生长及生理生化特性的影响[J]．生态学报，2005，25(8):1881-1889.

[8] 陆艳, 叶慧君, 耿守保,等. NaCl胁迫对菊芋幼苗生长和叶片光合作用参数以及体内离子分布的影响[J]．植物资源与环境学报，2010,19(2):86-91.

[9] 张国新，郝桂琴，刘雅辉，等.盐分胁迫对菊芋幼苗生长指标的影响[J].河北农业科学，2014，18(3):13-16，100.

[10] 赵春梅，崔继哲，金荣荣. 盐胁迫下植物体内保持高K+/Na+比率的机制[J].东北农业大学学报，2012，43(7):155-160.

[11] 闫道良，郭予琦.NaCl处理对海滨锦葵N、P和Na+、K+含量及其化学计量特征的影响[J].核农学报，2015,29(6):1211-1217.

[12] 侯军铭，梁海永，王颖，等.不同盐碱区白榆、白蜡、紫穗槐、柽柳体内离子分布特征[J].中国农学通报,2009,25(9):277-281.

[13] 闫道良, 王猛, 燕志, 等.水淹及盐胁迫对海滨锦葵生长及Na+、K+离子积累的影响[J].生态科学，2014，33(2):226-231.

[14] 罗以筛，隆小华，黄增荣，等.苏北沿海滩涂盐肥对油葵生长及离子分布效应研究[J].土壤,2009,42(1):95-100.

[15] 侯建华，于海峰，安玉麟，等.盐分胁迫对向日葵K+、Na+吸收与分配的影响[J].华北农学报，2013，28(2):139-143.

[16] 萨如拉，刘景辉，刘伟，等.盐碱胁迫对燕麦幼苗Na+、K+含量及产量的影响[J].西北农业学报，2014，23(3)：50-54.

[17] 苏国兴. 盐胁迫下桑树器官和组织K+、Na+分布特点研究[J].蚕业科学，2002，28(3)：256-260.

[18] 陈惠哲，LADATKO N ，朱德峰，等.盐胁迫下水稻苗期Na+和K+吸收与分配规律的初步研究[J].植物生态学报，2007，31(5)：937-945.

[19] 张国新，王秀萍，鲁雪林，等.冀东滨海区土壤盐碱状况分析[J].中国农学通报，2012,28(26):243-246.

[20] 隆小华，刘兆普，王琳，等.半干旱地区海涂海水灌溉对不同品系菊芋产量构成及离子分布的影响[J].土壤学报，2007，44(2)：300-306.

Distribution Characteristics of K+and Na+inHelianthustuberosusL.in Different Saline and Alkaline Area

ZHANG Guo-xin, WANG Xiu-ping, LIU Ya-hui et al

(Institute of Coastal Agriculture，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063200)

[Objective] To study the effects of different saline and alkaline areas on the ion distribution inHelianthustuberosusL..[Method] With red tuber variety JY1 ofH.tuberosusand white tuber varieties NY1, BY1 ofH.tuberosusas test materials, ion distribution characteristics in the tuber, stem and leaves ofH.tuberosusin three kinds of saline and alkaline areas of non-saline, low-saline and heavy-saline were studied. [Result] With the increase of soil salinity, K+content in the stem and leaves ofH.tuberosusincreased. K+content in the stem of H. tuberosus significantly increased, and it reached 16.1 mg/g in heavy-saline area, which was 7.0 times higher than that in the leaves. K+content in the tuber ofH.tuberosushad little change. With the increase of soil salinity， Na+content in the stem, leaves and tuber ofH.tuberosusgradually increased. Na+content in the stem had the maximum increasing amplitude, and that under heavy salt conditions was 11.0 times higher than that under non salt conditions. Na+content in the leaves ofH.tuberosushad no significant change. Under heavy salt conditions, the order of Na+content in different parts was stem> tuber> leaves. The order of K+/Na+in different parts was leaves > tuber> stem. [Conclusion] The research can provide theoretical basis for the screening of salt-tolerant varieties and the cultivation ofH.tuberosusin different saline and alkaline areas.

Saline and alkaline area;HelianthustuberosusL.; Ion distribution

河北省财政专项(A06090101，F15R16004)；河北省科技项目(152776122D)。

张国新(1971- )，男，河北青龙人，研究员, 从事耐盐作物育种及盐碱地改良利用研究。

2016-09-26

S 632.9

A

0517-6611(2016)33-0015-02