氯化钙对盐胁迫下紫羊茅生长抑制的缓解效应初探

柴薇薇，曾 亮，蒲晓霞，冯玉兰

(西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030)

0 引言

土壤盐渍化是一个世界性的问题，盐胁迫破坏植物中的离子平衡，而导致细胞质中Na+大量积累，从而导致渗透胁迫、离子缺乏和离子毒害等.钙作为植物所必需的矿物质营养元素，它对维持细胞壁的稳定性，细胞膜和膜蛋白结合，调节无机离子的运输，调节酶的活性有重要作用[1].此外，钙还是偶联外信号与胞内生理生化反应的第二信息.近年来，学者们已经开始关注外源钙对盐胁迫下植物生理特性的影响[2，3，4，6，7，9].

土壤盐渍化对草坪草的种植有显著的影响[3]，但施加外源钙对盐胁迫下草坪草生长的作用鲜见报道.因此，本研究选取了根茎性中生禾草紫羊茅(FestucarubraL.)为研究材料，对NaCl胁迫下的紫羊茅施加外源Ca2+的作用进行初步研究，为进一步在生产中利用外源物质来提高草坪草的耐盐性提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫羊茅种子，由西北民族大学草业科学试验室提供.

1.2 试验培养

试验于西北民族大学草业科学试验室进行，昼温25～30 ℃、夜温15～20 ℃，补充光照.在室温条件下，将消毒过的紫羊茅种子，在蒸馏水润湿滤纸上避光发芽，约5 d后发芽.之后补充光照，换营养液继续培养，3 d后将幼苗移至装有营养液的0.3 L塑料盒中(盖有黑色塑料薄膜)，每8株幼苗为一簇，室温继续培养，补充光照.

1.3 材料处理

移苗后营养液培养4 d再进行处理，设计4个处理，各6次重复.处理4 d后进行指标测定.处理如下：

1) Hoagland's营养液培养;

2) Hoagland's营养液+ NaCl(150 mM);

3) Hoagland's营养液+ CaCl2(10 mM);

4) Hoagland's营养液+ NaCl(150 mM)+ CaCl2(10 mM).

1.4 指标测定

全株干、鲜重，计算根冠比：根冠比=根部干重/地上部干重. Na+、K+含量：将烘干的根、茎、叶样品分别捣碎后放入试管中，加入100 mM冰乙酸10 mL.密封试管，90 ℃水浴2 h，冷却、过滤.稀释适当倍数后，在火焰光度计上测定Na+、K+浓度.叶绿素含量：丙酮、乙醇(2∶1)混合浸提，分光光度法测定.根系活力：氯化三苯基四氮唑TTC法.

每个指标设6个重复.用Excel 2016和 SPSS 17.0进行数据处理，单因素方差分析(P<0.05)，Duncan检验.

2 结果分析

2.1 Na+、 K+ 离子含量

根据表1、表2可知，与CK相比，盐胁迫下紫羊茅地上部分和根中的Na+含量显著提高，差异显著(P<0.05).说明受到高浓度的盐胁迫，体内积累了大量的Na+.当在150 mM NaCl胁迫下加入10 mM CaCl2后，虽然Na+含量依旧较高，但是 K+含量与盐胁迫下相比显著提高，Na+/K+显著降低.

表1不同处理下的紫羊茅地上部分离子含量

表2 不同处理下的紫羊茅根部离子含量

2.2 相对含水量

由图1可知，与CK相比，150 mM NaCl处理下，紫羊茅的相对含水量明显降低，差异显著(P<0.05).在盐胁迫下再加入10 mM CaCl2后，相对含水量与盐胁迫下的相对含水量相比，显著提高(P<0.05).说明Ca2+对植物盐胁迫下水分状况具有调节作用.

注：水平差异显著用不同字母表示

2.3 叶绿素含量

叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素.叶绿素含量与光照有着非常密切的合作，能够一定程度地反映植物同化物质的能力[6].由图2可以看出，与CK组相比150 mM NaCl处理下的紫羊茅的叶绿素含量降低；在盐胁迫下添加10 mM CaCl2后，紫羊茅叶绿素含量提高 25.5%(P<0.05).

注：水平差异显著用不同字母表示

注：水平差异显著用不同字母表示

2.4 根冠比

根据图3可知，在150 mM NaCl盐胁迫下，紫羊茅的根冠比明显小于CK处理组(P<0.05).盐胁迫下添加10 mM CaCl2后，根冠比与盐胁迫相比提高7.5%(P<0.05).这表明，在盐胁迫下加入10 mM CaCl2有助于恢复根的生长.

2.5 根系活力

植物根系是一个活跃的合成器官和吸收器官.根的活力水平和生长情况直接影响地上部的生长情况、产量水平及营养状况[7].图4是不同处理下紫羊茅的根系活力.从图中可知，150 mM NaCl盐胁迫下，紫羊茅的根系活力与CK组比较明显降低(P<0.05)；当添加10 mM CaCl2，其根系活力较盐胁迫下的明显增高(P<0.05).

注：水平差异显著用不同字母表示

3 讨论

盐胁迫下，根系周围高浓度Na+会抑制K+的吸收.此外，由于Na+进入细胞导致膜的去极化，进而引起K+通过受去极化激活的K+外整流通道(KOR)外流，从而使Na+/K+升高，破坏了细胞内的离子稳态，影响植物的生长[8].植物吸收了大量的Cl-和Na+等离子，随着盐离子浓度的增高，细胞内的原生质也就更容易发生凝聚，叶片膜结构就会遭受一定程度的破坏.而Ca2+在生理上具有防止膜损伤和渗漏、稳定细胞膜结构和维持膜完整性的作用[9].本研究中，在盐胁迫下加入10 mM CaCl2后，细胞内的K+离子明显增加，Na+/K+降低.说明Ca2+修复了细胞膜，从而减少了K+的外渗，对避免离子毒害、维持离子稳态具有积极作用。

通常，盐胁迫下植物的保水性下降.而有研究表明，添加Ca2+可以提高植物的含水量.张士功[10]等用硝酸钙溶液对小麦幼苗进行处理，发现小麦幼苗叶片的含水量明显提高，减轻了高浓度盐胁迫造成的水分亏缺和盐害引起的次生伤害，从而提高紫羊茅的耐盐性.本研究中也发现，在盐胁迫处理下紫羊茅的相对含水量为64.7 %.而加入CaCl2后，相对含水量显著提高为75.7 %，明显改善了其水分状况.

此外，NaCl会增强叶绿素酶的活性，进而增加了叶绿素的分解速率[11].本研究中，在盐胁迫下加入10 mM CaCl2，叶绿素含量显著提高.说明CaCl2可以减少叶绿素的分解.探究其原因，可能是CaCl2提高了抗氧化酶的活性，清除了活性氧，使叶绿素含量下降减缓[12]，进而推测可能提高紫羊茅叶片的光合能力.

盐胁迫下的植物生长受到显著的抑制，其机理可能是植物在有丝分裂过程中受到盐胁迫的影响，导致细胞壁所含的多糖降低，芳香族化合物和细胞壁蛋白含量增多[13].通过对不同处理下紫羊茅的根冠比进行分析，发现加入Ca2+后，与盐胁迫下相比，紫羊茅的根冠比增大.说明外源Ca2+对植物根系具有保护作用，缓解了根系受到的生长抑制.根系活力是指植物根部对营养吸收、合成、氧化和还原能力等，是衡量根系功能的主要指标之一.逆境会导致植物根系活力下降.本研究中，盐胁迫下紫羊茅根系活力显著下降，而加入外源Ca2+后根系活力得到恢复，与对照组基本一致.说明植株根系活力受Ca2+诱导和调控.相似的研究也发现添加一定浓度Ca2+可显著提高盐胁迫下红豆草的根系活力[14].

综上所述，本研究中，Ca2+提高了盐胁迫下紫羊茅体内的K+含量、组织含水量、叶绿素含量、根冠比及根系活力，从而有效缓解盐胁迫对草坪草紫羊茅的生长抑制.本研究结果是在参阅相关资料文献的基础及初步实验的基础上得出的，是否在浓度大于或小于10 mM CaCl2时对盐胁迫下的紫羊茅生长效应会更好，还有待于进一步的研究.