脱落酸对混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗营养器官矿质元素含量的影响

李 波， 邬婷婷， 方志坚， 李 红， 杨 曌， 林 浩

(1. 齐齐哈尔大学生命科学与农林学院，抗性基因工程与寒地生物多样性保护黑龙江省重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院， 黑龙江 齐齐哈尔161005)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是一种多年生豆科牧草，具有产草量高、利用年限长、再生性强、适口性好、营养丰富等特点，世界范围内广泛种植，在干旱和盐碱环境下生长良好，还可以作为绿肥改良土壤，有利于农业生态环境的改善[1]。盐碱土作为一种土壤类型分布广泛，土地盐碱化问题已经成为影响世界农业生产的最主要非生物胁迫之一，严重影响农牧业生产，因此提高牧草的耐盐碱性是改良盐碱地的一项有效措施，是影响区域经济发展和生态恢复的重要因素[2]。当植物受到盐碱等逆境胁迫后，可对盐碱等逆境的适应性增强，体内的矿质元素发生改变，通过改变矿质元素含量达到降低逆境胁迫对植物造成的伤害[3-4]。脱落酸(Abscisic acid，ABA)是一种重要的植物激素，在植物的非生物胁迫应答中起重要作用，ABA可通过影响细胞膜透性或主动吸收过程直接影响矿质元素的吸收，也可通过影响植物生长增强或减弱对矿质元素的吸收[5]。渗透胁迫下，Ca作为第2信使刺激植株产生ABA，ABA大量积累导致植株气孔关闭，蒸腾速率降低，除此之外，ABA能促进胞外Ca2+内流，使胞内Ca2+浓度上升，同时，它与钙调蛋白结合导致蛋白激酶活化，使细胞伸长生长[6-7]。激素与矿质元素的协同作用在调节植物水分平衡和诱导胁迫耐性等方面发挥着重要的调控作用[8]。本文选取具有一定抗盐碱性的紫花苜蓿为材料，采用模拟盐碱胁迫的方法，探讨外施ABA对苜蓿幼苗各营养器官的Na+，K+，Ca2+，Mg2+含量和这些离子在各器官的分布变化趋势，从离子平衡方面探讨ABA对苜蓿耐混合苏打盐碱的差异，以期对苜蓿在混合苏打盐碱胁迫下的抗性机制有更深入的认识。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以黑龙江省畜牧研究所提供的WL343HQ紫花苜蓿种子为材料。WL343HQ紫花苜蓿是从美国引进的，具有高产、高品质和耐盐碱等特点。

1.2 试验方法

1.2.1苜蓿幼苗培养 选取WL343HQ苜蓿种子，采用土培(体积比,针叶土∶营养土∶珍珠岩=1∶2∶0.5，营养土中N+P2O5+K2O≥4%)的方法均匀播种于塑料花盆(上沿直径为27 cm，下底直径为15 cm，高为14 cm)中，每盆播种30粒种子，出苗后进行间苗，保证每盆中留下10株幼苗，待幼苗培养至高度为15～20 cm时进行混合苏打盐碱和ABA处理。

1.2.2幼苗混合苏打盐碱胁迫和ABA处理 用浓度为150 mmol·L-1的混合苏打盐碱溶液[9](NaHCO3∶Na2CO3=9∶1)对苜蓿幼苗进行根部浇灌，每3 d补充浇灌1次，胁迫1周，对照组(T1)浇灌等量蒸馏水。如表1，分别使用0，25，50，75和100 μmol·L-15个浓度[9]的ABA溶液(其中0为喷等量的蒸馏水)对受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗在避光条件下进行喷施，每3 d喷施1次[9]，共缓解2次。第2次缓解结束后3 d采集样品，将植株根、茎、叶分离，置于密封袋中，-80 ℃保存备用，每个处理均3次生物学重复。

表1 混合苏打盐碱和ABA具体处理浓度Table 1 Mixed soda salt-alkaline and ABA treatment concentration

1.2.3矿质元素含量的测定 采用ICE 3500原子吸收光谱仪(深圳市瑞盛科技有限公司，2012)对样品的Na+，K+，Ca2+，Mg2+含量进行测定。

测定标准曲线：配置1 mg·L-1，5 mg·L-1，10 mg·L-1的Na+，K+，Ca2+，Mg2+金属标准液，通过测定其吸光度绘制标准曲线。

样品的预处理：取足量鲜样阴干，阴干至恒重后置于120 ℃的烘箱内烘干至恒重后，研磨成粉。取0.2 g样品，加入1 mL浓HCl和3 mL浓硝酸进行硝化，硝化所得溶液备用。

矿质元素含量的测定和计算：测定消化溶液的吸光值，并代入标准曲线，可求得样品中金属离子的含量。结果计算：W=m/M，式中：W：矿质元素含量；m：从标准曲线中查得的金属离子的含量；M：所测定样品的含有的样品量。

1.2.4数据处理 数据用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行统计分析，采用单因素方差分(One-way ANOVA)和新复极差法(Duncan)比较同一品种的不同处理间的差异显著性，P<0.05时有统计学意义。数值为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 ABA对混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗的矿质元素含量的影响

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Na+含量影响如图1A所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗各器官的Na+含量明显高于T1处理组未受胁迫的幼苗，T2处理组根、茎和叶的Na+含量较T1处理组分别增加了80.92%，1003.83%和325.65%。经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗的各器官中Na+含量均低于T2处理组的苜蓿幼苗，其中根的Na+含量较T2处理组分别降低了34.76%，28.87%，23.01%和14.55%，茎的Na+含量较T2处理组分别降低了12.27%，28.44%，45.66%和63.42%，叶中的Na+含量较T2处理组分别降低了15.37%，20.21%，26.44%和32.23%；根中的Na+含量随ABA浓度增加呈上升趋势，茎和叶的Na+含量随着ABA浓度的升高而下降。对不同浓度ABA处理下的苜蓿幼苗的营养器官的Na+含量进行方差分析得出，各营养器官中的Na+含量差异显著(P<0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗各营养器官的Na+含量有较大的影响，各器官中Na+含量从高到低的顺序为茎>叶>根。

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的K+含量影响如图1B所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗根和叶的K+含量明显低于T1处理组未受胁迫的幼苗，茎中的K+含量则高于T1组，T2处理组根、叶的K+含量较T1处理组分别降低了69.52%和27.89%，而茎中的K+含量则增加了17.12%。经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后的混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗除ABA处理浓度为25 μmol·L-1的叶外的各器官中K+均高于T2处理组的苜蓿幼苗，其中T3～T6处理组根部的K+含量较T2处理组分别增加了33.28%，49.65%，85.03%和105.53%，茎的K+含量较T2处理组分别增加了4.55%，3.23%，2.63%和4.34%，在ABA浓度为25 μmol·L-1时，叶中的K+含量较T2处理组降低了1.84%，在ABA浓度高于50 μmol·L-1时，叶中K+含量较T2处理组分别增加了23.33%，55.44%和93.46%。根和叶的K+含量随ABA浓度增加而增加，茎中的K+含量随着ABA浓度的升高无明显变化。对不同浓度ABA处理下的苜蓿幼苗的营养器官的K+含量进行方差分析得出，根和叶中的K+含量在各组之间差异显著(P<0.05)，而茎中的K+含量在各组之间差异不显著(P>0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗根和叶的K+含量有较大的影响，对茎中的K+含量影响不大，各器官中K+含量从高到低的顺序为茎>叶>根。

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Ca2+含量影响如图1C所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗根的Ca2+含量明显高于T1组未受胁迫的幼苗，茎和叶的Ca2+含量则低于T1处理组。T2处理组根中的Ca2+含量较T1处理组增加了186.69%，茎和叶的Ca2+含量较T1处理组则分别降低了7.85%和3.22%。经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后的受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各器官中Ca2+均高于T2处理组的苜蓿幼苗，其中根部的Ca2+含量较T2处理组分别增加14.25%，31.84%，48.54%和65.93%，茎的Ca2+含量较T2处理组分别增加了57.68%，56.59%，58.79%和55.26%，叶中的Ca2+含量较T2处理组分别增加了58.64%，62.61%，66.09%和70.55%；根和叶的Ca2+含量随ABA浓度增加而增加，茎中的Ca2+含量随着ABA浓度的增加无明显变化。对不同浓度ABA处理下的苜蓿幼苗的营养器官的Ca2+含量进行方差分析得出，根和叶中的Ca2+含量各组之间差异显著(P<0.05)，而茎中的Ca2+含量各组之间差异不显著(P>0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗根和叶的Ca2+含量有较大的影响，对茎中的Ca2+含量影响不大。各器官中Ca2+含量从高到低的顺序为根>叶>茎。

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Mg2+含量影响如图1D所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗根的Mg2+含量明显低于T1处理组未受胁迫的幼苗，茎和叶的Mg2+含量则高于T1处理组。T2处理组根中的Mg2+含量较T1处理组降低了11.83%，而茎和叶的Mg2+含量较T1处理组分别增加了119.62%和123.60%。经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗各器官中Mg2+含量均高于T2处理组的苜蓿幼苗，其中根部的Mg2+含量较T2处理组分别增加了112.88%，159.93%，200.36%和267.80%，茎的Mg2+含量较T2处理组分别增加了63.98%，112.68%，163.11%和208.79%，叶中的Mg2+含量较T2处理组分别增加了25.68%，61.91%，98.43%和152.28%；根、茎和叶的Mg2+含量随ABA浓度增加而增加。对不同浓度ABA处理下的苜蓿幼苗的营养器官的Mg2+含量进行方差分析得出，各器官中的Mg2+含量在各组之间差异显著(P<0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗根和叶的Mg2+含量有较大的影响，各器官中Mg2+含量从高到低的顺序为叶>茎>根。

图1 ABA对混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗矿质元素含量的影响Fig.1 Effects of ABA on mineral elements content in alfalfa seedlings under mixed soda salt-alkaline stress注：相同营养器官不同处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters between different treatments of the same vegetative organs indicate significant differences at the 0.05 level,the same below

2.2 ABA对混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗矿质元素比值的影响

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Na+/K+比值影响如图2A所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗的各营养器官Na+/K+的比值均明显高于T1处理组未受混合苏打盐碱胁迫的幼苗，T2处理组根、茎和叶中的Na+/K+较T1处理组分别增加了491.60%，829.51%和486.15%；经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后的受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各器官中的Na+/K+比值均低于T2处理组的苜蓿幼苗，T3～T6处理组根中的Na+/K+较T2处理组分别降低了50.97%，52.52%，58.32%和58.32%，茎中Na+/K+分别降低了16.05%，30.69%，47.09%和65.08%，叶中Na+/K+分别降低了13.65%，35.17%，52.49%和64.83%；各器官中的Na+/K+比值均随着ABA浓度的升高而下降。方差分析显示，除根中ABA浓度为75和100 μmol·L-1两组差异不显著外(P>0.05)，其它各组之间差异均显著(P<0.05)，表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗各器官的Na+/K+的比值有较大的影响。

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Na+/Ca2+比值影响如图2B所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗的根的Na+/Ca2+的比值明显低于T1处理组未受混合苏打盐碱胁迫的幼苗，茎和叶的Na+/Ca2+的比值则高于T1处理组；根中的Na+/Ca2+的比值较T1处理组降低了36.68%，茎和叶中Na+/Ca2+的比值较T1处理组分别增加了1090.11%和532.10%；经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后的受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各器官中的Na+/Ca2+比值均低于T2处理组的苜蓿幼苗，T3～T6处理组根中的Na+/Ca2+的比值较T2处理组分别降低了42.76%，46.21%，48.28%和48.28%，茎中Na+/Ca2+的比值较T2处理组分别降低了44.32%，54.29%，65.74%和76.45%，叶中Na+/Ca2+的比值较T2处理组分别降低了46.68%，50.98%，55.86%和60.35%；各器官中的Na+/Ca2+比值均随着ABA浓度的升高而下降。方差分析显示，除根中ABA浓度为75和100 μmol·L-1两组差异不显著外(P>0.05)，其它各组之间差异均显著(P<0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗各器官的Na+/Ca2+的比值有较大的影响。

ABA对受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗的Na+/Mg2+比值影响如图2C所示。T2混合苏打盐碱胁迫处理组苜蓿幼苗的各器官的Na+/Mg2+的比值均明显高于T1处理组未受混合苏打盐碱胁迫的幼苗，T2处理组根、茎和叶中的Na+/Mg2+的比值较T1处理组分别增加了105.18%，402.48%和90.34%；经不同浓度的ABA处理(T3～T6)后的受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各器官中的Na+/Mg2+的比值均低于T2处理组苜蓿幼苗，T3～T6处理组根中的Na+/Mg2+的比值较T2处理组分别降低了69.34%，72.64%，74.37%和76.75%，茎中Na+/Mg2+的比值较T2处理组分别降低了46.48%，66.36%，79.34%和88.15%，叶中Na+/Mg2+的比值较T2处理组分别降低了32.64%，50.73%，62.93%和73.13%；各器官中的Na+/Mg2+比值均随着ABA浓度的升高而下降。方差分析显示，苜蓿幼苗的各器官中的Na+/Mg2+的比值差异均显著(P<0.05)，这表明不同ABA处理浓度对苜蓿幼苗各器官的Na+/Mg2+的比值有较大的影响。

图2 ABA对混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗矿质元素比值的影响Fig.2 Effects of ABA on mineral elements ratio of alfalfa seedlings under mixed soda salt-alkaline stress

3 讨论

3.1 混合苏打盐碱胁迫对苜蓿幼苗矿质元素含量的影响

在盐碱胁迫下，植物根系土壤存在严重的离子失衡，这使得植物体内的离子平衡状态发生明显的变化，Na+，K+，Ca2+，Mg2+的含量均会受其影响。受到混合苏打盐碱胁迫的植物体内会积累大量的Na+，同时K+缺乏[10]，非盐生植物的耐盐性和阻止盐离子吸收的基本策略是地上部分拒盐，将盐离子隔离积累在根、茎部位，阻止Na+在地上部分的过度积累。在本试验中，除根中的K+、茎中Ca2+、叶中的K+，Ca2+外，受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各营养器官中的Na+，K+，Ca2+，Mg2+含量均明显高于未受胁迫的苜蓿幼苗。这与王志春等[11]、黄立华等[12]、王小山等[13]、张丽等[14]的研究结果相似，这表明混合苏打盐碱胁迫促进了苜蓿幼苗的Na+吸收，并且使幼苗的根茎叶中大量积累Na+，与之相对应的是K+在根和叶中的积累显著减少，这说明混合苏打盐碱胁迫抑制苜蓿幼苗对K+的吸收，而在茎中的K+含量上升、叶片中K+含量下降则说明为应对混合苏打盐碱胁迫，植物从根部向上运输K+，但混合苏打盐碱胁迫会促进Na+的吸收同时抑制叶片对K+的吸收。Ca2+是植物细胞中重要的信号物质[15]，且对细胞膜有维护作用[16]，本试验中Ca2+受到混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗根部的Ca2+含量上升，而茎、叶中的Ca2+含量下降，这表明混合苏打盐碱胁迫可造成苜蓿根部对Ca2+积累增加，而使茎、叶中的Ca2+流失，这可能是因为在为保护直接暴露在盐碱胁迫环境的根部，植物在根部积累了大量的Ca2+，而在茎、叶中细胞内Ca2+被Na+置换出去从而导致了茎叶中的Ca2+流失。Mg2+是叶绿素分子的重要组成部分，与盐碱胁迫下光合作用的相关变化有一定的关联[17]，本试验中，Mg2+在根中的含量下降，在茎叶中的含量增加。

植物体内金属离子含量的变化，会引起各种离子的比例发生变化。在本试验中，由于受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗各营养器官中Na+含量大幅增加，所以与未受胁迫的苜蓿幼苗相比，Na+/K+，Na+/Ca2+，Na+/Mg2+的比值均大幅提升，这表明混合苏打盐碱胁迫提高了Na+在植物苜蓿幼苗体内的相对含量，加强了Na+对植物造成的毒害作用。

3.2 ABA对受混合苏打盐碱胁迫苜蓿幼苗矿质元素含量的影响

ABA对植物耐盐性的提升方式之一就是影响植物的离子吸收，有关研究表明，ABA可以通过提高Na+-K+ATPase的活性和促进线粒体吸氧速率，增强Na+和K+选择性运输，促进叶绿素合成[18]，开启Ca2+通道，增加Ca2+浓度，促进其和钙调蛋白的结合[19]。在本试验中，与未经ABA处理的苜蓿幼苗相比，经ABA处理的WL343HQ苜蓿幼苗根部的Na+含量随ABA处理浓度的增加而增加，而茎、叶中的Na+浓度随ABA处理浓度的增加而降低，但各器官的Na+含量均远低于未经ABA处理的苜蓿幼苗。K+含量在根和叶中的变化均随ABA处理浓度的增加而增加，除在ABA浓度为25 μmol·L-1叶的K+含量以外，其它处理组别均高于同部位未经ABA处理的苜蓿幼苗的K+含量，茎的K+含量均显著高于对照组，但其含量并不受ABA浓度的影响。这与郭小俊等[20]、周继华等[21]的研究得出的结论相似；这些结果表明，ABA可以降低植物体内的Na+积累，增加K+来调控植物的离子平衡。根中的Na+含量显著高于茎和叶，这表明ABA会抑制Na+向地上部分运输，将Na+所造成的离子毒害范围缩小在根部。高浓度的Na+将具有保护质膜作用的Ca2+取代，质膜选择透性降低，Na+大量内流，造成离子毒害，而胞质中Ca2+对Na+的解毒是必须的，因此，根部Ca2+大量积累，明显高于茎和叶，通过质膜外排作用降低Na+毒害作用，该研究结果与刘正祥等[22]的结果一致。Na+与Ca2+和Mg2+主要表现为拮抗作用，根部Na+含量较高，相对的Mg2+含量较低，植株进行光合作用时，由于Mg2+的供应主要集中在茎叶部，导致根部Mg2+供应缺乏[23]，同样与未经ABA处理苜蓿幼苗相比，经ABA处理的幼苗的Ca2+和Mg2+在根、茎、叶的含量均高于对照组，且随着ABA处理浓度的增加而增加。这与杨跃霞等[24]的研究结果部分相符。本试验结果表明，ABA会促进根部对Ca2+和Mg2+的吸收，并增加Ca2+和Mg2+在植物茎和叶中的积累。

由于外源ABA抑制了Na+在受混合苏打盐碱胁迫的苜蓿幼苗体内的积累，同时提升了K+，Ca2+和Mg2+在苜蓿幼苗体内的积累。因此，在经各浓度ABA处理苜蓿幼苗的各营养器官中，Na+/K+、Na+/Ca2+和Na+/Mg2+的比值均大幅下降，并且随着ABA浓度的升高而降低，这表明ABA可降低Na+在苜蓿幼苗体内相对含量，这种作用会随着ABA浓度的升高而加强，因此，ABA可有效缓解Na+对苜蓿幼苗的胁迫作用。

4 结论

WL343HQ苜蓿幼苗在150 mmol·L-1混合苏打盐碱胁迫下，各营养器官Na+含量、茎的K+含量、根的Ca2+含量、茎和叶的Mg2+含量均增加，叶的K+含量、茎和叶的Ca2+含量以及根的Mg2+含量均降低；随着ABA处理浓度的增加，根和叶中K+、Ca2+与各营养器官Mg2+含量增加，降低茎和叶的Na+含量以及Na+/K+，Na+/Ca2+和Na+/Mg2+比值，而茎中的K+，Ca2+含量与未经ABA缓解处理组显著增加，但受ABA浓度影响不明显。综上可知，混合苏打盐碱胁迫影响苜蓿幼苗对Na+，K+，Ca2+，Mg2+在根、茎、叶营养器官的分布，而ABA增加或降低了各营养器官的离子含量，即ABA缓解了紫花苜蓿对混合苏打盐碱胁迫的耐受性。