NaCl胁迫对白籽南瓜RBCs生理特性的影响

孙梦影 乔永旭 张永平 杨丹 李阮玲 张周 张莹莹

摘要 为了探究根系边缘细胞（root border cells，RBCs）在植物抗盐胁迫中的作用和机制，以白籽南瓜种子为试材，研究0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl对植株根长、RBCs数目、RBCs活率和RBCs黏胶层厚度的影响。结果表明，NaCl胁迫降低了植株根系的长度，随着NaCl浓度的增加，根系生长受到的抑制更明显；随着NaCl胁迫时间和浓度的增加，根系RBCs数目和活率也呈现不同程度的降低，其中200 mmol/L NaCl胁迫36 h的抑制效果最明显；但RBCs黏胶层厚度随NaCl胁迫浓度的增加而增加，200 mmol/L NaCl胁迫的RBCs黏胶层厚度最大。总之，NaCl胁迫对白籽南瓜根系的生长有一定的伤害作用，RBCs通过自身死亡和增加黏胶层厚度来减轻这种伤害。

关键词 NaCl胁迫；白籽南瓜；根系边缘细胞；黏胶层

中图分类号 S642.9    文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）03-0018-04

Effects of NaCl on Root Border Cells Genesis of Pumpkin Seedlings

SUN Mengying   QIAO Yongxu*   ZHANG Yongping   YANG Dan   LI Ruanling   ZHANG Zhou   ZHANG Yingying

（College of Construction Engineering， Suqian College/Beijing-Hangzhou Grand Canal Ecological Civilization

Research Center， Suqian Jiangsu 223800）

Abstract The effects of 0、50、100、150、200 and 250 mmol/L NaCl on plant root length， Root Border Cells（RBCs） number， RBCs viability and RBCs mucilage layer thickness taking the pumpkin seeds as material were investigated in order to explore the role and mechanism of RBCs in plant resistance to salt stress. The results showed that NaCl stress reduced the length of the root system， and the root growth was inhibited more obviously with the increasing of NaCl concentration. With the increasing of NaCl stress time and concentration， the number and viability of root RBCs showed a downward trend， especially 200 mmol/L NaCl stress for 36 h had the most obvious inhibitory effect. However， the thickness of the mucilage layer of RBCs increased with the increase of NaCl stress concentration， and the thickness of the mucilage layer of RBCs under 200 mmol/L NaCl stress was the largest . In conclusion， NaCl stress had a certain harmful effect on the root growth of the pumpkin， and RBCs alleviated the damage by dying themselves and increasing the thickness of the mucilage layer.

Keywords nacl stress; pumpkin; root border cells; mucilage

土壤盐渍化是植物遭受的主要逆境之一[1-2]。目前我国盐碱地总面积多达9 913 万hm2，约占全国国土面积的1/10[3]。盐渍化物质的主要成分是NaCl，主要通过水分胁迫、离子拮抗、扰乱光合和影响呼吸等引起植物生长异常，导致作物品质和产量下降，造成严重的经济损失。人们通常采用水利法、化学法和物理法等传统方式改良土壤以降低盐胁迫，但成本高、工程量大且收效并不理想[4]，因此人们开始转向作物自身抵御盐胁迫机制的研究。

根系边缘细胞（RBCs）是根尖表皮的脱落细胞，有一定的活性和生理功能，能够减轻根尖受到重金属离子、病原菌、根結线虫及盐离子等的毒害[5]。研究表明，在白籽南瓜种子萌发过程中，RBCs活率很高且数目也较多，但NaCl胁迫对其RBCs发生影响的研究尚少。生产上白籽南瓜是黄瓜和西瓜等的主要砧木，因而研究白籽南瓜RBCs的生理特性以及对NaCl胁迫的响应，在农业生产中有重要作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

白籽南瓜“金甲砧”种子由青岛育成砧木种业有限公司提供。选取饱满的白籽南瓜种子，1/1 000高锰酸钾溶液浸泡30 min，无菌水冲洗4～5次，于无菌水中浸种4 h，28 ℃催芽，种子露白后待用。

1.2 试验方法

将16#细铁丝制成铁丝网，固定于盛有100 mL 纯净水的1 000 mL烧杯中，将圆形滤纸打2 mm直径的孔30个并固定于铁丝网上。将露白种子播于滤纸的孔中，用塑料薄膜和橡皮筋封口，置于28 ℃培养箱中黑暗培养。培养过程中每隔1 h对初生根分别喷施pH 6.5的0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl水溶液5次。处理到一定的长度和时间时测定根长、RBCs数目、RBCs活率和RBCs黏胶层厚度。其中每个处理有30粒种子，3次重复。

1.3 测定项目

1.3.1 根系长度测定。分别用0、50、100、150、200和250 mmol/L NaCl水溶液喷施根系，0、12、24、36、48 h时用直尺测定根系长度。每个处理测量根系3个，重复3次。

1.3.2 RBCs数目和活率测定。选取均匀一致的根尖，将其浸泡在盛有50 μL无菌蒸馏水的离心管中，置于100 r/min的摇床中振荡1 min，得到RBCs悬浊液。将台盼蓝和RBCs悬浊液按1∶9混合并静置1 min，在光学显微镜下镜检，活细胞呈现无色，死细胞呈现蓝色，用血细胞计数板计数。每个处理测量5个根尖，重复3次。

1.3.3 RBCs黏胶层厚度。纯净水和墨水按1∶1混合，配成墨水溶液。将10 μL RBCs悬浊液和10 μL墨水溶液混合，将混合液滴在载玻片上，盖片，在光学显微镜下观察测量。RBCs的黏胶层测量3个不同位置，取其平均值。每个处理测量5个根尖，重复3次。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2019进行数据统计、分析，并进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 NaCl对白籽南瓜根系长度的影响

如图1所示，随着NaCl胁迫浓度的增加，白籽南瓜幼苗根系生长速度呈逐渐下降趋势；NaCl胁迫的时间越长，根长的差异性就越明显。高浓度的NaCl抑制根系的生长程度较低浓度的更明显。200和250 mmol/L NaCl胁迫36 h后，根系基本停止了生长。

2.2 NaCl对白籽南瓜RBCs数目的影响

如图2所示，白籽南瓜幼苗根长一定时，NaCl胁迫浓度越高，RBCs数目越低；待根长达到25 mm时，所有NaCl胁迫的幼苗RBCs数目均达到最大，之后随着根长进一步增加，RBCs数目呈现下降趋势。根系长度不同，各处理间RBCs数目差异较大，待根系长至5 mm时，各处理之间差异不明显；随着根系继续生长，这种差异越来越明显，待根长至25 mm时，200和250 mmol/L NaCl处理的RBCs数目差异不明显，但明显低于0、50、100、150 mmol/L NaCl处理的植株，因此200 mmol/L NaCl抑制白籽南瓜幼苗RBCs数目的能力最强。

2.3 NaCl对白籽南瓜RBCs活率的影响

由图3可知，随着NaCl胁迫浓度和时间的增加，白籽南瓜幼苗RBCs活率均呈下降趋势。200和250 mmol/L NaCl胁迫24 h后，RBCs活率明显低于0、50、100、150 mmol/L NaCl處理的植株；但在胁迫36 h后，RBCs全部死亡。可见高浓度（200和250 mmol/L）的NaCl溶液在短时间即可灭杀根系表皮的细胞。

2.4 NaCl对白籽南瓜RBCs黏胶层厚度的影响

由图4可知，当NaCl浓度低于200 mmol/L时，随着浓度的增加，RBCs黏胶层厚度也在增厚，而且浓度越大，增加的厚度越多；当NaCl浓度高于200 mmol/L时，RBCs黏胶层厚度则呈下降趋势。当NaCl浓度达到200 mmol/L时，RBCs黏胶层厚度达到8.9 μm，较对照的4.8 μm高出85.42%。表明高浓度的NaCl胁迫能促使白籽南瓜根系RBCs产生较厚的黏胶层。

3 结论与讨论

RBCs是一层根尖表皮的脱落细胞，刚发现时被误认为是死细胞，后来被证实是活细胞并且具有保护根尖少受致病微生物、重金属离子、根结线虫、铝毒和根系自毒物质等[5]的伤害，乔永旭[6]在黄瓜中也发现了RBCs能够抵御Na+的毒害。在土地中耕、农田浇水时，RBCs容易从根尖微环境脱离，导致植物抗病能力减弱。因此采用对根尖微环境破坏小的措施比如少耕、免耕、喷灌、滴灌等，利于保持植株在不良的土壤环境中健康生长的能力，对生产绿色农产品意义较大。

白籽南瓜因根系发达，耐低温和抗病力强，在生产中常作为黄瓜的砧木使用。白籽南瓜RBCs数目比黄瓜多也可能是成为黄瓜砧木的重要原因。目前关于RBCs在白籽南瓜受到铝毒[7]、低温[8]、自毒物质[9]等胁迫时起到的作用已有报道，而有关白籽南瓜受到盐害时RBCs受到的影响及可能起的作用报道尚少。该试验发现NaCl胁迫降低了白籽南瓜根系的长度，NaCl浓度越高胁迫植株的时间越长，根系的生长受到的抑制越明显，根系RBCs数目和活率降低也越明显。这可能是NaCl胁迫导致根尖产生大量的活性氧（ROS），激发了细胞程序性死亡，延缓了根系的生长速率，灭杀了部分RBCs[6]。但NaCl胁迫降低了RBCs数目的机理还不清晰，需要进一步探索。该试验还发现，NaCl胁迫能够增加RBCs黏胶层厚度，NaCl浓度越高，RBCs的黏胶层厚度增加的越明显。原因可能是NaCl浓度越高，对RBCs的刺激越强，RBCs通过分泌更多的可溶性固形物减少Na+对自身的直接伤害，因此RBCs黏胶层就像一层防护衣，保障植物根尖在不良的环境条件中健康生长。研究还发现，200 mmol/L NaCl胁迫36 h，抑制了RBCs产生，增加了RBCs致死率，这可能由于RBCs通过自身死亡来减轻NaCl胁迫对植株的伤害。

因此，采用合理的耕作制度比如免耕、少耕、表层耕作、滴灌、喷灌等，降低人为对根尖微环境的影响，减少根尖周围RBCs的损失，对于保持植物的抗逆能力，减少使用农药等具有积极的意义。

4 参考文献

[1] HUANG Y，CAO H S，YANG L，et al. Tissue-specific respiratory burst oxidase homolog-dependent H2O2 signaling to the plasma membrane H+-ATPase confers potassium uptake and salinity tolerance in Cucurbitaceae[J]. Journal of Experimental Botany，2019，70（20）：5879-5893.

[2] LIANG W J，MA X L，WAN P，et al. Plant salt-tolerance mechanism：a review [J]. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2018，495（1）：286-291.

[3] 朱建峰，崔振榮，吴春红，等.我国盐碱地绿化研究进展与展望[J].世界林业研究，2018，31（4）：70-75.

[4] 杨德光，雷光宇，杨姗，等.作物耐盐碱QTL定位的表型鉴定研究进展[J].分子植物育种，2018，16（5）：1619-1625.

[5] QIAO Y X，ZHANG Y P，ZHANG H X，et al. Responses of root border cells of cucumber （Cucumis sativus L.） and pumpkin （Cucurbita moschata×Cucurbita maxima） seedlings to cinnamic acid stress [J]. International Journal of Agriculture and Biology，2017，19：1640-1644.

[6] 乔永旭.NaCl胁迫对黄瓜根系边缘细胞发生的影响[J].植物生理学报，2011，47（1）：97-101.

[7] 乔永旭.铝对黄瓜和黑籽南瓜RBCs生理特性的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2016，44（2）：151-155.

[8] 乔永旭.黄瓜和黑籽南瓜幼苗RBCs对低温胁迫的应答差异[J].中国农业大学学报，2015，20（4）：107-112.

[9] 乔永旭.黄瓜和黑籽南瓜幼苗根系边缘细胞对肉桂酸胁迫的应答差异[J].园艺学报，2015，42（5）：890-896.

（责编：王慧晴）

基金项目 宿迁市科技计划（创新能力建设）项目（M202001）；宿迁学院大学生创新训练项目（2021XSJ082Y）；宿迁学院产教融合型课程建设项目（2022CJRH23）；宿迁学院课程思政示范课程建设项目（2021kskc30）；宿迁学院人才引进科研启动基金项目（校2022XQT004）。

作者简介 孙梦影（2001—），女。研究方向：植物逆境栽培生理。

乔永旭*通信作者

收稿日期 2022-04-26