不同鹽處理對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響：
利用溶液培養(yǎng)方法研究了Ca(NO3)2、KNO3、NaNO3和NaCl 4種鹽在陰離子濃度為14、56、98、140、182 mmol/L 5個(gè)水平下對(duì)黃瓜幼苗生理特性的影響.結(jié)果表明:隨著陰離子濃度的升高,4種鹽處理均使黃瓜幼苗的生長(zhǎng)受到抑制,質(zhì)膜透性增大,脯氨酸含量增加,不同鹽對(duì)保護(hù)酶系活性的影響有差異; 3種含硝酸鹽類的陽離子的影響大小依次為:鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽;在相同水平的Na+離子條件下,NaNO3處理對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響大于NaCl處理.
在設(shè)施蔬菜栽培過程中,由于特殊的栽培、灌溉、施肥以及環(huán)境條件,形成了一種人為條件的特殊土壤,使土壤表層鹽分聚集,引起土壤次生鹽漬化,影響蔬菜的正常生長(zhǎng).目前土壤次生鹽漬化已成為國(guó)內(nèi)外設(shè)施栽培中普遍存在的問題.有研究表明,設(shè)施栽培條件下產(chǎn)生的次生鹽漬化土壤的鹽分組成特點(diǎn)和濱海鹽土、內(nèi)陸鹽土不同,陰離子以NO-3為主,約占陰離子總量的67%~76%,陽離子則以Ca2+為主.而一般研究鹽害的作用機(jī)理多利用高濃度NaCl對(duì)作物脅迫,主要是由于NaCl影響植物對(duì)必需營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、分配,引起植株水分虧缺及破壞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能等[4-6].而設(shè)施蔬菜栽培過程中使用的氮肥多為Ca(NO3)2或KNO3.為此,本研究主要探討在NO-3積累的同時(shí),其陽離子的作用及其與NaCl脅迫在生理特性等方面的差異.
1 材料與方法
1·1 材料培養(yǎng)
試驗(yàn)于2005年3~12月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃溫室進(jìn)行.供試黃瓜品種為“新泰密刺”.按常規(guī)方法浸種催芽,挑選發(fā)芽整齊的種子播于裝有洗凈沙子的營(yíng)養(yǎng)缽中(8cm×8cm),子葉展平后用營(yíng)養(yǎng)液澆灌,待幼苗長(zhǎng)至四葉一心時(shí),選取生長(zhǎng)一致的健壯幼苗轉(zhuǎn)移至盛有10L營(yíng)養(yǎng)液的聚氯乙烯水培盆(50cm×40cm)中,每盆定植兩行,共10株.處理前營(yíng)養(yǎng)液中大量元素參照山崎配方略加修改,微量元素參照Arnon配方,營(yíng)養(yǎng)液中NO-3的濃度為14 mmol/L,pH值用H2SO4調(diào)節(jié),保持在5·5~6·5之間.
1·2 試驗(yàn)處理
試驗(yàn)營(yíng)養(yǎng)液陰離子濃度設(shè)5個(gè)水平,分別為14、56、98、140和182 mmol/L,即在常規(guī)營(yíng)養(yǎng)液NO-3濃度14 mmol/L[Ca(NO3)2∶KNO3=1∶2](對(duì)照)的基
礎(chǔ)上,分別用Ca(NO3)2、KNO3、NaNO3和NaCl四種鹽配制的處理營(yíng)養(yǎng)液,使其陰離子濃度調(diào)至56、98、140和182 mmol/L,對(duì)照為常規(guī)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng),共17個(gè)處理,重復(fù)3次.移栽緩苗3 d后開始處理,為防止高濃度鹽刺激,陰離子濃度每天遞增最終濃度的1/4,當(dāng)達(dá)到處理濃度時(shí),重新更換一次處理營(yíng)養(yǎng)液,處理
1周后采樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo).
1·3 測(cè)定項(xiàng)目和方法
電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀(ORION conductivity TDS me-ter,日本)測(cè)定;酶活性用pH 7·8的磷酸緩沖液(0·05 mol/L)提取酶液,SOD活性用NBT還原法測(cè)定,POD活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定,CAT活性的測(cè)定參照Chance的方法, MDA含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定,脯氨酸用磺基水楊酸法測(cè)定,其均用UV-160A分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定.
2 結(jié)果與分析
2·1 對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響
2·1·1 對(duì)黃瓜幼苗干重的影響
黃瓜幼苗地上部干重隨著陰離子濃度的增加均有降低的趨勢(shì),其中NaNO3處理下降明顯,KNO3處理次之,NaCl處理的黃瓜幼苗地上部干重在Cl-濃度增加初期下降的幅度與Ca(NO3)2處理的相同,但在高濃度處理時(shí),下降明顯,并且比KNO3處理的下降幅度還大.在3種NO-3-N肥中,隨著NO-3濃度的增加,對(duì)黃瓜幼苗地上部干重的影響則是鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽,其中NaNO3處理下降的幅度高達(dá)40·70%.
黃瓜根系干重隨著陰離子濃度的增加,根系干重先增大,而后再下降.在KNO3處理區(qū),NO-3濃度增至56 mmol/L時(shí),根系干重最大,隨后開始下降,NaNO3和Ca(NO3)2處理區(qū)則在陰離子濃度增至98mmol/L時(shí)根系干重達(dá)最大,隨后則下降;而NaCl處理區(qū)雖根系干重隨陰離子濃度升高而增加,直至98mmol/L又開始下降,但仍稍高于對(duì)照1·06%.根干重下降明顯的是NaNO3處理區(qū);其次是KNO3和Ca(NO3)2處理區(qū),下降幅度分別為36·25%,14·48%和9·82%.在3種NO-3-N肥中,高濃度對(duì)根干重的影響同樣是鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽.NaCl處理有助于黃瓜幼苗干重的增加.
2·1·2 對(duì)黃瓜幼苗株高和莖粗的影響
黃瓜幼苗的株高和莖粗隨陰離子濃度的增加,各處理均呈下降趨勢(shì),對(duì)株高的影響是NaNO3和KNO3處理明顯大于NaCl和Ca(NO3)2處理.而對(duì)莖粗的影響則是KNO3處理和NaCl處理比較接近.在相同的NO-3陰離子條件下,黃瓜幼苗的株高在NaNO3處理區(qū)下降最快,其次是KNO3處理區(qū).Ca(NO3)2處理區(qū)下降較慢.而在相同的Na+離子條件下,NaNO3處理分別使株高和莖粗降低,為對(duì)照的56·92%和17·72%;NaCl處理也分別降低,但只為對(duì)照的45·98%和11·66%,可見,NaNO3處理對(duì)株高和莖粗的影響遠(yuǎn)大于NaCl處理.
2·2 對(duì)黃瓜幼苗葉片保護(hù)酶系活性的影響
黃瓜幼苗葉片中SOD活性均隨陰離子濃度的升高而升高.其中NaNO3處理區(qū)SOD活性最高,KNO3次之,Ca(NO3)2處理的SOD活性升幅最小,分別高出對(duì)照的3·75、3·61、2·44、和1·51倍.說明在陰離子均為NO-3時(shí),對(duì)SOD活性的影響為鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽.在低濃度范圍內(nèi),POD活性均隨處理濃度的升高而增大,且NaNO3處理區(qū)升幅最大,為12·6%; KNO3次之,Ca(NO3)2處理升幅僅為4·5%;當(dāng)NO-3濃度達(dá)到140 mmol/L時(shí),隨著脅迫強(qiáng)度增加,NaNO3和KNO3處理的黃瓜幼苗的POD活性下降,但Ca(NO3)2處理的POD活性繼續(xù)升高.說明Ca2+可能對(duì)鹽脅迫有一定的緩解作用.Ca(NO3)2和NaCl處理使幼苗葉片CAT活性升高,而KNO3和NaNO3處理使CAT活性先升高,在處理濃度超過98 mmol/L活性降低.而同為鈉鹽,對(duì)SOD活性的影響則是NaNO3>NaCl.
總之,從各處理保護(hù)酶活性的變化可以看出,在相同的陰離子處理水平上 ,NaNO3處理對(duì)保護(hù)酶系活性影響最大,對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的脅迫也最大,KNO3處理次之,Ca(NO3)2處理較小.而同為鈉鹽對(duì)保護(hù)酶系活性的影響為NaNO3 >NaCl.
2·3 對(duì)黃瓜幼苗葉片質(zhì)膜過氧化水平和細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響
黃瓜幼苗葉片中丙二醛(MDA)含量均隨陰離子濃度的升高而增加,在陰離子濃度達(dá)到182 mmol/L時(shí),Ca(NO3)2、KNO3、NaNO3和NaCl等4種鹽處理的黃瓜幼苗葉片MDA含量依次增加為對(duì)照的24·4%、38·7%、46·9%和25·7%,說明不同鹽處理均加劇了膜質(zhì)過氧化水平.黃瓜質(zhì)膜透性也隨著處理濃度的
升高而增大,增幅分別為26·84%、98·91%,115·01%和94·02%.NaNO3處理對(duì)黃瓜質(zhì)膜透性的影響最大,KNO3次之,Ca(NO3)2處理影響最小,說明在3
種NO-3-N肥中,對(duì)質(zhì)膜的破壞作用鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽.
2·4 對(duì)黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響
植株受鹽脅迫時(shí),細(xì)胞質(zhì)會(huì)積累一些可溶性物質(zhì)降低滲透勢(shì),提高植物的耐鹽性.脯氨酸是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化物質(zhì).黃瓜幼苗脯氨酸含量隨著陰離子濃度的升高,黃瓜幼苗葉片和根系中積累的脯氨酸含量均不同程度提高.其中NaNO3處理提高的幅度大且明顯,分別提高16倍和69%, NaCl處理的次之,Ca(NO3)2處理的升高幅度最小,分別為99·77%和5·04%.在3種NO-3-N肥中,隨NO-3濃度的增加,陽離子對(duì)黃瓜幼苗脯氨酸積累的影響為鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽.根系中脯氨酸提高的幅度低于葉片,說明鹽脅迫對(duì)葉片的影響程度大于根系.
3 討論
各種離子脅迫對(duì)不同植物的毒害程度有所差異,不同種類離子對(duì)同一植物的毒害程度隨離子濃度的改變而變化.鹽脅迫不僅使植物整體生長(zhǎng)變慢甚至死亡,還影響到質(zhì)膜的組分、透性、運(yùn)輸、離子外滲等變化,導(dǎo)致細(xì)胞膜的正常功能受損,使細(xì)胞代謝和生理功能受到不同程度的破壞.
本試驗(yàn)研究表明,不同鹽處理均對(duì)黃瓜幼苗植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制.從3種NO-3-N鹽比較看,在陰離子濃度等量的情況下,隨著NO-3濃度的增加,對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響大小依次是鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽.這可能是作物的生長(zhǎng)對(duì)K+和Ca2+需求較多,只有在較高濃度時(shí)才產(chǎn)生毒害;本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中為了確保陰離子等量,Ca(NO3)2處理中Ca2+的濃度較其他處理的陽離子少50%;在陰離子等量的條件下3種硝態(tài)氮肥對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的脅迫方式和機(jī)制有所不同.
鹽對(duì)植物的毒害首先表現(xiàn)為對(duì)細(xì)胞膜的破壞作用,引起質(zhì)膜過氧化,膜透性增加.MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率大小可反映質(zhì)膜受傷害的程度.本試驗(yàn)結(jié)果表明,4種鹽在陰離子濃度大于56 mmol/L的處理均導(dǎo)致過氧化產(chǎn)物MDA含量增加,質(zhì)膜透性增大.在陰離子NO-3濃度相同的條件下,NaNO3處理對(duì)質(zhì)膜的破壞程度最大,KNO3次之,Ca(NO3)2處理破壞程度最小,說明質(zhì)膜結(jié)構(gòu)破壞的另一個(gè)主要原因可能是由于Na+的過度積累影響了K+和Ca2+的吸收,從而影響質(zhì)膜結(jié)構(gòu).
在植物遭遇逆境脅迫時(shí),植物自身保護(hù)酶活性增加,以此來清除體內(nèi)產(chǎn)生的大量自由基,維護(hù)膜系統(tǒng)的完整性,以減輕對(duì)植物的傷害.不同離子脅迫時(shí),對(duì)膜起保護(hù)作用的酶類活性變化也不完全相同.本研究表明,一定濃度范圍內(nèi),不同鹽分脅迫均可誘導(dǎo)黃瓜幼苗葉片保護(hù)酶系活性,其中3種硝酸鹽對(duì)SOD活性影響程度依次為鈉鹽>鉀鹽>鈣鹽,兩種鈉鹽的影響程度依次為NaNO3>NaCl.
而在低濃度范圍內(nèi),對(duì)POD活性的影響與SOD活性變化相似,而當(dāng)NO-3濃度繼續(xù)升高時(shí),對(duì)POD活性的影響則為NaCl鉀鹽>鈣鹽.可以認(rèn)為,鈉鹽對(duì)植物的保護(hù)膜系具有一定的破壞作用;鉀鹽能促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成;鈣鹽能減緩滲透脅迫下的質(zhì)膜過氧化程度,對(duì)生物膜具有一定的保護(hù)作用,但鉀鹽和鈣鹽濃度過高也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生離子毒害.NO-3是營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)生長(zhǎng)有促進(jìn)作用.
於丙軍等人報(bào)道,氯是高等植物的必需元素,兩種陰離子對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育必不可少,但過多仍會(huì)造成毒害.從本試驗(yàn)結(jié)果看,同為鈉鹽,對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響是NaNO3>NaCl,原因可能是:
1)NaNO3處理,濃度過高的陰離子NO-3與陽離子Na+共同脅迫作用,而NaCl處理,其陰離子是由營(yíng)養(yǎng)液中所必需的NO-3離子和大部分Cl-離子組成,在陰離子濃度脅迫方面會(huì)有一定的緩解作用;
2)施用硝態(tài)氮肥使植物體內(nèi)陽離子含量明顯升高,筆者在最近的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),NaNO3處理中濃度過高的NO-3的大大促進(jìn)陽離子Na+的吸收,從而使NaNO3處理的Na+毒害加重;
3)4種鹽對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的脅迫方式和脅迫機(jī)制不同,此問題有待進(jìn)一步研究