张华文^1,3, 王润丰^1,3, 徐梦平^1,3, 刘宾^1,3, 陈二影^1,3, 黄瑞冬², 周宇飞², 王海莲^,1,31 山东省农业科学院作物研究所,济南250100
2 沈阳农业大学农学院,沈阳110866
3 山东省特色作物工程实验室,济南250100

Effects of Heterogeneous Salinity Across Rhizosphere on the Growth of Sorghum Seedlings

ZHANG HuaWen^1,3, WANG RunFeng^1,3, XU MengPing^1,3, LIU Bin^1,3, CHEN ErYing^1,3, HUANG RuiDong², ZHOU YuFei², WANG HaiLian^,1,3 1 Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100
2 Agronomy College, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866
3 Featured Crops Engineering Laboratory of Shandong Province, Jinan 250100

通讯作者: 王海莲,E-mail： wanghailian11@163.com

张华文和王润丰为同等贡献作者
责任编辑: 李莉
收稿日期:2019-06-5接受日期:2019-08-6网络出版日期:2019-11-16

基金资助:

现代农业产业技术体系建设专项.CARS-06-13.5-B23 山东省农业科学院农业科技创新工程.CXGC2018D02 山东省重点研发计划.2019GNC106059

Received:2019-06-5Accepted:2019-08-6Online:2019-11-16
作者简介 About authors
张华文,E-mailzhwws518@163.com

王润丰,E-mail：linus.rw@outlook.com









摘要
【目的】盐碱地盐分含量在土壤表层的分布通常是不均匀的,研究不均匀盐胁迫条件下高粱幼苗生长发育和生理生化指标的变化,可为盐碱地高粱栽培和盐碱地高效开发利用提供理论依据。【方法】 利用分根法将高粱根系均匀分成2部分,并分别置于不同浓度（mmol·L ^-1）NaCl中,设置对照为无盐胁迫（记作0/0,下同）、不均匀盐处理（0/200、50/150）和均匀盐处理（100/100）,在人工气候室培养14 d后取样,测量生物量、叶面积、SPAD值、根系形态、渗透调节物质、抗氧化酶活性和光合参数等性状,研究分根盐胁迫条件下高粱生长发育的变化规律。 【结果】 不均匀盐胁迫和均匀盐胁迫均严重影响了高粱幼苗的生长发育,显著降低了高粱幼苗鲜重、干重和叶面积,对叶片的光合能力、抗氧化酶活性和渗透调节物质均有一定程度的影响。然而,不均匀盐处理50/150和0/200的单株干重比均匀盐处理提高了21.19%和62.71%,单株鲜重提高了35.39%和86.44%,叶面积提高了13.22%和88.66%;50/150处理低盐一侧根系鲜重和干重分别是高盐一侧的1.90倍和2.10倍,0/200处理无盐一侧根系鲜重和干重分别是盐胁迫一侧的3.02倍和3.75倍。同样,不均匀盐处理对局部根系形态影响显著,低盐或无盐一侧根系生长明显增加,50/150和0/200处理低盐一侧的根系长度、根系体积、根尖数和分支数显著高于高盐或有盐胁迫一侧根系,进而不均匀盐胁迫条件下整个根系的根系长度、根系体积、根尖数和分支数都高于均匀盐胁迫处理,其中0/200处理的各项指标与均匀盐处理差异均达到显著性水平（P<0.05）。叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性在不均匀盐胁迫条件下显著升高（P<0.05）;不均匀盐处理的叶片渗透调节性物质脯氨酸（PRO）和可溶性糖（SS）含量显著高于均匀盐处理,丙二醛（MDA）含量显著下降（P<0.05）。不均匀盐处理条件下植株光合能力相对于均匀盐处理也得到显著改善,主要体现在显著升高的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）;相较于均匀盐处理,在不均匀盐处理条件下50/150、0/200的荧光参数实际光化学效率（ΦPSⅡ）、最大光化学效率（Fv/Fm）和电子传递效率（ETR）分别提高了5.64%和19.00%、9.25%和18.89%、1.93%和6.89%,其中0/200处理的ΦPSⅡ和Fv/Fm与100/100处理的差异达到显著性水平（P<0.05）。【结论】 不均匀盐处理和均匀盐处理对高粱幼苗生长均产生抑制,但在不均匀盐胁迫条件下,由于低盐或无盐一侧根系补偿性增长,整个根系形态得到改善,叶片抗氧化酶活性、渗透调节能力和光合能力均有一定程度提高,因而缓解盐胁迫对高粱幼苗的危害。
关键词： 高粱;分根;不均匀盐处理;光合参数;荧光参数

Abstract
【Objective】Salt content is usually unevenly distributed in saline-alkali lands. Studies on growth and development, and the changes of physiological and biochemical indexes of sorghum seedlings under non-uniform salt stress could provide a theoretical basis for the cultivation of sorghum in saline-alkali land and the efficient exploitation and utilization of saline-alkali lands.【Method】Roots of sorghum were divided into two equal portions by a root-split method and put in uniform and non-uniform NaCl concentration solution, respectively. There were four treatments. No sodium chloride (denoted as 0/0) was the control, 0 and 200 mmol·L ^-1(denoted as 0/200), 50 mmol·L ^-1 and 150 mmol·L ^-1(denoted as 50/150) were non-uniform salinity treatments, and 100 mmol·L ^-1/100 mmol·L ^-1 (denoted as 100/100) were uniform salinity treatment. Healthy sorghum seedlings after growing for 14 days in a growth chamber were sampled for the determination of biomass, leaf area, SPAD, root morphology, osmotic regulators content, anti-oxidative enzyme activity, and photosynthetic parameters. 【Result】 Growth of sorghum both in uniform and non-uniform salt stress conditions was severely inhibited, and significant decrease of fresh weight, biomass, leaf area, root morphology, photosynthetic capacity, anti-oxidative enzyme activity and osmotic substance content accumulation was found. Dry weight per plant was increased by 21.19% and 62.71%, fresh weights of seedlings was increased by 35.39% and 86.44%, and leaf area was increased by 13.22% and 88.66%, respectively under 50/150 and 0/200 compared with those under 100/100. Under 50/150 treatment, fresh and dry weights of roots in the 50 mmol·L ^-1 side were 1.90 and 2.10 times of the 150 mmol·L ^-1 side. Under 0/200 treatment, fresh and dry weights of roots in 0 mmol·L ^-1 side were increased by 3.02 and 3.75 times compared with the 200 mmol·L ^-1 side. Likewise, local root morphology was affected significantly in non-uniform salt treatment. Root length, root volume, root tip number, and root branch number of sorghum seedlings in 50 mmol·L ^-1 side or 0 mmol·L ^-1 were significantly increased compared with 150 mmol·L ^-1 (50/150) or 200 mmol·L ^-1 (0/200) salt stress side, respectively. Root length, root volume, root tip number, and root branch number of the whole root were significantly increased under 0/200 (P<0.05) compared with the 100/100 treatment. Activities of SOD, CAT, and POD in leaves were significantly higher under non-uniform salt stress (P<0.05). Contents of proline and soluble sugars were significantly increased in leaves with a dramatic reduce in MDA content (P<0.05) under the non-uniform salinity treatments. Compared with seedlings under the 100/100 condition. Photosynthesis of sorghum was significantly enhanced under 0/200 and 50/150 salt stresses, which chiefly was reflected by notably increased photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, and decreased intercellular CO₂ concentration (P<0.05). With respect to indexes of fluorescence of photosynthesis, such as ΦPSⅡ, Fv/Fm, and ETR, their values under 50/150 and 0/200 were increased by 5.64% and 19.00%, 9.25% and 18.89%, and 1.93% and 6.89%, respectively. ΦPSⅡ and Fv/Fm under 0/200 were significantly different from those under 100/100 (P<0.05).【Conclusion】Both non-uniform and uniform salt stress treatments caused growth inhibition to sorghum seedlings. However, due to the root compensatory growth of low salt or salt-free side under the non-uniform salt stress condition, whole root morphology, leaf antioxidant enzymes activity, osmotic regulation ability, and photosynthetic capacity were improved in a certain degree. Thus, non-uniform salinity could relieve damages to sorghum seedling initiated by salt stress.
Keywords：sorghum bicolor;split root;non-uniform salinity;photosynthesis;fluorescence


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本文引用格式
张华文, 王润丰, 徐梦平, 刘宾, 陈二影, 黄瑞冬, 周宇飞, 王海莲. 根际盐分差异性分布对高粱幼苗生长发育的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(22): 4110-4118 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.015
ZHANG HuaWen, WANG RunFeng, XU MengPing, LIU Bin, CHEN ErYing, HUANG RuiDong, ZHOU YuFei, WANG HaiLian. Effects of Heterogeneous Salinity Across Rhizosphere on the Growth of Sorghum Seedlings[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(22): 4110-4118 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.015

0 引言

【研究意义】高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是世界上最重要的谷类粮食作物之一,也是中国的重要粮食作物、饲用作物和能源作物,具有耐盐碱、耐旱、耐涝、耐贫瘠等多重抗性。目前,高粱主要分布于盐碱、干旱等边际性土地,在盐碱地区种植高粱,有利于盐碱土壤的利用和改良,对扩大耕地面积、增加农民收入、保障粮食安全具有重要意义。由于盐渍土的形成受多种自然因素和人为因素的影响,盐碱地盐分在土壤表层的分布通常是不均匀的^[1],这种土壤表层的不均匀分布造成同一单株的根系分布在不同盐分浓度的土壤环境中,不仅影响地上部的生长发育,而且显著地影响根系的生长发育和生理特性,进而影响作物的产量和品质^[2,3]。因此,研究根际盐分差异性分布对高粱生长的影响,探索高粱耐盐机理,对改善局部盐胁迫程度的高粱种植模式具有重要意义。【前人研究进展】盐胁迫对植物影响的报道主要在盐分均匀条件下进行的^[4,5],研究发现盐胁迫对植物的影响主要包括渗透胁迫、离子毒害、活性氧增加和Na⁺/K⁺失调,进而导致新陈代谢失调、生长缓慢、甚至死亡^[6,7,8]。也有部分作物（如番茄、黄瓜、苜蓿、葡萄、棉花等）通过分根盐处理研究盐分差异性分布对植物生长发育的影响^{[9,10,11,12,13,14,15,16]},发现不均匀盐胁迫下,植物的生物量高于均匀盐胁迫下植物的生物量,植物主要是通过低盐一侧大量吸收水分来缓解盐胁迫造成的生理干旱^[16,17,18];也有研究表明,根系在非胁迫区域大量的增殖,特别是细根在无盐胁迫区的增加,可以促进水分吸收,缓解盐胁迫^[19]。盐胁迫通常会破坏植物代谢过程,降低植物光合效率^[20],但不均匀盐胁迫提高了植物的气孔导度和蒸腾速率^[18,21-22]。不均匀盐胁迫比均匀盐胁迫可明显减少Na⁺在棉花、葡萄体内的积累,增加对K⁺的吸收,有效缓解盐害^[2,16,23-24]。【本研究切入点】近年来,通过不均匀盐胁迫研究植物耐盐性已经成为一种重要手段^[1,25],虽然国内外对高粱耐盐性开展了大量研究,但无论是从耐盐种质的筛选和鉴定,还是遗传改良及耐盐栽培生理等研究,都是在盐分均匀条件下进行的^[26],盐分差异性分布对高粱耐盐性影响的研究还鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究通过分根试验将根系处于不同盐浓度条件下研究盐分差异分布对高粱幼苗生长发育的影响,并通过分析光合参数、荧光参数、渗透调节物质和抗氧化酶活性等生理指标研究盐分差异分布能够缓解高粱苗期盐胁迫的生理机制,从而为盐碱地高粱栽培和高效开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

试验材料为山东省农业科学院作物研究所自主选育的高粱杂交种济粱1号。高粱根系由初生根、次生根和支持根组成,初生根由胚根发育形成,只有1条。如果由于种子受到机械损伤,在盾片着生部位能长出少数短而细的根,称为初生不定根,初生根和初生不定根统称为种子根,高粱幼苗四叶后才开始长次生根。高粱要进行苗期分根试验,就必须切掉初生根,使其尽早长出不定根,以便进行分根试验。

挑取整齐一致的高粱种子,用70%的酒精浸泡2 min,蒸馏水冲洗3遍,转到铺有2层滤纸、直径为100 mm的玻璃培养皿中,加入6 mL蒸馏水,封口后放入光照培养箱。待种子根长度为0.8—1.2 cm时,用医用手术刀从初生根基部切去初生根,然后将切根的种子进行沙培,沙子灭菌处理后装在育苗盘中,浇灌1/2Hoagland营养液,把种子摆好（根向下）,上层覆盖1 cm厚的湿润沙子,期间浇灌1次Hoagland营养液,并给予适当干旱锻炼,以促进根系的发育。培养箱条件：光照14 h,27℃,光照强度10 000 lx;黑暗10 h,22℃,光照强度0。三叶期,将高粱苗小心挖出,冲掉沙子,在水中将根系对等分为2份,分根移栽到中间有隔断的塑料盒中,每盒5株,水培培养条件为温度26℃—29℃,湿度65%—75%,缓苗6—8 d,检查根系的发育情况,将两侧根系发育均匀、幼苗大小一致的3株留作试验材料,其余淘汰掉。

1.2 试验设计

试验共设计4个处理,每个处理重复12次。配置50、100、150和200 mmol·L^-1 NaCl溶液。一部分高粱幼苗的两部分根用同一浓度的NaCl溶液处理,形成在两侧的均匀盐处理（100/100）;另一部分幼苗一侧根用低浓度NaCl溶液,另一侧用高浓度NaCl溶液,形成在两侧根部的不均匀盐处理（50/150、0/200）。无论均匀盐处理还是不均匀盐处理,根区的平均NaCl浓度都为100 mmol·L^-1,盐胁迫14 d后,对相关性状进行测定,取样用于生理生化指标分析。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标的测定 将高粱幼苗从分根塑料盒中完整取出,分别对根系和地上部分采样,清理干净,测定鲜重。然后把样品放在105℃烘箱杀青30 min,再于80℃烘干至恒重,称其干重。用直尺测定叶长和叶宽,并乘以校正系数0.72计算叶面积^[27]。

1.3.2 叶片SPAD值的测定 用便携式叶绿素仪（SPAD-502Plus）测量新展开3个叶片的SPAD（soil and plant analyzer development）值。

1.3.3 叶片抗氧化酶活性和渗透调节物质的测定 采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性,采用愈创木酚法测定过氧化物酶（peroxidase,POD）活性^[28]。采用紫外吸收法检测过氧化氢酶（catalase,CAT）活性,采用蒽酮比色法测定可溶性糖（soluble sugar,SS）含量^[29]。采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量,采用酸性茚三酮法测定脯氨酸（proline,PRO）含量^[30]。所有试剂盒均购自苏州科铭生物技术公司。

1.3.4 根系形态的测定 将高粱幼苗从分根塑料盒中取出,清理干净,用WinRHIZO植物根系分析测定仪扫描根系,并用其根系分析软件对根系长度、体积、根尖记数和分支计数等进行分析。

1.3.5 光合参数的测定 每个处理选6株长势一致的植株,置于太阳光下激活2 h,用Li-6400便携式光合仪（Li-CORInc, USA）于晴天上午9：00—11：00对各植株最新展开叶片的光合速率、气孔导度、细胞间隙CO₂浓度和蒸腾速率进行测定,测定光源为红蓝

人工光源,光照强度1 000 μmol·(m^-2s^-1)。

1.3.6 荧光参数的测定 用英国Hansatech公司产FMS-2型荧光仪,于晴天上午9：00—11：00,每个处理选6株长势一致的植株,置于太阳光下2 h,测定最新展开叶片最大光化学效率（optimal/maximal PSⅡefficiency,Fv/Fm）、实际光化学效率（actual photochemical efficiency of PSⅡ,ФPSⅡ）和电子传递效率（electron transportation rate,ETR）。

1.4 数据分析和数据可视化

采用Microsoft Excel（ver.2010）对采集的原始数据初步整理和作图,运用Minitab（ver. 18.0）中的混合线性模型（mixed linear model）进行方差分析（analysis of variance）。

2 结果

2.1 分根盐处理对高粱幼苗农艺性状的影响

从表1可以看出,盐胁迫均显著降低了高粱幼苗鲜重和干重,与对照相比,100/100、50/150和0/200处理单株鲜重分别降低了55.78%、40.13%和17.55%,单株干重分别比对照降低了44.86%、33.18%和10.28%。但是,与100/100处理相比,不均匀盐处理50/150和0/200的地上部分鲜重分别提高了23.58%和102.20%,根系鲜重分别提高了49.82%和63.10%,单株鲜重分别提高了35.39%和86.44%;不均匀盐处理50/150和0/200比均匀盐处理100/100地上部分干重增加了21.74%和67.39%,根系干重增加了14.81%和40.74%,单株干重分别提高了21.19%和62.71%。对不同盐处理单侧根系鲜重和干重进行分析发现,不均匀盐处理低盐或无盐一侧根系鲜重和干重显著高于高盐一侧,50/150处理低盐一侧根系鲜重是高盐一侧根系的1.90倍,根系干重是高盐一侧的2.10倍;0/200处理无盐一侧根系鲜重是盐胁迫一侧根系的3.02倍,根系干重是盐胁迫一侧根系的3.75倍。50/150处理低盐一侧根系鲜重和干重显著高于均匀盐处理,虽然高于无盐对照,但差异不显著,0/200处理无盐一侧根系鲜重和干重显著高于无盐对照和均匀盐处理。

Table 1
表1
表1分根盐处理对高粱幼苗农艺性状的影响
Table 1Effects of split-root salt stress treatments on agronomic traits of sorghum seedlings

处理Treatment	地上部 Shoot			根部 Root					整株 Whole plant
	鲜重 Fresh weight (g/plant)	干重 Dry weight (g/plant)	叶面积 Leaf area (cm2)	单侧鲜重 Fresh weight of each side (g/plant)	总鲜重 Total fresh Weight (g/plant)	单侧干重 Dry weight of each side(g/plant)	总干重 Total dry weight (g/plant)	鲜重 Fresh weight (g/plant)		干重 Dry weight (g/plant)
0/0	14.93±0.57a	1.74±0.08a	171.21±6.26a	2.79±0.04b	5.57±0.08a	0.20±0.01b	0.40±0.01a	20.51±0.50a		2.14±0.09a
100/100	6.36±0.20d	0.92±0.03b	67.28±2.59c	1.35±0.06c	2.71±0.13d	0.13±0.01c	0.27±0.01b	9.07±0.32d		1.18±0.02d
50/150-50	7.86±0.03c	1.12±0.09b	76.17±0.59c	2.86±0.02b	4.06±0.11c	0.21±0.01b	0.31±0.02b	12.28±0.06c		1.43±0.09c
50/150-150				1.20±0.03d		0.10±0.01d
0/200-0	12.86±0.23b	1.54±0.02a	126.93±4.55b	3.32±0.07a	4.42±0.08b	0.30±0.01a	0.38±0.02a	16.91±0.34b		1.92±0.03b
0/200-200				1.10±0.02d		0.08±0.00d

Values in the table are means ± standard deviation (SD). The different letters of the same column indicate the significance of the difference (P< 0.05). Values on both sides of the slash mark, “/”, indicate NaCl concentrations for the corresponding root sides. 50/150-50, 50/150-150, 0/200-0, and 0/200-200 indicate the partial-root of different NaCl concentrations under the non-uniform salinity treatments. The same as below
表中数值为平均值±标准差。同一列不同字母表示差异显著（P<0.05）。“/”两侧的数值分别代表高粱两侧根部NaCl处理浓度（mmol·L^-1）。50/150-50、50/150-150、0/200-0和0/200-200表示不均匀盐处理局部根系所处的NaCl处理浓度（mmol·L^-1）。下同

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分根盐处理对高粱幼苗叶面积有显著影响,与对照相比,100/100、50/150和0/200盐处理叶面积分别降低了60.70%、55.51%和25.86%,并且达到了显著性水平;不均匀盐处理50/150和0/200比均匀盐处理100/100的叶面积分别提高了13.22%和88.66%,其中,0/200和100/100处理叶面积差异达到了显著性水平（表1）。

2.2 分根盐处理对根系形态的影响

不同盐处理对幼苗根系形态有显著影响,不均匀盐处理0/200根系长度最高,显著高于100/100和50/150处理,均匀处理100/100的根系长度显著低于对照。盐处理的根系体积与无盐对照相比都有一定程度的下降,不均匀盐处理的0/200根系体积显著高于均匀盐处理,50/150处理高于均匀处理,但差异不显著。盐处理对根尖数和根分支数的影响相似,盐处理显著降低了根尖数和根分支数,不均匀盐处理50/150和0/200比均匀盐处理根尖数分别增加了5.41%和23.60%,根分支数分别增加了19.40%和76.13%,0/200和100/100处理之间差异达到显著性水平。不均匀盐处理对局部根系形态影响显著,低盐一侧根系生长明显增加,50/150处理低盐一侧的根系长度、根系体积、根尖数和分支数比高盐一侧分别增加了66.62%、51.39%、47.00%和75.65%,比均匀盐处理100/100分别增加了27.48%、43.42%、25.47%和52.17%,差异均达到显著性水平;0/200处理,无盐一侧的根系长度、根系体积、根尖数和分支数比盐胁迫一侧分别增加了164.07%、219.40%、128.21%和296.26%,比均匀盐处理100/100分别增加了72.99%、181.58%、81.45%和181.28%,差异均达到显著性水平,比无盐对照分别增加了49.01%、38.96%、37.95%和3.86%,前三项性状差异显著（表2）。

Table 2
表2
表2分根盐处理对高粱根系形态的影响
Table 2Effects of split-root salt stress treatments on root growth of sorghum

处理 Treatment	根系长度 Root length (mm)		根系体积 Root volume(mm3)		根尖数 Tips of root		分支数 Forks of root
	单侧根系 Root of each side	整根 Whole root	单侧根系 Root of each side	整根 Whole root	单侧根系 Root of each side	整根 Whole root	单侧根系 Root of each side	整根 Whole root
0/0	201.86±4.06bc	403.71±8.11a	1.54±0.06b	3.07±0.12a	6387±122b	12773±244a	34137±1617a	68274±3235a
100/100	173.83±1.75c	347.67±3.50b	0.76±0.05d	1.39±0.19b	4856±70c	9713±140c	12604±1036c	25208±2071c
50/150-50	221.60±15.70b	354.65±3.62b	1.09±0.05c	1.81±0.02b	6093±179b	10238±170c	19179±416b	30098±1052c
50/150-150	133.00±16.80d		0.72±0.03d		4145±197cd		10919±134cd
0/200-0	300.76±5.57a	414.63±2.80a	2.14±0.09a	2.81±0.19a	8811±547a	12005±232b	35453±1860a	44400±1952b
0/200-200	113.87±2.79d		0.67±0.04d		3861±150d		8947±476d

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2.3 分根盐处理对叶片光合作用的影响

对新展开3个叶片的SPAD值进行分析表明,分根盐处理对幼苗叶片的叶绿素含量有显著的影响,与无盐对照相比,分根盐处理3个叶片的SPAD值都有一定程度的降低,3个叶片无盐对照与盐处理的100/100、50/150差异都达到了显著性水平,与0/200处理差异不显著。不均匀盐处理与均匀盐处理的SPAD值相比较,均有一定程度的提高,0/200处理3个叶片SPAD值显著高于100/100处理,50/150处理的第1和第2叶片的SPAD值显著高于100/100处理,第3叶片差异没有达到显著性水平,0/200处理的第1和第3叶片的SPAD值显著高于50/150,第2叶片差异不显著（图1）。

图1

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图1分根盐处理对高粱叶片SPAD值的影响

不同字母表示处理间在0.05水平差异显著
Fig. 1Effects of split-root salt stress treatments on leaf SPAD values of sorghum

Different letters represent significant difference between different treatments at 0.05 level


研究分根盐处理对幼苗叶片的光合参数的影响,发现光合速率（net photosynthetic rate,Pn）、气孔导度（stomatal conductance,Gs）和蒸腾速率（transpiration rate,Tr）都受到显著的不利影响,对照和盐处理之间的Pn、Gs和Tr差异达到显著水平,不均匀盐处理50/150的Pn、Gs、Tr与均匀盐处理相比分别提高了155.95%、56.25%和57.14%,0/200处理分别提高了245.24%、87.50%和85.71%;均匀盐处理细胞间CO₂浓度（intercellular CO₂ concentration,Ci）显著高于对照和不均匀盐处理,对照和不均匀盐处理之间差异不显著。

分根盐处理对ΦPSⅡ、Fv/Fm和ETR都有显著影响,盐处理的三项指标都显著低于对照,不均匀盐处理的三项指标都高于均匀盐处理,不均匀盐处理50/150、0/200的ΦPSⅡ比均匀盐处理的100/100提高了分别为5.64%和19.00%,Fv/Fm分别提高了1.93%和6.89%、ETR分别提高了9.25%和18.89%,其中0/200处理的ΦPSⅡ和Fv/Fm与100/100处理的差异达到显著性水平（表3）。

Table 3
表3
表3分根盐处理对高粱光合参数和荧光参数的影响
Table 3Effects of split-root salt stress treatments on photosynthetic and chlorophyll fluorescence parameters of sorghum

处理 Treatment	净光合速率 Pn (μmol CO2·m-2·s-1)	气孔导度 Gs (mol·m-2·s-1)	细胞间隙CO2浓度 Ci (μmol·mol-1)	蒸腾速率 Tr (mmol·m-2·s-1)	实际光化学效 ΦPSII	最大光化学效率 Fv/Fm	电子传递效率 ETR
0/0	7.83±0.25a	0.046±0.003a	116.40±16.10b	2.05±0.214a	0.780±0.032a	0.820±0.020a	3.225±0.083a
100/100	1.68±0.12d	0.016±0.003c	223.60±28.90a	0.77±0.125c	0.621±0.014b	0.726±0.010c	2.605±0.301b
50/150	4.30±0.16c	0.025±0.001b	122.33±4.74b	1.21±0.023b	0.656±0.012b	0.740±0.003bc	2.846±0.048ab
0/200	5.80±0.03b	0.030±0.001b	84.90±11.90b	1.43±0.071b	0.739±0.007a	0.776±0.004b	3.097±0.044ab

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2.4 分根盐处理对叶片抗氧化酶活性和与渗透调节物质含量的影响

分根盐处理对叶片抗氧化酶活性与渗透调节物质的影响显著,4个处理之间的SOD值差异均达到显著性水平,100/100、50/150、0/200的SOD比对照分别增加了73.68%、122.44%和199.26%,不均匀盐处理50/150和0/200显著高于100/100处理,分别提高了28.17%和72.43%。分根盐处理对CAT的影响与SOD有着相似的结果,盐处理显著性提高了CAT的含量水平,不均匀盐处理显著高于均匀盐处理。盐处理提高了高粱叶片POD含量水平,100/100、50/150、0/200的POD分别提高了6.75%、13.55%和31.72%,不均匀盐处理50/150和0/200与均匀处理100/100相比分别增加了6.37%和23.40%,其中0/200与均匀处理100/100差异达到显著水平。盐处理增加了高粱叶片中MDA含量,100/100、50/150、0/200的MDA含量分别增加了37.64%、13.09%和4.76%,不均匀盐处理50/150和0/200比均匀盐处理降低了17.84%和23.89%,差异达显著水平。盐处理叶片的PRO和SS含量都有不同程度的增加,盐分不均匀处理50/150和0/200的SS含量显著高于均匀盐处理,0/200处理的PRO含量显著高于均匀盐处理（表4）。

Table 4
表4
表4分根盐处理对叶片抗氧化酶活性与渗透调节物质含量的影响
Table 4Effects of split-root salt stress treatments on anti-oxidative enzyme activities and osmotic regulators of sorghum

处理 Treatment	超氧化物歧化酶活性 SOD activity (U·g-1 FW)	过氧化物酶活性 POD activity (U·g-1 FW)	过氧化氢酶活性 CAT activity (nmol·min-1·g-1 FW)	丙二醛含量 MDA contents (nmol·g-1 FW)	脯氨酸含量 PRO contents (μg·g-1 FW)	可溶性糖含量 SS contents (mg·g-1 FW)
0/0	147.13±7.23d	2626.7±29.1c	88.58±0.391d	166.09±4.69c	56.72±1.44c	4.23±0.24d
100/100	255.35±9.05c	2804.0±78.4bc	108.48±3.91c	228.60±10.20a	66.34±1.10bc	5.51±0.24c
50/150	327.28±6.00b	2982.7±44.4b	183.06±3.91b	187.83±3.76b	82.88±4.55b	8.04±0.18b
0/200	440.30±12.50a	3460.0±87.2a	266.68±3.12a	174.00±2.56bc	205.40±11.20a	10.62±0.19a

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3 讨论

3.1 分根盐处理对高粱幼苗生长和根系形态的影响

分根于不同盐浓度处理下研究植物的耐盐特性引起了众多****的重视^[1],高粱作为一种耐盐碱较强的农作物,已有的耐盐性研究都是在均匀盐碱条件下进行的^[26]。因此,通过利用分根系统模拟高粱根系不同区域受到不均匀盐分胁迫,研究高粱在该胁迫条件下各种生理生化指标的变化,一方面可以揭示高粱对不均匀盐分胁迫适应性的生理基础,另一方面也补充了人们对于高粱耐盐、抗盐胁迫的生理认知。前人对棉花^[2]、葡萄^[16]、苜蓿^[17]、冬小麦^[22]、番茄^[24]、大洋洲滨藜^[31]、羊草^[32]等植物研究结果显示,不均匀盐处理可缓解盐胁迫对植物的危害,不均匀盐处理的生物量显著高于均匀盐处理条件下的生物量。本文通过分根不同盐胁迫条件下研究发现不均匀盐处理能有效减轻盐胁迫对高粱幼苗造成的伤害,不均匀盐处理50/150和0/200的单株鲜重和单株干重比均匀盐处理100/100都有显著性提高,尤其是低盐和非盐胁迫一侧的根系鲜重和干重显著高于高盐一侧。根系是植物吸收养分的主要器官,健壮的根系有助于植物对水分和矿质元素的吸收,从而缓解盐胁迫对高粱幼苗生长发育的影响。本研究中不均匀盐胁迫下由于低盐和非盐胁迫一侧根系长度、根系体积、根尖数和分支数出现了补偿性增加,整株根系长度、根系体积、根尖数和分支数等根系形态指标都高于均匀盐胁迫,这将有利于根系从低盐或非盐一侧溶液中吸收水分和矿物质,缓解盐胁迫对高粱幼苗的影响,这与冬小麦^[22]通过非盐胁迫一侧根长和根数的显著增加促进不均匀盐处理总根长和根数显著增加的结论一致。

3.2 分根盐处理对叶片光合作用的影响

盐胁迫可导致植物的光合作用降低,盐胁迫诱导的光合作用降低一般是由渗透胁迫引起的气孔关闭或者叶绿素含量降低引起的^[37],也有****研究认为,在低盐浓度下光合作用降低是由于气孔关闭造成了高粱叶片的净光合速率下降,在高盐浓度下是非气孔关闭造成的,光合参数和叶绿素的荧光参数能够反应高粱幼苗耐盐能力^[20]。本研究表明不均匀盐处理与均匀盐处理的SPAD值相比较,均有一定程度的提高,大部分差异达到显著性水平,光合速率、气孔导度和蒸腾速率都显著受到盐胁迫的抑制,但是不均匀盐处理的光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著高于均匀盐处理,而均匀盐处理的细胞间隙CO₂浓度显著高于对照和不均匀盐处理,对照和不均匀盐处理之间差异不显著,这说明均匀盐处理的叶绿素受到破坏,已经不可恢复,而盐分不均匀处理对叶绿素破坏较轻,叶绿素含量降幅较小,幼苗有着较高的抗盐能力,这与不均匀盐胁迫对葡萄、番茄的影响相似^[16,21]。Fv/Fm反映了PSⅡ原初最大光化学效率,ΦPSⅡ反映了PSⅡ实际光化学效率,ETR反映了PSⅡ电子传递效率,盐胁迫可以抑制高粱幼苗PSⅡ原初最大光化学效率和实际光化学效率^[20],无论不均匀盐处理还是均匀盐处理都显著降低上述参数^[16],本研究盐胁迫处理的三项荧光参数ΦPSⅡ、Fv/Fm和ETR都显著低于对照,不均匀盐处理都高于均匀盐处理,与前人对其他作物中的研究结果相似。

3.3 分根盐处理对叶片抗氧化酶活性与渗透调节物质的影响

在盐胁迫下,抗氧化酶活性受到影响,致使一些活性氧和MDA积累,导致膜脂过氧化,致使植物受到伤害甚至死亡,但植物体内也存在活性氧消除系统,包括SOD、POD、CAT等,并以此来维持活性氧生成与消除的动态平衡^[33,34]。渗透调节是植物应对盐胁迫的重要方式之一,盐胁迫下,细胞内积累一些物质,如PRO、SS等,以调节细胞内的渗透势,维持水分平衡,还可以保护细胞内许多重要代谢活动所需的酶类活性^[35,36]。在本研究中,不均匀盐处理的抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均大于均匀盐处理,部分处理差异达到显著性水平,而在不均匀盐胁迫处理中MDA含量显著小于均匀盐处理,渗透调解物质PRO和SS含量都高于均匀盐处理,在不均匀盐处理条件下SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性的增加,可以清除膜脂过氧化作用产生的MDA和活性氧,保护膜系统不受破坏,PRO和SS的积累可以维持盐胁迫下细胞正常的膨胀和代谢功能,从而降低了盐胁迫对高粱幼苗的影响。

4 结论

无论不均匀盐处理还是均匀盐处理,对高粱幼苗生长发育均造成抑制作用,与均匀盐处理相比,由于不均匀盐处理低盐或无盐一侧根系补偿性的增长,高粱幼苗整株根系形态得到改善,叶片抗氧化酶活性、渗透调节能力和光合性能均有一定程度的提高,有效缓解了盐胁迫对高粱幼苗生长发育的影响。

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