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土壤盐渍化是影响林业可持续发展及生态环境建设的重要限制因素之一。盐胁迫对植物的伤害主要是由于土壤中高浓度盐离子(特别是Na+)引起,过多的Na+进入植物体内导致离子失衡和毒害。维持细胞中K+/Na+比的稳态和低的Na+绝对浓度是植物耐盐性的关键因素,因此深入解析植物对Na+吸收、运输和分配规律是揭示植物盐胁迫下离子平衡调节和适应性机制的重要基础。盐生植物西伯利亚白刺(Nitraria sibirica Pall.),具有极强的耐盐能力,研究盐胁迫下其对Na+的吸收、运输和区隔化调节机制,对于深入理解植物的耐盐机制,挖掘耐盐基因、培养耐盐植物新种质具有重要意义。本研究以西伯利亚白刺水培幼苗为材料,采用生理学、药理学和分子生物学试验方法,研究了西伯利亚白刺在NaCl胁迫下的生长响应,Na+、K+的分配,Na+、K+在组织和细胞水平区隔化特性以及根系动态离子交换特性,综合分析了西伯利亚白刺幼苗Na+吸收与区隔化特性及生理调节机制,主要研究结果如下:(1)西伯利亚白刺具有较强的耐盐性,100-200 mmol·L-1 NaCl处理下其生长显著高于对照和高浓度(≥400 mmol·L-1)NaCl处理时。随着NaCl处理浓度的升高,西伯利亚白刺幼苗株高、地径,根系生长、叶片生长、生物量积累、根冠比、相对生物量均呈先升高后下降的趋势,在200 mmol·L-1 NaCl处理下,西伯利亚白刺幼苗的生长达到最大值;高浓度(≥400 mmol·L-1)NaCl处理时,上述生长参数均呈不同程度的下降,盐耐受指数降低。(2)西伯利亚白刺盐适应性是通过维持根系中离子相对平衡、增强茎叶对离子的选择性运输和分配来实现的。随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长,西伯利亚白刺根、茎、叶中Na+和Cl-含量均显著增加,且叶中Na+和Cl-含量最高;根系中K+含量逐渐增加,茎和叶中K+含量逐渐降低;根、茎、叶中Ca2+、Mg2+含量在200 mmol·L-1NaCl处理下保持平稳或上升,在400 mmol·L-1NaCl处理下显著下降。各器官中K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+比随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长均呈下降趋势,根系中K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+始终高于茎和叶;NaCl处理下西伯利亚白刺幼苗的根-茎离子选择运输能力SK,Na、SCa,Na、SMg,Na和茎-叶选择运输能力SK,Na、SCa,Na、SMg,Na保持平稳或升高,且茎-叶SCa,Na、SMg,Na高于根-茎SCa,Na、SMg,Na。(3)西伯利亚白刺通过增强根系保K+能力和Na+外排能力来维持根系K+/Na+相对平衡来提高盐适应性。非损伤微测技术(NMT)数据显示,NaCl处理显著增加了西伯利亚白刺幼苗根系稳态Na+外流。根系稳态K+外流在0和200 mmol·L-1 NaCl处理下无显著差异,而在400 mmol·L-1 NaCl处理下显著降低。药理学试验发现,Na+/H+逆向转运蛋白抑制剂阿米洛利(Amiloride)和质膜H+-ATPase抑制剂正钒酸钠(Vanadate)显著抑制了NaCl诱导的Na+外排和H+内流,表明NaCl处理下西伯利亚白刺具有较强的Na+/H+逆向转运活性和质子泵活性。NaCl处理下,西伯利亚白刺K+的外流被K+通道抑制剂氯化四乙胺(TEA)抑制,却被质膜H+-ATPase抑制剂矾酸钠显著提高,表明K+的外流由去极化激活的外向整流K+通道(DA-KORCs)和非选择性阳离子通道(NSCCs)介导的。NaCl处理下H+内流增强,增加了细胞内外H+电化学势梯度,降低了细胞膜去极化程度,限制了K+的外流和Na+进入细胞质,从而更好地维持了根系K+/Na+的相对平衡。(4)西伯利亚白刺通过老叶聚集Na+,幼叶保留K+的策略保护幼叶的生长来提高盐适应性。随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长,西伯利亚白刺老叶、成熟叶和幼叶中Na+含量显著升高,而K+含量显著降低,其中老叶中Na+含量显著高于成熟叶和幼叶,而幼叶中K+含量显著高于成熟叶和老叶;随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长,老叶中K+/Na+比显著下降,而在200和400 mom·L-1NaCl处理下成熟叶、幼叶中K+/Na+比无显著差异,且幼叶中K+/Na+比显著高于成熟叶和老叶。(5)西伯利亚白刺通过Na+液泡区隔化增强叶片组织耐盐性。随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长,叶片栅栏组织细胞液泡中Coro Na Green特异性荧光显著增强,同时NMT结果也显示,随着NaCl处理浓度的升高,叶肉细胞Na+的净外排量显著降低,这表明叶片中的Na+主要区隔化到栅栏组织细胞液泡中。西伯利亚白刺叶片质膜和液泡膜H+-ATPase、液泡膜H+-PPase活性和Ns NHX1、Ns VP1、Ns SOS1基因表达量随着NaCl处理浓度的升高和处理时间的延长增加;液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性高于质膜H+-ATPase活性,Ns NHX1、Ns VP1基因表达量高于Ns SOS1基因表达量,表明西伯利亚白刺主要通过增强Na+液泡区隔化来调节细胞质内离子平衡。Ns NHX1、Ns VP1基因表达的变化趋势与液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性增强的变化趋势相同,表明液泡膜质子泵活性与Na+/H+逆向转运蛋白协同作用调控Na+液泡区隔化,进而调节叶肉细胞中的离子平衡。综上所述,西伯利亚白刺在根系中通过提高Na+/H+逆向转运蛋白和质子泵活性来增加Na+的外排和K+的保留,从而维持根系K+/Na+的相对平衡,而在叶片中则通过Na+区隔化到液泡,保持细胞质溶液中较低的Na+含量的同时提高渗透调节能力,从而在盐胁迫下维持正常的生理活动。西伯利亚白刺在根和叶中采用了不同的耐盐策略,表现出明显的组织耐盐特异性,并能高度协调这些生理特性综合作用使得西伯利亚白刺具有较高的耐盐性。本研究丰富了植物的耐盐机制理论,为植物耐盐育种提供了理论依据。