文丨無名灏
編輯丨無名灏
我們使用分根系統來評估白楊無性系“Marte”的鹽度響應，以模拟田間的異質土壤條件并評估無性系“Marte”的耐鹽性。
在26天的實驗中，我們測量了系統兩側不加鹽（0/0mM-S1）澆水的分根植物形态生理參數，以及基質和植物器官中的礦物質含量，還有一側鹽(0/100mM–S2)和兩側鹽(100/100mM–S3)。
每個鹽處理之間和内部的芽伸長、莖直徑增加和新葉數量沒有顯着差異，葉片相對葉綠素含量和葉綠素a熒光沒有顯示任何差異。
但與S1（不加鹽）相比，S3植物的淨光合作用(Pn)下降了85%，氣孔導度(gs)下降了88% 。Na被0/100mM植物一側吸收。
其中均勻分布在所有器官，并達到其他兩組之間的濃度，作為所獲得的生理結果的确認。與S1組相比，觀察到S2和S3系統的木本插條、莖和葉中Mn濃度增加，S3植物的葉子中鉀濃度有所增加。
光合作用對植物生長的影響
在“Marte”楊樹中，Na的增加僅導緻光合性能的降低，而葉水準上一些關鍵礦物元素的增加表明試圖克服脅迫。
土壤鹽堿化是一個全球性問題，對植物生長和健康産生巨大影響，根據最近的估計，總土地面積的大約1Bha是鹽漬土或鈉土。
該表面代表7%的土地面積和33%的灌溉土地，其他地區貢獻了30-50Mha受鹽堿化影響的土地。
此外植物必須應對鹽度，其特征通常是首先經曆快速的“滲透階段”，然後是較慢的“離子階段”，其中鹽的積累會産生毒性作用。
在鹽脅迫下，耐受物種通過複雜的适應政策在形态、生理和分子水準上發生變化，進而減少（或避免）離子營養失衡、代謝紊亂和氧化應激。
在鹽化土壤中，礦質養分的生物利用度發生了改變，植物作為固着生物，試圖通過增加根系增殖來探索新的領域來應對這種情況。
由于離子在生長和生化反應機制信号激活中的作用，對鹽度下生長的植物内部礦質養分易位，和不平衡的研究，是描述植物對鹽的反應的一個非常重要的方面。
據推測，鹽過量會破壞植物與土壤之間的離子分布平衡，導緻養分失衡和細胞代謝紊亂，鹽度會抑制必需的大量元素（如氮、鉀、鈣、鎂）以及微量元素（如鐵、銅、鋅、錳和硼）的吸收。
在鹽脅迫期間，植物通過調整離子運輸并實作新的離子穩态來應對營養失衡，通常鹽度脅迫會導緻植物細胞中鉀的流失，還有細胞質中鈣的增加。
除了上述情況外，我們還觀察到其他礦物質營養素（例如錳）的吸收減少，并且在某些情況下出現鎂缺乏。
在植物中，光合作用系統通常會受到鹽分的損害，楊樹的淨光合速率也會降低。
而胡楊的CO 2同化和氣孔導度分别降低了48.3%和48.5%，在我們的處理下，它與葉綠素熒光顯着降低相關，表明光合系統卻受到損害。
為此我們認為，研究植物對環境因素反應的一種有趣方法是分根系統（SRS）它包括将單個根系統的兩個獨立部分暴露在不均勻的情況下。
SRS的主要優點是将對比生長的條件，應用于具有共同地上部分的根，模拟水準和垂直土壤異質性。
是以我們可以測試長距離根冠信号，确定調節土壤污染引起的不平衡的補償效應，并區分根信号傳導引起的地上部分的局部調節機制。
這種方法已用于不同的植物物種和限制條件，以評估部分脅迫暴露的影響，例如分根系統已被用于研究黃瓜和番茄缺鐵反應的調節，以及濱藜的鹽度反應。
分根系統所帶來的激素反應
在楊樹中，利用分根系統來研究缺水條件下植物的激素反應，并研究與柳樹相比的鋅反應。
楊樹在世界許多地區發揮着重要的經濟和環境作用，它們被認為是木本植物的模型，前幾年已在形态、生理和分子水準上研究了它們對鹽度的響應。
楊樹的不同物種和無性系對過量鹽表現出不同程度的敏感性或耐受性，不同地理來源之間存在種類變異，例如胡楊被認為是最耐受的楊樹品種，而白楊已表現出中等程度的耐鹽性。
一些相對耐鹽的無性系已顯示出在鈉排除能力方面優于黑楊，更有效地将元素限制在根中并在葉子中保持較高的鉀/鈉比。
然而這種排除并不能免除快速易位到地上部分的情況，其後果是氣孔快速關閉和蒸騰作用低。
即使沒有具體的“鹽脅迫”研究，白楊無性系“Marte”适合在鹽分土壤中生長，并且在對比水分虧缺方面表現出比其他無性系更大的可塑性。
考慮到楊樹對異質鹽度響應的研究非常有限，我們使用分根系統對白楊克隆“Marte”對鹽過量的響應進行了實驗。
我們想要回答的主要問題是： “Marte”克隆的形态和生理參數如何改變，特别是當植物暴露于異質鹽供應時，與兩個處理過的半根相比。
在無鈉條件下生長的半根是否會加速用鹽澆灌的另一半根對鈉的吸收，Na本身是否從提供鹽的半根轉移到相對的未處理的半根。
而其他元素（如鈣、鉀、鎂、錳、鋅、鐵和銅）是否會改變其在植物體内的分布，以抵消鈉引起的礦質營養失衡，這還需要我們繼續進行研究。
植物生長、實驗設計和處理
白楊的植物克隆“Marte”在意大利比薩作物科學研究中心的戶外3.6L盆中生長，盆中含有泥炭、沙子和珍珠岩。
生長兩年的楊樹木質插條由薩維利亞諾的AlasiaFrancoVivai提供，每個木本插條都在苗圃中的珍珠岩中生根，并選擇大小均勻、生根均勻的插條進行實驗。
每株植物的根部均分為兩個均勻部分，并分為兩個隔室（分根系統），每兩天用蒸餾水對植物進行田間澆水，并在生長期開始時提供10克通用顆粒肥料。
該肥料是含有2%鎂的NPK16-10-18，植物(n=12)生長1個月後高度達到52.5±13.7厘米（所有芽的平均高度）。
此外，他們被分為三個同質治療組（每組n=4），并按照完全随機設計進行排列。
一組植物（系統1，S1）在系統兩側用蒸餾水（0/0mMNaCl）澆水，第二組（系統2，S2）在一側用蒸餾水和含有100mMNaCl的水澆灌另一側（0/100mMNaCl），第三組（系統3，S3）在系統兩側都有100mMNaCl（100/100mMNaCl）。
連續進行26天的觀察，每2-3天給植物澆水一次，實驗結束時，每個盆接受6.25L的溶液（含鹽或不含鹽），相當于含鹽溶液中36.5gNaCl的量。
形态和生理測量
對于每株植物，在實驗開始和結束時測量芽高和莖直徑，每個枝條的高度是從頂端到主木本插條上莖的插入處測量的，用數字卡尺在插入物上方2cm處測量莖直徑。
在實驗開始和結束時對每個芽的葉子數量進行計數，實驗過程中長出的新葉子是實驗開始時的葉子數量與實驗結束時的葉子數量之間的差異。
根據實驗結束時沿枝條是否存在疤痕來評估落葉數量，使用SPAD計監測每株植物連續五個完全展開的葉子的兩個芽上的葉子相對葉綠素含量。
對于熒光和氣體交換測量，選擇每株植物的每個芽的中值完全展開的葉子。
使用便攜式脈沖調制葉綠素熒光計測量葉綠素a熒光，以評估光系統II效率（PSII），其中我們對暴露于飽和光脈沖的暗适應葉子（1小時）進行測量。
PSII效率确定為Fv/Fm比。Fv代表在暗适應狀态下測量的最大熒光（Fm）和最小熒光産量（F0）之間的內插補點。
使用配備葉室的便攜式光合作用系統，在上午10:00至12:00之間測量處理開始和結束時的瞬時氣體交換和淨光合作用。
光合速率（Pn，μmolCO 2 m −2 s −1）、氣孔導度（g s，mmolm −2 s −1）和蒸騰作用（E，mmolH 2 Om −2 s −1）在以下條件下測量： 100mlmin −1流速、環境溫度、410±10ppmCO 2和光合通量密度1000µmolm−2 s −1。
在實驗開始和結束時，從每個罐中收集底物樣品（10克）以評估礦物質含量，根據研究方案在收獲時對根、木質插條、葉子和莖進行取樣。
再通過将每個芽（頂端部分和基部部分）分成兩半來收集葉和莖，并幹燥以進行礦物質含量分析或相對水分含量（RWC）測定。
從基部和頂端部分切下莖部分(1cm)以确定鮮重(FW)，将其在真空下浸入水中過夜，稱重以确定膨壓重量(TW)，并在105℃下幹燥48小時以确定幹重(DW)。
當收集頂葉和基部葉時，需要浸入水中過夜，稱重以确定TW，并在105°C下幹燥48小時以确定DW。
在這項研究中，使用分根系統評估了白楊克隆“Marte”的鹽度響應，利用這種方法來模拟土壤的異質條件并通過實驗評估克隆“Marte”的耐鹽性，評估部分脅迫暴露的影響。
在26天的處理過程中，我們測量了一些形态和生理參數，最後我們分析了植物器官和基質中的礦物質含量。
在整個實驗中，植物在平均溫度(T avg )24.6°C、平均最低溫度(T min )和最高溫度(T max )分别為19.0和30.0°C下生長。
平均相對濕度（RH avg）為76.4%，平均最小值（RH min）和最大值（RH max）分别為48.4%和98.7%。
試驗結束時，三個楊樹組之間在芽伸長、莖直徑增加和新葉數量方面沒有觀察到差異。
最終S3植物表現出但與S1和S2組相比，在芽高和直徑或新葉落葉數量方面沒有觀察到相關變化，是以該系統對響應機制并不會有過多失衡效應。