取樣程序

對(duì)于用于生長(zhǎng)測(cè)量的植物批次，每盆植物在施藥前立即取一個(gè)初始樣本。在施藥 48 小時(shí)后，用不含二甲苯的墨水在根基附近點(diǎn)上一個(gè)小點(diǎn)，然后在 10 天內(nèi)每隔 24 小時(shí)測(cè)量一次這些根的長(zhǎng)度，以確定每天根的伸展量。處理 14 天后進(jìn)行最終取樣。用 200 mM 甘露醇 + 4 mM CaSO4 溶液徹底沖洗鹽堿處理植物的根部和莖基部，用 4 mM CaSO4 沖洗非鹽堿處理植物的根部和莖基部。分離植物的各個(gè)部分（芽、不定根和初生根）并在 65°C 下干燥 72 小時(shí)，然后記錄其干重。根據(jù)最初和最后取樣時(shí)測(cè)得的干重計(jì)算出芽和根的相對(duì)生長(zhǎng)率（RGR）。

組織離子(K, Na, Cl)分析

烤箱干燥的組織被磨成細(xì)粉末，并在0.5 M HNO3中提取，如其他地方所述。使用火焰光度計(jì)和Cl氯度計(jì)分析。通過(guò)同樣的程序提取參照組織，證實(shí)了這些分析的可靠性。

根解剖結(jié)構(gòu)

處理14 d后，在距頂端10和50 mm處，從植物的不定根(70-100 mm)上切下10 mm長(zhǎng)的片段，在室溫下用2.5-5%戊二醛在0.005 M pH 7的磷酸鹽緩沖液中固定過(guò)夜。然后將樣品脫水，滲透并包埋在甲基丙烯酸乙二醇酯(GMA)中。使用配備玻璃刀的Sorvall顯微切片機(jī)切割4μm厚的切片，將切片轉(zhuǎn)移到顯微鏡載玻片上的一滴去離子水中，并在熱板上干燥。GMA包埋切片在pH 4.4的苯甲酸緩沖液中，用0.05% (w/v)甲苯胺藍(lán)O染色1分鐘，洗滌后風(fēng)干。切片在白光下觀(guān)察，使用蔡司Axioskop2 Plus和蔡司Axiocam數(shù)碼相機(jī)拍攝。使用 IMAGE J 軟件確定了每個(gè)橫截面上中柱所占面積的百分比。

根孔隙度

孔隙度(單位組織體積的氣體體積百分比)測(cè)量是在以前用于pO2剖面測(cè)量的植物不定根上進(jìn)行的，如Raskin(1983)所述，使用經(jīng)Thomson等人(1990)修改的方程，通過(guò)測(cè)定根部真空滲透氣體空間前后的根浮力。將長(zhǎng)度為 60-100 毫米的不定根切成 30-50 毫米的小段，并使用鮮重約 0.6 克的子樣。

通過(guò)微電極測(cè)定完整不定根中氧氣分壓（pO2）的徑向分布圖

將生長(zhǎng) 28 天的大麥植株的根放入一個(gè)水平室中，在最后 14 天進(jìn)行上述處理。將一條不定根固定在室內(nèi)的金屬網(wǎng)格上。用 BlueTac 油灰將芽基部固定在小室的末端。室內(nèi)注入與之前種植植物相同的營(yíng)養(yǎng)液，使根部浸入水中，芽處于空氣中（芽基部約 20 毫米除外）。溶液輕輕起泡，并不斷向表面噴射高純度 N2（不通氣處理的植物）或空氣（通氣處理的植物）。根部隔室用塑料板覆蓋，并開(kāi)有一個(gè)小口，以便插入氧氣微電極。實(shí)驗(yàn)在 25°C 的室內(nèi)進(jìn)行，芽上的PAR為 350-400 lmol m-2s-1。

徑向 pO2 曲線(xiàn)是使用帶有護(hù)陰極、尖端直徑為10μm的 Clark 型微電極（Unisense A/S）測(cè)量的，具體方法見(jiàn)其他文獻(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，將微電極固定在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手上，垂直放置在根表面上方，然后以每 6 秒 10μm 的速度向根部推進(jìn)。在 70-100 毫米長(zhǎng)的完整不定根的頂端（距頂端約 10 毫米）和近頂端（距頂端約 40 毫米）區(qū)域進(jìn)行根組織 pO2 徑向剖面測(cè)量。

X 射線(xiàn)顯微分析的樣品制備

處理 14 天后（植株生長(zhǎng) 28 天），從盆栽植物中收集不定根樣品并運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室條件下，植物的蒸騰速率會(huì)受到影響；但在溫室中無(wú)法對(duì)樣品進(jìn)行冷凍處理。在頂端后約 10 毫米和 50 毫米處切除根部，并立即冷凍到液態(tài)N2中。冷凍根部隨后進(jìn)行冷凍處理，嵌入樹(shù)脂，并使用 X 射線(xiàn)顯微分析技術(shù)進(jìn)行分析，詳見(jiàn) Kotula 等人。簡(jiǎn)言之，將樹(shù)脂塊中的冷凍替代材料刨平，涂上碳，并在 15 kV 下使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析。使用 AZTEC 軟件進(jìn)行分析和定量。

結(jié)果

根生長(zhǎng)、孔隙度和解剖結(jié)構(gòu)對(duì)含鹽和停滯處理的響應(yīng)

在通氣非鹽溶液中，每日根伸長(zhǎng)率為28±2 mm（圖1）。通氣溶液中的鹽度使根生長(zhǎng)速率降低了15%（P<0.05）。停滯非鹽和停滯含鹽處理中的根最初生長(zhǎng)速率與兩種通氣處理中的根相似（前3天），但隨后生長(zhǎng)減慢，到第10天幾乎停止。因此，10天后這些根的長(zhǎng)度（mm）分別為：通氣非鹽中為250±3，通氣含鹽中為220±5，停滯非鹽中為81±1，停滯含鹽中為72±2。

測(cè)量了不定根的孔隙度，因?yàn)閮?nèi)部O?運(yùn)輸通過(guò)增加的孔隙度得到增強(qiáng)。在通氣非鹽和通氣含鹽溶液中，不定根孔隙度為9-10%（表1）。施加停滯非鹽處理使根孔隙度增加到19±1%（P<0.05）。在停滯介質(zhì)中添加100 mM NaCl導(dǎo)致根孔隙度為14±2%。停滯處理下根孔隙度的增加是由于通氣組織的發(fā)育所致，這可以在距離根尖50 mm處的橫切面中看到（圖2g,h）。

完整不定根中的徑向pO?剖面在通氣和缺氧溶液之間存在差異

由于停滯溶液中根的伸長(zhǎng)在第10天幾乎停止（圖1），盡管根孔隙度增加（表1），但到達(dá)根尖的O?供應(yīng)可能不足。在本節(jié)描述的實(shí)驗(yàn)中，我們檢驗(yàn)了以下假設(shè)：O?缺乏發(fā)生在停滯溶液中根的尖端區(qū)域和中柱內(nèi)，但在通氣溶液中的根中則不會(huì)發(fā)生。

在通氣溶液中的根中，徑向pO?剖面的模式和pO?的大小在根尖和近根尖區(qū)域都相似（圖3a,b）。pO?穿過(guò)邊界層和根外層細(xì)胞（表皮和亞表皮）從空氣中平衡的主體溶液中的約20.6 kPa下降到皮層中的平均值11.7±0.6 kPa。pO?在皮層中相當(dāng)恒定，但在穿過(guò)內(nèi)皮層/周皮層時(shí)再次下降，在中柱內(nèi)的平均值降至9.3±0.7 kPa。

在停滯溶液中的根中，徑向pO?剖面顯示，與通氣處理中的根相比，這些根內(nèi)的皮層和中柱pO?顯著降低。對(duì)于停滯非鹽溶液中的根，在根尖區(qū)域徑向pO?剖面大致平坦，皮層和中柱的pO?分別約為0.07±0.02 kPa和0.02±0.003 kPa（圖3c）。停滯含鹽溶液中根的相應(yīng)pO?在皮層和中柱均低于檢測(cè)限（<0.02 kPa）。當(dāng)在近根尖區(qū)域測(cè)量徑向剖面時(shí)，pO?高于根尖附近，并且在根的任意半徑處都更高。停滯處理中根在近根尖區(qū)域的徑向剖面特點(diǎn)是：在停滯非鹽（圖3d）和停滯含鹽處理中，pO?在外層根細(xì)胞層（表皮和亞表皮）中從脫氧溶液中的約0 kPa輕微上升到這些根外層組織中的平均0.5和0.4pm 0.2 kPa。pO?在皮層中相當(dāng)恒定，但在穿過(guò)內(nèi)皮層/周皮層時(shí)急劇下降至非常低的壓力，在停滯非鹽（圖3d）和停滯含鹽處理中，根中柱內(nèi)的壓力分別為0.2和0.045±0.045 kPa。

表1生長(zhǎng)在通氣非鹽、通氣含鹽（100 mM NaCl）、停滯非鹽或停滯含鹽（100 mM NaCl）營(yíng)養(yǎng)液中的大麥（Hordeum vulgare品種Franklin）不定根的孔隙度（單位組織體積的氣體體積百分比）

處理孔隙度（單位組織體積的氣體體積百分比）

通氣非鹽9.0±1.8a

通氣含鹽9.9±0.7a

停滯非鹽18.9±1.0b

停滯含鹽14.3±2.2ab

植物在通氣營(yíng)養(yǎng)液中培育14天后施加處理14天。孔隙度在60-100 mm長(zhǎng)的根上測(cè)量。不同字母表示處理間存在顯著差異（P<0.05；Tukey檢驗(yàn)）。數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（n=4）。