取樣程序

對于用于生長測量的植物批次，每盆植物在施藥前立即取一個初始樣本。在施藥 48 小時后，用不含二甲苯的墨水在根基附近點上一個小點，然后在 10 天內(nèi)每隔 24 小時測量一次這些根的長度，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。分離植物的各個部分（芽、不定根和初生根）并在 65°C 下干燥 72 小時，然后記錄其干重。根據(jù)最初和最后取樣時測得的干重計算出芽和根的相對生長率（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。使用火焰光度計和Cl氯度計分析。通過同樣的程序提取參照組織，證實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)測量是在以前用于pO2剖面測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，通過測定根部真空滲透氣體空間前后的根浮力。將長度為 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。

通過微電極測定完整不定根中氧氣分壓（pO2）的徑向分布圖

將生長 28 天的大麥植株的根放入一個水平室中，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，并開有一個小口，以便插入氧氣微電極。實驗在 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）測量的，具體方法見其他文獻(xiàn)。簡而言之，將微電極固定在電機(jī)驅(qū)動的機(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 徑向剖面測量。

X 射線顯微分析的樣品制備

處理 14 天后（植株生長 28 天），從盆栽植物中收集不定根樣品并運(yùn)送到實驗室。在實驗室條件下，植物的蒸騰速率會受到影響；但在溫室中無法對樣品進(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，嵌入樹脂，并使用 X 射線顯微分析技術(shù)進(jìn)行分析，詳見 Kotula 等人。簡言之，將樹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、孔隙度和解剖結(jié)構(gòu)對含鹽和停滯處理的響應(yīng)

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

測量了不定根的孔隙度，因為內(nèi)部O?運(yùn)輸通過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)描述的實驗中，我們檢驗了以下假設(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，但在穿過內(nèi)皮層/周皮層時再次下降，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限（<0.02 kPa）。當(dāng)在近根尖區(qū)域測量徑向剖面時，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，但在穿過內(nèi)皮層/周皮層時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

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