植物的正常生长发育需要各种矿质元素，较高的土壤含盐量是限制植物生长发育的重要因素之一。在盐碱胁迫下，由于植物根系所在的土壤中离子严重失衡，会对植物体内的离子平衡状态造成明显的影响(Adams et al.，1992)。植物对Na⁺与K⁺的吸收存在着竞争关系，土壤中的Na⁺浓度过高，植物对Na⁺的过量吸收会阻碍植物对营养元素K⁺等的吸收(Rathert，1981；白文波等，2005)，从而引起植物营养失调。K⁺的积累运输与分配一直是抗盐碱研究的重点(Rodriguez-Navarro et al.，2006；孙景波等，2009； Shabala et al.，2008)。研究植物根系K含量对盐碱胁迫的响应对植物具有重要意义。

电阻抗图谱(EIS)技术可用于提取植物组织和器官内部的电特性，在EIS图谱和参数上有效反映出植物体细胞的生理生化变化(刘胜洋，2012)，该技术在鉴定植物抗逆性方面具有简便、快捷、非破坏性等优点(Cox et al.，1993)。张丽等(2014)、孟昱等(2010)和姚琳等(2011a)研究表明，EIS法可以应用于植物抗盐碱胁迫测定，其中胞外电阻率r_e、弛豫时间τ等参数与植物耐盐碱性和K⁺含量具有较高的相关性。

金叶接骨木(Sambucus canadensis)为忍冬科(Caprifoliaceae)金叶接骨木属落叶灌木或小乔木，其花、叶、果不仅具有较高的观赏价值，而且也是提取药用成分、油脂和香精的重要材料，该树种引种栽培后适应性很强，具有一定的耐盐碱能力，在天津-滨海等盐碱地已有应用，是具有良好推广前景的盐碱地绿化树种。目前对金叶接骨木的研究主要集中在苗木繁殖和栽培技术等方面，对于金叶接骨木耐盐性的研究报道较少，利用EIS技术鉴定金叶接骨木耐盐性方面的研究未见报道。本研究以金叶接骨木2年生苗为研究对象，研究不同浓度NaCl和Na₂CO₃胁迫下金叶接骨木根系EIS参数、膜透性及K含量的变化，分析EIS参数、膜透性参数和K含量之间的相关性，选取与K含量相关性最高的参数构建金叶接骨木根系K含量的估算模型，并对模型进行相关精度检验。为利用EIS技术简单、快速地预测盐碱胁迫下金叶接骨木根系的K含量提供理论依据和技术支持，也为深入研究其抗盐性以指导园林绿化奠定基础。

试验于2015年3—5月在河北农业大学园林试验基地进行，供试材料为金叶接骨木2年生盆栽苗，栽培基质选用草炭土 : 蛭石按1 :1混匀。

NaCl和Na₂CO₃按1 :1质量比混匀，以清水处理为对照，试验设0.3%，0.6%，0.9%，1.2%和1.5%共5个不同NaCl和Na₂CO₃混合物浓度处理。试验采用随机区组设计，每处理12株，3次重复，所有处理保持相对一致的环境条件。试验于2015年3月20日开始进行，每隔5天分别用不同浓度的盐碱溶液浇灌植株，每盆每次浇500 mL，盆下设置托盘，渗出的盐溶液倒回盆内，为保持盐浓度不变，每次浇灌前用清水充分淋洗基质(杨成龙等，2010)。自处理之日起开始取直径为5 mm的金叶接骨木侧根，每10天采样1次，共计采样5次。将采集的新鲜侧根用去离子水洗净，一部分用于测定电阻抗和电导率，另一部分放入烘箱烘干，用于测定K含量。

将采集样品在105 ℃下杀青2 h，在80 ℃度烘箱烘2天，烘干至恒质量。采用火焰光度计法测定金叶接骨木根系K含量。

采用电解质渗出率法(EL)(白宝璋等，1995)测定金叶接骨木根系膜透性。将1 cm长的金叶接骨木根用去离子水洗净，平均劈成两半，放入12 mL去离子水试管中，每个处理4次重复，去离子水测定膜透性的对照。使用Parafilm膜封口，放进摇床上震荡24 h，用DDSL-308型电导仪测定初始电导值(C₁)和空白电导值(C₀₁)；然后将试管放入水浴锅中沸水浴20 min后，再放进摇床上震荡24 h，测定最终电导值(C₂)和空白电导值(C₀₂)。用下列公式计算相对电导率E：

每个处理随机选取15 mm长的根8段，用阻抗仪(HP4284，USA)进行电阻抗图谱及相关参数的测定。采用Ag/AgCl电极，在电极上加电极凝胶，使样本的横切面与凝胶接触。参照孟昱等(2013)方法进行EIS图谱及其参数测定，利用LEVM 8.06软件，采用单DCE模型进行数据拟合，最终得到胞外电阻率r_e(Ωm)、胞内电阻率r_i(Ωm)、弛豫时间τ和弛豫时间分布系数ψ这4个EIS参数。

采用SPASS 17.0和Excel 2003进行数据分析，差异显著性分析采用重复度量分析法；估算模型的准确性和适用性采用决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)3个指标评定，并估算模型的拟合度和可靠性。利用相对电导率和EIS参数中与K含量相关性最高的参数，建立金叶接骨木幼苗根系K含量估测模型，并进行模型精度检验。共测定75组数据，其中45组用来建立模型，另30组用于检验模型精度。

在盐碱胁迫下，金叶接骨木根系对Na⁺的过量吸收影响植物对K⁺的吸收与积累，基于植物自身的调节，不同浓度的盐碱胁迫使得植物根系对K⁺的吸收产生不同的变化。由图 1可以看出，随着盐碱胁迫时间延长，所有处理金叶接骨木根的K含量均呈现整体上升趋势，但不同处理变化趋势有差异。0.3%的盐碱浓度处理和CK根系K含量呈现先升高然后稍降低，再升高再降低的变化趋势；0.6%，0.9%，1.2%和1.5%盐碱浓度处理根系K含量则呈现先下降再上升然后又下降的趋势。差异显著性分析结果表明，在处理期间，各胁迫处理金叶接骨木根系K含量均显著低于对照(P≤0.05)。

	图 1 盐碱胁迫期间金叶接骨木根系K含量的变化 Fig.1 Variation of K content of S. canadensis roots during salinity-alkalinity stress

由图 2可以看出，随着胁迫时间延长，金叶接骨木根系相对电导率总体呈现上升的趋势。不同盐碱胁迫浓度下，金叶接骨木根相对电导率均发生了变化。盐碱胁迫各时期，各浓度处理均与对照有显著差异；在盐碱胁迫处理第10天时，0.3%和0.6%处理差异不显著，0.6%和0.9%处理差异也不显著，其他处理之间均差异显著；在盐碱胁迫处理第20天时，0.6%，0.9%和1.2%盐碱浓度处理之间差异不显著，其他处理之间均差异显著；盐碱胁迫处理30天时，1.2%，1.5%盐碱浓度处理之间没有显著差异，其他浓度之间均有显著差异；盐碱胁迫处理40天时，各浓度处理之间均有显著差异(P≤0.05)。从图上还可以看出，随着盐碱胁迫浓度的增加，金叶接骨木根的相对电导率呈现增加的趋势，表明受到的伤害增大，盐碱胁迫使细胞体内离子失衡，导致细胞质膜的结构和功能受到破坏，这可能是金叶接骨木根系细胞膜在高浓度盐碱胁迫下细胞膜透性增加的原因。

	图 2 盐碱胁迫期间金叶接骨木根的相对电导率的变化 Fig.2 Variation of membrane permeability of S.canadensis roots during salinity-alkalinity stress

不同浓度盐碱胁迫下金叶接骨木根系EIS图谱变化如图 3所示，金叶接骨木根系EIS图谱表现为单弧。随着胁迫时间的延长，CK的EIS图谱弧度呈现先减小，后增大，再减小的趋势，20天时弧度最大。0.6%，0.9%和1.5%盐碱浓度浓度处理EIS图谱弧度呈现先增大，后减小，再增大的趋势，20天时0.6%和0.9%盐碱浓度处理弧度最大，10天时1.5%盐碱浓度处理弧度最大。0.3%浓度处理EIS图谱弧度呈现先减小后，增大的趋势，40天时弧度最大。1.2%盐碱浓度处理EIS图谱弧度呈现先增大，后减小的趋势，10天时弧度最大。结果表明，在不同盐碱浓度胁迫下EIS图谱都发生了变化，说明为了适应盐碱胁迫的危害，金叶接骨木根的内部结构和生理生化都发生了相应的改变。

	图 3 不同浓度盐碱胁迫下金叶接骨木根系EIS变化 Fig.3 EIS Variation of roots of S. canadensis under different concentration treatments of salinity-alkalinity stress

在低盐碱浓度胁迫下，细胞进行了自身调节和生理结构发生了变化，使细胞适应盐碱胁迫从而不受伤害(孟昱等，2010)，从图谱中可以推测在胁迫初期，由于细胞膜在受到盐碱胁迫后发生变化，导致细胞结构以及内部生理变化，电流从细胞间隙和细胞内部通过时随之发生改变，所以EIS图谱的变化能够较好地反映细胞的变化，达到测定抗性的目的(姚琳等，2011)。盐碱浓度为0.3%～1.2%时，EIS弧度逐渐变大的，说明可以适应胁迫浓度，在胁迫浓度是1.5%时，弧度变小，表明自我调节机制受到一定的伤害。在胁迫末期，低浓度下弧度逐渐变大的，可以适应胁迫浓度，在中高浓度下，弧度逐渐变小，表明随着浓度升高，自我调节机制受到一定的伤害，且浓度越大，受破坏程度越大。

相对电导率与K含量相关性不显著，因此不把它作为构建模型的指标。利用金叶接骨木根系4个EIS参数(胞外电阻r_e、胞内电阻r_i、弛豫时间τ和弛豫时间分布系数ψ)与K含量进行相关性分析，τ和r_i与K含量极显著负相关，相关系数分别为-0.893和-0.795。

以与根系K含量相关性最好的r_i和τ为自变量，以K含量为因变量，进行线性和非线性回归分析，同时，根据最大的R²优先的原则选取最佳的估算模型。 结果如表 1所示，最佳估测模型是以τ为自变量，以K含量为因变量的三次函数y=0.005 5x³-0.232 8x²+2.638 8x+15.877，决定系数为0.89。

表 1 盐碱胁迫期间金叶接骨木K含量与EIS参数回归模型 Tab. 1 Regression models between K content and EIS parameters during salinity-alkalinity stress

表 1 盐碱胁迫期间金叶接骨木K含量与EIS参数回归模型 Tab. 1 Regression models between K content and EIS parameters during salinity-alkalinity stress EIS参数 EIS parameter 函数Function 模型Model R2 ri 线性Liner y=-3.254 1x + 26.138 0.541 对数Loyorithmic y=-5.834 2Ln(x) + 23.606 0.586 二次Quadnatic y=4.303 9x2 - 18.558x + 39.272 0.648 三次Cubic y=-0.686 6x3 + 7.873x2 - 24.585x + 42.572 0.649 指数Exponential y=23.719x-0.2792 0.566 幂Power y=26.787e-0.156x 0.525 τ 线性Liner y=-0.461 4x + 28.603 0.797 对数Loyorithmic y=-6.902 6Ln(x) + 40.156 0.841 二次 Quadnatic y=0.03x2 -1.389 1x + 35.359 0.865 三次Cubic y=0.005 5x3_0.232 8x2 +2.638 8x+ 15.877 0.894 指数Exponential y=50.145x-0.3148 0.833 幂Power y=29.639e-0.0211x 0.795

模型检验结果表明，τ与K含量模型取得了较好的验证结果。经验证最佳模型为三次函数，方程为y=0.005 5x³-0.232 8x² +2.638 8x+15.877，决定系数R²达到0.894，实测值和预测值函数为y=-3.083 8x + 25.74，决定系数R²为0.620，均方根误差RWSE为8.27，预测精度达到了91.73%。

在不同浓度盐碱胁迫下，金叶接骨木根系K含量均发生了变化。盐碱胁迫下，植物体内大量积累Na⁺，这必然会影响植物对K⁺的吸收与积累(白文波等，2005)。植物细胞质中K⁺和Na⁺受到严格的动态调控。在盐碱胁迫处理期间，金叶接骨木根系对K⁺的吸收明显受盐碱胁迫浓度的影响，随盐碱胁迫浓度增大，其K⁺含量先减小后上升再减小，这可能是在盐碱胁迫环境中Na⁺含量抑制了植物对K⁺的吸收，是Na⁺对K⁺的拮抗作用造成的(Edward et al.，1998)，在外界环境存在大量Na⁺时，质膜透性增强，质膜对K⁺的吸收减弱，但随着胁迫时间延长，根系对K⁺的吸收不断增加，这可能是Na⁺又刺激了植物对K⁺的吸收。

盐碱胁迫下，金叶接骨木的相对电导率总体呈现上升的趋势。与孟昱等(2010)的研究结果一致。在盐碱胁迫下产生胁迫的主要部位在细胞膜，细胞膜透性增大，大量的电解质外渗是膜伤害的重要标志，细胞膜受到破坏，其膜透性就会发生改变，从而影响膜内外物质的交换，引起离子平衡失调，生理代谢紊乱、严重时导致细胞膜解体和细胞死亡，因此相对电导率是测定细胞膜伤害的重要生理指标之一(向地英等，2014)。

EIS技术是指使不同频率的电流通过植物细胞并得到反馈而形成图谱，通过图谱可以快速获得植物体内部基本的生理学信息。只能从细胞外间隙通过的是低频电流(f < 1 kHz)，阻抗主要由胞外电阻组成，并且具有高的阻抗；但当频率达到一定高幅度时(f> 100 kHz)时，电流能够直接通过细胞内，总阻抗是由胞内与胞外电阻组成，形成一个并联电路(孟昱等，2014)。本研究表明，随着盐碱胁迫浓度的增加和胁迫时间的延长，金叶接骨木根系K的含量不断发生变化，将直接影响胞外和胞内的阻抗，从而使总的阻抗值发生改变，进而在EIS上得到反映(邸葆等，2014)。K⁺外渗量的变化能反映细胞膜透性的变化，从而能预测植物受胁迫危害的程度。

本试验中，在盐碱胁迫下弛豫时间与K含量极显著负相关，且相关系数大，推测弛豫时间的变化趋势先增大后减小。盐碱胁迫初期，过量的Na⁺进入细胞中，导致弛豫时间增大，随着胁迫时间的延长，细胞进行自身的调节，弛豫时间逐渐降低，这与姚琳等(2011b)的研究一致。驰豫时间作为电阻抗参数之一，它的大小反映了细胞膜组成的变化、细胞内离质体和共质体中离子的迁移率及它们对频率变化的响应(孟昱等，2010)。本研究利用EIS参数构建了金叶接骨木根系K含量模型，并通过模型精度检验证明了τ与K含量模型y=0.005 5x³-0.232 8x² +2.638 8x+ 15.877是最佳模型，为今后应用EIS技术快速有效地进行金叶接骨木根系K含量测定及预测金叶接骨木根系受盐碱胁迫的程度提供技术支持，也为EIS技术在植物抗逆诊断方面的应用提供理论依据。