外源水楊酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗光合特性的影響

楊鳳軍 李天來(lái) 宿 越 臧忠婧

（1黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧省設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng) 110866）

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外設(shè)施園藝的快速發(fā)展，設(shè)施內(nèi)土壤次生鹽漬化不斷加重，蔬菜的產(chǎn)量逐年下降，已成為困擾我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的突出問(wèn)題。番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是我國(guó)設(shè)施栽培的主要蔬菜種類之一，設(shè)施土壤鹽漬化的發(fā)生常導(dǎo)致番茄產(chǎn)量和品質(zhì)下降。因此如何提高番茄的耐鹽性對(duì)于實(shí)現(xiàn)設(shè)施番茄的穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

光是植物光合作用的唯一能量來(lái)源，是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。鹽脅迫是通過(guò)抑制為植物提供物質(zhì)的光合作用進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)。水楊酸（SA）是植物體內(nèi)可自身合成的一種類似植物激素的簡(jiǎn)單酚類化合物，作為植物內(nèi)源信號(hào)分子參與調(diào)節(jié)植物的許多生理過(guò)程（孟雪嬌 等，2010）。目前，已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)SA能提高植物對(duì)鹽脅迫等非生物逆境的抗性（李國(guó)靖和周燮，2001；楊瑞紅 等，2009；何俊瑜和任艷芳，2010；張志剛和尚慶茂，2010；王玉萍 等，2012）。外源SA能否提高 NaCl脅迫下植物的光合作用能力、增強(qiáng)其耐鹽性的報(bào)道還不多見。本試驗(yàn)研究了外源SA對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗光合作用以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，以期探討SA與番茄耐鹽性機(jī)制之間的關(guān)系，為生產(chǎn)實(shí)踐中降低逆境傷害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2008年在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)工廠化高效農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心科研基地的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試番茄品種為遼園多麗。3月 22日育苗，當(dāng)植株長(zhǎng)至四葉一心時(shí)選取生長(zhǎng)一致的植株移入Hogland營(yíng)養(yǎng)液中，恢復(fù)生長(zhǎng)5 d后用100 mmol·L-1NaCl進(jìn)行處理。在NaCl處理前一天9：00，開始對(duì)樣品進(jìn)行外源水楊酸的單株噴施，以紙板做隔離，葉面均勻附著液膜微滴為準(zhǔn)。用不同濃度的水楊酸溶液（水溶）噴灑葉片，以清水為對(duì)照（CK）。每個(gè)處理 30株（1個(gè)水培槽），3次重復(fù)，隨機(jī)排列。設(shè) 5個(gè)處理：CK（清水）、T1（100 mmol·L-1NaCl）、T2（100 mmo1·L-1NaCl+100 mg·L-1SA）、T3（100 mmo1·L-1NaCl+300 mg·L-1SA）、T4（100 mmo1·L-1NaCl+500 mg·L-1SA）。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

1.2.1 葉綠素含量的測(cè)定 在NaCl處理0、3、6、9、12 d取番茄植株第4片葉剪碎，用乙醇∶丙酮為1V∶1V的混合液提取葉綠素，用CARY100Scan紫外/可見分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素含量。

1.2.2 光合指標(biāo)的測(cè)定 在NaCl處理的0、3、6、9、12 d的9：00～10：00，用LI-6400型光合測(cè)定儀測(cè)定番茄植株第4片葉的凈光合速率（Pn）、細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）和氣孔導(dǎo)度（Gs），并根據(jù)葉片氣孔限制值（Ls）=1-Ci/Ca計(jì)算Ls，其中Ca表示大氣CO2濃度。光合有效輻射強(qiáng)度均為 600 μmol·m-2·s-1（人工光源），CO2濃度均為室內(nèi)自然濃度（450±150）μmol·mol-1。每次每處理測(cè)定5株。

1.2.3 熒光參數(shù)的測(cè)定 在NaCl處理12 d的凌晨5：00時(shí)，用LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)熒光測(cè)定探頭測(cè)定各處理番茄植株第 4片葉的 Fo（初始熒光）、Fv/Fm（原初光能轉(zhuǎn)化效率）；8：00時(shí)測(cè)定ΦPSⅡ（實(shí)際光化學(xué)量子效率）、qP（光化學(xué)猝滅系數(shù)）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）等熒光參數(shù)。每處理測(cè)定5株。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫下水楊酸處理對(duì)番茄幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量是反映光合強(qiáng)度的重要指標(biāo)。如圖1所示，NaCl脅迫下番茄幼苗的葉綠素含量與對(duì)照相比均有所下降。NaCl脅迫條件下，SA處理顯著減緩了葉綠素含量的下降，SA濃度為500 mg·L-1時(shí)的效果較明顯，在處理12 d時(shí)與對(duì)照相比降幅為20.91%，比單純NaCl處理降幅減少了9.09個(gè)百分點(diǎn)。表明SA可維持番茄葉片中較高的葉綠素含量，對(duì)維持NaCl脅迫下番茄較高的光合效率有一定的促進(jìn)作用。

2.2 NaCl脅迫下水楊酸處理對(duì)番茄幼苗植株凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）、氣孔限制值（Ls）的影響

在NaCl脅迫條件下，番茄幼苗的Pn、Gs隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)，而對(duì)照則基本保持穩(wěn)定（圖 2-a、b）。經(jīng) SA處理的植株 Pn、Gs下降速度明顯比未經(jīng) SA處理的下降緩慢，并且對(duì)于不同濃度的SA處理，500 mg·L-1對(duì)減緩番茄葉片Pn、Gs下降速度的效果更為明顯。表明NaCl脅迫導(dǎo)致番茄葉片Pn、Gs下降，而SA處理減緩了其下降的速度，可使NaCl脅迫下番茄幼苗的光合效率保持在較高水平。

如圖2-c、d所示，在NaCl脅迫下，番茄幼苗的Ci隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)；而Ls則與之相反，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在脅迫的第3天，各處理Ci降至最低，Ls則升到最高，SA處理顯著減緩了Ci降低和Ls上升的程度，其中500 mg·L-1的SA處理效果較為明顯。在NaCl脅迫12 d時(shí)，與對(duì)照相比，濃度為0、100、300、500 mg·L-1的SA處理的Ci降幅分別為 21.25%、13.40%、12.58%、9.61%，Ls增幅分別為 27.79%、19.34%、13.75%、9.34%。表明SA處理可明顯緩解NaCl脅迫對(duì)番茄植株的氣孔限制與非氣孔因素的限制。

圖1 不同濃度SA處理對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗葉片葉綠素含量的影響

圖2 不同濃度SA處理對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間隙CO2濃度、氣孔限制值的影響

2.3 NaCl脅迫下水楊酸處理對(duì)番茄幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Fv/Fm表示光照條件下開放的PSⅡ反應(yīng)中心的能量捕獲效率。Fv/Fo代表PSⅡ潛在的活性。由圖3-a、b可以看出，與對(duì)照相比，在NaCl脅迫下各處理Fv/Fm和Fv/Fo顯著降低，SA處理可以明顯減小Fv/Fm和Fv/Fo的下降程度，其中500 mg·L-1的SA處理效果較明顯。NaCl脅迫使番茄幼苗的Fo顯著升高（圖3-c），與對(duì)照相比T1升幅為19.76%，而SA處理明顯地抑制了Fo升高，500 mg·L-1的SA處理效果較好，與對(duì)照相比T4升幅為8.08%，比T1升幅減少了11.68個(gè)百分點(diǎn)。

ΦPSⅡ代表光合電子傳遞的量子效率。NaCl脅迫導(dǎo)致番茄葉片ΦPSⅡ顯著降低（圖3-d），而SA處理可以明顯緩解ΦPSⅡ的下降，其中500 mg·L-1SA處理對(duì)ΦPSⅡ下降的緩解效果明顯。qP反映 PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額。由圖 3-e可知，NaCl脅迫下，番茄葉片的qP顯著降低，而SA處理可以緩解qP的下降，其中500 mg·L-1SA處理對(duì)qP的下降的緩解效果明顯，與對(duì)照相比T4的降幅為5.43%，比T1的降幅減少了4.14個(gè)百分點(diǎn)。NPQ反映的是 PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散的部分。由圖 3-f可知，NaCl脅迫下番茄葉片的NPQ較對(duì)照顯著升高，而SA處理可以緩解NPQ的升高，其中500 mg·L-1SA處理對(duì)NPQ升高的緩解效果明顯。

圖3 不同濃度SA處理對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗葉片F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo、Fo、ΦPSⅡ、qP和NPQ的影響

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物形成生物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，也是植物對(duì)外界環(huán)境條件反應(yīng)最敏感的生理過(guò)程。鹽脅迫對(duì)光合作用的抑制主要表現(xiàn)在使氣孔關(guān)閉，光化學(xué)反應(yīng)下降，CO2同化受限（Munns &Termaat，1986）。在鹽害初期，主要表現(xiàn)為氣孔限制，從而影響植物的光合作用（Ziska et al.，1990）。但在長(zhǎng)期鹽脅迫下還會(huì)產(chǎn)生非氣孔因素（Jacob & Lawlor，1991）。當(dāng)這兩種因素同時(shí)存在時(shí)，Ci變化的方向取決于占優(yōu)勢(shì)的那個(gè)因素（許大全和沈允鋼，1997）。Farquhar和 Sharkey（1982）認(rèn)為在氣孔導(dǎo)度（Gs）下降時(shí)，Ci同時(shí)下降才表明是光合作用的氣孔限制。本試驗(yàn)結(jié)果表明NaCl脅迫抑制了番茄幼苗的光合作用，經(jīng)NaCl脅迫處理后番茄幼苗的Pn下降、Gs降低，Ci呈先下降后上升的趨勢(shì)，而Ls則呈先上升后下降的趨勢(shì)，這與其他植物上的研究結(jié)果一致（郁繼華 等，2004；朱曉軍 等，2004）；在NaCl脅迫初期，Ci隨著Gs的降低而降低，而Ls卻逐漸升高，這可能是由于NaCl脅迫刺激引起滲透脅迫，導(dǎo)致部分氣孔關(guān)閉，限制了CO2向葉綠體的輸送，導(dǎo)致Pn降低，這表明該時(shí)期Pn降低的主導(dǎo)因素為氣孔限制因素。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，Ls隨著Gs的下降而下降，但Ci卻開始回升，這時(shí)非氣孔限制因素成為主要限制因子。NaCl脅迫還導(dǎo)致了番茄葉片葉綠素含量的明顯下降，其原因可能是活性氧的積累發(fā)生了氧化破壞，加速了這些色素的降解?？梢姡琋aCl脅迫對(duì)番茄光合功能的抑制傷害與其他植物具有一致性。

有關(guān)鹽處理對(duì) PSⅡ活性的影響，目前還缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，Aro等（1993）認(rèn)為鹽脅迫可以促進(jìn)PSⅡ的功能，Everard等（1994）則認(rèn)為鹽脅迫可以抑制PSⅡ的功能。Fv/Fm是植物發(fā)生光抑制的敏感指標(biāo)（史慶華 等，2004），常被用作標(biāo)明環(huán)境脅迫程度的指標(biāo)和探針。NaCl脅迫下Fv/Fm、Fv/Fo和Pn明顯下降，表明植株受到了光抑制（Krause & Weis，1991）。初始熒光Fo是判斷 PSⅡ光反應(yīng)中心運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的重要指標(biāo)，PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散可以使 Fo降低，PSⅡ反應(yīng)中心光化學(xué)傷害可使Fo升高（郭書奎和趙可夫，2001）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在NaCl脅迫下番茄幼苗Fo顯著升高，這表明PSⅡ反應(yīng)中心受到光化學(xué)傷害，也說(shuō)明了Fv/Fm、Fv/Fo和Pn的下降是PSⅡ反應(yīng)中心失活所致。ΦPSⅡ反映光合電子傳遞的量子化效率，是PSⅡ反應(yīng)中心關(guān)閉情況下PSⅡ光能捕獲的效率（Wang & Nil，2000），與碳同化反應(yīng)的強(qiáng)度密切相關(guān)。NaCl脅迫引起Φ PSⅡ的下降，降低了 ATP、NADPH等同化力的形成，使凈光合速率降低。qP表示由于光化學(xué)作用導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ效率下降的比例。要保持高的光化學(xué)猝滅就要使PSⅡ反應(yīng)中心處于開放狀態(tài)，所以光化學(xué)猝滅系數(shù)在一定程度上反映了PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度。NaCl脅迫使qP下降，表明番茄葉片的光化學(xué)猝滅能力下降，QA至QB（指QA到QB的傳遞）的電子傳遞受到了抑制。NPQ反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散的部分。NaCl脅迫可使番茄葉片的NPQ升高，本試驗(yàn)證明鹽脅迫下番茄的非輻射能量消耗增加，這是植物的一種自我保護(hù)機(jī)制。

SA與植物抗脅迫的關(guān)系一直是研究的熱點(diǎn)，已經(jīng)明確SA可作為植物抗病反應(yīng)所需的信號(hào)分子來(lái)激活植物防御保護(hù)機(jī)制，在植物信號(hào)傳導(dǎo)和抗逆反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同濃度的SA處理都減小了NaCl脅迫下番茄葉片光合作用的下降，保持了葉綠素的穩(wěn)定性。SA處理抑制了Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ的下降和Fo的上升，這說(shuō)明SA在一定程度上減輕了NaCl脅迫下植株的光抑制程度，可以有效緩解NaCl脅迫對(duì)PSⅡ反應(yīng)中心的傷害，減輕NaCl脅迫對(duì)PSⅡ電子傳遞的抑制。SA處理抑制了NaCl脅迫導(dǎo)致的光化學(xué)猝滅系數(shù)的減小，但也抑制了非光化學(xué)猝滅系數(shù)的增加，說(shuō)明SA在NaCl脅迫下保護(hù)光合系統(tǒng)的原因并不是由于增加了非光化學(xué)能量消耗過(guò)程。據(jù)報(bào)道，SA處理能誘導(dǎo)提高黃瓜、玉米、雪里蕻（Brassica junceaCoss.var.crispifoliaBailey）、海棠等葉片抗氧化系統(tǒng)，清除體內(nèi)過(guò)多的活性氧，降低脂質(zhì)過(guò)氧化水平，改善細(xì)胞的代謝，最終緩解鹽脅迫傷害（Gunes et al.，2005；張富平和張蕊，2007；Yusuf et al.，2008；Bai et al.，2009）。SA提高保護(hù)酶系統(tǒng)的活性，減少膜脂過(guò)氧化，這可能是SA處理能在NaCl脅迫下保護(hù)光合系統(tǒng)的重要原因之一。關(guān)于SA在NaCl脅迫下對(duì)光合系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

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