鹽脅迫對甘草葉片光合色素含量和光合生理特性的影響

王丹 萬春陽 侯俊玲等

摘 要 采用LI-6400便攜式光合儀測定不同鹽脅迫處理下甘草的光合作用生理指標(biāo)，并采用分光光度法測定甘草葉片中光合色素的含量變化。結(jié)果表明：9 g/L NaCl的鹽分脅迫降低了甘草葉片中葉綠素a（chl a）、葉綠素b（chl b）和類胡蘿卜素（car）含量，增加了chl a/chl b；對胞間CO2濃度（Ci）的影響不顯著；降低了凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等光合生理指標(biāo)。3 g/L和6 g/L NaCl的鹽分脅迫影響不顯著。這說明適當(dāng)濃度的鹽脅迫可以影響甘草的光合生理作用，進(jìn)而影響了甘草藥材的產(chǎn)量。結(jié)果為探討甘草對鹽脅迫的適應(yīng)機(jī)理提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 甘草；鹽脅迫；凈光合速率；蒸騰速率；氣孔導(dǎo)度；胞間CO2濃度；光合色素

中圖分類號 S567.71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

甘草為豆科（Leguminosae）甘草屬（Glycyrrhiza Linn）甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）的干燥根及根莖。具有補(bǔ)脾益氣，清熱解毒，祛痰止咳，緩急止痛，調(diào)和諸藥的功效[1-2]，為常用的大宗中藥材，主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、寧夏、甘肅等省區(qū)，具有抗鹽堿、抗寒、抗旱、耐熱等特性，是中國三北干旱的鹽堿地區(qū)重要的植物資源之一[3-5]。同時(shí)，中國是世界鹽堿地大國，現(xiàn)有鹽漬土面積約3 469 萬hm2[6]，幾乎占全國陸地面積的1/3。鹽分可以對植物產(chǎn)生傷害作用，抑制其生長發(fā)育，限制其光合作用，進(jìn)而影響產(chǎn)量和質(zhì)量[7-9]。土壤鹽漬化已成為制約中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和中藥材種植等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，充分研究和利用甘草等適宜生長在鹽漬地的植物和作物，不僅可以緩解土地資源短缺，改善生態(tài)環(huán)境，也可以提高甘草等藥材的產(chǎn)量，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展。目前，國內(nèi)外有關(guān)鹽分脅迫對甘草影響的研究多集中在鹽分對甘草生長、產(chǎn)量和藥材質(zhì)量方面的影響，對于其光合作用的影響研究較少。因此，筆者設(shè)置不同濃度的NaCl處理以對甘草進(jìn)行鹽脅迫，研究影響植物生長的重要生理活動(dòng)指標(biāo)、甘草葉片光合色素含量及光合生理特性變化，為探討甘草對鹽分脅迫的適應(yīng)機(jī)理，擴(kuò)大甘草栽培規(guī)模，開發(fā)利用鹽堿地區(qū)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樣品采購于內(nèi)蒙古赤峰市一年生甘草苗，經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)王文全教授鑒定為甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）。

1.2 方法

1.2.1 鹽脅迫試驗(yàn) 試驗(yàn)在北京中醫(yī)藥大學(xué)校藥用植物園中進(jìn)行，采用蛭石盆栽培養(yǎng)法，將生長狀況一致的一年生甘草苗根修剪為20 cm，每盆24株，移栽于盛有蛭石和細(xì)沙（V ∶ V=6 ∶ 1）混合培養(yǎng)基質(zhì)的花盆內(nèi)，并且將花盆埋入地下，花盆上口與地面持平。以pH為7.0的Hoagland營養(yǎng)液提供植物所需營養(yǎng)成分，試驗(yàn)初期每天澆灌1次，每盆澆灌2.0 L的Hoagland營養(yǎng)液，7 d后每7 d澆灌1次營養(yǎng)液，每盆2.0 L。待植株生長正常時(shí)進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)，以Hoagland營養(yǎng)液為基礎(chǔ)溶液，分別向其中加入NaCl，配制成濃度分別為3、6、9 g/L NaCl 溶液，另外設(shè)置空白對照組（CK，不添加NaCl的Hoagland營養(yǎng)液），每7 d向花盆內(nèi)澆灌1次處理液，每盆2.0 L，4 次重復(fù)。分別于鹽分處理后第35、75、105天，在光照強(qiáng)度相似的晴天，選取甘草植株主莖中部一級側(cè)枝中間二級側(cè)枝復(fù)葉的頂端小葉作為測試葉，進(jìn)行測定。

1.2.2 測定方法 （1）葉綠體色素含量的測定。準(zhǔn)確稱取植株中部正常生長的葉片0.20 g，去除主葉脈，剪成小塊，放入具塞刻度試管中，用10 mL 80%丙酮溶液浸提（避光），其間搖動(dòng)3～4次，至葉片殘?jiān)優(yōu)闊o色為止。取上清液1 mL，加入存有4 mL 80%丙酮的離心管中，震蕩搖勻，即可用分光光度計(jì)分別在波長645、663、470 nm下測定吸光度[10]。

（2）光合指標(biāo)的測定。采用LI-6400便攜式光合儀測定葉片凈光合速率（Pn）、葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）等光合指標(biāo)，測定時(shí)段為10 ： 00～13 ： 00。測定時(shí)光強(qiáng)為（1 100±50）μmol/（m2·s），溫度為27 ℃左右，CO2濃度為360 μmol/mol左右，重復(fù)5次。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析 所得結(jié)果錄入Excel并進(jìn)行作圖，采用SAS 8.0軟件進(jìn)行One-way ANOVA方差分析，并用LSD多重比較和相關(guān)性分析。數(shù)據(jù)采用 ± s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽分脅迫對甘草葉綠體色素含量的影響

整個(gè)鹽分處理期間甘草葉片葉綠素a（chl a）、葉綠素b（chl b）、類胡蘿卜素（car）含量及chl a/b有顯著變化，各處理chl a、chl b、car含量較對照組均降低。

2.1.1 鹽分脅迫葉綠素a含量的影響 chl a含量呈先降低后升高的趨勢。處理35 d時(shí)，各處理組差異不顯著。在70 d和105 d時(shí)，9 g/L處理組極顯著或顯著低于對照組，并且第70天時(shí)，9 g/L處理組的chl a含量最低為0.927 mg/g，極顯著低于其他3個(gè)處理組。

chl b含量在整個(gè)處理期間呈下降趨勢，70 d時(shí)，9 g/L處理組極顯著低于對照組（p<0.01），3 g/L處理與對照組相比，差異不顯著，而在105 d時(shí)，3個(gè)處理組都極顯著低于對照組，分別降低了23.20%、37.51%和46.54%，其中9 g/L處理組降幅最大。

car的變化趨勢相似于chl a，以9 g/L處理下的為最低，同樣在70 d和105 d時(shí)各處理間差異極顯著（p<0.01）。

chl a/b值的變化在鹽分處理下不同于上述三者，呈逐漸上升的趨勢，且隨鹽濃度升高而升高，以9 g/L處理下為最高，但與其他3個(gè)處理組無顯著差異（p>0.05）。

2.2 鹽分脅迫對甘草光合生理特性指標(biāo)的影響

2.2.1 鹽分脅迫對光合速率的影響 鹽分處理對甘草葉片凈光合速率（Pn）有顯著影響，各處理Pn較對照組相比均降低，且隨鹽處理的加大Pn下降程度也加大，其中3 g/L處理組略有降低，6 g/L和9 g/L和對照組相比下降顯著。鹽分處理下甘草生長的不同階段Pn變化不同，各處理Pn均呈先上升后略下降的趨勢，處理35 d時(shí)，9 g/L處理組極顯著低于對照組，降低了55.53%，而到105 d時(shí)，6 g/L和9 g/L處理組與對照組相比，差異極顯著，分別降低了10.75%和31.77%，而在70 d時(shí)各處理組間差異不顯著（p>0.05）。

2.2.2 鹽分脅迫對氣孔導(dǎo)度的影響 鹽分處理對甘草葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）有顯著影響，各處理組Gs均低于對照組，且在甘草生長的不同階段顯著程度不同，處理35 d時(shí)，9 g/L處理組極顯著低于對照組（p<0.01），而到105 d時(shí)，各處理組均極顯著低于對照組（p<0.01），分別降低了19.12%、11.16%和18.76%。

2.2.3 鹽分脅迫對蒸騰速率的影響，Tr與Gs有著相似的變化趨勢，即整體呈上升趨勢，處理組均低于對照組，6 g/L和9 g/L處理組顯著低于對照組（p<0.05）。

2.2.4 鹽分脅迫對胞間CO2濃度的影響 鹽分處理對甘草葉片Ci有一定影響，由圖8可知，鹽分處理下Ci呈先升高后降低的趨勢，在處理前期（70 d前）各處理Ci較對照組相比降低，之后隨時(shí)間的延長，Ci不斷上升，到處理后期（105 d）均高于對照組，較對照組分別增加了18.19%、33.91%和36.74%。

2.3 鹽分脅迫下對甘草光合色素和光合生理特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫可以直接影響植物的生長發(fā)育，同時(shí)鹽脅迫也會降低植物的光合速率，抑制光合作用，進(jìn)而影響植物葉片中色素含量的變化，間接影響植物的生長[11-13]。并且，鹽分濃度越高，處理的時(shí)間越長，影響越明顯[8]。本研究結(jié)果表明，0.9%鹽分脅迫降低了chl a、chl b和car含量，增加了chl a / chl b，降低了Pn、Tr、Gs等光合生理指標(biāo)，增加了Ci，相關(guān)性分析結(jié)果進(jìn)一步證明鹽脅迫影響了甘草的光合生理作用。

鹽分脅迫處理下，甘草葉片葉綠素含量減少，主要是由于葉綠素酶對Chl b的降解所致，而對Chl a及Car含量影響較小[14]。在Carter等[15]的實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下的植株葉片有較高的Chl a/Chl b值，本文結(jié)果與該結(jié)果相一致。秦景等[16]研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下沙棘幼苗葉Chl a、Chl b、總?cè)~綠素、car含量和chl a / chl b均顯著低于對照組。鹽脅迫會導(dǎo)致植物葉片葉綠素含量降低，Chl b這種捕光色素含量的降低，使光捕獲減弱，活性氧的產(chǎn)生減少酶的抑制及蛋白質(zhì)的降解減少，從而使植物更加耐鹽[17]。

在鹽害初期，鹽脅迫對光合作用的限制主要表現(xiàn)為氣孔限制，因?yàn)辂}漬土壤中水勢較低，造成植物吸水困難、葉片膨壓下降、氣孔關(guān)閉等，從而影響植物的光合作用[18-20]，但在長期鹽脅迫下，除了氣孔限制影響光合作用以外，還會產(chǎn)生其他很多限制植物光合作用的因素，稱之為非氣孔因素[21-22]。本文中，鹽分脅迫下甘草葉片的Pn、Tr、Gs均表現(xiàn)為隨鹽濃度加大而降低的趨勢，而Ci在脅迫早期，處理組低于對照組，脅迫后期卻高于對照組。這表明，甘草受鹽脅迫光合速率下降可分為2個(gè)時(shí)期，即在鹽分處理前期（短期），葉片Ci隨Gs而降低，使光合速率降低，說明前期（短期）光合速率下降的主導(dǎo)因素為氣孔因素，之后雖然氣孔導(dǎo)度減小，但葉片Ci高，說明隨時(shí)間的延長（長期）光合速率下降逐漸以非氣孔因素為主，即葉肉細(xì)胞光合活性下降。陳健妙等[23]研究了鹽脅迫對麻瘋樹幼苗生長和葉片光合生理的影響，結(jié)果表明，鹽脅迫既可以直接影響植物的生長，也可以通過抑制光合作用而間接影響植物的生長，即鹽分過多使磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP羧化酶）和核酮糖二磷酸羧化酶（RUBP羧化酶）活性降低，葉綠體趨于分解，葉綠素被破壞，葉綠素和類胡蘿卜素生成受阻，氣孔關(guān)閉，光合速率下降，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

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責(zé)任編輯：趙軍明