外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗光合特性的影響

唐依萍，張曉艷，劉士壯，蕭蓓蕾

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東廣州510642;2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東廣州5102253;3.德州學(xué)院，山東德州253023)

土壤的鹽漬化問題已經(jīng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)十分嚴(yán)峻的問題。全球的鹽漬化土地約占陸地總面積的10%。封閉式的栽培設(shè)施或肥水管理不當(dāng)常易引起設(shè)施土壤鹽類的積聚。土壤的鹽漬化已成為國(guó)內(nèi)外設(shè)施栽培中普遍存在的問題，嚴(yán)重影響栽培設(shè)施的利用率，影響設(shè)施蔬菜栽培的可持續(xù)發(fā)展［1］。在鹽脅迫下離子失調(diào)與單鹽毒害以及膜透性的改變使光合作用受到抑制，使得植物積累有毒的代謝產(chǎn)物。其中，提高作物的抗鹽性是緩解鹽脅迫對(duì)植物的傷害，提高作物產(chǎn)量的重要方法。脯氨酸是多種植物體內(nèi)最有效的一種親和性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有降低細(xì)胞質(zhì)中的水勢(shì)、維持細(xì)胞內(nèi)的水分平衡、穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)和保護(hù)生物大分子的作用［2－3］。筆者通過(guò)施用不同濃度脯氨酸，觀察不同濃度NaCl脅迫對(duì)番茄葉片光合特性的影響，為在設(shè)施條件下栽培番茄提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試材料是番茄“中蔬四號(hào)”(市售)。所用的藥品有氯化鈉、脯氨酸，均為分析純(市售)。

1.2 試驗(yàn)處理 將供試種子用蒸餾水浸種24 h。入選的種子必須種粒飽滿、大小均勻。將種子置于溫度為25℃恒溫箱中，24 h催芽后栽入育苗盤中，每隔3 d澆對(duì)應(yīng)濃度的鹽水，每隔3 d澆1次水。15 d后分苗移栽。選取每個(gè)處理中較健壯的幼苗，移于大盆中，緩苗后澆對(duì)應(yīng)濃度的鹽溶液，并且將苗移到陽(yáng)光充足的地方進(jìn)行生長(zhǎng)，葉面噴施對(duì)應(yīng)濃度的脯氨酸，每隔2 d噴1次，連續(xù)噴3次。噴施用量以葉面向下滴水為宜。脯氨酸設(shè)0(對(duì)照，蒸餾水)、15、30、50 mg/L 4個(gè)濃度，氯化鈉設(shè)0(對(duì)照，蒸餾水)、50、100、150 mmol/L 4個(gè)濃度。該研究共設(shè)16個(gè)處理。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 葉片總?cè)~綠素的測(cè)定。葉綠素a和葉綠素b在濃度96%乙醇中最大吸收峰的波長(zhǎng)分別為665和649 nm。

Ca=13.95D665－6.88D649Cb=24.96D649－7.32D665

取16個(gè)不同處理的生長(zhǎng)期51 d的番茄葉片鮮重0.1 g，剪碎后放在試管中，加入20 ml乙醇，放在黑暗處24 h后用分光光度計(jì)測(cè)定其葉綠素的光吸收值。

葉綠素的含量(mg/g)=色素的濃度(mg/L)×提取液的體積(ml)×稀釋的倍數(shù)/樣品的鮮重(g)

1.3.2 光合特性的測(cè)定。選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣，在上午9:00～11:00用便攜式光合儀LI-6400測(cè)定葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法 用Excel表格作圖，同時(shí)用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片葉綠素的影響 從圖1和圖2可以看出，葉綠素a和葉綠素b含量變化趨勢(shì)相同。在沒有外施脯氨酸(Pro 0 mg/L)的條件下，隨著鹽濃度的升高，葉綠素a和葉綠素b含量都有先升高后降低的趨勢(shì);當(dāng)鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，葉綠素a和葉綠素b含量都達(dá)到峰值，與對(duì)照相比分別提高了41.8%和34.3%，與對(duì)照存在著顯著差異(P＜0.05);隨著鹽濃度的增加，葉綠素a和葉綠素b含量都下降。從圖3可以看出，低鹽濃度(0～50 mmol/L)有利于葉綠素的合成;隨著鹽濃度的增加，這種促進(jìn)作用逐漸減弱，直到抑制葉綠素的合成。

外施脯氨酸有利于緩解鹽脅迫對(duì)葉綠素的破壞。在同等的鹽濃度條件下，15 mg/L脯氨酸對(duì)葉綠素的促進(jìn)作用最大;當(dāng) NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)，即處理為 NaCl 100 mmol/L、Pro 15 mg/L，其葉綠素含量比同等鹽濃度條件下提高34.6%，存在顯著差異(P＜0.5);在高濃度的脯氨酸條件下，外施脯氨酸對(duì)葉綠素含量的影響不大。從圖3可以看出，50 mmol/L脯氨酸對(duì)緩解葉綠素下降的趨勢(shì)幾乎沒有作用，說(shuō)明脯氨酸對(duì)提高番茄的耐鹽性有一個(gè)閥值。

圖1 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗葉綠素a含量的影響

圖2 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗葉綠素b含量的影響

圖3 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗總?cè)~綠素含量的影響

2.2 不同濃度的脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片光合特性的影響

2.2.1 不同濃度的脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片凈光合速率的影響。從圖4可以看出，隨著鹽濃度的增加，番茄的凈光合速率下降。當(dāng)NaCl濃度為0 mg/L，脯氨酸濃度為15 mg/L時(shí)，番茄的凈光合速率有明顯的提高作用;30 mg/L脯氨酸處理的凈光合速率下降幅度較小。這說(shuō)明在施外源脯氨酸的作用下，脯氨酸可以顯著提高鹽脅迫下番茄的凈光合速率。

圖4 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼葉凈光合速率的影響

2.2.2 不同濃度的脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片氣孔導(dǎo)度的影響。從圖5可以看出，隨著鹽濃度的增加，番茄葉片的氣孔導(dǎo)度值總體上逐漸減小，但外施一定濃度的脯氨酸，其氣孔導(dǎo)度均高于對(duì)照，特別是在鹽濃度為100 mmol/L的條件下，15 mg/L處理明顯高于對(duì)照和其他處理。這說(shuō)明外施一定濃度的脯氨酸對(duì)氣孔導(dǎo)度的降低具有一定的緩解作用。當(dāng)脯氨酸濃度為30 mg/L，NaCl濃度為0 mmol/L時(shí)，葉片氣孔導(dǎo)度值達(dá)最大值，為0.7 mol/(m2·s);當(dāng)脯氨酸濃度為0 mg/L，NaCl濃度為150 mmol/L時(shí)，其氣孔的導(dǎo)度值達(dá)最小值，為0.03 mol/(m2·s)。

圖5 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗氣孔導(dǎo)率的影響

圖6 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗胞間CO2濃度的影響

2.2.3 不同濃度的脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片胞間CO2濃度的影響。從圖6可以看出，隨著鹽濃度的增加，胞間CO2濃度先降低后升高。在鹽濃度為0～100 mmol/L條件下，外施脯氨酸的處理均高于未施脯氨酸的處理。

2.2.4 不同濃度的脯氨酸對(duì)鹽脅迫下番茄葉片蒸騰速率的影響。從圖7可以看出，蒸騰速率的曲線與凈關(guān)合速率、氣孔導(dǎo)度的曲線相似，即隨著鹽濃度的增加，蒸騰速率下降，脯氨酸對(duì)蒸騰速率的下降具有一定的緩解作用。在沒有鹽處理的條件下，外源脯氨酸有利于葉片的蒸騰作用。30 mg/L脯氨酸處理蒸騰作用值最高，可以達(dá)到2.89 mmol/(m2·s)，比清水對(duì)照1.9 mmol/(m2·s)高出52.1%。過(guò)高濃度脯氨酸的效果不是很明顯。

圖7 外源脯氨酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗蒸騰速率的影響

3 結(jié)論與討論

葉綠素不僅直接關(guān)系到植物光合同化過(guò)程，而且是植物耐鹽性的重要生理指標(biāo)之一［4］。研究中，在低鹽脅迫下，番茄葉綠素含量高于對(duì)照;隨著鹽濃度的增加，葉綠素含量逐漸下降。在正常條件下，葉綠素與葉綠蛋白結(jié)合緊密;在鹽脅迫下，它們之間的結(jié)合變得松弛，葉綠素遭到破壞，葉片中葉綠素含量降低［5］，而鹽處理引起葉片葉綠素含量增加，可能是由于在鹽脅迫下促使細(xì)胞積累脯氨酸而有利于葉綠素的合成［6］，或是破壞細(xì)胞膜的透性，使得葉綠素分子大量的外滲［7］。很多的研究已證明，外源脯氨酸可以提高植物葉綠素的含量［8－12］。研究還表明，噴施濃度15、30 mg/L 脯氨酸可以提高番茄葉片葉綠素含量，而濃度為50 mg/L的脯氨酸則作用不大?？梢姡诟彼岬氖褂眠^(guò)程中存在濃度效應(yīng)，適宜濃度的脯氨酸可以有效清除植物體內(nèi)的活性氧，減少鹽脅迫對(duì)植物葉綠素的傷害［12］。

在鹽脅迫下，植物的光合速率降低［13－15］。鹽脅迫對(duì)光合作用的抑制有氣孔因素，也有非氣孔因素［16－17］。盧元芳等［18］研究認(rèn)為，在NaCl脅迫下，菠菜幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度下降，水分利用率降低，光合的非氣孔限制因素增加。鄭國(guó)琦等［19］研究表明，鹽脅迫使得枸杞葉片氣孔導(dǎo)度下降，輕度脅迫下光合速率的下降主要受氣孔關(guān)閉的制約，而當(dāng)脅迫加重時(shí)，在葉內(nèi)細(xì)胞CO2濃度升高的情況下，光合速率仍呈下降趨勢(shì)。此時(shí)，氣孔對(duì)光合的制約較小，而Na+和Cl－的大量積累對(duì)光合酶活性產(chǎn)生直接的毒害作用。該研究結(jié)果顯示，在低鹽條件下葉片氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度都呈下降的趨勢(shì)。在低鹽條件下，氣孔因素是番茄光合速率下降的主要原因。隨著鹽濃度的增加，葉片氣孔導(dǎo)度合速率繼續(xù)下降，而胞間CO2濃度則上升，說(shuō)明在高鹽條件下，非氣孔因素是其主要原因?？傊?，適宜濃度的脯氨酸可以緩解鹽脅迫對(duì)番茄的傷害。

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