不同濃度重碳酸鹽對(duì)諸葛菜和油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

趙寬，邢德科，劉趙文，陳松

(1.安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽安慶246133；2.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

不同濃度重碳酸鹽對(duì)諸葛菜和油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

趙寬1，邢德科2，劉趙文1，陳松1

(1.安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽安慶246133；2.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

以諸葛菜和油菜為材料，研究了6個(gè)重碳酸鹽水平對(duì)兩種植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比（CK），低濃度的重碳酸鹽（1,5mmol·L-1）使兩種植物的光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的參數(shù),如原初光能轉(zhuǎn)化效率（F v/F m）、潛在活性（F v/F o）、捕獲激發(fā)能的效率（F m/F o）和表觀光合電子傳遞速率（ETR）等隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而上升；高濃度的重碳酸鹽（20,40mmol·L-1）使兩種植物的4個(gè)熒光參數(shù)下降；在中等濃度重碳酸鹽中（10mmol·L-1），諸葛菜的4個(gè)參數(shù)上升，但小于對(duì)照組，而油菜則呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明重碳酸鹽濃度升高可能對(duì)油菜PSⅡ原初反應(yīng)的抑制性更強(qiáng)，諸葛菜更適應(yīng)于重碳酸鹽脅迫環(huán)境下的生長(zhǎng)，此結(jié)果選擇喀斯特適生性植物提供了理論依據(jù)。

諸葛菜；油菜；重碳酸鹽；葉綠素含量；葉綠素?zé)晒?/p>

諸葛菜(Orychophragmus.violaceus)和油菜（Brassica.napus）均為十字花科草本植物。諸葛菜主要分布在我國(guó)西南云貴川、華東江浙皖贛等地區(qū)；常見(jiàn)于林地、路邊裸地和潮濕荒灘地；喜溫暖濕潤(rùn)氣候，抗鹽堿，耐寒性較強(qiáng)；具備一定的食用和藥用價(jià)值[1-2]。油菜廣泛分布在我國(guó)的大部分地區(qū)，在全世界也是一種常見(jiàn)的油料作物；適宜生長(zhǎng)在土層深厚、有機(jī)質(zhì)含量較高、水分適宜、pH為弱酸或中性的土壤環(huán)境；抗旱抗寒能力較強(qiáng)。高重碳酸鹽含量是喀斯特地貌的主要特征之一[3-4]?？λ固丨h(huán)境中生長(zhǎng)的植物獲取的碳更多的是來(lái)源于無(wú)機(jī)碳，而喀斯特環(huán)境的大氣CO2濃度基本上是穩(wěn)定的，因此喀斯特環(huán)境中生長(zhǎng)的植物可能還需要利用環(huán)境中其他無(wú)機(jī)碳源，土壤中的無(wú)機(jī)碳（CO2，HCO3-，CO32-）是這些無(wú)機(jī)碳源的重要組成部分[5]。

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)作為鑒定植物抗逆性的理想指標(biāo)和技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林園藝等方向[6-8]。光合結(jié)構(gòu)特別是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)對(duì)不同環(huán)境脅迫非常敏感，一些常用的表征PSⅡ的參數(shù)，如捕獲激發(fā)能的效率(F m/F o)、潛在活性(F v/F o)等葉綠素?zé)晒鈪?shù)值能夠反映逆境脅迫的程度，可作為植物抗逆性的選擇指標(biāo)[9-10]；原初光能轉(zhuǎn)化效率(F v/F m)和F v/F o通常用來(lái)說(shuō)明PSⅡ的潛在量子效率[11]，PSⅡ表觀光合電子傳遞速率（ETR）用來(lái)表示葉片光合電子傳遞情況，它與表觀光合速率(PSⅡ/50)可以說(shuō)明經(jīng)過(guò)暗處理植物的光合特征[12-13]。

目前已有將諸葛菜作為喀斯特的適生性植物進(jìn)行了廣泛的研究[14]，然而，將葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)應(yīng)用于重碳酸鹽脅迫下諸葛菜的研究還未見(jiàn)報(bào)道。研究重碳酸鹽處理對(duì)植物葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懀梢詾榭λ固剡m生性植物的研究提供重要理論依據(jù)。因此，研究不同重碳酸鹽處理諸葛菜和油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化特征，以期全面地理解碳酸鹽脅迫下諸葛菜和油菜幼苗光合機(jī)構(gòu)功能的變化，為植物的喀斯特環(huán)境適應(yīng)性提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試諸葛菜采自江蘇鎮(zhèn)江市南山風(fēng)景區(qū)，油菜品種為秦優(yōu)7號(hào)。用50孔穴盤(pán)育苗，育苗基質(zhì)為有機(jī)肥料與溫室土壤的混合物，有機(jī)肥料與土壤的比例為1∶1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院溫室進(jìn)行播種育苗，待其長(zhǎng)出兩片真葉后，移栽至3×4的穴盤(pán)（有托底）中進(jìn)行培養(yǎng)，每個(gè)穴孔中移栽2株幼苗，轉(zhuǎn)移至江蘇大學(xué)人工氣候室，條件為夜溫/晝溫為25℃/30℃，CO2濃度控制在360μmol· mol-1，空氣濕度控制在70%，光周期為14 h，光照強(qiáng)度為300μmol·s-1·m2。

以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液[15]為母液，幼苗培養(yǎng)30天后，開(kāi)始進(jìn)行重碳酸鹽的脅迫處理，HCO3-以碳酸氫鈉(NaHCO3)的形式加入，共設(shè)置6個(gè)處理：分別為對(duì)照（CK，無(wú)HCO3-），1，5，10，20和40mmol·L-1的碳酸氫鈉溶液。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 葉綠素含量的測(cè)定

葉綠素含量用SPAD-502葉綠素含量測(cè)量?jī)x測(cè)定，在各植株上均勻選取生長(zhǎng)良好的葉片進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)處理組選取6株植物幼苗進(jìn)行測(cè)定，每株植物重復(fù)測(cè)定3次。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

在人工氣候室中，利用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x（德國(guó)HeinzWalzGmbH公司）測(cè)定不同重碳酸鹽處理下的諸葛菜和油菜的葉綠素?zé)晒馓匦?，測(cè)定指標(biāo)包括PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率(F v/F m)、PSⅡ的潛在活性(F v/F o)、PSⅡ捕獲激發(fā)能的效率(F m/F o)和PSⅡ表觀光合電子傳遞速率（ETR）等熒光參數(shù)，測(cè)定前先將葉片暗適應(yīng)20 min。每個(gè)處理組選取6株植物幼苗進(jìn)行測(cè)定，每株植物重復(fù)測(cè)定3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Simgaplot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件的Duncan法進(jìn)行處理間的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同重碳酸鹽處理對(duì)諸葛菜和油菜葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，隨著處理時(shí)間的變化，兩種植物呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。其中在HCO3-濃度為20，40mmol·L-1時(shí)諸葛菜和油菜的葉綠素相對(duì)含量均隨著時(shí)間的增加而降低，均低于對(duì)照組（CK），且40mmol·L-1時(shí)的葉綠素含量顯著低于20mmol·L-1時(shí)的葉綠素含量；HCO3-濃度為1，5 mmol·L-1時(shí)葉綠素含量隨著時(shí)間的增加而增加，均高于對(duì)照組（CK），且5mmol·L-1時(shí)的葉綠素含量大于1mmol·L-1時(shí)的葉綠素含量；在濃度為10 mmol·L-1時(shí)兩種植物變化規(guī)律不一致，其中諸葛菜隨著處理時(shí)間的增加而增加，而油菜則在0~6天這段時(shí)間內(nèi)有所增加，之后呈下降趨勢(shì)，兩種植物的葉綠素含量均低于對(duì)照組（CK）的葉綠素含量，表明兩種植物的葉片對(duì)HCO3-濃度的脅迫有所不同。葉綠素含量的變化反映了植物的光合能力和熒光特性的不同，以下通過(guò)葉綠素?zé)晒鈪?shù)反映兩種植物在不同重碳酸鹽脅迫下的影響。

圖1 不同重碳酸鹽濃度處理下諸葛菜(A)和油菜(B)葉綠素含量的變化趨勢(shì)

2.2 不同重碳酸鹽處理對(duì)諸葛菜和油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖2可以看出，兩種植物各自的4個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)隨著重碳酸鹽處理的變化規(guī)律基本一致，諸葛菜為5>1>10>CK>20>40，油菜為5>1>CK>10>20>40。且在低濃度時(shí)（1，5mmol·L-1）兩種植物的4個(gè)熒光參數(shù)隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而增加；中等濃度時(shí)（10mmol·L-1）諸葛菜表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而油菜則在0~6天內(nèi)有一定的增加，之后（6~30天）呈下降趨勢(shì)；在高濃度時(shí)（20，40 mmol·L-1）兩種植物均在0~6天有所增加，之后呈顯著下降趨勢(shì)（15~30天），這表明兩種植物對(duì)重碳酸鹽的響應(yīng)存在差異。

圖2 不同重碳酸鹽濃度處理下諸葛菜(A)和油菜(B)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化趨勢(shì)

隨著重碳酸鹽濃度的增加，諸葛菜和油菜的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率變化有所不同，在低濃度處理下兩種植物PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率增大，潛在活性被激發(fā)出來(lái)，促進(jìn)了它們?nèi)~片光合作用的原初反應(yīng)；在中等濃度脅迫下，促進(jìn)了諸葛菜葉片光合作用的原初反應(yīng)，油菜在一段時(shí)間（0~6天）之后的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率下降，其潛在活性中心受損，抑制了其光合作用的原初反應(yīng)；在高濃度時(shí)，兩種植物的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率均下降，濃度越高，葉片光合作用原初反應(yīng)的抑制效果越大，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)有害。兩種植物的PSⅡ潛在活性F v/F o和PSⅡ捕獲激發(fā)能的效率F m/F o均表現(xiàn)出相同的規(guī)律。

同時(shí)，ETR也表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，在低濃度和中等濃度下，諸葛菜的ETR增加量顯著大于油菜，ETR從側(cè)面反映了植物的表觀光合速率（PSⅡ/50）變化趨勢(shì)。

3 討論

葉綠素含量直接影響光合作用的強(qiáng)弱程度[16-17]。逆境脅迫下植物的生長(zhǎng)發(fā)育及植物-土壤界面的許多生理過(guò)程都會(huì)受到顯著影響，這會(huì)直接或間接影響葉綠素含量，從而導(dǎo)致葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化[18]。水分逆境下，許多植物的熒光參數(shù)都隨著植物體內(nèi)水分的流失而下降[19-21]。外界CO2升高的環(huán)境下，綠豆生長(zhǎng)后期PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)受到破壞，從而使綠豆葉片的光合能力下降[22]。本實(shí)驗(yàn)中，諸葛菜和油菜在重碳酸鹽脅迫下的F v/F m，F(xiàn) v/F o，F(xiàn) m/F o和ETR這4個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律與前人的研究結(jié)果類(lèi)似。兩種植物的葉綠素含量在低濃度重碳酸鹽脅迫下（1，5mmol·L-1）及對(duì)照處理（CK）中均隨著處理時(shí)間的增加而增加，兩種植物的F v/F m，F(xiàn) v/F o，F(xiàn) m/F o均在5mmol·L-1時(shí)最大，此時(shí)顯著促進(jìn)了其光合原初反應(yīng)。在高濃度重碳酸鹽脅迫下（20mmol·L-1）兩種植物的葉綠素?zé)晒鈪?shù)均下降，這說(shuō)明兩種植物在高濃度環(huán)境下的適應(yīng)性均較弱；高濃度重碳酸鹽脅迫下（20，40mmol·L-1）其含量降低，且濃度越高，諸葛菜和油菜的熒光參數(shù)值降低越快；在中等濃度下（10mmol·L-1）諸葛菜的葉綠素含量增加，油菜則呈下降趨勢(shì)，且均低于對(duì)照處理（CK）組，這說(shuō)明中等脅迫對(duì)諸葛菜的影響較小，而油菜而受該環(huán)境的影響，對(duì)其生長(zhǎng)不利。

兩種植物在重碳酸鹽脅迫下其環(huán)境適應(yīng)性不同，低濃度和高濃度重碳酸鹽處理兩種植物的環(huán)境適應(yīng)性類(lèi)似，兩種植物能適應(yīng)低濃度重碳酸鹽環(huán)境，不適應(yīng)高濃度重碳酸鹽環(huán)境。在中等濃度重碳酸鹽處理時(shí)，諸葛菜的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)于油菜，表明重碳酸鹽脅迫對(duì)不同植物光合作用和葉綠素含量影響不同。諸葛菜對(duì)重碳酸鹽的環(huán)境脅迫的適應(yīng)性更強(qiáng)，這對(duì)我們選擇喀斯特適應(yīng)性植物提供了進(jìn)一步的理論依據(jù)。

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Effectof Different Bicarbonate Treatmentson Chlorophyll Fluorescence Parametersof Orychophragmus.violaceus and Brassica.napus

ZHAO Kuan1，XING De-ke2，LIU Zhao-wen1，CHEN Song1
（1.School of Resources and Environments，Anqing Normal University，Anqing,Anhui246133，China;
2.Key Laboratory ofModern Agricultural Equipmentand Technology，Ministry of Education，Institute of Agricultural Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China;）

The experiment is conducted to examine the effectsof six bicarbonate treatments on chlorophyll fluorescence in two plants（Orychophragmus.violaceus and Brassica.napus）.The results show that themaximum photochemical efficiency of PS II（Fv/Fm）,the potential activity of PSⅡ（Fv/Fo）,the capture excitation energy efficiency of PSII（Fm/Fo）and the apparent electron transport rate of PS II（ETR）of two plants increase with the prolong of treatment time under low concentrations of bicarbonate concentration（1，5mM/L）compared to the control treatment（CK）,and four chlorophyll fluorescence parameters of the two plants decrease under high concentration of bicarbonate concentration（20，40mM/L），and four chlorophyll fluorescence parameters of Orychophragmus.violaceus increase,but less than the control treatment,while Brassica.napus decrease with increasing of treatment time under medium bicarbonate concentration.The results suggest that the increase of bicarbonate concentration could more inhibit PSⅡreaction of Brassica.napus,Orychophragmus.violaceus’s adaptability to stress environment of bicarbonate is stronger than Brassica.napus,which provides a theoretical basis for the selection of the plants adaptability to karst.

Orychophragmus.violaceus；bicarbonate；chlorophyll content；chlorophyll fluorescence

Q945.79

A

1007-4260(2016)04-0085-04

時(shí)間：2017-1-3 17:19

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20170103.1719.022.html

2016-05-17

國(guó)家自然科學(xué)基金（31301243），安徽省科技廳公益性技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目(1501ld04050)，安慶師范學(xué)院人才引進(jìn)項(xiàng)目（140001000032）和安慶師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培育項(xiàng)目（CXZ15026）。

趙寬，男，安徽池州人，博士，安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院講師，研究方向?yàn)橹参?土壤系統(tǒng)生理生化。

E-mail:henry3408@126.com

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.04.022