增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ功能的影響

許 楠,張會慧,谷思玉,李 鑫,朱玉偉,楊 艷,劉 昆,張秀麗

(1.東北林業(yè)大學生命科學學院 黑龍江 哈爾濱 150040; 2.黑龍江省科學院自然與生態(tài)研究所 黑龍江 哈爾濱 150040;3.東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 黑龍江 哈爾濱 150030)

增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ功能的影響

許 楠1,2,張會慧3,谷思玉3,李 鑫3,朱玉偉3,楊 艷3,劉 昆3,張秀麗1

(1.東北林業(yè)大學生命科學學院 黑龍江 哈爾濱 150040; 2.黑龍江省科學院自然與生態(tài)研究所 黑龍江 哈爾濱 150040;3.東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 黑龍江 哈爾濱 150030)

以桑樹(Morusalba)為試驗材料，在室內(nèi)以溶液培養(yǎng)的方法研究了增施NO3--N(7.5 mmol·L-1增加到17.5 mmol·L-1)對Na2CO3脅迫(50 mmol·L-1)下桑樹幼苗葉片PSⅡ功能的影響。結(jié)果表明，50 mmol·L-1的Na2CO3脅迫下桑樹植株表現(xiàn)出明顯的鹽害癥狀，葉片的PSⅡ反應中心光化學活性明顯降低，PSⅡ電子供體側(cè)和受體側(cè)均受到不同程度的影響。增施NO3--N顯著提高了Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的光合電子供應和傳遞能力，表現(xiàn)為PSⅡ電子供體側(cè)放氧復合體OEC的功能增強，PSⅡ電子受體側(cè)受體庫接受電子能力增加。另外，增施NO3--N還可以相對提高桑樹幼苗葉片類囊體膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，促進Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片光能向光化學反應方向的分配，降低以無效熱能形式耗散的比例?？梢?，增施NO3--N可顯著增強Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ的功能，這為其光合作用的正常進行提供了保證。

桑樹；硝態(tài)氮；Na2CO3脅迫；PSⅡ反應中心；熒光動力學曲線；電子傳遞；非光化學猝滅

氮是植物體內(nèi)最為重要的大量元素之一[1],植物對氮素的吸收主要為根系對硝態(tài)氮(NO3--N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)和有機態(tài)氮的吸收為主，少量伴隨氨基酸形式氮的吸收[2-3],相同植物對氮的偏好也不相同，喜銨植物在單一NO3--N供應下生長會受到抑制，同樣，喜硝植物在單一供應NH4+-N時還會發(fā)生銨鹽毒害現(xiàn)象[4-5]。

鹽堿脅迫是限制植物生長的重要因子之一，全世界約有20%的耕地面積受到不同程度鹽堿化的影響[6-7]，預計到2050年面積將會達到50%[8]。特別是以Na2CO3為主的堿性鹽，是危害我國松嫩平原鹽堿地最主要的鹽類，并且Na2CO3脅迫對植物的影響也明顯大于中性鹽NaCl[9-10]。合理施用氮肥不但可以促進植物的生長[11]，提高植物的光合碳代謝能力和蛋白質(zhì)合成能力[12]，還對增強植物的抗逆能力方面也發(fā)揮重要作用[13-16]，例如增施氮肥提高芥菜(Indianmustard)[14]、大麥(Hordeumvulgare)[15]和油菜(Brassicacampestris)[16]等植物的抗逆能力方面已經(jīng)得到了證實。

桑樹(Morusalba)是我國栽培最早而且用途最廣的栽培植物，依據(jù)桑樹的用途可分為蠶桑、食用桑、果桑、飼料桑和綠化桑等。桑樹葉片的營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量與苜蓿(Medicagosativa)相仿， 比禾本科牧草高80%～100%，桑樹(Morusalba)在NO3--N供應下的生長和光合能力明顯優(yōu)于NH4+-N供應下，為典型的喜硝植物[17]，并且增施NO3--N可以提高Na2CO3脅迫下桑樹幼苗的生長，提高其光合氮同化能力[18]，但是對其提高光合能力的作用機理方面的研究尚不深入。為此，本研究利用葉綠素熒光技術以及快相葉綠素熒光動力學(OJIP曲線)方法研究增施NO3--N對Na2CO3脅迫桑樹幼苗葉片PSⅡ功能的影響，為揭示NO3--N提高桑樹幼苗葉片光合中心對Na2CO3脅迫耐受能力的機理提供一些基礎數(shù)據(jù)，為合理指導鹽堿脆弱生態(tài)地植被恢復中氮素的合理運籌提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理方法

試驗于2012年在東北林業(yè)大學植物生理學實驗室進行。試驗材料為1年齡青龍桑實生苗。幼苗水培于1/2Hoagland完全營養(yǎng)液不透光水培箱中，電動氣泵通氣，營養(yǎng)液每隔3 d更換一次。水培養(yǎng)箱規(guī)格：直徑25 cm，高30 cm，體積為10 L。幼苗于溫度約為25 ℃的室內(nèi)，在光照強度為400 μmol·(m2·s)-1、光周期12/12 h(光/暗)人工LED白光燈架下培養(yǎng)。待幼苗長至約8片葉時，進行試驗處理。

將長勢相對一致的18株幼苗平均分為3組，即每個處理6株重復。第一組：Na2CO3脅迫處理，在1/2Hoagland營養(yǎng)液中加入Na2CO3使其濃度達50 mmol·L-1；第二組：增施NO3--N處理(Na2CO3脅迫+施氮)，即在含有50 mmol·L-1Na2CO3的1/2Hoagland營養(yǎng)液中再加入Ca(NO3)2，使其NO3--N濃度達17.5 mmol·L-1(1/2Hoagland營養(yǎng)液中的NO3--N濃度為7.5 mmol·L-1)；第三組：以1/2Hoagland營養(yǎng)液水培為對照(CK)。為消除增施NO3--N處理中引入Ca2+的影響，分別將CK和Na2CO3脅迫處理中加入適量CaCl2使其Ca2+濃度與Na2CO3脅迫+施氮處理一致。處理20 d后待不同處理之間表型差異明顯后進行各指標的測定。

1.2 測定參數(shù)和方法

快相葉綠素熒光動力學曲線的測定：選擇不同處理下桑樹幼苗頂端第2片完全展開葉片，利用Mini調(diào)制式掌上葉綠素熒光儀(FluorPen FP 100 max，捷克)測定經(jīng)過0.5 h暗適應后葉片的OJIP曲線，5次重復。其中OJIP曲線上O、J、I和P點的相對熒光強度(Fo、FJ、FI和Fm)對應的時間分別為0、2、30和1 000 ms，L和K點相對熒光強度(FL和FK)分別表示0.15和0.3 ms對應的時刻。為分析J、I、L和K點相對可變熒光(VJ、VI、VL和VK)的變化，分別將O-P、O-J和O-K曲線標準化，方法參照胡舉偉等[19]。按照Strasser等[20]的方法對OJIP曲線進行JIP-test分析，得到PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在光化學活性(Fv/Fo)、以吸收光能為基礎的光合性能指數(shù)(PIABS)、熒光上升的初始斜率(Mo)、QA完全被還原所需要的能量(Sm)、熒光曲線與Fm所圍面積(Area)、2 ms時有活性反應中心的開放程度(Ψo)、吸收光能用于QA-以后的電子傳遞的能量比例(φEo)和非光化學猝滅的最大量子產(chǎn)額(φDo)等葉綠素熒光參數(shù)。將CK的各葉綠素熒光參數(shù)定義為1，利用其它處理與CK的比值繪制葉綠素熒光參數(shù)變化的雷達圖。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

運用Excel和DPS軟件對測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗的表型特征

50 mmol·L-1的NaCO3脅迫抑制了桑樹幼苗的地上部生長，植株高度、冠幅明顯小于CK，并且葉片面積也較CK明顯降低，特別是下部葉片的鹽害癥狀更為明顯，甚至出現(xiàn)了鹽斑，葉片邊緣有卷曲現(xiàn)象(圖1)。但是，增施硝態(tài)氮處理明顯緩解了桑樹幼苗的鹽害癥狀，與NaCO3脅迫相比，植株的冠幅、葉面積均明顯增加，葉片面積增大。

圖1 增施硝態(tài)氮肥對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗表型特征的影響Fig. 1 Effect of NO3--N application on phenotypic characteristics of Morus alba seedlings under Na2CO3 stress

2.2 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片OJIP曲線形態(tài)的影響

Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片OJIP曲線上O-J點的相對熒光強度與CK相比均明顯上升，但到I點(30 ms)時基本與CK無明顯差異，當超過I點時，CK桑樹葉片上相對熒光強度上升幅度明顯大于Na2CO3脅迫處理。Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的OJIP曲線形態(tài)與Na2CO3脅迫基本相似，其中O、I和P點均無明顯差異，但J點的相對熒光強度卻較Na2CO3脅迫明顯降低。

2.3 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-P曲線的影響

將不同處理下桑樹幼苗葉片的OJIP曲線標準化后可以看出(圖3)，分別將O點和P點的相對可變熒光定義為0和1后，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片VJ和VI較CK均明顯增加，并且VJ的增加幅度明顯大于VI。增施硝態(tài)氮處理后明顯降低了Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片VJ和VI的增加幅度。將不同處理下桑樹幼苗葉片的標準化O-P曲線與CK做差值可以看出(圖3)，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片VJ較CK增加了約0.17，而Na2CO3脅迫+施氮處理僅較CK增加了僅0.1左右。不同處理下VI之間變化幅度較小，Na2CO3脅迫下較CK有小幅增加，但Na2CO3脅迫+施氮處理下VI卻與CK無明顯差異。

圖2 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹 幼苗葉片OJIP曲線形態(tài)的影響Fig. 2 Effect of NO3--N application on the OJIP curve in leaves of Morus alba seedlings under Na2CO3 stress

2.4 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-J曲線的影響

Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-J曲線上VK明顯增加(圖4)，但是增施硝態(tài)氮處理卻明顯緩解了Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片VK的上升，并且Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的O-J曲線基本與CK重合。另外，Na2CO3脅迫處理和Na2CO3脅迫+施氮處理O-J曲線分別與CK做差值也可以看出(圖4)，Na2CO3脅迫處理下以VK變化幅度最大，但Na2CO3脅迫+施氮處理卻沒有發(fā)生明顯變化。

2.5 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-K曲線的影響

不同處理下桑樹幼苗葉片標準化O-K曲線約在0.15 ms時的差異程度最大(圖5)，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-K曲線上Vt明顯增加，但Na2CO3脅迫+施氮處理O-K曲線與CK之間的差異程度明顯小于Na2CO3脅迫處理。不同處理與CK之間做差值也可以看出(圖5)，Na2CO3脅迫處理桑樹幼苗葉片的VL與CK相比增加了0.08左右，但Na2CO3脅迫+施氮處理卻僅增加了約0.02。

2.6 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化葉綠素熒光參數(shù)的影響

Na2CO3脅迫處理明顯改變了桑樹幼苗葉片的葉綠素熒光參數(shù)(圖6)，但是增施硝態(tài)氮處理卻明顯緩解了Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)的變化幅度。其中，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的Fo和FJ較CK分別增加了12.2%和9.3%，而Na2CO3脅迫+施氮處理卻沒有發(fā)生明顯變化，Na2CO3脅迫和Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的FI和Fm均較CK明顯降低，但Na2CO3脅迫和Na2CO3脅迫+施氮處理之間無明顯差異。Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的VL、VK、VJ和VI較Na2CO3脅迫也分別降低了5.8%、45.9%、12.1%和2.4%，其中以VK和VJ的變化幅度較大。雖然不同處理之間桑樹幼苗葉片的Fv/Fm降低幅度較小，但Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的Fv/Fo和PIABS卻較CK分別降低了31.1%和76.8%，而Na2CO3脅迫+施氮處理僅降低了16.2%和46.9%。另外，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的Area、Sm、Ψo和φEo均明顯降低，而φDo則明顯增加，而Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的Area、Sm、Ψo和φEo分別高于Na2CO3脅迫處理8.6%、6.6%、7.9%和11.1%，φDo卻降低了18.5%。

圖3 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-P曲線的影響Fig. 3 Effect of NO3--N application on VO-P in leaves of Morus alba seedlings under Na2CO3 stress

圖4 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-J曲線的影響Fig. 4 Effect of NO3--N application on VO-J in leaves of Morus alba seedlings under Na2CO3 stresss

圖5 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片標準化O-K曲線的影響Fig. 5 Effect of NO3--N application on VO-K in leaves of Morus alba seedlings under Na2CO3 stress

圖6 增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片 葉綠素熒光參數(shù)的雷達變化圖Fig. 6 Radar plot of fluorescence data in leaves ofMorus alba seedlings under Na2CO3 stress applied NO3--N

3 討論

有研究表明，增施NO3--N可以明顯緩解玉米(Zeamays)和小麥(Triticumaestivum)的鹽害癥狀[21]，本研究得到了相似的結(jié)論，在增施NO3--N下桑樹植株的鹽害癥狀明顯減輕，植株的株高、冠幅和葉片面積較Na2CO3脅迫下明顯增加。鹽堿脅迫下植物光合能力的降低被認為是導致其生長受到抑制的主要原因之一，大量研究表明，鹽脅迫下植物會通過氣孔和非氣孔因素的限制影響植物光合作用的正常進行[22]，在非氣孔因素中，PSⅡ反應中心活性的限制被認為是最敏感的過程之一[23-24]。葉綠素熒光動力學曲線在定性和定量反映PSⅡ原初光化學反應信息方面發(fā)揮著重要作用[25]。本研究中，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的初始熒光Fo稍有增加，而最大熒光Fm則明顯降低，導致其Fv/Fm和Fv/Fo降低，特別是反映PSⅡ反應中心對光能的捕獲和光合電子傳遞能力的葉綠素熒光參數(shù)PIABS降低幅度更是高達76.8%，說明Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ反應中心活性明顯降低，光能吸收和利用能力受到限制。增施NO3--N可以明顯緩解Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ反應中心的光抑制程度，與Na2CO3脅迫處理相比，Na2CO3脅迫+施氮處理下桑樹幼苗葉片的Fv/Fm、Fv/Fo和PIABS均有不同程度的增加，特別是PIABS的增加更為明顯，這同樣也說明PIABS的變化對環(huán)境脅迫的響應更為敏感。

為了進一步分析增施NO3--N緩解Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ反應中心傷害程度的原因，分別將OJIP曲線按O-P、O-J和O-K進行標準化，以特異分析J、I、K和L點相對可變熒光VJ、VI、VK和VL的變化。JIP-test分析中，VJ的增加是QA向QB傳遞受阻的標志[26]，I點的出現(xiàn)主要體現(xiàn)在QA-向QB傳遞過程中[27]，VK的增加與放氧復合體OEC損傷和QA之前受體側(cè)受到抑制有關，而VL的增加則是類囊體膜解離的重要標志[28]。本研究中，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片VL、VK和VJ分別較CK明顯增加，僅以VI的變化幅度相對較小，說明Na2CO3脅迫不但抑制了桑樹幼苗葉片PSⅡ供體側(cè)OEC的正常水裂解功能和電子由去鎂葉綠素Pheo向QA的傳遞，并且導致了PSⅡ受體側(cè)電子傳遞能力的降低，表現(xiàn)為電子由QA向QB傳遞受阻，但電子在QA-向QB傳遞過程中卻沒有發(fā)生明顯變化，表明Na2CO3脅迫導致桑樹幼苗葉片電子傳遞受阻主要體現(xiàn)在QA被還原過程之前。另外，Na2CO3脅迫還導致桑樹幼苗葉片類囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這可能是由于電子傳遞受阻使電子傳遞鏈上電子泄露，攻擊細胞中游離的氧分子產(chǎn)生超氧陰離子，或水的不完全裂解產(chǎn)生過氧化氫等活性氧[29]，活性氧的增加會使類囊體膜脂發(fā)生過氧化[30]。增施硝態(tài)氮均明顯降低了Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片各點的相對可變熒光，說明增施硝態(tài)氮可以促進Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的光合電子傳遞能力，特別是Na2CO3脅迫下增施NO3--N處理下桑樹幼苗葉片VK基本接近CK水平，說明增施NO3--N對放氧復合體OEC的保護作用較強。

Sm反映了使QA完全被還原所需要的能量，Sm和Area均是反映PSⅡ受體庫容量的重要指標[31]。Mo為QA被還原的最大速率，而Ψo反映照光2 ms時有活性的反應中心的開放程度，受PSⅡ供體側(cè)的電子供應能力和受體側(cè)接收電子的能力制約[32]。本研究中，Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片的Sm、Area和Ψo均較CK明顯降低，即PSⅡ受體庫容量、PSⅡ受體接受電子能力及吸收光能用于QA-以后的電子傳遞的能量比例(φEo)均降低，而非光化學猝滅的最大量子產(chǎn)額(φDo)和光能用于還原QA的能量均增加，導致QA的還原加速，表現(xiàn)為Mo增加。可見，增施NO3--N可以增強PSⅡ反應中心受體側(cè)的性能，優(yōu)化光能的分配參數(shù)，在提高PSⅡ反應中心對Na2CO3脅迫的耐受性方面發(fā)揮著重要的作用。

4 結(jié)論

50 mmol·L-1的Na2CO3脅迫下桑樹葉片的PSⅡ反應中心光化學活性明顯降低，并且PSⅡ電子供體側(cè)和受體側(cè)均受到不同程度的影響。但是增施NO3--N使Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ電子供體側(cè)放氧復合體OEC的功能增強，PSⅡ電子受體側(cè)受體庫接受電子能力增加，類囊體膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加，明顯緩解了Na2CO3脅迫對桑樹幼苗葉片PSⅡ反應中心的傷害程度。

References:

[1] 米國華,陳范駿,春亮,郭亞芬,田秋英,張福鎖.玉米氮高效品種的生物學特征.植物營養(yǎng)與肥料學報,2007,13(1):155-159. Mi G H,Chen F J,Chun L,Guo Y F,Tian Q Y,Zhang F S.Biological characteristics of nitrogen efficient maize genotypes.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2007,13(1):155-159.(in Chinese)

[2] Kuelland K.Amino acid absorption by arctic plants:Implications for plant nutrition and nitrogen cycling.Ecology,1994,75:2373-2383.

[3] Chapin F S,Autumn K,Pugnaire F.Evolution of suites of traits in response to environmental stress.The American Naturalist,1993,142:78-92.

[4] 陳永亮,劉明河,李修嶺.不同形態(tài)氮素配比對紅松幼苗光合特性的影響.南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2005,29(3):77-80. Chen Y L,Liu M H,Li X L.Effects of different nitrogen forms and ratios on the photosynthetic characteristics ofPinuskoraiensisseedlings.Journal of Nanjing Forestry University:Natural Sciences Edition,2005,29(3):77-80.(in Chinese)

[5] 鄒娜,李保海,強曉敏,施衛(wèi)明.高銨脅迫對擬南芥根系向重性的影響及機制初探.土壤,2013,45(1):166-171. Zou N,Li B H,Qiang X M,Shi W M.Effect and mechanism of high ammonium on root gravitropic response inArabidopsis.Soils,2013,45(1):166-171.(in Chinese)

[6] Bhatnagar-Mathur P,Vadez V,Sharma K K.Transgenic approaches for abiotic stress tolerance in plants:Retrospect and prospects.Plant Cell Reports,2008,27:411-424.

[7] Zhu J K,Plant salt tolerance.Trends in Plant Science,2001,6(2):66-71.

[8] Jan A,Osman M B,Amanullah.Response of chickpea to nitrogen sources under salinity stress.Journal of Plant Nutrition,2013,36:1373-1382.

[9] 張會慧,張秀麗,朱文旭,許楠,李鑫,岳冰冰,王良再,孫廣玉.桑樹葉片光系統(tǒng)Ⅱ?qū)aCl和Na2CO3脅迫的響應.北京林業(yè)大學學報,2011,33(6):121-126. Zhang H H,Zhang X L,Zhu W X,Xu N,Li X,Yue B B,Wang L Z,Sun G Y.Responses of photosystem Ⅱ in leaves of mulberry to NaCl and Na2CO3stress.Journal of Beijing Forest University,2011,33(6):121-126.(in Chinese)

[10] 張會慧,張秀麗,李鑫,丁俊男,朱文旭,齊飛,張婷,田野,孫廣玉.NaCl和Na2CO3脅迫對桑樹幼苗生長和光合特性的影響.應用生態(tài)學報,2012,23(3):625-631. Zhang H H,Zhang X L,Li X,Ding J N,Zhu W X,Qi F,Zhang T,Tian Y,Sun G Y.Effects of NaCl and Na2CO3stresses on the growth and photosynthesis characteristics ofMorusalbaseedlings.Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(3):625-631.(in Chinese)

[11] 孔清華,李光永,王永紅,霍宏旭.地下滴灌施氮及灌水周期對青椒根系分布及產(chǎn)量的影響.農(nóng)業(yè)工程學報,2009,25(13):38-42. Kong Q H,Li G Y,Wang Y H,Huo H X.Effects of nitrogen application and irrigation cycle on bell pepper root distribution and yield under subsurface drip irrigation.Transactions of the CSAE,2009,25(13):38-42.(in Chinese)

[12] 王祥宇,魏珊珊,董樹亭,劉鵬,張吉旺,趙斌.氮素對灌漿期夏玉米葉片蛋白質(zhì)表達的調(diào)控.中國農(nóng)業(yè)科學,2015,48(9):1727-1736. Wang X Y,Wei S S,Dong S T,Liu P,Zhang J W,Zhao B.Regulation of nitrogen on protein expression of summer maize (ZeamaysL.) leaves at filling stage.Scientia Agricultura Sinica,2015,48(9):1727-1736.(in Chinese)

[13] Pompeiano A,Giannini V,Gaetani M,Vita F,Guglielminetti L,Bonari E,Volterrani M.Response of warm-season grasses to N fertilization and salinity. Scientia Horticulturae,2014,177:92-98.

[14] Nathawat N S,Kuhad M S,Goswami C L,Patel A L,Kumar R.Interactive effect of N source on salinity on growth indices and ion content of Indian mustard.Journal of Plant Nutrition,2007,30:569-598.

[15] Ali A,Tucker T C,Thompson T L, Salim M.Effects of salinity and mixed ammonium and nitrate nutrition on the growth and nitrogen utilization of barley.Journal of Agronomy and Crop Science,2001,186:223-228.

[16] 楊瑛,馬梅,鄭青松,劉兆普,郭世偉.不同供氮形態(tài)下油菜幼苗對鹽脅迫的響應.植物營養(yǎng)與肥料學報,2012,18(5):1220-1227. Yang Y,Ma M,Zheng Q S,Liu Z P,Guo S W.Response of canola seedlings to salt stress under different nitrogen forms.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2012,18(5):1220-1227.(in Chinese)

[17] 許楠,張會慧,朱文旭,李鑫，岳冰冰，金微微，王良再，孫廣玉.氮素形態(tài)對飼料桑樹幼苗生長和光合特性的影響.草業(yè)科學,2012,29(10):1568-1572. Xu N,Zhang H H,Zhu W X,Li X,Yue B B,Jin W W,Wang L Z,Sun G Y.Effects of nitrogen from on seedling growth and its photosynthetic characteristics of forage mulberry.Pratacultural Science,2012,29(10):1568-1572.(in Chinese)

[18] 逄好勝,張會慧,敖紅,田野,孫廣玉.硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗生長和光合特性的影響.草業(yè)科學,2014,31(8):1515-1522. Pang H S,Zhang H H,Ao H,Tian Y,Sun G Y.Effects of NO3-N on growth and photosynthetic characteristics of mulberryseedlings under Na2CO3stress.Pratacultural Science,2014,31(8):1515-1522.(in Chinese)

[19] 胡舉偉,張會慧,張秀麗,逄好勝,孫廣玉.高丹草葉片PSⅡ光化學活性的抗旱優(yōu)勢.草業(yè)科學,2015,32(3):392-399. Hu J W,Zhang H H,Zhang X L,Pang H S,Sun G Y.The heterosis of photosystem Ⅱfunctions inSorghumbicolor×S.sudanenseseedlings under drought stress.Pratacultural Science,2015,32(3):392-399.(in Chinese)

[20] Strasser R J,Srivastava A,Govindjee.Polyphasic chlorophyll a fluorescence transient in plants and cyanobacteria.Photochemistry and Photobiology,1995,61(1):32-42.

[21] Lewis O A M,Leidi E O,Lips S H.Effect of nitrogen source on growth response to salinity stress in maize and wheat.New Phytologist,1989,111(2):155-160.

[22] 張會慧,張秀麗,胡彥波,許楠,李鑫,孫廣玉.中堿鈉鹽脅迫對桑樹幼苗生長及光合特性的影響.南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2013,37(1):217-222. Zhang H H,Zhang X L,Hu Y B,Xu N,Li X,Sun G Y.Effects of NaCl and Na2CO3stresses on growth and photosynthetic characteristics characteristics of mulberry seedlings.Journal of Nanjing Forestry University:Natural Science Edition,2013,37(1):217-222.(in Chinese)

[23] 張會慧,張秀麗,王娟,田野,李鑫,胡舉偉,孫廣玉.利用快相葉綠素熒光參數(shù)綜合評價3種丁香的耐鹽性.南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2013,37(5):13-19. Zhang H H,Zhang X L,Wang J,Tian Y,Li X,Hu J W,Sun G Y.A comprehensive evaluation of salt resistance in three clove varieties by the fast fluorescence transient parameters. Journal of Nanjing Forestry University:Natural Sciences Edition,2013,37(5):13-19.(in Chinese)

[24] 張會慧,張秀麗,許楠,李鑫,孫廣玉.鹽脅迫下桑樹葉片D1蛋白周轉(zhuǎn)和葉黃素循環(huán)對PSⅡ的影響.林業(yè)科學,2013,49(1):99-106. Zhang H H,Zhang X L,Xu N,Li X,Sun G Y.Role of D1 protein turnover and xanthophylls cycle in protecting of photosystem Ⅱ functions in leaves ofMorusalbaunder NaCl stress.Scientia Silvae Sinicae,2013,49(1):99-106.(in Chinese)

[25] Li P M,Cheng L L,Gao H Y,Jiang C D,Peng T.Heterogeneous behavior of PSⅡ in soybean (Glycinemax) leaves with identical PSⅡ photochemistry efficiency under different high temperature treatments.Journal of Plant Physiology,2009,166:1607-1615.

[26] 張子山,李耕,高輝遠,劉鵬,楊程,孟祥龍,孟慶偉.玉米持綠與早衰品種葉片衰老過程中光化學活性的變化.作物學報,2013,39(1):93-100. Zhang Z S,Li G,Gao H Y,Liu P,Yang C,Meng X L,Meng Q W.Changes of photochemistry activity during senescence of leaves in stay green and quick-leaf-senescence inbred lines of maize.Acta Agronomica Sinica,2013,39(1):93-100.(in Chinese)

[27] 李鵬民,高輝遠,Strasser R J.快速葉綠素熒光誘導動力學分析在光合作用研究中的應用.植物生理與分子生物學學報,2005,31(6):559-566. Li P M,Gao H Y,Strasser R J.Application of the fast chlorophyll fluorescence induction dynamics analysis in photosynthesis study.Journal of Plant Physiology and Molecular Biology,2005,31(6):559-566.(in Chinese)

[28] Strasser B J.Donor side capacity of photosystem Ⅱ probed by chlorophyll a fluorescence transients. Photosynthesis Research,1997,52(2):147-155.

[29] 張會慧,田褀,劉關君,胡彥波,吳翔宇,田野,李鑫,孫廣玉.轉(zhuǎn)2-CysPrx基因煙草抗氧化酶和PSⅡ電子傳遞對鹽和光脅迫響應.作物學報,2013,39(11):2023-2029. Zhang H H,Tian Q,Liu G J,Hu Y B,Wu X Y,Tian Y,Li X,Sun G Y.Responses of antioxidant enzyme and PSⅡ electron transport in leaf of transgenic tobacco carrying 2-cysprxto salt and light stresses.Acta Agronomica Sinica,2013,39(11):2023-2029.(in Chinese)

[30] Reddy A R,Chaitanya K V,Vivekanandan M.Drought induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants.Journal of Plant Physiology,2004,161(11):1189-1202.

[31] 馬飛,徐婷婷,陳立同,張曉瑋，趙發(fā)明.低溫脅迫下二倍體雜交種高山松光系統(tǒng)Ⅱ功能穩(wěn)定性研究.西北植物學報,2011,31(6):1174-1179. Ma F,Xu T T,Chen L T,Zhang X W,Zhao F M.Functional stability of photosystemⅡ in the diploid hybrid species(Pinusdensata)under low temperature stress.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2011,31(6):1174-1179.(in Chinese)

[32] 李耕,高輝遠,趙斌,董樹亭,張吉旺,楊吉順,王敬鋒,劉鵬.灌漿期干旱脅迫對玉米葉片關系統(tǒng)活性的影響.作物學報,2009,35(10):1916-1922. Li G,Gao H Y,Zhao B,Dong S T,Zhang J W,Yang J S,Wang J F,Liu P.Effects of drought stress on activity of photosystems in leaves of maize at grain filling stage.Acta Agronomica Sinica,2009,35(10):1916-1922.(in Chinese)

(責任編輯 張瑾)

Effects of increased NO3--N application on PSⅡ function in leaves ofMorusalbaseedlings under Na2CO3stress

Xu Nan1,2, Zhang Hui-hui3, Gu Si-yu3, Li Xin3,Zhu Yu-wei3, Yang Yan3, Liu Kun3, Zhang Xiu-li1

(1.College of Life Science, Northeast Forest University, Harbin 150040;2.Natural Resources and Ecology Institute, Heilongjiang Sciences Academy, Harbin 150040;3.College of resources and environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030)

In this study, we analysed the effects of increased nitrate (NO3--N) (from 7.5 mmol·L-1to 17.5 mmol·L-1) on the growth and photosynthetic characteristics of mulberry seedlings, which were subjected to alkaline salt (50 mmol·L-1Na2CO3) stress using hydroponic methods. The results showed that plants displayed obvious symptoms of injury when subjected to 50 mmol·L-1Na2CO3stress. Furthermore, compared with the control, the photochemical reaction centre activity of PSⅡ in stressed seedlings was significantly decreased, and electron transport was affected to different degrees on both the donor side and receptor side of PS Ⅱ. Under Na2CO3stress, increasing NO3--N promoted photosynthetic electron supply and transmission capacity, enhanced the function of the oxygen complex in the electron donor of PS Ⅱ, and increased the acceptor electron capacity of the receptor library. In addition, increasing NO3--N also improved the stability of leaf thylakoid membrane structure, promoted the distribution of more light energy to the photochemical reaction centre, and decreased the proportion of energy in the form waste heat dissipation. In conclusion, increasing NO3--N enhanced the function of PS Ⅱ under 50 mmol·L-1Na2CO3stress, which ensured the normal operation of photosynthesis.

mulberry; NO3--N; Na2CO3stress; PS Ⅱ；OJIP; electron transport; non-photochemical quenching

Zhang Hui-hui E-mail:xtwfwf@126.com Zhang Xiu-li E-mail:xlz619@yeal.net

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0249

2016-05-10 接受日期：2016-07-05

國家自然科學基金(31500323)

許楠(1982-)，男，黑龍江哈爾濱人，助理研究員，博士，主要從事植物生理生態(tài)學研究。E-mail:xunan0451@126.com

張會慧(1986-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，博士，主要從事土壤學和植物營養(yǎng)生理學研究。E-mail:xtwfwf@126.com 張秀麗(1980-)，女，吉林舒蘭人,講師，博士，主要研究方向為植物生理的分子生物學研究。E-mail:xlz619@yeah.net

S888.2;Q945.78

A

1001-0629(2017)1-0067-08*

許楠,張會慧,谷思玉,李鑫,朱玉偉,楊艷,劉昆,張秀麗.增施硝態(tài)氮對Na2CO3脅迫下桑樹幼苗葉片PSⅡ功能的影響.草業(yè)科學,2017,34(1)：67-74.

Xu N,Zhang H H,Gu S Y,Li X,Zhu Y W,Yang Y,Liu K,Zhang X L.Effects of increased NO3--N application on PSⅡ function in leaves ofMorusalbaseedlings under Na2CO3stress.Pratacultural Science，2017,34(1)：67-74.