NaCl脅迫對韃靼忍冬光合色素及光合生理特性的影響

胡愛雙 ，孫 宇 ，王文成 ，張小棟 ，楊雅華 ，鄭振宇

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北 唐山 063200；2.河北省鹽堿地綠化工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063200；3.唐山市植物耐鹽研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063299）

鹽堿土是指土壤含鹽量過高（超過0.3%），導(dǎo)致農(nóng)作物低產(chǎn)或不能生長的土壤[1，2]。濱海地區(qū)的鹽堿土由于受海水影響，含鹽量高且肥力低，土壤和地下水鹽分離子組成中Na+-Cl-占90%以上[3]。高含量的NaCl抑制了多數(shù)植物的生長，嚴(yán)重影響了區(qū)域的農(nóng)林業(yè)發(fā)展和生態(tài)景觀構(gòu)建。實(shí)踐證明，篩選和種植耐鹽綠化植物不僅可以促進(jìn)鹽堿區(qū)的景觀建設(shè)，還可以改善鹽堿地的生態(tài)環(huán)境。韃靼忍冬（Lonicera tatarica‘Lutea’）為忍冬科忍冬屬植物，是集觀花和賞果于一體的優(yōu)良灌木樹種[4，5]，且其具有較強(qiáng)的耐瘠薄性和一定的耐鹽堿性，因此，成為濱海城市理想的景觀樹種。前人對韃靼忍冬的研究主要集中在栽培管理和生物學(xué)特性方面[6，7]，而對其耐鹽性的研究卻鮮有報(bào)道。光合作用是植物重要的生理活動(dòng)，在一定程度上決定著植物的生物量和品質(zhì)。以韃靼忍冬幼苗為試材，研究不同濃度NaCl脅迫對其生長、光合色素及光合生理指標(biāo)的影響，探索韃靼忍冬對NaCl脅迫的適應(yīng)機(jī)理，旨為韃靼忍冬在濱海地區(qū)的推廣栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為1 a生的韃靼忍冬實(shí)生苗，種子采自河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所實(shí)驗(yàn)基地的韃靼忍冬母株。NaCl試劑（分析純），購自天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2016年6月下旬將韃靼忍冬實(shí)生苗定植于裝有沙土的塑料花盆中，4株/盆，置于遮陽棚內(nèi)，每天澆灌Hoagland營養(yǎng)液并進(jìn)行日常的養(yǎng)護(hù)管理。10 d后，選擇生長健壯且長勢相對一致的幼苗（試驗(yàn)前測量基礎(chǔ)株高） 進(jìn)行鹽脅迫試驗(yàn)。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以Hoagland營養(yǎng)液為基礎(chǔ)液配制NaCl濃度 0.0（CK）、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%計(jì)6個(gè)水平，每水平處理4株，3次重復(fù)。為避免幼苗對鹽脅迫產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，采用逐級增加鹽度（每天增加0.1%）的方法使各處理的NaCl濃度達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。即∶第1天，除CK外，其余處理均澆灌0.1%的NaCl溶液1 L（過量灌溉）；第2天，除CK外，其余處理均澆灌0.2%的NaCl溶液1 L；第3天，除CK和0.2%濃度處理（澆0.2%的NaCl溶液） 外，其余處理均澆0.3%的NaCl溶液1 L；依次類推，直至各處理鹽度均達(dá)到所設(shè)定的NaCl濃度為止。將各處理達(dá)到所設(shè)濃度后的時(shí)間定為處理的第1天，之后每天澆灌相應(yīng)濃度的NaCl溶液1 L。

1.2.2 測定項(xiàng)目與方法 脅迫處理30 d后，進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的測定。

1.2.2.1 植株生長量和成活率。統(tǒng)計(jì)植株成活率，測定株高和植株鮮重，并計(jì)算株高增長量（脅迫處理30 d的株高-基礎(chǔ)株高）。對株高增長量（Y） 與NaCl濃度（X）進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程，求解方程得到植株生長的NaCl濃度閾值（處理植株生長量是對照植株生長量50%時(shí)的鹽濃度）。對植株存活率（Y） 與NaCl濃度（X） 進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程，求解方程得到植株存活的NaCl濃度閾值（處理植株存活率是對照存活率50%時(shí)的鹽濃度）。

1.2.2.2 光合色素含量。將采集的葉片擦凈后去除主脈，準(zhǔn)確稱取0.1 g，剪碎后放入10 mL離心管中，然后加95%乙醇溶液10 mL，用植物組織研磨儀50 Hz破碎90 s，待殘?jiān)孔儼缀? 000 r/m離心10 min。取上清液，分別測定波長665、649、470 nm處的吸光值。根據(jù)公式，計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素的濃度∶

類胡蘿卜素濃度=（1 000A470-2.05Ca-114.8Cb）/245

式中，Ca為測定液的葉綠素a濃度（mg/L），Cb為測定液的葉綠素b濃度（mg/L），Ca+b為測定液的葉綠素a和葉綠素b的濃度之和（mg/L），A665為波長665 nm處的吸光值，A649為波長649 nm處的吸光值，A470為波長470 nm處的吸光值。

然后，再根據(jù)公式，計(jì)算樣品中的各光合色素含量∶

光合色素含量（mg/g）=（光合色素濃度×提取液體積×稀釋倍數(shù)）/樣品鮮重

1.2.2.3 光合生理指標(biāo)。選擇晴朗無風(fēng)天氣，10∶00～14∶00利用LI-6400便攜式光合儀測定植株中上部功能葉片的凈光合速率（Pn）、葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci）。每處理測定6片葉。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 利用SPSS 17.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行one-way ANOVA方差分析，并采用Duncan方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對韃靼忍冬生長量和存活率的影響

隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的株高增長量和植株鮮重均呈逐漸降低趨勢，其中，0.6%濃度處理的株高增長量不足CK的1/2（表1）。株高增長量（Y） 與 NaCl濃度 （X） 的回歸方程為 Y＝14.37e-1.44x（R2=0.985），求解方程得到韃靼忍冬生長的NaCl濃度閾值為0.53%。

NaCl濃度≤0.4%時(shí)，植株存活率均為100%，全部存活；隨著NaCl濃度的進(jìn)一步提高，植株存活率逐漸降低，當(dāng)NaCl濃度為1.0%時(shí)植株存活率＜50%。植株存活率（Y） 與NaCl濃度（X） 的回歸方程為Y＝0.998＋0.285X-0.866X2（R2=0.986），求解方程得到韃靼忍冬存活的NaCl濃度閾值為0.94%。

表1 NaCl脅迫對韃靼忍冬生長量和存活率的影響Table 1 Effects of NaCl stress on the growth and survival rate of L.tatarica

2.2 NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素含量的影響

葉綠素在光能的吸收與轉(zhuǎn)換中起重要作用[8]。隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的葉綠素a含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖1）。其中，0.2%濃度處理的指標(biāo)值最高，但與CK差異并不顯著；而其他濃度處理的葉綠素a含量均＜CK，且指標(biāo)值隨著NaCl濃度的升高而逐漸降低，其中，0.4%濃度處理的指標(biāo)值與CK差異不顯著，1.0%濃度處理的指標(biāo)值不足CK的50%。表明0.2%～0.4%的NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素a含量影響不大，其中，0.2%濃度處理時(shí)促進(jìn)了葉綠素a含量的增加。

圖1 NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素a含量的影響Fig.1 Effect of NaCl stress on the chlorophyll a content of L.tatarica

葉綠素b是一種重要的補(bǔ)光色素，其含量的多少直接影響植物光合能力的強(qiáng)弱。隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的葉綠素b含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖2）。其中，0.2%濃度處理的指標(biāo)值最高，但與CK差異并不顯著；而其他濃度處理的葉綠素b含量均＜CK，其中，0.4%濃度處理的指標(biāo)值與CK差異不顯著，而≥0.6%濃度處理的指標(biāo)值差異均不顯著但均與CK差異達(dá)到了顯著水平。表明0.2%～0.4%的NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素b含量影響不大，其中，0.2%濃度處理時(shí)促進(jìn)了葉綠素b含量的增加。

圖2 NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素b含量的影響Fig.2 Effect of NaCl stress on chlorophyll b content of L.tatarica

隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的葉綠素a+b含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖3）。其中，0.2%濃度處理的指標(biāo)值最高，且顯著＞CK；而其他濃度處理的葉綠素a+b含量均顯著＜CK，且指標(biāo)值隨著NaCl濃度的升高而逐漸降低。表明0.2%的NaCl脅迫可以明顯促進(jìn)韃靼忍冬葉綠素a+b含量的增加，但繼續(xù)提高NaCl濃度時(shí)會導(dǎo)致葉綠素a+b含量明顯降低。

圖3 NaCl脅迫對韃靼忍冬葉綠素a＋b含量的影響Fig.3 Effect of NaCl stress on chlorophyll a+b content of L.tatarica

隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的類胡蘿卜素含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖4）。其中，0.2%濃度處理的指標(biāo)值最高，但與CK差異并不顯著；而其他濃度處理的類胡蘿卜素含量均顯著＜CK，且指標(biāo)值隨著NaCl濃度的升高而逐漸降低。表明0.2%的NaCl脅迫對韃靼忍冬類胡蘿卜素含量影響不大，但繼續(xù)提高NaCl濃度時(shí)會導(dǎo)致葉片類胡蘿卜素含量明顯降低。

2.3 NaCl脅迫對韃靼忍冬光合生理特性的影響

圖4 NaCl脅迫對韃靼忍冬類胡蘿卜素含量的影響Fig.4 Effect of NaCl stress on carotenoid content of L.tatarica

圖5 NaCl脅迫對韃靼忍冬凈光合速率的影響Fig.5 Effect of NaCl stress on the net photosynthetic rate of L.tatarica

圖6 NaCl脅迫對韃靼忍冬氣孔導(dǎo)度的影響Fig.6 Effect of NaCl stress on the stomatal conductance of L.tatarica

圖7 NaCl脅迫對韃靼忍冬蒸騰速率的影響Fig.7 Effect of NaCl stress on the transpiration rate of L.tatarica

圖8 NaCl脅迫對韃靼忍冬胞間二氧化碳濃度的影響Fig.8 Effect of NaCl stress on the intercellular carbon dioxide concentration of L.tatarica

凈光合速率是衡量植物光合作用能力的重要指標(biāo)，其影響因素主要有氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間二氧化碳濃度，三者協(xié)同作用才能使光合作用順利進(jìn)行。隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的Pn、Gs和Tr均逐漸降低（圖5～7），Ci呈先升高后降低的變化趨勢（圖8）。其中，0.2%濃度處理的Pn和Gs均顯著＜CK，分別為CK的74.6%和78.9%；Tr與CK差異不顯著；Ci＞CK，但差異不顯著。0.4%濃度處理的4項(xiàng)光合生理特性指標(biāo)與0.2%濃度處理差異均不顯著。NaCl濃度在0.0～0.4%時(shí)，Ci維持在較高水平，3個(gè)濃度處理的差異均不顯著；隨著NaCl濃度的進(jìn)一步提高，Ci顯著降低。NaCl濃度升高到0.6%時(shí)，4項(xiàng)光合生理特性指標(biāo)的下降幅度均進(jìn)一步增大；當(dāng)NaCl濃度≥0.8%時(shí)，植株葉片萎縮嚴(yán)重，未能測量植株的光合生理特性指標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

植株的生長量和生物量是對鹽脅迫的綜合表現(xiàn)，也是最直觀的耐鹽性指標(biāo)。株高增長量和鮮重可以體現(xiàn)植物的生物量，一般耐鹽性強(qiáng)的植物，不同鹽度脅迫下植株的相對株高和鮮重變化較??；反之，變化較大[9，10]。本研究結(jié)果顯示，隨著鹽脅迫濃度的升高，韃靼忍冬的株高增長量和植株鮮重均逐漸降低，當(dāng)NaCl濃度為0.6%時(shí)株高增長量不足CK的1/2，當(dāng)NaCl濃度為1.0%時(shí)植株死亡率才超過50%?？梢钥闯觯^靼忍冬具有一定的耐鹽能力。

光合色素是植物光合作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量在一定程度上可以反映葉片的光合能力和植株的生長情況[11]。部分學(xué)者認(rèn)為，鹽脅迫會破壞植物的葉綠體結(jié)構(gòu)，使光合色素含量降低，導(dǎo)致植物光合能力下降[12，13]。同時(shí)也有一些學(xué)者認(rèn)為，低濃度的鹽脅迫可以促進(jìn)植物體內(nèi)光合色素含量的增加[14～16]。本研究結(jié)果表明，隨著NaCl濃度的升高，葉綠素和類胡蘿卜素含量均呈先升高后降低的變化趨勢，其中NaCl濃度為0.2%時(shí)2個(gè)指標(biāo)值均高于CK，這與周琦等[14]、Gorham等[15]和Matoh等[16]的研究結(jié)果一致。說明低鹽脅迫下，韃靼忍冬通過增加葉綠素含量來降低鹽脅迫對其光合作用的影響，同時(shí)也進(jìn)一步證實(shí)Na+是植物生長的必需元素。但是，隨著鹽濃度的進(jìn)一步升高，葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量均逐漸降低，這可能是由于高濃度的鹽脅迫降低了核酮糖二磷酸羧化酶（RUBP羧化酶）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP羧化酶）的活性，促進(jìn)了葉綠體分解，進(jìn)而使葉綠素和類胡蘿卜素合成受阻造成的。

光合作用是一個(gè)很復(fù)雜的生理過程。凈光合速率直接反映了植物單位葉面積的同化能力，是衡量植物光合能力的重要指標(biāo)。一些學(xué)者認(rèn)為，低鹽脅迫不會抑制植物的光合作用，而是對光合作用起到促進(jìn)作用[17，18]。本研究結(jié)果表明，隨著鹽濃度的增加，韃靼忍冬的凈光合速率逐漸降低，且降低程度與脅迫強(qiáng)度呈正相關(guān)，這與張璐穎等[19]在臺灣榿木上和邢慶振等[20]在葡萄上的研究結(jié)果相似。一般認(rèn)為凈光合速率降低的因素主要包括氣孔限制和非氣孔限制2個(gè)方面。氣孔限制是指當(dāng)凈光合速率降低時(shí)胞間二氧化碳濃度也降低；相反，如果凈光合速率降低伴隨的是胞間二氧化碳濃度增加，則說明限制光合作用的主要是非氣孔限制因素，即葉肉細(xì)胞的光合活性降低引起的[16]。本研究結(jié)果顯示，NaCl濃度≤0.2%時(shí)，隨著NaCl濃度的升高，葉片的凈光合速率逐漸減小，胞間二氧化碳濃度逐漸增加，說明限制光合作用的主要是非氣孔限制因素；但隨著NaCl濃度的進(jìn)一步升高，凈光合速率繼續(xù)降低的同時(shí)，胞間二氧化碳濃度也逐漸降低，說明此時(shí)限制光合作用的主要是氣孔限制因素。同時(shí)，本研究結(jié)果也說明，限制光合作用的氣孔因素和非氣孔因素并不是一成不變的，而是隨著鹽脅迫濃度的變化而動(dòng)態(tài)變化，這與王素平等[21]的研究結(jié)果一致。

綜上所述，隨著NaCl濃度的升高，韃靼忍冬的株高增長量、植株鮮重以及葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均逐漸降低，而葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量以及胞間二氧化碳濃度呈先升高后降低的變化趨勢，光合速率下降的主要限制因素由非氣孔限制向氣孔限制轉(zhuǎn)變。韃靼忍冬有一定的耐鹽性，可以在NaCl濃度低于0.53%的輕度和中度鹽堿地種植。在本研究中，僅從植株株高增長量、光合色素和光合生理特性指標(biāo)方面對植株的耐鹽性進(jìn)行了分析。為了充分認(rèn)識韃靼忍冬的耐鹽機(jī)理，還須從離子含量、膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、氧化酶活性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等方面進(jìn)行深入探討。

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