NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫對豇豆新老葉光合特性的影響

曾文靜 汪李平 楊靜

摘要[目的]探索NaCl和Ca（NO3）2等滲脅迫對豇豆新老葉光合特性的影響。[方法]試驗采用營養(yǎng)液基質(zhì)栽培法，通過測定豇豆新老葉葉綠素和葉綠素熒光參數(shù)的動態(tài)變化，研究豇豆的光合作用對Ca（NO3）2和NaCl等滲脅迫的響應。[結(jié)果]2種鹽處理對老葉的葉綠素含量沒有明顯影響；在新葉中，葉綠素含量在NaCl脅迫下降低，在Ca（NO3）2脅迫下則略有升高。NaCl脅迫明顯降低新老葉的PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）和PSⅡ?qū)嶋H光合效率[Y（Ⅱ）]，對新老葉造成了不可逆光抑制。老葉的光化學淬滅系數(shù)（qP）明顯降低，新葉qP未有降低，表明新老葉的鹽害程度和光保護機理可能不同。在Ca（NO3）2 脅迫下，新老葉中Fv/Fm與對照無明顯差異，且非光化學淬滅系數(shù)（qN）都明顯升高。這表明Ca（NO3）2 脅迫對豇豆新老葉片沒有造成不可逆性光抑制，新老葉都有通過改變光系統(tǒng) Ⅱ 激發(fā)能分配方式來適應鹽脅迫環(huán)境。老葉Y（Ⅱ）和qP處理后期略低于對照，而新葉則無明顯變化，老葉受到的鹽害較新葉嚴重。[結(jié)論]2種鹽脅迫未影響老葉葉綠素含量，但老葉的光系統(tǒng)Ⅱ在鹽脅迫下受到的傷害較新葉嚴重，且NaCl脅迫對豇豆幼苗的傷害要大于等滲Ca（NO3）2。

關(guān)鍵詞等滲脅迫；豇豆；光合作用；葉綠素熒光參數(shù)

中圖分類號S643.4文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）19-0003-04

Effects of NaCl and Ca（NO3）2 Isotonic Stress on Photosynthetic Characteristics in New Leaves and Old Leaves of Cowpea

ZENG Wenjing1，2，WANG Liping1*，YANG Jing1

（1.College of Horticulture and Forestry，Huazhong Agricultural University，Wuhan，Hubei 430000；2.Ganzhou Agricultural Science Institute，Ganzhou，Jiangxi 341000）

Abstract

[Objective] To discuss the effects of isotonic stress of NaCl and Ca（NO3）2 on photosynthetic characteristics in new leaves and old leaves of cowpea.[Method] Taking nutrient solution culture method，the response of the photosynthesis of cowpea to Ca（NO3）2 and NaCl isotonic stress was studied by measuring the dynamic changes of chlorophyll and chlorophyll fluorescence parameters of cowpea in this study. [Result]Two kinds of salt treatments had no significant effect on the chlorophyll content in old leaves.In the new leaves，chlorophyll content decreased under NaCl stress，and increased slightly under Ca（NO3）2 stress. NaCl stress significantly reduced Fv / Fm and Y（Ⅱ）of the new leaves and old leaves，and caused irreversible photo inhibition to the old and new leaves. qP of the old leaves was significantly reduced，and qP in new leaves was not reduced，indicating that the salt damage degree and the protective mechanism of the new leaves and old leaves might be different.Under the stress of Ca（NO3）2，there was no significant difference in Fv / Fm between the new leaves and old leaves，and qN was significantly increased，indicating that Ca（NO3）2 stress did not cause irreversible photo inhibition of the old leaves and new leaves， and all leaves adapted to the salt stress environment by changing the photosystem Ⅱ excitation energy distribution. Y （Ⅱ）and qP of the old leaves were slightly lower than that of control at late period，while the new leaves had no obvious changes.The old leaves were more severely damaged than the new leaves.[Conclusion] Two kinds of salt stress did not affect the chlorophyll content in the old leaves，but the damage of the PSⅡ of old leaf under salt stress was more serious than that of the new leaf，and the damage of NaCl stress to cowpea seedlings was greater than that of Ca（NO3）2 stress under isotonic conditions.

Key wordsIsotonic stress；Cowpea；Photosynthesis；Chlorophyll fluorescence parameters

土壤鹽漬化是農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的一個重要問題，特別是隨著設(shè)施園藝的發(fā)展以及設(shè)施栽培面積的擴大，土壤次生鹽漬化現(xiàn)象已逐漸成為土壤鹽漬化中的突出問題。濱海地區(qū)土壤中的主要鹽分為NaCl，而大量研究表明大部分的設(shè)施土壤次生鹽漬化的主要鹽分為Ca（NO3）2。關(guān)于Ca（NO3）2和NaCl等滲脅迫在黃瓜和番茄上的研究較多，而在豇豆上的研究較少。筆者研究NaCl和Ca（NO3）2等滲脅迫對豇豆葉綠素及葉綠素熒光參數(shù)的影響，旨在探究NaCl和Ca（NO3）2這2種鹽分脅迫對豇豆造成光合系統(tǒng)傷害的機理和傷害程度的異同，為設(shè)施土壤改良與品種選育提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料及處理

試驗在華中農(nóng)業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室進行。選取鹽敏感品種卡米羅為試驗材料，其種子由武漢市文鼎農(nóng)業(yè)生物技術(shù)有限公司提供。先將種子用蒸餾水進行清洗，然后用5%NaClO消毒15 min，再用蒸餾水清洗3次，蒸餾水浸種4 h，放入墊有2張濕潤濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，在（26±2）℃環(huán)境下催芽。將浸種出芽的種子播入裝滿珍珠巖營養(yǎng)缽中，每個營養(yǎng)缽播種2粒，澆灌蒸餾水，2 d后剔除生長不一致的種苗，保證每個營養(yǎng)缽只留1棵幼苗，之后每天澆灌Hoagland營養(yǎng)液，待幼苗的子葉完全展開時，選取生長整齊一致的豇豆幼苗分成3組，進行如下處理：①對照，全Hogland營養(yǎng)液栽培；②NaCl處理，全Hogland +75 mmol/L NaCl栽培；③Ca（NO3）2處理，全Hogland +50 mmol/L Ca（NO3）2。為防止鹽激反應的發(fā)生，Ca（NO3）2和 NaCl 分2次平均加入，此后每個處理每天用相應的溶液澆灌。每個處理3次重復。在鹽脅迫的0、2、4、6、7、8、9、10 d每個處理取6株的葉片進行各項指標的測定，測定時將葉片分成老葉（l）、新葉（lp）2個部分分別進行測定（老葉是處理前長出的2片子葉，新葉為處理后長出的第1片復葉）。在光照培養(yǎng)室進行試驗，環(huán)境條件如下：溫度（26±2）℃，光通量100～140 μmmol/（m2·s），光照周期為14L∶10D。

1.2測定指標與方法

1.2.1葉綠素含量。參照王學奎[1]的方法測定葉綠素含量。

1.2.2葉綠素熒光參數(shù)。使用IMAGING-PAM MAXI版熒光儀（Walz公司，德國）測定熒光誘導動力學曲線。葉片經(jīng) 30 min充分暗適應后，將葉片放在x-y臺上，并被其上固定的黑色泡棉橡皮筋壓住，以保證葉片平整及鏡頭與樣品間距離固定（18.5 cm）。測定 PSⅡ最大光合效率（Fv /Fm）、PSⅡ?qū)嶋H光合效率[Y（Ⅱ）]、光化學淬滅系數(shù)（qP）、非光化學淬滅系數(shù)（qN）。

2結(jié)果與分析

2.1豇豆新老葉在NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫下光合色素的動態(tài)變化

從圖1可以看出，在NaCl脅迫下，豇豆老葉中葉綠素含量在處理后期略有下降趨勢，這可能是鹽脅迫促使葉綠素降解的結(jié)果。在Ca（NO3）2脅迫下的葉綠素a與葉綠素b含量在初期緩慢提高，此后呈平穩(wěn)變化趨勢，說明Ca（NO3）2脅迫下可能有延緩老葉葉綠素降解的作用，而處理后期葉綠素含量比對照略低。對照（CK）葉綠素a與葉綠素b則呈現(xiàn)先上升后輕微下降的趨勢，后期葉綠素下降可能是葉片老化的原因。

從圖2可以看出，在豇豆新葉中，NaCl處理葉綠素a和葉綠素b含量在4 d時明顯低于Ca（NO3）2處理和對照，即新葉剛長出時其葉綠素含量明顯低于Ca（NO3）2處理和對照；Ca（NO3）2處理下葉綠素a與葉綠素b含量均略高于對照。這說明NaCl脅迫促進新葉葉綠素降解，而Ca（NO3）2脅迫可能有促進葉綠素合成的作用。

2.2豇豆新老葉在NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫下葉綠素熒光參數(shù)的動態(tài)變化

從圖3可以看出，老葉在NaCl脅迫下Fv/Fm在處理后期快速下降，Ca（NO3）2 處理則與對照無

顯著差異；新葉在NaCl脅迫下處理初期Fv/Fm始終明顯低

注：A.老葉；B.新葉

Note：A.old leaves；B.new leaves

圖3NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫下豇豆葉片F(xiàn)v/Fm的動態(tài)變化

Fig.3The dynamic changes of Fv/Fm in cowpea leaves under isotonic stress of NaCl and Ca（NO3）2

于對照，在Ca（NO3）2處理下4 d時豇豆新葉中Fv/Fm高于其他2個處理，此后與對照無明顯差異。這說明在50 mmol/L Ca（NO3）2脅迫下未對豇豆葉片的光合系統(tǒng)產(chǎn)生明顯危害。各組豇豆新葉的Fv/Fm都隨著處理時間的延長呈先降后升的趨勢，可能是因為在4 d時新葉發(fā)育不全的原因。

從圖4可以看出，在NaCl脅迫下，老葉Y（Ⅱ）隨著處理時間的延長而逐漸下降，Ca（NO3）2 脅迫下Y（Ⅱ）在4 d后一直略低于對照。新葉在NaCl脅迫下Y（Ⅱ）一直明顯低于對照，即在新葉剛長出時的Y（Ⅱ）明顯低于對照，并且一直保持此差值；Ca（NO3）2 脅迫則與對照無明顯差異。

從圖6可以看出，老葉在鹽脅迫下，qN從2 d開始隨著處理時間的延長而升高，且2種鹽脅迫間無明顯差異。新葉在NaCl脅迫下一直明顯高于對照，即在新葉剛長出時的Y（Ⅱ）就明顯高于對照，并且一直保持此差值，而在Ca（NO3）2

脅迫下qN隨著處理時間的延長逐漸高于對照，增幅略小于NaCl脅迫。

3討論與結(jié)論

3.1NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫對豇豆葉片葉綠素的影響

葉綠素是高等植物進行光合作用的最主要的光合色素。在一定的范圍內(nèi)，增加葉綠素含量可以增強植物對光能的吸收與轉(zhuǎn)化，而鹽脅迫誘導產(chǎn)生的活性氧也可使植物光合色素脫色。該試驗中，各處理葉綠素a與葉綠素b含量的動態(tài)變化基本一致。在NaCl脅迫下，葉綠素含量在新老葉中表現(xiàn)不同，NaCl脅迫只促使新葉葉綠素含量降低，而對老葉影響不大；這可能是因為在NaCl脅迫下，離子間的拮抗作用導致某些元素的缺乏，抑制了新葉葉綠素的合成，使新葉剛長出時其葉綠素就明顯低于對照。在Ca（NO3）2脅迫下，老葉葉綠素在處理后期略低于對照，可能是因為老葉吸收了較多Ca質(zhì)量基數(shù)大的原因；在新葉中，葉綠素含量略有提高。研究表明，在一定范圍內(nèi)，硝酸鹽脅迫能提高黃瓜葉片和芹菜葉片的葉綠素的含量，表明硝酸鹽濃度的增加引起植株全N含量上升，可能是Ca（NO3）2脅迫下葉綠素含量提高的原因[2-3]。

3.2NaCl與Ca（NO3）2等滲脅迫對豇豆葉片光反應的影響

經(jīng)過暗適應后的光系統(tǒng) Ⅱ 的最大光合效率Fv/Fm[4]反映植物的潛在最大光能轉(zhuǎn)換效率。一般認為，F(xiàn)v/Fm的下降是植物受到脅迫的標志。C3植物的Fv/Fm為0.83～084[5-6]。作用光存在時光系統(tǒng) Ⅱ 的實際光合效率Y（Ⅱ）=（Fm′-F）/Fm′，它反映了光系統(tǒng)Ⅱ?qū)嶋H的光能轉(zhuǎn)換效率。qP為光化學淬滅系數(shù)，光化學淬滅系數(shù)表明光系統(tǒng) Ⅱ 吸收的能量用于進行光化學反應的比例，反映了植物光合活性的高低，光化學猝滅系數(shù)越大。還原態(tài)質(zhì)體醌重新氧化形成的量越大，也就是說，電子傳遞活性越大，qN為非光化學淬滅，反映了植物耗散過剩光能為熱量的能力，即光保護能力，熱耗散的增加涉及依賴O2的電子流、PSⅡ反應中心的失活、葉黃素循環(huán)和跨類囊體膜質(zhì)子梯度的形成等[7]。非生物脅迫對光系統(tǒng) Ⅱ 的光抑制分為不可逆的光抑制和可逆的光抑制，前者會引起Fv/Fm下降，往往涉及光合結(jié)構(gòu)的破壞，特別是D1蛋白的凈損失，光合功能不易迅速恢復，這需要蛋白的重新合成并組裝；后者則與光合結(jié)構(gòu)的熱耗散有關(guān)，表現(xiàn)為量子效率的下調(diào)，能夠得到迅速恢復。

該試驗中，NaCl脅迫明顯降低新老葉的Fv/Fm和Y（Ⅱ），明顯對新老葉造成了不可逆光抑制[8]，這與水稻中的研究結(jié)果相似[9]。老葉的qP明顯降低，而葉綠素含量并沒有降低，說明光合組織結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞可能是老葉產(chǎn)生不可逆光抑制的原因。黃瓜受NaCl脅迫后，Na損傷葉綠體的膜系統(tǒng)，基粒片層數(shù)目減少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有降解趨勢[10]；新葉qP未有明顯降低，而葉綠素含量明顯降低，表明光系統(tǒng) Ⅱ 吸收的能量用于進行光化學反應的比例可能沒有改變，因此新葉葉綠素含量的降低可能是導致新葉光系統(tǒng) Ⅱ 吸收的絕對激發(fā)能下降，光系統(tǒng) Ⅱ 的實際光能轉(zhuǎn)化效率下降，產(chǎn)生不可逆光抑制的原因。而新老葉qN明顯下降，表明新葉老葉都耗散了過剩的光能為熱量進行光保護。在Ca（NO3）2 脅迫下，新葉中Fv/Fm、Y（Ⅱ）、 qP與對照無明顯差異，qN明顯升高；老葉中Fv/Fm與對照無明顯差異，Y（Ⅱ）和qP處理后期略低于對照；qN明顯升高。這表明Ca（NO3）2 脅迫對豇豆新老葉片沒有造成不可逆性光抑制，且老葉受到的鹽害較新葉嚴重，新老葉可通過改變光系統(tǒng) Ⅱ 激發(fā)能分配方式，提高熱耗散消耗過多激發(fā)能來適應鹽脅迫環(huán)境。

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