葎草幼苗對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的性別差異

王碧霞，黎云祥

(西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,四川 南充 637009)

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葎草幼苗對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的性別差異

王碧霞，黎云祥

(西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,四川 南充 637009)

采用盆栽試驗(yàn)研究了葎草(Humulusscandens)幼苗對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的生理生化性別差異，測(cè)定了不同鹽(NaCl)濃度(0、100、200、300 mmol·L-1)下雌雄植株的單葉面積、氣體交換參數(shù)、葉水勢(shì)、葉綠素?zé)晒?、葉綠素含量、過(guò)氧化氫酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量等指標(biāo)的變化。結(jié)果表明,NaCl脅迫后葎草雌雄幼苗的葉干重、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、葉水勢(shì)(ψw)和CAT均呈逐漸降低的趨勢(shì)，而氣孔限制值(Ls)和MDA逐漸上升，其單葉面積則先升后降。隨著NaCl脅迫的遞增，雌株的最小熒光(Fo)呈先升后降的變化，最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)和非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)則逐漸遞增，光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和葉綠素含量卻逐漸遞減；從總體上看，雄株的表現(xiàn)光合電子傳遞速率(ETR)、Fm和Fv、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和Fv/Fo也呈上升趨勢(shì)，qN和qP卻呈下降趨勢(shì)，而葉綠素含量卻先升后降。因此，NaCl脅迫影響了葎草雌雄幼苗的單葉面積、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒?、氣體交換、CAT和MDA含量等生理生化特征，但雌雄幼苗對(duì)NaCl脅迫的響應(yīng)存在差異。與雄株相比，雌株對(duì)NaCl脅迫更耐受。

葎草；雌雄異株；鹽脅迫；性別差異；氣體交換；葉綠素含量；葉綠素?zé)晒?/p>

土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和影響生態(tài)環(huán)境的重要因素，鹽分過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)[1]。鹽分可直接對(duì)植物產(chǎn)生傷害[2]，也可通過(guò)抑制酶[3]、光合色素[4-5]、類(lèi)囊體膜蛋白及膜脂[6-7]等光合作用器官的組分而間接影響其生長(zhǎng)發(fā)育。為此，針對(duì)植物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已做了大量研究[4-6]，大多數(shù)文獻(xiàn)表明植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)是由生理[7-9]、生化[10-11]、細(xì)胞[11-12]等多種因素共同調(diào)節(jié)和控制的，涉及到形態(tài)和代謝等多方面的變化。已有研究表明，鹽脅迫對(duì)植物的危害主要來(lái)自Na+和Cl-離子引起的滲透脅迫，并產(chǎn)生離子脅迫[8,10]，且高濃度NaCl引起植物氧化脅迫也是非生物脅迫中的重要因素[5]，進(jìn)而造成葉綠素含量下降，光系統(tǒng)PSⅡ反應(yīng)能力減弱，光合效率降低[4]，最終導(dǎo)致植株生長(zhǎng)停滯，生物量降低，嚴(yán)重時(shí)植株死亡。如栽培大豆(Glycinemax)和雜交大豆的光合速率隨著鹽脅迫濃度的升高而下降，二者的光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)和Rubisco羧化活性顯著下降，但PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)卻僅在高濃度鹽脅迫下出現(xiàn)降低[6]?？嚅?Meliaazedarach)葉片的葉綠素含量也隨著鹽濃度的增大而下降，H2O2大量積累，MDA含量升高，SOD活性則受到抑制，Ca2+、Mg2+、K+含量下降不顯著，但可溶性蛋白卻在鹽脅迫前期增加，后期下降[8]。

然而從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，針對(duì)鹽脅迫展開(kāi)的相關(guān)研究主要集中在雌雄同株植物中，而較少涉及雌雄異株植物。相關(guān)學(xué)者對(duì)24萬(wàn)種被子植物做了調(diào)查，雌雄異株植物有959個(gè)屬，共計(jì)14 620種，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[13]。因人類(lèi)干擾和全球環(huán)境的惡化，環(huán)境脅迫下雌雄異株植物在生長(zhǎng)狀況[14]、空間分布[15]、遺傳特性[16]；生理特征及適應(yīng)性[17-18]等方面已出現(xiàn)性別差異。如鹽漬地區(qū)的窄葉火棘(Phillyreaangustifolia)雄株葉片的脯氨酸含量高于非鹽漬地區(qū)[19]；干旱脅迫下青楊(Populuscathayana)雌株在生長(zhǎng)、光合參數(shù)、用水效率和抗氧化酶活性方面受到的負(fù)面影響大于雄株[16]，而鹽脅迫下銀杏(Ginkgobiloba)雌株的光合速率和抗氧化酶活性卻高于雄株[20]。因此，雌雄異株植物在不同性別間不同脅迫條件下存在不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生存策略以及適應(yīng)性特征，鑒于此，本研究選用常見(jiàn)的雌雄異株植物葎草(Humulusscandens)作為對(duì)象，研究不同鹽濃度下葎草雌雄幼苗的膜脂過(guò)氧化、抗氧化酶活性、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒?、單葉面積、氣體交換參數(shù)以及葉水勢(shì)等指標(biāo)的性別差異，旨在探明葎草雌雄幼苗對(duì)不同濃度鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制及抗逆能力，為進(jìn)一步探究該類(lèi)植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2014年10月中下旬采集南充市本地野生葎草果期成熟且飽滿(mǎn)的種子，封存于紙袋子中干燥保存?zhèn)溆谩Ｄ铣涫械靥?0°35′-31°51′ N，105°02′-106°28′ E，整個(gè)區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)型季風(fēng)氣候，年均溫15.9～17.8 ℃。待2015年2月23日播種，生長(zhǎng)45 d后，選擇48株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗，移栽到體積為10 L的塑料盆內(nèi)自然生長(zhǎng)，毎盆裝入河沙1.5 kg，勻質(zhì)土壤7.5 kg，毎盆1株，緩苗20 d。試驗(yàn)采用雙因素的完全隨機(jī)設(shè)計(jì)：2性別(雌、雄)×4鹽處理[0(CK)、100、200、300 mmol·L-1]，雌雄幼苗在各處理下分別5株重復(fù)，共40株，對(duì)照組(5株)澆施等量清水，按相應(yīng)濃度將NaCl配成1 000 mL的溶液，于4月25日緩慢、均勻、一次性澆灌于土壤中，為防止溶液滲漏，土壤置于塑料袋內(nèi)，對(duì)照組和處理組塑料盆內(nèi)均套有塑料袋。

1.2 測(cè)量指標(biāo)及測(cè)定方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo) 于2015年5月25日用LI-3000C便攜式面積儀(LI-COR公司，美國(guó))對(duì)各雌雄幼苗的單葉面積進(jìn)行測(cè)量。5月30日采集各處理下的雌雄幼苗葉片，置于70 ℃烘箱內(nèi)48 h烘干至恒重后[21]，測(cè)定各植株葉的干重。

1.2.2 氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)指標(biāo) 于2015年5月26日08:30-11:30采用便攜式光合測(cè)定儀LI-6400(Li-Cor公司，美國(guó))進(jìn)行氣體交換特征的測(cè)定，其方法參照王碧霞等[17]，各處理下雌雄各3株取植株上部第5或6片全展向陽(yáng)葉片，每片重復(fù)3次。測(cè)定指標(biāo)分別為蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、凈光合速率(Pn)，采用Berry和Downton[22]的方法計(jì)算氣孔限制值[Ls= (Ca-Ci)/Ca]，瞬時(shí)水分利用效率(WUEi)為Pn與Tr之比，葉水勢(shì)(ψw，MPa)用露點(diǎn)水勢(shì)儀(WP4C，Decagon，美國(guó))同期活體原位測(cè)定。

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)可作為快速、無(wú)損傷測(cè)定葉片光合功能的探針。采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(Junior-Pam，Heinz Walz，Effeltrich,德國(guó))于2015年5月26日20:00-24:00測(cè)定自然條件下葎草雌雄植株的葉綠素?zé)晒鈪?shù)[14]。選取健康且長(zhǎng)勢(shì)一致的雌雄幼苗，每株植物從頂端數(shù)第4～6片充分展開(kāi)的葉片中部進(jìn)行活體測(cè)定，每葉片重復(fù)3次，光化光強(qiáng)度設(shè)為190 μmol·(m2·s)-1，每隔20 s照射飽和脈沖光[6 000 μmol·(m2·s)-1，0.6 s]。由儀器自動(dòng)測(cè)得的指標(biāo)包括：光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)、最小熒光(Fo)、最大熒光(Fm)，同時(shí)計(jì)算出PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、可變熒光(Fv=Fm-Fo)。

1.2.3 生理指標(biāo) 隨機(jī)選擇各種處理下的幼苗各3株，于2015年5月29日選取各植株上部第5或6片完全展開(kāi)向陽(yáng)葉片，用于測(cè)定葉綠體色素含量、過(guò)氧化氫酶(CAT)及丙二醛含量(MDA)。

采用丙酮提取法測(cè)定葉綠素含量[23]，在波長(zhǎng)663、646和470 nm下分別測(cè)定吸光值，葉綠素a (Chla)(Chla=12.21A663-2.81A646)、葉綠素b(Chl b)(Chlb=20.13A646-5.03A663)、類(lèi)胡蘿卜素(Chl x)[Chlx=(1 000A470-3.27Chla-104Chlb)/229]和葉綠素a/b(Chl a/b=Chla/Chlb)的含量,按照Lichtenthaler[24]的公式計(jì)算。

酶液提取：分別取0.3 g葉片于預(yù)冷的研缽中，加入6 mL預(yù)冷的提取緩沖液[磷酸緩沖液pH 7.8，1 mmol·L-1乙二胺四乙酸(EDTA)和1%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)]研磨成勻漿，于4 ℃下離心30 min(5 963 r·min-1)，取上清液(酶液)用于試驗(yàn)。CAT活性采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)量[25]，采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法測(cè)定MDA含量[26]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，采用單因素方差分析方法(One-Way ANOVA) 進(jìn)行平均值間的比較；采用Duncan多重比較檢驗(yàn)(Duncan’s Multiple Range Test)進(jìn)行不同處理間的差異分析；采用雙因素方差分析性別與處理間的交互作用。顯著性水平設(shè)定為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的葉干重和單葉面積的影響

葎草雌雄植株的葉干重和單葉面積受到了NaCl脅迫的顯著影響(圖1)，雄株葉干重的下降比雌株更顯著，單葉面積均呈先升后降的趨勢(shì)，鹽脅迫極顯著影響了雌雄單葉面積(P<0.001)。其中，CK處理時(shí)，雌株葉干重顯著低于雄株(P<0.05)，雌雄株單葉面積差異不顯著(P>0.05)；100 mmol·L-1鹽處理時(shí)，雄株葉干重顯著低于CK，雌雄株單葉面積均顯著增大；200 mmol·L-1鹽處理時(shí)，雌株葉干重和單葉面積與CK相近，雄株單葉面積較CK仍然顯著上升，但葉干重卻較CK顯著降低；300 mmol·L-1鹽處理時(shí)，二者的單葉面積均顯著降低，雄株葉干重下降幅度較大。此外，性別與鹽處理以及它們的交互作用顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.001)影響了葉干重，而性別與性別×鹽交互作用對(duì)單葉面積則沒(méi)有影響。

圖1 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的葉干重和單葉面積Fig. 1 Leaf dry weight and single leaf area of male and female Humulus scandens under NaCl stress

注：S代表性別；T代表鹽脅迫處理；S×T代表性別與處理交互效應(yīng)；不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)；*,P<0.05；**,P<0.01；***,P<0.001；ns,無(wú)顯著差異。下圖同。

Note: S, Sex effect; T, NaCl stress effect; S×T, Sex×NaCl stress interaction effect. Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at the 0.05 level. *,P<0.05; **,P<0.01; ***,P<0.001; ns, no significant; similarly for the following figures.

2.2 NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的氣體交換參數(shù)和葉水勢(shì)的影響

隨著NaCl脅迫的遞增，葎草雌雄幼苗的ψw呈先升后降，Pn、Gs、Ci和Tr則逐漸降低(表1)，而Ls卻相反，WUEi的變化無(wú)規(guī)律。雌株的Pn、Gs和Tr在CK處理時(shí)顯著高于雄株(P<0.05)，而Ls和ψw顯著低于雄株，二者的Ci和WUEi差異不顯著(P>0.05)。與CK相比，在100 mmol·L-1處理時(shí)，雌株和雄株的Pn、Gs和Tr均顯著降低，雌株ψw顯著升高，Ci、WUEi和Ls均無(wú)顯著差異；在200 mmol·L-1時(shí)，二者的Pn、Gs和Tr繼續(xù)降低，Ci和WUEi差異仍不顯著，Ls和ψw雌株無(wú)差異，雄株顯著降低；隨著鹽濃度增至300 mmol·L-1時(shí)，雌、雄植株的Pn、Gs、Ci、Tr和ψw降至最低，WUEi和Ls卻升至最高。此外，Pn和WUEi沒(méi)有受到性別與鹽處理的交互影響，而性別與鹽處理交互作用顯著或極顯著影響Gs、Ci、Tr、ψw和Ls。

2.3 NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的葉綠素含量的影響

CK處理下，Chl a、Chl b、Chl a+b和Chl x存在性別差異，但NaCl脅迫后葉綠素含量性別差異不顯著；且隨著NaCl脅迫的加劇，葉綠素含量逐漸降低(表2)。100 mmol·L-1鹽處理下雄株的葉綠素含量升高，200 mmol·L-1鹽處理下雌株和雄株的響應(yīng)存在差異，300 mmol·L-1鹽處理下二者均降低，其中雌雄株Chl a/b較CK顯著減少(P<0.05)。雌株的Chl a、Chl b、Chl a+b和Chl x在CK條件下，分別比雄株高33.85%、32.14%、34.78%和28.44%；與CK相比，100 mmol·L-1處理時(shí)，雌株的Chl b和Chl x顯著減少，Chl a、Chl a+b和Chl a/b無(wú)顯著差異(P>0.05)，雄株的Chl a、Chl b、Chl a+b和Chl x增加了27.69%、21.43%、27.17%和30.25%；200 mmol·L-1處理時(shí)，雌株的Chl a、Chl b、Chl a+b和Chl x顯著降低，雄株減幅較??；300 mmol·L-1時(shí)，雌株的葉綠素含量均減至最低，雄株也有下降，但差異不顯著。此外，性別與處理的交互作用顯著影響Chl a、Chl b和Chl x，但Chl a+b和Chl a/b受到影響不顯著。

2.4 NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.4.1 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗ETR、Fo、Fm、Fv的變化 NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的ETR、Fo和Fv的影響極顯著(P<0.001)(表3)，對(duì)Fm也具有顯著的影響(P<0.05)。鹽脅迫下雌株的ETR、Fm和Fv逐漸遞增，雄株的ETR、Fm和Fv總體上也呈上升趨勢(shì)，而二者Fo的變化卻不規(guī)律。在CK處理時(shí)，雌株的ETR比雄株高(P<0.05)，F(xiàn)v相反(P<0.05)，F(xiàn)o和Fm無(wú)顯著差異(P>0.05)。與CK相比，100 mmol·L-1時(shí)，雌雄株的變化趨勢(shì)相似，ETR、Fm和Fv顯著下降，F(xiàn)o顯著增加；200 mmol·L-1時(shí)，雌株的ETR和Fm仍較低，F(xiàn)v、Fo與CK無(wú)顯著差異(P>0.05)，雄株的ETR較CK顯著降低，F(xiàn)o變化較小，但Fm和Fv較CK顯著增高；300 mmol·L-1時(shí)，雌株和雄株的Fm、Fv分別較CK增加了21.45%和15.22%、31.30%和14.59%，雄株的Fo也顯著增加，雌株沒(méi)有顯著變化，但二者的ETR較CK差異不顯著。另外，在性別與鹽處理交互效應(yīng)下對(duì)ETR沒(méi)有顯著影響，對(duì)Fv影響顯著，對(duì)Fo和Fm影響極顯著。

表1 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的氣體交換參數(shù)和葉水勢(shì)Table 1 Gas exchange characteristics and leaf water potential of male and female Humulus scandens under NaCl stress

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。*,P<0.05；**,P<0.01；***,P<0.001; ns, 無(wú)顯著差異。下表同。

Note: Different lowercase letters within the same column show significant differences between different treatments at the 0.05 level. *,P<0.05；**,P<0.01；***,P<0.001; ns, no significant; similarly for the following tables.

表2 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的葉綠素含量Table 2 Chlorophyll pigments content of male and female Humulus scandens under NaCl stress

表3 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的葉綠素含量葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 3 Chlorophyll fluorescence parameters of male and female Humulus scandens under NaCl stress

2.4.2 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗Fv/Fm、Fv/Fo、qP、qN的變化 在不同濃度的NaCl處理對(duì)葎草雌雄幼苗的Fv/Fo和qN影響極顯著(P<0.001)和顯著(P<0.01)，F(xiàn)v/Fm和qP無(wú)顯著影響；性別對(duì)Fv/Fo和Fv/Fm影響顯著，對(duì)qP和qN影響不顯著。雌株Fv/Fm在3個(gè)鹽濃度處理下較CK 無(wú)顯著差異(P>0.05)，F(xiàn)v/Fo和qN呈隨著鹽濃度的升高呈逐漸增加的趨勢(shì)，qP則逐漸下降。在100 mmol·L-1處理時(shí)，雄株的Fv/Fm和Fv/Fo較CK顯著下降，200和300 mmol·L-1處理時(shí)上升，qN卻相反，qP較CK顯著下降，但鹽處理間差異不顯著。與雄株相比，雌株在CK處理時(shí)，qP顯著降低，F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo和qN沒(méi)有顯著差異。雌株除Fv/Fo在100 mmol·L-1鹽處理時(shí)較CK顯著降低之外，該指標(biāo)的其它鹽濃度處理以及Fv/Fm、qP和qN在不同鹽濃度處理間差異基本不顯著。與CK相比，雄株的Fv/Fm僅在100 mmol·L-1時(shí)顯著下降，其它鹽濃度處理下與CK無(wú)顯著差異，F(xiàn)v/Fo在各鹽處理間差異顯著，在200 mmol·L-1時(shí)達(dá)到最大值，qN在100 mmol·L-1時(shí)達(dá)到最高。另外，在性別與鹽處理的交互作用對(duì)Fv/Fm和Fv/Fo影響極顯著差異，對(duì)qN也影響顯著，對(duì)qP無(wú)顯著影響。

2.5 NaCl脅迫下對(duì)葎草雌雄幼苗CAT和MDA含量的影響

NaCl脅迫對(duì)葎草雌雄幼苗的CAT和MDA影響極顯著(P<0.001)和顯著(P<0.01)(圖3)。性別對(duì)CAT的影響極顯著(P<0.001)，隨著鹽脅迫的加重雌株的CAT總體呈降低趨勢(shì)，雄株先降后升，雌雄MDA均逐漸上升。在CK處理時(shí)，雄株的CAT顯著高于雌株，二者的MDA沒(méi)有差異(P>0.05)。與CK相比，NaCl脅迫100 mmol·L-1時(shí)，雌株的CAT和MDA較CK顯著增高(P<0.05)，雄株的CAT顯著降低，而MDA則顯著升高；200 mmol·L-1處理時(shí)，雌雄株的CAT均降低，MDA則均上升；300 mmol·L-1處理時(shí)，雌雄株的CAT較CK和100 mmol·L-1處理仍下降，MDA較CK和其它鹽脅迫處理仍上升。NaCl脅迫后雄株的CAT下降幅度比雌株大，MDA含量的上升幅度比雌株小。另外，性別與鹽處理之間的交互作用極顯著和顯著影響CAT和MDA。

圖2 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心特征Fig. 2 PSⅡof male and female Humulus scandens under NaCl stress

圖3 NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的CAT和MDA含量Fig. 3 CAT activity and MDA content of male and female Humulus scandens under NaCl stress

3 討論與結(jié)論

相關(guān)研究表明，在各種脅迫條件下雌雄異株植物的生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累、光合和代謝等生理生化指標(biāo)方面性別顯著差異。如干旱脅迫有利于梣葉槭(Acernegundo)雄株的生長(zhǎng)，其平均葉面積明顯增大[27]。在水分條件較好時(shí)，沙棘(Hippophaerhamnoides)雌雄之間沒(méi)有差異，但在水分虧缺時(shí)雄株的株高、干物質(zhì)積累、Pn和Tr比雌株高，葉面積比雌株低[28]，而在干旱條件下葎草雄株比雌株的總?cè)~面積、莖分枝數(shù)、根長(zhǎng)度和生物量低[29]。本研究中，在正常生長(zhǎng)條件下葎草雄株的單葉面積、Pn、Gs和Tr比雌株低，葉干重、Ls和ψw比雌株高，當(dāng)鹽脅迫濃度增加到300 mmol·L-1時(shí)，雄株的單葉面積和葉干重均比雌株低(圖1)。這與雌雄異株植物在有利環(huán)境下性別比例偏雌性的結(jié)論相一致[27,30]，也與脅迫環(huán)境對(duì)葎草雄株的影響大于雌株的結(jié)論相吻合[17,29]，同時(shí)這還可能是脅迫條件下葎草雄株為種群繁衍而采取了縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期并縮小植株體型的生存策略[29]。由于Ci和Gs的變化反映了葉肉細(xì)胞內(nèi)外CO2濃度的變化狀況，也是反映氣孔開(kāi)張程度的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，在100和200 mmol·L-1脅迫時(shí)雌雄株的Ci和Ls與CK比基本無(wú)顯著差異，Pn均顯著下降，但隨著NaCl脅迫濃度增至300 mmol·L-1時(shí)，雌雄株的Ci均下降，Ls均顯著升高，Pn達(dá)到最小值。Farquhar和Sharkey[31]認(rèn)為，Ci降低，Ls增大，Pn降低的主要原因是Gs同步下降所引起，反之則是非氣孔限制。這表明在中低濃度(100和200 mmol·L-1)脅迫下，雌雄植株P(guān)n降低可能與葉肉導(dǎo)度、PSⅡ活性、光合電子傳遞以及光合色素的平衡失調(diào)等非氣孔因素相關(guān)[6]，而在300 mmol·L-1脅迫時(shí)，二者Pn的降低其主要因素則是由于Gs的大幅度降低所引起。該結(jié)論與低濃度鹽脅迫通常為氣孔限制，而高濃度鹽脅迫為非氣孔限制的結(jié)論不一致[6]。究其原因可能是低濃度鹽脅迫下光能力下降導(dǎo)致了Ci不變，對(duì)氣孔產(chǎn)生了反饋抑制[32]，而高濃度鹽脅迫下Gs的相應(yīng)變化則是為了達(dá)到水分利用的最優(yōu)策略，雌雄植株均能通過(guò)維持較低的Tr和ψw以及較高的WUEi來(lái)減少水分散失，能更高效地利用水分以增強(qiáng)其耐受性[33]。這還同時(shí)反映了在不同濃度的NaCl脅迫下葎草雌雄幼苗的氣體交換參數(shù)具有性別差異，其原因也可能與鹽脅迫濃度的大小、脅迫時(shí)間的長(zhǎng)短以及植物種類(lèi)有關(guān)[2]。

另一方面，通過(guò)對(duì)葎草雌雄幼苗光合色素的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，NaCl脅迫后雌株的葉綠體色素的合成受到顯著抑制，其葉綠素含量顯著降低，而雄株的Chl a、Chl b、Chl a+b和Chl x在低濃度(100 mmol·L-1)時(shí)升高，中高濃度(200和300 mmol·L-1)時(shí)變化較小(表2)。這與鋁脅迫下青楊(Populuscathayana)雌雄幼苗的研究結(jié)果相一致[33]。因此，推測(cè)雌株較低的葉綠素含量是導(dǎo)致凈光合速率降低的原因之一，NaCl可能引起了雌株Na+離子流入胞質(zhì)，導(dǎo)致的ψw下降從而引起滲透脅迫，并最終導(dǎo)致呼吸電子傳遞的失活和光合的降低[34]，而NaCl脅迫后雄株凈光合速率下降的原因則可能與葉綠素?zé)晒鈪?shù)有關(guān)。進(jìn)而，通過(guò)對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)量得以證實(shí)，在100 mmol·L-1脅迫時(shí)僅雄株Fv/Fm降低，在300 mmol·L-1脅迫時(shí)雌株的Fv/Fo和qN較其它鹽濃度及CK增加，qP下降，而雄株隨著鹽脅迫的加劇，qP降低，F(xiàn)v/Fo呈先降后升再降，qN卻相反(圖2)。由于Fv/Fm在非脅迫條件下不受物種和生長(zhǎng)條件的影響，脅迫條件下顯著降低[32]，這表明NaCl脅迫對(duì)雄株的Fv/Fm具有一定的影響，而對(duì)雌株的Fv/Fm則沒(méi)有直接影響，其原因與雌雄異株植物性別間對(duì)逆境脅迫的敏感性和耐受性差異有關(guān)[14]。同時(shí)，qP反映了原初電子QA的還原狀態(tài)，qP愈大，PSⅡ電子傳遞的活性愈大；qN則反映了PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分[35]。在300 mmol·L-1脅迫時(shí)，雄株的Fo和qN高于CK，qP低于CK，這反映出雄株在NaCl脅迫下PSⅡ反應(yīng)中心過(guò)剩的激發(fā)能使QA的還原程度逐漸增加，電子傳遞活性降低，為緩解過(guò)量光能的吸收，熱耗散增加，F(xiàn)o升高，光合機(jī)構(gòu)受到部分損傷，因而導(dǎo)致其光合效率降低[32]，這一結(jié)果與青楊扦插苗的研究結(jié)果相一致[36]。因此，葎草雄株對(duì)NaCl脅迫的敏感性更高，而雌株對(duì)NaCl脅迫的適應(yīng)性更強(qiáng)。此外，MDA含量的高低也是衡量植物適應(yīng)環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)，其含量是植物在逆境條件下膜脂過(guò)氧化作用形成的產(chǎn)物[6]。NaCl脅迫下雄株MDA含量上升的幅度比雌株高，反映了其細(xì)胞膜受傷害的程度比雌株更高，與葎草雌雄幼苗在鉻脅迫下的研究結(jié)果相吻合[16]。這也進(jìn)一步說(shuō)明了葎草雌株比雄株更耐受NaCl脅迫，但其耐鹽閾值還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，NaCl脅迫影響了葎草雌雄幼苗的單葉面積、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒?、氣體交換以及CAT和MDA含量等生理生化特征，但雌雄幼苗對(duì)NaCl脅迫的響應(yīng)存在顯著的性別差異。與雄株相比，雌株對(duì)NaCl脅迫的耐性更強(qiáng)。

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(責(zé)任編輯 張瑾)

Gender differences ofHumulusscandensseedlings in response to NaCl stress

Wang Bi-xia, Li Yun-xiang
(1.College of Environmental Science and Engineering, China West Normal University, Nanchong 637009, China)

In this study, we examined sex-specific differences in leaf area, gas exchange parameters, leaf water potential and chlorophyll fluorescence of male and female seedlings ofHumulusscandensunder NaCl stress (0, 100, 200 and 300 mmol·L-1NaCl). Under the effects of NaCl, the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), intercellular CO2concentration (Ci), transpiration rate (Tr), leaf water potential (ψw), catalase (CAT), limiting value of stomata(Ls) and malondialdehyde (MDA) of male and female seedlings increased gradually. The leaf area of single leaves increased first and then decreased. The maximum fluorescence (Fm), the variable fluorescence (Fv), the potential activity of PSⅡ (Fv/Fo) and the non-photochemical quenching coefficient (qN) of the females gradually increased with the increase of NaCl stress. The photochemical quenching coefficient (qP) and chlorophyll content decreased by degrees. Overall, the ETR, Fv, Fv/Fmand Fv/Foof the males showed an increasing trend, but qN and qP decreased, while chlorophyll content increased first and then decreased. Therefore, the physiological and biochemical characteristics such as single leaf area, chlorophyll content, chlorophyll fluorescence, gas exchange, and CAT and MDA contents in male and female seedlings ofH.scandenswere affected by NaCl stress. There were significant gender differences in the response of male and female seedlings to NaCl stress. Compared to the males, the females had greater resistance against NaCl stress.

Humulusscandens; dioecism; NaCl stress; gender difference; gas exchange; chlorophyll content; chlorophyll fluorescence

Wang Bi-xia E-mail:696wbx@163.com

2017-02-23 接受日期：2017-04-06

四川省教育廳項(xiàng)目(12ZB142)

王碧霞(1977-)，女，四川營(yíng)山人，講師，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)方面的研究。E-mail:696wbx@163.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0082

S543+.903.4;Q945.78

A

1001-0629(2017)07-1487-09

王碧霞，黎云祥.葎草幼苗對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的性別差異.草業(yè)科學(xué),2017,34(7)：1487-1495.

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