NaCl 脅迫對設(shè)施櫻桃幼苗光合特性、葉綠素?zé)晒饧皾B透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

束 靖，劉素慧，張愛花，王金全，連昕宇

（1.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院林業(yè)工程學(xué)院，山東濟(jì)南250100；2.高唐縣林業(yè)局，山東高唐252800；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安271000）

我國鹽堿地面積約9.91 億hm2，這些鹽堿地主要分布于內(nèi)陸干旱地區(qū)且大都處于未開發(fā)狀態(tài)[1]。在耕地面積不斷減少、人口資源壓力持續(xù)增加的背景下，如果能夠合理開發(fā)利用鹽堿地，就能有效緩解耕地緊張的局面。土壤鹽堿化不僅影響植物的正常生長和發(fā)育，還制約農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量的提高和質(zhì)量的提升。高濃度的鹽脅迫會導(dǎo)致活性氧自由基和有毒離子在植株體內(nèi)大量積累，進(jìn)而對植株細(xì)胞正常的生理代謝造成破壞，最終對植物的生長發(fā)育造成不利影響[2]。王偉等[3]研究得出，當(dāng)NaCl 脅迫達(dá)到一定濃度后，會抑制向日葵種子的出苗率、株高、葉面積和干質(zhì)量等。王亞等[4]研究指出，當(dāng)NaCl 濃度低于80 mmol/L 時，蓖麻種子萌發(fā)和生長受NaCl 脅迫的影響較??；當(dāng)NaCl 濃度大于120 mmol/L 時，蓖麻種子萌發(fā)和生長受到明顯抑制。賈丹莉等[5]研究表明，在0～295 mmol/L 范圍內(nèi)，隨NaCl 濃度的增加，玉米株高、地上部與地下部生物量均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。王濤等[6]研究指出，隨著土壤NaCl 濃度的增加，紫穗槐在株高、分枝長度與基徑等指標(biāo)方面的生長量均低于對照，表明NaCl 能夠抑制紫穗槐的生長。張燕紅等[7]通過對46 份水稻品種研究得出，水稻相對發(fā)芽勢和相對苗高與相對鹽害率呈顯著正相關(guān)，表明NaCl 濃度越高對水稻發(fā)芽勢及株高的抑制程度越顯著。設(shè)施櫻桃在周年生產(chǎn)中，土壤會逐漸出現(xiàn)鹽漬化的狀況，加之化肥的常年施用也會加劇土壤的鹽漬化進(jìn)程，這嚴(yán)重影響設(shè)施櫻桃的長勢及后期的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，研究設(shè)施櫻桃對鹽脅迫的忍受范圍和響應(yīng)機(jī)制，對提高櫻桃長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)有重要意義，對選育耐鹽櫻桃新品種也有重要參考價值。

本試驗(yàn)通過研究不同濃度的鹽脅迫對櫻桃幼苗光合特性、葉綠素?zé)晒饧皾B透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響，以期為探尋櫻桃幼苗能夠忍受的鹽脅迫范圍和研究櫻桃幼苗的耐鹽機(jī)制提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為櫻桃新品種春露，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所選育。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020 年3 月在山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院試驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行。將經(jīng)過70 d 低溫沙藏處理的櫻桃種子播種于32 孔穴盤內(nèi)，待長出3 片真葉時連帶根部基質(zhì)一起移栽于直徑20 cm、高25 cm 的塑料盆中，每盆移栽2 株，共移栽150 盆。塑料盆內(nèi)裝滿洗凈、殺菌消毒后的河沙。

試驗(yàn)設(shè)置4 個處理和1 個對照，4 個處理分別為 NaCl 濃度 0.017（T1）、0.051（T2）、0.086（T3）、0.120 mol/L（T4），同時以 NaCl 濃度為 0 mol/L作為對照（CK）。用添加有不同濃度NaCl 的Hoagland 營養(yǎng)液（表1）進(jìn)行澆灌，每處理3 次重復(fù)，每個重復(fù)10 盆。處理25 d 后對各生理指標(biāo)進(jìn)行測定。

表1 Hoagland 營養(yǎng)液各元素終濃度

1.3 測定指標(biāo)及方法

光合參數(shù)采用CIRAS-2 光合儀于 6 月7 日9：00—10：00 測定，光強(qiáng)1 300～1 400 μmol/（m2·s），氣溫為 25～28 ℃，葉溫為 23～25 ℃，CO2濃度為410 μmol/mol，選取功能葉片測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間 CO2濃度（Ci），每水平測5 株，即重復(fù)5 次，取平均值。

采用德國WALZ 公司生產(chǎn)的PAM-2100 便攜式調(diào)制熒光儀測定櫻桃幼苗葉片初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性（Fv/Fo）和最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）。

脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法進(jìn)行測定[8]。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行測定[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉片光合特性的影響

從表2 可以看出，不同濃度的NaCl 對櫻桃幼苗葉片凈光合速率的影響不同，各處理與對照間均差異顯著（P＜0.05），各處理組間亦差異顯著。凈光合速率隨營養(yǎng)液中NaCl 濃度的增加而降低，NaCl濃度為0.120 mol/L 時降至最低，較對照降低47.73%。T1、T2、T3、T4 處理下的氣孔導(dǎo)度均低于對照，較對照分別降低13.64%、25.08%、28.53%、41.64%，且各處理與對照間差異顯著（P＜0.05）。幼苗葉片蒸騰速率隨NaCl 濃度的升高而降低，表現(xiàn)出與凈光合速率一致的變化趨勢。NaCl 濃度為0～0.051 mol/L時，櫻桃幼苗葉片胞間CO2濃度隨鹽脅迫濃度的增大而降低，表現(xiàn)出與凈光合速率負(fù)相關(guān)的關(guān)系；NaCl 濃度在0.086～0.120 mol/L 時，櫻桃幼苗葉片胞間CO2濃度隨NaCl 脅迫濃度的增加而增大。

表2 NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉片光合特性的影響

2.2 NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

從表3 可以看出，隨著NaCl 脅迫增加，櫻桃幼苗葉片初始熒光Fo 表現(xiàn)出升高趨勢，其中，T1 處理與對照間差異不顯著，表明當(dāng)NaCl 濃度較低時，對櫻桃幼苗葉片 Fo 的影響較小；T2、T3、T4 處理下的Fo 與對照間差異均顯著，這說明當(dāng)NaCl 濃度達(dá)到0.051 mol/L 及以上時就會對Fo 產(chǎn)生顯著影響。櫻桃幼苗葉片F(xiàn)m 與Fo 的變化相反，隨著NaCl 脅迫增加而降低，且均小于對照，除T1 處理外，其他處理與對照間差異顯著，這說明NaCl 脅迫增加會降低櫻桃幼苗葉片PSⅡ的電子傳遞能力。T1、T2、T3、T4 處理的Fv/Fo 均低于對照，較對照分別降低10.71%、38.44%、60.10%、73.72%，與對照間差異顯著（P＜0.05）。Fv/Fm 的變化趨勢與 Fv/Fo 類似，但T1 處理與對照間差異不顯著。

表3 NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>

2.3 NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉片MDA 及Pro 含量的影響

從圖1、2 可以看出，不同濃度的NaCl 脅迫對櫻桃幼苗葉片MDA 及Pro 含量的影響存在差異。在NaCl 濃度為0.017 mol/L 時，櫻桃幼苗葉片MDA 含量與對照間差異不顯著，說明低濃度的NaCl 脅迫對細(xì)胞膜脂過氧化的影響不顯著；當(dāng)NaCl 濃度為0.051～0.120 mol/L 時，櫻桃幼苗葉片 MDA 含量顯著高于對照，說明高濃度的NaCl 脅迫能夠加劇細(xì)胞膜的膜脂過氧化程度，對櫻桃幼苗葉片細(xì)胞完整性造成破壞。T3 和T4 處理的MDA 之間差異不顯著，表明在NaCl 濃度為0.086 mol/L 時已對櫻桃幼苗葉片細(xì)胞的細(xì)胞膜造成較大損傷。4 個處理下的游離脯氨酸（Pro）含量均高于對照，但T1 處理與對照間差異不顯著，T1 與T2 處理間差異不顯著，T3與T4 處理間差異不顯著，但與對照、T1、T2 處理間差異顯著。其中，T3 與T4 處理下的Pro 含量較對照分別增加317.65%、352.94%。

3 結(jié)論與討論

光合作用是綠色植物制造有機(jī)物、獲取能量的重要方式[10]，也是植物進(jìn)行生長發(fā)育的重要保障，但植物光合速率的高低常常受到鹽脅迫、干旱脅迫、溫度、養(yǎng)分等多種外界因素的影響。尹勇剛等[11]研究表明，隨著 NaCl 濃度（0～10 g/kg）的升高，葡萄砧木葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率顯著下降。楊洋等[12]研究指出，隨著鹽脅迫（0～20 g/kg）程度的增大，油菜幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均表現(xiàn)出先降低后升高的變化規(guī)律。本試驗(yàn)條件下，NaCl 濃度在0～0.120 mol/L時，櫻桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率隨NaCl 濃度的增加而降低，而胞間CO2濃度表現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢?？梢姡煌参锏墓夂咸匦詫aCl 脅迫的反應(yīng)并不完全相同，這與植物自身的遺傳特性有關(guān)外，還與不同試驗(yàn)設(shè)計(jì)的NaCl 脅迫有關(guān)。在 NaCl 濃度為 0～0.051 mol/L 時，櫻桃幼苗葉片氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均隨NaCl脅迫增加而降低，二者變化規(guī)律一致，說明在此濃度范圍內(nèi)引起的櫻桃幼苗葉片凈光合速率的降低是氣孔因素限制所致，這應(yīng)該是植株遭遇NaCl 脅迫等逆境條件時，根部細(xì)胞吸水困難，向上運(yùn)輸水分的能力降低，葉片保衛(wèi)細(xì)胞失水導(dǎo)致氣孔逐漸閉合，氣孔導(dǎo)度下降使外界CO2進(jìn)入細(xì)胞的數(shù)量減少，致使胞間 CO2濃度降低[13]，這與 MLRALES 等[14]在大麥（Hordeum vulgareL.）上的研究結(jié)論一致。在NaCl 濃度為 0.086～0.120 mol/L 時，隨著 NaCl 脅迫增加，櫻桃幼苗葉片氣孔導(dǎo)度繼續(xù)下降，而胞間CO2濃度卻逐漸升高，二者變化不再一致。這應(yīng)該是由非氣孔因素限制導(dǎo)致的胞間CO2濃度升高，如葉綠素含量降低、光合酶受損等[15]。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠反映植物自身的內(nèi)在特性，可用于描述植物的光合生理變化狀況及光合作用機(jī)制[16]。另外，外部環(huán)境因素對植株光合能力的影響也能夠通過葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化反映出來[17]。Fv/Fo 能夠反映光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的潛在活性，F(xiàn)v/Fm 能夠反映光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的原初光能轉(zhuǎn)化效率[18]。本試驗(yàn)條件下，F(xiàn)o 隨NaCl 脅迫增加而增大，這應(yīng)該與逆境條件下天線色素（LHC）與光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心分離或光系統(tǒng)受到損傷有關(guān)[19]。櫻桃幼苗葉片F(xiàn)m 隨NaCl 脅迫增加而減小，這說明隨著逆境脅迫強(qiáng)度的增加可抑制光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的電子傳遞速率，這與孫璐等[20]在高粱幼苗上的試驗(yàn)結(jié)論一致。櫻桃幼苗葉片F(xiàn)v/Fo、Fv/Fm 隨NaCl 脅迫增加而降低，這表明NaCl 脅迫使櫻桃幼苗葉片發(fā)生了光抑制[21]，光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心對光能的捕獲效率降低，用于光化學(xué)反應(yīng)的光能減少，試驗(yàn)結(jié)果與胡愛雙等[22]在八棱海棠株系上的研究結(jié)果一致。

NaCl 脅迫可引發(fā)機(jī)體活性氧的積累，過多的活性氧積累會攻擊細(xì)胞膜的膜質(zhì)不飽和脂肪酸，使膜系統(tǒng)發(fā)生膜脂過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，破壞膜結(jié)構(gòu)，致使細(xì)胞電解質(zhì)外滲，MDA 積累，最終使膜系統(tǒng)代謝紊亂[23]。鹽脅迫過程中，植株體內(nèi)積累的MDA 越多，活性氧自由基產(chǎn)生的數(shù)量也越多，植株細(xì)胞越容易遭受破壞[24]。本試驗(yàn)表明，櫻桃幼苗葉片MDA 含量在低鹽（0.017 mol/L NaCl）脅迫下與對照差異不顯著，說明低NaCl 脅迫對櫻桃幼苗的影響不顯著；當(dāng)NaCl 濃度達(dá)到0.3%時，MDA 含量顯著高于對照，NaCl 濃度達(dá)到 0.086～0.120 mol/L 時，MDA 含量急劇增加并顯著高于對照，這說明高NaCl 脅迫使櫻桃幼苗細(xì)胞膜遭受損傷或破壞。滲透調(diào)節(jié)是植物遭受高溫、干旱、鹽分、污染物等不良環(huán)境脅迫時出現(xiàn)的生理反應(yīng)，其中，游離脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對于維持細(xì)胞膨壓有重要作用。脯氨酸主要存在于植物細(xì)胞質(zhì)中，植株通過調(diào)節(jié)游離脯氨酸的含量來保護(hù)細(xì)胞膜的完整性和正常的生理代謝活動。姜衛(wèi)兵等[25]研究認(rèn)為，無花果在鹽逆境脅迫時，葉片中脯氨酸含量顯著升高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，NaCl 濃度在0.017 mol/L 時，櫻桃幼苗葉片脯氨酸含量與對照間差異不顯著，NaCl 濃度為0.051～0.120 mol/L時，脯氨酸含量顯著增加，這是因?yàn)樵诘望}條件下，機(jī)體可以通過增加脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來增加植株滲透勢，但當(dāng)NaCl 脅迫程度較重超過一定閾值（0.051 mol/L NaCl）時，櫻桃植株難以通過滲透調(diào)節(jié)來維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進(jìn)而對植株的正常生理活動帶來破壞。