外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

閆 振，李 進(jìn)，阿麗努爾·阿卜來(lái)提，謝姆斯耶·肖開(kāi)提

(新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊830054)

許多植物在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程都會(huì)受到鹽脅迫的影響，鹽脅迫是抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的重要因素，過(guò)量的鹽會(huì)引起植物產(chǎn)量、生理生化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因調(diào)控以及新陳代謝等一系列復(fù)雜的變化，關(guān)于鹽對(duì)植物生理生化的影響以及植物耐鹽適應(yīng)機(jī)制的研究至關(guān)重要[1]。鈣是植物生長(zhǎng)和代謝的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，同時(shí)也是生理和生化反應(yīng)的第二信使。前人對(duì)外源鈣的研究表明，鹽脅迫下大量Na+會(huì)與質(zhì)膜結(jié)合，Ca2+內(nèi)流功能受到抑制，外排能力增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)被打破。施加外源鈣能夠降低Na+與質(zhì)膜的結(jié)合能力，減少Ca2+的外泄，重建細(xì)胞內(nèi)的鈣穩(wěn)態(tài)并恢復(fù)質(zhì)膜的完整性，從而緩解鹽脅迫對(duì)植物的損害[2]。李廣魯、麻瑩等人的研究顯示通過(guò)施加不同濃度的外源鈣可以緩解鹽脅迫對(duì)植物體內(nèi)離子代謝、滲透調(diào)節(jié)與光合作用等方面的傷害[3-6]，植物借助鈣能夠減少根系對(duì)鈉離子的吸收、維持鉀離子的濃度以及提升抗氧化酶的保護(hù)能力進(jìn)而起到對(duì)鹽脅迫的緩解效應(yīng)[7]。

世界上存在極其豐富的薔薇科(Rosaceae)植物資源，目前已發(fā)現(xiàn)的薔薇科植物有1 000余種，主要分布在在歐亞森林、歐亞草原亞區(qū)、亞洲中部荒漠亞區(qū)[8]。薔薇科植物中包括一些獨(dú)特的物種，如單葉薔薇[Hulthemiaberberifolia(Pall.) Dumort.]。單葉薔薇隸屬于薔薇科(Rosaceae)單葉薔薇屬(HulthemiaDumort)，在亞洲中部以及西伯利亞等地均有分布，在中國(guó)只分布于新疆，且在新疆僅見(jiàn)于昌吉、伊犁、沙灣、塔城、瑪納斯等地，分布范圍有限[9]。單葉薔薇屬于早春植物，生長(zhǎng)在在草場(chǎng)內(nèi)，果肉致密飽滿，富含豐富的氨基酸和維生素，嫩葉可作為飼料供動(dòng)物食用[10]。

新疆屬于鹽旱地區(qū)，生長(zhǎng)于此種環(huán)境中的植物體極易喪失水分和養(yǎng)分。為了適應(yīng)土壤鹽漬化的環(huán)境，單葉薔薇的葉片收縮，呈卷曲化，同時(shí)在每年的7月其進(jìn)入半休眠期，很好地規(guī)避了土地水分喪失而導(dǎo)致的高鹽環(huán)境的影響。單葉薔薇在長(zhǎng)期的進(jìn)化發(fā)展過(guò)程中逐漸形成了自己獨(dú)特的耐鹽特性。目前，對(duì)單葉薔薇的研究主要集中在形態(tài)學(xué)、生境研究及繁殖方法等方面，而關(guān)于外源鈣對(duì)單葉薔薇抗鹽性的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道[11-14]。本研究擬在模擬鹽脅迫條件下施加不同濃度的氯化鈣(CaCl2)，通過(guò)測(cè)定種子萌發(fā)率及其幼苗的生理生化指標(biāo)的變化以及分析單葉薔薇種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)特點(diǎn)，探究單葉薔薇對(duì)鹽脅迫的耐受性及外源鈣對(duì)鹽脅迫的緩解作用，為單葉薔薇資源保護(hù)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究材料

于2020年7月中旬，在新疆烏魯木齊市五一農(nóng)場(chǎng)的單葉薔薇自然分布區(qū)進(jìn)行材料的采摘，選取生長(zhǎng)相對(duì)較好的單葉薔薇植株，收集成熟的果實(shí)，貼上標(biāo)簽并標(biāo)記分類，帶回實(shí)驗(yàn)室清洗同時(shí)剝?nèi)》N皮，取出種子，篩選出完整飽滿的種粒，晾干后4℃低溫保存?zhèn)溆?。本?shí)驗(yàn)在新疆師范大學(xué)干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

1.2 研究方法

本實(shí)驗(yàn)于2020年8月18日開(kāi)始，將單葉薔薇種子浸泡在無(wú)菌水中，通過(guò)漂洗的方法除去沒(méi)有活性的、干癟的種子，最終選取相同粒厚的單葉薔薇種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。單葉薔薇種子休眠時(shí)間長(zhǎng)，種皮較厚，實(shí)驗(yàn)前需對(duì)種子進(jìn)行酸蝕處理。我們分別設(shè)置浸種時(shí)間為30 min，1 h，2 h，最終確定處理時(shí)間1 h效果明顯且對(duì)種子傷害較小。向盛有種子的燒杯注入濃硫酸，酸量以淹沒(méi)種子為度，在浸泡過(guò)程中用玻璃棒不斷攪動(dòng)。處理廢棄酸液，將種子在流動(dòng)水中沖洗1 h以將種皮表面殘留的酸除盡。

試驗(yàn)采用雙因素設(shè)計(jì)，共設(shè)3個(gè)鹽度脅迫條件處理，用分析純?cè)噭┡渲锰幚硪海然c(NaCl)的濃度設(shè)3個(gè)水平，分別為50 mmol·L-1，100 mmol·L-1，150 mmol·L-1；CaCl2的濃度設(shè)2個(gè)水平，分別為10 mmol·L-1，20 mmol·L-1，以無(wú)菌水為對(duì)照，共計(jì)10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 研究指標(biāo)測(cè)定

1.3.1單葉薔薇種子萌發(fā)率的測(cè)定 按照國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)則，用無(wú)菌濾紙進(jìn)行種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。供試單葉薔薇種子平均橫徑為0.21±0.04 cm，縱徑為0.35±0.06 cm。將酸蝕后的種子浸泡于75%的乙醇中消毒30 s，用蒸餾水將種皮表面的乙醇沖洗干凈，無(wú)菌濾紙吸干多余的水。在直徑為9 cm培養(yǎng)皿中平鋪兩層濾紙，將30粒種子均勻放置，每個(gè)處理3皿，共計(jì)90粒種子，將處理液加入至培養(yǎng)皿中至濾紙濕潤(rùn)飽和每個(gè)培養(yǎng)皿中加入10 mL處理液。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在恒溫25℃智能人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行，采取白天12 h，夜晚12 h的條件，周期性光照。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中輔以稱重補(bǔ)水法補(bǔ)充培養(yǎng)皿中蒸發(fā)的溶液，每24 h定期來(lái)補(bǔ)充水分[15]。種子的萌發(fā)以單葉薔薇種子露白作為標(biāo)準(zhǔn)，觀察并記錄種子的相對(duì)發(fā)芽率，當(dāng)連續(xù)3天種子的數(shù)量沒(méi)有變化時(shí)視作萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

種子的相對(duì)發(fā)芽率按照以下公式計(jì)算：

1.3.2單葉薔薇幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)及其生理指標(biāo)測(cè)定 萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)處理中隨機(jī)選取15株幼苗，進(jìn)行根和莖長(zhǎng)度的測(cè)量。用游標(biāo)卡尺分別測(cè)定根和芽長(zhǎng)度，計(jì)算平均值，以mm表示。種子萌發(fā)狀況完全穩(wěn)定后，即選取每個(gè)處理下生長(zhǎng)狀態(tài)較為一致的幼苗10株進(jìn)行生理生化指標(biāo)的檢測(cè)[16]。超氧化物歧化酶(SOD)的活性采用羥胺法測(cè)定[17]；過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性采用鉬酸銨法測(cè)定[18]；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用比色法測(cè)定，利用過(guò)氧化物酶催化過(guò)氧化氫反應(yīng)的原理，通過(guò)測(cè)定420 nm處吸光度的變化得出其酶活性[19]；過(guò)氧化氫(H2O2)含量的測(cè)定采用比色法，利用H2O2可以與鉬酸相互作用生成一種絡(luò)合物的特性，在405 mm處測(cè)定其生成量可計(jì)算出H2O2的含量[20]。

1.3.3單葉薔薇幼苗葉綠素含量測(cè)定 選取新鮮的單葉薔薇幼苗葉片，清潔葉片表面，切割掉葉脈，并攪拌均勻。稱取一份切好的樣品40 mg，置于5 mL EP管中，用液氮速凍，研磨兩次每次30 s，研磨完立即加入96%乙醇4 mL，搖勻后靜置5 min以備后續(xù)的測(cè)量。取上清液，在波長(zhǎng)665 nm，649 nm和470 nm下用分光光度計(jì)測(cè)定OD值，以96%乙醇作為空白對(duì)照，記錄測(cè)量值并計(jì)算葉綠素的含量[21]。

葉綠素的含量按以下公式計(jì)算，單位為mg·L-1。

Ca=13.95D665-6.88D649

Cb=24.96D649-7.32D665

式中：Ca為葉綠素a的濃度，Cb為葉綠素b的濃度，Car為類胡蘿卜素的濃度，C為葉綠素a與葉綠素b的總和。

1.3.4單葉薔薇幼苗葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定 利用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500測(cè)定單葉薔薇幼苗的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和實(shí)際光量子(YⅡ)。葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)量是在完全成熟的葉片的中部原位記錄，取6株幼苗分別測(cè)量參數(shù)，并計(jì)算平均值[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，用SPSS 16.0分析軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較及差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，采用Origin 8.0進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇種子萌發(fā)的影響

單葉薔薇種子經(jīng)過(guò)酸蝕處理后種皮厚度降低，其形態(tài)如圖1所示。在不同濃度的NaCl脅迫下，其萌發(fā)率差異顯著(表1)。隨著NaCl濃度的上升，單葉薔薇的萌發(fā)率顯著降低。處理5所示當(dāng)NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)，單葉薔薇種子萌發(fā)受到明顯的抑制，與處理1比下降了42%。處理8所示NaCl濃度為150 mmol·L-1時(shí)單葉薔薇種子的萌發(fā)率與處理1相比下降了53%。在100 mmol·L-1濃度的NaCl下，施加濃度為10 mmol·L-1及20 mmol·L-1的CaCl2后，單葉薔薇種子的萌發(fā)率顯著提升(P<0.05)，與處理5相比分別上升了17.2%，9.8%；當(dāng)NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)，施加10 mmol·L-1以及20 mmol·L-1的CaCl2單葉薔薇種子的萌發(fā)率較處理8分別提升了17.8%，8.9%，但二者無(wú)顯著性差異。

圖1 酸蝕處理后單葉薔薇種子的形態(tài)Fig.1 Seed morphology of Hulthemia Berberifolia after acid etching注：圖a、b為自然生境下單葉薔薇種子；c、d為濃硫酸處理1 h后單葉薔薇種子Note:figure a and b show the seeds of Hulthemia Berberifolia in natural habitat;figure c and d are Hulthemia Berberifolia seeds treated with concentrated sulfuric acid for 1 h

表1 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇萌發(fā)率的影響Table 1 Effects of exogenous calcium on germination rate of Hulthemia berberifolia under NaCl stress

2.2 外源鈣對(duì)鹽脅迫環(huán)境下單葉薔薇幼苗根莖生長(zhǎng)的影響

由圖2可知，在無(wú)外源鈣施加的情況下，隨著NaCl鹽脅迫強(qiáng)度的增加，單葉薔薇幼苗的根莖長(zhǎng)度受到較為明顯的抑制作用，表現(xiàn)為幼苗的根莖長(zhǎng)度顯著低于對(duì)照(P<0.05)。通過(guò)對(duì)不同濃度NaCl脅迫下的觀察可知，當(dāng)NaCl的濃度為100 mmol·L-1和150 mmol·L-1時(shí)，施加濃度為10 mmol·L-1以及20 mmol·L-1的CaCl2對(duì)薔薇幼苗根莖的生長(zhǎng)所受到的抑制有明顯的緩解作用(P<0.05)，且10 mmol·L-1CaCl2的效果更好，表現(xiàn)為在NaCl的濃度為100 mmol·L-1時(shí)，根莖長(zhǎng)度較脅迫下幼苗的根莖長(zhǎng)度分別增加了27.7%，33.4%，NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)，根莖長(zhǎng)度分別增加了41.7%，25.4%(P<0.05)。

2.3 施加外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖3可知，隨著NaCl濃度增高，F(xiàn)v/Fm呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢(shì)(P<0.05)。當(dāng)NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)，施加CaCl2后Fv/Fm顯著上升，且施加濃度為10 mmol·L-1的CaCl2的效果顯著高于施加濃度為20 mmol·L-1的CaCl2(P<0.05)；由圖3可知，YⅡ?qū)}脅迫的響應(yīng)明顯，隨著NaCl的濃度的增加呈顯著降低的趨勢(shì)(P<0.05)，當(dāng)NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)，施加濃度為10 mmol·L-1的CaCl2的效果顯著高于施加濃度為20 mmol·L-1的CaCl2(P<0.05)。

圖2 外源鈣對(duì)NaCl脅迫下單葉薔薇幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)的影響Fig.2 Effects of exogenous calcium on root length and stems length of Hulthemia berberifolia seedlings under NaCl Stress注：圖中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，圖中不同小寫(xiě)字母表示不同NaCl與CaCl2濃度處理間顯著差異(P<0.05)，下同Note:The values in the table are mean±standard deviation,Different lowercase letters in the figure indicate significant differences between different concentrations of NaCl and CaCl2treatment at the 0.05 level,the same as below

圖3 外源鈣處理對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗葉綠素?zé)晒獾挠绊慒ig.3 Effects of exogenous calcium on Chlorophyll Fluorescence of Hulthemia berberifolia Seedlings under Salt Stress

2.4 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗葉片中的光合色素含量

由表2可知，隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，單葉薔薇幼苗中的光合色素的含量呈下降趨勢(shì)，當(dāng)NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)效果最為顯著(P<0.05)；當(dāng)NaCl的濃度為50 mmol·L-1時(shí)，葉綠素總含量較對(duì)照相比下降了18.1%；當(dāng)NaCl的濃度為100 mmol·L-1時(shí)，葉綠素總含量較對(duì)照相比下降了28.9%。外源鈣的施加緩解了鹽脅迫對(duì)光合作用的抑制，10 mmol·L-1的CaCl2效果優(yōu)于20 mmol·L-1的CaCl2，具體表現(xiàn)為較同等脅迫下葉綠素及類胡蘿卜素分別上升了20.9%，17.1%。當(dāng)NaCl的濃度為150 mmol·L-1時(shí)，葉綠素總含量較對(duì)照相比下降了50.2%，施加10 mmol·L-1的CaCl2后較同等脅迫下葉綠素及類胡蘿卜素分別上升了33.7%，16.7%(P<0.05)。

表2 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗的光合色素含量的影響Table 2 Effects of CaCl2 on the photosynthetic pigment content in the Hulthemia berberifolia seedlings under salt stress

2.5 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗抗氧化酶活性和H2O2含量的影響

由圖4可知，在受到鹽脅迫后，單葉薔薇幼苗中POD、SOD和CAT的活性顯著升高，但隨著脅迫強(qiáng)度的增加，POD、SOD和CAT活性呈先增后降的趨勢(shì)，且在NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)三種酶的活性最高(P<0.05)；在該濃度下，施加濃度為10 mmol·L-1的CaCl2后單葉薔薇幼苗POD、SOD和CAT活性與未施加相比分別提升22.3%，9.9%，17.3%。NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)，施加濃度為10 mmol·L-1的CaCl2后單葉薔薇幼苗中三種酶的活性顯著高于施加20 mmol·L-1的CaCl2時(shí)的酶活性(P<0.05)。此外，過(guò)氧化氫的含量隨著NaCl濃度的增加而呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)。

圖4 外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇幼苗氧化酶活性和H2O2含量的影響Fig.4 Effects of exogenous calcium on oxidase activity and H2O2 Content of Hulthemia berberifolia seedlings under salt stress

2.6 主成分分析

采用主成分分析法(PCA)研究了外源鈣對(duì)鹽脅迫下單葉薔薇種子萌發(fā)、生長(zhǎng)及幼苗生化指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖5所示。主成分別為主成分1(PC1)解釋了總變異性的58.4%和主成分2(PC2)解釋了總變異性的27.3%。從各組樣本之間的總體分布結(jié)果可以得到，在PC1的方向上，無(wú)CaCl2添加的情況下，鹽脅迫被很好的分離開(kāi)，NaCl濃度越高對(duì)單葉薔薇種子及幼苗的作用越明顯：在PC2的方向上可得，當(dāng)NaCl濃度確定時(shí)，施加濃度為10 mmol·L-1的CaCl2的效果優(yōu)于施加20 mmol·L-1的CaCl2，且根據(jù)二者在PC2的方向上的分布情況進(jìn)行比對(duì)，確定CaCl2的濃度為10 mmol·L-1效果最好。

圖5 主成分分析法(PCA)對(duì)不同處理下單葉薔薇種子萌發(fā)、生長(zhǎng)及生化指標(biāo)進(jìn)行分析Fig.5 The main analysis of Components (PCA) was used to analyze the germination，growth and biochemical indices of different treatments in Hulthemia berberifolia

3 討論

鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)以及植物生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用，鹽生植物能夠在一定程度的鹽脅迫下保持其萌發(fā)能力，而當(dāng)鹽的濃度超過(guò)植物可承受的臨界值時(shí)，植物的萌發(fā)率急劇下降[23]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，單葉薔薇的萌發(fā)率出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，且在NaCl的濃度為100 mmol·L-1時(shí)顯著抑制，Chen等在棉花耐鹽性的研究中也報(bào)道了類似的結(jié)果[24]，我們推測(cè)該現(xiàn)象發(fā)生的原因是由于種子受到鹽脅迫后，Na+滲透積累導(dǎo)致原先Na+與Ca2+競(jìng)爭(zhēng)的平衡被打破，Ca2+信號(hào)調(diào)節(jié)的功能受到抑制，產(chǎn)生離子應(yīng)力，鹽脅迫下產(chǎn)生的毒性累積，從而導(dǎo)致萌發(fā)率的下降。Tanveer等發(fā)現(xiàn)濃度為100 mmol·L-1的NaCl對(duì)番茄的萌發(fā)率有明顯抑制作用，施加10 mmol· L-1的CaCl2后萌發(fā)率有所改善[25]。我們得到了類似的結(jié)論，在本研究中當(dāng)NaCl的濃度為100 mmol·L-1和150 mmol·L-1時(shí)，外源鈣的施加對(duì)單葉薔薇種子的萌發(fā)率有明顯的提升作用，且CaCl2濃度為10 mmol·L-1時(shí)對(duì)萌發(fā)率的影響最明顯，效果優(yōu)于20 mmol·L-1，該結(jié)果可能是由于Ca2+通過(guò)增強(qiáng)抗氧化酶的活力和離子穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)而提高植物耐鹽的能力。NaCl的濃度為50 mmol·L-1時(shí)，外源CaCl2的施加未對(duì)種子的萌發(fā)率造成顯著影響，反而降低了種子的萌發(fā)率，我們推測(cè)該結(jié)果可能是由于在低濃度鹽脅迫下施加外源鈣反而對(duì)種子的萌發(fā)起到抑制作用。

研究表明，植物的根和莖會(huì)受到鹽脅迫的影響，根和莖的長(zhǎng)度可以作為評(píng)價(jià)鹽害合理的指標(biāo)，其中根系生長(zhǎng)比莖生長(zhǎng)更容易受到鹽害[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaCl的濃度為100 mmol·L-1和150 mmol·L-1時(shí)，施加外源鈣對(duì)單葉薔薇幼苗根莖所受到的鹽脅迫有緩解作用，根對(duì)于外源鈣的敏感程度大于莖，且CaCl2的濃度為10 mmol·L-1時(shí)緩解效果最好。Mulaudzi等人的研究表明鹽脅迫下施加外源鈣增加了高粱幼苗根莖的長(zhǎng)度，且低濃度的鈣對(duì)鹽脅迫的改善作用更加明顯[27]，我們得出相類似的研究結(jié)果。我們推測(cè)這可能是由于鹽脅迫下植物根系外部水勢(shì)改變，導(dǎo)致離子水平的失衡，根系生長(zhǎng)受到抑制，植株獲取養(yǎng)分以及水分運(yùn)輸?shù)哪芰κ艿阶璧K，進(jìn)而影響單葉薔薇莖的生長(zhǎng)；而鹽脅迫下Na+與Cl-的累積對(duì)Ca2+產(chǎn)生抑制作用，植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生受到顯著影響，外源CaCl2的施加有利于恢復(fù)Na+與Ca2+之間的離子平衡，進(jìn)而緩解鹽脅迫的危害。

Fv/Fm是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光化學(xué)量子效率，是PSⅡ光能最大利用效的直接體現(xiàn)。而光的實(shí)際量子(YⅡ)反映了光照下PSⅡ反應(yīng)中心部分關(guān)閉時(shí)的實(shí)際光吸收效率以及PSⅡ反應(yīng)中心的開(kāi)啟程度，其值可以直接體現(xiàn)光合能力的強(qiáng)弱[28]。楊玉平等人的研究表明，非生物脅迫會(huì)對(duì)植物的光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)造成損傷，而熒光葉綠素參數(shù)的變化能夠間接的判斷其損傷的程度[29]。研究結(jié)果表明正常情況下單葉薔薇幼苗的Fv/Fm約為740，F(xiàn)v/Fm及YⅡ在受到鹽脅迫后顯著降低，Helena等人的研究同樣顯示在100，200和300·L-1的NaCl濃度下，芝麻菜的最大光化學(xué)量子效率顯著降低[30]。這可能由于鹽脅迫破壞光反應(yīng)中心，產(chǎn)生有毒物質(zhì)、降低光合酶活性以及葉綠體的損傷有關(guān)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)外源鈣處理后的單葉薔薇幼苗Fv/Fm以及YⅡ值上升，緩解了鹽脅迫對(duì)單葉薔薇幼苗光合能力的損傷。王靜靜等人的研究顯示中度鹽脅迫下施加適宜濃度的外源鈣能夠提升沙拐棗的最大光化學(xué)效率[31]，我們得出類似的結(jié)果。Nomura等的研究表明Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物外部脅迫因子的反應(yīng)中起到重要作用，其相關(guān)的受體則存在于葉綠體中[32]；我們推測(cè)外源鈣的施加提升了Ca2+的濃度，增強(qiáng)了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力，在鹽脅迫下起到積極的調(diào)控作用，進(jìn)而減緩了鹽脅迫對(duì)葉綠體的損傷。

光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育中非常重要的過(guò)程，但對(duì)鹽分的含量高度敏感，高濃度的鹽分會(huì)導(dǎo)致植物光合作用的產(chǎn)量降低。類胡蘿卜素作為一種抗氧化劑，能夠?qū)夂舷到y(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，光合色素含量的變化是植物所面臨的環(huán)境的一種對(duì)策，也是用來(lái)評(píng)估植物耐鹽性的一項(xiàng)重要指標(biāo)[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，單葉薔薇幼苗的光合能力受到影響，光合色素的含量呈下降的趨勢(shì)，這也與Hoang等關(guān)于鹽脅迫對(duì)紅莧菜光合色素含量影響的研究結(jié)果相類似[34]。這一結(jié)果出現(xiàn)的原因可能是由于鹽脅迫，單葉薔薇幼苗活性氧含量增加造成葉綠素酶的激活，葉綠素的降解以及葉綠素a和b含量的減少，葉綠體受到損傷而導(dǎo)致的。Ashraf等的研究結(jié)果表明外源鈣的施加對(duì)鹽脅迫下綠豆光合系統(tǒng)的損傷起到一定的緩解作用[35]。本研究的結(jié)論顯示施加外源鈣顯著提升單葉薔薇幼苗中葉綠素總含量及類胡蘿卜素含量。這可能與Ca2+對(duì)維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性起著重要的作用有關(guān)，外源鈣的施加加強(qiáng)了葉綠體細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，避免其被葉綠素酶降解，從而提升了光合色素的含量。

當(dāng)植物處于鹽脅迫的狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生活性氧對(duì)植物造成傷害，而作用于活性氧的超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)的活性并非與活性氧的含量呈線性相關(guān)[23]。本研究表明，當(dāng)鹽濃度上升時(shí)，POD、SOD和CAT的活性逐漸上升，在NaCl為100 mmol·L-1時(shí)抗氧化酶的活性最高，隨著NaCl濃度繼續(xù)上升，POD、SOD和CAT的活性呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。該結(jié)果可能是由于高濃度的鹽抑制了抗氧化酶的活性，從而造成H2O2累積。Abbas等人的研究表明外源鈣在緩解鹽脅迫的過(guò)程中通過(guò)維持POD和CAT的活性來(lái)緩解ROS損傷[36]。我們的結(jié)果同樣表明當(dāng)NaCl的濃度為100 mmol·L-1和150 mmol·L-1時(shí)，施加外源鈣后POD、SOD和CAT的活性有明顯的提升，且CaCl2的濃度為10 mmol·L-1時(shí)效果最為明顯。前人的研究表明，外源鈣能夠增強(qiáng)質(zhì)膜ATP酶活性以及提升細(xì)胞的排鈉能力[37]。我們認(rèn)為外源鈣對(duì)抗氧化酶活力的影響是由于在鹽脅迫下外源鈣的施加提升了細(xì)胞的排鈉能力，Na+的毒性降低，抗氧化酶活性上升。在鹽脅迫下，細(xì)胞內(nèi)活性氧的含量會(huì)上升，產(chǎn)生過(guò)量的H2O2對(duì)組織細(xì)胞造成損害，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。本研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，單葉薔薇幼苗內(nèi)過(guò)氧化氫的含量顯著上升，Ren等發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下小白菜內(nèi)H2O2含量顯著上升，這一現(xiàn)象與我們的研究結(jié)果相類似[38]。鹽脅迫下施加外源鈣后單葉薔薇幼苗內(nèi)H2O2的含量顯著降低，這一結(jié)果可能是由于施加外源鈣后細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的活性上升進(jìn)而將細(xì)胞內(nèi)的H2O2還原成水，從而降低對(duì)細(xì)胞的侵害。

4 結(jié)論

本研究表明，鹽脅迫抑制單葉薔薇的種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)，施加適宜濃度的外源鈣能夠緩解鹽脅迫所造成的傷害，鹽脅迫下施加適宜濃度的外源鈣可以提升單葉薔薇種子的萌發(fā)率，促進(jìn)了幼苗根和莖生長(zhǎng)，增加單葉薔薇幼苗內(nèi)光合色素以及光合指標(biāo)Fv/Fm、YⅡ的含量，顯著提高抗氧化酶的水平，進(jìn)而緩解鹽脅迫對(duì)單葉薔薇的傷害。在對(duì)單葉薔薇不產(chǎn)生抑制作用以及毒性的前提下，外源CaCl2的最適濃度為10 mmol·L-1。本研究闡述了外源鈣在鹽脅迫下的積極作用，有助于單葉薔薇資源的開(kāi)發(fā)及保護(hù)。