外源Ca2+對鹽脅迫下加工番茄幼苗快速葉綠素熒光和820 nm光反射動力學的影響

陳靜怡，姜 鑫，吳 佩，崔輝梅，崔金霞

（石河子大學農學院園藝系 / 新疆生產建設兵團特色果蔬栽培生理與種質資源利用重點實驗室，新疆石河子 832000）

土壤鹽漬化是全球糧食安全所面臨的一個重要威脅，世界上大約33%灌溉農業(yè)用地受鹽漬化影響[1]，鹽可通過風、雨及巖石風化作用沉積在土壤中，加上氣候、地貌特征和人為因素決定其在地表的聚集位置，當土壤層累積鹽分對作物生產有不利影響時，提高作物耐鹽性與控制土壤鹽分成為促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要策略[1-2]。鹽害作用于植物生長任何階段，最終降低經濟產量[3]，對植物造成離子毒害、滲透脅迫、活性氧(ROS)過量產生、光合過程受阻，導致胞內損傷，引起葉綠素降解、膜透性增加、蛋白質變性、核酸斷裂甚至細胞死亡等一系列不良后果[4-8]。光合作用對環(huán)境脅迫高度敏感，使得光合作用測量成為植物鹽脅迫研究的一個重要部分，鹽脅迫降低兩個光系統(tǒng)(PSI、PSⅡ)光化學效率，減少同化物和能量供應，限制植物生長發(fā)育[7-8]。

近20年來，基于“生物膜能量通量理論”的活體快速葉綠素熒光誘導動力學曲線(OJIP曲線)和JIP-測定(JIP-test)，由于其無損、精確、快速等特性，已被廣泛用作研究植物生理狀態(tài)的有力工具[9-12]。利用Strasser等[12]建立的快速葉綠素熒光誘導動力學曲線數據分析和處理方法—JIP-test，提供有關PSⅡ反應中心、捕光天線復合體以及PSⅡ供體側、受體側結構和功能的詳細信息[13]。由于PSⅠ天線色素發(fā)出瞬時熒光信號非常弱，而氧化態(tài)PSI反應中心(P700+)特異性反射820 nm光[14-15]，因此，通過同步測量820 nm光反射信號來檢測PSⅠ反應中心(P700)及原初電子供體質藍素(PC)，從而更深入了解植物光合機構對逆境的響應，目前已用于研究溫度[16]、光照[17]、干旱[18]、鹽堿[19-20]、重金屬[21]和除草劑[22]等非生物脅迫下植物的光合性能。

鈣(Ca2+)是植物必需營養(yǎng)元素，且作為第二信使對環(huán)境信號和內源激素等許多刺激有靈敏的反應，它穩(wěn)定膜系統(tǒng)結構并控制酶活性[23-25]，當正常條件下植物所需的Ca2+量應用于鹽脅迫植物時，鹽脅迫植物表現出Ca2+缺乏狀況[26]，添加適量外源Ca2+可以緩解Ca2+缺乏，維持質膜的基本結構和功能，保證鹽脅迫下Ca2+信號系統(tǒng)的正常傳遞[26-29]。Ca2+也是光合釋氧的必要因素[25,27]，外源Ca2+可以顯著提高鹽脅迫下部分物種的葉綠素含量和凈光合速率[26,28]。外源鈣緩解蔬菜作物逆境脅迫的作用機理已有許多報道，然而關于鈣離子誘導鹽脅迫下光合作用反應和光合機構變化的信息較少。

本研究針對外源鈣對鹽脅迫下加工番茄幼苗快速葉綠素熒光和820 nm光反射動力學的影響，探討外源鈣緩解蔬菜作物鹽害的光合生理機制，并利用主成分分析綜合評價不同鈣濃度處理的效果，以期為提高鹽環(huán)境下蔬菜作物產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020年4月在石河子大學農學院試驗站進行，供試材料為耐鹽性強的加工番茄(Lycopersicon esculentumMill.)自交品系‘KT-7’，由石河子大學農學院提供。選取飽滿一致加工番茄種子，經消毒、浸種、催芽后，播于草炭∶蛭石=2∶1 (V/V)基質。幼苗長至2葉1心時，挑選長勢整齊、形態(tài)良好的幼苗進行水培。將幼苗莖底部用海綿條包好，固定在開好5孔的泡沫板上，定植于裝有10 L Hoagland完全營養(yǎng)液(pH = 6.2)的12 L水桶中，每桶5株，為防止光照使桶內營養(yǎng)液溫度升高和營養(yǎng)液表面生長綠藻，用黑色噴漆將桶身透光處噴滿。每3天更換一次營養(yǎng)液，試驗期間營養(yǎng)液全天通氣。

幼苗培養(yǎng)至4葉1心時分成6組進行處理(表1)，鹽脅迫環(huán)境：100 mmol/L NaCl于處理時直接加入營養(yǎng)液中，在NaCl脅迫下設外源噴施5個CaCl2濃度處理：0 (蒸餾水)、5、10、15、20 mmol/L，分別記為Ca0、Ca5、Ca10、Ca15、Ca20，以未添加NaCl的營養(yǎng)液為對照(CK)，每日上午10:00進行1次葉面噴施CaCl2，以均勻附于葉面且不滴落為準。每個處理共15株，隨機排列試驗，設3次重復，每個重復5株。在處理第3、6、9天后，選擇第4片真葉測定快速葉綠素熒光、820 nm光反射，處理9天后將各處理植株收獲進行生長指標測定。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatments

1.2 生長指標測定

分別用直尺和游標卡尺測量幼苗株高(子葉節(jié)至頂部生長點)、莖粗(子葉節(jié)處粗度)。用蒸餾水將根系表面鹽分清洗干凈，吸水紙吸干根系表面水分后，將地上部和地下部分開測定其鮮重，得到地上部、地下部鮮重，然后將地上部和地下部分別放入信封中進行105℃殺青30 min，80℃烘干到恒重，得到地上部、地下部干重。

1.3 快速葉綠素熒光誘導動力學參數的測定方法

應用連續(xù)激發(fā)式熒光儀M-PEA (Hansatech，英國)，參照Schansker等[14]方法，葉片先暗適應30 min，然后測定葉片OJIP曲線和820 nm光反射曲線。從OJIP曲線直接獲得熒光參數：Fo(初始熒光，O相)、FK(0.3 ms時熒光，K相)、FJ(2 ms時熒光，J相)、FI(30 ms時熒光，I相)、Fm(最大熒光，P 相)。根據Strasser等[12]方法對OJIP曲線進行JIP-test分析，得到衍生參數：

1) 按公式Vt= (Ft-Fo)/(Fm-Fo)對OJIP曲線進行標準化得到相對可變熒光Vt曲線，按公式ΔVt=Vt(處理)-Vt(對照)對 Vt曲線中各處理與對照作差后，得到相對可變熒光的差異動力學ΔVt曲線。

2) 性能指數：以吸收光能為基礎的PSⅡ性能指數 PIabs= (RC/ABS)[φPo/(1-φPo)][Ψo/(1-Ψo)]。

3) 量子產額或能量分配比率參數：PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm= φPo= (Fm-Fo)/Fm；原初光化學反應(電子傳遞至)效率Fv/Fo= φPo/(1-φPo)；捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其它電子受體概率Ψo= ETo/TRo= 1-VJ；用于電子傳遞的量子產額 φEo= ETo/ABS = φPo×Ψo；用于熱耗散的量子比率φDo= 1-φPo= Fo/Fm；用于還原PSⅠ受體側末端電子受體的量子產額φRo= REo/ABS = TRo/ABS(1-VI)。

4) 達到最大熒光值Fm時，單位葉截面積量子通量：單位葉截面積吸收的光能ABS/CSm≈ Fm；單位葉截面積捕獲的光能TRo/CSm= φPo(ABS/CSm)；單位葉截面積電子傳遞的能量ETo/CSm= φEo(ABS/CSm)；單位葉截面積的熱耗散DIo/CSm= (ABS/CSm)-(TRo/CSm)；單位葉截面積反應中心數量RC/CSm=φPo(VJ/Mo)(ABS/CSm)。

5) 能量比通量：單位PSⅡ活性反應中心(PSⅡRCs)吸收的光能ABS/RC = Mo(1/VJ)(1/φPo)；單位活性PSⅡ RCs捕獲用于還原QA的能量TRo/RC =Mo(1/VJ)；單位活性PSⅡ RCs捕獲用于電子傳遞的能量ETo/RC = Mo(1/VJ)Ψo；單位活性PSⅡ RCs熱耗散的能量DIo/RC = ABS/RC-TRo/RC。

6) 參照Guo等[22]的方法，排除其他因素對820 nm光反射的干擾，采用MR/MRo表示820 nm光反射動力學曲線，MRo是光化照明開始時(0.7 ms)信號值，定量分析不同處理對820 nm光反射的影響，根據MR/MRo曲線計算以下參數，ΔMRfast/MRo=(MRo-MRmin)/MRo，表示快速下降階段反映PC和P700的氧化態(tài)；ΔMRslow/MRo= (MRmax-MRmin)/MRo，表示緩慢上升階段反映PC+和P700+的再還原狀態(tài)；Vox表示PC和P700氧化速率；Vred表示PC+和P700+再還原速率。

1.4 數據分析

文中數據為3次重復的平均值，采用Microsoft Excel 2019進行數據統(tǒng)計與計算，用SPSS 22.0對數據進行單因素方差分析和主成分分析，結合Duncan檢驗法對顯著性差異(P＜0.05)進行多重比較，用OriginPro軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗生長的影響

表2所示，鹽脅迫下加工番茄幼苗生長顯著受到抑制，Ca0處理的株高、莖粗、地上部鮮重與干重、地下部鮮重與干重分別比CK顯著降低了40.05%、25.94%、63.60%、39.74%、53.83%、47.37%，當Ca2+濃度≤15 mmol/L時，生長指標隨Ca2+濃度升高呈增加趨勢，Ca15處理對鹽脅迫抑制幼苗生長的緩解作用最佳，Ca15處理的株高、莖粗、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重分別比Ca0處理增加33.19%、21.72%、129.94%、38.13%、149.50%和117.50%。

表2 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗生長的影響Table 2 Effects of exogenous CaCl2 on the plant growth parameters of processing tomato seedlings under salt stress

2.2 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗葉片快速葉綠素熒光誘導動力學曲線的影響

圖1-a、b、c顯示，隨鹽脅迫時間延長，不同濃度CaCl2處理下葉片OJIP曲線發(fā)生不同程度變形，鹽脅迫9天時，與CK相比，Ca0處理下OJIP曲線發(fā)生變形：K相出現、J相升高、I-P相振幅減小、曲線趨于平緩，與Ca0相比，Ca15處理曲線變形幅度最小。鹽脅迫9天，與CK相比，Ca0處理下Vt曲線的 K、J相明顯上升 (圖1-d、e、f)，ΔVt曲線中ΔK＞0 (圖1-g、h、i)，表明PSⅡ供體側向下游提供電子能力減弱，放氧復合體(OEC)受到傷害，ΔJ＞0，說明(初級醌受體QA還原形式)大量積累，PSⅡ受體側QA至QB電子傳遞被抑制，綜上PSⅡ反應中心供體側和受體側均遭到鹽脅迫傷害。當CaCl2濃度≤15 mmol/L時，ΔK、ΔJ隨Ca2+濃度增加而減小，Ca15處理最小，當Ca2+濃度＞15 mmol/L時，Ca20處理的ΔK、ΔJ甚至高于Ca0處理，說明適宜濃度外源Ca2+能減輕鹽脅迫對PSⅡ反應中心供體側和受體側電子傳遞的抑制，提高植物耐鹽性，其中15 mmol/L Ca2+緩解效果最佳，而20 mmol/L Ca2+則表現出加重鹽脅迫傷害。

圖1 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗葉片快速葉綠素熒光誘導OJIP曲線(a、b、c)、相對可變熒光Vt曲線(d、e、f )及相對可變熒光的差異動力學ΔVt曲線(g、h、i)的影響Fig.1 Effects of exogenous CaCl2 on the fast chlorophyll a fluorescence induction curves OJIP (a, b, c), relative variable fluorescence curves Vt (d, e, f ) and differential kinetic curves ΔVt (g, h, i) in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.3 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄葉片Fv/Fo、VJ的影響

Fv/Fo表示PSⅡ潛在活性，VJ反映2 ms時PSⅡRCs關閉程度[11]。圖2顯示，隨鹽脅迫天數增加，Fv/Fo逐漸減小，VJ逐漸增大，即PSⅡ潛在活性與PSⅡ RCs關閉程度呈反比，Fv/Fo隨CaCl2濃度增加呈先升高后降低的趨勢。鹽脅迫3天，Ca0、Ca20處理顯著低于其他CaCl2處理；鹽脅迫6天，CK處理顯著高于Ca0～Ca20處理；鹽脅迫9天，Fv/Fo大小表現為：CK＞Ca15＞Ca10＞Ca5＞Ca0＞Ca20，Ca0處理顯著低于CK，Ca15較Ca0處理Fv/Fo顯著升高39.67%且與CK無顯著差異，Ca20較Ca0處理Fv/Fo顯著降低23.92%且為最小值。鹽脅迫9天，VJ大小表現為：CK＜Ca15＜Ca10＜Ca0＜Ca5＜Ca20，Ca0～Ca20處理均顯著高于CK，與Ca0處理相比，Ca5、Ca10處理VJ無顯著差異，Ca20處理VJ顯著升高22.43%，Ca15處理VJ顯著降低18.35%。綜上，鹽脅迫降低PSⅡ活性，抑制QA被還原，Ca15處理能有效緩解上述傷害，但Ca2+濃度過高(如Ca20處理)則加重鹽脅迫傷害。

圖2 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗Fv/Fo和VJ的影響Fig.2 Effects of exogenous CaCl2 on the Fv/Fo and VJ in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.4 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄葉片Fv/Fm、PIabs的影響

Fv/Fm是反映PSⅡ活性中心光能轉換效率的重要參數，PIabs是指以吸收光能為基礎的性能指數。圖3顯示，Fv/Fm與PIabs變化趨勢相同，隨鹽脅迫時間增加而逐漸減小，隨CaCl2濃度增大呈先升后降，Ca0處理在整個鹽脅迫過程中Fv/Fm與PIabs均顯著低于CK。鹽脅迫3天，Ca5、Ca10、Ca15處理下Fv/Fm以及Ca5處理下PIabs顯著高于Ca0處理；鹽脅迫6天，Ca5、Ca10、Ca15處理下Fv/Fm與PIabs均顯著高于Ca0處理，Ca20處理下Fv/Fm與PIabs與Ca0處理差異不顯著；鹽脅迫9天，Fv/Fm與PIabs大小依次為：CK＞Ca15＞Ca10＞Ca5＞Ca0＞Ca20，與Fv/Fm相比鹽脅迫對PIabs的影響更明顯，反映加工番茄葉片PIabs對鹽脅迫的敏感性強于Fv/Fm，Ca0～Ca20處理依次與CK相比PIabs分別降低了77.42%、76.34%、51.04%、29.31%、90.68%，與Ca0處理相比，Ca5、Ca10處理Fv/Fm差異不顯著，Ca20處理 Fv/Fm顯著降低、PIabs沒有顯著差異，Ca15與Ca0處理相比Fv/Fm與PIabs均顯著升高，說明15 mmol/L CaCl2更好地緩解了鹽脅迫誘導的光合性能降低，Ca20處理則未表現出緩解鹽脅迫損傷的作用。

圖3 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗Fv/Fm和PIabs的影響Fig.3 Effects of exogenous CaCl2 on the Fv/Fm and PIabs in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.5 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄葉片量子產額的影響

Ψo、φEo、φDo用來反映 PSⅡ受體側變化，φRo是用于還原PSI受體側末端電子受體的量子產額。圖4顯示，隨鹽脅迫天數增加，Ψo、φEo遞減，φDo遞增。與CK相比，鹽脅迫3天Ca0處理Ψo、φEo未觀察到明顯差異；鹽脅迫6天，Ca0處理下Ψo、φEo顯著低于CK，與Ca0處理相比，Ca10處理Ψo、φEo無顯著差異，Ca5、Ca15處理Ψo、φEo顯著增加，Ca20處理Ψo、φEo顯著減??；鹽脅迫9天，CK處理Ψo、φEo顯著高于Ca0～Ca20處理，與Ca0處理相比，Ca5、Ca10處理無顯著差異，Ca20處理顯著降低，而Ca15處理顯著升高。φDo隨CaCl2濃度升高呈先降后升的趨勢，整個鹽脅迫過程Ca0處理下φDo顯著高于CK，鹽脅迫9天，Ca0～Ca20處理依次較CK上升36.09%、25.48%、13.34%、4.79%、67.92%，與Ca0處理相比，Ca5、Ca10處理φDo無顯著差異，Ca20處理φDo顯著增大，而Ca15處理φDo顯著降低且與CK無顯著差異。φRo隨處理時間延長變化不大，鹽脅迫9天Ca0處理顯著低于CK，Ca20與Ca0處理無顯著差異，Ca15處理顯著高于Ca0處理并與CK差異不顯著。綜上，說明鹽脅迫下施加15 mmol/L CaCl2能夠降低熱耗散的量子比率，從而提高電子傳遞的量子產額。

圖4 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗量子產額的影響Fig.4 Effects of exogenous CaCl2 on the yield flux ratios in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.6 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄葉片能量分配參數的影響

能量分配參數以“雷達圖”形式表示(圖5)，隨鹽脅迫時間延長，處理間能量分配參數差異逐漸明顯。對葉截面積而言，鹽脅迫6、9天，與CK相比，Ca0處理下單位葉截面積中活性反應中心數量(RC/CSm)及吸收、捕獲和傳遞的能量(ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm)明顯降低，而單位葉截面積熱耗散(DIo/CSm)大于CK，與Ca0處理相比，Ca15處理下RC/CSm、ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm明顯增大，DIo/CSm則減小，鹽處理下RC/CSm大小依次為：Ca15＞Ca10＞Ca5＞Ca0＞Ca20；對反應中心而言，鹽脅迫 6、9天，與CK相比，Ca0處理下單位活性反應中心吸收、捕獲和熱耗散的能量(ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC)均高于CK，用于電子傳遞的能量(ETo/RC)低于CK，與Ca0處理相比，Ca15處理下ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC明顯降低，而ETo/RC升高，鹽處理下 DIo/CSm、DIo/RC 大小均為：Ca20＞Ca0＞Ca5＞Ca10＞Ca15，綜上Ca15處理逆轉了鹽脅迫誘導活性反應中心數量減少、熱耗能升高，提高了用于電子傳遞的能量，降低能量的熱耗散，優(yōu)化了反應中心能量分配。

圖5 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗能量分配參數的影響Fig.5 Effects of exogenous CaCl2 on the energy distribution parameters in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.7 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄葉片調制820 nm反射信號的影響

葉片暗適應后PSⅠ反應中心處于完全還原狀態(tài)，照光后PSⅠ逐漸氧化，820 nm光反射強度逐漸下降，圖6顯示，與CK相比，820 nm光反射曲線在鹽脅迫下發(fā)生變形，表現為下降階段最低點升高和上升階段最高點降低，說明PSⅠ氧化還原能力被鹽脅迫抑制，鹽脅迫3、6天Ca0處理變形幅度最大，鹽脅迫9天Ca20處理變形幅度超過Ca0處理，Ca10、Ca15處理變形幅度較小。

圖6 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗調制820 nm反射動力學曲線的影響Fig.6 Effects of exogenous CaCl2 on the modulated 820 nm reflection kinetics curves in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

如圖7所示，ΔMRfast/MRo、ΔMRslow/MRo、Vox、Vred隨時間持續(xù)變化不明顯，鹽脅迫9天，隨Ca2+濃度增加，ΔMRfast/MRo、ΔMRslow/MRo、Vox、Vred呈先增大后減小，在Ca0處理下均顯著低于CK，與Ca0處理相比，當Ca2+濃度≤15 mmol/L時顯著升高，在Ca20處理顯著降低，說明適宜濃度外源Ca2+能有效促進鹽脅迫下植物體PSⅠ氧化還原性能，Ca2+濃度過高(Ca20處理)則加重鹽脅迫對PSⅠ氧化還原性能的抑制，其中Ca15處理對鹽脅迫誘導降低PSⅠ氧化還原性能的緩解作用最佳。

圖7 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗葉片調制 820 nm 動力學參數的影響Fig.7 Effects of exogenous CaCl2 on the parameters of the modulated 820 nm reflection kinetics in leaves of processing tomato seedlings under salt stress

2.8 外源CaCl2對鹽脅迫下加工番茄幼苗快速葉綠素熒光和820 nm光反射動力學影響的綜合評價

主成分分析(principal components analysis, PCA)也稱主分量分析，旨在利用“降維”的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標。快速葉綠素熒光和820 nm光反射動力學參數具有不同的量綱與數量級，為了避免其對結果的影響，主成分分析前對處理9天后的原始數據進行標準化，標準化數據通過PCA，根據特征值大于1的標準提取到兩個主成分，其特征值、貢獻率、累計貢獻率等如表3所示，特征值分別為15.769、1.632，貢獻率分別為82.996%、8.591%，累積貢獻率達91.587%，表明這兩個相互獨立的主成分能夠反映19個指標91.587%的信息，符合分析要求。

表3 兩個主成分的載荷矩陣、特征值及貢獻率Table 3 Component matrix, Eigen values, and contributing rate of two principal components

主成分載荷矩陣反映各指標對此主成分負荷相對大小與作用的方向，即該指標對主成分的影響程度。表3中，第一主成分(principal component 1,PC1)絕對值較高的正向特征向量指標有Fv/Fo、Fv/Fm、ETo/CSm、TRo/CSm、ΔMRfast/MRo，PC1 可稱為光合反應中心工作效率的量度。第二主成分(principal component 2, PC2)絕對值較高的正向特征向量指標有ETo/RC、TRo/RC，PC2可稱為PSⅡ RCs支配光能的量度，由表4可知，不同處理綜合排名依次為CK＞Ca15＞Ca10＞Ca5＞Ca0＞Ca20。

表4 鹽脅迫下加工番茄幼苗在不同濃度外源CaCl2處理的綜合得分及排名Table 4 The comprehensive score and ranking of processing tomato seedlings treated with different concentrations of exogenous CaCl2 under salt stress

3 討論

植物響應鹽脅迫最直觀變化就是植株生長受到明顯抑制，土壤鹽漬化已成為番茄設施栽培及優(yōu)質高產的限制因素之一，鹽分導致番茄幼苗體內發(fā)生離子失衡和質膜過氧化，通過破壞光合作用等一系列生理過程來抑制番茄生長[4,29]。本試驗結果表明葉面噴施外源15 mmol/L CaCl2有效緩解鹽脅迫對加工番茄幼苗的生長抑制(表2)。

葉綠素熒光在一定程度上反映環(huán)境因子對植物的影響，OJIP曲線包含PSⅡ原初光化學反應及光合機構電子傳遞狀態(tài)等過程[30]，與植物異質性、非生物脅迫程度有關[11,31]，光合電子傳遞鏈的組成部分位于植物細胞類囊體膜上，鹽脅迫損傷植物葉片葉綠體中類囊體結構，降低光合色素含量和光合效率[7,31-33]。OJIP曲線J點、I點、IP相分別與PSⅡ受體側QA、質體醌(PQ)、PSI受體側狀態(tài)有關[9,11,34]，如果在極短時間內(即J點之前，0.3 ms處)葉綠素熒光上升出現K點，是因為電子傳遞中水裂解過程和Pheo (去鎂葉綠素)到QA部分被抑制，標志PSⅡ供體側OEC活性被抑制[19]。本研究發(fā)現，隨鹽脅迫時間延長，加工番茄幼苗葉片OJIP曲線出現K點、J點上升，I點、P點降低、I-P相振幅減小(圖1-a、b、c)，在Ca0與Ca20處理中更為明顯，這與鹽脅迫在玉米[31]、葡萄[35]、綠豆[36]中的試驗結果相似，I-P階段降低表明鹽脅迫降低PSI氧化還原能力[14]，P點下降是由PSI受體側葉綠素蛋白降解或變性以及閉合PSⅡRCs數量的減少引起[9,34]，而15 mmol/L CaCl2處理減輕上述鹽脅迫傷害。

Vt曲線 (圖1-d、e、f)及 ΔVt曲線 (圖1-g、h、i)更直觀表現OJIP曲線的不可見特征，明顯可見鹽脅迫誘導VK增加且ΔK＞0反映PSⅡ供體側OEC受損，而OEC參與光合作用光反應過程中水的光氧化，鹽脅迫削弱OEC電子轉移能力，因此推測鹽脅迫抑制加工番茄葉片中光能氧化水釋放電子的過程。同時，VJ增加(圖2)是PSⅡ受體側QA向次級醌受體(QB)電子傳遞受阻的特異性標志[22]，表明鹽脅迫限制超出QA的電子運輸，即(QA的還原形式)大量積累，濃度增加引發(fā)PSⅡ RCs閉合，結合鹽脅迫下捕獲激子將電子傳遞到超過QA其它電子受體的概率Ψo和用于電子傳遞的量子產額φEo顯著降低，能量耗散的量子效率φDo升高(圖4)，表明鹽脅迫抑制PSⅡ受體側QA下游的電子傳遞，在其他植物研究中也發(fā)現了類似的結果[19,31,36]，這些結果說明PSⅡ受體側是鹽脅迫的靶點，可能由于鹽脅迫導致QB從蛋白復合體脫落，使PSⅡ受體側PQ結合親和力降低[11]。據報道鹽脅迫對小麥的傷害位點為供體側[33]，而在油菜葉中為受體側[37]，表明鹽脅迫對不同物種光合電子傳遞鏈的傷害位點不同，本試驗則表明加工番茄幼苗葉片PSⅡ供體側和受體側均受到鹽脅迫傷害，而鹽脅迫下施加外源15 mmol/L CaCl2可通過保護OEC結構，使光解水向PSⅡ提供電子，降低能量耗散，維持電子傳遞鏈正常運行。

鹽脅迫下Fv/Fo、Fv/Fm降低是Fm減小和Fo增大共同作用的結果，說明從PSⅡ反應中心色素分子(P680)向QA電子傳遞受阻，且PSⅡ天線色素激發(fā)態(tài)非輻射耗散發(fā)生[32]，Fv/Fo降低表明鹽脅迫損傷類囊體膜結構、有活性的反應中心數量降低[38]，Fv/Fm降低表明鹽脅迫削弱PSⅡ光化學效率[30]，進一步分析發(fā)現Ca0處理單位葉截面積中RCs密度(RC/CSm)、吸收的光能(ABS/CSm)減少，表明鹽脅迫造成PSⅡRCs失活或天線色素結構改變、降解，使捕獲、傳遞電子的光能(TRo/CSm、ETo/CSm)減少，但熱耗散(DIo/CSm)升高，表明加工番茄幼苗葉片受到鹽脅迫啟動光合機構的保護機制[11]，進一步表現為單位反應中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)明顯降低，而吸收、捕獲用于還原QA、熱耗散的能量(ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC)增加，表明部分PSⅡRCs失活后，單位葉截面積吸收、捕獲、傳遞的光能降低，致使剩余有活性的RCs吸收、轉換光能及熱耗散的工作效率提高、用于傳遞電子的能量減少，從而保證在鹽脅迫下能量供應。這是在PSⅡ中安全耗散過剩激發(fā)能量的機制之一—葉黃素循環(huán)，其功能是通過非光化學猝滅的過程，將PSⅡ天線中過剩激發(fā)能作為熱量耗散，對保護光合電子傳遞鏈有積極作用，這個結果與前人[8,31,36,39]得出PSⅡ RCs對逆境響應的結論一致。然而，鹽脅迫對加工番茄葉片PSⅡRCs數量與能量支配的負面影響被外源15 mmol/L CaCl2所抵消。

PIabs是以吸收光能為基礎、包含多個獨立參數(RC/ABS、φPo、Ψo等)的性能指數，許多研究采用最大光化學效率(Fv/Fm)評估植物受脅迫程度，但一些研究認為PIabs比Fv/Fm更敏感，可以準確地反映脅迫對植物光合機構的影響[11-12]，在本研究中加工番茄幼苗葉片PIabs對鹽脅迫更為敏感(圖3)，在Fv/Fm尚未發(fā)生變化時，PIabs已出現明顯變化，Ψo是對PSⅡ反應中心電子傳遞鏈性能的綜合評價指標之一(圖4)，PIabs主要反映PSⅡ反應中心效率，試驗表明，與Ca0處理相比，Ca15處理使鹽脅迫下加工番茄葉片的Ψo和PIabs均顯著升高，但PIabs升高程度大于Ψo，由此可見，外源鈣對改善PSⅡ反應中心之后的電子傳遞鏈性能更為顯著，從而提升整體光合性能，這與趙娜等[40]關于鉀肥提高抗蟲棉葉片PSⅡ性能的研究結果一致。

除植物葉片PSⅡ反應中心容易受到逆境傷害外，PSⅠ反應中心也是逆境脅迫作用位點之一，通常使用820 nm光反射來研究PSⅠ原初光化學反應[10]，葉片暗適應后PSⅠ反應中心處于完全還原狀態(tài)，照光后PSⅠ逐漸氧化，820 nm光反射曲線處于快速下降階段代表P700和PC的氧化，最低點(MRmin)是PSⅠ氧化還原的轉折點，當來自PSⅡ的電子促進PSⅠ還原，820 nm光反射曲線轉為慢速上升階段代表P700和PC再還原，對應OJIP曲線I-P階段[15,22,30]，因此，820 nm光反射曲線同時受PSⅠ和PSⅡ活性的影響，能夠反映PSⅠ和PSⅡ協(xié)調性，當PSⅠ活性降低會反饋抑制PSⅡ向PSⅠ傳遞電子，加劇PSⅡ傷害程度[41]，PSⅠ穩(wěn)定性可保證受損PSⅡ快速修復[42]。本試驗中隨鹽脅迫天數增加，MR/MRo曲線(圖6)、PSⅠ性能參數(圖7)較PSⅡ性能指數PIabs(圖3)變化幅度明顯減小，這與前人[31,43]研究表明鹽脅迫對PSⅡ影響大于PSI的結果一致。本研究結果顯示，與CK相比，Ca0處理下MR/MRo曲線MRmin增大，ΔMRfast/MRo、ΔMRslow/MRo以及 Vox、Vred顯著降低，表明鹽脅迫抑制P700和PC氧化以及再還原過程，與Kan等[31]研究結果不同的是，在玉米對鹽脅迫響應中820 nm光反射曲線下降階段未發(fā)現顯著變化，但其上升階段變化與本試驗結果一致，此外，結合還原PSⅠ受體側末端電子受體的量子產額(φRo)減少(圖4)，可推測PSI活性降低可能是PQ向傳遞電子的能力或數量下降，PSⅡ與PSI之間連通性變差，PSI受體側電子傳遞受阻，這種效應與上文JIP-test分析得出鹽脅迫引起PSⅡ反應中心活性降低一致，而15 mmol/L CaCl2處理能夠提高鹽脅迫下PSⅠ氧化還原能力。

4 結論

施加外源15 mmol/L CaCl2通過耗散PSⅡ天線色素過剩激發(fā)能，減輕鹽脅迫氧化應激對葉綠體的損傷，穩(wěn)定光合反應中心結構與功能，提高光化學效率和能量利用率，減輕鹽脅迫的光抑制，從而促進加工番茄幼苗生長。