周曉瑾，黃海霞，張君霞，馬步東，陸剛，齊建偉，張婷，朱珠

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

裸果木（Gymnocarpos przewalskii）是石竹科，裸果木屬的一種多年生亞灌木狀植物，主要生長在800～2500 m的干河床、山前洪積扇及礫質(zhì)戈壁灘等地［1］，屬于古地中海旱生植物區(qū)系成分，是亞洲中部荒漠區(qū)內(nèi)比較稀少的孑遺物種［2］，對我國旱生植物區(qū)系起源和演化過程的研究有著重要的科學(xué)價值。裸果木分布區(qū)自然環(huán)境惡化、繁殖困難、加之人為因素和動物取食的影響，導(dǎo)致其分布區(qū)種群數(shù)量急劇降低，1997年被列為國家一級保護(hù)植物［3］。目前主要分布于我國甘肅河西走廊、內(nèi)蒙古西部、新疆部分區(qū)域及寧夏兩區(qū)中西部［4-6］。本研究選用材料來自甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護(hù)區(qū)，該區(qū)土壤鹽分類型以硫酸鹽氯化物—鈉鹽和氯化物硫酸鹽為主［7］，且其中Cl-和Na+的含量分別為0.4 g·kg-1和0.5 g·kg-1［8］。植物光合作用對鹽脅迫敏感，表現(xiàn)為葉片氣孔導(dǎo)度減弱，光合速率下降，導(dǎo)致植物生長發(fā)育受到不同程度的傷害，如張?zhí)兜龋?］研究發(fā)現(xiàn)，枸杞（Lycium barbarum）葉片凈光合速率在鹽脅迫下受到明顯的抑制，章華婷等［10］表明，高鹽脅迫下夏蠟梅（Sinocalycanthus chinensis）最大光化學(xué)效率和潛在光化學(xué)效率顯著降低，但張川紅等［11］發(fā)現(xiàn)，國槐（Sophora japonica）在鹽脅迫下能夠維持或提高凈光合速率，表現(xiàn)出較好的耐鹽性。目前，有關(guān)裸果木的研究主要集中于種子萌發(fā)、根系形態(tài)和生理特征等方面［12-14］，而關(guān)于不同鹽脅迫濃度對裸果木光合特性影響的研究尚未見報道。因此，本研究以安西極旱自然保護(hù)區(qū)土壤鹽漬化為背景，通過設(shè)計鹽分梯度來模擬該地區(qū)土壤含鹽量，研究鹽脅迫對裸果木光合作用、光響應(yīng)曲線和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化及差異性，揭示裸果木對鹽脅迫的適應(yīng)機(jī)制和抗逆機(jī)理，為荒漠地區(qū)裸果木耐鹽性研究及人工種植地的選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為一年生裸果木幼苗。種子采集于甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護(hù)區(qū)植物園。于2021年4月初，采用花盆進(jìn)行播種育苗，播種前用10%的84消毒液浸泡種子3 min，用蒸餾水沖洗干凈，最后用濾紙吸干水分。育苗基質(zhì)配比為泥炭土∶蛭石=3∶1，每個花盆（內(nèi)徑18 cm，高15 cm）播種3穴，每穴4粒，深度為1 cm，待成活穩(wěn)定后，每盆保留3株。于2021年5月中旬移至甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地的塑料大棚中進(jìn)行日常管護(hù)。

1.2 試驗設(shè)計

育種前對基質(zhì)進(jìn)行風(fēng)干，每盆裝入等量基質(zhì)（359.97 g），試驗設(shè)置7個NaCl濃度梯度，使得基質(zhì)鹽分含量分別為0.2%（T1）、0.4%（T2）、0.6%（T3）、0.8%（T4）、1.0%（T5）和1.2%（T6），以蒸餾水為對照（CK）。按照設(shè)置的基質(zhì)鹽分處理和盆土干重，計算每個處理需要加入NaCl的量，分別配置成1 L的溶液，緩慢加入基質(zhì)中。每個處理包括20盆，每3～5 d澆等量水，若底部托盤中有滲出液則澆回至盆中，以避免土壤鹽分的流失。于2021年7月末開始測定光合作用等指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 光合氣體交換參數(shù)的測定 選擇晴朗的天氣，利用Li-6400便攜式光合測定儀（Li-CorInc.Lincoln，NE，美國）于上午9：00-11：00對裸果木葉片凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）、胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration，C）i和蒸騰速率（transpiration rate，Tr）等光合參數(shù)進(jìn)行測定。測定時選取植株中上部長勢良好的葉片，每處理選擇3個健壯植株重復(fù)，每株測定1次?？刂迫~室溫度為25℃，CO2濃度為400 μmol·mol-1，空氣相對濕度為60%～70%，光強(qiáng)設(shè)置為1000 μmol·m-2·s-1。水分利用效率（instantaneous water use efficiency，WUE）和氣孔限制值（stomatal limitation，Ls）分別用如下公式計算：WUE=Pn/Tr；Ls=1-Ci/Ca［15］，其中Ca為大氣CO2濃度。

1.3.2 光響應(yīng)曲線的測定 采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合測定儀，于晴朗日9：00-11：00選擇紅藍(lán)光源葉室，設(shè)定光合有效輻射（photosynthetically active radiation，PAR）由高到低依次為1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、300、200、150、100、50、30、0 μmol·m-2·s-1，利用Li-6400自動“l(fā)ight-curve”曲線功能進(jìn)行測定，先在1000 μmol·m-2·s-1PAR進(jìn)行誘導(dǎo)，再按設(shè)定PAR范圍從高到低依次測定，穩(wěn)定120 s后系統(tǒng)自動記錄并保存光合數(shù)據(jù)。測定期間，設(shè)定氣體流速為500 μmol·m-2·s-1，葉室內(nèi)CO2濃度為400 μmol·mol-1，葉室溫度為（25±3）℃，最小等待時間和最大等待時間分別為120和200 s，結(jié)果取3次重復(fù)的平均值。采用葉子飄等［16］的機(jī)理模型進(jìn)行擬合并計算光響應(yīng)特征參數(shù)。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 葉綠素?zé)晒鈪?shù)用PAM-2500便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（WALZ，德國）測定，測定時間與光合氣體交換參數(shù)一致。測定前先用葉夾遮光處理（暗適應(yīng)）30 min，每個處理重復(fù)3次。測定的熒 光 參 數(shù) 主 要 有：PSII潛 在 活 性（potential activity of PSII，F(xiàn)v/F0）、PSII原 初 光 能 轉(zhuǎn) 化 效 率（maximal photochemical quantum efficiency of PSII，F(xiàn)v/Fm）、實際光化學(xué)效率（actual photochemical efficiency，ΦPSII）、電子傳遞速率（electron transfer rate，ETR）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（photochemical quenching coefficient，qp）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（non-photochemical quenching coefficient，NPQ）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)；在SPSS 26.1統(tǒng)計分析軟件中，采用單因素方差分析（ANOVA）進(jìn)行數(shù)據(jù)差異性比較，利用Duncan法檢驗處理間差異的顯著性（P＜0.05）；用Origin 2020作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

2.1.1 鹽脅迫對葉片Pn、Tr和WUE的影響 葉片Pn隨著鹽脅迫程度的增加而下降（圖1A）。與CK相比，0.2%NaCl處理下Pn下降不明顯。當(dāng)鹽濃度≥0.4%時，Pn均顯著低于CK，降幅分別為21.0%、55.1%、64.3%、68.6%和78.4%。NaCl濃度為0.6%～1.2%，各處理Pn差異不顯著。鹽脅迫使葉片Tr呈下降（圖1B）趨勢，T1處理與CK間差異未達(dá)到顯著水平。隨著脅迫程度的加重，Tr顯著降低，較CK分別降低了23.6%、35.1%、47.8%、53.1%和61.5%。T5、T6處理的Tr顯著低于T2、T3處理，且T4與T2處理間也存在顯著差異。隨著鹽濃度的增大，葉片WUE呈先上升后下降的趨勢（圖1C）。T1和T2處理的WUE較CK提高，但不顯著。而當(dāng)鹽濃度≥0.6%時，各處理WUE顯著低于CK，降幅分別為30.0%、31.5%、32.9%和36.1%，但各脅迫處理之間差異不顯著。

2.1.2 鹽脅迫對葉片Gs、Ci和Ls的影響 葉片Gs隨著鹽濃度增加，呈現(xiàn)出減小趨勢（圖1D）。T1處理的Gs與CK間差異不顯著。當(dāng)鹽濃度≥0.4%時，各處理Gs顯著低于CK，分別下降了19.2%、59.3%、63.9%、69.5%和76.9%。鹽脅迫對葉片的Ci影響顯著（圖1E）。Ci隨著鹽濃度的增大呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，與CK相比，T1和T2處理下降不明顯，T4～T6處理的Ci顯著增加，分別是CK的1.0、1.1和1.2倍，T3處理的Ci與CK相比增加不明顯。隨著鹽脅迫程度增大，葉片Ls呈先升后降趨勢（圖1F）。T1和T2處理的Ls與CK間的差異未達(dá)到顯著水平；當(dāng)鹽濃度≥0.6%時，Ls顯著下降，較CK分別降低了28.2%、51.0%、57.8%和68.1%，但各脅迫處理間差異不顯著。

圖1 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響Fig.1 Effects of salt stress on photosynthetic gas exchange parameters of seedling of G.przewalskii

2.2 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片光合響應(yīng)特性的影響

2.2.1 鹽脅迫對葉片光響應(yīng)曲線變化特征的影響 從圖2可知，各處理葉片的光響應(yīng)曲線均呈先升高后趨于平緩，采用葉子飄等［16］的機(jī)理模型對葉片光響應(yīng)曲線進(jìn)行模擬，確定系數(shù)在0.97以上，說明該模型適合模擬不同鹽脅迫對裸果木幼苗葉片的光響應(yīng)過程。各處理Pn快速上升的PAR范圍不一致，CK和T1處理為0～800 μmol·m-2·s-1，T2處 理 為0～600 μmol·m-2·s-1，其 余 鹽 分 處 理 為0～400 μmol·m-2·s-1；PAR為1000～1200 μmol·m-2·s-1時，CK和T1、T2處理Pn達(dá)到飽和狀態(tài)；而其余各處理Pn在400～600 μmol·m-2·s-1時就達(dá)到飽和。

圖2 鹽脅迫下裸果木幼苗光合響應(yīng)曲線的變化Fig.2 Changes of photosynthetic response curves of seedling of G.przewalskii under salt stress

2.2.2 鹽脅迫對葉片光響應(yīng)參數(shù)的影響Pnmax隨著鹽濃度的增加而降低；除T1和T2處理外，其余各處理的Pnmax均顯著低于CK，分別降低了26.1%、36.8%、44.0%和52.6%（表1）。隨著鹽脅迫程度的增大，Rd呈現(xiàn)降低趨勢；NaCl濃度≥0.6%時，Rd降幅明顯，較CK分別下降了40.0%、43.3%、56.7%和61.7%。隨著鹽處理濃度增加，LSP逐漸減小，而LCP呈相反趨勢。T6處理的LCP比CK顯著增加了63.9%；NaCl濃度≥0.6%時，LSP分別較CK顯著下降了23.6%、24.1%、27.9%和30.0%。隨著鹽脅迫的加劇，AQY逐漸降低。除T1和T2處理外，其余各處理與CK間的差異均達(dá)到顯著水平，分別降低了49.5%、63.9%、66.0%和71.1%。

表1 鹽脅迫下裸果木幼苗光響應(yīng)參數(shù)的變化Table 1 Changes of light response parameters of seedling of G.przewalskii under salt stress（μmol·m-2·s-1）

2.3 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片熒光參數(shù)的影響

2.3.1 鹽脅迫對葉片F(xiàn)v/F0與Fv/Fm的影響 葉片F(xiàn)v/F0隨著鹽脅迫程度的加重呈下降趨勢（圖3A）。與CK相比，T1和T2處理下Fv/F0下降不明顯。其余各處理Fv/F0較CK顯著降低，降幅分別為25.9%、37.1%、42.7%和48.0%；T4和T5處理的Fv/F0與T3和T6處理之間的差異不顯著，但T6處理的Fv/F0較T3處理顯著下降29.8%。不同處理下葉片的Fv/Fm值介于0.67～0.80之間，隨著鹽濃度的增加，F(xiàn)v/Fm呈下降趨勢（圖3B）。鹽濃度在0.6%～1.2%之間，F(xiàn)v/Fm分別比CK顯著下降了7.4%、10.7%、13.0%和15.9%，T6處理的Fv/Fm也顯著低于T3處理，其余各脅迫處理之間差異不顯著。

2.3.2 鹽脅迫對葉片ΦPSII與ETR的影響 鹽脅迫對葉片ΦPSII具有顯著影響（圖3C）。隨著鹽濃度的增加，各鹽分處理ΦPSII與CK相比，分別下降了26.7%、51.8%、80.9%、86.2%、90.5%和94.1%。T3處理ΦPSII顯著低于T1和T2處理，降幅分別為73.9%和60.3%。當(dāng)鹽濃度≥0.6%時，各脅迫處理間ΦPSII差異不顯著。鹽脅迫使葉片ETR降低（圖3D）。T1處理 的ETR與CK間差異不 顯 著；T2處理下ETR顯 著 高于T3～T6處 理，分別高出39.5%、48.1%、55.9%和61.2%。

2.3.3 鹽脅迫對葉片qp與NPQ的影響 葉片qp隨著鹽濃度的增加呈下降趨勢（圖3E）。T1和T2處理的qp與CK相比分別顯著下降了16.4%和19.8%；當(dāng)鹽濃度≥0.6%時，各脅迫處理之間qp差異不明顯，但均顯著低于CK，降幅介于36.4%和47.6%之間。隨著鹽濃度增大，葉片NPQ呈現(xiàn)先顯著增大后減小的趨勢（圖3F），在0.4%NaCl處理下達(dá)到最大值，較CK高出39.5%，而當(dāng)NaCl濃度≥0.8%時，NPQ顯著降低，較CK分別下降了48.5%、64.2%和82.5%，但這3個處理間差異不顯著。

圖3 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片熒光參數(shù)的影響Fig.3 Effects of salt stress on leaf fluorescence parameters of seedling of G.przewalskii

3 討論

3.1 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

鹽脅迫通常會抑制植物的光合作用。如對紅花玉蘭（Magnolia wufengensis）和沙棗（Elaeagnus angustifolia）進(jìn)行鹽脅迫的研究表明［17-18］，鹽脅迫顯著降低了兩種植物的Pn、Gs、Tr和Ci。鹽脅迫下，植物光合作用受到多種因素的影響，包括氣孔限制和非氣孔限制因素［19］。Farquhar等［20］認(rèn)為，如果鹽脅迫使Gs減少而葉肉細(xì)胞仍在活躍地進(jìn)行光合時，Ci應(yīng)明顯下降，Ls升高，則光合速率降低為氣孔限制所致；如果葉肉細(xì)胞本身光合活性下降，Ci有可能升高或者不變，Ls下降，則光合速率降低的主要因素是非氣孔限制。本試驗中，在0.2%和0.4%的NaCl處理下，裸果木葉片Ci和Gs與CK相比同時下降，且Ls升高，表明該鹽分條件下氣孔限制是導(dǎo)致光合速率下降的主要因素；當(dāng)NaCl≥0.6%處理時，Ci升高，而Ls降低，說明NaCl≥0.6%處理時的光合速率下降主要受非氣孔限制影響，其原因可能是葉綠體中非固定狀態(tài)下的CO2從葉肉細(xì)胞壁到CO2還原側(cè)移動的過程中受阻，同時核酮糖二磷酸羧化酶的活性降低［21］。對于鹽脅迫通過氣孔因素或非氣孔因素導(dǎo)致光合速率降低的原因，研究結(jié)果不盡一致，對同種植物的研究也有著不一致的報道，這可能是鹽脅迫下研究的物種不同，植物的耐鹽性存在差異，或者針對同一物種，低鹽或高鹽脅迫的濃度范圍設(shè)置不同［22］。

3.2 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片光響應(yīng)曲線的影響

光響應(yīng)曲線描述了在一定范圍光照強(qiáng)度下植物潛在的光合作用能力和植物對生長環(huán)境的適應(yīng)性，是探究環(huán)境脅迫下光合作用變化的重要手段［23-24］，通過擬合光合響應(yīng)曲線得到的各種參數(shù)，對了解環(huán)境脅迫下植物光反應(yīng)過程的光合速率十分重要。Pnmax是光飽和狀態(tài)下的凈光合速率，其在適宜的環(huán)境條件下完全取決于葉片自身光合能力的大小［25］。本研究中低鹽脅迫（NaCl≤0.4%）的Pnmax與CK差異未達(dá)到顯著性水平，但隨著鹽脅迫程度增加，Pnmax顯著降低，這與李菊艷等［26］在胡楊（Populus euphratica）幼苗上的研究結(jié)果基本一致，說明鹽脅迫不利于裸果木幼苗同化產(chǎn)物的積累。光合響應(yīng)曲線與縱軸的交點為Rd［27］；LCP和LSP則分別是判斷植物利用弱光和強(qiáng)光能力大小的重要指標(biāo)［28］。從本研究可以看出：隨著鹽脅迫程度增大，裸果木幼苗的Rd、LSP和AQY呈下降趨勢，而LCP呈上升趨勢；NaCl濃度≤0.4%時，葉片的Pnmax、Rd、LSP和AQY降幅不明顯，說明該鹽分條件下，裸果木幼苗通過降低呼吸速率，減少對光合產(chǎn)物的消耗，表現(xiàn)出一定的抗鹽性；而NaCl濃度≥0.6%時，幼苗的Pnmax、Rd、LSP和AQY大幅下降，這可能是過高的鹽分使大量的Na+進(jìn)入類囊體膜中，抑制PSI和PSII的活性，從而使光合器官的結(jié)構(gòu)和功能受到破壞［29］。

3.3 鹽脅迫對裸果木幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

葉綠素?zé)晒鈪?shù)對鹽脅迫十分敏感，在反映光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、分配、耗散和轉(zhuǎn)換等方面起著重要的作用，被視為是研究植物光合作用與環(huán)境脅迫之間關(guān)系的內(nèi)在探針［30-31］。Fv/F0和Fv/Fm分別表征PSII反應(yīng)中心的潛在活性和PSII反應(yīng)中心的最大光化學(xué)效率［32］。研究發(fā)現(xiàn)，光合作用受傷害的最原初部位與PSII緊密聯(lián)系，葉綠體光合機(jī)構(gòu)在高鹽濃度下易被破壞，導(dǎo)致PSII原初光能光化學(xué)效率和PSII潛在活性受到抑制［33］。本試驗也發(fā)現(xiàn)，裸果木幼苗葉片F(xiàn)v/F0和Fv/Fm均隨著NaCl脅迫濃度的增加而降低，這表明NaCl脅迫使葉片發(fā)生了光抑制，用于光化學(xué)反應(yīng)的光能減小。試驗結(jié)果與劉建新等［34］在黑麥草（Lolium perenne）上的研究結(jié)果一致。

正常條件下，植物能有效調(diào)節(jié)光能，維持自身正常生命活動；而環(huán)境脅迫使植物葉片氣孔關(guān)閉，光合作用受阻，引起PSII與光電子需求失衡［35］。本試驗中，裸果木葉片ΦPSII、qp和ETR均隨著NaCl濃度的增加呈顯著下降趨勢，這說明NaCl脅迫下，裸果木葉片捕獲的光能用于光化學(xué)反應(yīng)比例降低，而轉(zhuǎn)化為熱能消耗的比例升高，從而導(dǎo)致光合作用可利用能量下降；但同期NPQ在鹽脅迫≤0.6%時較對照高，而當(dāng)NaCl濃度≥0.8%時顯著下降，說明在低鹽脅迫下葉片可以通過增加PSII反應(yīng)中心非輻射熱能量耗散來減輕光合機(jī)構(gòu)的傷害，而高鹽脅迫下PSII反應(yīng)中心光合機(jī)構(gòu)嚴(yán)重受損，本試驗結(jié)果與唐玲等［36］在雞爪槭（Acer palmatum）上的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

1）鹽脅迫降低了裸果木幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率，低濃度鹽脅迫（NaCl≤0.4%）下，葉片凈光合速率和蒸騰速率下降不明顯，使瞬時水分利用效率提高，主要是受氣孔限制的影響，表現(xiàn)出一定耐鹽性。隨著鹽濃度的增加，非氣孔限制成為影響其光合速率下降的主要因子；2）NaCl濃度≥0.6%時，裸果木最大光合能力顯著下降，光能利用范圍明顯縮小，PSII潛在活性、最大光能轉(zhuǎn)化效率和光合電子傳遞均受到明顯抑制，且鹽脅迫程度越大，光合機(jī)構(gòu)受損越嚴(yán)重。