不同濃度NaCl 對矮牽牛幼苗生長及光合參數(shù)的影響

渠天慧，張慧慧，牛懿麟，孫文瑤，廉曉，李海云

(聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 聊城 252059)

土壤鹽漬化是世界性的生態(tài)難題，我國約有3.6×107hm2的鹽堿地。 山東省耕地面積的14.1%為鹽堿地，約為0.5×107hm2[1]，且呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。 2021 年10 月習(xí)近平總書記在黃河三角洲考察時強調(diào)要開展鹽堿地綜合利用。 改良或開發(fā)鹽漬土一般很少考慮木本植物，通常優(yōu)先考慮耐鹽性較強的草本植物[2]，因此耐鹽草本植物種類及其品種篩選成為開展鹽堿地綜合利用的關(guān)鍵。

矮牽牛(Petunia hybrida)屬茄科碧冬茄屬多年生草本植物，花色豐富多樣，花期長，作為“花壇皇后”及“世界花壇花卉之王”而被廣泛種植于世界各地。 人們對矮牽牛在基因編輯技術(shù)[3]、澇漬脅迫[4]、低溫脅迫[5]、鉛脅迫[6]、花色[7]等方面的研究較多，對其抗旱性、抗?jié)承约案邷啬托缘确矫嫜芯恳灿邢嚓P(guān)報道，但關(guān)于其抗鹽性研究的論述較少。 鹽漬化土壤普遍存在著各種鹽分，尤以NaCl 的影響最為嚴重[8]。 植物幼苗期非常脆弱，很容易受到外界各種脅迫因子的傷害。 對于不良環(huán)境中的植物而言，只有安全度過幼苗期才有可能正常生長。

不同植物及同一植物不同時期其耐鹽機制不同，耐鹽性的評判體系也因植物種類和生育期而異。 植物耐鹽機制的復(fù)雜性決定了衡量其耐鹽性強弱指標的多樣性[9]。 閆小紅等[10]把幼苗根長和鮮重作為衡量紫茉莉幼苗耐鹽性的主要指標；高慧等[11]將株高、莖粗、葉片數(shù)、葉片和根的鮮重與干重、葉綠素含量作為分析金盞菊耐鹽性的評價依據(jù)；楊美娟等[12]將葉面積、葉表皮細胞密度、氣孔開度等作為分析中亞濱藜葉對NaCl 脅迫響應(yīng)的指標。 陳彥云等[13]從根條數(shù)、莖粗和葉片數(shù)3 個主成分包涵的信息分析馬鈴薯脫毒苗的耐鹽性；張濤等[14]通過測定各品種幼苗葉片數(shù)、地上部和地下部鮮重、根總體積、根總表面積、根系平均直徑、根總長、生物量等來評價不同品種辣椒幼苗的耐鹽性。

鑒于耐鹽性評價指標因植物種類不同而異，因此，開展鹽堿地綜合利用必須明確植物的耐鹽范圍及篩選指標。 本試驗研究不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生長的影響，以明確矮牽牛對NaCl 的耐受范圍及其敏感指標，為矮牽牛耐鹽品種篩選及其在鹽漬土上的推廣種植提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

矮牽牛種子為‘夢幻’系列，購于山東春滿園種業(yè)有限公司。

1.2 試驗方法

2021 年10 月20 日將矮牽牛種子均勻撒播在盛有育苗基質(zhì)(長沙綠豐源生物有機肥料有限公司)的21 孔穴盤中，置于人工氣候室，每天光照時長16 h[(25±1) ℃]、暗期時長8 h[(20±1)℃]。 11 月8 日間苗，每孔留一株。 11 月27 日開始分別用5 種不同濃度即0(CK)、50、100、150、200 mmol/L NaCl 溶液澆灌處理，每孔20 mL(對照澆灌等量清水)，3 天澆灌一次，連續(xù)處理10 次后取樣測定。 每處理重復(fù)3 次，每重復(fù)5 株。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生物量 將矮牽牛幼苗(每處理9 株)用水洗凈，在根莖結(jié)合處剪開，擦干后用電子天平分別稱鮮重，殺青后80 ℃烘干至恒重，用精度0.1 mg 天平稱干重。

1.3.2 根系形態(tài)參數(shù) 掃描(EPSON V750 掃描儀)上述植株的完整根系，用WinRHIZO 2012 軟件(Regent Instruments Inc8， Quebec， Canada)測定根總長、根總表面積、根尖數(shù)和根系總體積等參數(shù)，并計算平均直徑。

1.3.3 葉片SPAD 值 使用SPAD 計測定矮牽牛幼苗(每處理9 株)完全展開功能葉的SPAD 值，每株測定4 個葉片。

1.3.4 氣孔特征參數(shù) 用鑷子撕取功能葉中脈附近的下表皮制作臨時切片，置于Olympus BX61熒光顯微鏡下觀察拍照，采用顯微圖像控制及分析軟件(DP2-BSW)測量下表皮細胞面積及氣孔長度和開度。 每處理計數(shù)30 個視野的氣孔總數(shù)，同時計算視野面積。 氣孔密度＝氣孔數(shù)/視野面積。

1.3.5 半致死濃度 把NaCl 濃度與各指標數(shù)值進行擬合，得到直線回歸方程，把各指標達到相應(yīng)對照的50%、10%時所對應(yīng)的NaCl 濃度分別定為半致死濃度和極限濃度[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用平均值和標準誤表示結(jié)果，對不同濃度NaCl 處理進行單因素方差分析，用Duncan’s 法對數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片數(shù)和SPAD 值的影響

由表1 可知，隨著NaCl 濃度增加，矮牽牛幼苗的葉片數(shù)無顯著變化，說明NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗的葉片數(shù)無顯著影響。 葉片SPAD 值與葉綠素含量具有顯著相關(guān)性，因而SPAD 值常被用來表征植物葉片葉綠素含量。 與對照相比，不同濃度NaCl 處理均降低矮牽牛幼苗葉片SPAD 值，其中，150 mmol/L NaCl 處理的葉片SPAD 值顯著降低，降幅為49.73%，其它濃度影響未達顯著水平。

表1 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗葉片數(shù)和葉片SPAD 值

2.2 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生物量的影響

由表2 看出，矮牽牛幼苗鮮重和干重隨著NaCl 濃度升高而降低。 與對照相比，各濃度NaCl脅迫處理均顯著降低矮牽牛幼苗的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重，其中，NaCl 濃度達到200 mmol/L 時下降幅度最大，分別高達88.62%、88.89%、80.62%、88.25%；無論鮮重還是干重，都是地下部的降幅高于地上部，說明矮牽牛幼苗地下部對NaCl 脅迫更為敏感。

表2 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗生物量

2.3 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗根系形態(tài)參數(shù)的影響

由表3 可知，與對照相比，50 mmol/L NaCl 脅迫處理即顯著降低矮牽牛幼苗根系的形態(tài)參數(shù)值，矮牽牛幼苗根系的總長度、總表面積和平均直徑在200 mmol/L NaCl 處理時最低，與對照相比，受抑程度分別為86.07%、87.26%、24.00%。 可見，矮牽牛幼苗的根系參數(shù)對NaCl 脅迫的敏感性程度為總表面積＞總長度＞平均直徑。

表3 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗根系形態(tài)參數(shù)

2.4 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片氣孔特征的影響

為保證不同處理間取樣處理的一致性，選取有代表性的NaCl 脅迫濃度(0、100、200 mmol/L)測定幼苗葉片氣孔特征(表4)。 與對照相比，NaCl 脅迫處理顯著降低矮牽牛幼苗葉片下表皮的氣孔長度和開度，顯著提高其氣孔密度。 本試驗條件下，氣孔密度隨NaCl 濃度升高而升高，100 mmol/L 和200 mmol/L 處理下較對照分別增加52.26%、132.40%；氣孔長度及氣孔開度則隨著NaCl 濃度升高而下降，氣孔長度降幅分別為26.97%、42.22%，氣孔開度降幅分別為49.28%、76.28%。 矮牽牛幼苗葉片下表皮細胞面積隨著NaCl 濃度升高而減小，與對照相比，100 mmol/L NaCl 對下表皮細胞面積的影響不顯著，200 mmol/L NaCl 顯著降低下表皮細胞面積，降幅為52.18%。

表4 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗葉片下表皮細胞及氣孔特征

2.5 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片光合參數(shù)的影響

由表5 看出，隨NaCl 濃度增加，矮牽牛幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均表現(xiàn)為下降趨勢。 與對照相比，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度在50 mmol/L NaCl 處理時就顯著下降，降幅分別為18.52%、23.12%、21.79%，蒸騰速率則是在100 mmol/L NaCl 脅迫處理時顯著下降。 表明NaCl 脅迫降低矮牽牛幼苗葉片的氣孔開度，抑制CO2進入，從而降低光合速率。

表5 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗光合參數(shù)

2.6 NaCl 脅迫下矮牽牛幼苗的半致死濃度

由表6 可知，矮牽牛幼苗的指標不同，其半致死濃度也不同。 根總表面積對應(yīng)的半致死濃度最低(60.51 mmol/L)，其次是地下部鮮重(66.25 mmol/L)和地上部鮮重(77.36 mmol/L)，而葉片數(shù)對應(yīng)的半致死濃度最高，為1 622.45 mmol/L。說明矮牽牛幼苗不同性狀對NaCl 脅迫的敏感程度為根總表面積＞地下部鮮重＞地上部鮮重＞根總長＞地下部干重＞地上部干重＞SPAD 值＞根平均直徑＞葉片數(shù)。 這9 個指標對應(yīng)的NaCl 半致死濃度的平均值為319.19 mmol/L。 表明，此試驗條件下，與對照相比，對矮牽牛幼苗生長的抑制程度達到50%時對應(yīng)的NaCl 濃度為319.19 mmol/L，定義該濃度為矮牽牛幼苗NaCl 脅迫的半致死濃度。

表6 NaCl 脅迫矮牽牛幼苗的半致死濃度

3 討論與結(jié)論

生長受抑是鹽分對植物最明顯的脅迫效應(yīng)，受抑程度受植物自身抗鹽能力和鹽脅迫水平等的影響[16]。 本試驗條件下，NaCl 脅迫處理的矮牽牛幼苗根系總長度、根總表面積、根平均直徑、根尖數(shù)均顯著下降，這與趙蕾[17]、?zyazici[18]等的研究結(jié)果相似。 本研究發(fā)現(xiàn)，50 mmol/L 的低濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生物量的抑制影響已達顯著水平，濃度升高，抑制程度增大，這與Dadashpour[19]、Maqbool[20]等的研究結(jié)果一致。 NaCl 溶液濃度200 mmol/L 對矮牽牛幼苗的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重的抑制程度最高，這與耿曉東等[21]的研究結(jié)果相似。 與地上部相比，地下部對NaCl 脅迫更為敏感，這可能是因為高鹽逆境首先傷害根部，根的生長受抑，降低根系對水分和養(yǎng)分的吸收能力[22-24]，從而降低貯藏物質(zhì)的輸導(dǎo)和同化效率，進而使得植株生物量減少，且地下部減少的幅度大于地上部。

鹽離子使植物根系周圍環(huán)境溶液的濃度升高，造成植物吸水困難，葉片氣孔關(guān)閉，胞間CO2濃度和光合速率下降，影響植物的正常生長代謝[25]。 本試驗中，氣孔長度和下表皮細胞面積隨NaCl 濃度升高而下降，矮牽牛下表皮的氣孔隨著NaCl 濃度升高而逐漸呈關(guān)閉狀態(tài)。 其結(jié)果導(dǎo)致蒸騰速率降低，有利于保持體內(nèi)水分，適應(yīng)由鹽分生境造成的生理干旱，這可能是矮牽牛幼苗抵抗鹽脅迫的適應(yīng)機制。 此外，本研究中高濃度鹽脅迫處理的矮牽牛幼苗葉片SPAD 值顯著下降，這與侯鵬浩[26]、楊萬鵬[27]、王堽[28]、鄭伶杰[29]等的研究結(jié)果類似，原因可能與鹽脅迫下葉綠素合成受抑和葉綠素降解加快有關(guān)[30]。

通過比較矮牽牛幼苗常規(guī)易測指標對NaCl濃度線性擬合得到的半致死濃度，發(fā)現(xiàn)矮牽牛幼苗根總表面積對應(yīng)的NaCl 半致死濃度和極限濃度均最低，其次為地下部鮮重和地上部鮮重，最高的是葉片數(shù)。 據(jù)此推斷矮牽牛幼苗根總表面積對NaCl 脅迫最為敏感，而葉片數(shù)最不敏感。 而徐小玉[31]、蘇冉[32]等對雛菊和百脈根的相關(guān)研究認為根總長對NaCl 脅迫更為敏感，這可能是因為植物種類不同，對鹽脅迫敏感的組織和器官也有所不同。

綜上所述，NaCl 脅迫抑制矮牽牛幼苗根系生長，降低氣孔長度、開度及葉綠素含量，從而導(dǎo)致矮牽牛幼苗葉片凈光合速率下降，生長受抑，生物量降低。 對常規(guī)易測指標與NaCl 濃度進行線性擬合得出，矮牽牛幼苗的NaCl 脅迫半致死濃度為319.19 mmol/L，根總表面積、地下部鮮重、地上部鮮重的半致死濃度較低，可作為矮牽牛苗期對NaCl 脅迫耐性強弱的衡量指標。