NaCl胁迫对鞑靼忍冬光合色素及光合生理特性的影响

2017-04-27胡爱双王文成张小栋杨雅华郑振宇

河北农业科学 2017年6期

胡爱双，孙宇，王文成，张小栋，杨雅华，郑振宇

（1.河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063200；2.河北省盐碱地绿化工程技术研究中心，河北唐山 063200；3.唐山市植物耐盐研究重点实验室，河北唐山 063299）

盐碱土是指土壤含盐量过高（超过0.3%），导致农作物低产或不能生长的土壤[1，2]。滨海地区的盐碱土由于受海水影响，含盐量高且肥力低，土壤和地下水盐分离子组成中Na+-Cl-占90%以上[3]。高含量的NaCl抑制了多数植物的生长，严重影响了区域的农林业发展和生态景观构建。实践证明，筛选和种植耐盐绿化植物不仅可以促进盐碱区的景观建设，还可以改善盐碱地的生态环境。鞑靼忍冬（Lonicera tatarica‘Lutea’）为忍冬科忍冬属植物，是集观花和赏果于一体的优良灌木树种[4，5]，且其具有较强的耐瘠薄性和一定的耐盐碱性，因此，成为滨海城市理想的景观树种。前人对鞑靼忍冬的研究主要集中在栽培管理和生物学特性方面[6，7]，而对其耐盐性的研究却鲜有报道。光合作用是植物重要的生理活动，在一定程度上决定着植物的生物量和品质。以鞑靼忍冬幼苗为试材，研究不同浓度NaCl胁迫对其生长、光合色素及光合生理指标的影响，探索鞑靼忍冬对NaCl胁迫的适应机理，旨为鞑靼忍冬在滨海地区的推广栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为1 a生的鞑靼忍冬实生苗，种子采自河北省农林科学院滨海农业研究所实验基地的鞑靼忍冬母株。NaCl试剂（分析纯），购自天津市永大化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 2016年6月下旬将鞑靼忍冬实生苗定植于装有沙土的塑料花盆中，4株/盆，置于遮阳棚内，每天浇灌Hoagland营养液并进行日常的养护管理。10 d后，选择生长健壮且长势相对一致的幼苗（试验前测量基础株高）进行盐胁迫试验。采用完全随机区组设计，以Hoagland营养液为基础液配制NaCl浓度 0.0（CK）、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%计6个水平，每水平处理4株，3次重复。为避免幼苗对盐胁迫产生应激反应，采用逐级增加盐度（每天增加0.1%）的方法使各处理的NaCl浓度达到试验设计要求。即∶第1天，除CK外，其余处理均浇灌0.1%的NaCl溶液1 L（过量灌溉）；第2天，除CK外，其余处理均浇灌0.2%的NaCl溶液1 L；第3天，除CK和0.2%浓度处理（浇0.2%的NaCl溶液）外，其余处理均浇0.3%的NaCl溶液1 L；依次类推，直至各处理盐度均达到所设定的NaCl浓度为止。将各处理达到所设浓度后的时间定为处理的第1天，之后每天浇灌相应浓度的NaCl溶液1 L。

1.2.2 测定项目与方法胁迫处理30 d后，进行有关指标的测定。

1.2.2.1 植株生长量和成活率。统计植株成活率，测定株高和植株鲜重，并计算株高增长量（胁迫处理30 d的株高-基础株高）。对株高增长量（Y）与NaCl浓度（X）进行回归分析，得到回归方程，求解方程得到植株生长的NaCl浓度阈值（处理植株生长量是对照植株生长量50%时的盐浓度）。对植株存活率（Y）与NaCl浓度（X）进行回归分析，得到回归方程，求解方程得到植株存活的NaCl浓度阈值（处理植株存活率是对照存活率50%时的盐浓度）。

1.2.2.2 光合色素含量。将采集的叶片擦净后去除主脉，准确称取0.1 g，剪碎后放入10 mL离心管中，然后加95%乙醇溶液10 mL，用植物组织研磨仪50 Hz破碎90 s，待残渣全部变白后3 000 r/m离心10 min。取上清液，分别测定波长665、649、470 nm处的吸光值。根据公式，计算叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素的浓度∶

类胡萝卜素浓度=（1 000A470-2.05Ca-114.8Cb）/245

式中，Ca为测定液的叶绿素a浓度（mg/L），Cb为测定液的叶绿素b浓度（mg/L），Ca+b为测定液的叶绿素a和叶绿素b的浓度之和（mg/L），A665为波长665 nm处的吸光值，A649为波长649 nm处的吸光值，A470为波长470 nm处的吸光值。

然后，再根据公式，计算样品中的各光合色素含量∶

光合色素含量（mg/g）=（光合色素浓度×提取液体积×稀释倍数）/样品鲜重

1.2.2.3 光合生理指标。选择晴朗无风天气，10∶00～14∶00利用LI-6400便携式光合仪测定植株中上部功能叶片的净光合速率（Pn）、叶片气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci）。每处理测定6片叶。

1.2.3 数据统计与分析利用SPSS 17.0软件对试验数据进行one-way ANOVA方差分析，并采用Duncan方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对鞑靼忍冬生长量和存活率的影响

随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的株高增长量和植株鲜重均呈逐渐降低趋势，其中，0.6%浓度处理的株高增长量不足CK的1/2（表1）。株高增长量（Y）与 NaCl浓度（X）的回归方程为 Y＝14.37e-1.44x（R2=0.985），求解方程得到鞑靼忍冬生长的NaCl浓度阈值为0.53%。

NaCl浓度≤0.4%时，植株存活率均为100%，全部存活；随着NaCl浓度的进一步提高，植株存活率逐渐降低，当NaCl浓度为1.0%时植株存活率＜50%。植株存活率（Y）与NaCl浓度（X）的回归方程为Y＝0.998＋0.285X-0.866X2（R2=0.986），求解方程得到鞑靼忍冬存活的NaCl浓度阈值为0.94%。

表1 NaCl胁迫对鞑靼忍冬生长量和存活率的影响Table 1 Effects of NaCl stress on the growth and survival rate of L.tatarica

2.2 NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素含量的影响

叶绿素在光能的吸收与转换中起重要作用[8]。随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的叶绿素a含量呈先升高后降低的变化趋势（图1）。其中，0.2%浓度处理的指标值最高，但与CK差异并不显著；而其他浓度处理的叶绿素a含量均＜CK，且指标值随着NaCl浓度的升高而逐渐降低，其中，0.4%浓度处理的指标值与CK差异不显著，1.0%浓度处理的指标值不足CK的50%。表明0.2%～0.4%的NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素a含量影响不大，其中，0.2%浓度处理时促进了叶绿素a含量的增加。

图1 NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素a含量的影响Fig.1 Effect of NaCl stress on the chlorophyll a content of L.tatarica

叶绿素b是一种重要的补光色素，其含量的多少直接影响植物光合能力的强弱。随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的叶绿素b含量呈先升高后降低的变化趋势（图2）。其中，0.2%浓度处理的指标值最高，但与CK差异并不显著；而其他浓度处理的叶绿素b含量均＜CK，其中，0.4%浓度处理的指标值与CK差异不显著，而≥0.6%浓度处理的指标值差异均不显著但均与CK差异达到了显著水平。表明0.2%～0.4%的NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素b含量影响不大，其中，0.2%浓度处理时促进了叶绿素b含量的增加。

图2 NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素b含量的影响Fig.2 Effect of NaCl stress on chlorophyll b content of L.tatarica

随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的叶绿素a+b含量呈先升高后降低的变化趋势（图3）。其中，0.2%浓度处理的指标值最高，且显著＞CK；而其他浓度处理的叶绿素a+b含量均显著＜CK，且指标值随着NaCl浓度的升高而逐渐降低。表明0.2%的NaCl胁迫可以明显促进鞑靼忍冬叶绿素a+b含量的增加，但继续提高NaCl浓度时会导致叶绿素a+b含量明显降低。

图3 NaCl胁迫对鞑靼忍冬叶绿素a＋b含量的影响Fig.3 Effect of NaCl stress on chlorophyll a+b content of L.tatarica

随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的类胡萝卜素含量呈先升高后降低的变化趋势（图4）。其中，0.2%浓度处理的指标值最高，但与CK差异并不显著；而其他浓度处理的类胡萝卜素含量均显著＜CK，且指标值随着NaCl浓度的升高而逐渐降低。表明0.2%的NaCl胁迫对鞑靼忍冬类胡萝卜素含量影响不大，但继续提高NaCl浓度时会导致叶片类胡萝卜素含量明显降低。

2.3 NaCl胁迫对鞑靼忍冬光合生理特性的影响

图4 NaCl胁迫对鞑靼忍冬类胡萝卜素含量的影响Fig.4 Effect of NaCl stress on carotenoid content of L.tatarica

图5 NaCl胁迫对鞑靼忍冬净光合速率的影响Fig.5 Effect of NaCl stress on the net photosynthetic rate of L.tatarica

图6 NaCl胁迫对鞑靼忍冬气孔导度的影响Fig.6 Effect of NaCl stress on the stomatal conductance of L.tatarica

图7 NaCl胁迫对鞑靼忍冬蒸腾速率的影响Fig.7 Effect of NaCl stress on the transpiration rate of L.tatarica

图8 NaCl胁迫对鞑靼忍冬胞间二氧化碳浓度的影响Fig.8 Effect of NaCl stress on the intercellular carbon dioxide concentration of L.tatarica

净光合速率是衡量植物光合作用能力的重要指标，其影响因素主要有气孔导度、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度，三者协同作用才能使光合作用顺利进行。随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的Pn、Gs和Tr均逐渐降低（图5～7），Ci呈先升高后降低的变化趋势（图8）。其中，0.2%浓度处理的Pn和Gs均显著＜CK，分别为CK的74.6%和78.9%；Tr与CK差异不显著；Ci＞CK，但差异不显著。0.4%浓度处理的4项光合生理特性指标与0.2%浓度处理差异均不显著。NaCl浓度在0.0～0.4%时，Ci维持在较高水平，3个浓度处理的差异均不显著；随着NaCl浓度的进一步提高，Ci显著降低。NaCl浓度升高到0.6%时，4项光合生理特性指标的下降幅度均进一步增大；当NaCl浓度≥0.8%时，植株叶片萎缩严重，未能测量植株的光合生理特性指标。

3 结论与讨论

植株的生长量和生物量是对盐胁迫的综合表现，也是最直观的耐盐性指标。株高增长量和鲜重可以体现植物的生物量，一般耐盐性强的植物，不同盐度胁迫下植株的相对株高和鲜重变化较小；反之，变化较大[9，10]。本研究结果显示，随着盐胁迫浓度的升高，鞑靼忍冬的株高增长量和植株鲜重均逐渐降低，当NaCl浓度为0.6%时株高增长量不足CK的1/2，当NaCl浓度为1.0%时植株死亡率才超过50%。可以看出，鞑靼忍冬具有一定的耐盐能力。

光合色素是植物光合作用的重要物质基础，其含量在一定程度上可以反映叶片的光合能力和植株的生长情况[11]。部分学者认为，盐胁迫会破坏植物的叶绿体结构，使光合色素含量降低，导致植物光合能力下降[12，13]。同时也有一些学者认为，低浓度的盐胁迫可以促进植物体内光合色素含量的增加[14～16]。本研究结果表明，随着NaCl浓度的升高，叶绿素和类胡萝卜素含量均呈先升高后降低的变化趋势，其中NaCl浓度为0.2%时2个指标值均高于CK，这与周琦等[14]、Gorham等[15]和Matoh等[16]的研究结果一致。说明低盐胁迫下，鞑靼忍冬通过增加叶绿素含量来降低盐胁迫对其光合作用的影响，同时也进一步证实Na+是植物生长的必需元素。但是，随着盐浓度的进一步升高，叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量均逐渐降低，这可能是由于高浓度的盐胁迫降低了核酮糖二磷酸羧化酶（RUBP羧化酶）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP羧化酶）的活性，促进了叶绿体分解，进而使叶绿素和类胡萝卜素合成受阻造成的。

光合作用是一个很复杂的生理过程。净光合速率直接反映了植物单位叶面积的同化能力，是衡量植物光合能力的重要指标。一些学者认为，低盐胁迫不会抑制植物的光合作用，而是对光合作用起到促进作用[17，18]。本研究结果表明，随着盐浓度的增加，鞑靼忍冬的净光合速率逐渐降低，且降低程度与胁迫强度呈正相关，这与张璐颖等[19]在台湾桤木上和邢庆振等[20]在葡萄上的研究结果相似。一般认为净光合速率降低的因素主要包括气孔限制和非气孔限制2个方面。气孔限制是指当净光合速率降低时胞间二氧化碳浓度也降低；相反，如果净光合速率降低伴随的是胞间二氧化碳浓度增加，则说明限制光合作用的主要是非气孔限制因素，即叶肉细胞的光合活性降低引起的[16]。本研究结果显示，NaCl浓度≤0.2%时，随着NaCl浓度的升高，叶片的净光合速率逐渐减小，胞间二氧化碳浓度逐渐增加，说明限制光合作用的主要是非气孔限制因素；但随着NaCl浓度的进一步升高，净光合速率继续降低的同时，胞间二氧化碳浓度也逐渐降低，说明此时限制光合作用的主要是气孔限制因素。同时，本研究结果也说明，限制光合作用的气孔因素和非气孔因素并不是一成不变的，而是随着盐胁迫浓度的变化而动态变化，这与王素平等[21]的研究结果一致。

综上所述，随着NaCl浓度的升高，鞑靼忍冬的株高增长量、植株鲜重以及叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均逐渐降低，而叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量以及胞间二氧化碳浓度呈先升高后降低的变化趋势，光合速率下降的主要限制因素由非气孔限制向气孔限制转变。鞑靼忍冬有一定的耐盐性，可以在NaCl浓度低于0.53%的轻度和中度盐碱地种植。在本研究中，仅从植株株高增长量、光合色素和光合生理特性指标方面对植株的耐盐性进行了分析。为了充分认识鞑靼忍冬的耐盐机理，还须从离子含量、膜透性、渗透调节物质含量、氧化酶活性、叶绿素荧光参数等方面进行深入探讨。

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