NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫对豇豆新老叶光合特性的影响

曾文静 汪李平 杨静

摘要[目的]探索NaCl和Ca（NO3）2等滲胁迫对豇豆新老叶光合特性的影响。[方法]试验采用营养液基质栽培法，通过测定豇豆新老叶叶绿素和叶绿素荧光参数的动态变化，研究豇豆的光合作用对Ca（NO3）2和NaCl等渗胁迫的响应。[结果]2种盐处理对老叶的叶绿素含量没有明显影响；在新叶中，叶绿素含量在NaCl胁迫下降低，在Ca（NO3）2胁迫下则略有升高。NaCl胁迫明显降低新老叶的PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）和PSⅡ实际光合效率[Y（Ⅱ）]，对新老叶造成了不可逆光抑制。老叶的光化学淬灭系数（qP）明显降低，新叶qP未有降低，表明新老叶的盐害程度和光保护机理可能不同。在Ca（NO3）2 胁迫下，新老叶中Fv/Fm与对照无明显差异，且非光化学淬灭系数（qN）都明显升高。这表明Ca（NO3）2 胁迫对豇豆新老叶片没有造成不可逆性光抑制，新老叶都有通过改变光系统 Ⅱ 激发能分配方式来适应盐胁迫环境。老叶Y（Ⅱ）和qP处理后期略低于对照，而新叶则无明显变化，老叶受到的盐害较新叶严重。[结论]2种盐胁迫未影响老叶叶绿素含量，但老叶的光系统Ⅱ在盐胁迫下受到的伤害较新叶严重，且NaCl胁迫对豇豆幼苗的伤害要大于等渗Ca（NO3）2。

关键词等渗胁迫；豇豆；光合作用；叶绿素荧光参数

中图分类号S643.4文献标识码A文章编号0517-6611（2017）19-0003-04

Effects of NaCl and Ca（NO3）2 Isotonic Stress on Photosynthetic Characteristics in New Leaves and Old Leaves of Cowpea

ZENG Wenjing1，2，WANG Liping1*，YANG Jing1

（1.College of Horticulture and Forestry，Huazhong Agricultural University，Wuhan，Hubei 430000；2.Ganzhou Agricultural Science Institute，Ganzhou，Jiangxi 341000）

Abstract

[Objective] To discuss the effects of isotonic stress of NaCl and Ca（NO3）2 on photosynthetic characteristics in new leaves and old leaves of cowpea.[Method] Taking nutrient solution culture method，the response of the photosynthesis of cowpea to Ca（NO3）2 and NaCl isotonic stress was studied by measuring the dynamic changes of chlorophyll and chlorophyll fluorescence parameters of cowpea in this study. [Result]Two kinds of salt treatments had no significant effect on the chlorophyll content in old leaves.In the new leaves，chlorophyll content decreased under NaCl stress，and increased slightly under Ca（NO3）2 stress. NaCl stress significantly reduced Fv / Fm and Y（Ⅱ）of the new leaves and old leaves，and caused irreversible photo inhibition to the old and new leaves. qP of the old leaves was significantly reduced，and qP in new leaves was not reduced，indicating that the salt damage degree and the protective mechanism of the new leaves and old leaves might be different.Under the stress of Ca（NO3）2，there was no significant difference in Fv / Fm between the new leaves and old leaves，and qN was significantly increased，indicating that Ca（NO3）2 stress did not cause irreversible photo inhibition of the old leaves and new leaves， and all leaves adapted to the salt stress environment by changing the photosystem Ⅱ excitation energy distribution. Y （Ⅱ）and qP of the old leaves were slightly lower than that of control at late period，while the new leaves had no obvious changes.The old leaves were more severely damaged than the new leaves.[Conclusion] Two kinds of salt stress did not affect the chlorophyll content in the old leaves，but the damage of the PSⅡ of old leaf under salt stress was more serious than that of the new leaf，and the damage of NaCl stress to cowpea seedlings was greater than that of Ca（NO3）2 stress under isotonic conditions.

Key wordsIsotonic stress；Cowpea；Photosynthesis；Chlorophyll fluorescence parameters

土壤盐渍化是农业发展面临的一个重要问题，特别是随着设施园艺的发展以及设施栽培面积的扩大，土壤次生盐渍化现象已逐渐成为土壤盐渍化中的突出问题。滨海地区土壤中的主要盐分为NaCl，而大量研究表明大部分的设施土壤次生盐渍化的主要盐分为Ca（NO3）2。关于Ca（NO3）2和NaCl等渗胁迫在黄瓜和番茄上的研究较多，而在豇豆上的研究较少。笔者研究NaCl和Ca（NO3）2等渗胁迫对豇豆叶绿素及叶绿素荧光参数的影响，旨在探究NaCl和Ca（NO3）2这2种盐分胁迫对豇豆造成光合系统伤害的机理和伤害程度的异同，为设施土壤改良与品种选育提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料及处理

试验在华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室进行。选取盐敏感品种卡米罗为试验材料，其种子由武汉市文鼎农业生物技术有限公司提供。先将种子用蒸馏水进行清洗，然后用5%NaClO消毒15 min，再用蒸馏水清洗3次，蒸馏水浸种4 h，放入垫有2张湿润滤纸的9 cm培养皿中，在（26±2）℃环境下催芽。将浸种出芽的种子播入装满珍珠岩营养钵中，每个营养钵播种2粒，浇灌蒸馏水，2 d后剔除生长不一致的种苗，保证每个营养钵只留1棵幼苗，之后每天浇灌Hoagland營养液，待幼苗的子叶完全展开时，选取生长整齐一致的豇豆幼苗分成3组，进行如下处理：①对照，全Hogland营养液栽培；②NaCl处理，全Hogland +75 mmol/L NaCl栽培；③Ca（NO3）2处理，全Hogland +50 mmol/L Ca（NO3）2。为防止盐激反应的发生，Ca（NO3）2和 NaCl 分2次平均加入，此后每个处理每天用相应的溶液浇灌。每个处理3次重复。在盐胁迫的0、2、4、6、7、8、9、10 d每个处理取6株的叶片进行各项指标的测定，测定时将叶片分成老叶（l）、新叶（lp）2个部分分别进行测定（老叶是处理前长出的2片子叶，新叶为处理后长出的第1片复叶）。在光照培养室进行试验，环境条件如下：温度（26±2）℃，光通量100～140 μmmol/（m2·s），光照周期为14L∶10D。

1.2测定指标与方法

1.2.1叶绿素含量。参照王学奎[1]的方法测定叶绿素含量。

1.2.2叶绿素荧光参数。使用IMAGING-PAM MAXI版荧光仪（Walz公司，德国）测定荧光诱导动力学曲线。叶片经 30 min充分暗适应后，将叶片放在x-y台上，并被其上固定的黑色泡棉橡皮筋压住，以保证叶片平整及镜头与样品间距离固定（18.5 cm）。测定 PSⅡ最大光合效率（Fv /Fm）、PSⅡ实际光合效率[Y（Ⅱ）]、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（qN）。

2结果与分析

2.1豇豆新老叶在NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫下光合色素的动态变化

从图1可以看出，在NaCl胁迫下，豇豆老叶中叶绿素含量在处理后期略有下降趋势，这可能是盐胁迫促使叶绿素降解的结果。在Ca（NO3）2胁迫下的叶绿素a与叶绿素b含量在初期缓慢提高，此后呈平稳变化趋势，说明Ca（NO3）2胁迫下可能有延缓老叶叶绿素降解的作用，而处理后期叶绿素含量比对照略低。对照（CK）叶绿素a与叶绿素b则呈现先上升后轻微下降的趋势，后期叶绿素下降可能是叶片老化的原因。

从图2可以看出，在豇豆新叶中，NaCl处理叶绿素a和叶绿素b含量在4 d时明显低于Ca（NO3）2处理和对照，即新叶刚长出时其叶绿素含量明显低于Ca（NO3）2处理和对照；Ca（NO3）2处理下叶绿素a与叶绿素b含量均略高于对照。这说明NaCl胁迫促进新叶叶绿素降解，而Ca（NO3）2胁迫可能有促进叶绿素合成的作用。

2.2豇豆新老叶在NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫下叶绿素荧光参数的动态变化

从图3可以看出，老叶在NaCl胁迫下Fv/Fm在处理后期快速下降，Ca（NO3）2 处理则与对照无

显著差异；新叶在NaCl胁迫下处理初期Fv/Fm始终明显低

注：A.老叶；B.新叶

Note：A.old leaves；B.new leaves

图3NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫下豇豆叶片Fv/Fm的动态变化

Fig.3The dynamic changes of Fv/Fm in cowpea leaves under isotonic stress of NaCl and Ca（NO3）2

于对照，在Ca（NO3）2处理下4 d时豇豆新叶中Fv/Fm高于其他2个处理，此后与对照无明显差异。这说明在50 mmol/L Ca（NO3）2胁迫下未对豇豆叶片的光合系统产生明显危害。各组豇豆新叶的Fv/Fm都随着处理时间的延长呈先降后升的趋势，可能是因为在4 d时新叶发育不全的原因。

从图4可以看出，在NaCl胁迫下，老叶Y（Ⅱ）随着处理时间的延长而逐渐下降，Ca（NO3）2 胁迫下Y（Ⅱ）在4 d后一直略低于对照。新叶在NaCl胁迫下Y（Ⅱ）一直明显低于对照，即在新叶刚长出时的Y（Ⅱ）明显低于对照，并且一直保持此差值；Ca（NO3）2 胁迫则与对照无明显差异。

从图6可以看出，老叶在盐胁迫下，qN从2 d开始随着处理时间的延长而升高，且2种盐胁迫间无明显差异。新叶在NaCl胁迫下一直明显高于对照，即在新叶刚长出时的Y（Ⅱ）就明显高于对照，并且一直保持此差值，而在Ca（NO3）2

胁迫下qN随着处理时间的延长逐渐高于对照，增幅略小于NaCl胁迫。

3讨论与结论

3.1NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫对豇豆叶片叶绿素的影响

叶绿素是高等植物进行光合作用的最主要的光合色素。在一定的范围内，增加叶绿素含量可以增强植物对光能的吸收与转化，而盐胁迫诱导产生的活性氧也可使植物光合色素脱色。该试验中，各处理叶绿素a与叶绿素b含量的动态变化基本一致。在NaCl胁迫下，叶绿素含量在新老叶中表现不同，NaCl胁迫只促使新叶叶绿素含量降低，而对老叶影响不大；这可能是因为在NaCl胁迫下，离子间的拮抗作用导致某些元素的缺乏，抑制了新叶叶绿素的合成，使新叶刚长出时其叶绿素就明显低于对照。在Ca（NO3）2胁迫下，老叶叶绿素在处理后期略低于对照，可能是因为老叶吸收了较多Ca质量基数大的原因；在新叶中，叶绿素含量略有提高。研究表明，在一定范围内，硝酸盐胁迫能提高黄瓜叶片和芹菜叶片的叶绿素的含量，表明硝酸盐浓度的增加引起植株全N含量上升，可能是Ca（NO3）2胁迫下叶绿素含量提高的原因[2-3]。

3.2NaCl与Ca（NO3）2等渗胁迫对豇豆叶片光反应的影响

经过暗适应后的光系统 Ⅱ 的最大光合效率Fv/Fm[4]反映植物的潜在最大光能转换效率。一般认为，Fv/Fm的下降是植物受到胁迫的标志。C3植物的Fv/Fm为0.83～084[5-6]。作用光存在时光系统 Ⅱ 的实际光合效率Y（Ⅱ）=（Fm′-F）/Fm′，它反映了光系统Ⅱ实际的光能转换效率。qP为光化学淬灭系数，光化学淬灭系数表明光系统 Ⅱ 吸收的能量用于进行光化学反应的比例，反映了植物光合活性的高低，光化学猝灭系数越大。还原态质体醌重新氧化形成的量越大，也就是说，电子传递活性越大，qN为非光化学淬灭，反映了植物耗散过剩光能为热量的能力，即光保护能力，热耗散的增加涉及依赖O2的电子流、PSⅡ反应中心的失活、叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度的形成等[7]。非生物胁迫对光系统 Ⅱ 的光抑制分为不可逆的光抑制和可逆的光抑制，前者会引起Fv/Fm下降，往往涉及光合结构的破坏，特别是D1蛋白的净损失，光合功能不易迅速恢复，这需要蛋白的重新合成并组装；后者则与光合结构的热耗散有关，表现为量子效率的下调，能够得到迅速恢复。

该试验中，NaCl胁迫明显降低新老叶的Fv/Fm和Y（Ⅱ），明显对新老叶造成了不可逆光抑制[8]，这与水稻中的研究结果相似[9]。老叶的qP明显降低，而叶绿素含量并没有降低，说明光合组织结构遭到严重破坏可能是老叶产生不可逆光抑制的原因。黄瓜受NaCl胁迫后，Na损伤叶绿体的膜系统，基粒片层数目减少，内部结构有降解趋势[10]；新叶qP未有明显降低，而叶绿素含量明显降低，表明光系统 Ⅱ 吸收的能量用于进行光化学反应的比例可能没有改变，因此新叶叶绿素含量的降低可能是导致新叶光系统 Ⅱ 吸收的绝对激发能下降，光系统 Ⅱ 的实际光能转化效率下降，产生不可逆光抑制的原因。而新老叶qN明显下降，表明新叶老叶都耗散了过剩的光能为热量进行光保护。在Ca（NO3）2 胁迫下，新叶中Fv/Fm、Y（Ⅱ）、 qP与对照无明显差异，qN明显升高；老叶中Fv/Fm与对照无明显差异，Y（Ⅱ）和qP处理后期略低于对照；qN明显升高。这表明Ca（NO3）2 胁迫对豇豆新老叶片没有造成不可逆性光抑制，且老叶受到的盐害较新叶严重，新老叶可通过改变光系统 Ⅱ 激发能分配方式，提高热耗散消耗过多激发能来适应盐胁迫环境。

参考文献

[1] 王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 王玉英，徐慧妮，陈丽梅，等.硝酸盐水平对芹菜幼苗生理及生长特性的影响[J].西北植物学报，2012，32（6）：1171-1178.

[3] 王素平，郭世荣，胡晓辉，等.鹽胁迫对黄瓜幼苗叶片光合色素含量的影响[J].江西农业大学学报，2006，28（1）：32-38.

[4] KITAJIMA M，BUTLER W L.Quenching of chlorophyll fluorescence and primary photochemistry in chloroplasts by dibromothymoquinone[J].Biochimica et biophysica acta，1975，376（1）：105-115.

[5] BJRKMAN O，DEMMIG B.Photon yield of O2 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77 K among vascular plants of diverse origins[J].Planta，1987，170（4）：489-504.

[6] PFNDEL E.Estimating the contribution of Photosystem I to total leaf chlorophyll fluorescence[J].Photosynthesis research，1998，56（2）：185-195.

[7] 许大全.光合作用效率[M].上海：上海科学技术出版社，2002.

[8] 史庆华，朱祝军，ALAGHABARY K，等.等渗Ca（NO3）2和NaCl胁迫对番茄光合作用的影响[J].植物营养与肥料学报，2004，10（2）：188-191.

[9] LEE M H，CHO E J，WI S G，et al.Divergences in morphological changes and antioxidant responses in salttolerant and saltsensitive rice seedlings after salt stress[J].Plant physiology and biochemistry，2013，70：325-335.

[10] 张景云，吴凤芝.盐胁迫对黄瓜不同耐盐品种叶绿素含量和叶绿体超微结构的影响[J].中国蔬菜，2009（10）：13-16.