盐碱胁迫对紫花苜蓿生长、品质及光合特性的影响

赵霞　叶林

摘要：为探讨不同梯度盐碱胁迫对紫花苜蓿生长、品质及光合特性的影响，通过模拟5个不同盐碱浓度对紫花苜蓿的胁迫（0、30、60、90、120 mmolL）试验。结果表明，盐碱浓度由低到高，紫花苜蓿的株高、分蘖数、干鲜比和干草产量均有所下降；粗蛋白、粗脂肪和粗灰分随盐碱胁迫的增加而降低；光合色素叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素总体下降；净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均先升高后下降；最大光化学效率（FvFm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）和光化学荧光淬灭系数（qP），先上升后下降，非光化学荧光淬灭系数（NPQ）降低。盐碱胁迫可明显减少紫花苜蓿光合色素的含量，降低光合气体交换参数和叶绿素荧光参数，显著抑制紫花苜蓿的植株生长。

关键词：盐碱胁迫；苜蓿；生长；品质；光合特性；影响

中图分类号： S541+101文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）21-0176-04

收稿日期：2016-08-27

基金项目：宁夏自然科学基金（编号：NZ1112）；宁夏大学自然科学基金（编号：ZR15034、ZR1252）。

作者简介：赵霞（1979—），女，山西人，硕士，讲师，研究方向为草地资源与生态。E-mail：zhao_x2088881@126com。

通信作者：叶林，副教授，研究方向为园艺植物逆境生理生态。E-mail：yelin3993@163com。

據统计，全球盐碱化土地约1×109 hm2，占陆地总面积的7%，我国盐碱化土地约37×107 hm2，约占现有耕地25%1-2]，土壤盐碱化面积的不断扩大已成为一个世界性的问题3]。目前，导致盐碱化的主要因素有：不合理灌溉、过度使用化肥、滥砍滥伐、破坏植被以及全球变暖等原因，土壤盐碱化问题在我国日趋严重，已成为限制我国生态环境和农业可持续发展的重要因素之一4]。

紫花苜蓿（Medicago sativa L）属于中等耐盐碱植物，素有“牧草之王”的美誉，并且具有调节土壤酸碱性5]，降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤有机质6]和改善土壤理化性质的作用。同时，紫花苜蓿具有营养价值高、适口性好、易于牲畜消化等特点，是一种优良牧草，在全国各地被广泛种植。因此，合理开发与利用盐碱地区种植紫花苜蓿对于改善生态环境、促进牧草业的经济效益及社会效益，实现我国畜牧业的可持续发展具有重要意义7]。

光合作用为植物生长提供物质和能量，是植物生长发育的基础。非生物胁迫是影响光合作用的重要因子之一，盐胁迫会导致叶片气孔关闭，损伤叶肉细胞，降低光合酶的活性，从而使植物的光合速率降低。盐胁迫还会导致植物叶绿体造成伤害，致使叶绿素和类胡萝卜素等光合色素含量降低。所以，探明紫花苜蓿的光合器官在盐碱条件下的变化规律和伤害过程，可使人们深入了解盐碱胁迫对苜蓿生长发育的影响机理。但目前为止，对苜蓿光合作用的研究主要集中在干旱8]、盐害9]、过量施肥10]、低温和病虫害等因素上，而关于盐碱对紫花苜蓿生长及光合作用的影响鲜有报道，且大多数研究主要集中在中性单盐（NaCl）胁迫上，而关于混合盐尤其是碱性混合盐胁迫下苜蓿耐盐碱性的研究较少见。混合碱性盐胁迫与盐渍化土壤真实状况更为接近，模拟该条件下的研究结果，对土壤盐渍化改良，促进牧草业发展更具现实的指导作用。

我国西北地区盐碱地多为复合型盐碱地，盐碱成分复杂，既含有NaCl和Na2SO4等中性盐，又含有NaHCO3和Na2CO3等碱性盐11]，盐化与碱化作用往往相伴发生7]。这种由不同盐类混合而引起的混合盐碱胁迫对植物生长的破坏作用比单一盐类（如NaCl）引起的盐害更严重。本试验研究不同梯度盐碱胁迫对紫花苜蓿生长及光合特性的影响，探明紫花苜蓿和耐盐碱性的关系，为提高牧草耐盐碱性、选育牧草品种、促进牧草生产、提高盐碱地生产力提供理论依据和技术支持。

1材料与方法

11试验材料

供试材料为甘农三号紫花苜蓿（Medicago sativa L cv Gannong No3），由甘肃农业大学草业学院提供。

供试基质：泥炭（丹麦品氏公司Pindstrup Seeding），珍珠岩（河北恒信珍珠岩有限公司）、蛭石（上海昂博园艺材料有限公司）。

试验仪器：便携式光合仪（Li-6400，美国），叶绿素荧光仪（MINI-Imaging-PAM，Walz，德国）。

12试验设计

试验于2015年2—6月在宁夏银川市西夏区贺兰山军马场现代农业示范园3号温室中进行。盐碱混合溶液浓度配方为：NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3等4种盐按1 ∶9 ∶9 ∶1比例复配混合12]。盐碱胁迫共设计5个梯度，分别为 0 mmolL（CK）、30 mmolL（S1）、60 mmolL（S2）、90 mmolL（S3）、120 mmolL（S4）。

将泥炭、珍珠岩和蛭石按3 ∶1 ∶1的比例混合均匀后，等量装入塑料花盆（225 cm×200 m）。分别选取大小一致、无病虫害、籽粒饱满的苜蓿种子，用5%次氯酸钠浸泡3 min，用蒸馏水反复冲洗5～6次，然后播入塑料花盆中。播种 30粒盆，出苗后间苗到20株。每个处理10盆，每盆20株，3次重复，随机区组排列，共计150盆。待苜蓿生长45 d后进行盐碱胁迫处理，对照组（CK）浇清水，其他处理每隔2 d浇1次盐碱溶液。共浇5次，处理13 d，然后取植株叶片进行相关指标测定。

13试验主要测定指标及方法

131苜蓿生长指标的测定

每个处理随机取15株，用卷尺测量株高，将根与茎叶分开，测量鲜质量，然后放于105 ℃烘箱中20 min杀青，随后于80 ℃烘干至恒质量，测定干物质质量。叶绿素的提取和测量参照Shu等的试验13]。类胡萝卜素含量的测量参照张志良的试验方法14]。endprint

132苜蓿品质指标的测定

采用凯氏定氮法（GBT 6432—1994《饲料中粗蛋白测定方法》）测定粗蛋白质含量；采用索氏浸提法测定粗脂肪含量；采用干灰化法测定粗灰分含量15]。

133植株气体交换参数和叶绿素荧光参数的测定

植株的光合气体交换参数，采用便携式光合仪测定，测定指标分别是：净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。在晴朗天气的08：30—11：30进行测量，仪器设定光强为800 μmol（m2·s），CO2濃度为 400 umolmol，样品室的流量设定为500 mLs，叶片温度（250±08） ℃。叶绿素荧光参数，采用叶绿素荧光仪测定，测定指标分别是：暗适应30 min后的初始荧光（Fo），最大荧光（Fm）（暗适应叶片），光适应条件下叶片的初始荧光（Fo′），最大荧光（Fm′）和稳态荧光（Fs）。

光系统PSⅡ中，最大光化学效率（FvFm）=（Fm-Fo）Fm、实际光化学效率ΦPSⅡ=1-FsFm′、光化学荧光淬灭系数qP=（Fm′-Fs）（Fm′-Fo′）、非光化学荧光淬灭系数 NPQ=Fm（Fm′-1）16]。

14数据统计分析

试验数据用Mcirosoft Excel 2007软件进行初步处理，采用SPSS 170进行单因素方差（One-way ANOVA）分析，差异显著分析采用t-检验进行分析（α=005）。用Sigmaplot 100软件绘图。

2结果与分析

21盐碱胁迫对苜蓿生长的影响

由表1可知，随着盐碱程度的加重，苜蓿的株高、分蘖数、干鲜比和干草产量均不同程度的下降，CK最高，S1～S4组间差异显著，并且均表现为CK>S1>S2>S3>S4。株高最低下降了3870%，分蘖数最低减少了2537%，干鲜比最低下降了3074%，干草产量最低下降了1617%。

22盐碱胁迫对苜蓿品质的影响

图1所示，随着盐碱浓度的提高，苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量呈下降趋势。CK～S4组间粗蛋白含量差异显著。CK粗脂肪含量与S1、S2、S3、S4差异均显著。CK粗灰分含量与S2、S3、S4差异显著，CK与S1、S2与S3差异不显著。粗蛋白含量最低下降990%，粗脂肪含量最低减少2217%，粗灰分含量最低下降444%，并且均表现为CK>S1>S2>S3>S4。

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23盐碱胁对苜蓿光合色素的影响

由表2可知，随着盐碱梯度由低到高，苜蓿的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量总体呈下降趋势，CK光合色素的含量最高；S3与S4的叶绿素a含量，S1与S2的叶绿素b含量，CK与S1、S1与S2类胡萝卜素含量无显著性差异，其余处理间均显著差异。与CK相比，叶绿素a含量最低时下降了1875%，叶绿素b含量最JP3]低时下降了3115%，叶绿素a+b含量最低时下降了2303%，类胡萝卜素含量最低时下降了2522%，并且均表现为CK>S1>S2>S3>S4。

24盐碱胁迫对苜蓿光合参数的影响

CM（24]图2所示，随着盐碱程度的加重，苜蓿的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均表现出先升高后下降的趋势。各光合参数表现为：净光合速率（Pn），S1>S2>CK>S3>S4， 各JP3]组相互之间差异显著； 蒸腾

FK（W20]TPZX222tif]

速率（Tr），S1>CK>S2>S3>S4，其中S3与S4差异不显著，其余均差异显著；气孔导度（Gs），S1>CK>S2>S3>S4其中S1与S2、S3、S4差异显著；胞间CO2浓度（Ci），S1>CK>S2>S3>S4，各组相互之间差异显著。S4与CK比较，Pn下降了2052%、Tr下降了3932%，Gs下降了1132%，Ci下降了2452%。

25盐碱胁迫对苜蓿叶绿素荧光参数的影响

图3所示，随着盐碱胁迫的加重，苜蓿的叶绿素荧光参数变化明显，最大光化学效率（FvFm）、实际光化学效率ΦPSⅡ和光化学荧光淬灭系数qP呈先上升后下降的趋势，非光化学荧光淬灭系数NPQ整体呈下降趋势。各荧光参数表现为：最大光化学效率（FvFm），S1>CK>S2>S3>S4，各组相互之间差异显著；实际光化学效率ΦPSⅡ，S1>CK>S2>S3>S4，CK与S1、S3与S4差异不显著；光化学荧光淬灭系数qP，S1>CK>S2>S3>S4，各组相互之间差异显著；非光化学荧光淬灭系数NPQ，S1>CK>S2>S3>S4，S1与CK、S2，S3与S4差异不显著。S4与CK比较，FvFm下降了2789%、ΦPSⅡ下降了2756%，qP下降了3684%，NPQ下降了2667%。

3讨论

土壤盐碱化已成为抑制植物生长、影响农作物产量的主要逆境之一17]。植物生物量的变化是对盐碱胁迫的一种综合CM（25]响应，也可作为植物耐盐碱能力和盐碱胁迫程度的一种指

FK（W20]TPZX333tif；S+4mm]

标18]。而大多数植物在盐碱胁迫下，一个非常明显的直观表现就是生长受到抑制19]。本试验结果表明，随着盐碱程度的加重，苜蓿的株高、分蘖数、干鲜比和干草产量均不同程度的下降，总体表现为CK>S1>S2>S3>S4。这与刘滨硕等在羊草20]、侯蕊等在罗布麻21]、张晓磊等在苜蓿22]上的研究结果是一致的。

苜蓿是畜牧业的主要饲草之一，其品质的优劣对产业的发展至关重要，研究表明粗蛋白、粗脂肪和粗灰分的含量是评价苜蓿品质的重要指标其含量越高，品质越好23]。本研究结果表明，随着盐碱浓度的提高，苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量呈下降趋势。与CK相比，粗蛋白含量最低时下降了990%，粗灰分含量最低时下降了444%，而粗脂肪含量降低幅度最大，最低时下降了 2217%。说明盐碱胁迫对苜蓿品质的影响很大，导致品质下降，其中对粗脂肪含量的影响最大，其次为粗蛋白，再次为粗灰分。这与桂枝在盐胁迫时对苜蓿品质影响的研究结果24]相似。endprint

光合作用是植物生长的重要基础，叶绿素是光合作用中重要的色素分子，参与光能的吸收、传递和转化。在逆境条件下，植物对胁迫的响应表现为光合作用下降和光合色素含量降低25]。本研究结果表明，随着盐碱浓度由低到高，苜蓿的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量总体呈下降趋势，并且均表现为CK>S1>S2>S3>S4。S3与S4的叶绿素a含量无显著差异，表明重度盐碱胁迫对叶绿素a含量的影响不显著。S1与S2的叶绿素b含量无显著差异、CK与S1、S1与S2类胡萝卜素含量无显著性差异，说明轻度盐碱胁迫对叶绿素b和类胡萝卜素的含量影响不大。韩瑞宏等在干旱胁迫对苜蓿光合响应的研究上26]也证明上述观点。

紫花苜蓿是重要的豆科牧草，抗盐碱性较强，但是盐碱胁迫仍是苜蓿生产的主要逆境因子26]。盐碱逆境条件下，植物的光合作用会受盐碱程度的不同而受到抑制，光合能力的下降，主要包括2个因素：一是由气孔关闭导致的气孔限制；二是由叶肉细胞光合活性下降导致的非气孔限制27]。本研究结果表明，随着盐碱程度的加重，苜蓿的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均表现出先升高后下降的趋势。说明在盐碱条件下，紫花苜蓿植株体内水势升高，导致根系吸水困难，水分平衡被打破，从而使苜蓿叶片气孔开度变小直至关闭，来降低叶片水分散失。随着盐碱程度的加重，Pn、Ci和Gs同时降低，也说明导致光合作用下降的原因主要是气孔限制因素。

叶绿素荧光是植物光合作用过程中光量子传递和转换、植物对逆境响应的良好指针28]。本研究结果表明，随着盐碱胁迫的加重，苜蓿的叶绿素荧光参数变化明显，最大光化学效率（FvFm）、实际光化学效率ΦPSⅡ和光化学荧光淬灭系数qP呈先上升后下降的趋势，非光化学荧光淬灭系数NPQ整体呈下降趋势。说明盐碱胁迫降低了紫花苜蓿光合器官的活性，其叶片对碳的固定和同化减少，引起光合电子传递受阻，从而使过剩光能增加，导致光合作用降低，植株生长受到抑制。这与Hu等在番茄上的研究结果12，29]相一致。

4结论

在本研究中，紫花苜蓿在盐碱胁迫下的株高、分蘖数、干鲜比和干草产量均有所下降，生长发育受盐碱抑制显著。紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量随盐碱胁迫的加重而降低，总体品质下降，与盐碱浓度呈负相关。随着盐碱浓度由低到高，紫花苜蓿的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量总体下降，光合色素含量与盐碱浓度呈负相关。紫花苜蓿的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均呈现先升高后下降。说明导致光合作用下降的原因主要是气孔限制因素。紫花苜蓿在不同盐碱梯度条件下，最大光化学效率（FvFm）、实际光化学效率ΦPSⅡ和光化学荧光淬滅系数qP先上升后下降，非光化学荧光淬灭系数NPQ降低，导致紫花苜蓿光合作用降低，生长受到抑制。

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