五种园林灌木对NaCl胁迫的光合特性响应比较研究

戴 伟，王 刚 ，胡振阳 ，谭广文

（1.广州普邦园林股份有限公司，广东 广州 510600；2.仲恺农业工程学院园艺园林学院，广东 广州 510225）

盐碱地是一种常见的盐类集积土壤种类，土地盐渍化是近年来摆在我们面前的一道难题［1］。由于华南滨海地区的高温强辐射、盐雾等环境因素以及部分地区的盲目开发建设，植被生长的土壤环境条件越来越差。土壤盐渍化因其土壤中的水分渗透势大、透气透水性能差、养分含量低以及有害离子集聚等原因［2］，使得植物难以生长、地表植被稀疏，以致于造成日益加剧的土壤荒漠化，生态环境更加脆弱。脆弱的生态环境特别是土壤盐渍化一直是华南滨海地区绿化建设的一大阻碍。目前，国内从光合角度对植物响应盐胁迫的相关研究较多，但研究对象多为粮食作物［3］和果树林木［4］等，对常用园林灌木的耐盐性品种研究主要集中在柽柳、梭梭［5-6］等西北荒漠绿化品种上，对南方滨海地区常用绿化灌木的相对较少。王珺等［7］研究发现夹竹桃（Thevetia peruviana）幼苗在浓度150 mmol/kg以下盐胁迫环境中净光合速率指标逐渐下降；蔡金桓等［8］研究表明，狗牙花（Tabernaemontana divaricata）等幼苗在100 mmol/kg以下浓度盐胁迫下叶片净光合速率逐渐下降；华建峰等［9］探讨了女贞（Ligustrum lucidum）等绿化植物在海盐胁迫下的生长量、盐害指数和胁迫症状，发现女贞可耐受0.3%以下低浓度的混合盐胁迫。相关研究表明，灌木较乔木、花草等往往具有适应性强、生长周期适宜等优点［10］。夹竹桃、海桐（Pittosporum tobira）、花叶假连翘（Duranta repens）、朱槿（Hibiscus rosa-sinensis）以及蔓马缨丹（Lantana montevidensis）等绿化灌木在我国滨海地区使用频率相对较高，其在应用中表现出一定的适应性，但在高盐地区的耐盐程度仍存在差异。本研究通过不同土壤盐浓度盆栽试验对上述5种灌木叶片的净光合速率、有效光化学效率等光合指标进行测定，探讨它们对土壤盐胁迫的光合响应变化，比较5种灌木的耐盐性，以期为滨海地区引进这些园林灌木进行绿化建设和生态修复提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在广州市白云区钟落潭镇试验基地的温室大棚中进行盆栽法盐胁迫试验，试验材料为购于岭南芳村花卉市场的夹竹桃、海桐、花叶假连翘、朱槿、蔓马缨丹一年实生苗。2017年10月上盆，每盆1株，种植基质由泥炭土、塘泥和珍珠岩按4∶2∶1比例混合配置。缓苗15 d后，每种灌木选择长势基本一致的9株试验苗进行盐胁迫处理。

1.2 试验方法

待植株上盆缓苗并长出新叶后，将各品种供试植株随机均分为两组。相关研究调查深圳、泉州、涠洲岛以及海南等地海岸线共91种耐盐绿化植物发现，其中58%的品种耐盐程度在100 mmol/kg（6‰）以下，93%的品种耐盐程度在300 mmol/kg以下［11］，据此，将每组植株分别均匀地一次性淋入浓度为100 mmol/kg和300 mmol/kg的NaCl试剂，其中NaCl浓度（%）=NaCl质量（mmol）/盆土干质量（kg）×100。每组植株均设3个时间梯度，分别为CK（0 d）、20 d和40 d。为防止施盐后因灌溉等原因造成土壤中盐分流失，试验过程中在种植钵下加设底盘，以便将土壤渗漏的灌溉水及时返回种植钵中，确保种植土中的盐分含量。

1.3 测定指标及方法

胁迫处理20 d和40 d，测定植株的光合作用参数和叶绿素荧光动力参数指标，每个处理各取3株样本，每株选取第4～7位叶序中的3片功能叶挂牌标记，每个样本指标数据进行3次重复测量。参照高俊凤［12］的方法，光合作用参数采用LI-6400便携式光合仪（LI-Cor，Inc，美国）测定，每枚叶片测定3次。仪器采用开放式气路，PAR为1 500 μmol/m2·s，叶温25℃，相对湿度60%，外界CO2浓度（Ca）为360 μmol/m2·s，内置光源光强为2 000 μmol/m2·s，主要测定净光合速率（Pn，μmol/m2·s）、气孔导度（Gs，mol/m2·s）、蒸腾速率（Tr，mmol/m2·s）和胞间CO2浓度（Ci，μmol/m2·s）等叶片光合气体交换参数。采用OS1P调制式叶绿素荧光仪对叶片进行测定，将待测植物暗适应30 min，利用非光化学淬灭（NPQ）模式，设定每次测量时间为2 min，每次测量3次重复。测定挂牌成熟叶片相同部位的初始荧光（Fo）、饱和脉冲光（4 000 μmol/m2·s，PSⅡ反应中心全部关闭）下最大荧光（Fm）、作用光（200 μmol/m2·s）恒定（120 s）下的稳态荧光（Fs）、强闪光（4 000 μmol/m2·s）下最大荧光（Fm’）、暗适应3 s后红远光（1.67 μmol/m2·s）下的初始荧光（Fo’），计算有效光化学量子产量Y（Ⅱ）、NPQ和Y（NO）等指标。

1.4 数据处理

采用 WPS Office、IBM SPSS Statistics 22软件对试验数据进行统计分析和图表绘制，在单因素方差分析（One-way ANOVA）基础上采用新复极差法（Duncan’s）进行差异显著性测验，最后采用隶属函数对植株的耐盐性进行综合评定。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对5种园林灌木叶片净光合速率的影响

一般情况下植株的净光合速率（Pn）与植株的生长状况呈正相关［13］。在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，海桐的Pn先下降后基本稳定，夹竹桃的Pn下降不显著，其他3种灌木的Pn均显著下降；其中，夹竹桃盐胁迫40 d Pn较处理前（CK）减少15.25%且较其他植物减幅小，朱槿较CK减少60.27%且较其他植物减幅最大（图1）。由图2可知，在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Pn均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；其中，夹竹桃盐胁迫40 d的Pn较CK减少46.88%且较其他植物减幅小，蔓马缨丹在盐胁迫40 d的Pn较CK减少84.16%且较其他植物减幅大。可见，盐胁迫降低了5种园林灌木的光合能力。

图1 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木净光合速率的变化

图2 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木净光合速率的变化

2.2 盐胁迫对5种园林灌木叶片气孔导度的影响

植株叶片的气孔对于植物光合和蒸腾作用有重要的影响。在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木叶片的气孔导度（Gs）均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；海桐在盐胁迫40 d时的Gs较CK减少19.82%且较其他植物减幅最小，花叶假连翘较CK减少51.35%且较其他植物减幅大（图3）。由图4可知，在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Gs均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；海桐在盐胁迫40 d时较CK减少69.79%且较其他植物减幅小，花叶假连翘在盐胁迫40 d时较CK减少76.76%且较其他植物减幅大。表明随着盐胁迫的加重，植株叶片气孔导度逐渐下降，光合作用受到胁迫影响。

图3 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木气孔导度的变化

图4 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木气孔导度的变化

2.3 盐胁迫对5种园林灌木叶片胞间CO2浓度的影响

胞间CO2浓度（Ci）是指细胞间隙之间的CO2浓度，为光合作用直接提供合成碳源。逆境胁迫时植株主要是通过自身关闭部分气孔或因过高盐分降低光合色素而减弱光合效率，前者使植株的Ci降低，而后者使Ci升高［14］。图5显示，在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Ci均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；朱槿在盐胁迫40 d时较CK减少17.14%且较其他植物减幅小，花叶假连翘较CK减少58.17%且较其他植物减幅大。由图6可知，在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，花叶假连翘的Ci先显著下降后大幅上升，其他4种灌木的Ci均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；朱槿在盐胁迫40 d时的Ci较CK减少46.06%且较其他植物减幅小，花叶假连翘在第40 d时的Ci较CK增加10.24%。

图5 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木胞间CO2浓度的变化

图6 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木胞间CO2浓度的变化

2.4 盐胁迫对5种园林灌木叶片蒸腾速率的影响

蒸腾速率（Tr）反映了植株在某段时间及面积下叶片的蒸腾水量，植株可通过减弱叶片的蒸腾速率来缓解水分亏缺［15］。由图7可知，在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，夹竹桃、花叶假连翘和朱槿的Tr先减后增，夹竹桃和朱槿的变化较CK差异不显著，花叶假连翘在盐胁迫20 d时较CK差异显著，海桐和蔓马缨丹的Tr显著下降。在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，花叶假连翘的Tr在盐胁迫20 d时显著降至最低后回升，其他4种灌木的Tr均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；蔓马缨丹在盐胁迫40 d时的Tr较CK减少59.03%且较夹竹桃、海桐、朱槿减幅小，花叶假连翘在盐胁迫40 d时的Tr较CK增加29.22%（图8）。

2.5 盐胁迫对5种园林灌木叶片有效光化学量子产量的影响

图7 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木蒸腾速率的变化

图8 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木蒸腾速率的变化

与光合气体交换效率相比较，叶绿素荧光参数反映了植株的光合情况和植株叶片在光合作用中所起的吸收传递光能等作用［16］。从图9可以看出，在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，蔓马缨丹的Y（Ⅱ）先显著降低后略有回升，夹竹桃等其他4种灌木的Y（Ⅱ）逐渐减少且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；夹竹桃在盐胁迫40 d时较CK下降25.72%且较海桐、花叶假连翘和朱槿减幅小。图10显示，在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Y（Ⅱ）均逐渐下降且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；其中，夹竹桃在盐胁迫40 d时的Y（Ⅱ）较CK减少51.26%且较其他灌木减幅小，花叶假连翘在盐胁迫40 d时的Y（Ⅱ）较CK减少80.89%且较其他灌木减幅大。随着盐胁迫时间的延长，植株的有效光化学效率受到影响、光合效率减弱，且随着胁迫浓度的增加这种损害程度进一步加重。

2.6 盐胁迫对5种园林灌木非光化学淬灭系数的影响

图9 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木Y（Ⅱ）的变化

图10 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木Y（Ⅱ）的变化

非光化学淬灭系数（NPQ）反映的是植物PSⅡ吸收的光能中不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分，逆境环境下也可以通过热耗散消耗过剩光能而避免损伤光和器官［17］。非光化学淬灭系数因此成为衡量植株是否受到盐胁迫的重要指标之一。图11显示，在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的NPQ逐渐增加且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；夹竹桃在盐胁迫40 d时较CK增加19.66%且较其他灌木增幅小，蔓马缨丹在盐胁迫40 d时较CK增加55.56%且较其他灌木增幅大。从图12可以看出，在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的NPQ均逐渐增加且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；夹竹桃在盐胁迫40 d时的NPQ较CK增加58.42%且较其他灌木增幅小，朱槿在盐胁迫40 d时的NPQ较CK增加98.21%且较其他灌木增幅大。植株受到盐胁迫时通过提高自身的热耗散从而消耗过多激发能来适应盐胁迫环境，而花叶假连翘在盐胁迫后期PSⅡ的热耗散保护能力在一定程度上受到削弱。

图11 100 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木NPQ的变化

图12 300 mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木NPQ的变化

2.7 盐胁迫对5种园林灌木非调节性能量耗散量子产额的影响

Y（NO）是指PSⅡ系统非调节性能量耗散量子产量，该指标的增加可以视为植株光化学能量转换和自我保护调节机制相对较弱，植株已无法进一步耗散过剩的光能，反映了辐射光强超过了植株的承受能力。在100 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Y（NO）逐渐增加且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；蔓马缨丹在盐胁迫40 d时较CK增加16.84%且较其他灌木增幅小，夹竹桃在盐胁迫40 d时较CK增加43.08%且较其他灌木增幅大（图13）。在300 mmol/kg盐浓度处理下，随着胁迫时间的延长，5种灌木的Y（NO）均逐渐增加且在盐胁迫40 d时较CK差异显著；海桐在盐胁迫40 d时的Y（NO）较CK增加45.07%且较其他灌木增幅小，花叶假连翘在盐胁迫40 d时的Y（NO）较CK增加58.71%且较其他灌木增幅大（图14）。胁迫后期植株可能已经受到损伤，而热耗散等植物自身的光合能量保护和调节机制已无法继续消耗掉植物吸收的过剩光能。

图13 100mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木Y（NO）的变化

图14 300mmol/kg NaCl盐胁迫处理5种园林灌木Y（NO）的变化

2.8 5种园林灌木的耐盐性综合评价

植物应对盐胁迫的反应机理是十分复杂的，随着NaCl处理浓度的提高和胁迫天数的增加，供试的5种园林灌木均出现不同程度的叶片失绿发黄、生长势衰退现象，花叶假连翘、朱槿和蔓马缨丹还出现枝叶焦黄枯萎断落等现象。植株受到盐胁迫时会作出一系列生理生化应激变化，如若仅通过单一指标衡量植物的耐盐性有失偏颇。本试验对300 mmol/kg NaCl胁迫40 d 5种园林灌木叶片的净光合速率和有效光化学量子产量等7个光合指标进行隶属函数分析。隶属函数利用极差法对各个指标进行标准化，测定指标与耐盐能力呈正相关：

X=（x－xmin）/（xmax－xmin）

测定指标与耐盐能力呈负相关：

X=1 －（x－xmin）/（xmax－xmin）

式中，X为某项指标标准化后结果，x为某项指标的原始数值，xmax为某项指标原始数据的最高值，xmin为某项指标原始数据的最低值。

隶属函数平均值（Si）越大表明该品种耐盐性越好，由表1可知，5种灌木耐盐性由强到弱依次为夹竹桃＞海桐＞朱槿＞蔓马缨丹＞花叶假连翘。

表1 5种园林灌木的耐盐性指标隶属函数及综合评价

3 结论与讨论

本试验结果表明，随着胁迫处理时间的延长，两组不同盐浓度处理5种园林灌木的Pn和Gs均不同程度地逐渐减弱，且300 mmol/kg盐浓度处理的减幅明显大于100 mmol/kg处理。植物的光合作用离不开叶片中的叶绿体，叶绿体也是对盐胁迫最敏感的细胞器［11］，高浓度盐胁迫能促进叶绿素降解，使叶绿素含量降低［18］，植株光合效率受到抑制，植株气孔因素导致了净光合速率的下降。植物在受到盐胁迫下通过关闭气孔，引起蒸腾速率下降，可以减少蒸腾失水，有利于植物生存，同时减弱了光合作用［19］。本试验中，夹竹桃等灌木随着盐胁迫时间的延长，气孔导度和净光合速率均逐渐下降，植株的光合作用受到胁迫影响，这与蔡思琪［20］对双荚决明的研究一致。夹竹桃等灌木随着盐胁迫加重，其胞间CO2浓度逐渐下降，植株气孔因素导致净光合速率下降，这与王志强［21］对酸枣的研究一致。300 mmol/kg浓度盐胁迫下花叶假连翘的Ci在40 d时较20 d上升，其净光合速率下降的原因由气孔因素转为非气孔因素，这与陈现臣等［22］对西葫芦的研究一致。随着盐处理时间的延长，花叶假连翘、蔓马缨丹和朱槿的Pn等光合指标在300 mmol/kg浓度盐胁迫下的变化幅度明显大于海桐和夹竹桃，其最大降幅较其他灌木延迟出现，对胁迫的耐受能力较强［23］。可见，从灌木光合效率的角度说明了夹竹桃和海桐较朱槿、蔓马缨丹和花叶假连翘具有更好的耐盐性。

植株的的Y（Ⅱ）数值反映了其光合机构的光能转换效率。一般认为盐胁迫会降低植株的光合碳同化速率，直接导致植物吸收和转化光能的减弱，表现为Y（Ⅱ）的下降［24］。植株个体本身具有内环境调节机制［25］，植株受到盐胁迫时，光合色素所吸收的过量光能倘若不能被及时耗散，将破坏植株的光合机构，因此可将NPQ的增加看作是植株的自我保护响应，而Y（NO）的增加反映了其无法消耗更多的光能，可作为植株受到盐胁迫伤害的一项指标。随着盐胁迫时间的延长，在300 mmol/kg浓度盐胁迫下5种灌木的Y（Ⅱ）逐渐下降，夹竹桃、海桐、朱槿和蔓马缨丹的NPQ和Y（NO）逐渐上升，可见植株的有效光化学效率受到影响，减弱了植株的光合效率，且随着胁迫浓度的增加这种损害程度进一步加重。而花叶假连翘的NPQ先增后减，这与冯汉青等［26］对紫丁香的研究结果一致，从该指标的角度也反映了花叶假连翘相对其他灌木较弱的耐盐性。

本试验对5种园林灌木在盐胁迫下的净光合速率等多个指标分别进行了比较研究，根据各指标的变化情况发现其均在一定程度上反映了植物对盐胁迫的耐受程度。因为不同灌木品种的耐盐程度及耐盐机理具有较大差异，本试验综合7个衡量指标，从光合角度用隶属函数分析法综合评价5种灌木的耐盐性，得出5种灌木耐盐性由强到弱依次为夹竹桃＞海桐＞朱槿＞蔓马缨丹＞花叶假连翘，这对滨海地区的园林灌木树种选择具有一定的参考意义。从耐盐角度考虑，夹竹桃、海桐在滨海地区对高盐的土壤生境具有一定的耐受性和自我恢复调节能力，而在园林建设和绿化配置中，朱槿、蔓马缨丹和花叶假连翘不建议用于土壤含盐量超过100 mmol/kg的滨海区域或对该类地区进行盐渍化土壤改良。