碱处理对‘中山杉406’幼苗叶片光合特性和生理的影响

王紫阳， 杨 颖， 华建峰， 施 钦， 殷云龙， 於朝广

〔江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园) 江苏省落羽杉属树木种质创新与繁育工程研究中心， 江苏 南京210014〕

本研究以‘中山杉406’(T. ‘Zhongshanshan 406’)幼苗为研究对象，研究不同浓度Na2CO3和NaHCO3混合溶液处理下‘中山杉406’幼苗叶片的光合和生理响应，以期为‘中山杉’耐碱机制研究及耐碱新品种的选育和推广提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

2018年4月，选取长势基本一致的‘中山杉406’1年生扦插苗，栽植于高25 cm、直径30 cm的培养盆，每盆1株。每盆装4 kg栽培基质〔V(泥炭土)∶V(珍珠岩)=1∶1〕。室外培养2个月后移入温室缓苗2周，正常浇水。

1.2 方法

1.2.1 碱处理方法 2018年6月下旬，分别用浓度0(CK)、20、60、100、140和180 mmol·L-1碱溶液〔n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶1〕进行灌根处理，每处理4次重复，每重复3盆。为避免碱冲击现象，采取逐级递增的方式[13]浇灌，即第1天CK组浇灌自来水，其余碱处理组浇灌20 mmol·L-1碱溶液，第2天CK组浇灌自来水，20 mmol·L-1碱处理组浇灌20 mmol·L-1碱溶液，其余碱处理组浇灌60 mmol·L-1碱溶液，之后每天递增40 mmol·L-1，以此类推，直至达到设定浓度，之后每隔2 d浇灌1次相应浓度的碱溶液，持续处理50 d。浇灌量为盆栽苗持水量的2倍，浇灌时约2/3的溶液流出，从而将盆中的积余碱冲掉，以保持各碱处理组的碱浓度恒定。

1.2.2 光合指标测定 处理第50天，每处理各株选取叶位一致的成熟叶片，采用乙醇提取法[14]134-137测定叶绿素含量。参考文献[15]的方法，选择叶位、大小、受光方向基本一致的成熟叶片3～5枚，于上午9：00至11：00使用LI-6400光合仪(美国LI-COR公司)测定净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用效率。测定时，采用红蓝光源，光照强度1 200 μmol·m-2·s-1，温度(33±2) ℃，空气相对湿度60%～70%，叶室CO2浓度380 μmol·mol-1。所有指标重复测定4次。

1.2.3 生理指标测定 处理第50天，每处理每重复选取叶位一致的成熟叶片3～5枚，用锡箔纸包裹并放入自封袋，迅速保存于-80 ℃冰箱，用于生理指标测定，其中，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[14]195-197测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[14]184-185测定，超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑法[14]167-169测定。所有指标重复测定4次。

1.3 数据处理

采用EXCEL 2007和SPSS 21.0软件进行数据统计分析，采用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果和分析

不同浓度碱处理下‘中山杉406’幼苗叶片光合和生理指标的比较结果见表1。

2.1 对光合指标的影响

由表1可见：随着碱浓度的提高，‘中山杉406’幼苗叶片叶绿素含量和气孔导度先明显降低后趋于稳定，净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度总体上逐渐降低，水分利用效率逐渐升高。与CK(0 mmol·L-1碱溶液)组相比，60、100、140和180 mmol·L-1碱处理组的叶绿素含量显著(P<0.05)降低，但不同浓度碱处理组间叶绿素含量无显著差异；5个碱处理组的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均显著降低；100、140和180 mmol·L-1碱处理组的胞间CO2浓度显著降低；140和180 mmol·L-1碱处理组的水分利用效率显著升高。

表1 不同浓度碱处理下‘中山杉406’幼苗叶片光合和生理指标的比较Table 1 Comparison on photosynthetic and physiological indexes of leaves of Taxodium ‘Zhongshanshan 406’ seedlings under alkali treatments with different concentrations

2.2 对生理指标的影响

由表1还可见：随着碱浓度的提高，‘中山杉406’幼苗叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含量呈波动升高的趋势。与CK(0 mmol·L-1碱溶液)组相比，20 mmol·L-1碱处理组的可溶性糖含量显著(P<0.05)降低，60和100 mmol·L-1碱处理组的可溶性糖含量无显著差异，140和180 mmol·L-1碱处理组的可溶性糖含量显著升高，分别增加了34.65%和44.09%；5个碱处理组的可溶性蛋白质含量均显著升高，分别为CK组的3.31、2.89、3.86、3.88和4.90倍。随着碱浓度的提高，‘中山杉406’叶片超氧化物歧化酶活性先升高后降低。与CK组相比，20、60和100 mmol·L-1碱处理组的超氧化物歧化酶活性显著升高，分别增加了38.04%、38.77%和31.02%，140和180 mmol·L-1碱处理组的超氧化物歧化酶活性无显著差异。

3 讨论和结论

光合作用是植物生长和产量形成的基础，受光照、水分和温度等环境因子的影响，而气孔作为植物叶片与外界联系的通道，直接影响植物的光合作用[3]。胁迫条件下叶片气孔开度会减小甚至关闭以降低净光合速率和蒸腾速率，而水分利用效率往往会随着胁迫强度的增加而升高，从而减少胁迫伤害，使植物能够更好地适应逆境环境[3，15]。杨翼飞等[16]和Farquhar等[17]认为，逆境胁迫下植物净光合速率降低时，若气孔导度和胞间CO2浓度降低，表明净光合速率的降低由气孔限制因子引起；反之，若气孔导度和胞间CO2浓度未同时降低，则表明净光合速率的降低是由非气孔限制因子所致。本研究中，碱处理后‘中山杉406’幼苗叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度均降低，推测气孔限制因子是导致‘中山杉406’幼苗叶片净光合速率降低的主要原因。60～180 mmol·L-1碱处理组‘中山杉406’幼苗叶片水分利用效率逐渐升高，说明‘中山杉406’对于处理自身水分消耗与碳同化之间的关系具有一定的调控能力，这对于其适应逆境具有重要意义。除浓度较低的20 mmol·L-1碱处理组外，60～180 mmol·L-1碱处理组‘中山杉406’幼苗叶片叶绿素含量较CK(0 mmol·L-1碱溶液)组显著降低，说明较高浓度的碱处理对其叶绿素合成具有显著的抑制作用。

可溶性糖和可溶性蛋白质是植物抵御逆境胁迫的重要渗透调节物质，可溶性糖可提高原生质的保护能力和细胞保水能力[18]，可溶性蛋白质对于维持细胞渗透压和生理活动平衡有重要作用[19]，当植物遭受逆境胁迫时，细胞内会大量积累可溶性糖和可溶性蛋白质，保证细胞和外部环境处于正常的渗透平衡状态。随着碱浓度的提高，‘中山杉406’幼苗叶片可溶性糖和可溶性蛋白质含量波动升高，并在碱浓度最高时达到最大值，说明二者参与碱胁迫的生理响应，其含量升高一定程度上有利于缓解碱胁迫对‘中山杉406’的伤害。随着碱浓度的提高，‘中山杉406’幼苗叶片超氧化物歧化酶活性先升高后降低，这可能是由于低浓度碱处理下超氧化物歧化酶可高效清除细胞内的自由基，但随着碱浓度的继续提高，细胞内活性氧积累到一定程度后，细胞膜脂严重受损，细胞功能衰退，超氧化物歧化酶的合成受阻，表达活性开始降低[5]。

综上所述，碱处理对‘中山杉406’幼苗叶片的光合作用有明显的抑制作用，20～100 mmol·L-1碱处理下，‘中山杉406’通过积累大量的可溶性糖和可溶性蛋白质来维持细胞渗透平衡，通过提高超氧化物歧化酶活性减少活性氧对细胞的氧化伤害，进而应对和适应碱胁迫环境。