外源ALA 对盐胁迫下西伯利亚白刺光合作用的影响

闫永庆，季绍旭，王 贺，赵 野，范倩雯，王 骁

（东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨 150030）

土壤盐渍化问题遍及全球，土壤中盐分大量积累危害植物生长，减少植物产量，严重影响农业生产[1-2]。我国东北地区土壤盐碱化程度较高，近年来盐碱地改良与利用成为研究热点，生物治盐成为解决土地盐渍化问题突破口。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）天然存在于植物体内，是生物体卟啉类化合物（叶绿素、光敏色素、维生素B、亚铁血红素等）生物合成的第一个关键前体[3]，对植物生长发育发挥重要作用，可有效提高植物光合能力。研究表明，盐胁迫主要通过抑制植物光合作用，降低植物有机质积累，影响植物正常生长发育，降低植物抗逆性，盐胁迫时间越长浓度越高，对植物危害越严重[4]。甜瓜幼苗遭受盐胁迫时，对其叶片喷施外源ALA，甜瓜幼苗气体交换参数各项指标显著提高[5]。对小白菜和银杏盐胁迫处理后，叶面喷施外源ALA可有效缓解盐胁迫产生的抑制作用，提高植物光合效率。盐胁迫下对决明子叶片外源喷施ALA，可修复叶片光化学反应中心，提高光反应物质活性，叶绿素荧光参数各项指标均显著提高，非光化学淬灭系数降低，植物光合效率提高[6]。

西伯利亚白刺（Nitraria sibirica Pall.）是蒺藜科（Zygophyllaceae）白刺属（Nitraria）盐生植物，是治理土地盐碱化优良树种，又被称为卡密、酸胖、哈莫儿，广泛分布于新疆、甘肃等地[7]，其果实可鲜食，叶片可作为饲料，经济价值较高；同时具有降血糖、消炎、降压等功效[8]；耐盐性极强，可在中度盐胁迫下生存，常作为盐碱地绿化树种使用，在盐碱地改良中发挥重要作用。

本试验以西伯利亚白刺为研究对象，研究不同浓度盐胁迫下通过施加不同浓度ALA对白刺光合作用的影响，为ALA缓解植物盐害、提高植物抗盐性提供理论依据，为提高白刺对盐胁迫环境的生理适应性，深入研究白刺耐盐机理奠定基础，对今后盐碱地区园林植物筛选和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

材料为西伯利亚白刺实生苗，种子购自吉林省白城市林业科学研究院。

1.2 材料培养与处理

1.2.1 材料培养

2018年9月在东北农业大学园艺园林学院实验室将西伯利亚白刺种子于温水中浸泡72 h，于温室中将种子播于穴盘中（基质为原土∶草炭土∶河沙=1∶1∶1），待幼苗长出4～5片真叶后，定植于直径为10 cm花盆中，正常浇水养护。2019年5月选取生长状况良好，长势相同实生苗，洗去根部泥土，移植于基质为河沙的花盆中栽培，每盆栽植3株，营养液浇灌，缓苗充分后，开展相关试验处理。

1.2.2 材料处理

采用完全随机试验设计，通过预试验分别选取3个NaCl浓度（0、200和400 mmol·L-1）和3个ALA浓度（0、30和60 mg·L-1），随机组合后共9个处理组，每盆西伯利亚白刺为一个处理，每个处理5次重复，共45盆。所有试验组同时达到预设NaCl浓度后，对其喷施ALA处理，每天喷施200 mL，保证叶片充分吸收，连续喷施7 d。

1.3 相关指标测定

叶绿素含量测定参照高俊凤丙酮乙醇混合法[9]。

使用光合仪于夏季阳光充足上午测定气体交换参数（包括净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度）。

使用荧光成像仪测定叶绿素荧光参数（包括最大光化学效率、实际光化学效率、光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数、相对电子传递效率）。

1.4 数据处理与分析

分别使用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0和PRISM整理数据、显著性分析和制图。

2 结果与分析

2.1 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片叶绿素含量随NaCl浓度升高呈先增后降趋势，NaCl浓度为200 mmol·L-1时，叶绿素含量高于NaCl浓度为0和400 mmol·L-1时处理，分别提高3.6%和19.7%，随后下降，各组处理间差异不明显著。在施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片叶绿素含量随ALA浓度增加呈先增后降趋势，且在ALA浓度为30 mg·L-1时达最大值，随后降低，在ALA浓度为60 mg·L-1时降至最低，显著低于ALA浓度为30 mg·L-1时处理（P＜0.05）。结果说明，施加适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可促进西伯利亚白刺叶片叶绿素合成，提高西伯利亚白刺光合能力。

2.2 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺气体交换参数的影响

2.2.1 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺净光合速率的影响

由图2可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片净光合速率随NaCl浓度升高呈先升后降趋势，NaCl浓度为200 mmol·L-1时净光合速率最高，NaCl浓度为400 mmol·L-1时净光合速率最低，差异显著（P＜0.05）。在施加ALA情况下，各NaCl浓度净光合速率均有不同程度增加，均在ALA浓度为30 mg·L-1时达最大值，分别比不施加ALA且NaCl浓度为0、200和400 mmol·L-1时增加56.6%、38.5%和66.8%。NaCl浓度为200 mmol·L-1且ALA浓度为30 mg·L-1时净光合速率值最大，达5.456 μmol·m-2·s-1。结果表明，施加适宜浓度ALA可提高西伯利亚白刺净光合速率，当ALA浓度为30 mg·L-1时，对光合作用促进效果最明显。

2.2.2 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺气孔导度的影响

由图3可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片气孔导度随NaCl浓度增加呈先升后降趋势，各组间差异不显著。在施加ALA情况下，各NaCl浓度气孔导度均有不同程度增加，且均在ALA浓度为30 mg·L-1时达到最大值，并与ALA浓度为0 mg·L-1时相比显著升高（P＜0.05），较不施加ALA且NaCl浓度为0、200和400 mmol·L-1时分别增加40.9%、38.5%和20.8%。结果说明，NaCl浓度为200 mmol·L-1时，西伯利亚白刺具有较强抗逆性，而一定浓度ALA（30 mg·L-1）可缓解盐胁迫，提高西伯利亚白刺气孔导度，提高光合能力。

2.2.3 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺蒸腾速率的影响

由图4可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片蒸腾速率随NaCl浓度增加呈先升后降趋势，NaCl浓度为200 mmol·L-1时蒸腾速率升至最高，NaCl浓度为400 mmol·L-1时蒸腾速率降至最低，显著低于NaCl浓度为200 mmol·L-1处理。在施加ALA情况下，各处理蒸腾速率均有所升高，NaCl浓度为0和200 mmol·L-1时，蒸腾速率在ALA浓度为30 mg·L-1时达到最大值。蒸腾速率在NaCl浓度为200 mmol·L-1且ALA浓度为30 mg·L-1时达最大值，比最低处理（NaCl浓度为400 mmol·L-1且ALA浓度为0 mg·L-1）高34.8%。结果说明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可提高西伯利亚白刺蒸腾速率。

2.2.4 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺胞间CO2浓度的影响

由图5可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片胞间CO2浓度随NaCl浓度增加呈先降后升趋势，且在NaCl浓度为200 mmol·L-1时达最小值，显著低于NaCl浓度为0和400 mmol·L-1处理（P＜0.05），随后上升。在施加ALA情况下，胞间CO2浓度均有所下降，均在ALA浓度为30 mg·L-1时效果最为明显，在NaCl浓度为200 mmol·L-1且ALA浓度为30 mg·L-1时降至最低值，显著低于NaCl浓度为400 mmol·L-1且ALA浓度为0 mg·L-1处理（P＜0.05）。结果说明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可有效降低西伯利亚白刺胞间CO2浓度，有利于提高光合作用。

2.3 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺叶绿素荧光参数的影响

由表1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片PSⅡ最大光化学效率随NaCl浓度升高呈先升后降趋势，各组间差异不显著。在施加ALA情况下，对西伯利亚白刺叶片PSⅡ最大光化学效率均有促进作用，当ALA浓度为30 mg·L-1时，促进效果最为明显，西伯利亚白刺叶片PSⅡ最大光化学效率在NaCl浓度为200 mmol·L-1且ALA浓度为30 mg·L-1达最大值。结果说明，一定浓度ALA（30 mg·L-1）可促进西伯利亚白刺最大光化学效率，提高西伯利亚白刺光合能力。

由表1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片实际光化学效率随NaCl浓度增加呈先升后降趋势，各组间差异不显著。在施加ALA情况下，西伯利亚白刺PSⅡ实际光化学效率均有所升高，且在ALA浓度为30 mg·L-1时达最大值，比不施加ALA时分别提高21.2%、22.9%和15.6%。NaCl浓度为0和200 mmol·L-1时，施加30 mg·L-1ALA时西伯利亚白刺PSⅡ实际光化学效率显著高于不施加ALA处理（P＜0.05）。结果表明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可有效提高西伯利亚白刺光合作用效率。

由表1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片光化学淬灭系数随NaCl浓度升高呈先升后降趋势，NaCl浓度为200 mmol·L-1时达最大值，显著高于NaCl浓度为0 mmol·L-1和NaCl浓度为400 mmol·L-1处理（P＜0.05）。在施加ALA情况下，各处理光化学淬灭系数均增大，均在ALA浓度为30 mg·L-1时达最大值，显著高于不施加ALA处理（P＜0.05）。结果表明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可有效提升西伯利亚白刺光合效率。

由表1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺非光化学淬灭系数随NaCl浓度升高呈先降后升趋势，且在NaCl浓度为200 mmol·L-1时达最低值，显著低于NaCl浓度为0和400 mmol·L-1处理（P＜0.05）。在施加ALA情况下，西伯利亚白刺非光化学淬灭系数均降低，在ALA浓度为30 mg·L-1时降至最低值，显著低于不施加ALA处理（P＜0.05），分别降低19.2%、24.5%和14.8%。结果说明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可有效降低西伯利亚白刺非光化学淬灭系数。

由表1可知，在不施加ALA情况下，西伯利亚白刺叶片表观电子传递效率随NaCl浓度升高呈先升后降趋势，各组间差异不显著。在施加ALA情况下，各处理表观电子传递效率均上升。在NaCl浓度为200 mmol·L-1、ALA浓度为30 mg·L-1时，西伯利亚白刺表观电子传递效率达最大值，显著高于NaCl浓度为400 mmol·L-1、ALA浓度为0 mg·L-1的最低处理（P＜0.05）。结果表明，适宜浓度ALA（30 mg·L-1）可提高西伯利亚白刺表观电子传递效率。

表1 ALA对盐胁迫下西伯利亚白刺Fv/Fm、ΦPSII、qP、NPQ和ETR的影响Table 1 Effects of ALA on Fv/Fm,ΦPSII,qP,NPQand ETR of Nitraria sibirica under salt stress

3 讨论与结论

光合作用保障植物正常生长发育，为其提供所需有机物[10]。叶绿素是参与光合作用的重要色素，盐胁迫破坏叶绿体结构，直接或间接影响叶绿素含量[11]。本研究表明，在盐胁迫下，施加ALA后，西伯利亚白刺叶片叶绿素含量显著上升，表明ALA有助于保护叶绿体膜，保持其结构完整性，维持西伯利亚白刺叶片较高叶绿素含量，促进光合作用。这与Hotta等提出ALA可调节叶绿素合成观点一致[12]。

植物Pn值反映植物同化作用强弱，逆境下影响植物Pn值的因素有两种：气孔限制和非气孔限制。Gs和Ci是判断植物气孔与非气孔限制的标志[13]。Tr反映一定时间内植物叶片单位叶面积蒸腾水量。本试验结果表明，盐胁迫下，Pn、Gs和Tr值均降低，Ci值相反，与Farquhar等观点相同[14]。外源施加适宜浓度ALA可提高西伯利亚白刺Pn、Gs和Tr值，并使Ci值下降，逆转盐胁迫下Gs降低现象，固定更多碳源，产生更多有机物。随ALA浓度逐渐升高，Pn、Gs和Tr均呈先升后降趋势，Ci则呈与之相反趋势，说明施加适宜浓度外源ALA显著提高西伯利亚白刺净光合速率。但ALA浓度过高则造成离子毒害，抑制植物光合作用，ALA浓度以30 mg·L-1效果最佳。与SasakiK[15]和汪良驹等[16]ALA可提高植物光合作用结论一致。

叶绿素荧光参数是研究植物光合作用的重要参数[17]，Fv/Fm是研究光抑制或环境胁迫对PSⅡ影响的重要指标[18]，ΦPSⅡ反映PSⅡ反应中心实际光化学反应效率[19]。qP可有效反映植物光合作用活跃程度[20]。NPQ反映植物植物光合作用耗散部分[21]。ETR反映在实际光强条件下表观电子传递效率。本试验结果表明，随NaCl浓度增加，西伯利亚白刺qP呈先升后降趋势，而NPQ则呈相反趋势，当NaCl浓度达200 mmol·L-1时，qP值达最大而NPQ值则降至最低，当NaCl浓度达400 mmol·L-1时二者又呈相反趋势，qP降到最低值而NPQ则上升至最大值，说明高浓度盐胁迫使PSⅡ反应中心受到破坏，发生光抑制，降低电子传递效率，从而导致PSⅡ功能下降。施加ALA处理Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP、ETR均高于不施加ALA处理，表明适宜浓度ALA可有效抵御盐胁迫对PSⅡ反应中心损伤，使西伯利亚白刺叶片PSⅡ天线色素吸收的能量更多流向光化学部分，减少荧光形式能量散失，在盐胁迫条件下保持较高光化学效率，有利于其光合作用。