混合盐胁迫时2种铁线莲的叶片渗透调节及叶绿素荧光特性1)

张凤娥 张丽娟 高东菊

(上海农林职业技术学院，上海，201699)(河北旅游职业学院)(上海农林职业技术学院)

土壤盐渍化是土地荒漠化和土地退化的主要类型，也是制约农业发展和生态系统稳定的重要因素。土壤盐渍化不仅影响人民的生产生活，而且是植物生长发育的主要非生物胁迫[1-2]。高浓度的盐胁迫会导致活性氧自由基和有毒离子在植株体内大量积累，对植株细胞正常的生理代谢造成破坏，影响植物生长，降低植物的品质和生产力[3]。因此，盐胁迫已经成为全球最普遍的限制植物健康生长的主要形式。植物在光合作用的过程中，同化无机碳化物为有机化合物是保证植物逆境下正常存活的基础[4]。叶绿素荧光参数对环境变化敏感，能够反映植物耐受环境胁迫的能力和光合机构受损害程度，对揭示植物非生物和生物胁迫的耐受能力具有重要作用[5-8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验设计

1.2 指标的测定

盐胁迫处理40 d时，用烘干称量法测量各处理植株的地上和地下生物量，计算根冠比(根冠比=(地下部分生物量/地上部分生物量)×100%)。

盐胁迫的10、20、30、40 d时，分别取叶片作为待测样品，将样品于冰箱-80 ℃保存，用于后期生理生化指标测定。叶片膜透性采用电导仪法测定；叶片的丙二醛质量摩尔浓度采用巴比妥酸(TBA)显色法测定；可溶性糖的质量分数采用蒽酮比色法测定；脯氨酸的质量分数采用卡茚三酮法测定[11]。

盐胁迫的10、20、30、40 d使用叶绿素仪测定各处理叶片的叶绿素的质量分数；采用PAM-2500便携式脉冲调制叶绿素荧光仪，测定叶片的初始荧光值(F0)、最大荧光值(Fm)、光反应中心(PSII)最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSII潜在活性(Fv/F0)、光化学淬灭系数(QP)和非光化学淬灭系数(QNP)。

1.3 隶属函数

采用各指标的变化幅度计算隶属函数值[12]，如指标与耐盐碱性正相关，采用隶属函数(1)，如果为负相关，则采用隶属函数(2)。

Zij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)；

(1)

Zij=1-[(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)]。

(2)

式中：Zij为第i个胁迫浓度的j项指标的隶属值；Xjmax、Xjmin分别为j项指标的最小值和最大值。

1.4 数据处理

采用SPSS20.0的one-way ANOVA方差分析进行数据的差异性检验。

2 结果与分析

2.1 混合盐胁迫对铁线莲生物量的影响

由表1可知，不同混合盐浓度胁迫下，2种铁线莲总生物量随着胁迫浓度的提高而降低。T1处理，2种铁线莲总生物量、根部生物量和地上部分生物量与CK差异均不显著(P>0.05)；T2处理，短尾铁线莲的各部生物量和总生物量与CK差异显著(P<0.05)，而棉团铁线莲的各部生物量和总生物量与CK无显著差异；T3处理，短尾铁线莲的各部生物量进一步降低，与T2处理差异显著(P<0.05)，棉团铁线莲各部生物量和总生物量与CK显著差异(P<0.05)；T4处理，2种铁线莲的各部生物量和总生物量均降至各处理组的最低值，其中2种铁线莲的总生物量分别降至CK的66.9%和72.8%。短尾铁线莲的根冠比在经过盐碱胁迫后各处理组间呈小幅波动趋势，但各组间差异均不显著。棉团铁线莲的根冠比随胁迫浓度提高虽有小幅上升，但各处理组之间差异亦不显著。

表1 混合盐胁迫时2种铁线莲的生物量和根冠比

2.2 混合盐胁迫对铁线莲细胞抗氧化性及渗透调节物质的影响

由表2可知，2种铁线莲细胞膜透性均随着混合盐浓度增加而逐渐加大。胁迫10 d时，短尾铁线莲的膜透性T1处理变化不显著，T2、T3、T4处理与CK相比变化显著(P<0.05)。胁迫10 d时，棉团铁线莲T1、T2处理的膜透性变化均不显著，T3、T4处理与CK相比变化显著(P<0.05)。胁迫20～40 d时，各处理组的膜透性进一步增强且组间差异显著(P<0.05)。从胁迫时间来看，2种铁线莲的膜透性随着胁迫时间的延长显著增强，表明混合盐胁迫对细胞结构的破坏随着胁迫时间的延长愈加严重。

表2 混合盐胁迫时2种铁线莲细胞膜透性变化

由表3可知，在不同混合盐胁迫下，2种铁线莲叶片丙二醛的质量摩尔浓度随着胁迫程度的提高呈现升高的趋势。胁迫10 d时，短尾铁线莲各处理组与CK差异显著(P<0.05)，棉团铁线莲T2、T3、T4处理与CK差异显著(P<0.05)。胁迫20～40 d时，叶片丙二醛的质量摩尔浓度进一步升高且组间差异显著(P<0.05)，表明盐碱胁迫造成了2种铁线莲脂质过氧化作用。2种铁线莲叶片丙二醛的质量摩尔浓度均随着胁迫时间的延长而提高，除短尾铁线莲的T3处理外，其余各处理组均在胁迫40 d时达到最高值。

表3 混合盐胁迫时2种铁线莲的丙二醛的质量摩尔浓度变化

由表4可知，2种铁线莲叶片可溶性糖的含量随胁迫浓度的增强而升高。在4个胁迫时间节点不同处理的可溶性糖的质量分数均显著高于CK(P<0.05)，且T4处理的叶片可溶性糖的质量分数均显著高于CK和其他处理(P<0.05)。随着胁迫时间的延长，2种铁线莲的叶片可溶性糖的质量分数也呈升高趋势，表明2种铁线莲在胁迫环境中，通过消耗有机物的净积累适应盐碱胁迫逆境。

由表5可知，在不同程度的混合盐碱胁迫下，2种铁线莲叶片脯氨酸的质量分数随着盐碱胁迫浓度的提高表现出升高的趋势。在4个胁迫时间节点，除短尾铁线莲在T1处理下脯氨酸的质量分数与CK无显著差异外，其余处理下与CK差异显著(P<0.05)。T4处理，2种铁线莲的脯氨酸的质量分数比CK均增长7倍以上。2种铁线莲的脯氨酸的质量分数随着胁迫时间的延长也呈现升高趋势，在胁迫40 d时达到最大值，表明2种铁线莲通过不断合成脯氨酸来适应离子胁迫。

2.3 混合盐胁迫对2种铁线莲叶绿素质量分数和叶绿素荧光参数的影响

如表6所示，2种铁线莲的叶绿素质量分数随着盐碱胁迫浓度的变化和胁迫时间的延长呈下降趋势。胁迫40 d时，短尾铁线莲的叶绿素质量分数T1处理与CK差异显著(P<0.05)；胁迫20 d时，短尾铁线莲的叶绿素质量分数T2处理与CK差异显著(P<0.05)；胁迫10 d时，短尾铁线莲的叶绿素质量分数T3和T4处理与CK差异显著(P<0.05)。

表4 混合盐胁迫时2种铁线莲叶片可溶性糖的质量分数变化

表5 混合盐胁迫时2种铁线莲叶片脯氨酸的质量分数变化

胁迫10 d时，棉团铁线莲的叶绿素质量分数各处理组间无显著差异；胁迫40 d时，棉团铁线莲的叶绿素质量分数T2处理与CK差异显著(P<0.05)；胁迫20 d时，棉团铁线莲的叶绿素质量分数T3、T4处理与CK显著差异(P<0.05)。

表6 混合盐胁迫时2种铁线莲的叶绿素的质量分数变化

由表7可知，2种铁线莲的初始荧光值随着胁迫程度的提高呈上升趋势；短尾铁线莲的初始荧光值T2处理与CK差异显著(P<0.05)，T4处理达到最大值；棉团铁线莲的初始荧光值T3处理与CK差异显著(P<0.05)。2种铁线莲的光反应系统(PSII)潜在活性(Fv/F0)的变化趋势与初始荧光相反，即随着胁迫程度的提高而降低，T4处理降至最小值。短尾铁线莲的Fv/F0为CK的38.8%，棉团铁线莲的Fv/F0为CK的30.9%；胁迫盐碱浓度的增加，短尾铁线莲和棉团铁线莲的光反应系统(PSII)最大光化学量子产量(Fv/Fm)逐渐降低，T4处理，2种铁线莲的Fv/Fm值都降至最低，说明2种铁线莲在T4处理胁迫下，PSⅡ最大光能转换效率损失最严重。

短尾铁线莲的光化学淬灭系数随着胁迫程度的提高逐渐降低，棉团铁线莲的光化学淬灭系数则呈现先上升后下降的趋势。2种铁线莲的非光化学淬灭系数则随着胁迫的提高不断上升，在T4处理胁迫下，短尾铁线莲和棉团铁线莲的非光化学淬灭系数分别为CK的2.35、1.71倍。

表7 混合盐胁迫时2种铁线莲叶绿素荧光参数变化

2.4 混合盐胁迫对2种铁线莲隶属函数值的影响

由表8可知，棉团铁线莲的平均隶属函数值为0.65，短尾铁线莲的平均隶属函数值为0.38，表明在同等盐碱胁迫下，棉团铁线莲幼苗渗透调节物质积累较快，对膜的损伤较小，光合系统功能受损程度比短尾铁线莲低，从而保证了棉团铁线莲的在较高浓度盐碱胁迫下仍然具有一定的耐盐能力。

表8 2种铁线莲各指标的隶属函数值

3 结论与讨论

植物的生物量能够综合反映盐胁迫结果，直接体现植物生长受抑制情况[13]。本研究中，短尾铁线莲的总生物量随着混合盐胁迫浓度的提高不断降低，棉团铁线莲在混合盐(NaCl+NaHCO3)浓度60 mmol/L以下胁迫时，总生物量与CK无显著变化。2种铁线莲在混合盐(NaCl+NaHCO3)浓度90 mmol/L以上胁迫下，生长均受到明显抑制。棉团铁线莲的生物量指标与短尾铁线莲相比，变化稍平缓，受胁迫程度较低。

植物细胞质膜对逆境的敏感度较强，大多数植物细胞膜的透性在离子胁迫的早期就受到了破坏，致使大量离子和某些有机物质外渗出细胞，进而影响植物的正常生长[14]。2种铁线莲的膜透性均随着胁迫程度提高逐渐加大，其中短尾铁线莲的膜透性加大的程度更为显著，表明短尾铁线莲对盐碱的耐受性低于棉团铁线莲。大多数植物为了适应盐碱胁迫，不断累积小分子量的脯氨酸、可溶性糖等提升细胞内溶质的浓度调节渗透压，从而避免细胞在高渗透压下的过度失水，以保持细胞形态[15]。本研究中，在一定程度的离子胁迫下，2种铁线莲的可溶性糖、脯氨酸均表现出不断升高的趋势，这与有关的研究结论一致[16-20]，在高浓度盐碱胁迫下，说明2种铁线莲通过渗透调节物质的积累提高对逆境的耐受能力。

叶绿素是植物吸收转化光能的主要功能分子。叶绿素的质量分数直接影响植物的光合速率及光合产物的产生[21]。本研究中，2种铁线莲的叶绿素含量随着胁迫程度的提高不断下降，这与盐害诱导叶绿素酶活性增强、叶绿体逐渐解体有关[22]。CK处理的短尾铁线莲的叶绿素的质量分数比棉团铁线莲高，但是随着胁迫程度的提高，短尾铁线莲的叶绿素的质量分数比棉团铁线莲下降幅度较大，也进一步说明棉团铁线莲的耐盐碱能力强。叶绿素荧光能反映植物光能吸收、激发能传递、光化学反应、电子传递等光合作用的变化，其参数可表征植物对外部生物和非生物胁迫的抗性，光系统Ⅱ的潜在活性，光系统Ⅱ的原初光能转化效率，以及植物对不同生境的适应能力[23-25]。本研究中，混合盐胁迫导致光系统Ⅱ的潜在活性，光系统Ⅱ的原初光能转化效率不断下降，表明短尾铁线莲和棉团铁线莲在各浓度的盐胁迫下均受到光抑制。

植物受到逆境胁迫后其生理机制较为复杂，本研究中，短尾铁线莲和棉团铁线莲对混合盐碱胁迫均有一定的耐受性。隶属函数值越高越表明该种植物的抗逆性越强[26]，棉团铁线莲的隶属函数值大于短尾铁线莲，棉团铁线莲的耐盐碱能力高于短尾铁线莲。