干旱和盐胁迫对冰菜生长及光合特性的影响

练冬梅，李 洲，姚运法，张少平，林碧珍，洪建基，赖正锋

（福建省农业科学院亚热带农业研究所 福建漳州 363005）

冰菜（Mesembryanthemum crystallinumLinn.）为番杏科（Aizoaceae）日中花属草本植物，又名冰叶日中花，是一种兼性景天酸代谢植物（crassulacean acid metabolism, CAM）[1-2]。冰菜具有一定耐旱性，轻度干旱胁迫（基质持水量为60%），冰菜生长状况最佳，中度干旱胁迫（基质持水量为40%），冰菜的生长受到抑制[2]；在20.0%～40.0%海水及低于400 mmol·L-1NaCl 下均具有极强的耐盐性[3-4]，He等[5]研究表明，冰菜叶片的脯氨酸、抗坏血酸和总酚类化合物含量随海水浓度的增加而增加，且表现出较高的光合效率；Klaus 等[6]研究表明，在盐胁迫下，冰菜从C3光合作用途径转变为CAM 途径，从而最大限度地减少水分流失，并保证在缺水、土壤盐渍的情况下成功繁殖。目前，对冰菜干旱和盐胁迫方面的研究主要集中在单一胁迫的生长[2，7]、生理代谢变化[3-4，8]、光合特性[5]、营养品质[5]、基因水平方面[9-10]，而关于旱盐互作对冰菜生长发育及光合特性影响的研究罕见报道。冰菜是一种设施大棚和露地均可生产的特色蔬菜，由于施肥施药不合理，土壤盐渍化严重，旱盐胁迫时有发生，研究冰菜对旱盐胁迫的响应，对指导冰菜种植具有重要意义。笔者以冰菜幼苗为试验材料，采用基质盆栽试验，对其进行干旱胁迫和盐胁迫单一和双重处理，探索干旱和盐胁迫对冰菜生长发育及光合特性的影响，以期为冰菜规范化栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

水晶冰菜种子由福建省农业科学院亚热带农业研究所提供，属于印度冰菜类型。盆土基质购买自众耕（厦门）农业科技有限公司，基质的pH 值5.7，有机质含量（w，后同）44.9%，碱解氮含量337.6 mg·kg-1，有效磷含量660.6 mg·kg-1，速效钾含量8771 mg·kg-1。每盆装土量120 g，持水量为100%时浇水量为400 mL。脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）试剂盒均购自北京索莱宝科技有限公司。

1.2 试验设计

试验于2021 年12 月在福建省农业科学院亚热带农业研究所智能气候箱中进行。冰菜种子经0.05%高锰酸钾消毒20 min，流水冲洗数次，将种子放置在干净的基质中培养至3 叶1 心，选择生长一致的幼苗种植于装有基质的花盆中，每盆1 株，白天26 ℃/12 h，夜间16 ℃/12 h，湿度70%。试验设置2 个干旱水平（60%和40%）和2 个盐分水平（0和0.6%）（表1），即对照（60%土壤持水量，CK）、中度干旱胁迫（40%土壤持水量，D）、盐胁迫（60%土壤持水量，0.6%土壤含盐量，S）、旱盐胁迫（40%土壤持水量，0.6%土壤含盐量，DS）。干旱胁迫参照李树和[2]的方法进行划分；盐胁迫参照施海涛[11]的方法进行划分，以水溶解NaCl，施入量按照土壤含盐量0.6%计算。试验采用完全随机处理，每个处理10株，3 次重复，共120 盆。水分控制采用WET 土壤三参数速测仪，每日用1/2 Hoagland 营养液补充损失的水分，培养冰菜35 d，冰菜可采食时进行各项指标测定。

表1 试验设计

1.3 测定方法

1.3.1 生长指标测定 用直尺测定株高和株幅；游标卡尺测定茎粗；电子天平测定地上部和地下部鲜质量。每处理测定3 次重复。根冠比=地下部鲜质量/地上部鲜质量。

1.3.2 生理指标测定 选取植株展开心叶下第3～4叶0.1 g 置于离心管中液氮速冻，参照索莱宝试剂盒方法，用紫外可见分光光度计（上海精科L5S）测定过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）OD 值。并参照试剂盒说明书计算各生理指标含量，每处理设3 次重复。

1.3.3 叶片光合气体交换参数测定 选取植株展开心叶下第3～4 叶，使用便携式光合作用仪GFS-3000 测定光合气体交换参数：净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）。测定时间为08：00—11：30，测定光照度为800 μmol·m-2·s-1，流速为500 μmol·s-1，CO2浓度为400 μmol·mol-1。每处理设3 次重复。

1.3.4 叶片叶绿素荧光参数测定 选取植株展开心叶下第3～4 叶，用手持式叶绿素荧光仪（FluorPenFP 110/s）测定叶片叶绿素荧光参数。将叶片表面擦净，测定前将叶片暗适应15 min 后测定初始荧光（Fo），再以饱和脉冲光测定最大荧光（Fm）和可变荧光（Fv），并计算光系统II（photosystem II，PSII）的最大量子产额（Fv/Fm）、最大光合潜能（Fv/Fo）、电子传输活性（Fm/Fo）。测定时间为08：00—11：30，每个处理设3 次重复。

1.4 数据处理

采用DPS 7.05 进行二因素试验统计分析，采用Microsoft Excel 2007 进行数据处理和制作图表。

2 结果和分析

2.1 干旱和盐胁迫对冰菜生长的影响

干旱和盐胁迫引起了冰菜生长上的差异，由表2～3 可知，与CK 相比，处理D 显著抑制了冰菜的地上部鲜质量，处理DS 显著抑制了冰菜的株高，处理S 显著增加了冰菜的茎粗，为CK 的1.23倍，且极显著增加了株幅、分枝数和地上部鲜质量，分别为CK 的1.67 倍、14.15 倍和1.97 倍；各处理间的根冠比均无显著差异。说明处理S 的冰菜长势最好。土壤干旱水平显著影响冰菜株高、株幅、分枝数和地上部鲜质量，对茎粗、地下部鲜质量和根冠比的影响不显著；土壤盐分水平显著影响冰菜株幅、分枝数和地上部鲜质量，对株高、茎粗、地下部鲜质量和根冠比的影响不显著；冰菜的株幅、茎粗、分枝数和地上部鲜质量受干旱和盐分互作的影响。

表2 干旱和盐胁迫对冰菜农艺性状的影响

表3 旱盐互作对冰菜农艺性状影响的方差分析

2.2 干旱和盐胁迫对冰菜生理特性的影响

由表4～5 可知，与CK 相比，各处理均引起冰菜POD、CAT、APX 活性和Pro、MDA 含量增加，说明各处理均增加了冰菜叶片抗氧化酶活性、渗透调节能力、细胞膜质过氧化程度。D 处理极显著增加冰菜叶片CAT 活性和Pro 和MDA 含量，分别为CK 的2.57 倍、7.14 倍、4.84 倍，说明D 处理引起冰菜叶片细胞膜质过氧化最严重。S 处理极显著增加了冰菜叶片CAT 活性，为CK 的4.3 倍。DS 处理极显著增加了冰菜叶片POD、CAT、APX 活性和Pro含量，分别为CK 的2.20 倍、7.27 倍、8.41 倍、4.88 倍，说明DS 处理更能增强冰菜的自我修复功能。土壤干旱和盐分水平显著影响冰菜的POD、CAT、APX 活性和Pro、MDA 含量；除POD 活性外，CAT、APX活性和Pro、MDA 含量受干旱和盐分互作的影响。

表4 干旱和盐胁迫对冰菜生理特性的影响

2.3 干旱和盐胁迫对冰菜光合气体交换参数的影响

由图1 和表6 可知，冰菜干旱和盐胁迫处理35 d 后，与CK 相比，D 处理冰菜叶片Pn、Tr和Gs较CK 极显著降低73.9%、55.7%和46.8%。S 处理冰菜叶片Pn较CK 显著提高52.6%，Tr和Gs较CK 极显著提高168.9%和205.0%，说明盐胁迫增强冰菜叶片的光合作用。DS 处理冰菜叶片Tr和Gs较CK显著降低24.6%和27.2%。D、S、DS 处理冰菜叶片Ci均较CK 显著提高41.3%、41.7%和46.2%。土壤干旱和盐分水平显著影响冰菜Pn、Tr、Gs、Ci；除Pn外，冰菜Tr、Gs、Ci受干旱和盐分互作的影响显著。

图1 干旱和盐胁迫对冰菜光合气体交换参数的影响

表6 旱盐互作对冰菜光合特性影响的方差分析

2.4 干旱和盐胁迫对冰菜叶绿素荧光参数的影响

由表6 和表7 可知，土壤干旱水平显著影响冰菜Fv/Fm、Fv/Fo，对Fm/Fo不显著；盐分水平显著影响冰菜Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo，但旱盐互作对冰菜叶绿素荧光参数无显著影响。与CK 相比，D 处理冰菜叶片Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo较CK 降低3.1%、7.2%、4.8%，说明D 处理抑制了冰菜光合作用。S 处理Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo较CK 增加1.5%、19.6%、3.7%，说明最大量子产额、最大光合潜能和电子传输活性较强。DS 处理Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo与CK 差异不显著，说明冰菜在NaCl 作用下通过调节光合作用来适应干旱逆境。

表7 干旱和盐胁迫对冰菜叶绿素荧光参数的影响

3 讨论与结论

干旱胁迫和盐胁迫在一定意义上都属于渗透胁迫，盐胁迫还存在盐离子毒害作用[12]，这两种胁迫既相似又存在差异，目前已有对一些植物进行了单一胁迫和双重胁迫的研究分析[13-14]。干旱和盐胁迫均引起了植物生长、生理代谢、光合特性参数的变化。

从生长方面，Levitt[15]认为生物量是植物对盐胁迫反应的综合体现，也是体现植物耐盐性的直接指标之一。在本试验中，D 处理显著抑制了冰菜的地上部鲜质量，说明D 处理对冰菜抑制明显。S 处理显著增加了冰菜的茎粗，极显著增加了株幅、分枝数、地上部鲜质量，明显加速了冰菜的生长，这与徐微风等[3]和李广鲁等[4]的研究结果一致，适量盐胁迫促进冰菜生长发育。处理DS 冰菜地上部鲜质量与CK 无显著差异，说明旱盐互作降低了干旱对冰菜生长胁迫影响的程度。

在生理代谢方面，当植物受到干旱、盐胁迫时会产生一系列生理生化代谢物变化，包括细胞抗氧化酶、渗透调节物质和膜脂过氧化产物的变化。POD、CAT、APX 均具有清除H2O2毒害的作用[16]；当植物生理性缺水时，植物体内Pro 含量增加，可以防止细胞脱水，降低有毒离子含量[17]；逆境条件下植物产生的MDA 含量高，说明植物细胞膜质过氧化程度高，细胞膜受到的伤害严重[18]。在本试验中，各处理均引起冰菜叶片抗氧化酶（POD、CAT、APX）活性和渗透调节物质（Pro）、膜脂过氧化产物（MDA）含量提高，其中，D 处理冰菜叶片的POD、CAT、APX活性虽提高，对清除活性氧起到一定作用，但MDA对冰菜细胞膜产生的毒害影响更大，影响冰菜生长。DS 处理极显著提高冰菜叶片POD、CAT、APX 活性和Pro 含量，说明旱盐互作更能增强冰菜自我修复功能。

在光合特性方面，光合作用是植物生长发育的基础[19]，光合气体交换参数Pn、Tr、Gs、Ci反映光合作用的表观性，而叶绿素荧光参数Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo更能反映光合作用的内在变化[20]，叶绿素荧光是一种用来研究植物的光合作用的非损伤探针[21]。冰菜作为兼性CAM 植物，与C3和C4光合途径对比，CAM 将水的利用率提高了5 倍[22]。单一干旱胁迫不能诱导冰菜产生CAM 途径[23]，但干旱耦合盐胁迫能够诱导冰菜产生CAM 途径[1]。在本试验中，D 处理冰菜的光合作用受到极显著抑制，降低了叶片Pn、Gs和Tr，也降低了冰菜PSII 原初光能转化效率和潜在活性。S 处理显著增强了冰菜的光合作用，DS 处理冰菜Pn、Fv/Fm、Fv/Fo和Fm/Fo与CK无显著差异，说明冰菜在NaCl 作用下通过调节光合作用来适应干旱逆境，这与黄玮等[24]和陈成升等[25]的研究结论类似。气孔是植物与外界环境进行水分和CO2交换的重要通道[26]，Farquhar 等[27]提出，若Ci随Gs的降低而降低则为气孔限制，若Gs降低而Ci不变或上升则为非气孔限制，笔者的试验中，D、DS 处理冰菜叶片的Gs较CK 下降，但Ci较CK 上升，说明非气孔限制是冰菜叶片Pn下降的主要原因。

综上所述，与对照（60%土壤持水量）相比，盐胁迫（60%土壤持水量，0.6%土壤含盐量）下冰菜生长最佳。旱盐互作对冰菜在NaCl 作用下通过调节细胞抗氧化酶活性、渗透调节物质含量及光合效能来适应干旱逆境，表现出一定的适应性。本试验结果为冰菜规范化栽培提供了理论依据。