鹽脅迫對雞爪槭幼苗生長及其葉綠素熒光參數的影響

唐 玲，李倩中，榮立蘋，李淑順

（江蘇省農業科學院 園藝研究所／江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，南京210014）

中國鹽堿地面廣量大，各類鹽堿地面積總計9 913.3萬公頃［1］，包括許多城市土地也有不同程度的鹽堿化［2］，致使很多城市綠化樹種在鹽脅迫條件下生長。而前人大量研究表明，鹽脅迫能直接影響樹木的生長發育，尤其在光合作用方面，表現為葉片氣孔導度減弱，葉綠素含量降低，光合效率下降，導致樹木生長發育不同程度受害，如柳枝稷葉片凈光合速率在鹽脅迫下顯著下降［3］，桑樹幼苗在高鹽脅迫下最大熒光、最大光化學效率、潛在光化學效率和PSⅡ有效光化學量子效率顯著降低［4］，楊樹在鹽脅迫下葉綠體結構受到破壞而引起葉綠體色素含量下降、光合能力減弱［5－6］；但也有研究發現一些苗木葉片在鹽脅迫下能維持或提升凈光合速率，表現出較好的耐鹽性［7］。

雞爪槭作為重要的城市觀賞與綠化樹種，其需求量巨大，且較為適合鹽堿地種植［2］，在土地鹽堿化城市生態綠化過程中起著不可或缺的作用。但迄今為止，雞爪槭對鹽脅迫的生理響應機制仍然不明確，且研究報道甚少，不利于雞爪槭種植水平的提高和品種改良。因此，本研究設置不同的土壤鹽濃度，分析雞爪槭葉色和葉綠素熒光參數對鹽脅迫的響應，以明確鹽脅迫對雞爪槭葉片光合特性的影響機制，為雞爪槭的栽培管理水平提升和品種改良提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗地設在江蘇省農業科學院園藝研究所智能溫室內。試材為生長健壯、長勢一致、生長良好的一年生雞爪槭幼苗，苗高30cm 左右。雞爪槭幼苗采自江蘇省農業科學院園藝研究所槭樹資源圃。

1.2 試驗處理

試驗于2011年7月～9月間進行，溫室內平均溫度為28 ℃，平均相對濕度為73%，光照強度為0～800μmol·m－2·s－1。7月中旬將雞爪槭幼苗移栽到30cm×25cm×15cm 的塑料花盆中，每盆1株，栽培基質為珍珠巖，每周澆灌1 次Hoagland完全營養液（每盆1L），緩苗15d，之后再進行試驗處理。依據預試驗的篩選結果，試驗共設置4個鹽分梯度，土壤NaCl含量分別為0.042%（對照）、0.2%、0.4%、0.6%，每處理3 次重復，每重復10盆，隨機排列。根據試驗觀察，鹽處理60d之后不同處理植株生長表現出明顯差異，具體為：葉片出現不同程度卷曲或脫落，植株生長速度、生長量出現差異。NaCl處理后每隔5d澆灌1 次營養液。試驗期間，盆底放置塑料托盤，澆灌后將滲出的溶液回澆到盆內，基質上層用細沙覆蓋保濕，防止水分和鹽分流失，其他按常規管理。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 葉片色素含量及含水量 2011年9月21日（鹽脅迫處理后60d），選取枝條中部成熟葉片沿中脈兩側打孔取葉圓片按朱廣廉等的方法測定葉綠素含量［8］；葉片花色素苷（Ant）含量測定參照馬志本等的方法（以μmol·g－1表示）［9］；同期取新鮮葉片于天平上稱其鮮質量W1，放入烘箱內105 ℃殺青0.5h，轉入80 ℃烘干，稱其干質量W2，然后計算葉片含水量。葉片含水量（%）＝［（W1－W2）／W1］×100%。

1.3.2 鹽害指數 NaCl處理后每5d觀察1次受害表現，第60 天計算鹽害指數（SI）和鹽害率（P）［10］。鹽害分級標準為［11］：0 級，無鹽害癥狀；1級，輕度鹽害，有少部分葉尖、葉緣或者葉脈變黃；2級，中度鹽害，有大約1／2 的葉尖、葉緣焦枯；3 級，重度鹽害，大部分葉尖、葉緣焦枯或落葉；4級，極重度鹽害，枝枯、葉落、最終死亡。

鹽害指數（SI）＝∑（鹽害級值×相應鹽害級株數）／（總株數×鹽害最高級值）×100%；

鹽害率（P）＝（出現鹽害癥狀株數／調查總株數）×100%。

1.3.3 葉綠素熒光參數 鹽脅迫處理后第60天采用Li－6400R 便攜式熒光－光合作用測量系統的6400－40熒光葉室進行葉綠素熒光參數測定，葉片暗適應20 min后在Default fluorometer模式下測定并計算暗適應下雞爪槭中上部功能葉片的熒光參數。熒光參數測定時間選在晴天光強穩定的中午前后進行，每處理測5片葉作為重復，取平均值并進行標準誤分析。初始熒光Fo、最大熒光Fm、穩態熒光Fs、光下最大熒光Fm′，光下最小熒光Fo′等參數可由儀器直接測出。并由此計算出其他各相關指標：可變熒光（Fv）＝Fm－Fo；PSⅡ潛在活性（Fv／Fo）；PSⅡ潛在量子效率（Fv／Fm）＝（Fm－Fo）／Fm；光化學猝滅系數（qP）＝（F′－Fs）／（Fm′－Fo）［12］；非光化學猝滅系數（NPQ）＝Fm／Fm′－1；PSⅡ實際光化學 效 率（ФPSⅡ）＝qP（Fv′／Fm′）＝（Fm′－Fs）／Fm′［13］；光 合 電 子 傳 遞 速 率（ETR）＝（Fm′－Fs）／Fm′×PFD×0.5×0.84；光化學量子產量（Yield）＝（Fm′－F）／Fm′。

1.4 數據處理

采用Excel軟件進行數據分析，用SPSS 11.5軟件進行差異顯著性分析，并用SigmaPlot12.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫條件下雞爪槭的鹽害指數和鹽害率

各鹽濃度處理均不同程度影響著雞爪槭葉片含水量，且隨著鹽濃度的增大呈逐漸下降趨勢（表1），在0.2%、0.4%和0.6%鹽濃度下，雞爪槭葉片含水量分別比對照低5.25%、6.7%和23.52%，但僅0.6%鹽濃度下達到顯著水平，且也與0.2%和0.4%鹽濃度之間的差異顯著。

同時，通過對雞爪槭的鹽害癥狀（表1）分析發現，在0.2%鹽濃度下，有1／5的雞爪槭葉片葉尖和葉緣呈失水萎蔫狀，表現出輕度鹽害癥狀；在0.4%鹽濃度下，約有1／2的雞爪槭葉片葉尖和葉緣失水萎蔫并有焦枯，表現出中度鹽害癥狀；在0.6%鹽濃度下，雞爪槭植株出現了重度鹽害，葉片大部分失水萎蔫并有焦枯，焦枯面積約達1／2以上。另外，各鹽處理的雞爪槭鹽害指數和鹽害率均隨鹽濃度的增大呈上升趨勢，且不同鹽濃度處理間差異均達到顯著水平。可見，隨著鹽脅迫濃度的增加，雞爪槭葉片含水量逐漸下降，鹽害指數和鹽害率依次顯著增加，分別出現輕度、中度和重度鹽害癥狀。

2.2 鹽脅迫對雞爪槭葉片色素含量的影響

由表2可以看出，隨著鹽脅迫濃度的增加，雞爪槭幼苗葉片中葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl）均逐漸降低，葉綠素a／b（Chl a／Chl b）則逐漸增加。其中，在0.2%、0.4%和0.6%NaCl處理 下，Chl a 含 量 較 對 照 分 別 下 降 了0.5%、36.3%和65.8%，Chl b 含 量 分 別 下 降 了4.6%、50.0%和78.5%，Chl 含 量 分 別 下 降 了1.5%、39.6%和68.8%，Chl a／Chl b分別增加了0.02%、27.2%和59.5%，且在后2個濃度下均達到顯著水平。同時，雞爪槭幼苗葉片中含量隨著鹽濃度的提高而逐漸大幅度增加，0.2%、0.4%和0.6%NaCl處理 較 對 照 分 別 顯 著 提 高48.7%、280.3% 和382.7%，且后2者NaCl處理的花色素苷含量差異并不顯著。由此可見，各濃度鹽脅迫致使雞爪槭幼苗葉片葉綠素含量不同程度降低，而使其Chl a／Chl b和花色素苷含量不同程度增加，且鹽濃度越高升降幅度越大；同等鹽濃度脅迫下，花色素苷含量的變化幅度最大，隨后依次是Chl b含量、Chl a含量和Chl a／Chl b的值，即鹽脅迫明顯促進了雞爪槭葉片花色素苷的合成，卻破壞了Chl b和Chl a的合成，且Chl b受破壞的程度更大。

2.3 鹽脅迫對雞爪槭葉片葉綠素熒光參數的影響

2.3.1 PSⅡ潛在活性和最大光化學量子效率Fv／Fo表示反應中心PSⅡ的潛在活性，可變熒光與最大熒光的比值（Fv／Fm）表示PSⅡ的最大光能轉化效率［14］。雞爪槭葉片中PSⅡ的潛在活性（Fv／Fo）和最大光化學量子效率（Fv／Fm）均隨著鹽濃度的增大呈逐漸下降趨勢（圖1）。在0.2%、0.4%和0.6%鹽濃度下，雞爪槭葉片PSⅡ的潛在活性分別比對照顯著下降了17.3%、30.2%和32.7%，而0.4%和0.6%鹽濃度之間的差異卻不顯著。雞爪槭葉片最大光化學量子效率在0.2%鹽濃度處理下僅比對照下降了4.9%，未達到顯著水平，而在0.4%和0.6%鹽濃度下卻分別比對照顯著下降了9.9%和10.7%，而2個鹽濃度之間則差異不顯著。可見，雞爪槭葉片中PSⅡ潛在活性在輕度鹽脅迫下就受到顯著抑制，而其最大光量子效率只在中度和重度鹽脅迫下才顯著下降，即PSⅡ潛在活性對鹽脅迫更敏感。

表1 不同NaCl濃度處理后雞爪槭葉片的含水量、鹽害指數及鹽害率Table1 Water content，salt injury indexes and salt injury rates of A.palmatum with NaCl treatments

表2 鹽脅迫對雞爪槭葉片色素含量的影響Table2 Effects of salt stress on pigment content in leaves of A.palmatum

圖1 不同NaCl濃度下雞爪槭幼苗葉片的Fv／Fo 和Fv／FmFig.1 The Fv／Foand Fv／Fmin leaves of A.palmatumunder salt stress

2.3.2 實際光量子產量和表觀光合電子傳遞速率 從圖2看出，雞爪槭葉片中實際光量子產量（Yield）和表觀光合電子傳遞速率（ETR）均隨著鹽濃度的增大而逐漸降低，且都與對照差異達到顯著水平。在0.2%、0.4%和0.6%鹽濃度下，雞爪槭葉片的Yield值分別比對照顯著降低了37.9%、64.6%和77.2%，ETR值則分別比對照顯著降低了37.9%、64.5%和77.1%，而0.4%和0.6%鹽濃度之間的差異均不顯著。以上結果表明，不同濃度NaCl脅迫均顯著抑制了雞爪槭葉片實際光合量子產量和表觀光合電子傳遞效率。

2.3.3 熒光猝滅動力學 光化學淬滅系數（qP）反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額，非光化學淬滅系數（NPQ）反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的部分［15］。從表3可以看出，雞爪槭葉片的實際光化學效率（ΦPSⅡ）和光化學猝滅系數（qP）均隨鹽濃度的增加而逐漸下降，且0.4%和0.6%NaCl處理與對照差異均達到顯著水平。

與以上2個參數表現不同，雞爪槭葉片的非光化學猝滅（NPQ）隨鹽脅迫濃度的增加先升高后降低，并在0.2%NaCl處理下達到最高值，并比對照顯著增加了33.3%；而當NaCl濃度為0.4%時，NPQ有所降低，但仍顯著高于對照；而當NaCl濃度為0.6%時，NPQ已比對照顯著降低。以上結果表明，濃度高于0.4%NaCl脅迫可使雞爪槭PSⅡ的光化學效率顯著減低，并顯著減少用于光化學途徑的能量分配比例，且不能有效啟動非輻射熱能量耗散機制將過量的光能以熱的形式散發掉，從而對光合機構造成傷害。

圖2 不同NaCl濃度對雞爪槭葉片Yield 和ETR 的影響Fig.2 Effects of salt stress on Yieldand ETRin leaves of A.palmatum

表3 不同NaCl濃度脅迫下雞爪槭葉片qP、NPQ 和ΦPSⅡ的變化Table3 The qP，NPQandΦPSⅡin leaves of A.palmatumunder NaCl stress

3 討 論

不同樹種幼苗葉片光合作用對鹽脅迫響應不同，柳樹［3］、桑樹［4］、楊樹［5］對鹽脅迫較為敏感，其葉片光合作用效率在鹽脅迫下顯著下降，而核桃、槭樹等在高鹽脅迫下光合作用效率才顯著下降［7］，國槐在一定鹽濃度脅迫下光合作用效率則還有所增強［7］。不同槭屬植物對鹽脅迫耐性也不一致，雞爪槭表現出較好的耐鹽性［2］。而光合作用強弱可作為反映植物耐逆與否的重要生理指標，且與葉綠素含量和葉綠素熒光誘導動力學曲線及參數的變化密切相關。已有的研究證實，葡萄幼苗葉片Fv／Fm、Fv／Fo、Yield、ETR和qP在鹽脅迫下同時下降，導致光合作用效率顯著下降［16］；桑樹幼苗葉片Fv／Fm和ΦPSⅡ隨鹽濃度增加逐漸下降且在高鹽濃度下達到顯著水平［4］。本研究發現，雞爪槭幼苗葉片葉綠素a和b及葉綠素總含量均隨鹽濃度的增加而顯著下降，葉綠素熒光參數Fv／Fo也顯著下降，表明此時雞爪槭葉片PSⅡ光化學反應中心活性已受到明顯影響，潛在活性下降；同時，葉片Fv／Fm、Yield、ETR、ΦPSⅡ和qP也隨著鹽濃度的增大呈顯著下降趨勢，且高鹽脅迫下降尤為顯著，這表明鹽脅迫下雞爪槭葉片捕獲的光能用于光化學反應比例降低，而轉化為熱能消耗的比例升高，將導致光合作用可利用能量下降；但同期NPQ在低鹽脅迫時則較對照顯著提高，高鹽脅迫下顯著下降，又表明低鹽脅迫下幼苗葉片可能通過增加PSⅡ反應中心非輻射熱能量耗散來保護光合機構不受損害，而高鹽脅迫下PSⅡ反應中心光合機構受到嚴重損害。本研究同時發現，鹽脅迫下雞爪槭葉片花色素苷含量顯著提高，而花色素苷可以吸收光能并耗散葉片過剩光能進而保護光合機構［17－18］，表明在鹽脅迫下雞爪槭能通過提高葉片花色素苷含量來緩解光合機構受損程度。

此外，鹽脅迫造成植物葉片光合作用受阻，與葉片含水量密切相關［19－20］。本研究發現，雞爪槭葉片含水量在中低鹽分脅迫條件下沒有顯著下降，鹽害表現較輕；而高鹽脅迫條件下顯著下降，鹽害表現較重。表明較高的葉片含水量有利于維持雞爪槭幼苗葉片正常代謝活動，這也與葉綠素熒光參數變化趨勢相吻合。

綜上所述，在鹽脅迫條件下，雞爪槭葉片含水量和葉綠素含量顯著下降，PSⅡ的實際光化學轉化效率降低，進而影響葉片光合作用；而同期葉片花色素苷含量顯著提高，有助于緩解鹽脅迫對葉片光合機構的傷害。但在低鹽條件下，雞爪槭葉片含水量和葉綠素含量以及葉綠素熒光動力學參數沒有顯著下降，且可能通過PSⅡ反應中心非輻射熱能量耗散增加來保護光合機構不受損害。在鹽脅迫下，雞爪槭葉片細胞形態也可能發生相應的變化，若能在進行葉綠素熒光特性探討的基礎上，進一步進行葉綠體超微結構變化特征的分析，可更為深入地闡釋雞爪槭對鹽脅迫響應的生理機制，這也將作為本研究后續的工作和方向。

［1］ 劉小京，劉孟雨.鹽生植物利用與區域農業可持續發展［C］.北京：氣象出版社，2002：1－9.

［2］ LI Q ZH（李倩中），SU J L（蘇家樂），LIU X H （劉曉宏），etal.Salinity tolerance difference of fourAcerplant［J］.JiangsuAgricultural Sciences（江蘇農業科學），2009，37（6）：227－228（in Chinese）.

［3］ ZHAO CH Q（趙春橋），LI J W（李繼偉），FAN X F（范希峰），etal.Effects of different salt stresses on biomass，quality and photosynthetic physiology in switchgrass［J］.ActaEcologicaSinica（生態學報）.2015，35（19）：1－9（in Chinese）.

［4］ KE Y ZH（柯裕州），ZHOU J X（周金星），LU N（盧 楠），etal.Effects of salinity on photosynthetic physiology and chlorophyll fluorescence characteristics of Mulberry（Morusalba）seedling［J］.ForestRsearch（林業科學研究）.2009，22（2）：200－206（in Chinese）.

［5］ WANG X W（王秀偉），JIA G M（賈桂梅），MAO Z J（毛子軍），etal.Effect of NaCl tolerance on photosynthetic physiology and growth of seedlings of three poplar clones［J］.BulletinofBotanicalResearch（植物研究）2015，35（1）：27－33（in Chinese）.

［6］ JIANG CH Q（姜超強），LI J（李 杰），LIU ZH P（劉兆普），etal.Photosynthetic characteristics and chloroplast ultrastructure of transgenic poplar under NaCl stress［J］.ActaBotanicaBoreali－OccidentaliaSinica（西北植物學報），2010，30（2）：301－308（in Chinese）.

［7］ ZHANG CH H（張川紅），SHEN Y B（沈應柏），YIN W L（尹偉倫）.Effect of salt stress on photosynthesic and growth of four tree species seedlings［J］.ScientiaSilvaeSinicae（林業科學），2002，38（2）：27－31（in Chinese）.

［8］ 朱廣廉，鐘海文，張愛琴.植物生理學實驗［M］.北京：北京大學出版社，1990：51－54.

［9］ MA ZH B（馬志本），CHENG Y E（程玉娥）.The chemical method of anthocyanins content in the surface of apple fruit［J］.ChinaFruits（中國果樹），1984，4：49－51（in Chinese）.

［10］ LI H Y（李會云），GUO X W（郭修武）.Influence of NaCl on activities of protective enzymes and MDA content in grape root stock leaves［J］.JournalofFruitScience（果樹學報），2008，25（2）：240－243（in Chinese）.

［11］ DU ZH J（杜中軍），ZHAI H（翟 衡），LUO X SH（羅新書），etal.Salt tolerance identification on apple root stocks［J］.JournalofFruit Science（果樹學報），2002，19（1）：4－7（in Chinese）.

［12］ VAN KOOTEN O，SNELJ F H.The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology［J］.PhotosynthesisResearch，1990，25（3）：147－150.

［13］ GENTY B，BRIANTAIS J M，BAKER N R.The relationship between the quenching of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence［J］.BiochimicaetBiophysicaActa，1989，990（1）：87－92.

［14］ ZHANG SH R（張守仁）.A discussion on chlorophyll fluorescence kinetics parameters and their significance［J］.ChineseBulletinofBotany（植物學通報），1999，16（4）：444－448（in Chinese）.

［15］ CHEN J M（陳建明），YU X P（俞曉平），CHENG J A（程家安）.The application of chlorophyll fluorescence kinetics in the study of physiological responses of plants to environmental stresses［J］.ActaAgriculturaeZhejiangensis（浙江農業學報），2006，18（1）：51－55（in Chinese）.

［16］ XING Q ZH（邢慶振），YU S L（郁松林），NIU Y P（牛雅萍），etal.Effects of salt stress on photosynthetic physiology and chlorophyll fluorescence characteristics of grape（Red Globe）seedlings［J］.AgriculturalResearchintheAridAreas（干旱地區農業研究），2011，29（3）：96－100（in Chinese）.

［17］ PFUNDEL EE，BEN GHOZLEN N，MEYER S，etal.Investigating UV screening in leaves by two different types of portable UV fluorimeters revealsinvivoscreening by anthocyanins and carotenoids［J］.PhotosynthesisResearch，2007，93（3）：205－221.

［18］ PIETRINI F，IANNELLI MA，MASSACCI A.Anthocyanin accumulation in the illuminated surface of maize leaves enhances protection from photoinhibitory risks at low temperature，without further limitation to photosynthesis［J］.Plant，Cell＆ Environment，2002，25（10）：1 251－1 259.

［19］ SUN J B（孫景波），SUN G Y（孫廣玉），LIU X D（劉曉東），etal.Effects of salt stress on mulberry seedlings growth，leaf water status，and ion distribution in various organs［J］.ChineseJouralofAppliedEcology（應用生態學報），2009，20（3）：543－548（in Chinese）.

［20］ WANG D Q（王東清），LI G Q（李國旗），WANG L（王 磊）.Daily dynamics of photosynthesis and water physiological characteristics ofApocynumvenetumandA.cannabinumunder drought stress［J］.BotanicaBoreali－OccidentaliaSinica（西 北 植 物 學 報），2012，32（6）：1 198－1 205（in Chinese）.