鹽堿脅迫對紫花苜蓿生長、品質及光合特性的影響

趙霞　葉林

摘要：為探討不同梯度鹽堿脅迫對紫花苜蓿生長、品質及光合特性的影響，通過模擬5個不同鹽堿濃度對紫花苜蓿的脅迫（0、30、60、90、120 mmolL）試驗。結果表明，鹽堿濃度由低到高，紫花苜蓿的株高、分蘗數、干鮮比和干草產量均有所下降；粗蛋白、粗脂肪和粗灰分隨鹽堿脅迫的增加而降低；光合色素葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素總體下降；凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）均先升高后下降；最大光化學效率（FvFm）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）和光化學熒光淬滅系數（qP），先上升后下降，非光化學熒光淬滅系數（NPQ）降低。鹽堿脅迫可明顯減少紫花苜蓿光合色素的含量，降低光合氣體交換參數和葉綠素熒光參數，顯著抑制紫花苜蓿的植株生長。

關鍵詞：鹽堿脅迫；苜蓿；生長；品質；光合特性；影響

中圖分類號： S541+101文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0176-04

收稿日期：2016-08-27

基金項目：寧夏自然科學基金（編號：NZ1112）；寧夏大學自然科學基金（編號：ZR15034、ZR1252）。

作者簡介：趙霞（1979—），女，山西人，碩士，講師，研究方向為草地資源與生態。E-mail：zhao_x2088881@126com。

通信作者：葉林，副教授，研究方向為園藝植物逆境生理生態。E-mail：yelin3993@163com。

據統計，全球鹽堿化土地約1×109 hm2，占陸地總面積的7%，我國鹽堿化土地約37×107 hm2，約占現有耕地25%1-2]，土壤鹽堿化面積的不斷擴大已成為一個世界性的問題3]。目前，導致鹽堿化的主要因素有：不合理灌溉、過度使用化肥、濫砍濫伐、破壞植被以及全球變暖等原因，土壤鹽堿化問題在我國日趨嚴重，已成為限制我國生態環境和農業可持續發展的重要因素之一4]。

紫花苜蓿（Medicago sativa L）屬于中等耐鹽堿植物，素有“牧草之王”的美譽，并且具有調節土壤酸堿性5]，降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤有機質6]和改善土壤理化性質的作用。同時，紫花苜蓿具有營養價值高、適口性好、易于牲畜消化等特點，是一種優良牧草，在全國各地被廣泛種植。因此，合理開發與利用鹽堿地區種植紫花苜蓿對于改善生態環境、促進牧草業的經濟效益及社會效益，實現我國畜牧業的可持續發展具有重要意義7]。

光合作用為植物生長提供物質和能量，是植物生長發育的基礎。非生物脅迫是影響光合作用的重要因子之一，鹽脅迫會導致葉片氣孔關閉，損傷葉肉細胞，降低光合酶的活性，從而使植物的光合速率降低。鹽脅迫還會導致植物葉綠體造成傷害，致使葉綠素和類胡蘿卜素等光合色素含量降低。所以，探明紫花苜蓿的光合器官在鹽堿條件下的變化規律和傷害過程，可使人們深入了解鹽堿脅迫對苜蓿生長發育的影響機理。但目前為止，對苜蓿光合作用的研究主要集中在干旱8]、鹽害9]、過量施肥10]、低溫和病蟲害等因素上，而關于鹽堿對紫花苜蓿生長及光合作用的影響鮮有報道，且大多數研究主要集中在中性單鹽（NaCl）脅迫上，而關于混合鹽尤其是堿性混合鹽脅迫下苜蓿耐鹽堿性的研究較少見。混合堿性鹽脅迫與鹽漬化土壤真實狀況更為接近，模擬該條件下的研究結果，對土壤鹽漬化改良，促進牧草業發展更具現實的指導作用。

我國西北地區鹽堿地多為復合型鹽堿地，鹽堿成分復雜，既含有NaCl和Na2SO4等中性鹽，又含有NaHCO3和Na2CO3等堿性鹽11]，鹽化與堿化作用往往相伴發生7]。這種由不同鹽類混合而引起的混合鹽堿脅迫對植物生長的破壞作用比單一鹽類（如NaCl）引起的鹽害更嚴重。本試驗研究不同梯度鹽堿脅迫對紫花苜蓿生長及光合特性的影響，探明紫花苜蓿和耐鹽堿性的關系，為提高牧草耐鹽堿性、選育牧草品種、促進牧草生產、提高鹽堿地生產力提供理論依據和技術支持。

1材料與方法

11試驗材料

供試材料為甘農三號紫花苜蓿（Medicago sativa L cv Gannong No3），由甘肅農業大學草業學院提供。

供試基質：泥炭（丹麥品氏公司Pindstrup Seeding），珍珠巖（河北恒信珍珠巖有限公司）、蛭石（上海昂博園藝材料有限公司）。

試驗儀器：便攜式光合儀（Li-6400，美國），葉綠素熒光儀（MINI-Imaging-PAM，Walz，德國）。

12試驗設計

試驗于2015年2—6月在寧夏銀川市西夏區賀蘭山軍馬場現代農業示范園3號溫室中進行。鹽堿混合溶液濃度配方為：NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3等4種鹽按1 ∶9 ∶9 ∶1比例復配混合12]。鹽堿脅迫共設計5個梯度，分別為 0 mmolL（CK）、30 mmolL（S1）、60 mmolL（S2）、90 mmolL（S3）、120 mmolL（S4）。

將泥炭、珍珠巖和蛭石按3 ∶1 ∶1的比例混合均勻后，等量裝入塑料花盆（225 cm×200 m）。分別選取大小一致、無病蟲害、籽粒飽滿的苜蓿種子，用5%次氯酸鈉浸泡3 min，用蒸餾水反復沖洗5～6次，然后播入塑料花盆中。播種 30粒盆，出苗后間苗到20株。每個處理10盆，每盆20株，3次重復，隨機區組排列，共計150盆。待苜蓿生長45 d后進行鹽堿脅迫處理，對照組（CK）澆清水，其他處理每隔2 d澆1次鹽堿溶液。共澆5次，處理13 d，然后取植株葉片進行相關指標測定。

13試驗主要測定指標及方法

131苜蓿生長指標的測定

每個處理隨機取15株，用卷尺測量株高，將根與莖葉分開，測量鮮質量，然后放于105 ℃烘箱中20 min殺青，隨后于80 ℃烘干至恒質量，測定干物質質量。葉綠素的提取和測量參照Shu等的試驗13]。類胡蘿卜素含量的測量參照張志良的試驗方法14]。endprint

132苜蓿品質指標的測定

采用凱氏定氮法（GBT 6432—1994《飼料中粗蛋白測定方法》）測定粗蛋白質含量；采用索氏浸提法測定粗脂肪含量；采用干灰化法測定粗灰分含量15]。

133植株氣體交換參數和葉綠素熒光參數的測定

植株的光合氣體交換參數，采用便攜式光合儀測定，測定指標分別是：凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。在晴朗天氣的08：30—11：30進行測量，儀器設定光強為800 μmol（m2·s），CO2濃度為 400 umolmol，樣品室的流量設定為500 mLs，葉片溫度（250±08） ℃。葉綠素熒光參數，采用葉綠素熒光儀測定，測定指標分別是：暗適應30 min后的初始熒光（Fo），最大熒光（Fm）（暗適應葉片），光適應條件下葉片的初始熒光（Fo′），最大熒光（Fm′）和穩態熒光（Fs）。

光系統PSⅡ中，最大光化學效率（FvFm）=（Fm-Fo）Fm、實際光化學效率ΦPSⅡ=1-FsFm′、光化學熒光淬滅系數qP=（Fm′-Fs）（Fm′-Fo′）、非光化學熒光淬滅系數 NPQ=Fm（Fm′-1）16]。

14數據統計分析

試驗數據用Mcirosoft Excel 2007軟件進行初步處理，采用SPSS 170進行單因素方差（One-way ANOVA）分析，差異顯著分析采用t-檢驗進行分析（α=005）。用Sigmaplot 100軟件繪圖。

2結果與分析

21鹽堿脅迫對苜蓿生長的影響

由表1可知，隨著鹽堿程度的加重，苜蓿的株高、分蘗數、干鮮比和干草產量均不同程度的下降，CK最高，S1～S4組間差異顯著，并且均表現為CK>S1>S2>S3>S4。株高最低下降了3870%，分蘗數最低減少了2537%，干鮮比最低下降了3074%，干草產量最低下降了1617%。

22鹽堿脅迫對苜蓿品質的影響

圖1所示，隨著鹽堿濃度的提高，苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量呈下降趨勢。CK～S4組間粗蛋白含量差異顯著。CK粗脂肪含量與S1、S2、S3、S4差異均顯著。CK粗灰分含量與S2、S3、S4差異顯著，CK與S1、S2與S3差異不顯著。粗蛋白含量最低下降990%，粗脂肪含量最低減少2217%，粗灰分含量最低下降444%，并且均表現為CK>S1>S2>S3>S4。

FK（W10]TPZX111tif]

23鹽堿脅對苜蓿光合色素的影響

由表2可知，隨著鹽堿梯度由低到高，苜蓿的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量總體呈下降趨勢，CK光合色素的含量最高；S3與S4的葉綠素a含量，S1與S2的葉綠素b含量，CK與S1、S1與S2類胡蘿卜素含量無顯著性差異，其余處理間均顯著差異。與CK相比，葉綠素a含量最低時下降了1875%，葉綠素b含量最JP3]低時下降了3115%，葉綠素a+b含量最低時下降了2303%，類胡蘿卜素含量最低時下降了2522%，并且均表現為CK>S1>S2>S3>S4。

24鹽堿脅迫對苜蓿光合參數的影響

CM（24]圖2所示，隨著鹽堿程度的加重，苜蓿的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）均表現出先升高后下降的趨勢。各光合參數表現為：凈光合速率（Pn），S1>S2>CK>S3>S4， 各JP3]組相互之間差異顯著； 蒸騰

FK（W20]TPZX222tif]

速率（Tr），S1>CK>S2>S3>S4，其中S3與S4差異不顯著，其余均差異顯著；氣孔導度（Gs），S1>CK>S2>S3>S4其中S1與S2、S3、S4差異顯著；胞間CO2濃度（Ci），S1>CK>S2>S3>S4，各組相互之間差異顯著。S4與CK比較，Pn下降了2052%、Tr下降了3932%，Gs下降了1132%，Ci下降了2452%。

25鹽堿脅迫對苜蓿葉綠素熒光參數的影響

圖3所示，隨著鹽堿脅迫的加重，苜蓿的葉綠素熒光參數變化明顯，最大光化學效率（FvFm）、實際光化學效率ΦPSⅡ和光化學熒光淬滅系數qP呈先上升后下降的趨勢，非光化學熒光淬滅系數NPQ整體呈下降趨勢。各熒光參數表現為：最大光化學效率（FvFm），S1>CK>S2>S3>S4，各組相互之間差異顯著；實際光化學效率ΦPSⅡ，S1>CK>S2>S3>S4，CK與S1、S3與S4差異不顯著；光化學熒光淬滅系數qP，S1>CK>S2>S3>S4，各組相互之間差異顯著；非光化學熒光淬滅系數NPQ，S1>CK>S2>S3>S4，S1與CK、S2，S3與S4差異不顯著。S4與CK比較，FvFm下降了2789%、ΦPSⅡ下降了2756%，qP下降了3684%，NPQ下降了2667%。

3討論

土壤鹽堿化已成為抑制植物生長、影響農作物產量的主要逆境之一17]。植物生物量的變化是對鹽堿脅迫的一種綜合CM（25]響應，也可作為植物耐鹽堿能力和鹽堿脅迫程度的一種指

FK（W20]TPZX333tif；S+4mm]

標18]。而大多數植物在鹽堿脅迫下，一個非常明顯的直觀表現就是生長受到抑制19]。本試驗結果表明，隨著鹽堿程度的加重，苜蓿的株高、分蘗數、干鮮比和干草產量均不同程度的下降，總體表現為CK>S1>S2>S3>S4。這與劉濱碩等在羊草20]、侯蕊等在羅布麻21]、張曉磊等在苜蓿22]上的研究結果是一致的。

苜蓿是畜牧業的主要飼草之一，其品質的優劣對產業的發展至關重要，研究表明粗蛋白、粗脂肪和粗灰分的含量是評價苜蓿品質的重要指標其含量越高，品質越好23]。本研究結果表明，隨著鹽堿濃度的提高，苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量呈下降趨勢。與CK相比，粗蛋白含量最低時下降了990%，粗灰分含量最低時下降了444%，而粗脂肪含量降低幅度最大，最低時下降了 2217%。說明鹽堿脅迫對苜蓿品質的影響很大，導致品質下降，其中對粗脂肪含量的影響最大，其次為粗蛋白，再次為粗灰分。這與桂枝在鹽脅迫時對苜蓿品質影響的研究結果24]相似。endprint

光合作用是植物生長的重要基礎，葉綠素是光合作用中重要的色素分子，參與光能的吸收、傳遞和轉化。在逆境條件下，植物對脅迫的響應表現為光合作用下降和光合色素含量降低25]。本研究結果表明，隨著鹽堿濃度由低到高，苜蓿的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量總體呈下降趨勢，并且均表現為CK>S1>S2>S3>S4。S3與S4的葉綠素a含量無顯著差異，表明重度鹽堿脅迫對葉綠素a含量的影響不顯著。S1與S2的葉綠素b含量無顯著差異、CK與S1、S1與S2類胡蘿卜素含量無顯著性差異，說明輕度鹽堿脅迫對葉綠素b和類胡蘿卜素的含量影響不大。韓瑞宏等在干旱脅迫對苜蓿光合響應的研究上26]也證明上述觀點。

紫花苜蓿是重要的豆科牧草，抗鹽堿性較強，但是鹽堿脅迫仍是苜蓿生產的主要逆境因子26]。鹽堿逆境條件下，植物的光合作用會受鹽堿程度的不同而受到抑制，光合能力的下降，主要包括2個因素：一是由氣孔關閉導致的氣孔限制；二是由葉肉細胞光合活性下降導致的非氣孔限制27]。本研究結果表明，隨著鹽堿程度的加重，苜蓿的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）均表現出先升高后下降的趨勢。說明在鹽堿條件下，紫花苜蓿植株體內水勢升高，導致根系吸水困難，水分平衡被打破，從而使苜蓿葉片氣孔開度變小直至關閉，來降低葉片水分散失。隨著鹽堿程度的加重，Pn、Ci和Gs同時降低，也說明導致光合作用下降的原因主要是氣孔限制因素。

葉綠素熒光是植物光合作用過程中光量子傳遞和轉換、植物對逆境響應的良好指針28]。本研究結果表明，隨著鹽堿脅迫的加重，苜蓿的葉綠素熒光參數變化明顯，最大光化學效率（FvFm）、實際光化學效率ΦPSⅡ和光化學熒光淬滅系數qP呈先上升后下降的趨勢，非光化學熒光淬滅系數NPQ整體呈下降趨勢。說明鹽堿脅迫降低了紫花苜蓿光合器官的活性，其葉片對碳的固定和同化減少，引起光合電子傳遞受阻，從而使過剩光能增加，導致光合作用降低，植株生長受到抑制。這與Hu等在番茄上的研究結果12，29]相一致。

4結論

在本研究中，紫花苜蓿在鹽堿脅迫下的株高、分蘗數、干鮮比和干草產量均有所下降，生長發育受鹽堿抑制顯著。紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量隨鹽堿脅迫的加重而降低，總體品質下降，與鹽堿濃度呈負相關。隨著鹽堿濃度由低到高，紫花苜蓿的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量總體下降，光合色素含量與鹽堿濃度呈負相關。紫花苜蓿的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）均呈現先升高后下降。說明導致光合作用下降的原因主要是氣孔限制因素。紫花苜蓿在不同鹽堿梯度條件下，最大光化學效率（FvFm）、實際光化學效率ΦPSⅡ和光化學熒光淬滅系數qP先上升后下降，非光化學熒光淬滅系數NPQ降低，導致紫花苜蓿光合作用降低，生長受到抑制。

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