五種園林灌木對NaCl脅迫的光合特性響應比較研究

戴 偉，王 剛 ，胡振陽 ，譚廣文

（1.廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600；2.仲愷農業工程學院園藝園林學院，廣東 廣州 510225）

鹽堿地是一種常見的鹽類集積土壤種類，土地鹽漬化是近年來擺在我們面前的一道難題［1］。由于華南濱海地區的高溫強輻射、鹽霧等環境因素以及部分地區的盲目開發建設，植被生長的土壤環境條件越來越差。土壤鹽漬化因其土壤中的水分滲透勢大、透氣透水性能差、養分含量低以及有害離子集聚等原因［2］，使得植物難以生長、地表植被稀疏，以致于造成日益加劇的土壤荒漠化，生態環境更加脆弱。脆弱的生態環境特別是土壤鹽漬化一直是華南濱海地區綠化建設的一大阻礙。目前，國內從光合角度對植物響應鹽脅迫的相關研究較多，但研究對象多為糧食作物［3］和果樹林木［4］等，對常用園林灌木的耐鹽性品種研究主要集中在檉柳、梭梭［5-6］等西北荒漠綠化品種上，對南方濱海地區常用綠化灌木的相對較少。王珺等［7］研究發現夾竹桃（Thevetia peruviana）幼苗在濃度150 mmol/kg以下鹽脅迫環境中凈光合速率指標逐漸下降；蔡金桓等［8］研究表明，狗牙花（Tabernaemontana divaricata）等幼苗在100 mmol/kg以下濃度鹽脅迫下葉片凈光合速率逐漸下降；華建峰等［9］探討了女貞（Ligustrum lucidum）等綠化植物在海鹽脅迫下的生長量、鹽害指數和脅迫癥狀，發現女貞可耐受0.3%以下低濃度的混合鹽脅迫。相關研究表明，灌木較喬木、花草等往往具有適應性強、生長周期適宜等優點［10］。夾竹桃、海桐（Pittosporum tobira）、花葉假連翹（Duranta repens）、朱槿（Hibiscus rosa-sinensis）以及蔓馬纓丹（Lantana montevidensis）等綠化灌木在我國濱海地區使用頻率相對較高，其在應用中表現出一定的適應性，但在高鹽地區的耐鹽程度仍存在差異。本研究通過不同土壤鹽濃度盆栽試驗對上述5種灌木葉片的凈光合速率、有效光化學效率等光合指標進行測定，探討它們對土壤鹽脅迫的光合響應變化，比較5種灌木的耐鹽性，以期為濱海地區引進這些園林灌木進行綠化建設和生態修復提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在廣州市白云區鐘落潭鎮試驗基地的溫室大棚中進行盆栽法鹽脅迫試驗，試驗材料為購于嶺南芳村花卉市場的夾竹桃、海桐、花葉假連翹、朱槿、蔓馬纓丹一年實生苗。2017年10月上盆，每盆1株，種植基質由泥炭土、塘泥和珍珠巖按4∶2∶1比例混合配置。緩苗15 d后，每種灌木選擇長勢基本一致的9株試驗苗進行鹽脅迫處理。

1.2 試驗方法

待植株上盆緩苗并長出新葉后，將各品種供試植株隨機均分為兩組。相關研究調查深圳、泉州、潿洲島以及海南等地海岸線共91種耐鹽綠化植物發現，其中58%的品種耐鹽程度在100 mmol/kg（6‰）以下，93%的品種耐鹽程度在300 mmol/kg以下［11］，據此，將每組植株分別均勻地一次性淋入濃度為100 mmol/kg和300 mmol/kg的NaCl試劑，其中NaCl濃度（%）=NaCl質量（mmol）/盆土干質量（kg）×100。每組植株均設3個時間梯度，分別為CK（0 d）、20 d和40 d。為防止施鹽后因灌溉等原因造成土壤中鹽分流失，試驗過程中在種植缽下加設底盤，以便將土壤滲漏的灌溉水及時返回種植缽中，確保種植土中的鹽分含量。

1.3 測定指標及方法

脅迫處理20 d和40 d，測定植株的光合作用參數和葉綠素熒光動力參數指標，每個處理各取3株樣本，每株選取第4～7位葉序中的3片功能葉掛牌標記，每個樣本指標數據進行3次重復測量。參照高俊鳳［12］的方法，光合作用參數采用LI-6400便攜式光合儀（LI-Cor，Inc，美國）測定，每枚葉片測定3次。儀器采用開放式氣路，PAR為1 500 μmol/m2·s，葉溫25℃，相對濕度60%，外界CO2濃度（Ca）為360 μmol/m2·s，內置光源光強為2 000 μmol/m2·s，主要測定凈光合速率（Pn，μmol/m2·s）、氣孔導度（Gs，mol/m2·s）、蒸騰速率（Tr，mmol/m2·s）和胞間CO2濃度（Ci，μmol/m2·s）等葉片光合氣體交換參數。采用OS1P調制式葉綠素熒光儀對葉片進行測定，將待測植物暗適應30 min，利用非光化學淬滅（NPQ）模式，設定每次測量時間為2 min，每次測量3次重復。測定掛牌成熟葉片相同部位的初始熒光（Fo）、飽和脈沖光（4 000 μmol/m2·s，PSⅡ反應中心全部關閉）下最大熒光（Fm）、作用光（200 μmol/m2·s）恒定（120 s）下的穩態熒光（Fs）、強閃光（4 000 μmol/m2·s）下最大熒光（Fm’）、暗適應3 s后紅遠光（1.67 μmol/m2·s）下的初始熒光（Fo’），計算有效光化學量子產量Y（Ⅱ）、NPQ和Y（NO）等指標。

1.4 數據處理

采用 WPS Office、IBM SPSS Statistics 22軟件對試驗數據進行統計分析和圖表繪制，在單因素方差分析（One-way ANOVA）基礎上采用新復極差法（Duncan’s）進行差異顯著性測驗，最后采用隸屬函數對植株的耐鹽性進行綜合評定。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對5種園林灌木葉片凈光合速率的影響

一般情況下植株的凈光合速率（Pn）與植株的生長狀況呈正相關［13］。在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，海桐的Pn先下降后基本穩定，夾竹桃的Pn下降不顯著，其他3種灌木的Pn均顯著下降；其中，夾竹桃鹽脅迫40 d Pn較處理前（CK）減少15.25%且較其他植物減幅小，朱槿較CK減少60.27%且較其他植物減幅最大（圖1）。由圖2可知，在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Pn均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；其中，夾竹桃鹽脅迫40 d的Pn較CK減少46.88%且較其他植物減幅小，蔓馬纓丹在鹽脅迫40 d的Pn較CK減少84.16%且較其他植物減幅大。可見，鹽脅迫降低了5種園林灌木的光合能力。

圖1 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木凈光合速率的變化

圖2 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木凈光合速率的變化

2.2 鹽脅迫對5種園林灌木葉片氣孔導度的影響

植株葉片的氣孔對于植物光合和蒸騰作用有重要的影響。在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木葉片的氣孔導度（Gs）均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；海桐在鹽脅迫40 d時的Gs較CK減少19.82%且較其他植物減幅最小，花葉假連翹較CK減少51.35%且較其他植物減幅大（圖3）。由圖4可知，在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Gs均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；海桐在鹽脅迫40 d時較CK減少69.79%且較其他植物減幅小，花葉假連翹在鹽脅迫40 d時較CK減少76.76%且較其他植物減幅大。表明隨著鹽脅迫的加重，植株葉片氣孔導度逐漸下降，光合作用受到脅迫影響。

圖3 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木氣孔導度的變化

圖4 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木氣孔導度的變化

2.3 鹽脅迫對5種園林灌木葉片胞間CO2濃度的影響

胞間CO2濃度（Ci）是指細胞間隙之間的CO2濃度，為光合作用直接提供合成碳源。逆境脅迫時植株主要是通過自身關閉部分氣孔或因過高鹽分降低光合色素而減弱光合效率，前者使植株的Ci降低，而后者使Ci升高［14］。圖5顯示，在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Ci均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；朱槿在鹽脅迫40 d時較CK減少17.14%且較其他植物減幅小，花葉假連翹較CK減少58.17%且較其他植物減幅大。由圖6可知，在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，花葉假連翹的Ci先顯著下降后大幅上升，其他4種灌木的Ci均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；朱槿在鹽脅迫40 d時的Ci較CK減少46.06%且較其他植物減幅小，花葉假連翹在第40 d時的Ci較CK增加10.24%。

圖5 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木胞間CO2濃度的變化

圖6 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木胞間CO2濃度的變化

2.4 鹽脅迫對5種園林灌木葉片蒸騰速率的影響

蒸騰速率（Tr）反映了植株在某段時間及面積下葉片的蒸騰水量，植株可通過減弱葉片的蒸騰速率來緩解水分虧缺［15］。由圖7可知，在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，夾竹桃、花葉假連翹和朱槿的Tr先減后增，夾竹桃和朱槿的變化較CK差異不顯著，花葉假連翹在鹽脅迫20 d時較CK差異顯著，海桐和蔓馬纓丹的Tr顯著下降。在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，花葉假連翹的Tr在鹽脅迫20 d時顯著降至最低后回升，其他4種灌木的Tr均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；蔓馬纓丹在鹽脅迫40 d時的Tr較CK減少59.03%且較夾竹桃、海桐、朱槿減幅小，花葉假連翹在鹽脅迫40 d時的Tr較CK增加29.22%（圖8）。

2.5 鹽脅迫對5種園林灌木葉片有效光化學量子產量的影響

圖7 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木蒸騰速率的變化

圖8 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木蒸騰速率的變化

與光合氣體交換效率相比較，葉綠素熒光參數反映了植株的光合情況和植株葉片在光合作用中所起的吸收傳遞光能等作用［16］。從圖9可以看出，在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，蔓馬纓丹的Y（Ⅱ）先顯著降低后略有回升，夾竹桃等其他4種灌木的Y（Ⅱ）逐漸減少且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；夾竹桃在鹽脅迫40 d時較CK下降25.72%且較海桐、花葉假連翹和朱槿減幅小。圖10顯示，在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Y（Ⅱ）均逐漸下降且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；其中，夾竹桃在鹽脅迫40 d時的Y（Ⅱ）較CK減少51.26%且較其他灌木減幅小，花葉假連翹在鹽脅迫40 d時的Y（Ⅱ）較CK減少80.89%且較其他灌木減幅大。隨著鹽脅迫時間的延長，植株的有效光化學效率受到影響、光合效率減弱，且隨著脅迫濃度的增加這種損害程度進一步加重。

2.6 鹽脅迫對5種園林灌木非光化學淬滅系數的影響

圖9 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木Y（Ⅱ）的變化

圖10 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木Y（Ⅱ）的變化

非光化學淬滅系數（NPQ）反映的是植物PSⅡ吸收的光能中不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分，逆境環境下也可以通過熱耗散消耗過剩光能而避免損傷光和器官［17］。非光化學淬滅系數因此成為衡量植株是否受到鹽脅迫的重要指標之一。圖11顯示，在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的NPQ逐漸增加且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；夾竹桃在鹽脅迫40 d時較CK增加19.66%且較其他灌木增幅小，蔓馬纓丹在鹽脅迫40 d時較CK增加55.56%且較其他灌木增幅大。從圖12可以看出，在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的NPQ均逐漸增加且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；夾竹桃在鹽脅迫40 d時的NPQ較CK增加58.42%且較其他灌木增幅小，朱槿在鹽脅迫40 d時的NPQ較CK增加98.21%且較其他灌木增幅大。植株受到鹽脅迫時通過提高自身的熱耗散從而消耗過多激發能來適應鹽脅迫環境，而花葉假連翹在鹽脅迫后期PSⅡ的熱耗散保護能力在一定程度上受到削弱。

圖11 100 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木NPQ的變化

圖12 300 mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木NPQ的變化

2.7 鹽脅迫對5種園林灌木非調節性能量耗散量子產額的影響

Y（NO）是指PSⅡ系統非調節性能量耗散量子產量，該指標的增加可以視為植株光化學能量轉換和自我保護調節機制相對較弱，植株已無法進一步耗散過剩的光能，反映了輻射光強超過了植株的承受能力。在100 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Y（NO）逐漸增加且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；蔓馬纓丹在鹽脅迫40 d時較CK增加16.84%且較其他灌木增幅小，夾竹桃在鹽脅迫40 d時較CK增加43.08%且較其他灌木增幅大（圖13）。在300 mmol/kg鹽濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，5種灌木的Y（NO）均逐漸增加且在鹽脅迫40 d時較CK差異顯著；海桐在鹽脅迫40 d時的Y（NO）較CK增加45.07%且較其他灌木增幅小，花葉假連翹在鹽脅迫40 d時的Y（NO）較CK增加58.71%且較其他灌木增幅大（圖14）。脅迫后期植株可能已經受到損傷，而熱耗散等植物自身的光合能量保護和調節機制已無法繼續消耗掉植物吸收的過剩光能。

圖13 100mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木Y（NO）的變化

圖14 300mmol/kg NaCl鹽脅迫處理5種園林灌木Y（NO）的變化

2.8 5種園林灌木的耐鹽性綜合評價

植物應對鹽脅迫的反應機理是十分復雜的，隨著NaCl處理濃度的提高和脅迫天數的增加，供試的5種園林灌木均出現不同程度的葉片失綠發黃、生長勢衰退現象，花葉假連翹、朱槿和蔓馬纓丹還出現枝葉焦黃枯萎斷落等現象。植株受到鹽脅迫時會作出一系列生理生化應激變化，如若僅通過單一指標衡量植物的耐鹽性有失偏頗。本試驗對300 mmol/kg NaCl脅迫40 d 5種園林灌木葉片的凈光合速率和有效光化學量子產量等7個光合指標進行隸屬函數分析。隸屬函數利用極差法對各個指標進行標準化，測定指標與耐鹽能力呈正相關：

X=（x－xmin）/（xmax－xmin）

測定指標與耐鹽能力呈負相關：

X=1 －（x－xmin）/（xmax－xmin）

式中，X為某項指標標準化后結果，x為某項指標的原始數值，xmax為某項指標原始數據的最高值，xmin為某項指標原始數據的最低值。

隸屬函數平均值（Si）越大表明該品種耐鹽性越好，由表1可知，5種灌木耐鹽性由強到弱依次為夾竹桃＞海桐＞朱槿＞蔓馬纓丹＞花葉假連翹。

表1 5種園林灌木的耐鹽性指標隸屬函數及綜合評價

3 結論與討論

本試驗結果表明，隨著脅迫處理時間的延長，兩組不同鹽濃度處理5種園林灌木的Pn和Gs均不同程度地逐漸減弱，且300 mmol/kg鹽濃度處理的減幅明顯大于100 mmol/kg處理。植物的光合作用離不開葉片中的葉綠體，葉綠體也是對鹽脅迫最敏感的細胞器［11］，高濃度鹽脅迫能促進葉綠素降解，使葉綠素含量降低［18］，植株光合效率受到抑制，植株氣孔因素導致了凈光合速率的下降。植物在受到鹽脅迫下通過關閉氣孔，引起蒸騰速率下降，可以減少蒸騰失水，有利于植物生存，同時減弱了光合作用［19］。本試驗中，夾竹桃等灌木隨著鹽脅迫時間的延長，氣孔導度和凈光合速率均逐漸下降，植株的光合作用受到脅迫影響，這與蔡思琪［20］對雙莢決明的研究一致。夾竹桃等灌木隨著鹽脅迫加重，其胞間CO2濃度逐漸下降，植株氣孔因素導致凈光合速率下降，這與王志強［21］對酸棗的研究一致。300 mmol/kg濃度鹽脅迫下花葉假連翹的Ci在40 d時較20 d上升，其凈光合速率下降的原因由氣孔因素轉為非氣孔因素，這與陳現臣等［22］對西葫蘆的研究一致。隨著鹽處理時間的延長，花葉假連翹、蔓馬纓丹和朱槿的Pn等光合指標在300 mmol/kg濃度鹽脅迫下的變化幅度明顯大于海桐和夾竹桃，其最大降幅較其他灌木延遲出現，對脅迫的耐受能力較強［23］。可見，從灌木光合效率的角度說明了夾竹桃和海桐較朱槿、蔓馬纓丹和花葉假連翹具有更好的耐鹽性。

植株的的Y（Ⅱ）數值反映了其光合機構的光能轉換效率。一般認為鹽脅迫會降低植株的光合碳同化速率，直接導致植物吸收和轉化光能的減弱，表現為Y（Ⅱ）的下降［24］。植株個體本身具有內環境調節機制［25］，植株受到鹽脅迫時，光合色素所吸收的過量光能倘若不能被及時耗散，將破壞植株的光合機構，因此可將NPQ的增加看作是植株的自我保護響應，而Y（NO）的增加反映了其無法消耗更多的光能，可作為植株受到鹽脅迫傷害的一項指標。隨著鹽脅迫時間的延長，在300 mmol/kg濃度鹽脅迫下5種灌木的Y（Ⅱ）逐漸下降，夾竹桃、海桐、朱槿和蔓馬纓丹的NPQ和Y（NO）逐漸上升，可見植株的有效光化學效率受到影響，減弱了植株的光合效率，且隨著脅迫濃度的增加這種損害程度進一步加重。而花葉假連翹的NPQ先增后減，這與馮漢青等［26］對紫丁香的研究結果一致，從該指標的角度也反映了花葉假連翹相對其他灌木較弱的耐鹽性。

本試驗對5種園林灌木在鹽脅迫下的凈光合速率等多個指標分別進行了比較研究，根據各指標的變化情況發現其均在一定程度上反映了植物對鹽脅迫的耐受程度。因為不同灌木品種的耐鹽程度及耐鹽機理具有較大差異，本試驗綜合7個衡量指標，從光合角度用隸屬函數分析法綜合評價5種灌木的耐鹽性，得出5種灌木耐鹽性由強到弱依次為夾竹桃＞海桐＞朱槿＞蔓馬纓丹＞花葉假連翹，這對濱海地區的園林灌木樹種選擇具有一定的參考意義。從耐鹽角度考慮，夾竹桃、海桐在濱海地區對高鹽的土壤生境具有一定的耐受性和自我恢復調節能力，而在園林建設和綠化配置中，朱槿、蔓馬纓丹和花葉假連翹不建議用于土壤含鹽量超過100 mmol/kg的濱海區域或對該類地區進行鹽漬化土壤改良。