鹽脅迫對茅蒼術葉綠素含量及葉綠素熒光參數的影響

孫云飛 張文明 巢建國 谷巍 陸奇杰

摘要：以茅蒼術為材料，采用盆栽試驗方法，研究不同鹽濃度（0.0%、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%）脅迫后茅蒼術葉片葉綠素含量和葉綠素熒光參數的變化規律。結果表明，低濃度鹽脅迫（NaCl濃度≤0.2%）對茅蒼術葉綠素含量和葉綠素熒光參數影響不明顯，但隨著鹽濃度增加，茅蒼術葉綠素含量、光下最大熒光（Fm′）、PSⅡ有效光化學量子產量（Fv′/Fm′）、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學活性（Fv/Fo）、光化學猝滅系數（qP）和表觀電子傳遞速率（ETR）逐漸下降，初始熒光（Fo）和非光化學猝滅系數（NPQ）逐漸升高;尤其在0.8%和1.6%處理組茅蒼術葉綠素含量、葉綠素熒光參數均有顯著變化。綜上可知，在低濃度鹽脅迫（NaCl濃度≤0.2%）土壤中茅蒼術的生長發育基本正常，但在高濃度鹽脅迫（NaCl濃度>0.4%）土壤中其生長發育受到明顯抑制。

關鍵詞：茅蒼術;鹽脅迫;葉綠素熒光;葉綠素含量

中圖分類號： S567.21+1.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）04-0146-04

收稿日期：2018-08-06

基金項目：國家自然科學基金（編號：81573520）;2017年中醫藥公共衛生服務補助專項“全國中藥資源普查項目”[編號：財社（2017）66號];江蘇省基礎研究計劃（自然科學基金）面上項目（編號：BK20171312）。

作者簡介：孫云飛（1982—），男，江蘇南京人，碩士，副主任中藥師，主要從事生藥學研究。E-mail：630344554@qq.com。

通信作者，巢建國，碩士，教授，主要從事中藥資源與開發研究。E-mail：jgchao1016@163com。

茅蒼術為菊科植物茅蒼術[Atractylodes lancea（Thunb.） DC.]的干燥根莖，具有燥濕健脾、祛風散寒、明目之功效[1]。茅蒼術道地產區為江蘇茅山，近些年來，由于經濟的快速發展、使用土地不當等因素，造成此地區鹽漬化土壤面積日益擴大，這嚴重制約了植物正常的生長發育。鹽脅迫對植物的傷害是多方面的，例如植物生物量的減少、細胞膜的氧化損傷、光合作用的下降等[2]。有學者研究發現，鹽脅迫下黃連幼苗的光合生理受到明顯抑制，其中Fo和NPQ值持續上升，Fv/Fm、Fv′/Fm′、qP等值持續下降[3]。秦紅艷等對山葡萄進行不同濃度的鹽脅迫，結果表明，鹽濃度超過0.3%處理組山葡萄葉Fo值顯著升高，Fv/Fm、Fv/Fo、qP和ETR等值顯著下降，且濃度越大下降速率越快[4]。目前，鹽脅迫下茅蒼術葉片葉綠素熒光特性的變化研究尚未見報道。因此，本試驗以茅蒼術為試驗材料，研究不同濃度鹽水溶液對茅蒼術葉片葉綠素含量和葉綠素熒光參數的影響，以期闡明鹽脅迫對茅蒼術的傷害機制，為其耐鹽能力評價及實際生產栽培提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

供試材料為江蘇省鎮江茅山地區的茅蒼術，種植于南京中醫藥大學藥用植物園內。經南京中醫藥大學中藥資源與鑒定系巢建國教授鑒定為菊科植物茅蒼術[Atractylodes lancea（Thunb.） DC.]。

1.2?試驗設計

采用盆栽試驗方法，土樣取自南京中醫藥大學藥苑。選取長勢基本一致的茅蒼術植株種植于塑料花盆內，盆直徑23.5 cm，高17.0 cm，帶托盤。每個花盆裝土5 kg，種植5株茅蒼術，適量澆水，防止鹽脅迫后土壤鹽分的淋溶。試驗采用隨機區組方法，參照土壤鹽漬化分級標準確定NaCl濃度。以不添加NaCl的蒸餾水為對照組，分別加入質量為0、0.01、0.02、0.04、0.08 kg的NaCl配制成不同鹽濃度（%，干土質量）的5個處理組分別為CK（0，對照）、A（0.2%）、B（0.4%）、C（0.8%）、D（1.6%），每盆澆灌不同鹽濃度溶液500 mL，將托盤中滲出的水分重新倒入花盆中以防NaCl的缺失，每個處理進行3次重復。之后正常管理，以蒸餾水補充每天損失的水分。于2016年5月初在南京中醫藥大學藥用植物園中開始試驗，分別在處理0、3、6、9、12、15 d后，隨機在每盆每株上隨機選取2～3張生長旺盛的功能葉，做標記后進行茅蒼術葉片葉綠素含量和葉綠素熒光參數的測定，每次測定重復3次。

1.3?測定指標與方法

采用CCM-200 PLUS葉綠素測定儀（美國OP-TI-sciences公司）進行茅蒼術葉綠素含量的測定。使用LI-6400型便攜式熒光-光合作用系統（美國基因公司）測定茅蒼術葉片的光下最大熒光（Fm′）、PSⅡ有效光化學量子產量（Fv′/Fm′）、初始熒光（Fo）、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學活性（Fv/Fo）、光化學猝滅系數（qP）、非光化學猝滅系數（NPQ）、表觀電子傳遞速率（ETR），以開放式氣路系統測量[5]。

1.4?統計分析

數據處理及圖表繪制采用Microsoft Excel 2013完成，數據之間的多重比較采用SPSS 22.0。

2?結果與分析

2.1?鹽脅迫對茅蒼術葉綠素含量的影響

葉綠素含量可以直接反映植物的光合能力強弱[6]。由圖1可知，鹽脅迫后CK組茅蒼術葉片葉綠素含量呈持續升高趨勢，A處理組呈先上升后下降趨勢，B～D處理組則是持續下降。鹽脅迫后的第6天，和CK組相比，A處理組茅蒼術葉片葉綠素含量升高了4.20%，B～D處理組葉綠素含量分別降低了17.25%、15.39%、27.16%;鹽脅迫后15 d時，和CK組相比，A～D處理組葉綠素含量分別降低了4.50%、24.49%、27.55%、37.08%。

2.2?鹽脅迫對茅蒼術葉片熒光參數Fm′、Fv′/Fm′的影響

Fm′為光下最大熒光，可反映出植物葉片吸收和傳遞光能的能力[7]。由圖2-A可見，A處理組茅蒼術葉片Fm′值先上升后下降，而B～D處理組Fm′值均呈持續下降趨勢。在脅迫后15 d時測定發現，A～D處理組茅蒼術葉片Fm′值分別比CK組降低了36.05%、55.79%、65.27%、75.07%，均和CK組達到了顯著性差異。

Fv′/Fm′為PSⅡ有效光化學量子產量，可反映開放的PSⅡ反應中心原初光能捕獲效率[8]。由圖2-B可見，A處理組茅蒼術葉片Fv′/Fm′值在鹽脅迫后3 d時比CK組略高，此后開始下降。B～D處理組茅蒼術葉片Fv′/Fm′值隨脅迫時間的延長均呈持續下降趨勢，且鹽濃度越大，下降速率越快。在脅迫后15 d時測定發現，A～D處理組茅蒼術葉片Fv′/Fm′值分別比CK組降低了17.42%、39.35%、59.23%、77.55%。

2.3?鹽脅迫對茅蒼術葉片熒光參數Fv/Fm、Fv/Fo的影響

Fv/Fm為PSⅡ最大光化學量子產量，反映植物葉片PSⅡ反應中心原初光能轉換效率[9]。由圖3-A可知，鹽脅迫下不同處理組茅蒼術葉片Fv/Fm值變化趨勢各不相同，CK和A處理組的Fv/Fm值在整個脅迫期間變化幅度不大，脅迫后15 d時分別是脅迫前（0 d）的1.00、0.94倍，而B～D處理組的Fv/Fm值呈持續下降趨勢，分別是脅迫前（0 d）的0.85、0.78、0.75倍。

Fv/Fo為PSⅡ潛在光化學活性，其變化趨勢和Fv/Fm較為相似，但變化幅度要大于Fv/Fm。由圖3-B可知，CK組茅蒼術葉片Fv/Fo值總體呈持續上升趨勢，而B～D處理組Fv/Fo值呈持續下降趨勢，脅迫后15 d時其Fv/Fo值分別是脅迫前（0 d）的0.64、0.50、0.33、0.19倍。

2.4?鹽脅迫對茅蒼術葉片熒光參數Fo、ETR的影響

Fo為初始熒光，反映出植物葉片色素吸收的能量中以熱和熒光形式散失部分[10]。由圖4-A可知，除CK組外，其余各處理組茅蒼術葉片Fo值在整個測定期均有不同程度的上升，且隨著鹽濃度的增大，上升趨勢越明顯。在脅迫后15 d時A～D處理組Fo值分別比CK組增加了12.36%、29.88%、47.78%、60.86%。

ETR為表觀電子傳遞速率，可反映出光化學反應中用于碳固定的電子傳遞情況[11]。由圖4-B可知，在整個測定期內，CK組茅蒼術葉片ETR值呈逐漸上升趨勢，A～D處理組ETR值呈持續下降趨勢，且在脅迫后6 d時下降速率顯著加快。在脅迫后15 d 時A～D處理組ETR值分別比CK組降低了15.31%、24.47%、40.99%、60.26%。

2.5鹽脅迫對茅蒼術葉片熒光參數qP、NPQ的影響

qP為光化學猝滅系數，反映了PSⅡ原初電子受體質體醌A（QA）的還原狀態，其值越大，說明PSⅡ的電子傳遞活性越高[12]。由圖5-A顯示的結果可知，各處理組茅蒼術葉片qP值變化趨勢存在一定差異。A處理組qP值先上升后下降，B～D處理組整體呈持續下降趨勢。在脅迫后的0～15 d內，A～D處理組qP值分別比脅迫前（0 d）降低了3.87%、12.10%、18.41%、24.13%。

NPQ為非光化學淬滅系數，即熱能途徑中耗散的光能，其值升高對光合機構有一定的保護作用[13]。由圖5-B可知，在脅迫后的0～15 d內，CK組茅蒼術葉片NPQ值變化不大，A～D處理組NPQ值有不同程度的增加，分別比脅迫前（0 d）增加了10.54%、22.36%、31.15%、40.29%。

3?討論與結論

葉綠素含量多少可以直接反映植物光合能力強弱，是衡量植物抗逆能力的重要指標之一[14-15]。研究發現，鹽脅迫后植物葉片葉綠素含量降低可能是由于其葉綠體色素合成酶活性降低、葉綠素分解加速、葉綠體功能紊亂或結構受損等原因造成的[16]。本研究結果表明，鹽濃度為0.2%處理組茅蒼術葉綠素含量呈先上升后下降趨勢?而鹽濃度高于0.2%處理組葉綠素含量均隨時間的延長持續降低，且鹽濃度越高下降幅度越大，這說明高鹽脅迫下，茅蒼術葉片葉綠素含量會顯著下降，葉綠體結構明顯受損。

植物葉綠素吸收的光能主要用于光合電子傳遞、葉綠素熒光和熱耗散這3種途徑，這三者間有著此消彼長的關系[17]。葉綠素含量的降低必然會影響光能的吸收、傳遞和轉化，而葉綠素熒光參數的變化可以更好地反映出逆境下植物內在光能利用和熱耗散情況。本研究中，CK組的Fm′、Fv′/Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、Fo、ETR、qP、NPQ值在鹽脅迫后一段時間內變化不大。A處理組的熒光參數大多呈先上升后下降趨勢，B～D處理組Fm′、Fv′/Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR、qP值均呈持續下降趨勢，Fo和NPQ呈與之相反的變化趨勢，各熒光參數變化幅度均隨鹽濃度的增加而加大。此結果表明，鹽濃度超過0.2% 處理組會使茅蒼術葉片吸收和傳遞光能的能力減弱、PSⅡ反應中心活性降低、光化學反應效率和電子傳遞速率降低，從而導致茅蒼術類囊體上ATP合成受阻，暗反應階段CO2固定量降低，光合作用進程受阻。而Fo的持續升高，說明茅蒼術葉片PSⅡ反應中心遭到破壞或可逆性失活，NPQ的增加說明在鹽脅迫下茅蒼術會以增加吸收光能中熱耗散比例方式來減輕鹽脅迫對其光合機構的傷害。當鹽濃度超過0.4%時，隨著時間的延長，茅蒼術葉片葉綠素熒光各項指標與脅迫前差異均較為顯著，這說明茅蒼術葉片PSⅡ反應中心遭到嚴重破壞，光合作用受到顯著抑制。

綜述所述，低濃度鹽脅迫（NaCl濃度≤0.2%）下茅蒼術的生長發育基本正常，其葉片葉綠素含量和葉綠素熒光參數與對照相比無顯著性差異，高濃度鹽脅迫（NaCl濃度>0.4%）下其葉綠素含量和葉綠素熒光參數均發生顯著變化，生長受到抑制，亦說明茅蒼術具有一定的耐鹽能力。

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