鹽脅迫對茅蒼術(shù)葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

孫云飛 張文明 巢建國 谷巍 陸奇杰

摘要：以茅蒼術(shù)為材料，采用盆栽試驗(yàn)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(shù)葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明，低濃度鹽脅迫（NaCl濃度≤0.2%）對茅蒼術(shù)葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響不明顯，但隨著鹽濃度增加，茅蒼術(shù)葉綠素含量、光下最大熒光（Fm′）、PSⅡ有效光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv′/Fm′）、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學(xué)活性（Fv/Fo）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（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(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）逐漸升高;尤其在0.8%和1.6%處理組茅蒼術(shù)葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)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(shù)的生長發(fā)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(fā)育受到明顯抑制。

關(guān)鍵詞：茅蒼術(shù);鹽脅迫;葉綠素?zé)晒?葉綠素含量

中圖分類號： S567.21+1.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）04-0146-04

收稿日期：2018-08-06

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：81573520）;2017年中醫(yī)藥公共衛(wèi)生服務(wù)補(bǔ)助專項(xiàng)“全國中藥資源普查項(xiàng)目”[編號：財(cái)社（2017）66號];江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（自然科學(xué)基金）面上項(xiàng)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(xué)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(fā)研究。E-mail：jgchao1016@163com。

茅蒼術(shù)為菊科植物茅蒼術(shù)[Atractylodes lancea（Thunb.） DC.]的干燥根莖，具有燥濕健脾、祛風(fēng)散寒、明目之功效[1]。茅蒼術(shù)道地產(chǎn)區(qū)為江蘇茅山，近些年來，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、使用土地不當(dāng)?shù)纫蛩兀斐纱说貐^(qū)鹽漬化土壤面積日益擴(kuò)大，這嚴(yán)重制約了植物正常的生長發(fā)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(xì)胞膜的氧化損傷、光合作用的下降等[2]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，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(xù)上升，F(xiàn)v/Fm、Fv′/Fm′、qP等值持續(xù)下降[3]。秦紅艷等對山葡萄進(jìn)行不同濃度的鹽脅迫，結(jié)果表明，鹽濃度超過0.3%處理組山葡萄葉Fo值顯著升高，F(xiàn)v/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(shù)葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘淖兓芯可形匆妶?bào)道。因此，本試驗(yàn)以茅蒼術(shù)為試驗(yàn)材料，研究不同濃度鹽水溶液對茅蒼術(shù)葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，以期闡明鹽脅迫對茅蒼術(shù)的傷害機(jī)制，為其耐鹽能力評價及實(shí)際生產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

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

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)方法，土樣取自南京中醫(yī)藥大學(xué)藥苑。選取長勢基本一致的茅蒼術(shù)植株種植于塑料花盆內(nèi)，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(shù)，適量澆水，防止鹽脅迫后土壤鹽分的淋溶。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組方法，參照土壤鹽漬化分級標(biāo)準(zhǔn)確定NaCl濃度。以不添加NaCl的蒸餾水為對照組，分別加入質(zhì)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(zhì)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(jìn)行3次重復(fù)。之后正常管理，以蒸餾水補(bǔ)充每天損失的水分。于2016年5月初在南京中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物園中開始試驗(yàn)，分別在處理0、3、6、9、12、15 d后，隨機(jī)在每盆每株上隨機(jī)選取2～3張生長旺盛的功能葉，做標(biāo)記后進(jìn)行茅蒼術(shù)葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，每次測定重復(fù)3次。

1.3?測定指標(biāo)與方法

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

1.4?統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理及圖表繪制采用Microsoft Excel 2013完成，數(shù)據(jù)之間的多重比較采用SPSS 22.0。

2?結(jié)果與分析

2.1?鹽脅迫對茅蒼術(shù)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(qiáng)弱[6]。由圖1可知，鹽脅迫后CK組茅蒼術(shù)葉片葉綠素含量呈持續(xù)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(xù)下降。鹽脅迫后的第6天，和CK組相比，A處理組茅蒼術(shù)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(shù)葉片熒光參數(shù)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(shù)葉片F(xiàn)m′值先上升后下降，而B～D處理組Fm′值均呈持續(xù)下降趨勢。在脅迫后15 d時測定發(fā)現(xiàn)，A～D處理組茅蒼術(shù)葉片F(xiàn)m′值分別比CK組降低了36.05%、55.79%、65.27%、75.07%，均和CK組達(dá)到了顯著性差異。

Fv′/Fm′為PSⅡ有效光化學(xué)量子產(chǎn)量，可反映開放的PSⅡ反應(yīng)中心原初光能捕獲效率[8]。由圖2-B可見，A處理組茅蒼術(shù)葉片F(xiàn)v′/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(shù)葉片F(xiàn)v′/Fm′值隨脅迫時間的延長均呈持續(xù)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(fā)現(xiàn)，A～D處理組茅蒼術(shù)葉片F(xiàn)v′/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(shù)葉片熒光參數(shù)Fv/Fm、Fv/Fo的影響

Fv/Fm為PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映植物葉片PSⅡ反應(yīng)中心原初光能轉(zhuǎn)換效率[9]。由圖3-A可知，鹽脅迫下不同處理組茅蒼術(shù)葉片F(xiàn)v/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(xù)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(xué)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(shù)葉片F(xiàn)v/Fo值總體呈持續(xù)上升趨勢，而B～D處理組Fv/Fo值呈持續(xù)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(shù)葉片熒光參數(shù)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(shù)葉片F(xiàn)o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(xué)反應(yīng)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(nèi)，CK組茅蒼術(shù)葉片ETR值呈逐漸上升趨勢，A～D處理組ETR值呈持續(xù)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(shù)葉片熒光參數(shù)qP、NPQ的影響

qP為光化學(xué)猝滅系數(shù)，反映了PSⅡ原初電子受體質(zhì)體醌A（QA）的還原狀態(tài)，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(jié)果可知，各處理組茅蒼術(shù)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(xù)下降趨勢。在脅迫后的0～15 d內(nèi)，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(xué)淬滅系數(shù)，即熱能途徑中耗散的光能，其值升高對光合機(jī)構(gòu)有一定的保護(hù)作用[13]。由圖5-B可知，在脅迫后的0～15 d內(nèi)，CK組茅蒼術(shù)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(jié)論

葉綠素含量多少可以直接反映植物光合能力強(qiáng)弱，是衡量植物抗逆能力的重要指標(biāo)之一[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)受損等原因造成的[16]。本研究結(jié)果表明，鹽濃度為0.2%處理組茅蒼術(shù)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(xù)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(shù)葉片葉綠素含量會顯著下降，葉綠體結(jié)構(gòu)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?zé)晒夂蜔岷纳⑦@3種途徑，這三者間有著此消彼長的關(guān)系[17]。葉綠素含量的降低必然會影響光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化可以更好地反映出逆境下植物內(nèi)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(nèi)變化不大。A處理組的熒光參數(shù)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(xù)下降趨勢，F(xiàn)o和NPQ呈與之相反的變化趨勢，各熒光參數(shù)變化幅度均隨鹽濃度的增加而加大。此結(jié)果表明，鹽濃度超過0.2% 處理組會使茅蒼術(shù)葉片吸收和傳遞光能的能力減弱、PSⅡ反應(yīng)中心活性降低、光化學(xué)反應(yīng)效率和電子傳遞速率降低，從而導(dǎo)致茅蒼術(shù)類囊體上ATP合成受阻，暗反應(yīng)階段CO2固定量降低，光合作用進(jìn)程受阻。而Fo的持續(xù)升高，說明茅蒼術(shù)葉片PSⅡ反應(yīng)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(shù)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(jī)構(gòu)的傷害。當(dāng)鹽濃度超過0.4%時，隨著時間的延長，茅蒼術(shù)葉片葉綠素?zé)晒飧黜?xiàng)指標(biāo)與脅迫前差異均較為顯著，這說明茅蒼術(shù)葉片PSⅡ反應(yīng)中心遭到嚴(yán)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(shù)的生長發(fā)育基本正常，其葉片葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)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?zé)晒鈪?shù)均發(fā)生顯著變化，生長受到抑制，亦說明茅蒼術(shù)具有一定的耐鹽能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典[M]. 北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015.

[2]周?毅，崔豐磊，楊?萍，等. 鹽脅迫對不同品種水稻幼苗生理生化特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（1）：90-93.

[3]張春平，周?慧，何?平，等. 外源5-氨基乙酰丙酸對鹽脅迫下黃連幼苗光合參數(shù)及其葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2014，34（12）：2515-2524.

[4]秦紅艷，艾?軍，許培磊，等. 鹽脅迫對山葡萄葉綠素?zé)晒鈪?shù)及超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2013，33（6）：1159-1164.

[5]李孟洋，巢建國，谷?巍，等. 高溫脅迫對不同產(chǎn)地茅蒼術(shù)開花前葉片葉綠素?zé)晒馓卣鞯挠绊慬J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2015（11）：1861-1866.

[6]陸奇杰，巢建國，谷?巍，等. 不同氮素水平對茅蒼術(shù)光合特性及生理指標(biāo)的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2017（9）：1673-1679.

[7]尤?鑫，龔吉蕊，安?然，等. 4種雜交楊熒光光響應(yīng)曲線[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（1）：85-90.

[8]孫?璐，周宇飛，李豐先，等. 鹽脅迫對高粱幼苗光合作用和熒光特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45（16）：3265-3272.

[9]王加真. 鹽脅迫對不同光處理溝葉結(jié)縷草光化學(xué)效率的影響[J]. 北方園藝，2017（24）：104-109.

[10]佘漢基，李鵬飛，薛?立，等. 3種園林植物響應(yīng)鹽脅迫的熒光特性[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（8）：54-59.

[11]陳?梅，唐運(yùn)來. 高溫脅迫下莧菜的葉綠素?zé)晒馓匦訹J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（7）：1813-1818.

[12]李軍營，徐超華，崔明昆，等. 不同光質(zhì)對煙草葉片生長及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：140-145.

[13]趙?霞，楊華偉，劉然方，等. 水稻熱耗散對逆境的響應(yīng)[J]. 中國水稻科學(xué)，2016，30（4）：431-440.

[14]張璐穎，文?笑，林勇明，等. 鹽脅迫對臺灣榿木幼苗光合作用和熒光特性的影響[J]. 福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，33（3）：193-199.

[15]張文明，巢建國，谷?巍，等. 酸雨脅迫下茅蒼術(shù)的光合及生理響應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，48（7）：1167-1172.

[16]李學(xué)孚，倪智敏，吳月燕，等. 鹽脅迫對‘鄞紅葡萄光合特性及葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（13）：4436-4444.

[17]徐煥文，劉?宇，姜?靜，等. 鹽脅迫對白樺光合特性及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（4）：21-26.