酸漿生長生理及光合特性對NaCl脅迫響應機制的研究

王寧，李樹和，劉嶧，王月君

(天津農學院 園藝園林學院，天津 300384)

酸漿(PhysalispubescensL.)又名毛酸漿、洋菇娘、黃菇娘等，茄科酸漿屬，一年生草本植物，主要分布于我國東北地區(qū)，常野生于山坡、田間、林緣，其他地區(qū)種植較少，屬稀特水果。酸漿果實為圓球形漿果，成熟時呈黃色，酸甜而清脆，成熟果實可生食，味微酸，香味濃郁，果色鮮亮，營養(yǎng)元素較為豐富[1-6]。

我國是鹽堿地面積最大的國家之一，各類鹽堿地面積約9 900萬hm2，占全國總面積的近10%[7]，其中包括自然鹽漬化和土壤次生鹽漬化。由于設施農業(yè)的不斷發(fā)展，施肥不合理等問題，導致土壤次生鹽漬化日趨嚴重。酸漿經(jīng)濟價值高，適應性強，設施栽培既可改良土壤又可實現(xiàn)周年生產(chǎn)。

目前，有關酸漿的研究主要集中在栽培、營養(yǎng)分析及藥用價值上，對于酸漿的抗逆性研究較少，其耐鹽堿性、耐旱性有待進一步研究。因此，本研究將從酸漿植株生長指標、生理指標及光合指標等方面進一步研究其對NaCl脅迫的響應特性，旨在探明酸漿的耐鹽性，為其在天津地區(qū)引種栽培及設施栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的酸漿品種為F1代雜交的大黃姑娘種子，購于壽光欣欣然園藝有限公司。

1.2 處理設計

2018年1月于天津農學院西校區(qū)將酸漿在穴盤中進行播種育苗，出苗后，待幼苗長至4葉1心時，選取健壯、長勢基本一致的幼苗，移栽到25 cm×20 cm裝滿基質的圓形塑料花盆中緩苗。試驗采用隨機區(qū)組設計，設置0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 mol·L-1，6個濃度梯度的NaCl溶液模擬鹽脅迫，其中清水為對照。每個花盆中定植1株，每個處理共5盆，重復3次。每10 d澆灌1次NaCl溶液，每次500 mL。30 d后測定植株生長生理及光合指標。

1.3 測定項目

用線繩和直尺測定株高；游標卡尺測定莖粗；用分光光度計測定葉綠素含量；采用Giannopolitis等[8]的方法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用Zhang等[9]的方法測定過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性。

在晴天上午10:00采用LI-6400便攜式光合儀選取各處理植株上部第4片功能葉進行測定，每處理測定9張葉片。測定指標包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、大氣CO2濃度(Ca)等光合指標，計算氣孔限制值=1-Ci/Ca，水分利用效率=Pn/Tr。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 對酸漿株高和莖粗的影響

從圖1可以看出，酸漿的株高與NaCl濃度呈負相關。NaCl濃度越大，酸漿的株高生長越受限制，生長量越小。在低濃度NaCl(0.05～0.10 mol·L-1)處理下，株高與對照相比分別降低了16.66%、16.70%。而高濃度NaCl(0.15～0.25 mol·L-1)處理下，株高的生長受到明顯抑制，與對照相比降低了26.21%～44.08%，且差異達到極顯著水平(P<0.01)。在低濃度NaCl處理下，莖粗與對照相比有小幅下降，分別下降了4.76%、15.73%，但差異不顯著。高濃度NaCl處理下，莖粗大幅下降，比對照降低了17.3%～42.71%(P<0.01)。

圖1 不同濃度NaCl處理對酸漿株高和莖粗的影響

2.2 對酸漿葉綠素含量的影響

從表1可以看出，隨著NaCl濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量的變化趨勢大體相同，均呈先增高后降低的趨勢。葉綠素a含量在0.05 mol·L-1NaCl處理下，與對照相比增加了5.82%(P<0.01)。0.10 mol·L-1NaCl處理下，葉綠素a含量與對照相比無顯著差異。隨著NaCl濃度增加至0.15～0.25 mol·L-1時，葉綠素a含量與對照相比分別下降了10.05%、13.23%、49.21%。葉綠素b含量在0.05和0.10 mol·L-1NaCl處理下稍有增加，但與對照差異不顯著。隨著NaCl濃度增加至0.15～0.25 mol·L-1時，葉綠素b含量與對照相比分別降低7.69%、13.85%、43.08%。在低濃度NaCl處理下，總葉綠素含量與葉綠素a含量變化規(guī)律一致，在高濃度NaCl處理下，總葉綠素含量相比對照分別下降9.09%、13.04%、47.04%，且各組處理間差異極顯著(P<0.01)。

表1 不同濃度NaCl處理對酸漿葉綠素含量的影響

2.3 對酸漿葉片保護酶活性的影響

由表2可知，不同濃度NaCl處理對酸漿葉片保護酶活性產(chǎn)生了不同的影響。隨著NaCl濃度的增加，POD活性呈先升高后降低的趨勢。在0.15 mol·L-1NaCl處理下，POD活性最大，與對照相比增加45.45%(P<0.01)。NaCl濃度增加至0.25 mol·L-1時，POD活性最低，較對照下降20.12%(P<0.01)。CAT和SOD活性的變化規(guī)律與POD活性相同，均在0.15 mol·L-1NaCl處理下達到最高，分別較對照增加48.17%和56.28%；在0.25 mol·L-1NaCl處理下降至最低，較對照分別下降13.96%和4.16%(P<0.01)。而APX在0.10 mol·L-1NaCl處理下，活性達到最高，較對照增加37.45%；NaCl濃度增加至0.25 mol·L-1時，活性最低，較對照下降12.93%(P<0.01)。

表2 不同濃度NaCl處理對酸漿葉片保護酶活性的影響

2.4 對酸漿葉片光合指標的影響

由圖2可知，不同濃度NaCl處理對酸漿的葉片凈光合速率有明顯影響。在0.10 mol·L-1NaCl處理下，凈光合速率達到最大值，較對照增加34.42%，差異達到極顯著水平(P<0.01)。隨著NaCl濃度的增加，凈光合速率呈降低趨勢。NaCl濃度在0.15 mol·L-1以上處理時，凈光合速率數(shù)值低于對照，下降幅度在20.23%～39.53%。當NaCl濃度升至0.25 mol·L-1時，凈光合速率達到最低值為2.60 μmol·m-2·s-1。

葉片氣孔導度和蒸騰速率變化規(guī)律與凈光合速率變化規(guī)律基本相同。在0.05 mol·L-1NaCl處理下，氣孔導度和蒸騰速率均達到最大值，與對照相比分別增加了8.37%和102.34%。在脅迫程度的加重下，氣孔導度和蒸騰速率均開始下降。NaCl濃度在0.15 mol·L-1以上處理時，其數(shù)值開始低于對照，下降幅度分別在27.81%～59.69%和3.13%～35.94%。

在低濃度NaCl(0.05～0.10 mol·L-1)處理下，胞間CO2濃度的變化趨勢較緩慢，與對照相比分別降低3.48%、4.88%。在高濃度NaCl(0.15～0.25 mol·L-1)處理下，胞間CO2濃度受到嚴重抑制，迅速下降，較對照分別降低19.57%、34.84%、36.45%。由此可知，酸漿葉片凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率的變化均隨NaCl濃度增加先升高后降低，而胞間CO2濃度隨NaCl濃度增加始終受到抑制。

如圖3所示，氣孔限制值的變化規(guī)律是隨NaCl濃度的增加逐漸增大。在0.05 mol·L-1NaCl處理條件時，氣孔限制值較對照提高2.00%，當NaCl濃度升至0.25 mol·L-1時，氣孔限制值較對照提高38.00%。從圖中可以看出，水分利用率隨NaCl濃度的變化無一定變化規(guī)律，因此，表明水分利用率的變化與NaCl處理無關聯(lián)。

圖3 不同濃度NaCl處理對酸漿葉片氣孔限制值和水分利用效率的影響

3 小結與討論

植物生長量是衡量外界環(huán)境及內部因素對植株生長影響的最直接形態(tài)指標。前人研究表明，耐鹽性強的植物，在不同濃度鹽處理下植株的相對生長量均變化較小，反之則變化顯著。本實驗結果表明，NaCl濃度越大，酸漿的生長越受限制。在低濃度NaCl(0.05～0.10 mol·L-1)處理下，株高、莖粗的生長量降低幅度較緩慢，高濃度NaCl(0.15～0.25 mol·L-1)處理下，株高、莖粗的生長受到明顯抑制。

在逆境脅迫時，植物會釋放大量的有害活性氧，包括超氧自由基、羥自由基、過氧化氫等。這些物質留在植物體內沒有得到及時的清除就會產(chǎn)生氧化脅迫，進而破壞細胞結構和功能，甚至導致植株死亡。因此，植物在遭受到逆境脅迫時，會啟動體內的防御系統(tǒng)，降低或消除活性氧對膜脂的攻擊力。保護酶是啟動防御的重要物質。本實驗中POD、SOD、CAT、APX的活性均隨著鹽濃度的增加，呈先升高后降低的趨勢。表明在低濃度NaCl脅迫時，植物開啟自身調節(jié)能力，應對逆境環(huán)境。隨著NaCl濃度的增加，植物細胞受到破壞，自身調節(jié)能力減弱，致使保護酶的活性顯著下降。

葉綠體是進行光合作用的重要器官。葉綠素的變化會對光合作用產(chǎn)生一定影響。鹽脅迫會使葉片內光合色素發(fā)生降解，葉綠體精細結構解體，使光合作用受阻[10]。郁繼華等[11]、牛銳敏等[12]的研究表明，鹽脅迫迫使植物葉片的葉綠素a、b和總葉綠素含量均降低。張紀濤等[13]的研究表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，番茄葉片的總葉綠素含量、葉綠素a含量先增加后降低，而未影響葉綠素b的含量。本實驗中，隨著NaCl脅迫濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量的變化趨勢大體相同，均呈先增高后降低的趨勢。

光合作用是極其復雜的生理過程。Sudhir等[14]研究中證明，植物的光合指標、水勢等均會受到鹽脅迫的影響。前人研究對于光合作用受影響的原因有兩種：一種是氣孔限制，一種是非氣孔限制。若Ci降低和氣孔限制值升高，則氣孔因素是主要的；相反則非氣孔因素占主導作用[15]。但鹽脅迫引起植物光合作用下降是哪種原因，存在不一致的報道[16]。對菠菜[17]、小麥[18]的研究表明，氣孔因素是引起光合速率下降的主要原因；錢瓊秋等[19]對于黃瓜的研究表明以非氣孔限制為主。對于同一種植物的研究也存在不一樣的結果。陳瑞利等[20]對黃瓜的研究則表明初期以氣孔限制為主。其原因可能是由于鹽脅迫的濃度、時間及植物的品種存在差異，導致光合參數(shù)變化各異。本實驗中，隨著NaCl濃度的提高，酸漿葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率均呈先上升再下降趨勢，胞間CO2濃度一直下降，而氣孔限制值一直呈增加的趨勢。這就表明在0.05 mol·L-1NaCl處理之后，氣孔因素是抑制酸漿光合作用的主要原因。可能是由于鹽脅迫導致酸漿細胞失水引發(fā)滲透脅迫，氣孔導度下降，使外界CO2向細胞內擴散受阻。水分利用效率無一定的變化規(guī)律，與張芬等[21]關于番茄幼苗水分利用效率先降低再升高的變化趨勢不一致。

綜上所述，低濃度NaCl處理提高了酸漿的葉綠素含量、酶活性以及光合參數(shù)，促進了光合作用。隨著NaCl濃度的增加，各指標都顯著下降。表明酸漿屬于中度耐鹽植物，一定鹽濃度范圍內可以促進其生命活力。隨著鹽濃度的增加，酸漿通過開啟自身調劑能力，提高保護酶活性，關閉氣孔，降低蒸騰速率，提高水分利用率，進而維持正常的生命活動。另外，鹽脅迫對于植物生長生理影響的研究，存在鹽脅迫的濃度、時間及植物的品種等方面的區(qū)別，而且對于酸漿生理、光合作用方面的研究較少，因此，還需要做進一步研究。