NaCl脅迫對西瓜幼苗葉綠素熒光、光合特性、滲透調節及酶活性的影響

王中玉，逯 昀，陳 昆

（1.睢縣農業農村局，河南睢縣476000；2.商丘職業技術學院，河南商丘476000；3.商丘市農林科學院，河南商丘476000）

在黃淮地區，利用大棚和日光溫室進行保護地栽培西瓜，可以較常規露地地膜覆蓋栽培提前20～40 d上市，以較高的價格占有市場，獲取較好的經濟效益。隨著這種種植模式帶來的可觀經濟收入，讓愈來愈多的種植戶加入其中，保護地栽培面積呈現逐年增長的態勢，但保護地因受棚膜覆蓋的影響，常年得不到雨水淋洗，長期的土壤水分蒸發使鹽分在土壤表層聚集，從而出現土壤次生鹽漬化現象。次生鹽漬化對植物危害較大，如細胞發生脫水現象，細胞活性氧增加，細胞膜上的保護酶功能紊亂[1]，核酸與蛋白質合成受阻，葉片對CO2的同化能力降低，種子出苗率、株高、干鮮質量[2]、胚根生長[3]等指標均有抑制作用，生長發育和形態建成受到嚴重影響，果實產量降低、品質變劣，最終影響種植戶的經濟收入。

本試驗從葉綠素熒光、光合特性、滲透調節物質、根系活力及保護酶活性等多個方面，深入研究不同強度的NaCl脅迫對西瓜幼苗生理特性的影響，探究西瓜對鹽脅迫的忍受范圍，探明西瓜對鹽脅迫的響應機制和耐鹽特性，為西瓜耐鹽品種的選育及保護地西瓜的耐鹽栽培提供理論指導。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為浪潮金山666。

1.2 試驗設計

2020年3月將浸種催芽后的西瓜種子播種于32孔基質穴盤中，待西瓜幼苗1葉1心時，選取長勢基本一致的健壯幼苗移栽至裝有Hoagland營養液的無土栽培框中，栽培框上覆2 cm厚泡沫板，泡沫板上事先打10個孔，將西瓜幼苗固定在栽培孔上，每孔1棵，每框10棵西瓜幼苗，共移栽30框。

試驗采用隨機區組設計，共設置5個NaCl水平，分別為0（CK）、20、70、120、170 mmol/L，每個水平6框，每2框作1次重復，每水平共3次重復，將不同水平的NaCl溶液分別加入各自的栽培框中，處理20 d后對各指標進行測定。

1.3 測定指標及方法

采用德國WALZ公司生產的PAM-2100便攜式調制熒光儀對西瓜幼苗第2片真葉的初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、光系統Ⅱ實際光化學量子效率（φPSⅡ）和光化學猝滅系數（qP）進行測定。

采用美國產CIRAS-2便攜式光合儀測定西瓜幼苗第2片真葉的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）與胞間CO2濃度（Ci），每處理重復3次，取平均值。

游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[4]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；根系活力采用TTC還原法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT還原法測定[5]。

1.4 數據分析

數據處理使用Microsoft Excel 2007軟件，數據統計分析使用SAS軟件。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對西瓜幼苗葉綠素熒光特性的影響

由表1可知，Fo隨NaCl脅迫強度的增加而增大，但在低鹽（NaCl 20 mmol/L）脅迫下Fo與對照間差異不顯著，這表明低鹽脅迫對西瓜幼苗葉綠素的影響不顯著，而脅迫增強之后葉綠素受到損傷的程度增加。除NaCl 20 mmol/L處理外，其他處理Fm均低于對照，且隨鹽脅迫強度的增強呈下降趨勢，這表明通過PSⅡ的電子傳遞能力隨鹽脅迫的增強而降低。φPSⅡ和qP的變化規律一致，均隨鹽脅迫強度的增強呈現降低趨勢，二者呈現正相關關系，表明西瓜幼苗葉片葉綠素光合反應中心PSⅡ的實際量子產量減少，反應中心的開放程度隨鹽脅迫強度的增強而降低。

表1 鹽脅迫對西瓜幼苗葉綠素熒光特性的影響

2.2 鹽脅迫對西瓜幼苗光合特性的影響

表2 鹽脅迫對西瓜幼苗光合特性的影響

從表2可以看出，不同強度的NaCl脅迫對西瓜幼苗葉片光合能力的影響存在差異。低鹽（NaCl 20 mmol/L）脅迫下，西瓜幼苗葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度和蒸騰速率均高于對照，但與對照間差異均不顯著（P＞0.05），這表明低鹽脅迫不但不會抑制西瓜幼苗葉片光合能力，還可在一定水平上促進其凈光合速率的提高。70～170 mmol/L范圍內，凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均隨NaCl脅迫強度的增強而降低，三者表現出一致的變化規律，具有正相關關系，其中，70、120、170 mmol/L這3個處理的凈光合速率較對照分別降低5.68%、46.07%、56.95%，與對照間差異均達極顯著（P＜0.01）。胞間CO2濃度隨鹽脅迫強度的增強而增大，其變化規律與凈光合速率不一致。

2.3 鹽脅迫對西瓜幼苗滲透調節和保護酶活性的影響

由圖1可知，在0～170 mmol/L范圍內，可溶性滲透調節物質脯氨酸（Pro）和可溶性糖含量均隨鹽脅迫強度的增強而升高，但在20 mmol/L時與對照差異不顯著（P＞0.05），這表明低鹽脅迫不對細胞內水分平衡造成破壞；70、120、170 mmol/L時西瓜幼苗葉片脯氨酸含量、可溶性糖含量與對照間差異極顯著，其中，脯氨酸含量較對照分別提高28.31%、63.17%和93.71%，可溶性糖含量較對照分別提高7.91%、24.77%和70.65%。根系活力隨鹽脅迫強度的增強呈現先升高再降低的單峰變化規律，在0～20 mmol/L范圍內，西瓜幼苗根系活力隨NaCl濃度的增加而升高，70～170 mmol/L范圍內，根系活力降低。在20 mmol/L時，SOD活性高于對照，但與對照間差異不顯著（P＞0.05），其他處理均低于對照且與對照間差異極顯著（P＜0.01）。

3 結論與討論

葉綠素熒光與光合作用中的電子傳遞、CO2固定和ATP合成有關[6]，葉綠素熒光參數值的變化可以表征光化學反應及用于熱耗散等過程的變化[7]。Fo是初始熒光，是光系統Ⅱ反應中心處于完全開放狀態時的熒光產量[8]。本試驗結果表明，Fo隨鹽脅迫強度的增強而升高，這可能是因為隨著鹽脅迫強度的增加光系統Ⅱ逐漸受到損傷，PSⅡ與天線色素（LHC）分離[9]，致使光系統Ⅱ的原初光能轉換效率下降，熒光和熱耗散途徑散失的能量在葉綠素所吸收的能量中占比增加，這與張璐穎等[10]在臺灣愷木上的結論一致。Fm表示反應中心未進行光合作用時暗適應下的最大熒光產量值。本試驗條件下，在NaCl濃度70～170 mmol/L范圍內，Fm均顯著低于對照，表明高鹽脅迫使葉片受到光抑制[11]。φPSⅡ和qP變化一致，均隨鹽脅迫強度的增強而降低，這表明鹽脅迫使西瓜幼苗葉片電子傳遞效率和對光能轉換的能力降低。

凈光合速率是表征逆境脅迫強弱的重要生理指標之一，其降低受氣孔因素和非氣孔因素的影響[12]。本試驗結果表明，在低鹽（NaCl 20 mmol/L）脅迫下，西瓜幼苗葉片凈光合速率高于對照，氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO2濃度也高于對照，這可能是氣孔擴張，蒸騰拉力增大，細胞內的光合原料水分和CO2供應充足，促進了光合能力的提高，說明低鹽脅迫下葉片凈光合速率的升高與氣孔因素有關。而在高鹽（NaCl≥70 mmol/L）脅迫下，西瓜幼苗葉片凈光合速率下降，氣孔導度呈現與之保持一致的下降趨勢，但胞間CO2濃度卻表現出不降反升的趨勢，說明致使高鹽脅迫下凈光合速率降低的原因與非氣孔限制因素有關，這可能是因為高鹽脅迫使西瓜幼苗葉片類囊體受損、葉綠素減少，如Na+和Cl-的大量積累對光合酶產生毒害作用，致使光合細胞的光合能力下降[13-14]。

在鹽脅迫等逆境環境下，植物細胞可通過對脯氨酸、可溶性糖及無機離子的積累來調節細胞內的滲透勢，以維持體內水分的平衡，保護細胞內代謝所需的酶活性。張倩等[15]研究指出，隨著鹽脅迫強度的增加，棉花幼苗葉片脯氨酸含量逐漸升高。楊志瑩等[16]研究發現，NaCl脅迫下，野生玫瑰游離脯氨酸與可溶性糖含量顯著高于栽培玫瑰。本試驗結果表明，隨著鹽脅迫強度的增強，西瓜幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量逐漸升高，且均高于對照，這可能與逆境脅迫下的自我調節有關，滲透調節物質的積累有利于提高植物對逆境環境的抵御能力，試驗結果與前人研究一致。作物根系最先感知逆境脅迫，是反映根系生理活動狀況的重要指標[17]。陳景明等[18]研究得出，海馬齒在低濃度鹽脅迫條件下根系活力隨鹽濃度的增加而提高，高濃度脅迫下呈降低趨勢。本試驗條件下，西瓜幼苗葉片根系活力隨鹽脅迫強度的增強呈現先升高再降低的單峰變化規律，試驗結果與前人類似，這可能是因為低濃度的NaCl為根系生理活動提供了必要的離子物質，而高濃度的NaCl破壞了根系的正常生理代謝活動，致使三磷酸腺苷供應不足，進而導致根系活力降低。超氧化物歧化酶（SOD）是抗氧化保護酶系統的重要酶類之一，其通過對植物機體內產生的活性氧的清除來保持細胞膜的完整性，增強抗逆性[19]。本研究結果表明，西瓜幼苗SOD活性在低鹽脅迫下升高，高鹽脅迫下降低，這可能因為低濃度的NaCl增強了抗氧化酶基因在轉錄水平上的表達[20]，而高濃度的鹽脅迫下蛋白質分解大于合成，酶活性下降，植物遭受活性氧傷害加重，保護酶系統受到損傷或破壞[21]。