2,4-表油菜素內酯對鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片光合特性的影響

張帥磊，羅石磊，張文淵，李嘉琪，張國斌

(甘肅農業(yè)大學 園藝學院，蘭州 730070)

土壤鹽分是世界范圍內農業(yè)生產中主要的非生物脅迫[1]。據統計，世界上可耕地土壤約有1/3的面積發(fā)生鹽漬化，嚴重影響著農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。中國目前鹽漬化土壤面積已超過3 600 萬hm2，占全國可利用面積5%左右[3]。

黃瓜(CucumissativusL.)是中國主要蔬菜作物之一，并對鹽脅迫十分敏感[4]。高濃度鹽脅迫會致使黃瓜葉片葉綠體變形，基質類囊體片層結構部分損傷，抑制光合電子傳遞鏈并影響氣孔開閉，降低光合效率，進而影響植株生長發(fā)育[3, 5-7]。嚴蓓等[8]研究表明，NaCl脅迫會導致黃瓜葉片光系統Ⅱ(PSⅡ)遭到損傷，降低PSⅡ光化學效率；王中玉等[9]研究發(fā)現，NaCl脅迫會降低西瓜幼苗葉片PSⅡ的電子傳遞能力。

2,4-表油菜素內酯(EBL)是植物生長過程中不可或缺的第六大類激素[10-11]。前人研究表明，EBL具有提高植物光合效率、促進光合作用、調節(jié)細胞生理環(huán)境、促進正常生理生化代謝從而提高植物抗逆性的作用[12-14]。外源噴施EBL可以提高鹽脅迫條件下番茄葉片暗適應后的最大熒光強度(Fm)，顯著增加番茄葉片原初光能轉化效率(Fv/Fm)[15]；同時，外源噴施EBL可以提高鹽脅迫下刺槐幼苗葉片電子傳遞量子效率(ΦPSⅡ)，減輕NaCl脅迫對苜蓿幼苗PSⅡ反應中心的破壞程度，促進QA氧化，提高PSⅡ的傳遞效率[16]。

葉綠素熒光技術具有高靈敏度、非破壞性和可靠性，可快速測量光合效率，特別是PSⅡ，其可表明植物在逆境條件下光合器官的受損程度[17-19]。目前，關于EBL調控黃瓜光合性能的研究主要集中在葉片氣體交換參數方面，EBL在正常環(huán)境和鹽脅迫環(huán)境下均可提高黃瓜幼苗的凈光合速率，增強幼苗光合能力，而EBL對鹽脅迫條件下黃瓜葉綠素熒光參數影響的研究則鮮見報道。本試驗以黃瓜為試驗材料，研究了外源2,4-表油菜素內脂(EBL)對中度鹽脅迫條件下黃瓜幼苗葉片PSⅡ的影響，探討EBL緩解中度鹽脅迫黃瓜幼苗的光合生理機制，為油菜素內脂在黃瓜鹽脅迫下的抗逆研究提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在甘肅農業(yè)大學園藝學院進行，選用的黃瓜品種為‘新春4號’，種子由山東省新泰市科潤種業(yè)有限公司生產。2,4-表油菜素內酯(brassionolide,C28H48O6,EBL)由北京索萊寶科技有限公司生產。2,4-油菜素內脂生物合成抑制劑蕓苔素唑(brassinazole，C18H18ClN3O，BZR)由上海源葉生物科技有限公司生產。

1.2 試驗處理

黃瓜于2021年7月6日進行浸種催芽，7月12日移栽于容積為1.5 L的水培栽培盆中，每盆4株，放置于人工氣候箱，晝/夜溫度設置為28 ℃/18 ℃，光照強度設置為20 000 Lux，待第一片真葉展平后調整為30 000 Lux；使用的營養(yǎng)液為改良霍格蘭德營養(yǎng)液。待苗齡20 d時(兩葉一心)，挑選生長一致的黃瓜苗，每盆保留3株，進行處理，每個處理3次重復。試驗采用隨機區(qū)組排列，依照前期預備試驗結果，共設置如下5個處理：1)CK，營養(yǎng)液+葉面噴蒸餾水；2)NaCl，營養(yǎng)液+50 mmol/L NaCl + 葉面噴蒸餾水； 3)EBL，營養(yǎng)液+50 mmol/L NaCl + 葉面噴0.01 mg/L EBL；4)BZR，營養(yǎng)液+50 mmol/L NaCl + 葉面噴24 μmol/L BZR，抑制黃瓜植株內部EBL合成；5)EBL+BZR，營養(yǎng)液+50 mmol/L NaCl + 葉面噴0.01 mg/L EBL+葉面噴24 μmol/L BZR，在抑制黃瓜植株內部EBL合成的基礎上外源噴施EBL，觀察EBL對鹽脅迫黃瓜幼苗的影響。各處理均在鹽脅迫當天晚上，氣候箱光照關閉后同一時間進行外源物質噴灑處理，以所有葉片正反面均濕潤凝結水珠而不滴落為準，每隔24 h處理1次，共處理7次。

1.3 葉綠素熒光參數測定

處理7 d后，選取黃瓜幼苗最大功能葉片，使用Handy PEA(Hansatech Instruments Ltd.)儀測定葉片OJIP曲線，使用CIRAS-2(UK)便攜式光合儀測定黃瓜葉片的氣體交換參數，每個處理至少測量5次。測定前葉片充分暗適應30 min，使用3 000 μmol·m-2·s-1紅光誘導，測定時間為2 s。JIP-test參數計算方法參照李鵬民[20]、Strasser R J等[21]的方法，具體參數如表1所示。

表1 文中所用參數計算公式及含義

1.4 數據統計分析

使用Excel 2019進行數據的統計與整理；利用SPSS 25進行數據單因素方差分析(P< 0.05)，用Duncan’s進行多重比較；使用Origin 2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 外源噴施EBL對黃瓜幼苗葉片氣體交換參數的影響

圖1，A～D表明，外源噴施EBL均顯著增加了鹽脅迫環(huán)境下黃瓜幼苗葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)，降低胞間二氧化碳濃度(Ci)。其中，相較于NaCl處理，EBL處理和EBL+BZR處理Pn分別顯著增加了84.4%和41.4%，Gs分別顯著增加了84.2%和46.4%，Tr分別顯著增加了65.5%和27.7%，而其Ci降低了11.9%和3.5%，但BZR處理的氣體交換參數與NaCl處理之間均無顯著差異。總體而言，外源EBL能夠增加鹽脅迫環(huán)境下黃瓜幼苗葉片的Pn、Gs、Tr，降低Ci，但Pn、Gs、Tr均未恢復至對照水平。

2.2 外源噴施EBL對黃瓜幼苗葉片OJIP曲線的影響

圖2，A顯示，鹽脅迫處理(NaCl)黃瓜幼苗葉片的OJIP曲線與CK相比發(fā)生了明顯變化，其整體熒光強度下降，Fm減小，并與CK呈顯著差異；EBL處理和EBL+BZR處理明顯增加了鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片的Fm，以及Fo到Fm的時間，并接近CK水平；與NaCl處理相比，BZR處理則導致黃瓜幼苗葉片熒光強度下降，并與EBL+BZR和EBL處理存在顯著性差異。同時，進一步將OJIP曲線進行O-P點標準化后，得到VO-P曲線(圖2，B)。其中，在鹽脅迫條件下，各處理黃瓜幼苗葉片的VO-P曲線有相同的變化趨勢，與CK曲線變化趨勢明顯不同，并在K、J、I點熒光強度變化較大、明顯升高，尤其J點熒光強度升高更加明顯。J點反映的是QA被還原的速率，如果QA向QB的電子傳遞受到限制，J點則會升高，這表明鹽脅迫后黃瓜葉片電子傳遞鏈的PS Ⅱ受體側活性受到了傷害。另外，在EBL處理和EBL+BZR處理后，VO-P曲線K點和J點的熒光值均比NaCl處理大幅下降，又表明EBL處理有效緩解了鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片光合電子傳遞鏈中PS Ⅱ受體側的傷害程度；與NaCl處理相比，BZR處理后VO-P曲線J點則進一步降低，I點卻升高，說明QA到QB電子傳遞受到的抑制程度進一步加劇。以上結果說明，鹽脅迫環(huán)境下外源噴施EBL能夠緩解黃瓜幼苗葉片光合電子QA向QB傳遞被抑制的現象。

2.3 外源噴施EBL對黃瓜幼苗葉片JIP-test參數的影響

ψo反映光合電子傳遞中電子傳遞到QA以下的效率，而ψEo反映天線吸收的能量傳遞到QB以下的效率。圖3，A、B顯示，各處理黃瓜幼苗葉片ψo和ψEo值表現相同，均為CK > EBL >EBL+BZR > BZR > NaCl，且NaCl和BZR處理顯著低于EBL和EBL+BZR處理，而CK 與 EBL、BZR 與 NaCl之間無顯著差異，其變化趨勢與VO-P曲線(圖2，B) 中J點熒光強度值變化趨勢一致。這說明中度鹽脅迫顯著阻礙了黃瓜葉片光合電子由QA向QB的傳遞，顯著降低了天線吸收的能量傳遞到QB以下的效率，外源EBL處理有效緩解了上述受阻程度，并恢復至對照水平，解除了鹽脅迫的傷害。

同時，VI和VJ值分別表示I點和J點相對可變熒光強度，Vi增高表明PQ庫接受電子的能力下降，Vj值越大表明QA向QB電子傳遞效率越低，而dV/dto反映了光合電子傳遞過程中QA被還原的最大速率。圖3，C～E顯示，EBL處理、EBL+BZR處理和CK黃瓜幼苗葉片Vi、Vj和dV/dto值均顯著低于BZR處理和 NaCl處理，EBL處理和EBL+BZR處理則與CK無顯著差異。說明中度鹽脅迫致使PQ庫接受電子的能力顯著下降，也導致QA向QB電子傳遞效率顯著降低，而引起QA還原程度顯著增加；EBL處理和EBL+BZR處理顯著提高了鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片PQ庫接受電子能力和光合電子由QA向QB的傳遞效率，顯著降低了QA還原程度，并恢復至對照水平。

另外，黃瓜葉片光合性能指數PIABS(圖3，F)和原初光能轉化效率Fv/Fm(圖3，G)在BZR處理和NaCl脅迫均比CK顯著減小，PIABS在EBL處理和EBL+BZR處理下稍低于CK卻顯著高于BZR和 NaCl處理，Fv/Fm在EBL+BZR處理下稍低于EBL 處理而顯著高于BZR和NaCl處理，兩者在BZR處理下相對于鹽脅迫更低。說明外源EBL處理顯著增加了中等鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片PIABS和Fv/Fm，有效恢復了黃瓜葉片光合性能和原初光能轉化效率。

2.4 外源噴施EBL對黃瓜幼苗葉片PSⅡ比活性參數的影響

由表2可知，鹽脅迫處理降低了黃瓜幼苗葉片ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm、RC/CSm、TRo/RC、ETo/RC，增加了DIo/CSm、DIo/RC；EBL處理和EBL+BZR處理緩解了鹽脅迫條件下ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm、RC/CSm、ETo/RC等的降低和DIo/CSm、DIo/RC的增加，BZR處理表現與其呈相反趨勢。其中，黃瓜葉片ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm和RC/CSm在中度鹽脅迫下分別比CK顯著降低了11%、14.8%、39.4%和12.01%，EBL處理較NaCl處理分別顯著提高了5.7%、7.7%、29%和10.6%，EBL+BZR處理較NaCl處理分別顯著提高了6.7%、9%、24.7%和11.4%。EBL處理和EBL+BZR處理的TRo/RC 值和ABS/RC值，相較于NaCl處理和BZR處理均有所下降。以上結果說明EBL增加了鹽脅迫的黃瓜幼苗葉片內ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm和RC/CSm，降低了DIo/CSm、DIo/RC，緩解了鹽脅迫條件下黃瓜幼苗葉片內活性反應中心的損傷，增加葉片光能利用率。

3 討 論

光合作用是植物賴以生長的基礎[22]，當植物遭受鹽脅迫時，會引起植物凈光合速率下降，氣孔關閉現象，從而導致植物正常生長受阻[23]。鹽脅迫在一定程度上會影響黃瓜光合作用過程中的各個環(huán)節(jié)，其中PS Ⅱ最易受到傷害[24]，寇江濤研究表明，EBL可以改善鹽脅迫后引起的西瓜凈光合速率下降及氣孔導度等光合指標[25]。本研究發(fā)現，外源噴施EBL后能顯著改善鹽脅迫導致的黃瓜葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)下降，并降低胞間CO2濃度(Ci)。Farquhar等研究表明當Ci隨Gs同時具有下降趨勢時才能說明Pn的下降是由氣孔限制造成的[26]。本試驗結果顯示，黃瓜幼苗在鹽脅迫后葉片氣孔導度Gs顯著低于對照CK，而胞間CO2濃度Ci高于對照CK，由此說明本試驗中導致黃瓜幼苗葉片凈光合速率Pn的下降是非氣孔因素所致。

OJIP曲線能夠反映大量有關PSⅡ光合電子傳遞過程中的信息。前人研究表明，植物遭受鹽脅迫后引起PSⅡ原初光能轉化效率Fv/Fm降低的原因[27]，是植物受到逆境脅迫，光合機構吸收的光能超過其所能利用的能量引起了光抑制[28]，從而導致了PSⅡ的損傷。本試驗結果表明外源EBL緩解了鹽脅迫導致的黃瓜幼苗葉片PSⅡ原初光能轉化效率Fv/Fm的降低，并接近CK水平，說明外源EBL對鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片的PSⅡ的損傷具有明顯緩解作用，這與范翠枝等[15]的研究結果相一致。

另外，光合性能指數PIABS可以反映光合功能，對逆境脅迫響應非常敏感[31]，本研究結果顯示外源噴施EBL后，EBL處理和EBL+BZR處理均可引起鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片光合性能指數、單位面積內有活性的反應中心數目(RC/CSm)、單位面積內吸收的光能(ABS/CSm)、捕獲的光能(TRo/CSm)、用于電子傳遞的光能(ETo/CSm)等顯著增加，單位面積熱耗散(DIo/CSm)、單位反應中心耗散掉的能量(DIo/RC)減少，從而提升了黃瓜幼苗在鹽脅迫條件下的光合能力。外源噴施BZR后對黃瓜幼苗體內自身產生EBL具有抑制作用，但比活性參數顯示BZR處理并沒有比鹽脅迫傷害更加嚴重，這可能與黃瓜幼苗體內多種抗鹽途徑有關[32]。

綜上所述，外源噴施EBL緩解了鹽脅迫導致的黃瓜幼苗葉片PSⅡ供體側的傷害，促進了光合電子傳遞過程中電子QA向QB的傳遞，從而改善了鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片的光合性能，增加Pn、Gs、Tr，而降低Ci。而BZR處理黃瓜幼苗葉片光合性能進一步降低，再次說明EBL對黃瓜幼苗鹽脅迫引起的PSⅡ傷害有顯著緩解作用。