鹽脅迫對鐵皮石斛幼苗生長特性的影響

丁久玲, 史俊, 高大響, 鄭凱, 席剛俊

(江蘇農林職業技術學院, 江蘇 句容 212400)

鐵皮石斛在我國是非常名貴的中藥, 具有生津養胃、滋陰清熱等功效[1]。土壤鹽漬化已成為困擾其生態環境的難題, 栽種適宜的植物是目前鹽堿化土壤治理利用較為有效的方法[2]。鐵皮石斛對環境要求更嚴格, 其中土壤中的鹽堿含量是影響鐵皮石斛幼苗生長的主要因素之一[3]。目前, 在鹽堿地種植中草藥逐漸興起, 但關于鐵皮石斛幼苗用于鹽堿地的報道較少。篩選出能適應鹽漬化、且不影響其生長的藥用植物, 不但可以推動鐵皮石斛在國內的大范圍種植, 還可以利于我國鹽堿含量過高的土地的開發利用[4]。

本研究針對鐵皮石斛幼苗進行不同鹽濃度脅迫, 通過分析鐵皮石斛葉片的枯黃率、生長速率、葉綠素含量、果糖1, 6-二磷酸醛縮酶 (FBA) 活性、二磷酸核酮糖羧化酶 (Rubisco) 活性等數據,意在篩選出最適合鐵皮石斛生長的鹽堿環境, 探索不同濃度的鹽脅迫對鐵皮石斛生長特性的影響以及鐵皮石斛對鹽脅迫的耐性, 不僅促進鐵皮石斛耐鹽種質的鑒定和篩選, 同時為鐵皮石斛的快速繁殖以及擴大鐵皮石斛種植范圍提供技術支持, 也為開發鹽堿荒地提供一定的技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料

材料選自江蘇農林職業技術學院農博園中草藥基地, 生長健壯、生長一致、生長滿1 a 的鐵皮石斛組培幼苗。

1.2 實驗設計

將供試材料按10 cm×10 cm 株行距栽植于裝有鐵皮石斛專用基質的栽培盤 (長40 cm×寬40 cm×高8 cm) 內, 于采光大棚內集中正常管理。設置5個不同濃度的鹽脅迫處理, 分別為0、50、100、150、200 mmol·L-1, 對 應 編 號 分 別 為CK、S1、S2、S3 和S4, 各處理均以Hoagland 營養液為基礎配置, 每個處理設3 個重復, 每個重復3 個栽培盤。每周進行一次定時定量噴施, 連續噴灑8 周,采用葉面噴灑方式, 噴至葉片完全濕潤且往下滴水為止。期間每周測量倒一葉葉片長度, 2 個月后統計葉片枯黃數, 取鐵皮石斛相應鹽脅迫下的培養基進行土壤水溶性總鹽測定, 并取倒2 ～4 葉測定葉綠素含量、二磷酸核酮糖羧化酶活性、果糖-1, 6-二磷酸醛縮酶活性指標。

1.3 測定項目

1.3.1 土壤水溶性總鹽

應用重量分析法測定土壤水溶性總鹽[5]。

1.3.2 葉片枯黃率

葉片枯黃標準: 以目測法, 單個葉片上枯黃面積達50%以上者統計為枯黃葉片。葉片枯黃率為枯黃葉片數除以植株總葉片數再乘以100。

1.3.3 葉片生長速率

各栽培盤選取3 株生長一致的鐵皮石斛苗, 在倒一葉上做標記, 每周測量倒一葉葉片長度, 計算葉片生長速率。

1.3.4 葉片葉綠素含量

采用分光光度法測定葉片中的葉綠素含量[6]。

1.3.5 二磷酸核酮糖羧化酶活性

運用二磷酸核酮糖羧化酶分光光度計試劑盒測定, 試劑盒由蘇州科銘生物技術有限公司提供。

1.3.6 果糖1, 6-二磷酸醛縮酶活性

運用果糖1, 6-二磷酸醛縮酶分光光度計試劑盒測定, 試劑盒由蘇州科銘生物技術有限公司提供。

1.4 統計分析

使用Excel 2019 分析數據和制圖。

2 結果與分析

2.1 不同濃度鹽脅迫對土壤水溶性總鹽含量的影響

鹽脅迫處理2 個月后, 測定5 個鹽濃度下的栽培盤內培養基的土壤水溶性總鹽含量, 結果顯示,CK 的土壤中水溶性總鹽含量最低, 為3.396 g·kg-1; S1 總鹽含量為3.795 g·kg-1; S2 總鹽含量為4.687 g·kg-1; S3 總鹽含量為5.586 g·kg-1;S4 總鹽含量為5.894 g·kg-1。由此可以看出, 鹽脅迫濃度升高, 鐵皮石斛培養基中總鹽含量也增加, 總體呈上升趨勢。

2.2 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛幼苗葉片枯黃率的影響

葉片枯黃率是反映植物生長狀態的重要指標之一, 數值越低, 植物生長良好, 數值越高, 植物則生長不良。由圖1 可知, 隨著鹽脅迫濃度的增加,鐵皮石斛幼苗葉片枯黃率整體呈現上升趨勢。其中處理S1 和S2 的葉片枯黃率與CK 相比差異不明顯, 而處理S3 和S4 則明顯高于CK; 處理S4 的葉片枯黃程度最高, 達到62.83%。根據以上分析可看出, 鹽脅迫均會使鐵皮石斛的葉片枯黃率有所增加, 鹽脅迫濃度較低 (50 ～100 mmol·L-1) 時其增加不明顯; 而當鹽脅迫濃度較高時(≥150 mmol·L-1), 其值大幅增加, 嚴重影響鐵皮石斛的生長發育。

圖1 不同濃度鹽脅迫對葉片枯黃率的影響

2.3 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛幼苗葉片生長速率的影響

植物的葉片生長速率是單位時間內的植物生長量, 以葉片為載體, 通過研究不同鹽脅迫下鐵皮石斛葉片生長速率的大小, 可反映出鐵皮石斛幼苗對于鹽脅迫的耐受程度。

由圖2 可看出, 鐵皮石斛葉片生長速率隨著鹽脅迫程度的增加而呈下降趨勢。與CK 相比, 處理S1 的葉片生長速率最大, 其次是S2, 二者差異不明顯, 且稍低于CK; 處理S3 和S4 的葉片生長速率大幅降低, 明顯低于CK, 僅為每周0.10 mm 和0.04 mm。據此可認為, 鹽脅迫均會使鐵皮石斛的葉片生長速率有所減慢, 鹽脅迫濃度較低 (50 ～100 mmol·L-1) 時, 其減慢不明顯; 而當鹽脅迫濃度較高時 (≥150 mmol·L-1), 其值大幅減小,嚴重抑制鐵皮石斛葉片生長。

圖2 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛每周生長速率的影響

2.4 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛幼苗葉片葉綠素含量的影響

在光合作用中, 葉綠素是不可或缺的因素, 不僅反映了植物光合作用能力, 還可以體現出植物生長發育營養狀況, 其含量的高低與植物的生長息息相關。

據圖3 得出, 隨鹽脅迫處理濃度的提高, 鐵皮石斛幼苗葉片葉綠素含量的變化趨勢同葉片生長速率, 亦呈現出降低態勢。處理S1、S2 和S3 三者的葉片葉綠素含量相差不明顯, 均稍低于CK; 處理S4 葉片葉綠素含量最低, 明顯低于其他處理和CK。由此可判斷, 不同濃度鹽脅迫均會不同程度地抑制鐵皮石斛的葉片葉綠素含量, 濃度較低時(50 ～150 mmol·L-1), 抑 制 不 明 顯; 濃 度≥200 mmol·L-1時, 其值明顯下降。

圖3 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛葉綠素含量的影響

2.5 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛二磷酸核酮糖羧化酶活性的影響

二磷酸核酮糖羧化酶 (Rubisco) 是光合作用化學反應中主要的羧化酶, 更是光通氣中必需的加氧酶, 通過系列化學反應, 能夠把CO2轉變為磷酸甘油酸的形態, 被一些酶變為蔗糖等有機物質, 既限制著CO2的穩定, 而且又抑制著碳素向卡爾文 (Calvin) 循環和光吸氧循環分流, 其活力的強弱影響著光合速度。同時植物光合能力與其生長發育密切相關, 故二磷酸核酮糖羧化酶活性高低在一定程度上可反映植物生長狀況。

由圖4 分析可看出, 隨著鹽脅迫濃度的升高,鐵皮石斛的Rubisco 活性呈現先上升后下降的趨勢。其中, 處理S1 的Rubisco 活性達到峰值, 明顯高于其他處理及CK; 處理S2 和S3 的Rubisco 活性稍低于S1, 三者差異不明顯, 與CK 相比較, 稍高于CK, 差異不明顯; 處理S4 的Rubisco 活性最低, 明顯地低于其他處理。故可知, 適宜濃度的鹽脅迫 (50 ～150 mmol·L-1) 利于鐵皮石斛Rubisco活性的提高, 而當濃度超過一定值時(≥200 mmol·L-1), 則會大大降低Rubisco 活性。

圖4 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛Rubisco活性的影響

2.6 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛果糖 1, 6-二磷酸醛縮酶活性的影響

植物葉綠體中果糖 1, 6-二磷酸醛縮酶(FBA) 是光合作用中參與卡爾文循環的重要酶。不同濃度的鹽脅迫對鐵皮石斛FBA 活性的影響表現不同 (圖5), 總體呈現先升后降的趨勢。處理S2 的FBA 活性最大, 明顯高于CK 和處理S4, 與處理S2 和S3 差異不明顯; 處理S4 的FBA 活性低于其他處理及CK。說明適宜濃度的鹽脅迫 (50 ～150 mmol·L-1) 可促進鐵皮石斛FBA 活性增強,而當濃度超過200 mmol·L-1時, 則會大大降低FBA 活性。同時過高濃度的鹽脅迫使鐵皮石斛幼苗葉片的抽生和擴展受到明顯抑制, 葉片枯黃程度加劇, 幼苗生長受到明顯抑制, 植株外觀長勢受抑制嚴重, FBA 活性達到最低值。

圖5 不同濃度鹽脅迫對鐵皮石斛FBA 活性的影響

3 結論與討論

植物經過鹽脅迫處理后, 生理生化指標均會受到影響[7], 本研究對鹽脅迫下鐵皮石斛幼苗的葉片枯黃率、葉片生長速率、葉綠素含量、Rubisco活性、FBA 活性進行探討, 發現在適宜鹽濃度下,鐵皮石斛幼苗葉片生長速率保持較高的水平、葉片枯黃率相對較低, 反映其生長狀況的生理指標—葉綠素含量、Rubisco 活性和FBA 活性保持在較高的水平。

鐵皮石斛幼苗的外部形態變化是受到鹽脅迫時最直觀的反應, 葉片枯黃程度和葉片生長速率反映了鐵皮石斛幼苗生長狀況。研究表明, 鹽脅迫濃度較低 (50 ～100 mmol·L-1) 時, 鐵皮石斛幼苗的葉片枯黃率和葉片生長速率受影響不大, 鹽脅迫對其生長發育抑制作用不明顯; 而當鹽脅迫濃度較高時 (≥150 mmol·L-1), 對鐵皮石斛幼苗的生長抑制作用大幅度增加。

葉綠素是一類綠色色素, 能進行光合作用的生物體含有的色素, 對植物生長有著直接的影響。金雅琴等[8]研究表明, 植物葉片中葉綠素含量隨著鹽脅迫濃度的增加而遞減, 但在低濃度下的鹽脅迫處理并不會對葉綠素含量產生太大影響; 有學者表明[9-10], 低鈉鹽可以增加植物葉片中葉綠素含量。本研究結果顯示, 輕度的鹽脅迫 (＜100 mmol·L-1) 對鐵皮石斛幼苗葉片葉綠素含量影響較小,與李鳳玲等[11]

研究結果相符。Rubisco 活性的大小對光合速率有直接的影響,且會因環境的改變而發生變化[12]。本研究探究了鹽脅迫對鐵皮石斛Rubisco 活性的影響, 結果發現, 鹽脅迫濃度50 mmol·L-1時鐵皮石斛的Rubisco 活性達到較高水平, 植物光合速率提高;隨著鹽脅迫濃度的增加 (100 ～150 mmol·L-1),鐵皮石斛Rubisco 活力緩慢降低, 但沒有低于對照。說明低鹽濃度下, 可以有效促進鐵皮石斛的Rubisco 活性增加, 葉肉細胞利用CO2的能力提高, 其光合速率上升, 利于植物良好生長。

FBA 在植物葉綠體中是控制光合碳同化速度的重要酶之一[13], 與葉綠素和Rubisco 協同作用,共同影響著植物的光合作用, 關系著植物生長狀況。當鐵皮石斛幼苗鹽脅迫濃度50 ～150 mmol·L-1時, FBA 活性達到較高的水平, 促使鐵皮石斛光合碳同化率提高。

綜上所述, 50 ～100 mmol·L-1低濃度的鹽脅迫可使鐵皮石斛葉片枯黃率處于較低的水平, 葉片生長速率較高, 葉綠素含量、FBA 活性和Rubisco活性均有明顯提高, 植物生長良好, 光合系統正常, 說明鐵皮石斛對低濃度鹽環境具有一定的耐受性。在實際應用中結合鐵皮石斛耐鹽性的優勢將其種植于低鹽環境中, 在不影響其生長的情況下, 既對鹽漬化土壤起到一定的改良作用, 又可以發揮其藥用價值。