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，常野生于山坡、田間、林緣，其他地區種植較少，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。由于設施農業的不斷發展，施肥不合理等問題，導致土壤次生鹽漬化日趨嚴重。酸漿經濟價值高，適應性強，設施栽培既可改良土壤又可實現周年生產。

目前，有關酸漿的研究主要集中在栽培、營養分析及藥用價值上，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，為其在天津地區引種栽培及設施栽培提供理論依據。

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 數據分析

采用Excel 2010和SPSS17.0軟件對數據進行統計分析。

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律與凈光合速率變化規律基本相同。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律，因此，表明水分利用率的變化與NaCl處理無關聯。

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境及內部因素對植株生長影響的最直接形態指標。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，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，植物開啟自身調節能力，應對逆境環境。隨著NaCl濃度的增加，植物細胞受到破壞，自身調節能力減弱，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生一定影響。鹽脅迫會使葉片內光合色素發生降解，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?？赡苁怯捎邴}脅迫導致酸漿細胞失水引發滲透脅迫，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，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。