Na2CO3胁迫对番茄嫁接苗生长及生理特性的影响研究

汪强

摘 要：以番茄自根苗和嫁接苗为材料，研究了Na2CO3胁迫对自根苗和嫁接苗生长及生理特性变化的影响。结果表明，在Na2CO3胁迫下明显降低了番茄自根苗和嫁接苗的株高、叶片数、地上部鲜重和干重生物量，随着浓度的增加，受抑程度增强，但嫁接苗受抑程度比自根苗较轻，100 mM Na2CO3胁迫下自根苗死亡；嫁接苗净光合速率（ Pn） 、气孔导度（Gs）、胞间CO2 浓度（Ci）、叶绿素含量均显著高于自根苗；电解质相对渗透率和丙二醛（MDA）含量显著低于自根苗，嫁接苗膜电解质相对渗透率轻于自根苗；脯氨酸显著高于自根苗，渗透调节能力相对较强，表现出较强的抗氧化能力。以上结果证明，番茄嫁接苗耐受Na2CO3胁迫能力优于自根苗。

关键词：Na2CO3胁迫；番茄嫁接苗；生理特性

中图分类号 S641.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）08-19-04

蔬菜设施栽培中，土壤次生盐渍化现象普遍发生，抑制蔬菜作物生长发育，导致产量和品质下降，严重影响设施蔬菜生产的可持续发展[1]。但是一般情况下，碳酸盐和重碳酸盐对作物的危害比盐酸盐和硫酸盐大。番茄是设施栽培的主要蔬菜作物之一，在发芽期和幼苗期对盐胁迫更为敏感，随着盐浓度的增加，严重抑制了番茄植株的生长[2]，而且降低番茄光合效率[3]。许多研究者研究了NaCl对番茄种子萌发[4]、幼苗生长[5]以及番茄果实品质[2]的影响，而关于Na2CO3胁迫对番茄幼苗生长的影响鲜有报道。吴桂臣等[5]研究认为，NaCl和NaHCO3处理对番茄种子萌发及幼苗生长均具有一定的抑制作用，相同浓度的NaHCO3处理对番茄种子萌发的抑制作用大于NaCl处理。进行苗期盐碱胁迫研究发现，随着盐碱强度的增加，对野生大麦植株鲜重的抑制作用增强，这种抑制作用随着胁迫时间的延长而加剧[6]。大庆市地处松嫩平原，大部分土地富含碱式盐并呈碱性，近年来又大力发展棚室蔬菜生产，因此研究碱式盐胁迫对番茄生长发育的影响是必要的。近年来有关嫁接黄瓜[7]、西瓜[8]以及茄子[9]等提高耐盐性的研究报道较多，试验所用盐胁迫均为NaCl，但Na2CO3胁迫下番茄生理生化特性变化尚未见报道。本试验以土培番茄自根苗和嫁接苗为材料，研究Na2CO3胁迫下自根苗和嫁接苗相关生理生化特性变化，为进一步研究番茄抗碱式盐胁迫生理机制奠定基础，同时将为生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计 试验于2012年4～6月在黑龙江八一农垦大学的温室内进行。番茄嫁接砧木为日本番茄砧木——番茄助人606，接穗为红粉无限番茄（种子由北京井田种苗有限公司提供）。番茄砧木播种2d后，再播种接穗种子。分别播于直径l0cm、高l0cm的塑料营养钵中，以草炭、蛭石和珍珠岩混合物（1∶1∶0.5）作基质。砧木长有5～6片真叶、接穗长有3～4片真叶时，采用劈接的方法进行嫁接。嫁接后用塑料薄膜和遮阳网进行覆盖，3d后进行小通风，然后逐渐见光通风，一周后完全揭除覆盖物。当幼苗长有5～6片真叶时挑选生长一致的嫁接苗和自根苗进行Na2CO3处理。试验设3个处理，以Hoagland营养液处理为对照处理1（自根苗为O1；嫁接苗为G1）、Hoagland营养液+50mM Na2CO3（自根苗为O2；嫁接苗为G2）和Hoagland营养液+100mM Na2CO3（自根苗为O3；嫁接苗为G3）分别为处理2、处理3。每个处理15株苗，3次重复，在温室内随机排列。为防止盐的冲击，第一次进行盐胁迫处理时每个营养钵浇灌溶液50mL，3d后浇灌200mL，6d后浇灌300mL，盐溶液胁迫处理后第10d进行光合作用、株高、叶片数、叶面积以及地上部鲜重和干重的测定及生理指标的测定。

1.2 测定项目及方法 经处理的番茄苗从茎基部将地上部与根分开，利用卷尺测量高度。之后，分别称取地上部分鲜重，并用蒸馏水洗净植株，吸水纸吸去附着的水分，置105℃烘箱内杀青15min，再在80℃下干燥至恒定质量，称其干重[10]。取倒数2～3片功能叶用丙酮和乙醇混合液浸提，用比色法测定叶绿素总含量[11]。用Li-6400便携式光合作用测定系统（美国LICOR公司）测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和水分利用效率（WUE）。测定时温度为30±2℃，光照强度1 000mol·m2/s，相对湿度25%～30%，CO2浓度380（±10）μmol/mol [12]，WUE=Pn/Tr[13]。细胞膜透性的测定用DDS-11C电导仪测定电导率，以相对电导率表示细胞膜透性，按下式计算：电解质渗漏率（%）=C1/C2×100%，其中C1表示组织叶片杀死前电导率，C2表示杀死后电导率[11]。丙二醛（MDA）测定采用硫代巴比妥酸法测定[11]；游离脯氨酸含量的测定采用茚三酮法[11]。

1.3 数据统计 试验数据均采用SPSS软件Duncan多重比较法（P<0.05）进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗形态指标的影响 从表观上看，Na2CO3胁迫下，不但植株瘦弱，而且叶片发黄发暗，当胁迫达第6天时，叶片开始萎蔫，呈灼烧状，到第10天时，整个植株呈现萎蔫。从表1可知，在Na2CO3胁迫下，自根苗和嫁接苗的株高、地上部鲜重、干重及叶面积显著降低，随着盐浓度增大，番茄植株各指标变化幅度较大，说明受Na2CO3胁迫影响较大。自根苗处理O1、O2、O3与嫁接苗处理G1、G2与G3相比，其株高、叶片数、地上部鲜重、干重及叶面积下降幅度显著高于嫁接苗，而且随着盐处理浓度的增大，自根苗生长明显受到抑制，说明Na2CO3胁迫对自根苗生物量的抑制作用严重，嫁接苗表现出相对较强的耐盐性。

表1 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗生长的影响

[处理＼&株高（mm）＼&叶片数＼&鲜重（g）＼&干重（g）＼&平均叶面积（mm2）＼&O1＼&34.17±1.21a＼&9±0.3a＼&37.17±1.52b＼&4.37±0.36a＼&156.67±2.07b＼&O2＼&26.67±2.29c＼&7±0.6c＼&32.46±2.01c＼&3.17±0.42c＼&144.00±1.24c＼&O3＼&15.67±1.60e＼&5±0.3c＼&7.15±2.69d＼&1.20±0.77c＼&85.33±2.46e＼&G1＼&35.33±2.01a＼&9±0.7a＼&41.15±2.69a＼&4.45±0.56a＼&168.33±2.27a＼&G2＼&32.00±1.67b＼&8±0.3b＼&32.18±1.65c＼&3.84±0.78b＼&158.67±2.11b＼&G3＼&20.33±1.11d＼&8±0.7b＼&10.17±1.62d＼&3.19±0.86b＼&100.00±1.22d＼&]

2.2 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗光合特性的影响 表2表明，番茄自根苗和嫁接苗在Na2CO3胁迫下，其净光合速率（Pn），蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci）的变化剧烈。在Na2CO3胁迫下，番茄自根苗的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度显著降低，显著低于相同Na2CO3处理下嫁接苗的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs），在100mM Na2CO3处理下，自根苗死亡，而嫁接苗还具有一定的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）。但在胞间二氧化碳（Ci）和水分利用效率（WUE）方面，对照和50mM Na2CO3处理，自根苗和嫁接苗之间差异不显著，但是100mM Na2CO3处理，自根苗死亡。

表2 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗的光合特性的影响

[处理＼&净光合速率

（Pn）＼&蒸腾速率

（Tr）＼&气孔导度

（Gs）＼&胞间二氧化碳浓度（Ci）＼&水分利用效率（WUE）＼&O1＼&18.17±1.65b＼&2.16±0.04b＼&1.33±0.02c＼&0.11±0.01b＼&8.41±0.67a＼&O2＼&10.15±1.26d＼&1.17±0.06c＼&1.07±0.08d＼&0.06±0.01c＼&8.68±0.85a＼&O3＼&0＼&0＼&0＼&0＼&0＼&G1＼&21.70±1.78a＼&3.00±0.25a＼&5.27±0.18a＼&0.13±0.01a＼&8.23±0.98a＼&G2＼&15.87±1.32c＼&2.10±0.28b＼&3.73±0.52b＼&0.03±0d＼&8.56±0.33a＼&G3＼&3.63±0.98e＼&1.04±0.09d＼&1.41±0.11c＼&0.01±0e＼&3.20±0.54b＼&]

2.3 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗叶片叶绿素含量的影响 表3表明，Na2CO3胁迫对自根苗和嫁接苗叶绿素总量、叶绿素a含量和叶绿素b含量的影响。胁迫10d后，50mM Na2CO3处理，自根苗和嫁接苗叶绿素降解明显，显著低于对照（O1和G1），但是100mM Na2CO3处理，自根苗由于死亡不能测得叶绿素含量，而嫁接苗叶绿素含量显著低于其嫁接苗对照（G1），与50mM Na2CO3处理的自根苗的叶绿素含量差异不显著。叶绿素a/b（Chla/Chlb）Na2CO3胁迫下也显著低于对照（O1和G1），50mM Na2CO3处理，嫁接苗叶片叶绿素a/b（Chla/Chlb）显著大于自根苗，随着浓度增加嫁接苗的叶绿素a/b（Chla/Chlb）也逐渐降低。较高的叶绿素含量能够保证嫁接苗具有较好的光合作用，为提高嫁接苗的耐Na2CO3胁迫奠定了物质基础。

表3 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗叶片叶绿素含量的影响

[处理＼&Chla＼&Chlb＼&Ch（a+b）＼&Chla/Chlb＼&O1＼&18.73±1.01a＼&6.92±0.89b＼&25.65±1.98a＼&2.71±0.12a＼&O2＼&10.12±1.23c＼&6.28±0.95c＼&16.40±1.83c＼&1.63±0.24d＼&O3＼&0＼&0＼&0＼&0＼&G1＼&17.67±1.06a＼&7.48±0.87a＼&25.15±1.35a＼&2.37±0.16b＼&G2＼&13.07±1.00b＼&7.01±0.96b＼&20.08±1.46b＼&1.86±0.18c＼&G3＼&9.90±1.30c＼&6.29±0.65c＼&17.19±1.24c＼&1.57±0.53d＼&]

2.4 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗叶片电解质相对渗漏率的影响 电解质相对渗透率是表示植物细胞受破坏程度的生理指标，由图1可知，在Na2CO3胁迫下番茄自根苗和嫁接苗叶片电解质渗透率发生了明显的变化，以对照与50mM Na2CO3处理相比，相对渗透率明显增加，100mM Na2CO3处理，自根苗死亡，而嫁接苗的电解质相对渗透率低于50 mM处理，说明高浓度Na2CO3条件下破坏自根苗和嫁接苗的细胞，导致自根苗死亡，而嫁接苗叶片细胞也受到强烈的伤害。

图1 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗叶片

电解质渗漏率的影响

2.5 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗叶片丙二醛含量的影响 由图2所示，在Na2CO3胁迫下，番茄自根苗和嫁接苗叶片中丙二醛（MDA）含量显著高于对照（霍格兰营养液）处理，并且随着Na2CO3浓度的增加，嫁接苗叶片的丙二醛含量增大，而100mM Na2CO3处理，自根苗死亡。50mM处理，自根苗叶片中MDA含量显著高于50mM和100mM Na2CO3处理的嫁接苗叶片中MDA含量，说明Na2CO3胁迫对嫁接苗的伤害小于对自根苗的伤害。

图2 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗叶片丙二醛含量的影响

2.6 Na2CO3对番茄自根苗和嫁接苗叶片脯氨酸含量的影响 由图3可知，在Na2CO3胁迫下，不论是番茄自根苗，还是嫁接苗叶片中游离脯氨酸含量均显著高于对照（霍格兰营养液处理）。番茄自根苗和嫁接苗相比，50mM Na2CO3胁迫下，自根苗叶片中游离脯氨酸含量显著低于嫁接苗，而100 mMNa2CO3胁迫下，自根苗死亡，而嫁接苗叶片脯氨酸含量显著低于50mM的处理，说明Na2CO3浓度的增加导致了自根苗死亡的同时，嫁接苗也受到伤害，表明了嫁接苗通过生理代谢变化抵御Na2CO3胁迫比自根苗较强。

图3 Na2CO3胁迫对番茄自根苗和嫁接苗脯氨酸含量的影响

3 讨论与结论

盐分对非盐生植物最普通和最显著的效应就是抑制生长[14]，但在逆境条件下，植物会通过改变生长和形态特征，如降低植株高度、叶面积等来适应逆境条件，通过调整生物量分配来维持逆境下植株的存活和生长[15]。张会慧等研究表明，Na2CO3胁迫显著降低了桑树幼苗的株高，减少了叶片数量以及植株各器官的生物量积累，并且浓度低于50mM桑树幼苗的株高、叶片数和生物量急剧下降[16]。本试验中，Na2CO3胁迫均显著降低了番茄自根苗和嫁接苗幼苗的株高，减少了叶片数量和叶面积，以及地上部鲜重和干重。但是结果显示，嫁接苗和与自根苗相比，受Na2CO3胁迫抑制程度不同，自根苗生长指标变化幅度较大，受抑严重，而嫁接苗受抑制的程度低于自根苗，说明嫁接可一定程度上忍耐Na2CO3胁迫对生长的抑制。

叶绿素含量不仅反映植物光合能力，而且也能衡量植物的耐盐性[17]。在盐胁迫下，气孔导度的下降造成CO2供应受阻，能引起光合速率下降[18]；同时认为光合作用也受叶绿素含量的影响，其可能与叶绿体的活性下降相关[3]。Na2CO3胁迫下的小麦[19]、枸杞[20]以及菊芋[21]叶片中叶绿素含量降低，并且菊芋叶片的Pn与叶绿素含量和Gs均呈显著正相关，呈线形显著降低。本研究结果发现，Na2CO3胁迫处理均降低了番茄自根苗和嫁接苗叶片的叶绿素含量，并且还降低了叶绿素a/b的值，这也验证了Na2CO3胁迫能降低植物在生长过程中对光能的捕获和利用能力[22]，但是自根苗在100mM Na2CO3胁迫下，植株死亡，而嫁接苗出现萎焉和褪绿，说明嫁接苗在一定的Na2CO3浓度下，可以经受一定时间的胁迫，比自根苗具有较强的抗胁迫能力。另外，随着Na2CO3胁迫浓度的增加，自根苗在经过胁迫之后，幼苗叶片枯死，而嫁接苗叶绿素含量降低，净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间二氧化碳浓度（Ci）都呈现降低，说明在Na2CO3胁迫影响番茄苗的光合作用过程中，气孔因素和非气孔因素共同起着作用，与张会慧等的研究结果一致[22]。薛延丰和刘兆普[21]研究认为Na2CO3胁迫对植物的伤害，可能是因为Na+的危害和高pH值引起的，这些均可加速叶绿素降解，降解或损坏捕光色素蛋白复合体和反应中心蛋白复合体，导致转能效率降低、光合作用下降，植物生长受到抑制。

盐胁迫条件下植物组织细胞的膜结构和功能易遭破坏，导致细胞膜透性增大，增加了离子外渗，丙二醛含量增加，因而可以通过测定外渗液电导值的大小和生成丙二醛的多少来判断细胞膜的破坏程度，进而确定盐胁迫对植物的伤害大小。本试验结果表明，与对照相比，在Na2CO3胁迫下自根苗和嫁接苗的相对电解质的相对渗漏率有显著差异（P<0.05），并且50mM Na2CO3处理，番茄自根苗的电解质相对渗漏率大于嫁接苗，但是在100mM Na2CO3胁迫下自根苗死亡，而嫁接苗的电解质相对渗漏率降低，说明Na2CO3胁迫对自根苗的伤害严重，而在高浓度下对嫁接苗也造成严重伤害，叶片失水萎蔫。

丙二醛（MDA）是细胞脂质过氧化的产物，其含量可揭示脂质过氧化的程度[23]，并且其具有细胞毒性物质，能破坏膜结构[24]，还能使叶绿素降解[25]，从而降低光合作用。番茄自根苗和嫁接苗在经受Na2CO3胁迫后，叶片MDA含量显著（P<0.05），最终导致膜透性增加，但是自根苗叶片丙二醛含量显著高于嫁接苗。但在高浓度Na2CO3胁迫下，自根苗和嫁接苗都遭受到严重的伤害，嫁接苗叶片丙二醛降低，自根苗死亡。

在盐分胁迫下，游离脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物。高文俊等[26]发现Na2CO3胁迫下，冰草中脯氨酸的含量随着浓度的增加呈现先增加后降低的现象，但是在对葡萄的研究中发现，随着Na2CO3浓度的增加，葡萄叶片中脯氨酸的含量一直增大[27]。本试验中番茄自根苗和嫁接苗在50mM Na2CO3胁迫下叶片中脯氨酸被诱导增加，显著高于对照（P<0.05），而嫁接苗叶片中脯氨酸的含量高于自根苗；但是100mM Na2CO3胁迫下，嫁接苗中脯氨酸的含量却低于50 mM Na2CO3处理。以上结果说明番茄可以脯氨酸来调节体内的pH值，并以此缓解Na2CO3的伤害，但是嫁接苗的能力强于自根苗。

综上所述，在Na2CO3胁迫下，与番茄自根苗相比，嫁接苗在光合作用、叶绿素和生物膜保护以及渗透调节物质等方面均表现出优势，具有较强的耐盐碱胁迫能力。但是植物耐Na2CO3胁迫的机理是复杂的，涉及很多方面，如盐胁迫后植物细胞的信号转导及特异蛋白的合成等，这些都有待进一步研究。

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（责编：陶学军）