NaCl胁迫对黄瓜幼苗生长及光合作用特征的影响

曾志锋，闫小红,2，胡文海,2



NaCl胁迫对黄瓜幼苗生长及光合作用特征的影响

曾志锋1，闫小红1,2，*胡文海1,2

（1.井冈山大学生命科学学院，江西，吉安 343009; 2. 江西省生物多样性与生态工程重点实验室，江西，吉安 343009）

以碧春黄瓜为材料，研究了不同浓度NaCl处理对黄瓜幼苗生长、叶片光合作用特性、以及脯氨酸和丙二醛含量的影响。结果表明：10 mmol/L NaCl处理促进了黄瓜幼苗生长，但高浓度NaCl（≥ 25 mmol/L）处理下，黄瓜幼苗的生物量、净光合速率（Pn）、气孔导度( Gs)、胞间CO2浓度( Ci)、光系统II电子传递量子效率（ΦPSⅡ）和叶绿素含量均随着浓度增加下降，气孔限制值（LS）、MDA和脯氨酸含量则随着浓度增加而上升；但NaCl处理对光化学效率（Fv/Fm）影响不大。由此说明，低浓度NaCl处理促进了黄瓜幼苗的生长，且NaCl浓度低于100 mmol/L时也未引起黄瓜幼苗叶片光抑制的发生，其光合作用下降的主要原因是叶绿素含量下降以及气孔限制，并且脯氨酸含量的增加也起到增强其抗性的作用。

NaCl胁迫；黄瓜；光合作用；叶绿素荧光；脯氨酸

近些年我国设施园艺发展迅速，但是与发达国家相比，我国设施园艺的发展水平还很低。由于缺乏科学管理，在多年连作的设施栽培中，土壤次生盐渍化已成为制约作物高产和优质的主要限制因素之一[1-2]。植物生长发育离不开光合作用，盐胁迫抑制了植物光合作用的进行[3]。研究表明，盐胁迫可通过影响光合色素合成、光合器官结构、光合作用过程等抑制植物的光合[4]。黄瓜叶片叶绿素含量随盐浓度上升而下降[5-6]；也有研究表明，叶肉细胞中叶绿体可能是感受盐胁迫最敏感的细胞器，盐胁迫导致类囊体排列紊乱、基粒排列方向改变、被膜破损甚至解体等叶绿体超微结构的明显变化[4]。目前对于盐胁迫导致作物光合作用下降的原因仍不统一。在菠菜、小麦等研究中表明主要是气孔限制为主，而在玉米、甜椒等研究中则表明非气也气孔因素占主导作用[4]。在甜瓜的研究中则表明，低盐胁迫下以气孔限制为主，而高盐胁迫时由主要是非气孔限制[7]。另有研究表明，盐胁迫下植物细胞会发生渗透胁迫，而脯氨酸等渗透物质具有调节细胞渗透及细胞膜结构稳定的作用。因此，盐胁迫条件下，植物可通过生成与积累游离脯氨酸以缓解胁迫作用[8-9]。韩金龙等发现盐胁迫下玉米耐盐品种脯氨酸含量远高于不耐盐品种[10]，夏方山等研究表明碱地风毛菊苗期脯氨酸含量随盐胁迫浓度增大含量上升[11]。

黄瓜是主要的温室蔬菜作物，然而，黄瓜耐盐性较差，尤其是在幼苗阶段，一定程度的盐胁迫会抑制其光合作用的进行，导致其生长受阻，并最终影响到其产量和品质，但目前有关盐胁迫影响黄瓜光合作用作用机制的报道并不多。因此，本试验以NaCl溶液模拟盐胁迫，研究不同浓度盐胁迫对黄瓜幼苗生长和光合作用的影响，以探索盐胁迫导致其光合作用下降的作用机制以及黄瓜对盐胁迫的适应机制，为黄瓜设施生产提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以碧春黄瓜(L. vs）为材料。种子用0.4 %KMnO4消毒，发芽后播于沙盘中，第1 片真叶露出后，挑选生长一致的幼苗洗净根部移入8 L培养盘中，每盘6 株，用1/2的改良Hogland营养液进行培养，全营养液配方为（1L体系）：Ca(NO3)2·4(H2O) 945 mg/L，KNO3506 mg/L，NH4NO380 mg/L，KH2PO4136 mg/L，MgSO4493 mg/L，铁盐溶液 2.5 mL，微量元素液 5 mL，pH = 6.0。铁盐溶液：FeSO4·7(H2O) 2.78 g，EDTA.Na 3.73 g，蒸馏水 500 mL，pH = 5.5。微量元素液：KI 0.83 mg/L，H3BO36.2 mg/L，MnSO422.3 mg/L，ZnSO48.6 mg/L，Na2MoO4·2H2O 0.25 mg/L，CuSO40.025 mg/L，CoCl20.025 mg/L。幼苗适应生长2天后，进行NaCl处理（浓度分别为0、10、25、50、100 mmol/L）。试验期间每天调1次pH值，5 d更换1 次营养液并利用气泵进行24 h通气。每处理5次重复。处理后第10 天进行光合作用和叶绿素荧光参数的测定。同时取顶端第一片功能叶进行叶绿素、丙二醛（MDA）及脯氨酸（Proline）的含量测定。最后进行植株生物量测定。

1.2 测定方法

用LI-6400XT便携式光合仪荧光叶室在800 μmol·m-2·s-1光强下测定叶片光合作用参数的同时，分别测定暗反应下PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和PSⅡ光合电子传递量子效率（ΦPSⅡ），并计算气孔限制值（Ls = 1 - Ci/ Ca）。

生物量的测定先用电子天秤测定其鲜重，然后于120 ℃杀青1 h后，于80 ℃下烘干72 h，再测定其干重。叶绿素含量测定采用80 %丙酮浸提法，丙二醛采用硫代巴比妥酸（TBA）法，脯氨酸采用茚三酮比色法测定[12]。

1.3 数据处理和分析

以SPSS 11.5软件进行数据统计分析，差异显著性采用最小显著性差异（LSD）检验在< 0.05水平上进行分析。不同小写字母表示在5%水平上处理间具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 NaCl 处理对黄瓜幼苗生物量的影响

图1 NaCl处理对黄瓜幼苗生物量的影响

随NaCl处理浓度增加，植株总鲜重和总干重均呈现先增长后下降的趋势。10 mmol/L NaCl处理促进了黄瓜幼苗鲜重和干重的增加，而当NaCl浓度高于25 mmol/L时其鲜重和干重均随着处理浓度的增加而显著下降（图1）。

2.2 NaCl 处理对黄瓜幼苗叶片光合作用、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

随着NaCl处理浓度上升，黄瓜幼苗叶片Pn、Gs和Ci均呈下降趋势， Ls则随处理浓度增加而增大（图2）。叶绿素含量随着NaCl处理浓度的增加而下降，但10 mmol/L NaCl并未引起叶绿素含量的明显下降；虽然NaCl处理并未引起黄瓜幼苗叶片Fv/Fm的下降，但当NaCl处理浓度达50 mmol/L时，ΦPSⅡ值下降明显（表1）。

表1 NaCl处理对黄瓜叶片叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

Table.1 Effects of NaCl treatment on chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of cucumber seedlings

图2 NaCl 处理对黄瓜叶片光合作用参数的影响

2.3 NaCl 处理对黄瓜叶片MDA和脯氨酸含量的影响

10 mmol/LNaCl处理并未引起MDA和脯氨酸含量的变化，但当处理浓度继续增加时，MDA和脯氨酸含量则随着NaCl 浓度的增加而上升，尤其是脯氨酸含量的增加更为明显（图3）。

图3 NaCl处理对黄瓜幼苗叶片丙二醛和脯氨酸含量的影响

Fig. 3 Effects of NaCl treatment on MDA and Proline contents in leaves of cucumber seedlings

3 讨论

虽然Na并不是植物的必需元素，但在植物组织中Na的含量并不低。有研究表明高浓度的Na+对植物生长有害，但植物生长也需要一定量的Na+，事实上施用Na+能提高大麦、菊芋、马玲薯等多种作物的产量[13]。我们的实验结果也表明，低浓度NaCl处理不但没有伤害反而有促进了植株生长，这与韩志平等在西瓜幼苗中的研究结果相一致，表明黄瓜和西瓜等幼苗的生长需要一定量Na+和Cl-[14]。

作物处于盐胁迫下常导致光合作用的下降，最终引起生长受抑制。当用高于25 mmol/L NaCl处理黄瓜功苗时，随着处理浓度加大显著引起植株光合速率和生长的下降，其中50 mmol/LNaCl胁迫下其净光合速率和干重仅为对照的40.8%和54.9%。盐胁迫作为一种渗透胁迫，常影响到作物根系吸水，进而影响到气孔开闭，最终对光合作用产生影响[15]。我们的研究结果表明NaCl降低净光合速率的同时，叶片气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)均随盐浓度上升而下降，气孔限制值Ls随NaCl浓度加大而增大，说明当NaCl处理浓度低于100 mmol/L时，光合作用的下降主要是受气孔限制因素的影响。也有研究表明盐胁迫会降低黄瓜植株体内叶绿素含量[6,16]，在我们的实验中，黄瓜幼苗叶片叶绿素含量随着NaCl处理浓度的增加而下降，说明，叶绿素含量降低也是光合作用下降的原因之一。

PSⅡ是光合电子传递链的重要组成部分，盐胁迫对PSII活性的影响目前还没有统一的认识。Aro等[17]研究认为盐胁迫可以改善PSII的功能，而Everald等[18]则认为盐胁迫对PS II具有抑制作用；也有人认为盐胁迫对PSII无影响，这可能与各研究者所采用的实验材料及植株生长所处发育时期有关[19]。在本研究中，黄瓜幼苗叶片PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）随盐浓度增加变化很小，说明浓度低于100 mmol/L的NaCl胁迫并未引起叶片光抑制的产生，实验结果与魏国强等人报道相符[39]。并且，低浓度NaCl处理（≤ 25 mmol/L）并未引起ΦPSⅡ值的变化，但随着着处理浓度的增加ΦPSⅡ明显下降，这说明较高浓度盐胁迫导致了PSII的电子传递量子效率的降低。魏国强等人认为NaCl胁迫下ΦPSⅡ下降阻止了同化力（ATP和NADPH）的产生，最终直接影响到光合作用的顺利进行[20]。但结合本研究中NaCl处理引起了叶绿素含量和下降和气孔关闭，但未导致叶片光抑制的发生，因此我们认为ΦPSⅡ的下降更有可能是由于NaCl胁迫首先引起叶片碳同化能力的下降，从而使得对同化力（ATP和NADPH）利用减少，最终反馈抑制了光合电子传递的进行。

胁迫下光合电子传递受阻最终会导致过剩电子传递给分子氧并引起氧化胁迫。我们的实验结果表明叶片丙二醛（MDA）含量随NaCl胁迫浓度增加而增大, 这表明盐胁迫加剧了细胞膜脂过氧化程度。然而，盐胁迫下植物可通过增加可溶性物质脯氨酸在体内的积累以缓解胁迫伤害。在本实验中，黄瓜叶片中脯氨酸含量随着NaCl处理浓度的增加而急剧增加，说明脯氨酸的积累对黄瓜幼苗起到了保护作用，并与赵勇等在碱蓬、甜菜、大麦、小麦、大豆等中研究相一致，这些作物体内的脯氨酸含量也随着盐浓度上升而增大[21]。

综上所述：低浓度NaCl（10 mmol/L）促进黄瓜幼苗生长，低于100 mmol/L的NaCl胁迫也未引起黄瓜幼苗光抑制的产生，但降低了叶绿素含量及ΦPSⅡ，诱导了气孔的关闭，最终降低了植株的光合作用。随着胁迫浓度加大，植株体内游离脯氨酸含量显著上升，对缓解盐毒害具有重要意义。

致谢：感谢井冈山大学生命科学学院2009级生物技术专业刘耀、黄鲁和余盼辉同学在实验方面的帮助。

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EFFECTS OF NaCl STRESS ON PLANT GROWTH AND PHOTOSYNTHETIC CHARACTERISTICS IN THE CUCUMBER SEEDLING

ZENG Zhi-feng1, YAN Xiao-hong1,2,*HU Wen-hai1,2

(1. School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China; 2. Key Laboratory for Biodiversity Science and Ecological Engineering, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

Cucumber (L. Bichun) cultivars were grown in nutrient solutions with five NaCl levels（0,10,25,50,100 mmol·L-1）for the investigation of plant growth, photosynthetic and chlorophyll fluorescence parameters, and proline and MDA contents in seedling leaves. The results showed that 10 mmol/L NaCl treatment increased plant growth, high-level NaCl ( ≥ 25 mmol/L) treatment decreased the plant biomass, net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), intracellular CO2(Ci), quantum yield of PSII (ΦPSII) and chlorophyll content. Stomatal limitation(Ls), proline and MDA contents increased with NaCl treated concentration. However, photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) was not affected by NaCl treatment. It is concluded that low-level NaCl treatment increased plant growth. However, the decrease of chlorophyll content and stomatal closure lead to the decrease of plant photosynthesis, but photosynthetic structure was not damaged by NaCl stress (≤ 100 mmol/L). Seedling of cucumber could improve the ability of salt tolerance by increasing proline content.

NaCl stress; cucumber; photosynthesis; chlorophyll fluorescence; proline

1674-8085(2014)01-0039-04

S651/Q945.3

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.01.008

2013-11-12；

2013-12-28

江西省教育厅科技计划项目(GJJ13545)

曾志锋（1990-），男，江西上饶人，井冈山大学生命科学学院生物科学专业2009级本科生，现为西南大学硕士研究生(Email：zengzhifeng0808@163.com);

闫小红（1977-），女，内蒙古赤峰人，实验师，硕士，主要从事植物生理生态方面的研究(E-mail：yanxiaohong325@126.com);

*胡文海（1973-），男，江西吉安人，教授，博士，主要从事植物逆境生理方面的研究(E-mail：huwenhai@jgsu.edu.cn).