施锂对罗布麻生长及叶绿素荧光参数的影响

吕海祥，田长彦，张 科

（1．中国科学院新疆生态与地理研究所，国家绿洲生态与荒漠环境重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；2．中国科学院大学，北京100039）

施锂对罗布麻生长及叶绿素荧光参数的影响

吕海祥1，2，田长彦1*，张 科1

（1．中国科学院新疆生态与地理研究所，国家绿洲生态与荒漠环境重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；2．中国科学院大学，北京100039）

罗布麻对锂具有一定的富集作用，锂对于罗布麻生长可能有益。本文采用沙培试验方法，研究了根施及叶面喷施方式下不同锂浓度处理对一年生罗布麻生长、叶绿素含量及其荧光特性的影响。结果表明，无论叶面喷施或根施，不同锂浓度处理对一年生罗布麻生长状况均表现出较为明显的影响，在一定浓度范围（0～10 mg／kg）内，随着锂浓度的增加，叶绿素荧光参数（包括Fv／Fm、Fv／Fo、Ψo、φEo、PIABS、叶绿素含量、叶绿素a／叶绿素b值、Sm）、罗布麻生长量、株高、茎粗及主叶对数和侧枝数等均有所增加，说明适宜的锂供应有利于罗布麻的生长。但随着供应浓度的进一步提高，各项生长及荧光指标呈降低趋势，因此过量的锂供应会抑制罗布麻生长，而且有益与有害之间的范围很小，在实际罗布麻栽培中要严格控制锂施用量。

罗布麻；锂；叶绿素荧光

罗布麻（Apocynum venetum）系夹竹桃科多年生宿根草本植物［1］，广泛分布于我国西北、华北、华东及东北各省区，生长在盐碱荒地和沙漠边缘及河流两岸［2-3］。罗布麻是一种新兴多用途资源植物，有抗盐碱、抗干旱等特殊的生态学特性［4］，还可用于高血压、头晕、心悸、失眠等症的治疗［5］，具有广阔开发前景。近年来罗布麻的开发利用价值越来越受到人们的重视，目前对于罗布麻的研究主要集中在药用价值和化学成分、纺织价值、人工栽培技术等方面［6］。

Gerhard［7］研究表明，充足的锂供应对人体健康有益，生理上成人锂需求量最低限度为100μg／d。人体所需的锂依赖日常膳食补充，通过食物链转化途径补锂是人类获取适量锂营养的一条安全、廉价、可行的调控途径。在农业生产中，加强生态环境中锂的调控和改良，提高食物和饮品中锂含量，是改善人和动物锂营养的有效措施，但是大多数土壤内源锂是不溶的，不能被植物吸收，土壤中的可利用锂含量非常低，范围0．1～21．8μmol／kg，水中可利用锂含量范围仅0．08～4．62μmol／L［8］。锂可以被植物吸收，且主要储存于地上部分，但是对于一般物种，其体内含量极低，目前并没有证明锂是植物生长发育必需的，也未发现锂作为任何酶或者酶运输系统的辅因子，植物吸收锂元素的具体机理作用也是未知。

一般情况下，锂元素含量过多会对植物产生毒害，比如柑橘属（Citrus）植物，具体表现为萎黄病［7］，而罗布麻中锂元素含量显著高于标准品［9-10］，而且也未表现出任何中毒症状。罗布麻对人体的作用和锂元素十分相似，因此罗布麻药效的发挥很可能与其锂富集特性密切相关。对于某些植物，一些其他植物非必需的营养元素往往对其生长有益［11］，比如硅之于水稻（Oryza sativa）［12］。然而锂对于罗布麻而言是否也是有益元素？施锂对罗布麻生长发育有何影响？适宜罗布麻生长的具体锂浓度范围是多少，目前还不得而知。在我们前期进行的一些初步研究中，为探明罗布麻的锂富集极限，设置了很高的锂供应浓度，然而当锂浓度在25 mg／kg（最低供应水平）时已经对罗布麻生长产生了抑制作用［13］，因此未能探明锂对罗布麻生长是否有益或有益的浓度范围［14］，本试验在前期研究的基础上设置了更加精细的锂浓度梯度，主要目的是探明不同锂浓度处理对一年生罗布麻生长、叶绿素含量及其荧光特性的影响，以期为罗布麻的人工栽培提供参考。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试验于2013年4－8月在中国科学院阜康国家荒漠研究站的温室进行，试验材料为罗布麻。

1．2 试验方法

试验设2个因子：施锂方式、施锂量。其中，施用方式包括叶面喷施和根施；根据前期预试验结果，施锂量设4个水平：0（L0）、5（L1）、10（L2），20（L3）mg／kg，共2×4＝8个处理，每个处理重复5次。

采用砂培试验方法，供试盆为塑料材质（规格：高33 cm，口内径33 cm，底内径23 cm），底部有6个小孔可保证通气性，每盆装风干沙17 kg，浇入一定量的水至饱和。于2013年4月15日选取大小一致、饱满的罗布麻种子播入装有洗净细沙的塑料盆，每盆播种60粒，在人工温室中培养，按天气变化及盆内植物生长情况采用Hoagland及Aron微量元素营养液供应所需养分，每次每盆浇灌500 m L Hoagland营养液、5 m L Aron微量元素配方。待苗高7 cm左右时定苗至10株，播种70 d正式进行处理。根施每盆一次性加上述浓度锂溶液500 m L，由于盆底带孔，所以每盆配有托盘，若处理过程中渗滤液流出，将托盘中渗滤液倒回盆中，以保证盆内锂浓度不变。叶面喷施按上述浓度一次性喷施。

1．3 指标测定

经过30 d的正式处理，于2013年7月25日选取罗布麻植株中上部主叶进行叶绿素荧光参数及光合色素含量的测定；并测定生长指标。

罗布麻叶片先进行20 min的暗适应处理，然后在饱和脉冲光（3000μmol／m2·s）下暴露1 s，用Handy PEA（Hansatech，英国）测定罗布麻中上部主叶叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（O-J-I-P曲线），并计算各荧光参数［15］。随后利用JIP-test对O-J-I-P曲线进行分析，各荧光参数的意义及计算公式如下。

PSⅡ最大光化学效率φPo＝Fv／Fm＝（Fm－Fo）／Fm。其中，Fo、Fm分别为荧光诱导动力学曲线O（20μs）、P相所对应的荧光强度。

在K相、J相、I相的相对可变荧光（VK、VJ、VI）＝（Ft－Fo）／（Fm－Fo）。其中，Ft为t时间的荧光强度（t＝300μs、2 ms、3 ms）。

捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA-下游的其他电子受体的概率Ψo＝1－VJ。

用于电子传递的量子产额φEo＝φPo×Ψo。

以吸收光能为基础的光化学性能指数PIABS＝RC／ABS×［φPo／（1－φPo）］×［Ψo／（1－Ψo）］，吸收一个光量子需要的反应中心的数目RC／ABS＝VJ×φPo／Mo，荧光诱导动力学曲线的初始斜率Mo＝（Fk－Fo）／（Fm－Fo）。其中，Fk为荧光诱导动力学曲线K（300μs）所对应的荧光强度。

J-P相和直线F＝Fm之间的标准化的互补面积Sm＝Area×（Fm－Fo），Area为J-P相和直线F＝Fm之间的面积。

叶绿素含量的测定参照张哲等［16］的方法，材料选取与测定光合作用相同位置和发育阶段的叶片，每个处理3个重复，取平均值作为该处理的叶绿体色素值。采用乙醇丙酮混合液浸提法进行。称取新鲜的罗布麻叶片0．1 g剪碎，置于盛有10 m L丙酮∶乙醇（V∶V＝1∶1）提取液的试管中，加塞置于黑暗处，于室温（10～30℃）下浸提12～24 h，待叶片完全变白后，测定663和645 nm处的光密度（OD值），按下式计算光合色素的含量：

单位鲜叶重叶片光合色素含量（mg／g）＝色素的浓度（C）×提取液体体积／样品鲜重

式中，Ca、Cb、CT分别表示叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素浓度。

生长指标包括主叶叶对数、侧枝数、株高、株高20 cm处的主茎茎粗。

生长指标测定完成后采集植物样，分为根、茎、叶三部分，105℃杀青15 min，65℃烘干至恒重，测定生物量。

1．4 统计分析

采用统计分析软件SPSS 17进行数据分析。

2 结果与分析

2．1 不同锂浓度水平对两种施锂方式下罗布麻生长的影响

施锂对罗布麻生长具有比较明显的影响（表1），总体看来，无论何种施用方式，锂的添加均在一定程度上促进了其生长，但不同的器官表现出的反应有所不同，比如对于叶生长量（包括叶对数）及侧枝数、株高，从L0到L2，随着施锂水平的提高，其生长表现出增加的趋势，但随着施锂量提高到L3则略有下降，但仍然要高于L0及L1（以根施条件下叶生长量为例，从L0到L3，其值分别为0．96，1．41，2．02和1．96 g）。而根与茎从施锂量L0到L3，其生长一直保持增加的趋势，特别是根施情况下的根系表现尤其明显，与L0相比，在L3水平下其生长量增加了近3倍。这说明，一定的施锂量对罗布麻生长有益，但具有一定的耐性范围，而且与叶相比，根、茎的耐性更强。此外，两种施用方式对罗布麻生长的影响差异不显著，总体看在适宜的施用量情况下（如L2），叶面喷施对叶片生长的效果略好于根施，由于在罗布麻生产中往往以叶作为收获器官，暗示在罗布麻种植中，操作更为简单的叶面施用方式可能更为适宜［17］。

2．2 不同锂浓度水平对两种施锂方式下罗布麻叶片荧光参数的影响

两种施锂方式下，在L0～L2范围内，随着施锂量的增加，罗布麻叶片PSⅡ最大光化学效率（Fv／Fm）与PSⅡ潜在活性（Fv／Fo）、捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA-下游的其他电子受体的概率（Ψo）、用于电子传递的量子产额（φEo）、光化学性能指数（PIABS）及标准化的互补面积（Sm）均表现出增加的趋势，比如在叶片喷施条件下，与L0相比，L2时Fv／Fm与Fv／Fo分别增加了26．7%与100%，但随着施锂量提高到L3，这些荧光参数开始下降。而在K相、J相、I相的相对可变荧光VK、VJ和VI与此相反（表2）。说明环境中适宜浓度锂的存在对罗布麻生长有益。

此外，与罗布麻生长相似，不同施锂方式之间罗布麻叶片荧光参数差异不大。

2．3 不同锂浓度水平对两种施锂方式下罗布麻叶片光合色素含量的影响

适宜的施锂量（L2）提高了罗布麻叶片的叶绿素含量，增大了叶绿素a／叶绿素b（表3），比如在根施条件下，与L0相比，在L2水平下，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量与叶绿素a／叶绿素b分别增加了70．75%，56．50%，66．90%，8．75%，而更高量的锂处理（L3）有相反的作用。

3 讨论

在野生条件下，罗布麻体内的锂含量水平明显高于同一生境的其他植物，表现出对锂具有一定的富集特性［9］，但锂对于罗布麻是否是必需元素尚未可知，在本试验条件下，适宜的锂施用（L2）对罗布麻生长有益，具体表现在：1）施锂提高了叶片叶绿素含量及叶绿素荧光参数，由于叶绿素荧光参数反映了植物对环境的适应程度［18-21］，因此其增加有利于提高罗布麻光合能力从而能产生更多的同化物，Li等［22］在对埃塞俄比亚芥（Brassica carinata）幼苗锂处理下代谢组和转录组的研究中发现，幼苗光合作用和叶绿体相关基因上调24倍，这一结果反映了适宜的锂对植物叶绿体及光合作用有益，侧面证明了本试验结果的可靠性；Barbara和Monika［23］在对玉米（Zea mays）和向日葵锂处理下生理参数的研究中发现了与本试验结果类似的现象，锂处理能在一定程度上提高向日葵（Helianthus annuus）和玉米叶面积及光合作用，增加其光合色素含量，但是效果并没有本试验显著，这说明了罗布麻对锂元素可能有不同于其他植物的特殊利用机制。2）促进了罗布麻的生长，特别是对根系的作用尤其明显，表明适量锂供应能提高罗布麻养分吸收能力。而且在较高锂施用条件下（L3），尽管地上部叶片已经表现出胁迫作用，但根系生长量依然有所增加。这可能有两方面的原因，其一，罗布麻的各个器官中，根系对锂的耐性可能更强；其二，有可能是罗布麻对锂毒害的一种适应性反应：过多的锂抑制了罗布麻的养分吸收能力，因此罗布麻调整生长策略，将更多的光合产物及养分分配至根部，增加根冠比，相对提高吸收能力以维持其正常的生长发育，蔡仕珍等［24］对蝴蝶花（Iris japonica）的研究同样发现了类似的生长策略。而任婧和田长彦［14］通过设置高量锂处理对罗布麻生长的研究表明，当锂供应浓度大于25 mg／kg时，罗布麻不仅茎、叶生长量会明显降低，根系也会下降，而这一供应浓度仅比本试验中的最高锂处理多5 mg／kg，因此，罗布麻根系对锂的耐性虽然较叶强，但也有限度，而且耐受力也不高。因此，从本研究结果可以看出，就锂对于罗布麻而言，可以肯定“适量施用是有益的”，然而还远未达到像必须营养元素一样不可或缺的程度，因此，深入研究罗布麻的锂富集机理就显得很有必要。

另一方面，以上结果也从侧面反映出罗布麻本身对外源锂的添加比较敏感，施锂对罗布麻“有益”及“毒害”作用阈值之间的范围很小，所以在罗布麻栽培中锂的施用量一定要严格控制，而且为了避免根施造成的土壤局部聚积对罗布麻的毒害，叶面喷施可能更为有利。

综上所述，施锂对罗布麻生长影响显著，一定浓度的锂能够提高罗布麻叶PSⅡ的活性，增大PSⅡ反应中心的开放程度，提高光能利用率，同时增加其叶绿素含量，促进罗布麻生长。但较高水平的锂供应对罗布麻生长不利，而且根系的耐受力较茎、叶稍强。

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Effects of Li application on the growth and chlorophyll fluorescence parameters of A-pocynum venetum

LV Haixiang1，2，TIAN Changyan1*，ZHANG Ke1
1.Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，State Key Laboratory of Oasis Ecology and Desert Environment，Urumqi 830011，China；2.Graduate School of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039，China

Pot experiments were used to identify the effects of lithium levels on growth，chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters of Apocynum venetum．When A.venetum was exposed to lithium either by foliage spray or root application，variation lithium level had an obvious influence on plant growth and appearance．The concentrations of lithium used were 0，5，10 and 20 mg／kg，and growth rate and fluorescence parameters（including Fv／Fm，Fv／Fo，Ψo，φEo，PIABS，photosynthetic pigments contents，Sm）of A.venetum were measured．All parameters significantly increased in proportion to lithium application rate at lower lithium levels，but growth and fluorescence parameters were generally lower at 20 mg／kg than at 10 mg／kg，at higher levels，indicating toxicity at the higher rate．Similarly，stem diameter，plant height，and the number of leaves on the main and branch of A.venetum were also responsive to lower levels of applied lithium．The margin between beneficial and toxic lithium concentrations was very small．Therefore，the lithium concentration in plant growth media or foliar application should be strictly controlled when cultivating A.venetum．

Apocynum venetum；lithium；chlorophyll fluorescence

10．11686／cyxb20150111 http：／／cyxb．lzu．edu．cn

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2013-12-18；改回日期：2014-01-15

中国科学院西部专项（KZCX2-XB3-07）和自治区科技重大专项（201130106-2）资助。

吕海祥（1989-），男，河南信阳人，在读硕士。E-mail：lvhx89＠163．com

*通讯作者Corresponding author．E-mail：tianchy＠ms．xjb．ac．cn