3个桂花品种对NaCl胁迫的光合响应

杨秀莲，母洪娜，郝丽媛，王良桂

(南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037)



3个桂花品种对NaCl胁迫的光合响应

杨秀莲，母洪娜，郝丽媛，王良桂

(南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037)

以3个1a生桂花(Osmanthusfragrans)品种幼苗为材料，设置低、中、高3个不同的NaCl浓度梯度，研究桂花盐害指数的变化、叶片光化学效率和叶绿素含量的影响。结果表明，盐害指数随着胁迫时间的延长、盐处理浓度的增大而增大；光化学效率和叶绿素含量随不同浓度处理时间的延长而下降，当盐胁迫浓度为 40 mmol·L-1时，3个桂花品种的光化学效率和叶绿素含量与对照相比差异不显著；当盐浓度分别为70、100 mmol·L-1时，差异显著；但品种间差异不显著。

桂花；NaCl胁迫；盐害指数；实际光化学效率；叶绿素

土壤盐渍化不仅是沿海地区面临的主要问题，更是世界农林业面临的重要问题之一。随着城市化进程的推进，城市土壤的盐分、pH及其他污染物含量逐年增加，城市土壤结构和理化性质严重恶化，园林植物在城市的生存及其正常的生长发育面临着严峻的挑战。桂花(Osmanthusfragrans)作为中国十大传统名花之一，不仅具有很高的文化价值，而且集园林应用[1]、药用保健[2]等多种功能于一体，研究桂花在盐胁迫条件下的生理响应有助于筛选耐盐桂花品种在盐渍化地区的绿化美化，然而迄今为止，中国关于桂花耐盐胁迫的研究还未见报道。因此，本研究通过不同浓度梯度的NaCl胁迫处理后对桂花3个品种的盐害指数(SI)、实际光化学效率(ΦPSII)、最大光化学效率(Fv/Fm)、叶绿素(chl)含量进行测定，以期为进一步探讨盐胁迫对桂花的影响及其耐盐适应性研究，为城市园林中桂花养护管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

潢川金桂(O.fragrans‘Huangchuan Jingui’)、笑秋风(O.fragrans‘Xiao Qiufeng’)、大叶银桂(O.fragrans‘Daye Yingui’)盆栽1a生实生苗。在温室中将1a生实生苗(苗高10 cm)移栽于内径15 cm，高10 cm的盆内，基质为去离子水洗净的河沙，每品种240株，每盆种植3株。盆栽试验在南京林业大学温室进行，指标测定在南京林业大学风景园林学院实验室完成。

试验采用3因素随机区组设计，模拟苏北土壤含盐量[3]，采用含有NaCl(40、70、100 mmol·L-1)的Hoagland溶液浇灌处理组，对照组为不含NaCl的Hoagland溶液。为避免盐激效应，在正式处理前先进行预处理(40 mmol·L-1)，以后每2天浇灌预定浓度溶液1次，每次增加30 mmol·L-1，每次浇0.5 L·盆-1(保证离子完全代换)。达到各处理浓度的当天为处理0 d，处理19 d后选取植株测定荧光参数并进行破坏性取样，测定叶绿素含量，期间每天观察记录植株的受害症状。每处理3盆，3次重复。

1.2 试验仪器

紫外可见分光光度计(岛津UV-2450/2550)、电导仪(雷磁DDS-308A)、精密天平、等离子体发射光谱仪(深圳华科易通HK-8100)、FMS2型脉冲调制式荧光仪(英国Hansatech)。

1.3 指标测定及数据处理

1.3.1 盐害指数的测定 对全部植株进行观察，根据叶片受害程度划分盐害等级并赋值，计算幼苗在不同NaCl胁迫条件下的盐害指数[4]。

SI=(1×n1+2×n2+3×n3+4×n4)/(4×m)

(1)

式中：n1、n2、n3、n4分别为不同盐害级别的受害株数；m为总株数。0级为全株无盐害症状；1级为轻度盐害，少部分(小于20% )叶片边缘有轻微发黄、枯焦、脱落症状；2级为中度盐害，近50%叶片发黄、枯焦或脱落；3级为重度盐害，50% 以上的叶片发黄、枯焦或脱落；4级为极重度盐害，90% 以上叶片枯焦、脱落或植株死亡。

1.3.2 叶绿素含量的测定 桂花叶绿素的提取方法参考郝再彬[5]的试验方法。

以体积分数为95% 的乙醇为空白，在波长为665、649、470 nm下测定吸光度。

叶绿素浓度计算公式为：

Ca=13.95A665-6.88A649Cb=24.96A649-7.32A665

(2)

叶绿素含量的计算公式为:

A=n×C×N×W-1×10-3。

(3)

式中：A为叶绿体色素(mg·g-1)；n为提取液体积(mL)；C为色素的质量浓度(mg·L-1)；N为稀释倍数；W为样品鲜重(g)。

1.3.3 荧光参数的测定 每个处理选择5株进行挂牌标记，每株选定中上部向光叶片；利用FMS2型脉冲调制式荧光仪，测定初始荧光Fo、最大荧光Fm、光下最大荧光Fm′、稳态荧光Fs等荧光参数。测定暗适应下叶片的Fo和Fm时，需要把叶片夹入暗适应夹中暗适应 20 min；荧光参数的计算参照GENTY等[6]及FMS2使用手册。

1.3.4 数据分析 用 Excel 2000 进行计算和作图，SPSS 19.0分析软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下盐害指数的变化

3个桂花品种对盐胁迫的反应有差异，随着盐浓度的升高，桂花品种的盐害指数也呈现增加的趋势(表1)。观察发现，最早出现盐害症状的是笑秋风和大叶银桂，在100 mmol·L-1的盐浓度下处理第5天时出现下部叶片发黄、新叶边缘发焦的现象；70 mmol·L-1处理的潢川金桂在第 8 天 时出现相同现象。70、100 mmol·L-1处理的笑秋风在处理第10 天 ，出现下部叶片死亡枯萎现象，上部叶片长势良好；处理第19 天 ，100 mmol·L-1NaCl浓度处理下，笑秋风保持相对较高的生长势，盐害系数较低。低浓度的盐分对潢川金桂的影响较小，胁迫第19天，只表现为零星叶缘发焦，但高浓度(100 mmol·L-1)的盐胁迫处理下，潢川金桂植株全部受害。大叶银桂在处理第12天时，出现个别植株死亡，处理中期，低浓度盐分对植株影响较小，只出现零星叶片掉落，生长势良好，中、高浓度处理与笑秋风的表现类似，处理后期，大叶银桂约2/3叶片发黄，但仍保持良好的生长状态。

2.2 盐胁迫对不同桂花品种光合特性的影响

随着盐胁迫的增强，3个桂花品种的实际光化学效率(ΦPSII)均呈现下降趋势，说明盐胁迫抑制了植物的光化学反应。在40、70、100 mmol·L-1盐浓度胁迫下，笑秋风的ΦPSII 比对照分别下降了14.08 %、21.97 % 和49.69 % ，各浓度间差异显著；潢川金桂的ΦPSII 比对照分别增加 0.16 %、下降8.13 % 和45.86 % ；笑秋风的ΦPSII分别下降8.27 % 、26.10 % 、39.24 %。其中潢川金桂和大叶银桂的高浓度和中低浓度间差异显著，但不同浓度处理时品种之间的差异均不显著(图1)。

表1 盐胁迫处理19 d 后3个桂花品种的盐害指数 Table 1 Salt injury index of three cultivars of Osmanthus fragrans under salt stress after 19 days

注：小写字母表示相同浓度不同品种间差异显著(P<0.05)；大写字母表示同一品种不同处理浓度间差异显著(P<0.05)。下同。

Note: Lowercase letters indicate significant difference between different cultivars of the same concentration(P<0.05)；Uppercase letters mean significant difference between different concentrations to deal with the same cultivars(P<0.05). The same as below.

图1 盐胁迫对3个桂花品种实际光化学效率的影响
Fig.1 Effects of salt stress on the actual photochemical efficiency of threeO.fragranscultivars

不同浓度盐胁迫下，3个桂花品种的最大光化学效率总体上随着处理浓度的升高呈下降趋势。在40、70、100 mmol·L-1的盐浓度处理下，笑秋风的Fv/Fm值分别下降了1.1%、0.92%、2.36%；潢川金桂的值分别下降了0.91%、7.95%、15.56%；大叶银桂的Fv/Fm值分别下降了0.38%、7.36%、1.89%。方差分析和多重比较显示，笑秋风和大叶银桂不同浓度间均无显著差异，仅潢川金桂在100 mmol·L-1处理值与中低浓度处理值间有显著差异，并且与另2个桂花品种也有显著差异(图2)。试验表明在70 mmol·L-1盐浓度胁迫下，笑秋风的最大光化学效率受到的影响最小，与盐害指数值对应，因此认为笑秋风对中等浓度盐胁迫耐受力较强。

图2 盐胁迫对3个桂花品种的最大光化学效率的影响Fig.2 Effects of salt stress on the maximal photochemical efficiency of three O.fragrans cultivars

2.3 盐胁迫对叶绿素总量和叶绿素a/b的影响

3个桂花品种的叶绿素总量总体上随着盐胁迫的加强而呈下降趋势，在40、70、100 mmol·L-1的盐浓度处理下，笑秋风的叶绿素总量比对照分别下降了23.37%、32.48%和35.82%，处理和对照间差异显著；潢川金桂的叶绿素总量在40 mmol·L-1处理时增加了1.03 %(同PSII变化相似)，在70、100 mmol·L-1的盐浓度处理下比对照下降了4.65% 和19.15 %，其中100 mmol·L-1处理值与中低浓度间差异显著；大叶银桂的叶绿素总量分别下降了7.48 %、9.19 %和8.03 %，各浓度间无显著差异(图3)。

图3 盐胁迫19 d对3个桂花品种叶绿素总量的影响Fig.3 Effects of salt stress after 19 days on the chlorophyll content of three O.fragrans cultivars

3个桂花品种的叶绿素a和叶绿素b的比值(a/b)变化见图4。其中，潢川金桂的叶绿素a/b值在0、40 mmol·L-1浓度处理时显著高于笑秋风和大叶银桂，且差异显著，不同盐浓度处理间也存在显著差异；而笑秋风和大叶银桂各浓度处理间差异不显著。100 mmol·L-1的盐浓度处理时，3个品种间无显著差异。

图4 盐胁迫处理19 d对3个桂花品种叶绿素a/b的影响 Fig.4 Effects of salt stress after 19 days on the chlorophyll a/b of three O.fragrans cultivars

3 结论与讨论

在NaCl胁迫下，盐害指数可以反映NaCl胁迫对植物生长的综合伤害程度。桂花品种的盐害指数随着盐浓度的升高呈现增加的趋势，这与骆建霞等[7]人的盐害试验结果一致。综合考虑盐害症状出现的时间、盐害率、盐害指数等因素可以初步确定3个桂花品种的耐盐性强弱排序为：笑秋风>潢川金桂>大叶银桂。

盐胁迫植物降低光合作用的原因有多方面，如盐胁迫影响CO2扩散到结合部位，抑制同化产物转移，气孔因素、非气孔因素等。盐胁迫初期海滨锦葵光合降低的主要因素是气孔限制，在后期非气孔限制因素逐渐开始起作用，CO2补偿点随盐浓度增加的幅度越来越大。因此，光合产物的损耗增加，实际光化学效率、最大光化学效率均降低；这与本研究得出的结论，NaCl胁迫降低了试验中3个桂花品种的实际光化学效率和最大光化学效率一致。

叶绿素含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用强度的高低，从而影响植物的生长，因此，叶绿素含量不仅是直接反映植物光合能力的一个重要指标，而且是衡量植物耐盐性的重要生理指标之一。绿色植物叶绿素包括叶绿素a、b 2种；盐胁迫条件下，叶绿素含量随盐浓度的升高而下降，并且高浓度处理的叶绿素总量与对照差异显著或极显著(图3)；叶绿素 a 和叶绿素 b 的比值总体上也是随盐浓度升高而呈现先高后低的趋势。许祥明等[8]认为植物的叶绿素含量下降主要是由于叶绿素酶对叶绿素 b 的降解所致，对叶绿素 a 的影响较小，所以叶绿素a/b的比值上升。CONCEICAO[9]的试验也表明随着NaCl 浓度的增加，叶绿素含量和荧光性(Fm)下降，25 mmol·L-1NaCl 浓度处理下叶绿素酶活性增强，高浓度(50、100 mmol·L-1)抑制叶绿素前体——氨基酮戊酸(5-aminolaevulinic acid)的合成，并且盐胁迫对叶绿素合成的影响远大于叶绿素酶降解。因此，叶绿素 a/b 值总体上也是随盐浓度升高而呈现先高后低的趋势。其原因可用许详明等[8]和 CONCEICAO[9]的研究结果证实，即低浓度 NaCl 胁迫主要是叶绿素酶活性增强导致桂花叶绿素总量下降，并且叶绿素 a/b 值较高；高浓度 NaCl 抑制叶绿素前体的合成，并且其效果远大于叶绿素酶。MEHTA等[10]的研究发现，高盐胁迫后PSII受体侧完全可修复，但是供体侧只有不足85%可以修复。因此，高盐胁迫对PSII供体侧损害比受体侧更严重。虽然高盐胁迫对PSII供体的损害远远高于PSII的受体，但是这足以限制PSII的光合特性。

[1] 汪小飞,史佑海,向其柏.中国古典园林与现代园林中桂花应用研究[J]. 江西农业大学学报2006,5(2)：85-87

[2] 王丽梅.桂花有效成分合成转化规律与药学研究[D]. 武汉：华中科技大学,2009.

[3] 刘广明,杨劲松,姜艳.江苏典型滩涂区地下水及土壤的盐分特征研究[J].土壤,2005, (37)：163-168.

[4] 李倩中,苏家乐.4种槭属植物耐盐性差异的研究[J]. 江苏农业科学,2009(06):227-228.

[5] 郝再彬.植物生理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.

[6] GENTY B，BRIANTAIS J M，BAKER N R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence[J]. Biochimica et Biophysica Acta,1989, 990(1)：87-92.

[7] 骆建霞,史燕山,吕 松,等. 3种木本地被植物耐盐性的研究[J]. 西北农林科技大学学报.2005,33(12):121-124、129.

[8] 许祥明,叶和春,李国凤.植物抗盐机理的研究进展[J].应用与环境生物学报,2000(4):379-387.

[9] CONCEICAO V.S Regulation of chlorophyll biosynthesis and degradation by salt stress in sunflower leaves[J].Scientia Horticulturae,2004, 103: 93-99.

[10]MEHTA P, JAJOO A, MATHUR S,et.al .Chlorophyll a fluorescence study revealing effects of high salt stress on Photosystem II in wheat leaves[J].Plant Physiology and Biochemistry,2010,48(1) :16-20.

(责任编辑：李 莹)

Photosynthetic response of threeOsmanthusfragranscultivars to NaCl stress

YANG Xiulian, MU Hongna, HAO Liyuan, WANG Lianggui

(College of Landscape Architecture of Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

The effects of salt injury index, leafΦPSII,Fv/Fmand Chlorophyll content of three one-year-oldOsmanthusfragranscultivars were investigated by using low,moderate and high NaCl concentrations.The results showed that the salt index increased with the increase of stress intensity and duration,while leafΦPSII,Fv/Fmand Chlorophyll content were reduced.There was no significant difference when these seedlings were treated with 40 mmol·L-1NaCl which was melted in Hoagland solution.But there was significant difference when treated by 70 mmol·L-1and 100 mmol·L-1NaCl respectively,whereas there was no significant difference among the three different cultivars.

Osmanthusfragrans; NaCl stress; salt injury index;ΦPSII; chlorophyll

2014-11-17

江苏省科技支撑项目(BE2011367);国家林业局公益性行业专项(201204607)；江苏高校优势学科建设工程项目(PAPD)

杨秀莲( 1970-) ，女，浙江诸暨人，博士，副教授，从事园林植物研究和应用。

1000-2340(2015)02-0195-04

S685.13

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