NaCl单盐胁迫对不结球白菜叶片光合特性的影响

孙菲菲，刘金平，王 夏，孙雪花，刁春武

（南京市蔬菜科学研究所 南京 210042）

NaCl单盐胁迫对不结球白菜叶片光合特性的影响

孙菲菲，刘金平，王 夏，孙雪花，刁春武

（南京市蔬菜科学研究所 南京 210042）

为探讨NaCl胁迫对不结球白菜光合特性的影响，以不结球白菜‘苏州青’为试材，采用营养液水培的方法，研究了不同浓度NaCl（0，50，100，150，200 mmol·L-1）对不结球白菜幼苗叶片叶绿素含量、光合参数、荧光参数的影响。结果表明，盐胁迫降低了不结球白菜叶片中光合色素含量；使不结球白菜的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、最大光化学效率显著下降；PSⅡ有效光化学量子产量（Yield）、电子传递效率（ETR）、水分利用效率(WUE)、胞间CO2浓度（Ci）、光化学猝灭系数（qP）呈下降趋势，非光化学猝灭系数（qN）呈上升趋势。其中100 mmol·L-1的NaCl浓度对不结球白菜的抑制程度最大，这表明盐胁迫能显著影响不结球白菜的相关光合指标，且随着NaCl浓度的增加，不结球白菜受到的胁迫损伤不断加重。

不结球白菜；NaCl胁迫；光合特性

土壤盐渍化是造成作物减产、绝产的最主要的非生物因素之一[1]，世界上近1/5的耕地和1/2左右灌溉耕作的土地都在不同程度上受到了盐渍化的影响[2]，且土壤盐渍化面积也在逐年增加。植物生长在盐渍化土壤中会引发植物体内一系列生理生化反应失衡，如离子平衡、水势、矿质营养、气孔状况和光合效率等，进而表现出植株生长速度减缓、产量和品质下降甚至绝收的情况[3]。因此，研究植物盐胁迫具有重要的现实意义。

不结球白菜是我国分布最广、栽培面积最大、最为大众化的蔬菜之一，在我国尤其是南方日常生活的蔬菜生产和供应上占有十分重要的地位。随着设施栽培面积的扩大，复种指数高、施肥不合理等一系列问题造成设施内土壤盐渍化严重，不结球白菜产量和品质逐年下降。关于蔬菜耐盐性的研究有很多，主要有番茄、辣椒、苦瓜、黄瓜[4-7]，盐胁迫造成的伤害导致植物的生长发育受到抑制，这与盐胁迫破坏了植株细胞光合生理结构进而导致植株的光合能力下降密切相关[8]。笔者采用营养液水培法模拟不结球白菜受NaCl胁迫环境，用不同浓度NaCl溶液处理不结球白菜幼苗，探究NaCl胁迫对不结球白菜幼苗叶片光合特征特性的影响，了解不结球白菜的耐盐特性，为进一步探讨不结球白菜在盐胁迫下的生长生理响应机制奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为不结球白菜(Brassica campestrisssp.chinensisMakino)品种‘苏州青’，由南京农业大学白菜课题组提供。试验于2016年6—7月在南京市蔬菜科学研究所生理实验室进行，不结球白菜的种子经蒸馏水浸泡4 h后，在25℃恒温培养箱催芽，将种子露白后播入装有蛭石+珍珠岩的穴盘中，子叶展平后浇1/2 Hoagland营养液。幼苗生长至4～5片真叶时随机取样测量。

1.2 试验设计

营养液设置不同浓度的NaCl梯度对不结球白菜幼苗进行处理，共设5个处理，如下所示：

（1）1/2 Hoagland+0 mmol·L-1NaCl（CK）；

（2）1/2 Hoagland+50 mmol·L-1NaCl；

（3）1/2 Hoagland+100 mmol·L-1NaCl；

（4）1/2 Hoagland+150 mmol·L-1NaCl；

（5）1/2 Hoagland+200 mmol·L-1NaCl。

观察其生长情况。每处理24株幼苗，设3次重复，处理期间每2 d更换1次营养液，以维持处理浓度的稳定性。

1.3 采样及测定

1.3.1 叶绿素含量测定 用乙醇法[9]测定叶绿素含量，即选取光合功能叶0.2 g，剪碎浸于25 mL 95%乙醇中，24 h后取提取液，分别在665、649、470 nm波长下测定其吸光度。

1.3.2 光合气体交换参数 选生长点以下第2片完全展开叶，用LI-6400便携式光合仪[6]测定幼苗叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等。叶室（2 cm×3 cm）内设定温度 26℃，光强为600 μmol·m-2·s-1。每处理选 3 株。

1.3.3 叶绿素荧光参数 使用LI-6400便携式光合仪[10]的6400测叶绿素荧光计测定叶绿素荧光诱导动力学参数，初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm），计算出可变荧光（Fv）、光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数(qP)等参数，其中Fv＝Fm－Fo，ΦPSⅡ＝（Fm’-Fs）/Fm’，Fv’＝Fm’-Fo’，qP＝（Fm’-Fs）/（Fm’-Fo’），天线转化效率Fv’/Fm’＝（Fm’-Fs）/Fm’。数据采用SPSS 22.0统计软件Duncan新复极差法进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl对不结球白菜幼苗叶片光合色素含量的影响

由图1可知，与对照相比，在不同浓度NaCl处理下，不结球白菜幼苗叶片中叶绿素a、b和类胡萝卜素含量都明显减少；且随着NaCl溶液浓度的增加，叶绿素a、b含量的下降幅度增加，且都在200mmol·L-1处理下达到显著水平。其中 200mmol·L-1处理下叶绿素a含量下降了51.74%，在150 mmol·L-1叶绿素b含量下降了41.15%。不同浓度NaCl处理下叶片的类胡萝卜素含量也显著降低，150 mmol·L-1NaCl处理的降幅最大，相比对照下降了45.75%；但50、100、200 mmol·L-1处理间差异不显著。由上述分析可知，盐胁迫在一定程度上破坏了不结球白菜幼苗叶片中的叶绿体结构。

图1 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片叶素含量的影响

2.2 不同浓度NaCl对不结球白菜幼苗叶片光合参数的影响

由图2－A可知，NaCl处理降低了不结球白菜幼苗叶片的净光合速率（Pn），Pn随着NaCl浓度的升高而减小，不同浓度处理间的差异显著。200 mmol·L-1NaCl处理下Pn值最低。

图2-A 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片净光合速率的影响

由图2－B可知，不同浓度的NaCl溶液处理下气孔导度（Gs）显著下降，50、100、150 mmol·L-1NaCl处理之间的Gs差异不显著，但比对照分别下降了47.61%、48.67%、62.85%；200 mmol·L-1处理下的Gs比对照下降了73.99%。

由图2－C可知，与对照相比，不同浓度NaCl处理下不结球白菜叶片胞间CO2浓度（Ci）有所下降。200 mmol·L-1NaCl溶液处理下的Ci值最低，比对照下降了31.11%。

图2-B 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片气孔导度的影响

图2-C 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片胞间CO2浓度的影响

由图2-D可知，NaCl浓度处理下不结球白菜叶片的蒸腾速率也有所下降。50、100、150 mmol·L-1NaCl处理下的Gs差异不显著，比对照分别下降了37.71%、33.7%、43.83%；200 mmol·L-1NaCl处理下的Gs比对照下降了64.42%。

图2-D 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片蒸腾速率的影响

2.3 不同浓度NaCl对不结球白菜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由图3－A可知，不同浓度NaCl溶液处理降低了不结球白菜幼苗最大光化学效率，但50、100、150 mmol·L-1的NaCl处理间无显著差异；与对照相比，200 mmol·L-1NaCl溶液处理使幼苗叶片Fv/Fm显著降低，比对照下降了68.53%。

图3-A 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片最大光化学效率的影响

图3－B表明，盐胁迫能够降低不结球白菜幼苗叶片PSⅡ有效光化学量子产量（Yield），其中50、100 mmol·L-1NaCl处理与对照相比无显著差异，150、200 mmol·L-1处理下的Yield与对照相比显著降低，分别比对照下降了44.11%、65.72%。

图3-B 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片PSⅡ有效光化学量子产量的影响

图3－C表明，NaCl溶液能够降低不结球白菜幼苗叶片表观量子传递速率（ETR），100、150、200 mmol·L-1处理下ETR与对照相比显著降低，分别比对照下降了19.79%、31.41%、71.12%。

图3-C 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片表观电子传递速率的影响

图3－D表明，盐胁迫能够降低不结球白菜幼苗叶片光化学猝灭系数（qP），其中 50、100 mmol·L-1NaCl处理下的qP 比对照有所下降，150、200 mmol·L-1处理下qP与对照相比显著降低，分别比对照下降了30.13%、65.75%。

图3-D 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片光化学荧光猝灭系数的影响

图3-E 不同NaCl浓度对不结球白菜叶片非光化学荧光猝灭系数的影响

图3－E表明，盐胁迫能够提高不结球白菜幼苗叶片非光化学猝灭系数（qN），随着NaCl处理浓度的升高qN呈上升趋势，大于等于100 mmol·L-1处理下的qN与对照相比显著升高，分别是对照的2.96、3.62、3.76 倍，其中 150、200 mmol·L-1处理间无显著差异。

3 讨论与结论

植物遭受盐害的主要症状就是叶绿体结构被破坏，叶绿素含量减少，从而使叶片失绿，植株光合能力的下降，因此叶绿素含量变化能客观反映胁迫环境对叶绿体结构和光合系统活性的影响[11]。叶片中光合色素主要是在光能的吸收、传递和转化等光合作用过程中起重要作用，其含量高低直接影响着植物利用光能的能力和效率，最终影响植物的生长发育[12-13]。重多研究结果表明，在盐渍化程度高的土壤中生长的葡萄、番茄、水稻、黄瓜等[14-17]多种蔬菜，其叶绿素含量和净光合速率（Pn）都有明显下降。本试验中，同对照相比，不同浓度NaCl溶液处理都使不结球白菜幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量有不同程度下降。这可能是由于高盐环境激发了植物体中叶绿素分解酶的活性，加快了叶绿素的降解速度，同时相关叶绿素合成速度下降，从而造成叶绿素含量总体水平下降，降低了植物光合能力。

逆境条件引起植物光合速率的改变主要是由气孔因素和非气孔因素两个条件所决定的，主要表现为胞间 CO2浓度（Ci）和气孔导度（Gs）的相对变化。前人研究表明[18]，Ci和Gs同时下降则说明气孔是引起植物光合速率下降的主要因素；如果Gs减少，而Gi维持不变甚至增加，说明引起植物光合速率下降的主要原因是叶肉细胞同化能力降低等非气孔因素。本试验中，NaCl溶液处理显著降低了不结球白菜幼苗叶片的气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci），且Ci和Gs同时减少，这表明气孔因素是造成盐胁迫下不结球白菜幼苗叶片光合速率下降的主要原因。

近年来，叶绿素荧光动力学技术作为探测逆境对植物光合作用影响的理想方法已非常成熟，光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）是暗适应样品光系统的最大量子产量，反映PSⅡ反应中心光能转化效率；实际光化学效率（ΦPSⅡ）反映PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光化学效率[19]。本试验结果表明，NaCl溶液处理下不结球白菜幼苗叶片ΦPSⅡ和qP均有所下降，这表明盐胁迫降低了不结球白菜幼苗叶片同化CO2能力，使植物光合能力减弱。

本试验结果表明，盐胁迫下不结球白菜叶片内光合色素含量下降，光合效率下降，荧光系统受到破坏。结合前人和本试验研究结果[20]，其原因可能是伴随着盐胁迫处理时间的延长，叶片细胞内氧化自由基含量显著升高，叶绿体结构被破坏，气孔关闭，气孔导度降低，蒸腾速率随之下降，直接阻断了光合作用所必须的CO2来源，从而使净光合速率降低，光合电子传递受阻，引起光合作用以及PSⅡ功能下降。

[1]MUNNS R.Comparative physiology of salt and water stress[J].Plant Cell&Environment，2002，25（2）：239.

[2]DEINLEIN U，STEPHAN A B，HORIE T，et al.Plant salt-tolerance mechanisms[J].Trends in Plant Science，2014，19（6）：371.

[3]MUNNS R.Physiological processes limiting plant growth in saline soils：some dogmas and hypotheses[J].Plant Cell&Environment，2010，16（1）：15-24.

[4]姚静，施卫明.盐胁迫对番茄根形态和幼苗生长的影响[J].土壤，2008，40（2）：279-282.

[5]郑佳秋，郭军，梅燚，等.辣椒种子萌发和幼苗生理特性对盐胁迫的响应[J].江苏农业科学，2016，44（11）：182-186.

[6]刘斌，周延，龚伟，等.盐碱胁迫对不同苦瓜品种种子萌发的影响[J].安徽农业科学，2009，37（34）：16806-16808.

[7]李军，高新昊，郭世荣，等.外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗光合作用的影响[J].生态学杂志，2007，26（10）：1595-1599.

[8]徐芬芬，叶利民，徐潇，等.盐胁迫对不同品种小白菜种子萌发特性的影响[J].亚热带植物科学，2010，39（4）：18-20.

[9]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[10]薛应龙.植物生理学实验手册[M].上海：上海科学技术出版社，1985.

[11]徐勤松，施国新，杜开和.锌胁迫下水车前叶细胞自由基过氧化损伤与超微结构变化之间关系的研究[J].植物学通报，2001，18（5）：597-604.

[12]张其德.盐胁迫对植物及其光合作用的影响（下）[J].植物杂志，2000（2）：32-33.

[13]FOYER C H，SHIGEOKA S.Understanding oxidative stress and antioxidantfunctionstoenhancephotosynthesis[J].Plant Physiology，2011，155（1）：93-100.

[14]房玉林，惠竹梅，高邦牢，等.盐胁迫下葡萄光合特性的研究[J].土壤通报，2006，37（5）：881-884.

[15]吴雪霞，朱月林，朱为民，等.外源一氧化氮对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响[J].植物营养与肥料学报，2007，13（4）：658-663.

[16]朱晓军，杨劲松，梁永超，等.盐胁迫下钙对水稻幼苗光合作用及相关生理特性的影响[J].中国农业科学，2004，37（10）：1497-1503.

[17]张润花，郭世荣，段增强.外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗生长、光合及膜脂过氧化的影响[J].江苏农业学报，2011，27（4）：836-841.

[18]王清，黄惠英，张金文，等.外源硅及脯氨酸对盐胁迫下马铃薯试管苗的影响[J].中国蔬菜，2005（9）：16-18.

[19]张娟，姜闯道，平吉成.盐胁迫对植物光合作用影响的研究进展[J].农业科学研究，2008，29（3）：74-80.

[20]刘书仁，郭世荣，孙锦，等.脯氨酸对高温胁迫下黄瓜幼苗活性氧代谢和渗调物质含量的影响[J].西北农业学报，2010，19（4）：127-131.

Effects of salt stress on photosynthetic characteristics of Pak-Choi

SUN Feifei,LIU Jinping,WANG Xia,SUN Xuehua,DIAO Chunwu

（Nanjing Vegetable Scientific Research Institute,Nanjing 210042,Jiangsu,China）

The effect of different salt treatment on chlorophyll content photosynthetic characterists and cholorophyll fluorescence was studied in Pak-Choi variety‘Suzhouqing’as the tested material by hydropnic culture.The results showed that the cholorphyll content was decreased in non-heading cabbage with walt stress.The net photosynthetic rate(Pn),stomatal conductance(GS),transpiration rate(Tr),photosystemⅡ(Fv/Fm)was decreased significantly.And effective photochemical quantum yield(Yield)and electron transport rate(ETR)were also significantly decreased.Water use efficiency(WUE)and coefficient of photochemical quenching(qP)were slightly lower;intercellurlar carbon dioxide concentration(Ci)and non-photochemical quenching coefficient(qN)were significantly increased.The results indicated that there were significant effects on photosynthetic characteristics under salt stress and these parameters showed greater change under salt stress than that under root salt stress.

Non-heading Chinese cabbage；NaCl stress；Photosynthetic characteristics

2017-06-15；

2017-11-03

国家自然科学基金（31201634）；江苏省自然科学基金（BK2012074）

孙菲菲，女，博士，高级农艺师，主要从事小白菜、萝卜育种研究。Tel：025-86165330；E-mail：ffsun_2044@163.com